PL240516B1

PL240516B1 - Steam engine

Info

Publication number: PL240516B1
Application number: PL424234A
Authority: PL
Inventors: Jurij DOBRIAŃSKI; Jurij Dobriański; Artur BŁASZCZYK; Artur Błaszczyk; Marek Samsel
Original assignee: Dobrianski Jurij
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2022-04-19
Also published as: WO2019139493A1; EP3737838A1; PL424234A1

Description

PL 240 516 B1PL 240 516 B1

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest maszyna parowa zasilana ze źródeł ciepła o niskim potencjale (t < 100°C), która może być stosowana w różnych dziedzinach gospodarki, tam gdzie jest możliwość łatwego dostępu do źródła ciepła o niewysokiej temperaturze, na przykład kolektorów słonecznych, złóż gruntowych, lub ze źródeł ciepła odpadowego, oraz tam, gdzie zachodzi potrzeba wykonania pracy mechanicznej, szczególnie do wymuszenia cyrkulacji nośnika ciepła w obiegach konwekcyjnych, do pompowania wody pitnej ze studni, do nawadniania upraw rolnych lub do celów melioracji, do pompowania cieczy technologicznych itp.The subject of the invention is a steam engine powered by low-potential heat sources (t <100 ° C), which can be used in various fields of the economy, where there is a possibility of easy access to a heat source with a low temperature, e.g. solar collectors, ground deposits, or from waste heat sources, and where there is a need to perform mechanical work, especially for forcing the circulation of the heat carrier in convection circuits, for pumping drinking water from wells, for irrigation of agricultural crops or for melioration purposes, for pumping technological liquids, etc.

Najbliższym rozwiązaniem technicznym do niniejszego wynalazku jest „Pompa wprowadzana w ruch ciepłem” (Thermally Actuated Pump) opisana w patencie GB2017227. Wynalazek ten należy do klasy oscylatorów płynowych (ang. fluidic oscilator), czyli samoczynnych urządzeń, które mogą wykonywać korzystną pracę w sposób cykliczny w oparciu o wykorzystanie termo- hydrodynamicznych rozpraszających (dysypatywnych) i pojemnościowych procesów, które przebiegają w warunkach działania sprężenia zwrotnego bez jakichkolwiek zewnętrznych elementów sterujących.The closest technical solution to the present invention is the "Thermally Actuated Pump" described in patent GB2017227. This invention belongs to the class of fluidic oscillators, i.e. self-acting devices that can perform beneficial work in a cyclical manner based on the use of thermo-hydrodynamic dissipative and capacitive processes that run under the conditions of operation of feedback compression without any external controls.

Wynalazek wg patentu EP1753954, posiada niektóre dodatkowe sposoby realizacji tej samej zasady jak i patent GB2017227, ale jest bardziej zawiły wskutek próby rozszerzenia zasięgu jego prawomocności na bardziej szeroki zakres typów oscylatorów płynowych oraz przez wykorzystanie uogólnionego opisania takich oscylatorów w formie schematu elektrycznego.The invention of patent EP1753954 has some additional ways of implementing the same principle as that of GB2017227, but is more complex by attempting to extend its validity to a wider range of fluid oscillator types and by using a generalized description of such oscillators in the form of an electrical diagram.

Wynalazek GB2017227A, opisuje pompę, która wykorzystuje zmienne ciśnienie pary czynnika roboczego do przemieszczenia płynu w komorze pompowania. Taka pompa jest wprowadzana w ruch silnikiem cieplnym o parowym obiegu termodynamicznym i zawiera: dwie komory do umieszczania w nim cieczy, która może być przemieszczana w tych komorach; kanał dla przepływu pary między komorami, w celu utrzymania wspólnego ciśnienia pary na cieczy w każdej z komór; kanał dla przepływu cieczy pomiędzy każdą ze wspomnianych komór; środki do cyklicznej zmiany wspólnego ciśnienia pary w fazie z oscylacyjnym przemieszczeniem cieczy w jednej z komór w taki sposób, aby spowodować oscylacyjne przemieszczenie cieczy w drugiej komorze; środki do utworzenia różnicy faz między oscylacyjnym przemieszczeniem cieczy w stosownych komorach w celu pobudzenia sprzężenia zwrotnego dla generowania dalszego oscylacyjnego przemieszczenia cieczy, a tym samym do cyklicznego działania pompy.The invention GB2017227A, describes a pump that uses a variable vapor pressure of a working medium to move a fluid in a pumping chamber. Such a pump is actuated by a steam thermodynamic cycle heat engine and comprises: two chambers for containing a liquid which can be moved therein; a passage for steam flow between the chambers to maintain a common vapor pressure on the liquid in each of the chambers; a channel for liquid flow between each of said chambers; means for cyclically changing the common vapor pressure in phase with an oscillating liquid displacement in one of the chambers, so as to cause an oscillating liquid displacement in the other chamber; means for creating a phase difference between the oscillating liquid displacement in the respective chambers to stimulate feedback to generate a further oscillating liquid displacement and thus cyclic operation of the pump.

Środkiem do przesunięcia faz jest wykorzystanie oporu lepkościowego kanału cieczowego tak, aby opóźniać przemieszczanie cieczy w jednej z komór. W szczególności, zmiana oporu lepkościowego może być dokonana poprzez dławienie przepływu cieczy w kanale cieczowym przy pomocy elementów, które mają możliwość ustawienia różnej wielkości oporu lepkościowego.The measure for the phase shift is to use the viscous resistance of the liquid channel so as to delay the movement of the liquid in one of the chambers. In particular, the change in viscosity can be accomplished by throttling the liquid flow in the liquid channel with means that are able to set a different amount of viscous resistance.

Środki do zmiany wspólnego ciśnienia pary realizowane są poprzez zorganizowanie w jednej z komór dwóch przedziałów posiadających różne temperatury oraz przemieszczenie pomiędzy tymi przedziałami powierzchni rozdziału faz ciecz/para czynnika roboczego. Powierzchnia normalnego przekroju poprzecznego komór jest istotnie mniejsza w komorze, gdzie znajdują się przedziały o różnej temperaturze, niż w drugiej komorze.The means for changing the common vapor pressure is carried out by arranging in one of the chambers two compartments having different temperatures and displacing the liquid / vapor interface of the working medium between these compartments. The normal cross-sectional area of the chambers is significantly smaller in the compartment, which has different temperature compartments, than in the other compartment.

W powyższych rozwiązaniach, a także w innych maszynach cieplnych wykorzystanie wody, jako czynnika roboczego przy temperaturze poniżej 100°C jest uciążliwe. Chociaż para wodna posiada najlepsze właściwości termodynamiczne i użytkowe, ale powszechnie stosowana jest tylko przy temperaturach powyżej 100°C. Poniżej 100°C ciśnienie pary wodnej jest mniejsze od atmosferycznego, co grozi zasysaniem powietrza do układu. Zassane powietrze nawet w małych ilościach bardzo hamuje i nawet może uniemożliwić proces skraplania pary. W tym przypadku stosuje się niskowrzące czynniki robocze znane jako czynniki chłodnicze. Wykorzystanie znacznej masy czynników chłodniczych zwykle mierzonej w setkach gramów lub w kilogramach także jest niepożądane wskutek ich wysokich kosztów i szkodliwości dla środowiska i dla ludzi. Wielokrotne zmniejszenie masy potrzebnego czynnika niskowrzącego w układzie można osiągnąć przez zastąpienie ciekłej fazy czynnika niskowrzącego przez substancję o wyższej temperaturze wrzenia, na przykład wodą lub jej roztworem, który nie rozpuszcza w sobie niskowrzącego czynnika roboczego. Podobne rozwiązania były proponowane w patentach, które dotyczą termosyfonów konwencjonalnych JP2009052757 i antygrawitacyjnych PL217073, jednak te urządzenia mają inne przeznaczenie i inne rozwiązania konstrukcyjne.In the above solutions, as well as in other thermal machines, the use of water as a working medium at a temperature below 100 ° C is burdensome. Although water vapor has the best thermodynamic and operational properties, it is commonly used only at temperatures above 100 ° C. Below 100 ° C, the water vapor pressure is lower than the atmospheric vapor pressure, which poses a risk of sucking air into the system. Sucked in air, even in small amounts, greatly inhibits and may even prevent the condensation process. In this case, low-boiling working agents known as refrigerants are used. The use of a large mass of refrigerants, usually measured in hundreds of grams or kilograms, is also undesirable due to their high cost and harmfulness to the environment and people. A multiple reduction in the mass of the required low-boiling agent in the system can be achieved by replacing the liquid phase of the low-boiling agent with a substance with a higher boiling point, for example water or a solution thereof, which does not dissolve the low-boiling operating medium in itself. Similar solutions were proposed in patents relating to conventional thermosiphones JP2009052757 and anti-gravity PL217073, but these devices have different purpose and design solutions.

Według wynalazku maszyna parowa wyposażona w dwie komory: komorę wymiennikową złożoną z parownika i skraplacza, umieszczonego pod parownikiem, i komorę pompującą z tłokiem cieczowym o przekroju istotnie większym od przekroju komory wymiennikowej, które są połączone międzyAccording to the invention, a steam engine is equipped with two chambers: an exchange chamber consisting of an evaporator and a condenser located under the evaporator, and a pumping chamber with a liquid piston with a cross-section significantly larger than that of the exchange chamber, which are connected between

PL 240 516 B1 sobą górnym kanałem parowym, a połączone dołem kanałem cieczowym; pojemnik magazynujący z przeponą podatną, podłączony do dolnej części komory wymiennikowej; oraz układ pompujący zawierający źródło cieczy użytkowej, zasobnik pompowanej cieczy użytkowej i dwa zawory zwrotne, charakteryzuje się tym, że na ścianach komory pompującej zamontowany jest wymiennik komory pompującej, obejmujący strefę parową i strefę zmiany poziomu cieczy w komorze pompującej, a komora wymiennikowa zawiera niskowrzącą substancję, która nie rozpuszcza się w cieczy tłokowej, ma gęstość mniejszą od gęstości cieczy tłokowej i ma temperaturę wrzenia niższą niż temperatura wrzenia cieczy tłokowej.With each other by an upper steam channel and connected by a lower liquid channel; a storage container with a flexible diaphragm connected to the lower part of the exchange chamber; and a pumping system comprising a source of spray liquid, a container for pumped service liquid and two check valves, characterized in that a pumping chamber exchanger is mounted on the walls of the pumping chamber, including a vapor zone and a liquid level change zone in the pumping chamber, and the exchange chamber contains a low-boiling substance which is insoluble in the piston fluid, has a density lower than that of the piston fluid and has a boiling point lower than the boiling point of the piston fluid.

Korzystnie substancją niskowrzącą jest niskowrzący węglowodór, a cieczą tłokową o wyższej temperaturze wrzenia jest woda lub jej roztwór z inną substancją o wyższej temperaturze wrzenia.Preferably, the low-boiling substance is a low-boiling hydrocarbon and the higher boiling piston fluid is water or a solution thereof with another substance with a higher boiling point.

W odmianie maszyny parowej w komorze pompującej na wyjściu ze spływowego kanału cieczowego zamontowany jest pływakowy zawór spływowy, który zbudowany jest z zastawki, połączonej z prowadnicą, na której umieszczone są dwa ograniczniki, między którymi znajduje się ruchomy pływak, przy czym wyjście ze spływowego kanału cieczowego oraz ogranicznik dolny są usytuowane poniżej skraplacza, a dodatkowo między komorą pompującą a komorą wymiennikową wprowadzony jest kanał wypełniający komorę wymiennikową, na wejściu którego w komorze pompującej zamontowany jest wypełniający zawór pływakowy, który zbudowany jest z pływaka wznoszącego zastawkę zaworu wypełniającego i prowadnicę zaworu wypełniającego, na której umieszczono dwa ograniczniki zaworu wypełniającego, przy czym pływak i ograniczniki zaworu wypełniającego są usytuowane w górnej części komory pompującej, ale poniżej kanału parowego.In a variant of the steam engine, in the pumping chamber at the outlet of the drainage channel there is a drainage float valve, which is made of a valve connected to a guide, on which there are two stops, between which there is a movable float, the exit from the drainage channel and the lower limiter are located below the condenser, and additionally, between the pumping chamber and the exchange chamber, a channel filling the exchange chamber is introduced, at the entrance of which, in the pumping chamber, a filling float valve is mounted, consisting of a float raising the filling valve valve and a fill valve guide, on which has two fill valve stops, the float and fill valve stops being located at the top of the pumping chamber but below the steam channel.

W kolejnej odmianie wynalazku kanał wypełniający komorę wymiennikową jest wykonany w postaci syfonu wypełniającego, którego krótsza gałąź jest umieszczona w górnej części komory pompującej, a gałąź długa podłączona nieco poniżej do komory wymiennikowej.In a further variant of the invention, the channel filling the exchange chamber is made in the form of a filling siphon, the shorter branch of which is placed in the upper part of the pumping chamber, and the long branch connected slightly below to the exchange chamber.

Korzystne jest gdy między komorą wymiennikową a komorą pompującą umieszczone jest naczynie buforowe wyposażone w przeponę podatną lub wykonane jest bez przepony.It is advantageous if a buffer vessel equipped with a flexible diaphragm or without a diaphragm is placed between the exchange chamber and the pumping chamber.

W kolejnej odmianie maszyna parowa z układem pompującym, charakteryzuje się tym, że źródło cieczy użytkowej usytuowane jest na wysokości, którą tworzy ciśnienie hydrostatyczne pomiędzy źródłem cieczy użytkowej a skraplaczem podczas skraplania większe niż ciśnienie manometryczne pary substancji niskowrzącej panujące w skraplaczu podczas skraplania, natomiast wysokość usytuowania zasobnika cieczy użytkowej tworzy ciśnienie hydrostatyczne między zasobnikiem a parownikiem mniejsze niż ciśnienie manometryczne pary substancji niskowrzącej panujące w parowniku podczas pompowania.In another variant, a steam engine with a pumping system is characterized by the fact that the source of the working liquid is located at a height created by the hydrostatic pressure between the source of the service liquid and the condenser during condensation, greater than the manometric pressure of the low-boiling substance vapor in the condenser during condensation, and the height of location The service liquid tank creates a hydrostatic pressure between the tank and the evaporator that is less than the gauge pressure of the low-boiling substance vapor in the evaporator during pumping.

W kolejnej odmianie maszyna parowa z układem pompującym, charakteryzuje się tym, że maszyna parowa ma naczynie wzbiorcze i siłownik hydrauliczny, którego jedna strona jest podłączona do komory pompującej, a druga do naczynia wzbiorczego, które jest wypełnione całkowicie lub częściowo obojętnym gazem.In a further variant, a steam engine with a pumping system is characterized in that the steam engine has an expansion vessel and a hydraulic cylinder, one side of which is connected to the pumping chamber and the other to an expansion vessel that is completely or partially filled with inert gas.

Korzystnie jest, że naczynie wzbiorcze posiada wymiennik ciepła umieszczony w cieczy, która częściowo wypełnia naczynie wzbiorcze, oraz warstwę substancji niskowrzącej o masie wystarczającej do wypełnienia swoją parą objętości naczynia wzbiorczego nie zajętej cieczą.Preferably, the expansion vessel has a heat exchanger placed in the liquid which partially fills the expansion vessel and a layer of low-boiling substance with a mass sufficient to fill the volume of the expansion vessel with its steam not occupied by the liquid.

Niniejszy wynalazek posiada następujące zalety:The present invention has the following advantages:

- praktyczna możliwość wykorzystania zasobów niskopotencjalnej energii cieplnej o temperaturze poniżej 100°C, na przykład, pochodzącej z odnawialnych źródeł energii lub z odpadowego ciepła,- the practical possibility of using low-potential thermal energy resources with a temperature below 100 ° C, for example from renewable energy sources or from waste heat,

- istotnie mniejsza ilość substancji niskowrzącej w porównaniu z innymi stosowanymi maszynami cieplnymi, które pracują w temperaturach poniżej 100°C z wykorzystaniem niskowrzących czynników roboczych. Na przykład, niezbędna ilość substancji niskowrzącej przy objętości cylindra roboczego 1 dm³ wynosi tylko 16 gramów przy wykorzystaniu pentanu lub 40 gramów przy wykorzystaniu butanu,- significantly lower amount of low-boiling substance compared to other used thermal machines that operate at temperatures below 100 ° C with the use of low-boiling working media. For example, the necessary amount of a low-boiling substance with a working cylinder volume of 1 dm ³ is only 16 grams when using pentane or 40 grams when using butane.

- wykorzystanie niskowrzących węglowodorów, jako czynników roboczych zamiast freonów, które są droższe i mogą być szkodliwe dla środowiska,- the use of low-boiling hydrocarbons as working factors instead of freons, which are more expensive and may be harmful to the environment,

- możliwość łatwego wykorzystania maszyny parowej zarówno do pompowania innych cieczy jak i do wykonania pracy mechanicznej w postaci ruchu posuwisto-zwrotnego,- the ability to easily use the steam engine both for pumping other liquids and for mechanical work in the form of reciprocating movement,

- możliwość stosowania w technologiach, związanych z produkcją i przetwórstwem, gdzie występuje zagrożenie wybuchem lub stosowane są materiały łatwopalne,- can be used in technologies related to production and processing, where there is a risk of explosion or where flammable materials are used,

PL 240 516 B1PL 240 516 B1

- prosta konstrukcja wskutek wykorzystania wodnych tłoków cieczowych, brak ruchomych elementów oprócz dwóch zaworów pływakowych, brak wykorzystania kosztownych materiałów, na przykład, pochodzących z wysoko rozwiniętych technologii,- simple structure due to the use of liquid water pistons, no moving parts apart from two float valves, no use of expensive materials, e.g. from highly developed technologies,

- niski koszt produkcji,- low production cost,

- możliwość naprawy bez wykorzystania specjalnych i zaawansowanych narzędzi,- the possibility of repair without the use of special and advanced tools,

- cicha praca.- quiet work.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania pokazanych na następujących rysunkach.The subject of the invention is illustrated in the embodiments shown in the following drawings.

Fig. 1. Schemat ideowy maszyny parowej bez zaworów sterujących.Fig. 1. Schematic diagram of the steam engine without control valves.

Fig. 2. Schemat ideowy maszyny parowej z pływakowymi zaworami sterującymi.Fig. 2. Schematic diagram of a steam engine with float control valves.

Fig. 3. Schemat ideowy maszyny parowej z pływakowymi zaworem spływowym i syfonem wypełniającym.Fig. 3. Schematic diagram of a steam engine with a drain float valve and a filling siphon.

Fig. 4. Schemat ideowy maszyny parowej z pływakowymi zaworami sterującymi i naczyniem buforowym.Fig. 4. Schematic diagram of a steam engine with float control valves and a buffer vessel.

Fig. 5. Schemat ideowy maszyny parowej z pływakowymi zaworami sterującymi, naczyniem buforowym i układem pompującym ciecz użytkową.Fig. 5. Schematic diagram of a steam engine with float control valves, a buffer vessel and a utility liquid pumping system.

Fig. 6. Wykres p_m_nas-t dla pentanu oraz wskazanie maksymalnej wysokości zasysania zssan i tłoczenia zpomp wody względem miejsca usytuowania maszyny parowej przy temperaturze wrzenia 50°C i temperaturze skraplania 20°C.Fig. 6. Plot p _m _nas-t for pentane and an indication of the maximum suction height of the suction and discharge from the water pumps relative to the location of the steam engine at a boiling point of 50 ° C and a condensing temperature of 20 ° C.

Fig. 7. Schemat usytuowania miejsc zasysania i tłoczenia wody względem miejsca położenia maszyny parowej przy temperaturze parownika 50°C, temperaturze skraplacza 20°C i przy wykorzystaniu pentanu, jako czynnika roboczego.Fig. 7. Diagram of the location of the places of suction and pressure of water in relation to the location of the steam engine at the evaporator temperature of 50 ° C, the condenser temperature of 20 ° C and with the use of pentane as the working medium.

Fig. 8. Wykres p_m_nas-t dla butanu i wskazanie maksymalnej wysokości zasysania zssan i tłoczenia zpomp wody względem miejsca usytuowania maszyny parowej przy temperaturze wrzenia 50°C i temperaturze skraplania 20°C.Fig. 8. Plot p _{m_nas} -t for butane and an indication of the maximum suction and discharge height from the water pumps relative to the location of the steam engine at a boiling point of 50 ° C and a condensing temperature of 20 ° C.

Fig. 9. Schemat usytuowania miejsc zasysania i tłoczenia wody względem miejsca położenia maszyny parowej przy temperaturze parownika 50°C, temperaturze skraplacza 20°C i przy wykorzystaniu butanu, jako czynnika roboczego.Fig. 9. Diagram of the location of the places of suction and pressure of water in relation to the location of the steam engine at the evaporator temperature of 50 ° C, the condenser temperature of 20 ° C and with the use of butane as the working medium.

Fig. 10. Schemat ideowy maszyny parowej z pływakowymi zaworami sterującymi, naczyniem buforowym, siłownikiem hydraulicznym i zamkniętym naczyniem wzbiorczym.Fig. 10. Schematic diagram of a steam engine with float control valves, a buffer vessel, a hydraulic cylinder and a closed expansion vessel.

Fig. 11. Schemat ideowy maszyny parowej z pływakowymi zaworami sterującymi, naczyniem buforowym, siłownikiem hydraulicznym i zamkniętym naczyniem wzbiorczym, w którym umieszczona jest warstwa substancji niskowrzącej o regulowanej temperaturze.Fig. 11. Schematic diagram of a steam engine with float control valves, a buffer vessel, a hydraulic actuator and a closed expansion vessel in which a layer of low-boiling substance with controlled temperature is placed.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Maszyna parowa wykonana jest w postaci układu zamkniętego (Fig. 1), który zawiera: komorę pompującą 1 z wymiennikiem ciepła 2, która górą połączona jest kanałem parowym 3 z komorą wymiennikową 4, a dołem kanałem cieczowym 5 wyposażonym w zawór dławiący 6. Komora pompująca 1 także połączona jest w swoje dolnej części z naczyniem magazynującym 7, który ma przeponę podatną 8. Komora wymiennikowa 4 ma dwie strefy o różnych temperaturach. Górna strefa jest ogrzewana i nazywana jest parownikiem 9, dolna strefa jest chłodzona i nazywana jest skraplaczem 10. Komora pompująca 1, kanał parowy 3, komora wymiennikowa 4 i kanał cieczowy 5 tworzą obwód hydrauliczny częściowo wypełniony cieczą tłokową 11, na przykład wodą, która tworzy tłok cieczowy. Przekroje komory wymiennikowej 4 normalne do przemieszczenia się cieczy w tej komorze są zasadniczo mniejsze od przekrojów komory pompującej 1 normalnych do przemieszczenia się cieczy w komorze pompującej 1.The steam engine is made in the form of a closed system (Fig. 1), which includes: a pumping chamber 1 with a heat exchanger 2, which is connected at the top by a steam channel 3 to the exchange chamber 4, and the bottom by a liquid channel 5 equipped with a throttle valve 6. Pumping chamber 1 is also connected in its lower part to a storage vessel 7, which has a flexible diaphragm 8. The exchange chamber 4 has two zones with different temperatures. The upper zone is heated and is called the evaporator 9, the lower zone is cooled and is called the condenser 10. The pumping chamber 1, the steam channel 3, the exchange chamber 4 and the liquid channel 5 form a hydraulic circuit partially filled with a piston fluid 11, e.g. water, which forms liquid piston. The cross-sections of the exchange chamber 4 normal for the movement of liquid in this chamber are substantially smaller than the cross-sections of the pumping chamber 1 normal for the movement of liquid in the pumping chamber 1.

Do komory wymiennikowej 4 wprowadzona jest niskowrząca substancja 12, na przykład węglowodór, która nie rozpuszcza się w cieczy tłokowej 11 i ma gęstość mniejszą od gęstości cieczy tłokowej 11, dzięki czemu unosi się na jej powierzchni w komorze wymiennikowej 4 w postaci warstwy. Para nasycona niskowrzącej substancji 12 tworzy ciśnienie, które jest potrzebne dla wytłaczania cieczy tłokowej 11 z komory pompującej 1 do naczynia magazynującego 7.A low-boiling substance 12, for example a hydrocarbon, is introduced into the exchange chamber 4, which does not dissolve in the piston fluid 11 and has a density lower than that of the piston fluid 11, so that it floats on its surface in the exchange chamber 4 in the form of a layer. The saturated steam of the low-boiling substance 12 creates the pressure that is needed to force the piston fluid 11 from the pumping chamber 1 into the storage vessel 7.

Maszyna pracuje w sposób następujący. Na początku, kiedy maszyna jest ochłodzona, ciśnienie w komorach 1 i 4 jest obniżone, poziom cieczy tłokowej 11 znajduje się w najwyższym położeniu i niskowrząca substancja 12 w postaci skroplin jest zgromadzona w górnej części maszyny. Po rozpoczęciu ogrzewania niskowrząca substancja 12 paruje, ciśnienie rośnie i jej para wytłacza ciecz tłokową 11 z komory pompującej 1 do naczynia magazynującego 7.The machine works as follows. Initially, when the machine is cooled down, the pressure in the chambers 1 and 4 is lowered, the level of the piston fluid 11 is at its highest point and the low-boiling condensate substance 12 is collected in the upper part of the machine. When the heating is started, the low-boiling substance 12 evaporates, the pressure rises and its vapor forces the piston fluid 11 from the pumping chamber 1 into the storage vessel 7.

PL 240 516 B1PL 240 516 B1

Ciecz przepływa przez kanał cieczowy 5, i poziom cieczy w komorze wymiennikowej 4 także zaczyna obniżać się. Jednak to obniżenie poziomu przebiega wolniej i z opóźnieniem wskutek działania oporu hydraulicznego kanału cieczowego 5. Przy takim działaniu poziom cieczy tłokowej 11 w komorze pompującej 1 obniży się znacznie więcej, niż w komorze wymiennikowej 4 i dojdzie poniżej skraplacza 10, dopóki poziom w komorze wymiennikowej 4 zejdzie poniżej parownika 9. Od tego momentu wytwarzanie pary zaniknie, ale poziom cieczy w komorze wymiennikowej 4 będzie nadal spadać wskutek istniejącej różnicy poziomów między komorami 1 i 4. Zmiana poziomu cieczy w komorze wymiennikowej 4 doprowadzi do tego, że nastąpi odsłonięcie powierzchni wymiany ciepła w skraplaczu 10. Skraplanie pary spowoduje obniżenie ciśnienia i wskutek tego zassanie cieczy z naczynia magazynującego 7 i szybki wzrost poziomu cieczy tłokowej 11 w komorze pompującej 1. Gdy poziom ten przekroczy wysokość poziomu cieczy w komorze wymiennikowej 4, zacznie się wypełnianie komory wymiennikowej 4 przez kanał cieczowy 5, ale opóźnienie wywoływane oporem hydraulicznym kanału cieczowego 5 doprowadzi do tego, że poziom cieczy z unoszoną na niej warstwą substancji niskowrzącej 12 opuści skraplacz 10 tylko po znacznym przewyższeniu poziomu w komorze pompującej 1 nad poziomem w komorze wymiennikowej 4. W końcowym wyniku ciecz z warstwą substancji niskowrzącej 12 dotrze do parownika 9 i osiągnie tam pewną wysokość, potrzebną dla kontynuacji cyklu pracy maszyny od początku.The liquid flows through the liquid channel 5, and the liquid level in the exchange chamber 4 also begins to decrease. However, this lowering of the level is slower and with a delay due to the hydraulic resistance of the liquid channel 5. With this effect, the level of the piston fluid 11 in the pumping chamber 1 will drop much more than in the exchange chamber 4 and will reach below the condenser 10 until the level in the exchange chamber 4 has dropped. below the evaporator 9. From this point on, the production of steam will cease, but the liquid level in the exchange chamber 4 will continue to drop due to the existing level difference between the chambers 1 and 4. The change in the liquid level in the exchange chamber 4 will expose the heat exchange surface in the condenser 10. Condensation of the vapor will reduce the pressure and, as a result, suck liquid from the storage vessel 7 and a rapid increase in the level of the piston liquid 11 in the pumping chamber 1. When this level exceeds the liquid level in the exchange chamber 4, the exchange chamber 4 will be filled through the liquid channel 5. but induced delay the hydraulic resistance of the liquid channel 5 will lead to the fact that the liquid level with the layer of low-boiling substance 12 floating on it will leave the condenser 10 only after the level in the pumping chamber 1 is significantly above the level in the exchange chamber 4. As a result, the liquid with the layer of low-boiling substance 12 will reach evaporator 9 and it will reach a certain height there, necessary for the continuation of the machine cycle from the beginning.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

W oscylatorach płynowych, opisanych w przykładzie 1 ciągle przebiegają procesy przemieszczenia cieczy w komorze wymiennikowej 4, co wywołuje ciągle zmiany pola powierzchni wymiany ciepła w parowniku 9 i skraplaczu 10, co z kolei doprowadza do obniżenia wydajności pracy maszyny parowej. Stosowanie zaworów sterujących, które zapewniają wypełnienie, opróżnienie i utrzymanie zadanych poziomów cieczy w komorze wymiennikowej 4, pozwoli zwiększyć wydajność pracy maszyny parowej. Jeden z wariantów realizacji takiej maszyny przedstawiono w tym przykładzie na Fig. 2.In the liquid oscillators described in example 1, the processes of liquid displacement in the exchange chamber 4 are continuously carried out, which causes a constant change of the heat exchange surface area in the evaporator 9 and the condenser 10, which in turn leads to a reduction in the efficiency of the steam engine. The use of control valves that ensure filling, emptying and maintaining the preset liquid levels in the exchange chamber 4 will increase the efficiency of the steam engine. One embodiment of such a machine is shown in this example in Fig. 2.

Maszyna parowa wykonana jest w postaci układu zamkniętego, jak opisano w przykładzie 1 i charakteryzuje się tym, że w komorze pompującej 1 na wyjściu z kanału cieczowego 5 zamontowany jest spływowy zawór, zbudowany z zastawki 13, połączonej z prowadnicą 14, na której umieszczone są dwa ograniczniki 15, między którymi znajduje się ruchomy pływak 16. Wykonanie przekrojów komory wymiennikowej 4 istotnie mniejszymi niż przekroje komory pompującej 1 oraz usytuowanie wejścia do kanału cieczowego 5 i ograniczników 15 zaworu spływowego poniżej skraplacza 10 zapewniają pozostanie poziomu cieczy w naczyniu wymiennikowym 4 po zamknięciu zaworu spływowego poniżej skraplacza 10. Dodatkowo między komorami pompującą 1 i wymiennikową 4 wprowadzony jest kanał wypełniający 17, na wejściu którego w komorze pompującej zamontowany jest wypełniający zawór, który zbudowany jest z pływaka 18 wznoszącego zastawkę 19 i prowadnicy 20, na której umieszczono dwa ograniczniki 21, między którymi znajduje się ruchomy pływak 22, przy czym istotnie zwiększony przekrój normalny komory pompującej 1 w porównaniu z przekrojem normalnym komory wymiennikowej 4 oraz umieszczenie pływaka 22 i ograniczników 21 w górnej części komory pompującej 1 ale poniżej kanału parowego 3 zapewnia po zamknięciu zaworu wypełniającego 18 - 22 pozostanie poziomu cieczy w parowniku 9 komory wymiennikowej 4.The steam engine is made in the form of a closed system, as described in example 1, and is characterized in that in the pumping chamber 1 at the outlet from the liquid channel 5, a drain valve is mounted, consisting of a valve 13 connected to a guide 14 on which two stops 15, between which there is a movable float 16. Making the cross-sections of the exchange chamber 4 significantly smaller than the cross-sections of the pumping chamber 1 and the location of the inlet to the liquid channel 5 and the limiters 15 of the drain valve below the condenser 10 ensure that the liquid level remains in the exchange vessel 4 after closing the drain valve below the condenser 10. Additionally, between the pumping chambers 1 and the exchange chambers 4, a filling channel 17 is introduced, at the entrance of which a filling valve is mounted in the pumping chamber, which consists of a float 18 raising the valve 19 and a guide 20 on which two stops 21 are placed, between which the movable is located float 22, the significantly increased normal cross-section of the pumping chamber 1 compared to the normal cross-section of the exchange chamber 4 and the placement of the float 22 and stops 21 in the upper part of the pumping chamber 1 but below the steam channel 3, after closing the filling valve 18-22, the liquid level will remain in evaporator 9 exchanger chamber 4.

Maszyna pracuje w sposób następujący. Na początku, gdy maszyna jest ochłodzona, ciśnienie w komorach 1 i 4 jest obniżone, poziom cieczy tłokowej 11 znajduje się w najwyższym położeniu i niskowrząca substancja 12 w postaci skroplin jest zgromadzona w górnej części maszyny. Po rozpoczęciu ogrzewania niskowrząca substancja 12 paruje, ciśnienie rośnie i para wytłacza ciecz tłokową 11 z komory pompującej 1 do naczynia magazynującego 7. Po obniżeniu poziomu cieczy w komorze pompującej 1 do poziomu pływaka 16 zaworu spływowego pływak obniża się, naciska na dolny ogranicznik 15, przesuwa prowadnicę 14 razem z zastawką 13 w dół, i zawór spływowy otwiera się. Ciecz tłokowa 11 przepływa z komory wymiennikowej 4 do komory pompującej 1 przez kanał spływowy 5. Poziom cieczy w komorze wymiennikowej 4 obniża się, chłodząca powierzchnia skraplacza 6 odsłania się od cieczy tłokowej 11. Para, która przedostała się do skraplacza 10, skrapla się i zaczyna zasysać ciecz tłokową 11 z naczynia magazynującego 7 do komory pompującej 1. Podniesienie poziomu cieczy tłokowej 11 w komorze pompującej 1 powoduje wznoszenie pływaka 16, który opiera się o górny ogranicznik 15 zaworu spływowego, i zawór zamyka się. Skraplanie pary i podnoszenia poziomu w komorze pompującej 1 są kontynuowane. Po dotarciu poziomu cieczy tłokowej 11 w komorze pompującej 1 do pływaka 22 zaworu wypełniającego, zawór otwiera się, ciecz tłokowa 11 przepływa z komory pompującej 1 przez kanał wypełniający 17 do komory wymiennikowej 4. Poziom cieczy tłokowej 11 w komorze wymiennikowej 4 podnosi się. Razem z cieczą wznosi się warstwa skroplin substancji niskowrzącej 12The machine works as follows. Initially, when the machine is cooled down, the pressure in the chambers 1 and 4 is lowered, the level of the piston fluid 11 is at its highest point and the low-boiling condensate substance 12 is collected in the upper part of the machine. After the start of heating, the low-boiling substance 12 evaporates, the pressure rises and the steam forces the piston fluid 11 from the pumping chamber 1 into the storage vessel 7. After the liquid level in the pumping chamber 1 is lowered to the level of the float 16 of the drain valve, the float lowers, presses on the lower stop 15, moves the guide 14 with the valve 13 downwards, and the drain valve opens. The piston liquid 11 flows from the exchange chamber 4 to the pumping chamber 1 through the drainage channel 5. The liquid level in the exchange chamber 4 lowers, the cooling surface of the condenser 6 is exposed to the piston liquid 11. The steam that has entered the condenser 10 condenses and begins suck the piston fluid 11 from the storage vessel 7 into the pumping chamber 1. Raising the level of the piston fluid 11 in the pumping chamber 1 raises the float 16, which rests against the upper stop 15 of the drain valve, and the valve closes. Steam condensation and level-raising in pumping chamber 1 continue. After the level of the piston liquid 11 in the pumping chamber 1 reaches the float 22 of the filling valve, the valve opens, the piston liquid 11 flows from the pumping chamber 1 through the filling channel 17 into the exchange chamber 4. The level of the piston liquid 11 in the exchange chamber 4 rises. A condensation layer of the low-boiling substance 12 rises with the liquid

PL 240 516 B1 do parownika 9. Skropliny zaczynają wrzeć, ciśnienie rośnie, para naciska na ciecz tłokową 11 w komorze pompującej 1 i wtłacza ją do naczynia magazynującego 7. Pływak 22 zaworu wypełniającego także przesuwa się do dołu, zamyka zawór wypełniający, i cykl pracy zaczyna się od początku.The condensate begins to boil, the pressure rises, the steam presses against the piston fluid 11 in the pumping chamber 1 and forces it into the storage vessel 7. The fill valve float 22 also moves downwards, closes the fill valve, and the operating cycle it starts all over again.

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

Odmianą wykonania maszyny parowej jest maszyna z pływakowym zaworem spływowym 13-16, w której zamontowany jest syfon 23 wypełniający jak na Fig. 3, którego krótsza gałąź jest umieszczona w górnej części komory pompującej 1, a gałąź długa podłączona nieco poniżej do komory wymiennikowej 4. Kolano syfonu 23 usytuowano w górnej części komory pompującej 1, a długość gałęzi krótkiej zapewnia podniesienie poziomu cieczy w komorze wymiennikowej 4 do parownika 9 przed tym, jak poziom cieczy w komorze pompującej 1 opuści się poniżej krótkiej gałęzi syfonu 23.A variant of the steam engine is a machine with a drain valve 13-16, in which a filling siphon 23 is mounted as in Fig. 3, the shorter branch of which is placed in the upper part of the pumping chamber 1, and the long branch of which is connected slightly below to the exchange chamber 4. The siphon bend 23 is located in the upper part of the pumping chamber 1, and the length of the short branch ensures that the liquid level in the exchange chamber 4 is raised to the evaporator 9 before the liquid level in the pumping chamber 1 drops below the short branch of the siphon 23.

Działanie syfonu 23 wypełniającego przebiega w sposób następujący. Ciecz tłokowa 11, która podnosi się w komorze pompującej 1, także wchodzi do i podnosi się w krótkiej gałęzi syfonu 23. Po przekroczeniu wysokości kolana syfonu 23 ciecz tłokowa 11 z gałęzi krótkiej przechodzi do gałęzi długiej, pociągając za sobą ciecz z gałęzi krótkiej tak długo dopóki wejście do gałęzi krótkiej pozostaje pod poziomem cieczy w komorze pompującej 1. Przekrój komory pompującej 1 jest większy od przekroju komory wymiennikowej 4 i zapewnia podniesienie cieczy tłokowej 11 w komorze wymiennikowej 4 do poziomu parownika 9.The operation of the filling trap 23 is as follows. The piston fluid 11, which rises in the pumping chamber 1, also enters and rises in the short branch of the siphon 23. After exceeding the height of the knee of the siphon 23, the piston fluid 11 passes from the short branch to the long branch, dragging the liquid from the short branch with it for as long. as long as the entrance to the short branch remains below the liquid level in the pumping chamber 1. The cross-section of the pumping chamber 1 is greater than that of the exchange chamber 4 and ensures the lifting of the piston liquid 11 in the exchange chamber 4 to the level of the evaporator 9.

P r z y k ł a d 4P r z k ł a d 4

Ciecz tłokowa 11, ochłodzona w skraplaczu 10, przy otwartym zaworze spływowym przepływa z komory wymiennikowej 4 do komory pompującej 1, kiedy poziom w komorze pompującej 1 jest mały. Tam ona wymiesza się z gorącą cieczą tłokową 11 i podnosi swoją temperaturę (Fig. 4). Po otwarciu zaworu wypełniającego 18-22 ciecz tłokowa 11, ogrzana w komorze pompującej 1 i po podniesieniu cieczy 11 w komorze pompującej 1 wraca do komory wymiennikowej 4 i chłodzi się w skraplaczu 10. Jest to oczywista strata ciepła. W celu zmniejszenia wyżej wymienionej straty ciepła między komorą wymiennikową 4 a komorą pompującą 1 zostało umieszczono naczynie buforowe 24. Naczynie buforowe 24 wyposażone jest w przeponę podatną 25 lub może być bez niej. Objętość naczynia buforowego 24 jest wystarczająco duża, aby umieścić całą ciecz przepływającą na przemian między komorami 1 i 4. Dolna część komory pompującej 1, z której ciecz tłokowa 11 jest doprowadzana do naczynia buforowego 24, nie jest ogrzewana przez wymiennik 2 komory pompującej. Dlatego ciecz tłokowa 11, która wpływa z naczynia pompującego 1 do komory buforowej 24, jest mniej ogrzana, co zapewnia zmniejszenie straty ciepła z naczynia buforowego 24.The piston liquid 11, cooled in the condenser 10, flows from the exchange chamber 4 into the pumping chamber 1 when the discharge valve is open, when the level in the pumping chamber 1 is low. There it mixes with the hot piston fluid 11 and raises its temperature (Fig. 4). After opening the filling valve 18-22, the piston fluid 11, heated in the pumping chamber 1 and after the liquid 11 in the pumping chamber 1 has been lifted, returns to the exchange chamber 4 and is cooled in the condenser 10. This is an obvious heat loss. In order to reduce the above-mentioned heat loss, a buffer vessel 24 has been provided between the exchange chamber 4 and the pumping chamber 1. The buffer vessel 24 is provided with or without a flexible diaphragm. The volume of the buffer vessel 24 is large enough to accommodate all the liquid flowing alternately between the chambers 1 and 4. The lower part of the pumping chamber 1, from which the piston fluid 11 is supplied to the buffer vessel 24, is not heated by the exchanger 2 of the pumping chamber. Therefore, the piston fluid 11 that flows from the pumping vessel 1 into the buffer chamber 24 is heated less, reducing heat loss from the buffer vessel 24.

P r z y k ł a d 5P r z k ł a d 5

Ruch naprzemienny cieczy w naczyniu magazynującym 7 jest łatwo wykorzystywany do pompowania cieczy przy pomocy dołączonego do niego układu pompującego (Fig. 5), który składa się ze źródła 26 cieczy użytkowej, rury ssącej 27 z zaworem zwrotnym 28, oraz z zasobnika 31 cieczy użytkowej, rury tłocznej 30 z zaworem zwrotnym 29. Podczas pracy układu pompującego przepona podatna 8 naczynia magazynującego 7 praktycznie nie stawia oporu i nie przeszkadza przekazaniu ciśnienia pomiędzy maszyną parową a pompowaną cieczą użytkową. Ciśnienie pary substancji niskowrzącej 12 zależy od temperatury i jest różne w zależności od tego, czy skropliny znajdują się w parowniku 9 lub w skraplaczu 10. Dlatego do realizacji procesu pompowania ciśnienie hydrostatyczne ppomp w miejscu przyłączenia rury tłocznej 30 do maszyny parowej powinno być mniejsze od ciśnienia pary ppar w parowniku 9: ppomp > ppar, a ciśnienie hydrostatyczne pssan w miejscu przyłączenia rury ssącej 27 do maszyny parowej powinno być większe od ciśnienia pary pskrw skraplaczu 10: pssan > pskr.The alternating movement of the liquid in the storage vessel 7 is easily used to pump the liquid by means of a pumping system connected thereto (Fig. 5), which consists of a source 26 of a spray liquid, a suction pipe 27 with a non-return valve 28, and a service liquid reservoir 31, of the discharge pipe 30 with a non-return valve 29. During the operation of the pumping system, the flexible diaphragm 8 of the storage vessel 7 practically does not resist and does not prevent the transfer of pressure between the steam engine and the pumped utility liquid. The vapor pressure of the low-boiling substance 12 depends on the temperature and is different depending on whether the condensate is in the evaporator 9 or in the condenser 10. Therefore, to carry out the pumping process, the hydrostatic pressure of the pump at the connection of the discharge pipe 30 to the steam engine should be lower than the pressure ppar vapors in the evaporator 9: ppp> ppar, and the hydrostatic pressure pssan at the connection point of the suction pipe 27 to the steam engine should be greater than the vapor pressure pskrw of the condenser 10: pssan> pskr.

Maszyna parowa z układem pompującym pracuje w sposób następujący. Podczas skraplania ciśnienie obniża się, zawór zwrotny 28 rury ssącej 27 otwiera się, i ciecz użytkowa, na przykład woda, zasysana jest do naczynia magazynującego 7 przez rurę ssącą 27. Zasysanie może przebiegać tylko wtedy, gdy ciśnienie pskr w skraplaczu 10 będzie mniejsze niż ciśnienie w rurze ssącej 27 na wejściu do maszyny parowej: pskr < pdoi. Jeżeli substancją niskowrzącą 12 będzie pentan, a temperatura w skraplaczu 10 będzie wynosiła 20°C, to ciśnienie bezwzględne w skraplaczu 10 będzie wynosiło 56,5 kPa, co odpowiada podciśnieniu 44,8 kPa. To oznacza, że woda użytkowa w normalnych warunkach fizycznych może być zasysana z głębokości nie więcej niż 4,57 m.A steam engine with a pumping system works as follows. During condensation, the pressure drops, the check valve 28 of the suction pipe 27 opens, and the service liquid, for example water, is sucked into the storage vessel 7 through the suction pipe 27. The suction can only take place if the pressure pscr in the condenser 10 is less than the pressure. in the suction pipe 27 at the entrance to the steam engine: pskr <pdoi. If the low boiler 12 is pentane and the temperature in the condenser 10 is 20 ° C, the absolute pressure in the condenser 10 will be 56.5 kPa, corresponding to a vacuum of 44.8 kPa. This means that under normal physical conditions utility water can be sucked in from a depth of no more than 4.57 m.

Podczas parowania i wtłaczania wody użytkowej do zasobnika 31 zawór zwrotny ssący 28 zamyka się, a tłoczny 29 otwiera się. Wtłaczanie cieczy może przebiegać tylko wtedy, gdy ciśnienie w parowniku 9 jest większe niż ciśnienie na wyjściu rury tłocznej 30 z maszyny parowej. Przy temperaturze wrzenia 50°C ciśnienie pary nasyconej pentanu stanowi 159 kPa, co odpowiada ciśnieniu manometrycznemu 57,9 kPa przy normalnych warunkach fizycznych. To oznacza, że ciśnienie pary pentanuDuring the steaming and forcing of the utility water into the reservoir 31, the suction check valve 28 closes and the discharge valve 29 opens. The injection of liquid can only take place when the pressure in the evaporator 9 is greater than the pressure at the outlet of the discharge pipe 30 from the steam engine. At a boiling point of 50 ° C, the saturated vapor pressure of pentane is 159 kPa, which corresponds to a gauge pressure of 57.9 kPa under normal physical conditions. This means the vapor pressure of the pentane

PL 240 516 B1 może podnieść wodę na wysokość nie większą jak 5,9 m. A więc w przypadku, stosowania pentanu jako czynnika roboczego, maksymalna teoretyczna wysokość podnoszenia cieczy wyniesie około 10 m przy temperaturze parownika 9 tpar = 50°C, a skraplacza 10 tskr = 20°C.PL 240 516 B1 can lift the water to a height not exceeding 5.9 m. So when using pentane as a working medium, the maximum theoretical height of the liquid will be about 10 m at the temperature of the evaporator 9 tpar = 50 ° C, and the condenser temperature 10 tskr = 20 ° C.

Na Fig. 6 i Fig. 7 pokazany jest wykres p_m_nas-t zależności ciśnienia manometrycznego pary nasyconej pentanu wyrażonego w metrach słupa H2O w zależności od temperatury, oraz maksymalne wysokości miejsca zasysania zssan = 4,6 m i tłoczenia zpomp = 5,9 m wody użytkowej względem miejsca położenia maszyny parowej przy temperaturze parownika 50°C i temperaturze skraplacza 20°C.Fig. 6 and Fig. 7 show a diagram p _m _nas-t of the pressure dependence of saturated pentane in meters of H2O as a function of temperature, and the maximum heights of the suction point suction = 4.6 m and discharge from pumps = 5.9 m in relation to the location of the steam engine at an evaporator temperature of 50 ° C and a condenser temperature of 20 ° C.

Przy wykorzystaniu butanu ciśnienie bezwzględne w maszynie parowej wynosi 207 kPa w skraplaczu 10, którego temperatura stanowi 20°C, oraz 496 kPa w parowniku 9 przy temperaturze 50°C. Maksymalnie teoretycznie możliwe podnoszenie cieczy w tym przypadku może osiągnąć 29 metrów.When butane is used, the absolute pressure in the steam engine is 207 kPa in the condenser 10 at 20 ° C, and 496 kPa in the evaporator 9 at 50 ° C. The maximum theoretically possible liquid lift in this case can reach 29 meters.

Wykres p_m_nas-t zależności ciśnienia manometrycznego pary nasyconej butanu wyrażonego w metrach słupa H2O w zależności od temperatury, oraz maksymalne wysokości miejsca zasysania zssan i tłoczenia zpomp wody użytkowej względem miejsca położenia maszyny parowej przy temperaturze parownika 50°C i temperaturze skraplacza 20°C są pokazane na Fig. 8 i 9.Graph p _m _nas-t dependence of the manometric pressure of butane saturated vapor expressed in meters of H2O column depending on the temperature, and the maximum heights of the suction and discharge point from domestic water pumps in relation to the location of the steam engine at the evaporator temperature of 50 ° C and the condenser temperature of 20 ° C are shown in Figs. 8 and 9.

P r z y k ł a d 6P r x l a d 6

W celu pobierania z maszyny parowej pracy mechanicznej w postaci ruchu posuwisto-zwrotnego, do komory pompującej 1 podłączony jest dwustronny siłownik hydrauliczny 32, którego druga strona połączona jest do naczynia wzbiorczego 33 (Fig. 10). Ciśnienie w naczyniu wzbiorczym 33 jest ustalone o wartości pośredniej pomiędzy ciśnieniem pary w parowniku 9 ppar i w skraplaczu 10 pskr. W tym przypadku jest zapewnione wykonanie ruchu prostego i powrotnego tłoka siłownika 32, a z tłoczyska siłownika można pobierać pracę mechaniczną, w tym, na przykład, można uruchomić odpowiednio dobraną pompę cieczową.In order to extract mechanical work from the steam engine in the form of a reciprocating movement, a double-acting hydraulic cylinder 32 is connected to the pumping chamber 1, the other side of which is connected to the expansion vessel 33 (Fig. 10). The pressure in the expansion vessel 33 is set to a value that is intermediate between the vapor pressure of the 9 vapor evaporator and the 10 psr condenser. In this case, it is ensured that the straight and return movement of the piston of the actuator 32 is performed, and mechanical work can be taken from the piston rod of the actuator, including, for example, starting a suitably selected liquid pump.

Taka instalacja pracuje w sposób następujący. Działanie tłoka cieczowego, parownika 9 i skraplacza 10 maszyny parowej pozostaje takie same, jak opisano w przykładach poprzednich. Podczas wrzenia ciecz tłokową 11 wtłacza się do pierwszej komory siłownika hydraulicznego 32, tłok siłownika przesuwa się i wytłacza ciecz z drugiej komory siłownika do naczynia wzbiorczego 33. Gaz obojętny w naczyniu wzbiorczym 33 spręża się i nieco podnosi ciśnienie. Pożądanym jest, aby zmiany ciśnienia w naczyniu wzbiorczym 33 były jak najmniejsze. Dlatego objętość gazu jest istotnie większe niż objętość cieczy doprowadzanej z drugiej komory siłownika 32 do naczynia wzbiorczego 33.Such an installation works as follows. Operation of the liquid piston, evaporator 9 and condenser 10 of the steam engine remains the same as described in the previous examples. During boiling, the piston fluid 11 is forced into the first chamber of the hydraulic cylinder 32, the piston of the cylinder moves and forces the liquid from the second cylinder chamber into the expansion vessel 33. The inert gas in the expansion vessel 33 compresses and raises the pressure slightly. It is desirable that the pressure variation in the expansion vessel 33 be as low as possible. Therefore, the volume of gas is significantly greater than the volume of liquid supplied from the second chamber of the actuator 32 to the expansion vessel 33.

Ciśnienie oddziaływające na tłok siłownika 32 ze strony pierwszej komory siłownika, czyli ze strony komory pompującej 1, jest równa ciśnieniu pary parownika 9 ppar, kiedy przebiega wrzenie, albo równa ciśnieniu skraplacza 10 pskr, kiedy przebiega skraplanie, pod warunkiem, że siłownik 32 jest umieszczony na tym samym poziomie, jak i maszyna parowa. Ciśnienie naczynia wzbiorczego pn.wz. razem z ciśnieniem hydrostatycznym ph.n.wz. słupa cieczy w rurze, która łączy naczynie wzbiorcze 33 z siłownikiem 32, oddziaływają na tłok siłownika 32 z drugiej strony. Różnica ciśnienia pomiędzy pierwszą a drugą stronami siłownika 32 oddziaływa na tłok siłownika 32, wskutek czego z tłoczyska siłownika 32 jest odbierana praca mechaniczna w postaci ruchu postępowo-zwrotnego. Aby ruch był na przemian postępowy, ciśnienie ze strony drugiej komory siłownika 32 (pn.wz + ph.n.wz.) ustalono mniejszym niż ciśnienie w parowniku podczas wrzenia, oraz większe niż ciśnienie w skraplaczu podczas skraplania: ppar > (pn.wz + ph.n.wz.) > pskr.The pressure acting on the piston of the actuator 32 from the first chamber of the actuator, i.e. from the pumping chamber 1, is equal to the vapor pressure of the evaporator 9 ppar when boiling or the pressure of the condenser 10 pskr when condensation is taking place, provided the actuator 32 is positioned. on the same level as the steam engine. Pressure of the expansion vessel together with the hydrostatic pressure ph.n.wz. the liquid column in the pipe, which connects the expansion vessel 33 to the actuator 32, acts on the piston of the actuator 32 on the other hand. The pressure difference between the first and second sides of the cylinder 32 acts on the piston of the cylinder 32, whereby mechanical work in the form of a reciprocating movement is received from the piston rod of the cylinder 32. In order for the motion to be alternately translational, the pressure from the second chamber of the actuator 32 (AE + PH) was set lower than the pressure in the evaporator during boiling, and greater than the pressure in the condenser during condensation: ppar> + ph.n.wz.)> pskr.

P r z y k ł a d 7P r z k ł a d 7

W poprzednim przykładzie ciśnienie ze strony naczynia wzbiorczego jest praktycznie niezmienne. Temperatura w parowniku 9 i w skraplaczu 10 może zmieniać się w trakcie eksploatacji, na przykład, jeżeli źródłem ciepła jest kolektor słoneczny pracujący przy zmiennym zachmurzeniu. Ciśnienie w naczyniu wzbiorczym 33 jest regulowane dla lepszego dopasowania ciśnienia do zmiennych temperatur i ciśnienia w maszynie parowej. W tym celu naczynie wzbiorcze 33 posiada wymiennik ciepła 35 umieszczony w cieczy, częściowo wypełniającej naczynie wzbiorcze 33 oraz warstwę substancji niskowrzącej 34, która nie rozpuszcza się w cieczy naczynia wzbiorczego 33 i ma gęstość mniejszą od tej cieczy, przy czym ilość substancji niskowrzącej 34 jest wystarczająca do wypełnienia swoją parą objętości naczynia wzbiorczego 33 niezajętego cieczą, a wymiennik ciepła 35 utrzymuje temperaturę w naczyniu wzbiorczym 33 tak, aby ciśnienie w rurze, która łączy komorę pompującą 1 z siłownikiem 32, na wejściu do komory pompującej 1 pozostawało mniejsze od ciśnienia w parowniku 9 podczas wrzenia i większe od ciśnienia w skraplaczu 10 podczas skraplania (Fig. 11).In the previous example, the pressure from the expansion vessel is practically constant. The temperature in the evaporator 9 and in the condenser 10 may vary during operation, for example, if the heat source is a solar collector operating under varying cloud cover. The pressure in the expansion vessel 33 is regulated to better match the pressure to the varying temperatures and pressure in the steam machine. To this end, the expansion vessel 33 has a heat exchanger 35 placed in the liquid partially filling the expansion vessel 33 and a layer of low-boiling substance 34 which does not dissolve in the liquid of the expansion vessel 33 and has a lower density than this liquid, the amount of low-boiling substance 34 being sufficient. to fill the volume of the expansion vessel 33 with no liquid with its steam, and the heat exchanger 35 maintains the temperature in the expansion vessel 33 so that the pressure in the pipe that connects the pumping chamber 1 with the actuator 32 at the inlet to the pumping chamber 1 remains lower than the pressure in the evaporator 9 at boiling and greater than the pressure in condenser 10 during condensation (Fig. 11).

Claims

PL 240 516 B1

List of designations in the drawings

1. - pumping chamber,

2. - pumping chamber exchanger,

3. - steam channel,

4. - exchanger chamber,

5. - liquid channel,

6. - throttle valve,

7. - storage vessel,

8. - flexible diaphragm,

9. - evaporator,

10. - condenser,

11. - piston fluid,

12. - low-boiling substance,

13. - drain valve valve,

14. - drain valve guide,

15. - drain valve limiters,

16. - drain valve float,

17. - a channel filling the exchanger chamber,

18. - float for raising the valve and guide,

19. - filling valve valve,

twenty. - fill valve guide,

21. - fill valve limiters,

22. - fill valve float,

23. - siphon,

24. - buffer vessel,

25. - flexible diaphragm of the buffer vessel,

26. - source of working liquid,

27. - suction pipe,

28. - suction pipe check valve,

29. - discharge pipe check valve,

thirty. - discharge pipe,

31. - usable liquid tank,

32. - hydraulic cylinder,

33. - expansion vessel,

34. - layer of low-boiling substance in the expansion vessel,

35. - expansion vessel exchanger.

Patent claims

1. A steam engine, equipped with two chambers: an exchange chamber consisting of an evaporator and a condenser, located under the evaporator, and a pumping chamber with a liquid piston with a cross-section significantly larger than that of the exchange chamber, which are connected to each other by an upper steam channel, and connected to the bottom by a channel liquid; a flexible diaphragm storage vessel connected to the bottom of the pumping chamber; and a pumping system including a source of service liquid, a reservoir of pumped service liquid and two check valves, characterized in that on the walls of the pumping chamber (1) there is an exchanger (2) of the pumping chamber (1), including a vapor zone and a zone for changing the liquid level in the chamber pump (1), and the exchange chamber (4) contains a low-boiling substance (12) that does not dissolve in the piston fluid (11), has a density lower than that of the piston fluid (11) and has a boiling point lower than the boiling point of the piston fluid ( 11).

Steam engine according to claim 1, characterized in that the low-boiling substance (12) is a low-boiling hydrocarbon and the piston fluid (11) is water or a solution thereof with another substance with a higher boiling point.

Steam engine according to claims 1 and 2, characterized in that a drain valve is installed in the pumping chamber (1) at the outlet of the liquid channel (5),

PL 240 516 B1, which consists of a valve (13) connected to a guide (14), on which there are two stops (15), between which there is a movable float (16), the exit from the liquid drainage channel (5) and the lower limiter (15) are located below the condenser (10), and additionally between the pumping chamber (1) and the exchange chamber (4), a channel (17) is introduced to fill the exchange chamber, at the entrance of which, in the pumping chamber (1), a filler is installed a float valve consisting of a float (18) raising the valve (19) and a guide (20) on which two stops (21) are placed, while the float (22) and stops (21) are located in the upper part of the pumping chamber ( 1) but below the steam duct (3).

4. A steam engine according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the channel (17) filling the exchange chamber (4) is made in the form of a filling siphon (23), the shorter branch of which is placed in the upper part of the pumping chamber (1) , and the long branch is connected slightly below to the exchange chamber (4).

5. Steam engine according to claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that a buffer vessel (24) with a flexible diaphragm (25) or without a diaphragm is arranged between the exchange chamber (4) and the pumping chamber (1).

6. A steam engine according to claims 1, 2, 3, 4 and 5 with a pumping system, characterized in that the source (26) of the usable liquid is situated at a height created by the hydrostatic pressure between the source (26) of the usable liquid and the condenser (10) greater than the gauge pressure of the low-boiling substance vapor (12) in the condenser (10) during condensation, while the height of the service liquid reservoir (31) creates the hydrostatic pressure between the reservoir (31) and the evaporator (9) less than the low-boiling fluid vapor (12) gauge pressure prevailing in the evaporator (9) during pumping.

Steam engine according to claims 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that it has an expansion vessel (33) and a hydraulic cylinder (32), one side of which is connected to the pumping chamber (1) and the other to the expansion vessel (33) which is completely or partially filled with an inert gas.

8. Steam engine according to claims 1, 2, 3, 4, 5 and 7, characterized in that the expansion vessel (33) has a heat exchanger (35) placed in a liquid that partially fills the expansion vessel (33), and a layer of low-boiling substance (34) of a mass sufficient to fill with steam the volume of the expansion vessel (33) not occupied by liquid.