Изобретение относится к энергетике и в частности к двигателям, работающим на смесях в качестве рабочего тела. The invention relates to energy and in particular to engines operating on mixtures as a working fluid.
Целью изобретения является повышение удельной мощности. The aim of the invention is to increase the specific power.
На чертеже представлена схема теплового двигателя, реализующего способ. The drawing shows a diagram of a heat engine that implements the method.
Тепловая машина содержит размещенные на одном валу с потребителем механической энергии (на чертеже не показан) расширитель 1, выполненный в виде винтовой машины, компрессор 2, выполненный в виде винтового компрессора, и теплообменник 3, имеющий три хода для теплоносителей, разделенных теплообменными поверхностями. При этом выхлоп расширителя 1 через трубопровод 4, один из ходов теплообменника 3 и трубопровод 5 соединены с входом компрессора 2, а выхлоп последнего через сепаратор 6, трубопровод 7, второй ход теплообменника 3 и трубопровод 8 подсоединен к входу расширителя 1. Также машина содержит нагреватель 9 жидкого теплоносителя, который может быть выполнен в виде химического источника тепла, подключенный трубопроводом 10 к входу расширителя 1, и охладитель 11, выполненный в виде воздушного радиатора и подсоединенный трубопроводом 12 к входу компрессора 2, трубопроводом 13 - к сепаратору 6 и через трубопровод 14, третий ход теплообменника 3 и трубопровод 15 - к нагревателю 9. Машина содержит вал 16. The heat engine includes an expander 1, made in the form of a screw machine, a compressor 2, made in the form of a screw compressor, and a heat exchanger 3, which has three strokes for heat carriers separated by heat-exchanging surfaces, located on the same shaft as the consumer of mechanical energy (not shown). In this case, the exhaust of the expander 1 through the pipe 4, one of the strokes of the heat exchanger 3 and the pipe 5 is connected to the input of the compressor 2, and the exhaust of the latter through the separator 6, pipe 7, the second stroke of the heat exchanger 3 and pipe 8 is connected to the input of the expander 1. The machine also contains a heater 9 liquid coolant, which can be made in the form of a chemical heat source, connected by a pipe 10 to the input of the expander 1, and a cooler 11, made in the form of an air radiator and connected by a pipe 12 to the input of the compressor 2, pipeline 13 to the separator 6 and through pipe 14, the third stroke of the heat exchanger 3 and pipe 15 to the heater 9. The machine contains a shaft 16.
Работа тепловой машины заключается в следующем. Жидкий теплоноситель, например тетракрезилоксисилан, не меняющий фазового состояния в интервале температур 270-700 К, нагревается в нагревателе 9 до температуры порядка 700 К и впрыскивается по трубопроводу 10 в газообразное рабочее тело (например, воздух) перед расширением его в расширителе 1. Смесь газообразного рабочего тела и нагретого теплоносителя расширяется с совершением полезной работы, отводимой к потребителю механической энергии через вал 16. В процессе расширения в проточной части расширителя 1 происходит постепенная отдача тепла от теплоносителя к газообразному рабочему телу, благодаря чему процесс расширения близок к изотермическому. Расширенная смесь по трубопроводу 4 направляется в теплообменник 3, где охлаждается и по трубопроводу 5 подается на вход в компрессор 2. Также на вход последнего подается охлажденный теплоноситель из охладителя 11 по трубопроводу 12. Смесь газообразного рабочего тела и теплоносителя сжимается в компрессоре от давления порядка 20 атм до давления 40 ата. При этом в проточной части компрессора происходит отдача тепла от охлажденного теплоносителя к газообразному рабочему телу, благодаря чему процесс сжатия близок к изотермическому. После сжатия смеси происходит отделение жидкого теплоносителя от газообразного рабочего тела в сепараторе 6. Далее газообразное тело через трубопровод 7, теплообменник 3, где оно нагревается, и трубопровод 8 подается на вход расширителя 1. Отделенный в сепараторе 6 теплоноситель по трубопроводу 13 направляется в охладитель 11, в котором он охлаждается до температуры 350 К. Из охладителя часть теплоносителя подается в компрессор, а часть через трубопровод 14, теплообменник 3, трубопровод 15 - в нагреватель 9. При этом в теплообменнике 3 теплоноситель предварительно нагревается. The operation of the heat engine is as follows. A liquid heat carrier, for example tetracresyloxysilane, which does not change the phase state in the temperature range 270-700 K, is heated in a heater 9 to a temperature of the order of 700 K and injected through a pipe 10 into a gaseous working fluid (for example, air) before expanding it in the expander 1. A mixture of gaseous the working fluid and the heated coolant expands with the completion of useful work, allocated to the consumer of mechanical energy through the shaft 16. In the process of expansion in the flow part of the expander 1 there is a gradual heat transfer ie the coolant to the gaseous working fluid, so that the process of expansion close to isothermal. The expanded mixture is sent through pipe 4 to the heat exchanger 3, where it is cooled and fed through pipe 5 to the compressor inlet 2. Also, the cooled fluid from the cooler 11 is fed to the inlet of the latter through pipe 12. The mixture of the gaseous working fluid and the heat carrier is compressed in the compressor from a pressure of about 20 atm to a pressure of 40 atm. At the same time, heat is transferred from the cooled coolant to the gaseous working fluid in the compressor flow path, due to which the compression process is close to isothermal. After the mixture is compressed, the liquid coolant is separated from the gaseous working fluid in the separator 6. Next, the gaseous fluid is passed through the pipe 7, the heat exchanger 3, where it is heated, and the pipe 8 is fed to the inlet of the expander 1. The heat carrier separated in the separator 6 is sent through the pipe 13 to the cooler 11 in which it is cooled to a temperature of 350 K. From the cooler, part of the coolant is supplied to the compressor, and part through pipeline 14, heat exchanger 3, pipe 15 to the heater 9. Moreover, in the heat exchanger 3 preheated.
Изобретение позволит повысить удельную мощность путем впрыска в расширитель жидкого теплоносителя, отделения теплоносителя на выходе из компрессора при относительно низких температурах и глубокого охлаждения смеси перед сжатием охлажденным теплоносителем. The invention will increase the specific power by injection into the expander of the liquid coolant, separating the coolant at the outlet of the compressor at relatively low temperatures and deep cooling the mixture before compression with a cooled coolant.