RU2147338C1

RU2147338C1 - System for converting heat into electric energy

Info

Publication number: RU2147338C1
Application number: RU98112522/06A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Степанов
Original assignee: Степанов Николай Николаевич
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2000-04-10

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: proposed system has high-temperature circulation circuit with steam generator for getting superheated stem to be used as main working medium for first expander coupled with first generator of electric energy obtained at conversion of apparent heat of working medium into work. Condenser installed at its outlet is designed for transmission of latent heat of main working medium to cold source-auxiliary working medium, in low-temperature circulation circuit including liquid supply devices, liquid boiling temperature exceeding maximum ambient temperature. Condenser is made in form of steam-gas condenser-heat exchanger playing the part of cooler for main working medium and heater for auxiliary working medium. Low- temperature circulation circuit uses gas as working medium, gas boiling temperature being lower than melting temperature of above indicated liquid. It is made in form of atomizer of compressor, compression ratio from 1.25 to 1.7. Second expander is mechanically coupled with second electric energy generator with output power equal to up to 1.5 of rated output power of first generator. Liquid supply devices are connected to atomizer to provide introduction of liquid into heated auxiliary working medium for saturating it with vapors at compression in compressor with subsequent conversion of apparent and latent heat into work in second expander, both by energy of expansion of auxiliary working medium and by heat of condensation of steam of humidifier getting into open collector of humidifier and, through condensate pump, into atomizer. EFFECT: provision of complete conversion of apparent and latent heat into electric energy. 8 cl, 1 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для получения электроэнергии с помощью теплоты внешнего теплоносителя, а также теплоты, аккумулированной в газообразном, химическом и органическом топливе. The invention relates to the field of power engineering and can be used to generate electricity using the heat of an external heat carrier, as well as the heat accumulated in gaseous, chemical and organic fuel.

Уровень техники характеризуется тем, что известны системы преобразования теплоты в электроэнергию, содержащие контур циркуляции рабочего тела с последовательно установленными теплообменником или вводом продуктов сгорания топлива в рабочее тело для восстановления его теплоты, компрессором для его сжатия и расширительным устройством для превращения теплоты рабочего тела, протекающего с расширением и понижением температуры последнего (1) и с применением дополнительного контура использования вторичного тепла (2). The prior art is characterized by the fact that heat-to-electric energy conversion systems are known containing a working fluid circulation circuit with a heat exchanger sequentially installed or introducing fuel combustion products into the working fluid to restore its heat, a compressor for compressing it and an expansion device for converting the heat of the working fluid flowing from expanding and lowering the temperature of the latter (1) and using an additional secondary heat utilization circuit (2).

Недостаткам известных систем является то, что они исключают преобразование скрытой теплоты внешнего теплоносителя, переходящей в рабочее тело основного контура, несут крупные потери его явной теплоты после расширения рабочего тела, что снижает эффективность преобразования теплоты в целом и ограничивает величину получаемой мощности и, кроме того, они исключают применение для восстановления теплоты рабочего тела низкопотенциальных теплоносителей. The disadvantages of the known systems is that they exclude the conversion of the latent heat of the external coolant passing into the working fluid of the main circuit, suffer major losses of its apparent heat after expansion of the working fluid, which reduces the efficiency of heat conversion in general and limits the amount of received power and, in addition, they exclude the use of low-grade coolants to restore the heat of the working fluid.

Кроме того, известна система преобразования теплоты в электроэнергию, содержащая высокотемпературный контур циркуляции с парогенератором для получения перегретого пара в качестве основного рабочего тела для первого расширительного устройства, кинематически связанного с первым генератором электроэнергии, получаемой за счет преобразования явной теплоты этого рабочего тела в механическую работу, протекающего с расширением и понижением температуры в упомянутом расширительном устройстве, на выходе которого установлен пароводяной конденсатор для передачи скрытой теплоты основного рабочего тела холодному источнику за счет теплоотдачи вспомогательному рабочему телу, содержащемуся в низкотемпературном контуре циркуляции, включающем средства подачи жидкости, температура кипения которой выше максимальной температуры окружающей среды (3). In addition, there is a known system for converting heat to electricity, containing a high-temperature circulation circuit with a steam generator to produce superheated steam as the main working fluid for the first expansion device kinematically connected with the first generator of electricity obtained by converting the apparent heat of this working fluid into mechanical work, flowing with expansion and lowering of temperature in said expansion device, at the outlet of which a steam-water con a compensator for transferring latent heat of the main working fluid to a cold source due to heat transfer to the auxiliary working fluid contained in the low-temperature circulation circuit, including means for supplying a liquid whose boiling point is higher than the maximum ambient temperature (3).

Недостатками этой системы являются невозможность преобразования скрытой теплоты основного рабочего тела в электроэнергию, большие безвозвратные потери теплоты в низкотемпературном контуре циркуляции, не пригодном для выработки электроэнергии, а также узость функциональных возможностей, не позволяющая оптимизировать параметры тепловых процессов в системе применительно к реальным климатическим условиям и использовать дополнительно теплоту низкопотенциальных ее источников. The disadvantages of this system are the impossibility of converting the latent heat of the main working fluid into electricity, large irreversible heat losses in the low-temperature circulation circuit, not suitable for generating electricity, as well as the narrowness of the functionality that does not allow optimizing the parameters of thermal processes in the system in relation to real climatic conditions and using additionally the heat of its low-potential sources.

Технической задачей изобретения является создание системы преобразования теплоты в электроэнергию, позволяющей преобразовывать как явную, так и скрытую теплоту в универсальный вид энергии - электроэнергию, с одновременным сокращением потерь теплоты в низкотемпературном контуре циркуляции, а также расширение арсенала систем преобразования теплоты в электроэнергию и их функциональных возможностей для обеспечения оптимизации параметров тепловых процессов в системе применительно к реальным климатическим условиям эксплуатации и для использования теплоты низкопотенциальных ее источников. An object of the invention is the creation of a system for converting heat into electricity, which allows the conversion of both explicit and latent heat into a universal form of energy - electricity, while reducing heat losses in the low-temperature circulation circuit, as well as expanding the arsenal of systems for converting heat into electricity and their functionality to ensure optimization of the parameters of thermal processes in the system in relation to real climatic conditions of operation and for Using low-grade heat source it.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе преобразования теплоты в электроэнергию, содержащей высокотемпературный контур циркуляции с парогенератором для получения перегретого пара в качестве основного рабочего тела для первого расширительного устройства, кинематически связанного с первым генератором электроэнергии, получаемой за счет преобразования явной теплоты этого рабочего тела в механическую работу, протекающего с расширением и понижением температуры в упомянутом расширительном устройстве, на выходе которого установлен конденсатор для передачи скрытой теплоты основного рабочего тела холодному источнику - вспомогательному рабочему телу, содержащемуся в низкотемпературном контуре циркуляции, включающем средства подачи жидкости, температура кипения которой выше максимальной температуры окружающей среды, указанный конденсатор выполнен в виде парогазового конденсатора-теплообменника, с возможностью одновременного выполнения функций холодильника для основного рабочего тела и нагревателя для вспомогательного рабочего тела, а низкотемпературный контур циркуляции содержит в качестве вспомогательного рабочего тела газ, температура кипения которого ниже температуры плавления упомянутой жидкости, и выполнен в виде последовательно соединенных распылителя, компрессора со степенью сжатия от 1,25 до 1,7 и второго расширительного устройства с тепловым напором, составляющим от 0,04 до 0,045 теплового напора первого расширительного устройства, при этом второе расширительное устройство кинематически связано с дополнительно установленным вторым генератором электроэнергии, выполненным с номинальной мощностью, составляющей до 1,5 номинальной мощности первого генератора, а средства подачи жидкости подключены к распылителю для введения ее в качестве увлажнителя в нагретое в парогазовом конденсаторе-теплообменнике вспомогательное рабочее тело и насыщения последнего парам при сжатии в компрессоре, с последующим преобразованием явной и скрытой теплоты в механическую работу во втором расширительном устройстве как за счет энергии расширения вспомогательного рабочего тела, так и за счет теплоты конденсации паров увлажнителя. The essence of the invention lies in the fact that in the system of converting heat to electricity containing a high-temperature circulation circuit with a steam generator to produce superheated steam as the main working fluid for the first expansion device kinematically connected with the first generator of electricity obtained by converting the apparent heat of this working fluid in mechanical work proceeding with expansion and lowering of temperature in the said expansion device, at the output of which a condenser has been installed to transfer the latent heat of the main working fluid to a cold source — an auxiliary working fluid contained in a low-temperature circulation circuit, including means for supplying liquid whose boiling point is higher than the maximum ambient temperature, this condenser is made in the form of a gas-vapor condenser-heat exchanger, with the possibility of simultaneous execution functions of the refrigerator for the main working fluid and the heater for the auxiliary working fluid, and low-temperature The circulation circuit contains, as an auxiliary working fluid, a gas whose boiling point is lower than the melting temperature of the liquid and is made in the form of a series-connected atomizer, a compressor with a compression ratio of 1.25 to 1.7, and a second expansion device with a thermal pressure of 0.04 to 0.045 of the thermal head of the first expansion device, while the second expansion device is kinematically connected with an additionally installed second electricity generator, made with rated power, up to 1.5 times the rated power of the first generator, and the liquid supply means are connected to the atomizer to introduce it as a humidifier into the auxiliary working fluid heated in a gas-vapor condenser-heat exchanger and to saturate the latter with vapor during compression in the compressor, followed by explicit and latent heat into mechanical work in the second expansion device due to both the expansion energy of the auxiliary working fluid and the heat of condensation of the humidifier vapor I.

При этом второе расширительное устройство выполнено в виде осевой турбины, причем последняя и компрессор имеют отверстия в корпусе для отвода конденсата и избытка увлажнителя, соответственно средства подачи жидкости выполнены в виде конденсатного насоса, бака и трубопроводов, эта турбина и компрессор выполнены с общим корпусом, а их роторы соединены общим валом, причем указанная турбина выполнена в виде осевого компрессора обратного типа, и эта турбина выполнена с числом лопаток на 1-3 большим числа лопаток компрессора. In this case, the second expansion device is made in the form of an axial turbine, the latter and the compressor having openings in the housing for draining condensate and excess humidifier, respectively, the liquid supply means are made in the form of a condensate pump, tank and pipelines, this turbine and compressor are made with a common housing, and their rotors are connected by a common shaft, and the specified turbine is made in the form of an axial compressor of the inverse type, and this turbine is made with the number of blades 1-3 large number of compressor blades.

Кроме того, второй генератор электроэнергии выполнен обратимым с возможностью работы как в генераторном, так и в двигательном режимах, при необходимости система может быть снабжена разгонным электрическим или тепловым двигателем, ротор которого кинематически соединен с роторами компрессора и турбины. In addition, the second electricity generator is made reversible with the possibility of working in both generator and motor modes, if necessary, the system can be equipped with an accelerating electric or heat engine, the rotor of which is kinematically connected to the rotors of the compressor and turbine.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Information confirming the possibility of carrying out the invention.

На чертеже: фиг. 1 изображена принципиальная схема системы преобразования теплоты в электроэнергию; на фиг. 2 - конструктивная схема низкотемпературного контура циркуляции. In the drawing: FIG. 1 shows a schematic diagram of a system for converting heat into electricity; in FIG. 2 is a structural diagram of a low temperature circulation circuit.

Система преобразования низкопотенциального тепла содержит высокотемпературный контур циркуляции с парогенератором (котлом) 1 и первым расширительным устройством, например силовой турбиной 18, кинематически связанной с первым генератором 19 электроэнергии (электрогенератором), а также парогазовый конденсатор-теплообменник 15 основного рабочего тела - водяного пара, передающего скрытую теплоту газообразному вспомогательному рабочему телу, например воздуху, содержащемуся в низкотемпературном контуре циркуляции, выполненном в виде последовательно соединенных распылителя 2, компрессора 3 со степенью сжатия от 1,25 до 1,7, и второго расширительного устройства в виде осевой газовой турбины 4 с тепловым напором, составляющим от 0,04 до 0,045 теплового напора турбины 18. The low-potential heat conversion system contains a high-temperature circulation circuit with a steam generator (boiler) 1 and a first expansion device, for example, a power turbine 18 kinematically connected to the first electric power generator 19 (electric generator), as well as a gas-vapor condenser-heat exchanger 15 of the main working fluid - water vapor transmitting latent heat to a gaseous auxiliary working fluid, for example air contained in a low-temperature circulation circuit, made in the form after of a properly connected atomizer 2, compressor 3 with a compression ratio from 1.25 to 1.7, and a second expansion device in the form of an axial gas turbine 4 with a thermal pressure of 0.04 to 0.045 thermal pressure of the turbine 18.

Турбина 4 кинематически связана со вторым генератором 5 электроэнергии (электрогенератором), выполненным с номинальной мощностью, составляющей до 1,5 номинальной мощности генератора 19. Средства подачи жидкости-увлажнителя (температура кипения которой выше максимальной температуры окружающей среды), например воды, в распылитель 2 представляют собой конденсатный насос 14 с баком 13, трубопроводом 9 и вентилем 11. Кроме того, вода может подаваться непосредственно из водопроводной сети через вентиль 12. The turbine 4 is kinematically connected with the second electric power generator 5 (electric generator), made with a nominal power of up to 1.5 of the rated power of the generator 19. Means for supplying a humidifier liquid (whose boiling point is higher than the maximum ambient temperature), for example, water, to the atomizer 2 represent a condensate pump 14 with a tank 13, a pipe 9 and a valve 11. In addition, water can be supplied directly from the water supply network through the valve 12.

При этом турбина 4 и компрессор 3 имеют отверстия 29 в корпусе 24 для отвода конденсата и избытка увлажнителя, соответственно лопатки 7, 8 турбины и компрессора 3 установлены на рабочих дисках диаметрально противоположно, а ротор турбины 4 кинематически соединен с роторами компрессора 3 и электрогенератора 5 для компенсации потерь преобразования и внешнего потребления энергии соответственно. In this case, the turbine 4 and compressor 3 have openings 29 in the housing 24 for draining condensate and excess humidifier, respectively, the blades 7, 8 of the turbine and compressor 3 are mounted diametrically opposite on the working disks, and the rotor of the turbine 4 is kinematically connected to the rotors of the compressor 3 and the generator 5 for compensation for conversion losses and external energy consumption, respectively.

Лопатки 7 турбины 4 и компрессора 3 являются неподвижными (направляющий аппарат), а лопатки 8 установлены на вращающихся роторах (не обозначены). The blades 7 of the turbine 4 and the compressor 3 are stationary (guiding apparatus), and the blades 8 are mounted on rotating rotors (not indicated).

Кроме того, турбина 4 и компрессор 3 выполнены с общим корпусом 24, а их роторы соединены общим цилиндрическим валом (не обозначен). В других случаях, при больших мощностях агрегата, состоящего из компрессора 3, турбины 4 и генератора 5, они могут быть раздельными, но кинематически соединенными муфтами на одной оси между собой (на чертежах не изображено). Турбина 4 выполнена в виде осевого компрессора обратного типа, причем турбина 4 и компрессор 3 могут быть выполнены идентичными по конструкции или турбина 4 может быть выполнена с числом рядов лопаток 7, 8 на 1-3 большим числа рядов лопаток 7, 8 компрессора 3. In addition, the turbine 4 and compressor 3 are made with a common housing 24, and their rotors are connected by a common cylindrical shaft (not indicated). In other cases, at large capacities of the unit, consisting of a compressor 3, a turbine 4 and a generator 5, they can be separate, but kinematically connected couplings on the same axis (not shown in the drawings). The turbine 4 is made in the form of an axial compressor of the inverse type, the turbine 4 and the compressor 3 can be made identical in design or the turbine 4 can be made with the number of rows of blades 7, 8 1-3 more than the number of rows of blades 7, 8 of compressor 3.

При этом электрогенератор 5 выполнен обратимым с возможностью работы как в генераторном, так и в двигательном режиме. Кроме того, система снабжена электрическим или тепловым разгонным двигателем 6, вал (не обозначен) которого кинематически соединен с роторами компрессора 3 и турбины 4. In this case, the electric generator 5 is made reversible with the possibility of working both in the generator and in the motor mode. In addition, the system is equipped with an electric or thermal accelerating engine 6, the shaft (not indicated) of which is kinematically connected to the rotors of the compressor 3 and turbine 4.

Вентиль 26 установлен для заполнения и подпитки химически очищенной водой высокотемпературного контура циркуляции. Задвижки 16, 17, 21 предусмотрены для управления циркуляцией рабочего тела в низкотемпературном контуре. Для заполнения последнего имеется трубопровод 22 с задвижкой 23, для выпуска рабочего тела - трубопровод 10 с задвижкой 20. В качестве вспомогательного рабочего тела могут использоваться различные газы с температурой кипения ниже температуры плавления жидкости-увлажнителя, например воздух. The valve 26 is installed to fill and recharge chemically purified water of the high-temperature circulation circuit. Gate valves 16, 17, 21 are provided for controlling the circulation of the working fluid in a low-temperature circuit. To fill the latter, there is a pipe 22 with a valve 23, for the release of the working fluid there is a pipe 10 with a valve 20. Various gases with a boiling point below the melting temperature of a humidifier, for example air, can be used as an auxiliary working fluid.

Система преобразования теплоты в электроэнергию работает следующим образом. The system of converting heat into electricity works as follows.

В парогенераторе 1 высокотемпературного контура происходит нагрев воды и образование основного рабочего тела - перегретого водяного пара, явная теплота которого срабатывается в турбине 18, имеющей тепловой напор (перепад температур) до 500^oC, и преобразуется в механическую работу. Генератор 19 вырабатывает электроэнергию за счет преобразования, протекающего с расширением и понижением температуры водяного пара в турбине 18, а в конденсаторе-теплообменнике 15 происходит передача скрытой теплоты основного рабочего тела холодному источнику - вспомогательному рабочему телу - воздуху, содержащемуся в низкотемпературном контуре. При этом конденсатор 15 одновременно выполняет роль холодильника для основного рабочего тела и нагревателя для вспомогательного рабочего тела.In the steam generator 1 of the high-temperature circuit, water is heated and the main working fluid is formed - superheated water vapor, the apparent heat of which is activated in the turbine 18, which has a heat head (temperature difference) up to 500 ^o C, and is converted into mechanical work. The generator 19 generates electricity due to the conversion that takes place with the expansion and lowering of the temperature of water vapor in the turbine 18, and in the condenser-heat exchanger 15, the latent heat of the main working fluid is transferred to the cold source - auxiliary working fluid - air contained in the low-temperature circuit. In this case, the capacitor 15 simultaneously performs the role of a refrigerator for the main working fluid and a heater for the auxiliary working fluid.

В исходном положении низкотемпературного контура компрессор 3, турбина 4, электрогенератор 5 и двигатель 6 неподвижны, все вентили и задвижки закрыты. Перед пуском системы открывают задвижки 20, 21, а при пуске обратимый электрогенератор 5 включают в работу в кратковременном двигательном режиме. Если электрогенератор 5 включать нецелесообразно по каким-то причинам, включают в работу двигатель 6. In the initial position of the low-temperature circuit, the compressor 3, turbine 4, electric generator 5 and engine 6 are stationary, all valves and gate valves are closed. Before starting the system, the valves 20, 21 are opened, and at start-up, the reversible electric generator 5 is turned on in the short-term motor mode. If the generator 5 is impractical to turn on for some reason, turn on the engine 6.

В том и в другом случаях происходит первоначальное раскручивание роторов компрессора 3 и турбины 4. Затем открывают задвижку 23 и один из вентилей 11, 12. В результате рабочее тело (воздух) через распылитель 2 поступает в компрессор 3 с одновременным распылением в распылителе 2 увлажнителя (воды). Насыщение рабочего тела парами увлажнителя происходит с момента начала распыления и заканчивается полным насыщением в компрессоре 3 с переходом заключенной в рабочем теле явной теплоты, полученной в конденсаторе-теплообменнике 1 в скрытую теплоту паров увлажняющей воды. При этом, рабочее тело с явной теплотой, полученной им при сжатии в компрессоре 3, переходит без изменения последней в турбину 4, так как разница в давлении на входе и на выходе рабочего тела в компрессоре 3 и в турбине 4 равны между собой. Далее сжатое рабочее тело, насыщенное парами увлажняющей воды, поступает на лопатки турбины 4, между которыми происходит его расширение и переход его энергии сжатия в механическую энергию, которая полностью отдается находящемуся с турбиной 4 на одном валу компрессору 3 для очередного сжатия им рабочего тела. Это сопровождается понижением температуры рабочего тела в турбине 4 с одновременной конденсацией в ней паров увлажняющей воды, так как влажность рабочего тела выходит за пределы насыщения, и превращением скрытой теплоты этих паров в явную с переходом ее в дополнительную механическую работу, и далее, за исключением потерь преобразования, в электроэнергию для питания внешнего потребителя, так как при развитии оборотов до номинальных электрогенератор 5 переходит в генераторный режим и его энергия ни на что другое в пределах системы не расходуется. Образующийся конденсат увлажнителя при средней температуре конденсации возвращают через емкость 13 к насосу 14 или используют для других нужд. In both cases, the initial spinning of the rotors of the compressor 3 and the turbine 4 occurs. Then, the valve 23 and one of the valves 11, 12 are opened. As a result, the working fluid (air) through the sprayer 2 enters the compressor 3 with simultaneous atomization of the humidifier 2 in the sprayer ( water). The saturation of the working fluid with the vapor of the humidifier occurs from the moment of spraying and ends with full saturation in the compressor 3 with the transition of the apparent heat contained in the working fluid obtained in the condenser-heat exchanger 1 into the latent heat of the vapor of the moisturizing water. At the same time, the working fluid with apparent heat obtained by compression in the compressor 3, passes without changing the latter into the turbine 4, since the difference in pressure at the inlet and outlet of the working fluid in the compressor 3 and in the turbine 4 are equal. Next, the compressed working fluid, saturated with steam of moisturizing water, enters the blades of the turbine 4, between which it expands and its compression energy is converted into mechanical energy, which is completely given to the compressor 3 located with the turbine 4 on the same shaft for the next compression of the working fluid. This is accompanied by a decrease in the temperature of the working fluid in turbine 4 with the simultaneous condensation of moisturizing water vapor in it, since the humidity of the working fluid goes beyond saturation, and the latent heat of these vapors is converted into explicit heat with its transition to additional mechanical work, and further, with the exception of losses conversion into electric energy to power an external consumer, since when the speed develops to nominal, the electric generator 5 goes into the generator mode and its energy is not consumed within the system for anything else sulking. The resulting condensate of the humidifier at an average condensation temperature is returned through the tank 13 to the pump 14 or used for other needs.

Таким образом, турбина 4 работает под воздействием двух составляющих: энергии расширения вспомогательного рабочего тела, сжатого компрессором 3, т. е. явной теплоты этого рабочего тела, и его скрытой теплоты, являющейся производной от скрытой теплоты основного рабочего тела высокотемпературного контура и-или теплоты низкопотенциального внешнего теплоносителя, например воздуха, поступающего через задвижку 23. Поскольку лопатки турбины 4 и компрессора 3 находятся на одном валу, последний работает за счет ресурсов системы, не требует специального приводного электродвигателя и не имеет соответствующих потерь энергии, а его конструкция упрощается. Thus, the turbine 4 operates under the influence of two components: the expansion energy of the auxiliary working fluid compressed by the compressor 3, i.e., the apparent heat of this working fluid, and its latent heat, which is a derivative of the latent heat of the main working fluid of the high-temperature circuit and / or heat low-potential external coolant, for example, the air entering through the valve 23. Since the blades of the turbine 4 and compressor 3 are on the same shaft, the latter works due to the resources of the system, does not require special drive electric motor and does not have the corresponding energy losses, and its design is simplified.

Полное насыщение рабочего тела парами увлажнителя характеризуется равенством показаний сухого и смоченного термометров психрометра, который устанавливается на входе рабочего тела в турбину 4. Их показания берут при оптимальной его температуре на выходе из лопаточного аппарата турбины 4 в пределах от 0,3 до 0,5^oC, которую регулируют путем изменения давления рабочего тела на входе его в компрессор 3 при помощи задвижки 23 при разомкнутом цикле или задвижки 25 - при замкнутом (см. ниже). При увеличении давления температура рабочего тела на выходе из лопаточного аппарата турбины 4 падает, а при уменьшении - возрастает.Full saturation of the working fluid vapor humidifier characterized by equality of the dry-and wet bulb hygrometer, which is mounted on the working fluid inlet to the turbine 4. These indications take it at the optimum temperature at the outlet of the turbine blade unit 4 in the range of 0.3 to 0,5 ^o C, which is controlled by changing the pressure of the working fluid at its inlet to the compressor 3 by means of a valve 23 with an open cycle or valve 25 with a closed one (see below). With increasing pressure, the temperature of the working fluid at the outlet of the scapular apparatus of the turbine 4 decreases, and with decreasing it increases.

Система может работать в следующих режимах:
1. При разогнутом низкотемпературном контуре - с открытыми задвижками 20, 21, 23 и закрытыми 16, 17, 25 и использованием в качестве внешнего теплоносителя воздуха различного происхождения с температурой не ниже 10^oC и не выше 60^oC, в том числе и воздуха вытяжной вентиляции производственных помещений. Рабочее тело циркулирует через разомкнутый контур, т.е. поступает через задвижки 21 и 23 по стрелке 22 и сбрасывается в атмосферу через задвижку 20.The system can work in the following modes:
1. When the low-temperature loop is open - with open valves 20, 21, 23 and closed 16, 17, 25 and using air of various origins as an external heat carrier with a temperature of not lower than 10 ^o C and not higher than 60 ^o C, including air exhaust ventilation of industrial premises. The working fluid circulates through an open circuit, i.e. enters through the valves 21 and 23 in the direction of the arrow 22 and is discharged into the atmosphere through the valve 20.

2. При разомкнутом низкотемпературном контуре с включением в него конденсатора-теплообменника 15 в случае необходимости повышения мощности генератора 5, исходя из нагрузки (потребляемой мощности), но низкой температуре рабочего тела, поступающего через задвижки 21, 23. Для этого дополнительно включают в работу высокотемпературный контур, рабочее тело которого пропускают через конденсатор-теплообменник 15. В результате скрытая теплота конденсации основного рабочего тела высокотемпературного контура, превращаемая в явную теплоту конденсата, передается вспомогательному рабочему телу низкотемпературного контура. В этом режиме рабочее тело низкотемпературного контура также циркулирует по разомкнутому контуру при открытых задвижках 16, 17, 20 и 23 и закрытых - 21 и 25. 2. With an open low-temperature circuit with the inclusion of a condenser-heat exchanger 15, if necessary, increase the power of the generator 5, based on the load (power consumption), but the low temperature of the working fluid entering through the valves 21, 23. For this, the high-temperature circuit, the working fluid of which is passed through a condenser-heat exchanger 15. As a result, the latent heat of condensation of the main working fluid of the high-temperature circuit, converted into the apparent heat of the condensate Referred to the Subsidiary working body of low-temperature circuit. In this mode, the working fluid of the low-temperature circuit also circulates along an open circuit with open valves 16, 17, 20 and 23 and closed valves 21 and 25.

3. При замкнутом низкотемпературном контуре, если температура поступающего через задвижку 23 воздуха ниже 10^oC, рабочее тело низкотемпературного контура направляют по замкнутому циклу при открытых задвижках 16, 17 и 25 и закрытых - 23, 21 и 20 с использованием органического топлива в качестве источника тепла высокотемпературного контура, а в качестве источника тепла низкотемпературного контура - только скрытой теплоты рабочего тела высокотемпературного контура.3. With a closed low-temperature circuit, if the temperature of the air entering through the valve 23 is lower than 10 ^o C, the working fluid of the low-temperature circuit is sent in a closed cycle with open valves 16, 17 and 25 and closed - 23, 21 and 20 using fossil fuels as a source heat of the high-temperature circuit, and as the heat source of the low-temperature circuit - only the latent heat of the working fluid of the high-temperature circuit.

Таким образом, во втором режиме для выработки электроэнергии генератором 5 используются суммарно скрытая теплота основного рабочего тела высокотемпературного контура и теплота внешнего теплоносителя (воздуха), поступающего через задвижку 23 при температурах от 10 до 20^oC.Thus, in the second mode, the total latent heat of the main working fluid of the high-temperature circuit and the heat of the external heat carrier (air) entering through the valve 23 at temperatures from 10 to 20 ^o C. are used to generate electricity by the generator 5.

Энергетический баланс процесса, происходящего в системе для электростанций средней полосы России и ее юга, представлен табл. 1
Тепловой баланс процесса, происходящего в низкотемпературном контуре, может быть представлен в следующем виде.The energy balance of the process occurring in the system for power plants in the middle strip of Russia and its south is presented in Table. 1
The thermal balance of the process occurring in the low-temperature circuit can be presented in the following form.

Теплосодержание рабочего тела на выходе из компрессора 3 определяется уравнением:
Q_k = Q_а + AdL', (1)
где Q_а - теплосодержание воздуха, поступающего в компрессор 3;
AdL' - тепловой эквивалент работы компрессора 3.The heat content of the working fluid at the outlet of the compressor 3 is determined by the equation:
Q _k = Q _a + AdL ', (1)
where Q _a is the heat content of the air entering the compressor 3;
AdL 'is the thermal equivalent of compressor 3.

Теплосодержание рабочего тела на входе в силовую турбину 4 определяется уравнением:
Q_т = AdL'' + Q_эф + Q_х, (2)
где Q_т = Q_k, AdL'' - тепловой эквивалент работы турбины 4, компенсирующей работу компрессора 3, Q_эф - теплота рабочего тела, преобразуемая турбиной 4 во внешнюю работу, Q_х - вынос теплоты из турбины 4 в атмосферу.The heat content of the working fluid at the entrance to the power turbine 4 is determined by the equation:
Q _t = AdL '' + Q _eff + Q _x , (2)
where Q _t = Q _k , AdL '' is the heat equivalent of the turbine 4, compensating for the compressor 3, Q _eff is the heat of the working fluid, converted by the turbine 4 into external work, Q _x is the heat transfer from the turbine 4 to the atmosphere.

Так как AdL' = AdL'', на (1) и (2) следует Q_эф = Q_а - Q_х, а эффективная мощности составляет:

При N_эф<0 электрогенератор 5 работает в двигательном режиме, а при N_эф>0 - в генераторном режиме.Since AdL '= AdL'', Q _eff = Q _a - Q _x follows on (1) and (2), and the effective power is:

At N _eff <0, the electric generator 5 operates in the motor mode, and at N _eff > 0 in the generator mode.

Следует отметить, что Q_а = Q'_я + Q'_с, Q_х = Q''_я + Q''_с, где Q'_я, Q''_я - явная теплота рабочего тела на входе в компрессор 3 и на выходе из турбины 4, а Q'_с, Q''_с - скрытая теплота рабочего тела на входе в компрессор 3 и на выходе из турбины 4.It should be noted that Q _a = Q ' _i + Q' _s , Q _x = Q '' _i + Q '' _s , where Q ' _i , Q'' _i is the apparent heat of the working fluid at the inlet to compressor 3 and at the outlet from the turbine 4, and Q ' _s , Q'' _s is the latent heat of the working fluid at the inlet to the compressor 3 and at the outlet of the turbine 4.

В процессе действия системы компрессор 3 изолирован от внешней среды, работает в адиабатном режиме с показателями адиабаты k = 1,4 и сжимает рабочее тело, поступающее при атмосферном давлении P₁ = 1•10⁴ кг/м² до давления P₂ = 1,53•10⁴ кг/м². КПД серийного компрессора при этом обычно составляет η = 0,78. Для оценки получаемой удельной эффективной мощности N_эф на G = 1 кг рабочего тела, при этих исходных данных можно провести следующие показательные вычисления для, например, такого внешнего теплоносителя как воздух с параметрами, характерными для средней полосы России: температурой t = 20^oC, объемным весом γ = 1,2 кг/m³, относительной влажностью = 50%, влагосодержанием x_a = 7,6 г/кг. При этих параметрах мощность сжатия воздуха компрессором:

Повышение температуры Δt′ рабочего тела при сжатии его компрессором 3:

Повышение температуры Δt″ рабочего тела за счет потерь компрессора 3:

где: теплоемкость c = 0,241 ккал/град,
Δt″ = 10,45^oC
Температура t_k на выходе из компрессора 3
t_k= t_a+Δt′+Δt″= 68,25^°C
Теплосодержание Q_k рабочего тела до увлажнения:
Q_к = t_k•c + x_а•i, где теплота испарения увлажнителя i = 0,559 (см. HUTTE "Справочник", ОНТИ, 1936, с. 603 и 606).During the operation of the system, the compressor 3 is isolated from the external environment, operates in an adiabatic mode with adiabatic parameters k = 1.4 and compresses the working fluid supplied at atmospheric pressure P ₁ = 1 • 10 ⁴ kg / m ² to a pressure P ₂ = 1, 53 • 10 ⁴ kg / m ² . The efficiency of a serial compressor in this case is usually η = 0.78. To assess the resulting specific effective power N _eff for G = 1 kg of working fluid, with these initial data, the following indicative calculations can be performed for, for example, such an external coolant as air with parameters characteristic of central Russia: temperature t = 20 ^o C, bulk density γ = 1.2 kg / m ³ , relative humidity = 50%, moisture content x _a = 7.6 g / kg. With these parameters, the air compression power of the compressor:

The increase in temperature Δt ′ of the working fluid when it is compressed by compressor 3:

The temperature increase Δt ″ of the working fluid due to the loss of compressor 3:

where: specific heat c = 0.241 kcal / deg,
Δt ″ = 10.45 ^o C
Temperature t _k at the outlet of compressor 3
t _k = t _a + Δt ′ + Δt ″ = 68.25 ^° C
The heat content Q _{k of the} working fluid before wetting:
Q _k = t _k • c + x _a • i, where the heat of vaporization of the humidifier is i = 0.559 (see HUTTE Handbook, ONTI, 1936, pp. 603 and 606).

Q_к = 20,85 ккал/с
Теплосодержание Q_и после увлажнения (на входе турбины 4):
Q_и = t_и•c + x_и•i, где i = 0,580
(t_и = 27,65^oC - температура на входе в турбину после увлажнения. При такой температуре полное влагосодержание x_и = 24,42 гр/кг).Q _k = 20.85 kcal / s
Heat content Q _and after wetting (at the inlet of turbine 4):
Q _and = t _and • c + x _and • i, where i = 0.580
(t _u = 27.65 ^o C is the temperature at the turbine inlet after wetting. At this temperature, the total moisture content is x _u = 24.42 g / kg).

Q_и = 20,86 ккал/с
Количество x_ис испаряемой жидкости (увлажнителя):
x_ис = x_и - x_а = 16,82 г/кг
Температура t'_х рабочего тела на выходе из лопаточного аппарата турбины 4:

Влагосодержание x_x на выходе из лопаточного аппарата турбины 4 (при полном насыщении):
x_х = 4 г/кг
Количество x_к пара, конденсируемого в турбине 4 (при понижении температуры до t'_x):
x_к = x_и - x_х = 20,42 г/кг
Теплота Q_д конденсируемого пара, поддерживающая давление рабочего тела на лопатки турбины, которая переходит в дополнительную механическую работу (кроме потерь ≈ 10%):
Q_д = x_к•i,
где i = 0,595
Q_д = 12,18 ккал/с
Итоговая температура t''_х на выходе из турбины составляет:

Теплосодержание Q_а на 1 кг рабочего тела (воздуха):
Q_а = t_а•c + x_а•i,
где i = 0,584
Q_а = 9,28 ккал/с
Теплосодержание Q_х на 1 кг рабочего тела на выходе из турбины:
Q_х = t''_х•c + x_х•i,
где i = 0,592
Q_х = 3,59 ккал/с
Согласно (3)

Суммарная мощность турбины 4:
N_т = N_эф + N_к = 71,2 кВт
Коэффициент η_эф эффективности использования теплоты воздуха (горячего источника):

Аналогично могут быть расчитаны показатели для различных начальных условий, что видно из табл. 2
В результате настоящего изобретения расширен арсенал технических средств преобразования теплоты и обеспечена возможность наиболее полного преобразования ее в универсальный вид энергии - в электроэнергию с высокоэффективным использованием как теплоты органического топлива, так и теплоты атмосферного воздуха. Процесс такого преобразования характеризуется тем, что скрытая теплота рабочего тела не выбрасывается в тепловые отходы, а служит для увеличения получаемой энергии,
При реализации изобретения для 60% и более (зависит от географической широты) вырабатываемой на электростанции электроэнергии существенно снижается уровень рабочих давлений, повышается получаемая удельная мощность, существенно снижается металлоемкость и стоимость оборудования, а также общие инвестиции в строительство электростанций. Кроме того, обеспечивается возможность эффективной реконструкции основы мировой энергетики - тепловых электростанций при действующей инфраструктуре, что еще более снижает инвестиции в реконструкцию. Но самое главное заключается в том, что при такой реконструкции мощность электростанций при небольших затратах возрастет в 3 и более раз и во столько же раз снизится удельный расход топлива, что радиально скажется на улучшении экологического состояния атмосферы планеты.Q _and = 20.86 kcal / s
Number x _uc evaporable liquid (humectant)
x _is = x _and - x _a = 16.82 g / kg
The temperature t ' _{x of the} working fluid at the outlet of the blade apparatus of the turbine 4:

Moisture content x _x at the outlet of the turbine 4 blade apparatus (at full saturation):
x _x = 4 g / kg
Amount x _to steam condensed in turbine 4 (when the temperature drops to t ' _x ):
x _k = x _and - x _x = 20.42 g / kg
Heat Q _{d of} condensed steam, supporting the pressure of the working fluid on the turbine blades, which goes into additional mechanical work (except for losses ≈ 10%):
Q _d = x _k • i,
where i = 0.595
Q _d = 12.18 kcal / s
The final temperature t '' _x at the outlet of the turbine is:

Heat content Q _a per 1 kg of working fluid (air):
Q _a = t _a • c + x _a • i,
where i = 0.584
Q _a = 9.28 kcal / s
Heat content Q _x per 1 kg of working fluid at the outlet of the turbine:
Q _x = t '' _x • c + x _x • i,
where i = 0.592
Q _x = 3.59 kcal / s
According to (3)

The total power of the turbine 4:
N _t = N _eff + N _k = 71.2 kW
Coefficient η _{eff the} efficiency of using the heat of air (hot spring):

Similarly, indicators for various initial conditions can be calculated, as can be seen from the table. 2
As a result of the present invention, the arsenal of technical means for converting heat has been expanded and it has been possible to fully convert it into a universal form of energy - into electricity with highly efficient use of both the heat of fossil fuels and the heat of atmospheric air. The process of this transformation is characterized by the fact that the latent heat of the working fluid is not emitted into thermal waste, but serves to increase the energy received,
When implementing the invention, for 60% or more (depending on geographic latitude) of the electricity generated at the power plant, the level of working pressures significantly decreases, the specific power received increases, the metal consumption and equipment cost are significantly reduced, as well as general investments in the construction of power plants. In addition, it provides the opportunity to effectively reconstruct the foundations of the world energy industry - thermal power plants with existing infrastructure, which further reduces investment in reconstruction. But the most important thing is that with such a reconstruction, the capacity of power plants at low costs will increase by 3 or more times and the specific fuel consumption will decrease by the same amount, which will radically affect the improvement of the ecological state of the planet’s atmosphere.

Источники информации, принятые во внимание:
1. Кирилин В. А. и др. "Техническая термодинамика", М., Энергоиздат, 1983, с. 273.Sources of information taken into account:
1. Kirilin V.A. et al. "Technical thermodynamics", M., Energoizdat, 1983, p. 273.

2. Авторское свидетельство СССР N 601441, М. кл. F 01 K 21/02, 1978. 2. Copyright certificate of the USSR N 601441, M. cl. F 01 K 21/02, 1978.

3. Зысин В.А. "Комбинированные парогазовые установки и циклы", Л.: Госэнергоиздат, 1962, с. 97-99. 3. Zysin V.A. "Combined Combined Cycle Units and Cycles", L .: Gosenergoizdat, 1962, p. 97-99.

Claims

1. The system of converting heat into electricity, containing a high-temperature circulation circuit with a steam generator to produce superheated steam as the main working fluid for the first expansion device, kinematically connected with the first generator of electricity, obtained by converting the apparent heat of this working fluid into mechanical work, flowing with expanding and lowering the temperature in the aforementioned expansion device, at the output of which a capacitor is installed for transmitting latent t the emulsions of the main working fluid to a cold source — an auxiliary working fluid contained in a low-temperature circulation circuit, including liquid supply means whose boiling point is higher than the maximum ambient temperature, characterized in that said condenser is made in the form of a gas-vapor condenser-heat exchanger with the possibility of simultaneously performing the function of a refrigerator for the main working fluid and the heater for the auxiliary working fluid, and the low-temperature circulation circuit contains as an auxiliary working fluid a gas whose boiling point is lower than the melting temperature of the liquid and is made in the form of a series-connected atomizer, compressor with a compression ratio of 1.25 to 1.7, while the second expansion device is kinematically connected to an additionally installed second generator electricity made with a rated power of up to 1.5 of the rated power of the first generator, and the liquid supply means are connected to the atomizer to introduce it as of a humidifier into an auxiliary working fluid heated in a gas-vapor condenser-heat exchanger and saturating the latter with vapor when compressed in a compressor, with subsequent conversion of apparent and latent heat to mechanical work in a second expansion device, both due to the expansion energy of the auxiliary working fluid and to the heat of condensation humidifier vapor entering the open humidifier collection tank and through the condensate pump to the atomizer.

2. The system according to claim 1, characterized in that the second expansion device is made in the form of an axial turbine, the latter and the compressor having openings in the housing for draining condensate and excess humidifier, respectively.

3. The system according to claim 1 or 2, characterized in that the means for supplying liquid are made in the form of a condensate pump, tank and pipelines.

4. The system according to p. 2 or 3, characterized in that the turbine and compressor are made with a common casing, and their rotors are connected by a common shaft.

5. The system according to one of claims 2 to 4, characterized in that the turbine is made in the form of an inverse type axial compressor.

6. The system according to one of claims 2 to 5, characterized in that the turbine is made with the number of blades 1 to 3 greater than the number of compressor blades.

7. The system according to one of paragraphs.1 to 6, characterized in that the second generator of electricity is made reversible with the ability to work in both generator and motor modes.

8. The system according to one of claims 2 to 7, characterized in that it is equipped with an accelerating electric or heat engine, the rotor of which is kinematically connected to the rotors of the compressor and turbine.