RU2183748C1 - Тепловая машина для преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую) - Google Patents
Тепловая машина для преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2183748C1 RU2183748C1 RU2001114147/06A RU2001114147A RU2183748C1 RU 2183748 C1 RU2183748 C1 RU 2183748C1 RU 2001114147/06 A RU2001114147/06 A RU 2001114147/06A RU 2001114147 A RU2001114147 A RU 2001114147A RU 2183748 C1 RU2183748 C1 RU 2183748C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gases
- heat
- ejector
- energy
- mechanical
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для использования в энергетике, транспорте, авиации и космонавтике. Тепловая машина осуществляет преобразование низкопотенциального тепла окружающей среды в механическую (электрическую) энергию путем использования многоконтурных термодинамических циклов со смешением разнородных чистых газов. Газы в различных контурах сжимают в компрессорах, к ним подводится тепло окружающей среды в теплообменниках и смешиваются (возможно, многократно) в газовых эжекторах для получения смесей с необходимыми теплофизическими свойствами и термодинамическими параметрами, а затем расширяются в турбине для получения положительной работы с последующим разделением смеси на первоначальные компоненты. Изобретение позволяет использовать низкопотенциальное тепло окружающей среды и получать экологически чистую механическую или электрическую энергию, так как в данной тепловой машине применяются чистые газы и отсутствуют процессы сжигания углеводородных топлив. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Настоящее изобретение предназначено для использования в области энергетики, транспорта, авиации и космонавтики, где большую роль играет повышение экономичности тепловых машин и их экологичность.
Известны устройства преобразования тепловой энергии в механическую, где осуществляются замкнутые циклы со смешением различных рабочих тел.
Например, паротурбинные, газотурбинные и комбинированные установки, в которых осуществляются замкнутые термодинамические циклы с различными рабочими телами (см. "Теплотехника" под ред. проф. В.И. Крутова, М., Машиностроение, 1986 г.). В качестве рабочих тел в этих установках применяются воздух, азот, инертные газы и их смеси, углекислый газ.
В этих установках подвод тепла к рабочим телам осуществляется за счет сжигания углеводородных топлив или угля, что приводит к загрязнению атмосферы. По принципу взаимодействия рабочих тел такие комбинированные установки осуществляются с раздельными контурами, в которых пароводяное или газообразное рабочие тела движутся отдельно по самостоятельным контурам, или со смешением рабочих тел перед расширением в парогазовой турбине.
В последнее время появилось много патентов, в которых используется подмешивание различных газов к основным продуктам сгорания углеводородных топлив для увеличения теплосодержания смеси газов перед турбиной.
Так в патенте РФ 2076929, МПК F 01 K 21/04, 1997 года предлагается смешивать в эжекторе продукты сгорания топлива с перегретым паром, образующимся в парогенераторе, для последующего расширения смеси в турбине и разделения парогазовой смеси. Недостатком этой установки является большие затраты тепла на получение перегретого пара и загрязнение атмосферы при выбросе продуктов сгорания углеводородных топлив.
В заявке DE 3605466, МПК F 01 K 21/04, 1987 г. предлагается раздельно сжимать газы в компрессорах (ксенон, СО2), подводить к ним тепло в газонагревателях, а затем расширять в газовой турбине и смешивать с водой или фреоном для получения парогазовой смеси, которую направляют во вторую турбину. После второй турбины смесь направляется в конденсатор для разделения смеси, и процесс повторяется. Недостатками являются большие затраты тепла и громоздкость оборудования. Кроме того, так как подогрев газов в нагревателе осуществляется путем сжигания топлива, то данная установка также загрязняет окружающую среду.
Из известных тепловых машин наиболее близкой является тепловая машина для преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую) энергию путем использования двух разнородных рабочих тел (см. патент US 5444981, МПК F 01 K 21/04, 1995 г.), содержащая последовательно соединенные компрессор, теплообменник и эжектор, турбину адиабатического расширения, связанную с приемником механической энергии (электрическим генератором), выход которой соединен с конденсатором, и жидкостной насос. В известной тепловой машине разнородные рабочие тела раздельно сжимаются, к ним подводится тепло, а затем смесь адиабатически расширяется в турбине для получения положительной работы. В качестве рабочих тел здесь используются пары воды и гелий. Вода нагревается в паровом котле, а газы в нагревателе за счет сжигания топлива, что также приводит к загрязнению атмосферы.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в использовании в тепловой машине низкопотенциального тепла (например, тепла окружающей среды, тепла солнца и др.) и экологически чистых газов.
Поставленная задача решается тем, что в тепловой машине используются замкнутые контуры со смешением разнородных экологически чистых газов и подогревом их за счет низкопотенциального тепла (см. патент RU 2164607, МПК F 01 K 21/04, 27.03.2001).
Поставленная задача решается тем, что тепловая машина для преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую), содержащая последовательно соединенные компрессор, теплообменник и эжектор, турбину адиабатического расширения, связанную с приемником механической энергии (электрическим генератором), выход которой соединен с конденсатором, и жидкостной насос, согласно изобретению снабжена совместно образующими замкнутые контуры со смешением разнородных экологически чистых газов вторыми компрессором, теплообменником и эжектором, дополнительным теплообменником и двумя емкостями для хранения газов, одна из которых захоложена и выполняет роль конденсатора, причем второй теплообменник подсоединен ко второму входу первого эжектора, к теплообменникам раздельно подводится низкопотенциальное тепло, выход первого эжектора подсоединен к первому входу второго эжектора, ко второму входу которого подсоединена захоложенная емкость, первый выход второго эжектора соединен с турбиной, а второй через жидкостной насос и дополнительный теплообменник с другой емкостью для хранения газов, и обе емкости связаны с соответствующими компрессорами.
Поставленная задача решается также тем, что в качестве рабочих тел использованы гелий, аргон, азот, водород, метан, углекислый газ и их смеси.
Поставленная задача решается также тем, что эжекторы для смешения газов замкнутых контуров снабжены сверхзвуковыми диффузорами в конце камеры смешения.
Поставленная задача решается также тем, что она дополнительно снабжена подшипниками, выполненными в виде газостатических или газодинамических подшипников.
На чертеже приведена схема тепловой машины для использования низкопотенциального тепла, работающей на газах с различными температурами кипения.
Предлагаемая машина состоит из емкостей 1 и 1' для хранения рабочих газов при первоначальных параметрах Ро,То и Ро',То' для каждого газа, компрессоров 2 и 2' для сжатия газов до выбранной температуры и давления для каждого газа, теплообменников 3 и 3', где к газам раздельно подводится низкопотенциальное тепло, эжекторов 4 и 4' для смешения газов и повторного смешения смеси газов с одним из первоначальных компонентов, турбины 5 для адиабатического расширения смеси газов после второго смешения до первоначальных параметров Ро и То, жидкостного насоса 6 для подкачки жидкого компонента до первоначальных параметров Ро' и То', дополнительного теплообменника 7 для испарения жидкого компонента и подогрева его до необходимой начальной температуры То' за счет низкопотенциального тепла, приемника 8 механической работы (электрического генератора), которая вырабатывается за счет расширения газов в турбине 5, и системы 9 поддержания низких температур. Вышеуказанные элементы тепловой машины совместно образуют замкнутые контуры со смешением разнородных экологически чистых газов и использованием низкопотенциального тепла. Применяемые в тепловой машине подшипники могут быть выполнены в виде газостатических или газодинамических подшипников, что позволит повысить надежность работы машины особенно в области низких температур.
Работа тепловой машины осуществляется следующим образом. Разнородные рабочие тела в газовой фазе, например Не-СО2; Не-N2; Ar-CO2; CH4-CO2; Н2-Аг и др. или их смеси, первоначально находящиеся в емкостях 1 и 1' для хранения газов раздельно, сжимаются в компрессорах 2 и 2' и поступают к теплообменникам 3 и 3', где к газам раздельно подводится низкопотенциальное тепло (например, тепло окружающей среды, тепло солнца и др.). Нагретые газы смешиваются в первом эжекторе 4. Наиболее предпочтительным является смешение в эжекторе со сверхзвуковым диффузором в конце камеры смешения. Смесь газов поступает на первый вход второго эжектора 4', на второй вход которого поступает газ из емкости 1 для хранения, выполняющей роль конденсатора. Во втором эжекторе 4' происходит разделение смесей на жидкую и газовую составляющие. Жидкая составляющая жидкостным насосом 6 сжимается и после подогрева в дополнительном теплообменнике 7 в виде газа поступает в емкость l' для хранения газа. Газовая составляющая поступает на вход турбины 5, где расширяется с получением механической работы или электрической энергии. Часть полученной механической работы может быть использована на привод компрессоров 2 и 2' и жидкостного насоса 6.
В результате работы тепловой машины можно получить положительную работу за счет использования низкопотенциального тепла при использовании экологически чистых газов, что исключает загрязнение окружающей среды. Положительный эффект в описываемой тепловой машине получается за счет осуществления в ней многоконтурного термодинамического цикла со смешением разнородных чистых газов, в результате которого совершается прямой тепловой цикл. Параметры этого цикла определяются используемыми газами, их параметрами после смешения газов в эжекторах и теплофизическими свойствами газов и их смесей, получаемых в процессе смешения.
Для использования низкопотенциального тепла окружающей среды в тепловой машине начальные температуры газов То и То' должны быть ниже температуры окружающей среды, что требует предварительного охлаждения газов в емкостях 1 и l' и поддержания этих температур в течение всего времени работы.
Эффект от применения тепловой машины может быть использован в энергетике для получения механической (электрической) энергии за счет низкопотенциального тепла окружающей атмосферы без ее загрязнения выхлопными газами, так как в ней не используется сжигание химических топлив.
Данная тепловая машина может быть использована на транспорте для получения механической энергии для привода (механического или электрического) колес, а также в авиации и космонавтике для получения экологически чистой энергии на борту летательного аппарата.
Claims (4)
1. Тепловая машина для преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую), содержащая последовательно соединенные компрессор, теплообменник и эжектор, турбину адиабатического расширения, связанную с приемником механической энергии (электрическим генератором), выход которой соединен с конденсатором, и жидкостный насос, отличающаяся тем, что она снабжена совместно образующими замкнутые контуры со смешением разнородных экологически чистых газов вторыми компрессором, теплообменником и эжектором, дополнительным теплообменником и двумя емкостями для хранения газов, одна из которых захоложена и выполняет роль конденсатора, причем второй теплообменник подсоединен ко второму входу первого эжектора, к теплообменникам раздельно подводится низкопотенциальное тепло, выход первого эжектора подсоединен к первому входу второго эжектора, ко второму входу которого подсоединена захоложенная емкость, первый выход второго эжектора соединен с турбиной, а второй через жидкостный насос и дополнительный теплообменник - с другой емкостью для хранения газов, и обе емкости связаны с соответствующими компрессорами.
2. Тепловая машина по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве рабочих тел использованы гелий, аргон, водород, метан, углекислый газ и их смеси.
3. Тепловая машина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что эжекторы для смешения газов замкнутых контуров снабжены сверхзвуковыми диффузорами в конце камеры смешения.
4. Тепловая машина по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена подшипниками, выполненными в виде газостатических или газодинамических подшипников.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001114147/06A RU2183748C1 (ru) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | Тепловая машина для преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001114147/06A RU2183748C1 (ru) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | Тепловая машина для преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2183748C1 true RU2183748C1 (ru) | 2002-06-20 |
Family
ID=20250013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001114147/06A RU2183748C1 (ru) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | Тепловая машина для преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2183748C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA029633B1 (ru) * | 2013-07-24 | 2018-04-30 | Фамиль Иззят Оглы Бафадаров | Устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую энергию |
WO2018106207A1 (ru) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | Александр Федорович НЕМЧИН | Способ и тепловой насос для утилизации тепловой энергии |
-
2001
- 2001-05-28 RU RU2001114147/06A patent/RU2183748C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA029633B1 (ru) * | 2013-07-24 | 2018-04-30 | Фамиль Иззят Оглы Бафадаров | Устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую энергию |
WO2018106207A1 (ru) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | Александр Федорович НЕМЧИН | Способ и тепловой насос для утилизации тепловой энергии |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10024198B2 (en) | Heat engine system including an integrated cooling circuit | |
RU2551458C2 (ru) | Комбинированная тепловая система с замкнутым контуром для рекуперации отработанного тепла и способ ее эксплуатации | |
JP6995050B2 (ja) | 動力サイクルシステムにおけるペルフルオロヘプテンの使用 | |
AU728647B1 (en) | Method and apparatus of converting heat to useful energy | |
JP2011508139A (ja) | 気化性液体供給装置を採用するガスタービン・システム及び方法 | |
US20020148225A1 (en) | Energy conversion system | |
CN102536468B (zh) | 二氧化碳压缩系统 | |
JP2005533972A (ja) | カスケーディング閉ループサイクル動力発生 | |
CN101988397A (zh) | 一种低品位热流原动机、发电系统及其方法 | |
CN101529055A (zh) | 热力发动机系统 | |
WO2010048100A2 (en) | Ultra-high-efficiency engines and corresponding thermodynamic system | |
WO1995002115A1 (en) | Method for exploitation of waste thermal energy in power plants | |
US4086772A (en) | Method and apparatus for converting thermal energy to mechanical energy | |
RU2183748C1 (ru) | Тепловая машина для преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую) | |
WO2008064197A2 (en) | Systems and methods for producing power using positive displacement devices | |
RU2199020C2 (ru) | Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения и комбинированная газотурбинная установка для его осуществления | |
JP2015536396A (ja) | 熱機関 | |
CN112041542B (zh) | 一种工质循环做功的新型蒸汽机 | |
RU2412359C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки | |
RU2164607C1 (ru) | Способ преобразования тепловой энергии в механическую (электрическую) | |
RU2447311C2 (ru) | Способ работы и устройство реактивного двигателя (варианты) | |
US11834618B1 (en) | Flexible biomass gasification based multi-objective energy system | |
Wang et al. | Optimization analysis of combined heat and power plant of multistage gas turbine for marine applications | |
Everitt et al. | Steam jet ejector system for vehicle air conditioning | |
WO1997001021A1 (fr) | Procede et appareil permettant de produire de l'energie a partir d'une source a basse temperature |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20030529 |