SU1758248A1 - Теплова энергетическа установка - Google Patents

Abstract

Использование: гидромашиностроение, дл  привода вод ных колес и гидродвигателей от источников низкопотенциальной тепловой энергии, Сущность изобретени : содержит гидравлически замкнутую систему с боковыми зонами 2, 3 нагревани  и охлаждени , преобразователь 5 перепада давлени , расположенный в верхней части системы, зоны нагревани  и охлаждени  до половины своего объема заполнены легкоиспар ющейс  жидкостью, а верхн   часть системы - ее парами. В нижней части системы расположена пробка, блокирующа  поступление паров из зоны нагревани  в зону охлаждени  понизу системы, а трубопровод 6, в котором расположена пробка, выполнен с теплоизолирующими стенками. 1 з.п. ф- лы., 2 ил.

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для преобразования низкопотенциального тепла преимущественно от природных источников в механическую энергию.

Известно устройство, работающее на тепловой энергии, включающее сфериче.·! ский кипятильник, нагреваемый от солнечного рефлектора и соединенный с конденсатором трубопроводом, в котором ' расположена турбина, а конденсатор через трубоп ровод отвода конденсата связан с ат- мосферой.

Недостатками этого устройства является незамкнутость цикла обращения рабочего тела и неработоспособность при отсутствии прямого солнечного излучения по наличии низкопотенциальной энергии перепада температур между средами. Наличие контакта рабочего тела с атмосферой исключает использование в качестве ра. бочего тела легкоиспаряющихся жидкостей из-за загрязнения ими окружающей среды, j

Известно устройство, содержащее барабан, опускные теплоизолированные трубы, постоянно заполненные водой с ·’: удельным весом, соответствующим темпе/ ратуре кипения, подогреваемые подъемные трубы, заполненные смесью пара и воды. Общий вес столба смеси в подогреваемых трубах меньше, чем в опускных. Это создает ' напор естественной циркуляции барабан опускные трубы - подъемные трубы - бара'/ бан. .·.

/ Однако в данном устройстве исключена возможность отвода тепла от труб, в которых создается циркуляционный напор, и оно не позволяет создать циркуляцию за / счет тепловой энергии перепада темпера' тур между двумя природными средами.

Кроме того, устройство имеет низкий КПД, так как напор создается только за счет изменения плотности рабочего тела.

Наиболее близким является устройство, содержащее открытую гидравлически замк ’ . нутую систему с боковыми зонами нагревания и охлаждения, преобразователь перепада давления, расположенный в жид7 костеводе, соединяющем верхние части этих зон, кожух охлаждения и панели подогрева. Преобразователь перепада давления выполнен в виде водяного колеса одностороннего действия или турбины. Напор циркуляциисоздается в нем за счет, изменения ' плотности периодическим охлаждением ' нагреванием циркулирующего в одном направлении рабочего тела, не изолированного от атмосферы. __

Недостатками известного устройства является низкая эффективность и маневренность преобразования тепловой энергии перепада температур между природными средами.

Цель изобретения - повышение эффективности и маневренности преобразования тепловой энергии перепада температур Между природными средами.

Поставленная цель достигается тем, что гидравлически замкнутая система выполнена герметичной'и находящееся в ней рабочее тело изолировано от атмосферы, нижняя часть системы заполнена легкоиспаряющейся жидкостью до уровня, соответствующего половине расстояния по вертикали (высоты зон), между трубопроводом, соединяющим по низу зоны нагревания и охлаждения, при этом преобразователь подсоединен к трубопроводу, соединяющему зоны поверху, а верхняя часть - только газом, являющимся паром рабочего тела, высота зон нагревания и охлаждения больше, чем допустимая рабочая разность отметок жидкости в них, причем преобразователь перепада давления выполнен блокирующим поступление газа из зоны нагревания в зону охлаждения при его неподвижном роторе и двухстороннего действия, а трубопровод, соединяющий понизу зоны нагревания и охлаждения, выполнен из материала с возможно малым коэффициентом теплопроводностиАКроме этого, трубопровод, соединяющий понизу зоны нагревания и охлаждения, может быть заполнен гранулами, имеющими плотность больше плотности жидкого рабочего тела и выполненными из теплоизоляционного материала.

Выполнение системы герметичной, в которой рабочее тело изолировано от атмосферы, является необходимым условием обеспечения работоспособности установки и исключения загрязнения окружающей среды используемым рабочим телом. Это необходимо для образования перепада давления между зоной нагревания и зоной охлаждения. /

Нижняя часть системы заполнена легкоиспаряющейся жидкостью до уровня полови50 ны высоты зоны нагревания и охлаждения, что обеспечивает при минимально допустимой отметке жидкого рабочего тела в нагревателе максимально возможную его отметку в охладителе, а это является необходимым для повышения эффективности преобразования тепловой энергии в рассматриваемом случае. Так, при отклонении в сторону уменьшения йлй увеличения степени заполнения системы рабочей жидкостью соответственно уменьшается диапазон перепада давлений, при которых работоспособна установка.

Поставленная цель может быть достигнута при условии; что верхняя часть системы заполнена только газом рабочего тела. Если она частично заполнена также другим газом или смесью, газов, например воздухом, которые не конденсируются в охладителе, то при работающем преобразователе давления такой газ перекачивается из зоны нагревания в зону охлаждения, где увеличивается его давление. Эффективность работы установки уменьшается по мере перекачки такого газа до полной остановки преобразователя давления, когда давление неконденсирующегося газа в охладителе уравновесит давление газа рабочего тела в нагревателе.

Работоспособность установки обеспечивается только в пределе перепада давлений, соответствующих рабочим разницам отметок жидкости в зонах нагревания и охлаждения. Если перепад давления больше, чем допустимая разница отметок в зоне нагревания и зоне охлаждения, то понизу начинается поступление газа из зоны нагревания в зону охлаждения через трубопровод, соединяющий их.

Преобразователь перепада давления должен блокировать поступление газа из зоны нагревания в зону охлаждения при неподвижном положении его ротора, В противном случае газ проходит через ротор из зоны нагревания в зону охлаждения, не производя полезной работы и ограничивая возможность создания требуемых перепадов давления между нагревателем и охладителем при использовании низкопотенциальной энергии природных источников тепла,

Выполнение преобразователя с возможностью двухстороннего действия позволяет осуществлять и преобразовывать перепады давления рабочего тела, циркулирующего как по, так и против часовой стрелки в зависимости от знака градиента перепада температур между средами, энергию тепла которых используют. Это дает возможность повысить маневренность, преобразования тепла природных источников.

Выполнение трубопровода, соединяющего понизу зоны нагревания и охлаждения, имеющего теплоизолированные стенки, обеспечивает уменьшение непроизводительных потерь тепла, связанных с теплообменом между зонами нагревания и охлаждения. Заполнение его гранулами, плотность которых больше плотности жидкого рабочего тела, исключает вынос их из охладителя в нагреватель жидкостью, поступающей из охладителя в нагреватель, а выполнение гранул из материала, имеющего возможно малый коэффициент теплопро5 водности, дает возможность уменьшить потери тепла между зонами нагревания и охлаждения,'

На фиг.Г изображена схема тепловой энергетической установки, работающей от 10 тепловой энергии перепада температур между водой, имеющей более высокую температуру, в водоеме, и воздухом при более низкой температуре; на фиг.2 - то же, но при температуре воды более низкой, чем темпе15 ратура воздуха.

Установка содержит гидравлически замкнутую систему 1, имеющую две боковые теплообменные зоны: нагревания 2 и охлаждения 3, которые соединены между 20 собой поверху трубопроводом 4, имеющим тёплоизолированные стенки, через преобразователь 5 (водяное колесо двухстороннего действия или гидромотор). Зоны 2 и 3 соединены между собой понизу горизон25 тально расположенным трубопроводом 6, имеющим теплоизолированные стенки. Зоны 2 и 3 могут иметь дополнительные теплообменные площади, создаваемые гидравлически подсоединенными к ним тёпло-. 30 обменниками 7. Система 1 заполнена частично легкоиспаряющейся жидкостью 8 до отметки, находящейся на половине расстояния по высоте (высоты зон'2 и 3) от трубопровода 6 до подсоединения трубоп35 ровода 4 к преобразователю 5, а ее остальная часть - газом 9, являющимся паром жидкости 8. Подогреваемая зона 2 расположена в подогревающей среде 10, а охлаждаемая зона 3 - в охлаждающей среде 11. 40 Подогреваемая 2 и охлаждаемая 3 зоны разделены теплоизоляционным экраном 12, выполненным, например, в виде земляной дамбы для случая, приведенного на фиг.1 и 2. Высота зон 2 и 3 больше, чем разность 45 отметок Н легкоиспаряющейся жидкости при максимально допустимом рабочем перепаде температур жидкости 8 в этих зонах. Теплообменные зоны 2 и 3 имеют площади Поперечного (горизонтального) сечения 50 больше, чем площади поперечного (вертикального) сечения трубопроводов 4 и 6.Трубопровод 6 может быть заполнен гранулами 13, имеющими малый коэффициент теплопроводности и плотность большую, чём лег55 коиспаряющаяся жидкость 8. Экран 12 может быть выполнен в виде стенки емкости или теплоизолирующей стенки, разделяю-, щей две среды, имеющие разные температуры (не показаны). Легкоиспаряющаяся жидкость 8 образует гидравлическую проб?

перепада давления в механическую энергию изменяется на обратное. Сохранить без изменения направление вращения при изменении знака перепада температур можно одним из известных способов подключения преобразователя перепада давления в механическую энергию.

При невозможности использования в качестве рабочего тела фреона-114 по экологическим условиям как фторсодержащего соединения в качестве рабочего тела можно использовать например, аммиак. Общий принцип работы предлагаемой установки при этом полностью остается неизменным, изменяются только такие параметры, как Pi и Р₂, при одинаковых значениях температур нагревающей и охлаждающей сред.

При преобразовании тепловой энергии в механическую энергию водоподъема в ка20 честве преобразователя 5 можно использовать водяное колесо. В этом случае можно увеличить высоту водоподъема и одновременно получить механическую энергию вращения.

Изобретение целесообразно использовать для получения механической энергии вращения и водоподъёма в отдаленных от сетей энергоснабжения и труднодоступных местах, гДе имеются перепады температур, прежде всего между водой, какизповерхно- . стных, так и подземных источников, и возду-, хом, а также грунтом и воздухом.

ку, разделяющую понизу газ 9, находящийся в зонах 2 и 3.

Устройство работает следующим образом, >

Легкоиспаряющуюся жидкость 8 подогревают в зоне 2 нагревания за счет подводимого из подогревающей среды тепла и из нее выделяют газ при более высоком давлении (см.фиг.1). Так, при использовании в качестве легкоиспаряющейся жидкости, например, фреона-114 в случае изменения его температуры с 10°С, которую он имеет в зоне 3 охлаждения, до 20°С, давление увеличится с Ρι=1,29 атм до Р₂=1,84 атм, т.е. изменится на ΔΡ=0,59 атм. Под действием разности этого давления в зоне 2 уровень жидкости 8 понижается и в зоне 3 увеличивается. По мере нагревания жидкости 8 в зоне 2 значение Δ Р увеличивается до тех пор, пока преобразователь 5 не начнёт вращаться под действием перепада давления Δ Р при разности отметок Н жидкости 8 в зонах 2 и 3. При этом из зоны 2 через преобразователь газ 9 начинает поступать в зону 3, где при более низком давлении и температуре он охлаждается и конденсируется, а выделенное при этом тепло отводит' ся через теплопроводные стенки зоны 3 в охлаждающую ее среду. При этом конденси. ' рованную жидкость 8 добавляют к находя- 30 ' щейся уже в зоне 3 жидкости и ее уровень увеличивается в то время, как в зоне 2 он уменьшается соответственно уровню испарившейся в зоне 2 жидкости. В результате возникает дополнительная разность отме- 35 ток жидкости 8, находящихся в зонах 2 и 3. Эта дополнительная разница уровней создает дополнительный перепад Давления, под действием которого жидкость 8 из зоны 3 по трубопроводу 6 поступает в зону 2, где она, в свою очередь, подогревается, испаряется при более высоком давлении и снова по трубопроводу 4 поступает в зону 3, где ее . газ конденсируют и где она создает дополнительное давление, под действием которо: го снова поступает через трубопровод 6 в зону 2, и этот процесс повторяется непрерывно.

Использование изобретения обеспечивает преобразование тепловой энергии в 50 .........

механическую энергию при изменении зна- щий боковые зоны в нижней части, выполка перепада температур между средами, нен с теплоизолированными стенками.

2. Установка по п.1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что трубопровод, соединяющий боковые зоны в нижней части, заполнен теплоизолированным гранулированным материалом с Плотностью, большей плотности л егко-кипя щей жидкости.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   1. Тепловая энергетическая установка, работающая преимущественно от природных источников тепла, содержащая гидравлически замкнутую систему с боковыми зонами нагревания и охлаждения, соединенными в нижней части трубопроводом, а также преобразователь перепада давлений, расположенный в верхней части системы между боковыми зонами, отличающаяс я тем, что, с целью повышения эффективности и манёвренности, система выполнена изолированной от атмосферы, нижняя часть системы до половины высоты боковых зон заполнена легкоиспаряющейся жидкостью, а верхняя часть системы заполнена парами этой жидкости, а трубопровод, соединяю40 ка перепада температур между средами, тепло которых используют. В этом случае теплообменные зоны автоматически изменяют свои функции (см.фиг.1 и 2). В осталь- 55 ном процесс работы установки сохраняется, однако направление циркуляции рабочего тела и вращения ротора преобразователя