WO2012024757A1 - Method and device for converting heat energy into useful work - Google Patents
Method and device for converting heat energy into useful work Download PDFInfo
- Publication number
- WO2012024757A1 WO2012024757A1 PCT/BY2011/000007 BY2011000007W WO2012024757A1 WO 2012024757 A1 WO2012024757 A1 WO 2012024757A1 BY 2011000007 W BY2011000007 W BY 2011000007W WO 2012024757 A1 WO2012024757 A1 WO 2012024757A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- working fluid
- heat
- useful work
- piston
- work
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/04—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid being in different phases, e.g. foamed
Definitions
- the invention relates to use in the field of power engineering and allows you to convert thermal energy, including the environment, into useful work.
- the prior art method for converting thermal energy of the environment into useful work (1) which consists in the following: the working fluid is an easily volatile liquefied gas placed in a cylinder through a valve enters the evaporator, the casing of which is used as a battery of thermal energy received from the environment . Then, the liquefied gas, heating and evaporating, turns into gas with high pressure, which flows through the pipelines to the power plant, where, having completed work, it expands and partially condenses. Then it passes through the second circuit and condenses in the condenser and through the valve enters the cylinder.
- a device (1) is also known from the prior art for converting thermal energy of the environment into useful work consisting of a thermally insulated cylinder with liquefied gas, an evaporator heat exchanger, an atomizer the working fluid, the power plant of the first circuit and the condenser of the second circuit, as well as shut-off valves.
- a device for converting thermal energy into useful work (2) consisting of a storage-evaporator of an easily evaporating, low-boiling working fluid, a pump, a condenser, a piston mechanism with valves connected to a heat exchanger, and a mechanism for performing useful work.
- the disadvantage of this device is its low efficiency.
- the technical problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the method and the efficiency of the device for converting thermal energy into useful work.
- the method of converting thermal energy into useful work includes vaporization of an easily evaporating low-boiling working fluid, its condensation, and the completion of closed loop work.
- the differences are that at first the evaporated working fluid is condensed, transferring the latent heat of condensation to the working fluid in the liquid state of aggregation, while the latter is heated by the heat of the environment, expanding, it moves the pistons of the hydraulic cylinders L, which are lagged by this amount, one step L.
- L pX is the length of the piston stroke of the cylinder
- N is the number of cylinders.
- the device for converting thermal energy of useful medium consists of a storage-evaporator of an easily evaporating, low-boiling working fluid, a pump, a condenser connected with a heat exchanger of a piston mechanism with valves and a mechanism for performing useful work.
- the piston mechanism is made of N at least two-piston stepped hydraulic cylinders, and the steps with a smaller piston are placed in heat transfer tubes communicating with check valves with heat-insulated steps of the hydraulic cylinders with large pistons and connected to each other through communicating channels with transmission fluid, except Moreover, heat pump coils are placed inside the heat exchange tubes, and alternately for one cycle of operation only one of the hydraulic cylinders has the possibility NOSTA supplying preheated liquid working fluid through the valve- valve rotor mechanism to perform useful work - reaction turbine, while the remaining piston cylinders adapted to transfer the feeding movements that one hydraulic cylinder. Additional differences are - the jet turbine rotor is made S-shaped with Laval nozzles located at the exit from it. Devices that work due to temperature differences, such as thermoelectric elements or a cooler for an “external combustion” engine, such as a Stirling engine, are placed on heat transfer tubes.
- the proposed method and device conversion thermal energy, in useful work allows you to increase the efficiency of the device and increase the efficiency of the method, due to the fact that during the entire working cycle, the easily evaporating low-boiling working fluid is 65-90% in the liquid state, and when it is condensed, the latent heat of condensation is transferred to the heated heat environment to the working fluid, which is in a liquid state of aggregation in heat transfer tubes. Therefore, the efficiency of the heat pump is higher, since it works with a smaller temperature difference.
- generating useful work is possible in two stages. Due to the jet turbine and devices producing work due to the temperature difference, such as thermoelectric elements or a cooler of an “external combustion” engine, such as a Stirling engine.
- Laval nozzles provide the most efficient use of a liquid working fluid by creating additional pressure in front of the nozzles, with expansion at the outlet, and allow you to get part of the working fluid in a gaseous state and perform work.
- FIG. 1 shows a general view of the installation
- FIG. 2 cylinder piston group
- FIG. 3 view of a rotor of a jet turbine.
- This device consists of a thermally insulated storage-evaporator 1, filled with an easily evaporating, low-boiling working fluid.
- a working fluid a low-boiling refrigerant, such as R125, or a mixture thereof with volatile substances, such as R32, is taken.
- the working fluid is in the storage-evaporator 1 with a temperature of -55 degrees.
- a jet turbine 2 is mounted in the drive-evaporator 1, connected to the distributor valve 3, which ensures uniform supply of the working fluid from the feed cylinder of the piston group 4 to its S-shaped rotor 5 with Laval nozzles 6 at the outlet.
- the accumulator-evaporator 1 is connected to the heat pump 7, the condenser coils 8 of which are located in the heat exchange tubes 9.
- the piston group 4 is made of, for example, four, two-stage hydraulic cylinders 10. Their stages 11, with smaller pistons 12, are located in the heat exchange tubes 9, communicating c through check valves 13 with thermally insulated steps 14 in which large pistons 15 are located. Pistons 12 and 15 are connected by rods 16. In addition, the steps 14 of the hydraulic cylinders 10 are interconnected by channels 17 through which the transmission fluid, for example, oil located above the pistons 15, moves. Alternately, in one cycle of operation, only one of the hydraulic cylinders 10, the large piston 15, which is located at the top dead center, has the opportunity supply of the liquid working fluid through the distributor valve 3 to the rotor 5 of the jet turbine 2 The remaining hydraulic cylinders 10 are transmission, i.e.
- thermoelectric elements 20 operating according to the Seebeck principle or a cooler of an “external combustion” engine, such as a Stirling engine 21.
- the method of converting the thermal energy of the environment into useful work has a closed duty cycle, according to which the above-described device operates.
- the working fluid evaporated from the storage-evaporator 1, which is at a temperature of 55 degrees C, is condensed by pumping it with a heat pump 7 to the condenser coils 8 connected to the valve 22. It includes only those coil condensers 8 located in the heat exchange tubes 9. 10 hydraulic cylinders, the temperature of the working fluid in which has not exceeded at least half, i.e. -30 degrees C. In them, by increasing the pressure, the gaseous working fluid condenses, transferring the latent heat of condensation to the working fluid, which is in the liquid state of aggregation at the stage of heating by the heat of the environment.
- L px is the length of the piston stroke of the cylinder
- N is the number of cylinders. In our example, it is 1: 3 L px .
- the transmission fluid which moves the large piston 15 of the feed cylinder 10 and moves it in one working cycle over the entire length of its working stroke L px , i.e. from top dead center to bottom.
- the heated working fluid through the valve-distributor 3 enters the rotor 5 of the jet turbine 2, doing useful work.
- the condensed working fluid in the condenser coils 8 is also fed to the rotor 5 of the jet turbine 2.
- devices that work due to the temperature difference such as, for example, thermoelectric elements 20 operating according to the Seebeck principle or the cooler of the “external combustion” engine , such as the Stirling engine 21.
- This invention allows to increase the efficiency of the device and to increase the efficiency of conversion of thermal energy into useful work.
Abstract
The invention relates to the field of power engineering. Throughout the entire operating cycle, 65-90% of a volatile, low-boiling working medium is in a liquid state; when said working medium condenses, the latent heat of condensation is transferred to a working medium heated by the ambient temperature and found in a liquid state of aggregation in heat exchange pipes. Furthermore, useful work can be generated in two stages by means of a reactive turbine and devices that produce work as a result of a temperature differential, such as thermoelectric elements or the cooler of an external combustion engine such as the Stirling engine. The use of an S-shaped rotor makes it possible to reduce the braking effect of the Coriolis force. De Laval nozzles provide for a more efficient use of the liquid working medium because of the extra pressure created upstream of the nozzles, which expand at the exit, and make it possible to obtain a part of the working medium in a gaseous state, which performs work. The invention makes it possible to increase the efficiency of the method and the coefficient of performance (COP) of the device for converting heat energy into useful work.
Description
Способ и устройство преобразования тепловой энергии в полезную работу. Method and device for converting thermal energy into useful work.
Изобретения относятся к использованию в области энергетического машиностроения и позволяют преобразовывать тепловую энергию, в том числе окружающей среды, в полезную работу. The invention relates to use in the field of power engineering and allows you to convert thermal energy, including the environment, into useful work.
Из уровня техники известен способ преобразования тепловой энергии окружающей среды в полезную работу (1 ), заключающийся в следующем: рабочее тело легкоиспаряющийся сжиженный газ, помещённый в баллон, через вентиль поступает в испаритель, корпус которого используют в качестве аккумулятора тепловой энергии, получаемой от окружающей среды. Затем сжиженный газ, нагреваясь и испаряясь, превращается в газ с высоким давлением, который поступает по трубопроводам к силовой установке, где совершив работу, расширяется и частично конденсируется. Далее он проходит через второй контур и конденсируется в конденсаторе и через вентиль поступает обратно в баллон. The prior art method for converting thermal energy of the environment into useful work (1), which consists in the following: the working fluid is an easily volatile liquefied gas placed in a cylinder through a valve enters the evaporator, the casing of which is used as a battery of thermal energy received from the environment . Then, the liquefied gas, heating and evaporating, turns into gas with high pressure, which flows through the pipelines to the power plant, where, having completed work, it expands and partially condenses. Then it passes through the second circuit and condenses in the condenser and through the valve enters the cylinder.
Недостатком данного способа является низкая эффективность, так как рабочее тело работает при высоком давлении - близком к критическому и при его конденсации требует совершение дополнительной работы. The disadvantage of this method is its low efficiency, since the working fluid operates at high pressure — close to critical and requires additional work when condensed.
Из уровня техники также известно устройство (1 ) для преобразования тепловой энергии окружающей среды в полезную работу состоящее теплоизолированного баллона со сжиженным газом, теплообменника испарителя, распылителя
рабочего тела, силовой установки первого контура и конденсатора второго контура, а также запорных вентилей. A device (1) is also known from the prior art for converting thermal energy of the environment into useful work consisting of a thermally insulated cylinder with liquefied gas, an evaporator heat exchanger, an atomizer the working fluid, the power plant of the first circuit and the condenser of the second circuit, as well as shut-off valves.
Недостатком данного устройства является низкий КПД, так как отсутствует эффективная система конденсации и отсутствие теплового насоса для впрыска рабочего тела в баллон со сжиженным хладагентом делает эту установку неработоспособной. The disadvantage of this device is its low efficiency, since there is no effective condensation system and the absence of a heat pump for injection of a working fluid into a cylinder with liquefied refrigerant makes this installation inoperative.
Из уровня техники известен, также способ преобразования тепловой энергии в полезную работу (2), включающий, парообразования легкоиспаряющегося низкокипящего рабочего тела, его конденсацию и совершение им работы идущих по замкнутому циклу. Недостатком данного способа является низкая эффективность, так как требуется передача значительной энергии, для перевода рабочего тела из газообразного состояния в жидкое. From the prior art, there is also known a method for converting thermal energy into useful work (2), including vaporization of an easily evaporating low-boiling working fluid, its condensation and its completion in a closed cycle. The disadvantage of this method is the low efficiency, since significant energy is required to transfer the working fluid from a gaseous state to a liquid one.
Из уровня техники известно, также устройство преобразования тепловой энергии в полезную работу (2), состоящее из накопитель-испарителя легкоиспаряющегося, низкокипящего рабочего тела, насоса, конденсатора связанного с теплообменным аппаратом поршневого механизма с клапанами и механизма выполнения полезной работы. Недостатком этого устройства является низкий КПД. It is also known from the prior art that a device for converting thermal energy into useful work (2), consisting of a storage-evaporator of an easily evaporating, low-boiling working fluid, a pump, a condenser, a piston mechanism with valves connected to a heat exchanger, and a mechanism for performing useful work. The disadvantage of this device is its low efficiency.
Техническая задача, на которую направлены данные изобретения - повышение эффективности способа и КПД устройства для преобразования тепловой энергии в полезную работу. The technical problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the method and the efficiency of the device for converting thermal energy into useful work.
Данная техническая задача решается тем, что способ преобразования тепловой энергии, в полезную работу,
включает парообразование легкоиспаряющегося низкокипя- щего рабочего тела, его конденсацию и совершение им работы идущих по замкнутому циклу. Отличия в том, что вначале испарившееся рабочее тело конденсируют, передавая скрытую теплоту конденсации рабочему телу, находящемуся в жидком агрегатном состоянии, с одновременным нагревом последнего теплотой окружающей среды, расширяясь, оно перемещает на один шаг L поршни гидроцилиндров, которые расположены с отставанием на эту величину друг от друга, и которые передают перемещение трансмиссионной жидкости, которая действует на большой поршень, находящийся в крайней верхней точке одного гидроцилиндра и перемещает его на всю длину рабочего хода Lpx , передавая подогретое рабочее тело через клапан-распределитель на ротор реактивной турбины, совершающей полезную работу, также при перемещении поршней на один шаг L в полость под ними засасывается холодное рабочее тело из накопителя-испарителя, через их обратные клапаны, причём при последующем рабочем цикле повторяется то же , но с чередованием цилиндра подающего рабочее тело к реактивной турбине, а шаг L на который передвигаются поршни за один рабочий цикл рассчитывается по формуле: This technical problem is solved by the fact that the method of converting thermal energy into useful work, It includes vaporization of an easily evaporating low-boiling working fluid, its condensation, and the completion of closed loop work. The differences are that at first the evaporated working fluid is condensed, transferring the latent heat of condensation to the working fluid in the liquid state of aggregation, while the latter is heated by the heat of the environment, expanding, it moves the pistons of the hydraulic cylinders L, which are lagged by this amount, one step L. from each other, and which transmit the movement of the transmission fluid, which acts on the large piston located at the extreme upper point of one hydraulic cylinder and moves it the entire length of ochego stroke L px, passing the warmed working fluid through the valve distributor to the rotor jet turbine undergoing a useful work, while moving the pistons in one step L the cavity underneath sucked cold working fluid from the accumulator-evaporator, through their non-return valves, with at the next working cycle repeats the same, but with the alternation of the cylinder feeding the working fluid to the jet turbine, and the step L to which the pistons move in one working cycle is calculated by the formula:
N-1 N-1
где LpX - длина рабочего хода поршня цилиндра, N - число цилиндров. where L pX is the length of the piston stroke of the cylinder, N is the number of cylinders.
Устройство преобразования тепловой энергии окружа-
ющей среды, в полезную работу состоит из накопитель- испарителя легкоиспаряющегося, низкокипящего рабочего тела, насоса, конденсатора связанного с теплообменным аппаратом поршневого механизма с клапанами и механизма выполнения полезной работы. Отличиями являются - что поршневой механизм выполнен из N, по меньшей мере двухпоршневых ступенчатых гидроцилиндров, причём ступени с меньшим поршнем размещёны в теплообменных трубках, сообщающихся с через обратные клапаны с теплоизолированными ступенями гидроцилиндров с большими поршнями и связанные между собой через сообщающиеся каналы трансмиссионной жидкостью, кроме того внутри теплообменных трубок размещены змеевики-конденсаторы теплового насоса, причём попеременно за один цикл работы только один из гидроцилиндров имеет возможность подачи подогретого жидкого рабочего тела через клапан- распределитель на ротор механизма выполнения полезной работы - реактивной турбины, а остальные гидроцилиндры поршневой группы выполнены с возможностью передачи движения этому одному подающему гидроцилиндру. Дополнительными отличиями являются - ротор реактивной турбины выполнен S-образным с соплами Лаваля расположенными на выходе из него. На теплообменных трубках размешены устройства производящие работу за счёт перепада температур, такие как термоэлектрические элементы или охладитель двигателя «внешнего сгорания», типа двигателя Стирлинга. The device for converting thermal energy of useful medium consists of a storage-evaporator of an easily evaporating, low-boiling working fluid, a pump, a condenser connected with a heat exchanger of a piston mechanism with valves and a mechanism for performing useful work. The differences are that the piston mechanism is made of N at least two-piston stepped hydraulic cylinders, and the steps with a smaller piston are placed in heat transfer tubes communicating with check valves with heat-insulated steps of the hydraulic cylinders with large pistons and connected to each other through communicating channels with transmission fluid, except Moreover, heat pump coils are placed inside the heat exchange tubes, and alternately for one cycle of operation only one of the hydraulic cylinders has the possibility NOSTA supplying preheated liquid working fluid through the valve- valve rotor mechanism to perform useful work - reaction turbine, while the remaining piston cylinders adapted to transfer the feeding movements that one hydraulic cylinder. Additional differences are - the jet turbine rotor is made S-shaped with Laval nozzles located at the exit from it. Devices that work due to temperature differences, such as thermoelectric elements or a cooler for an “external combustion” engine, such as a Stirling engine, are placed on heat transfer tubes.
Предложенный способ и устройство преобразования
тепловой энергии, в полезную работу позволяет повысить КПД устройства и повысить эффективность способа, за счёт того, что в течение всего рабочего цикла легкоиспаряющееся низкокипящее рабочее тело на 65-90% находится в жидком состоянии, и при его конденсации, скрытая теплота конденсации передаётся подогреваемому теплотой окружающей среды рабочему телу, находящемуся в жидком агрегатном состоянии в теплообменных трубках Следовательно, выше КПД теплового насоса, так как он работает с меньшей разницей температур. Кроме того генерирование полезной работы возможно в два этапа. За счёт реактивной турбины и устройств производящих работу за счёт перепада температур, таких как термоэлектрические элементы или охладитель двигателя «внешнего сгорания», типа двигателя Стирлинга. Использование S-образного ротора позволяет снизить тормозящее действие сил Кариолиса. Сопла Лаваля обеспечивают наиболее эффективное использование жидкого рабочего тела за счёт создания дополнительного давления перед соплами, с расширением на выходе, и позволяют получить часть рабочего тела в газообразном состоянии и совершении им работы. The proposed method and device conversion thermal energy, in useful work allows you to increase the efficiency of the device and increase the efficiency of the method, due to the fact that during the entire working cycle, the easily evaporating low-boiling working fluid is 65-90% in the liquid state, and when it is condensed, the latent heat of condensation is transferred to the heated heat environment to the working fluid, which is in a liquid state of aggregation in heat transfer tubes. Therefore, the efficiency of the heat pump is higher, since it works with a smaller temperature difference. In addition, generating useful work is possible in two stages. Due to the jet turbine and devices producing work due to the temperature difference, such as thermoelectric elements or a cooler of an “external combustion” engine, such as a Stirling engine. The use of an S-shaped rotor reduces the inhibitory effect of the Cariolis forces. Laval nozzles provide the most efficient use of a liquid working fluid by creating additional pressure in front of the nozzles, with expansion at the outlet, and allow you to get part of the working fluid in a gaseous state and perform work.
Данные изобретения поясняются чертежами, где на: The invention is illustrated by drawings, where:
фиг. 1 представлен общий вид установки; FIG. 1 shows a general view of the installation;
фиг. 2 цилиндр поршневой группы; FIG. 2 cylinder piston group;
фиг. 3 вид ротора реактивной турбины. FIG. 3 view of a rotor of a jet turbine.
Данное устройство состоит из теплоизолированного накопитель-испарителя 1 , заполненного легкоиспаряющимся, низкокипящим рабочим телом. В качестве рабочего тела
берётся низкокипящий хладагент, например R125, или его смесь с легкоиспаряющимися веществами, например R32. Рабочее тело находится в накопитель-испарителе 1 с температурой -55град. С. В накопитель-испарителе 1 вмонтирована реактивная турбина 2 , связанная с клапан- распределителем 3 , обеспечивающим равномерную подачу рабочего тела от подающего цилиндра поршневой группы 4 на её S-образный ротор 5 с соплами 6 Лаваля на выходе. Накопитель-испаритель 1 связан с тепловым насосом 7 змеевики-конденсаторы 8 которого , размещены в теплообменных трубках 9. Поршневая группа 4 выполнена из, например четырёх, двухступенчатых гидроцилиндров 10. Их ступени 11 , с меньшими поршнями 12, размещёны в теплообменных трубках 9, сообщающихся с через обратные клапаны 13 с теплоизолированными ступенями 14 , в которых расположены большие поршни 15. Поршни 12 и 15 связаны штоками 16 . Кроме того ступенями 14 гидроцилиндров 10 связаны между собой каналами 17 по которым движется трансмиссионная жидкость, например, масло, расположенное над поршнями 15. Попеременно за один цикл работы только один из гидроцилиндров 10, большой поршень 15, которого находится в верхней мёртвой точке, имеет возможность подачи жидкого рабочего тела через клапан-распределитель 3 на ротор 5 реактивной турбины 2 Остальные гидроцилиндры 10 - трансмиссионные, т.е. выполнены с возможностью передачи трансмиссионной жидкости через каналы 17 для передачи движения этому одному подающему гидроцилиндру 10. Переключение на работу гидроцилиндра 10,
как подающего или трансмиссионного происходит клапаном- распределителем 3. Кроме того подпоршневые полости ступеней 14 гидроцилиндров 10 связаны через обратные клапаны 18 теплоизолированным трубопроводом 19 с накопителем-испарителем 1. На теплообменных трубках 9 размешены устройства производящие работу за счёт перепада температур, такие как, например, термоэлектрические элементы 20 , работающие по принципу Зеебека или охладитель двигателя «внешнего сгорания», типа двигателя Стирлкнга 21. This device consists of a thermally insulated storage-evaporator 1, filled with an easily evaporating, low-boiling working fluid. As a working fluid a low-boiling refrigerant, such as R125, or a mixture thereof with volatile substances, such as R32, is taken. The working fluid is in the storage-evaporator 1 with a temperature of -55 degrees. C. A jet turbine 2 is mounted in the drive-evaporator 1, connected to the distributor valve 3, which ensures uniform supply of the working fluid from the feed cylinder of the piston group 4 to its S-shaped rotor 5 with Laval nozzles 6 at the outlet. The accumulator-evaporator 1 is connected to the heat pump 7, the condenser coils 8 of which are located in the heat exchange tubes 9. The piston group 4 is made of, for example, four, two-stage hydraulic cylinders 10. Their stages 11, with smaller pistons 12, are located in the heat exchange tubes 9, communicating c through check valves 13 with thermally insulated steps 14 in which large pistons 15 are located. Pistons 12 and 15 are connected by rods 16. In addition, the steps 14 of the hydraulic cylinders 10 are interconnected by channels 17 through which the transmission fluid, for example, oil located above the pistons 15, moves. Alternately, in one cycle of operation, only one of the hydraulic cylinders 10, the large piston 15, which is located at the top dead center, has the opportunity supply of the liquid working fluid through the distributor valve 3 to the rotor 5 of the jet turbine 2 The remaining hydraulic cylinders 10 are transmission, i.e. made with the possibility of transmission fluid transmission through the channels 17 for transmitting movement to this one feed hydraulic cylinder 10. Switching to the operation of the hydraulic cylinder 10, as a feed or transmission occurs by a distributing valve 3. In addition, the piston cavities of the stages 14 of the hydraulic cylinders 10 are connected via check valves 18 with a heat-insulated pipe 19 to the accumulator-evaporator 1. On the heat transfer tubes 9 are placed devices that work due to the temperature difference, such as, for example, thermoelectric elements 20 operating according to the Seebeck principle or a cooler of an “external combustion” engine, such as a Stirling engine 21.
Способ преобразования тепловой энергии окружающей среды, в полезную работу, имеет замкнутый рабочий цикл, по которому работает вышеописанное устройство. Испарившееся из накопителя-испарителя 1 рабочее тело, находящееся при температуре - 55 град.С, конденсируют за счёт перекачки его тепловым насосом 7 в змеевики-конденсаторы 8 связанные с клапаном 22. Он включает в работу только те змеевики- конденсаторы 8 находящиеся в теплообменных трубках 9. гидроцилиндров 10 трансмиссионных, температура рабочего тела в которых не превысила, по крайней мере половины, т.е -30 град.С. В них путём повышения давления газообразное рабочее тело конденсируется, передавая скрытую теплоту конденсации рабочему телу, находящемуся в жидком агрегатном состоянии в стадии нагрева теплотой окружающей среды. Это повышает эффективность теплового насоса, так как он работает на меньшей разнице температур. При нагреве жидкое рабочее тело расширяется и перемещает на один шаг L малые поршни 12 гидроцилиндров 10. при этом в
подпоршневых полостях ступеней 14 гидроцилиндров 10 создаётся разряжение. Открываются обратные клапаны 18 и по трубопроводу 19 подаётся холодное рабочее тело (с температурой - 55 град.С. ) в полости под поршнями 15 ступеней 14 гидроцилиндров 10 трансмиссионных. Их поршни 12 и 15 расположены с разницей на шаг L и не находятся в крайней верхней точке. Шаг L на который передвигаются поршни за один рабочий цикл рассчитывается по формуле: L= , The method of converting the thermal energy of the environment into useful work has a closed duty cycle, according to which the above-described device operates. The working fluid evaporated from the storage-evaporator 1, which is at a temperature of 55 degrees C, is condensed by pumping it with a heat pump 7 to the condenser coils 8 connected to the valve 22. It includes only those coil condensers 8 located in the heat exchange tubes 9. 10 hydraulic cylinders, the temperature of the working fluid in which has not exceeded at least half, i.e. -30 degrees C. In them, by increasing the pressure, the gaseous working fluid condenses, transferring the latent heat of condensation to the working fluid, which is in the liquid state of aggregation at the stage of heating by the heat of the environment. This increases the efficiency of the heat pump, since it operates at a lower temperature difference. When heated, the liquid working fluid expands and moves the small pistons 12 of the hydraulic cylinders 10 by one step L. a sub-piston cavity of the stages 14 of the hydraulic cylinders 10 creates a vacuum. The check valves 18 are opened and a cold working fluid (with a temperature of 55 degrees C.) is supplied through line 19 in the cavity under the pistons of 15 stages 14 of the hydraulic cylinders 10 of the transmission. Their pistons 12 and 15 are located with a difference of step L and are not at the extreme top point. The step L to which the pistons move in one working cycle is calculated by the formula: L =,
Ν-1 Ν-1
где Lpx - длина рабочего хода поршня цилиндра, N - число цилиндров. В нашем примере он равен 1 :3 Lpx. where L px is the length of the piston stroke of the cylinder, N is the number of cylinders. In our example, it is 1: 3 L px .
Они создают давление трансмиссионной жидкости, которая перемещает большой поршень 15 гидроцилиндра 10 подающего и перемещает его за один рабочий цикл на всю длину его рабочего хода Lpx, т.е. из верхней мёртвой точки в нижнюю. При этом подогретое рабочее тело через клапан- распределитель 3 поступает на ротор 5 реактивной турбины 2, совершая полезную работу. Сконденсированное рабочее тело в змеевиках-конденсаторах 8 также подаётся на ротор 5 реактивной турбины 2. На теплообменных трубках 9 размешены устройства производящие работу за счёт перепада температур, такие как, например, термоэлектрические элементы 20 , работающие по принципу Зеебека или охладитель двигателя «внешнего сгорания», типа двигателя Стирлинга 21. They create the pressure of the transmission fluid, which moves the large piston 15 of the feed cylinder 10 and moves it in one working cycle over the entire length of its working stroke L px , i.e. from top dead center to bottom. In this case, the heated working fluid through the valve-distributor 3 enters the rotor 5 of the jet turbine 2, doing useful work. The condensed working fluid in the condenser coils 8 is also fed to the rotor 5 of the jet turbine 2. On the heat transfer tubes 9 are placed devices that work due to the temperature difference, such as, for example, thermoelectric elements 20 operating according to the Seebeck principle or the cooler of the “external combustion” engine , such as the Stirling engine 21.
Далее цикл повторяется, но гидроцилиндр 10, осуществивший
подачу рабочего тела становится трансмиссионным, а следующий гидроцилиндр 10, поршень которого пришел в верхнюю мёртвую точку, становится подающим в новом рабочем цикле. Так периодически все гидроцилиндры поочерёдно, в течение цикла, становятся подающими. Next, the cycle repeats, but the hydraulic cylinder 10, carried out the supply of the working fluid becomes transmission, and the next hydraulic cylinder 10, the piston of which has come to the top dead center, becomes the feed in a new duty cycle. So periodically all the hydraulic cylinders alternately, during the cycle, become feed.
Данное изобретение позволяет увеличить КПД устройства и повысить эффективность преобразования тепловой энергии в полезную работу. This invention allows to increase the efficiency of the device and to increase the efficiency of conversion of thermal energy into useful work.
Библиографические источники информации: Bibliographic sources of information:
1. патент N° 2132470 России публ. 27.06.1999г. 1. patent N ° 2132470 of Russia publ. 06/27/1999
2. патент N° 2338893 России публ. 20.11.2008г. - прототип
2. patent N ° 2338893 of Russia publ. 11/20/2008 - prototype
Claims
1. Способ преобразования тепловой энергии, в полезную работу, включающий: парообразование легкоиспаряющегося низкокипящего рабочего тела, его конденсацию и совершение им работы идущих по замкнутому циклу ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что вначале испарившееся рабочее тело конденсируют, передавая скрытую теплоту конденсации рабочему телу, находящемуся в жидком агрегатном состоянии, с одновременным нагревом последнего теплотой окружающей среды, расширяясь, оно перемещает на один шаг L поршни гидроцилиндров, которые расположены с отставанием на эту величину друг от друга , и которые передают перемещение трансмиссионной жидкости, которая действует на большой поршень, находящийся в крайней верхней точке одного гидроцилиндра и перемещает его на всю длину рабочего хода LpX , передавая подогретое рабочее тело через клапан- распределитель на ротор реактивной турбины , совершающей полезную работу, также при перемещении поршней на один шаг L в полость под ними засасывается холодное рабочее тело из накопителя-испарителя, через их обратные клапаны, причём при последующем рабочем цикле повторяется то же , но с чередованием цилиндра подающего рабочее тело к реактивной турбине, а шаг L на который передвигаются поршни за один рабочий цикл рассчитывается по формуле: 1. A method of converting thermal energy into useful work, including: vaporization of an easily evaporating low-boiling working fluid, its condensation and completion of closed-loop work characterized by the fact that the vaporized working fluid is first condensed, transferring the latent heat of condensation to the working fluid in the aggregate state, while heating the latter with the heat of the environment, expanding, it moves one step L of the pistons of the hydraulic cylinders, which are located behind this elichinu from one another and which transmit the movement of the transmission fluid, which acts on the large piston located at one point at the top of the hydraulic cylinder and moves it to its full length Lp X working stroke, conveying the preheated working fluid through the distributor to the rotor valve- reactive turbine undergoing a useful work, also when moving the pistons one step L into the cavity below them, a cold working fluid is sucked from the storage-evaporator through their check valves, and in the next working cycle repeating tsya same, but with alternating cylinders for feeding the working fluid jet turbine, and the pitch L in which the pistons move in one working cycle calculated by the formula:
длина рабочего хода поршня цилиндра, N - число cylinder piston stroke length, N - number
2. Устройство преобразования тепловой энергии, в полезную работу состоящее из накопитель -испарителя легкоиспаряющегося, низкокипящего рабочего тела, насоса, конденсатора связанного с теплообменным аппаратом поршневого механизма с клапанами и механизма выполнения полезной работы ОТЛИЧАЮЩЕЕСЯ тем, что 2. A device for converting thermal energy into useful work consisting of a storage-evaporator of an easily evaporating, low-boiling working fluid, a pump, a condenser connected to a piston mechanism with valves and a heat exchanger, and a mechanism for performing useful work, DIFFERENT in that
поршневой механизм выполнен из N, по меньшей мере двухпоршневых ступенчатых гидроцилиндров, причём ступени с меньшим поршнем размещены в теплообменных трубках, сообщающихся с через обратные клапаны с теплоизолированными ступенями гидроцилиндров с большими поршнями и связанные между собой , через сообщающиеся каналы трансмиссионной жидкостью, кроме того внутри теплообменных трубок размещены змеевики-конденсаторы теплового насоса, причём попеременно за один цикл работы только один из гидроцилиндров, имеет возможность подачи подогретого жидкого рабочего тела, через клапан- распределитель , на ротор механизма выполнения полезной работы - реактивной турбины, а остальные гидроцилиндры поршневой группы выполнены с возможностью передачи движения этому одному подающему гидроцилиндру. the piston mechanism is made of N at least two-piston stepped hydraulic cylinders, and the steps with a smaller piston are placed in heat transfer tubes communicating with check valves with heat-insulated steps of the hydraulic cylinders with large pistons and connected to each other through communicating channels with a transmission fluid, and also inside the heat transfer tubes are placed coil condensers of the heat pump, and alternately for one cycle of operation only one of the hydraulic cylinders has the ability to feed heated of liquid working fluid through the valve- valve, to the rotor mechanism perform useful work - reaction turbine, while the remaining piston cylinders adapted to transfer the feeding movements that one hydraulic cylinder.
3. Устройство по п.2 ОТЛИЧАЮШЕЕСЯ тем, что ротор реактивной турбины выполнен S-образным с соплами Лаваля расположенными на выходе из него. 3. The device according to claim 2, characterized in that the rotor of the jet turbine is made S-shaped with Laval nozzles located at the exit from it.
4. Устройство по п.2 ОТЛИЧАЮШЕЕСЯ тем, что на теплообменных трубках размешены устройства производящие работу за счёт перепада температур. 4. The device according to claim 2, characterized in that devices that work due to the temperature difference are placed on the heat exchange tubes.
5. Устройство по п.4 ОТЛИЧАЮШЕЕСЯ тем, что на теплообменных трубках размешены термоэлектрические элементы. 5. The device according to claim 4, characterized in that heat exchange tubes are placed thermoelectric elements.
6. Устройство по п.4 ОТЛИЧАЮШЕЕСЯ тем, что на теплообменных трубках размещен охладитель двигателя «внешнего сгорания», типа двигателя Стирлинга. 6. The device according to claim 4, characterized in that the heat exchanger tubes contain a cooler for an “external combustion” engine, such as a Stirling engine.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BYA20101251 | 2010-08-23 | ||
| BY20101251 | 2010-08-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2012024757A1 true WO2012024757A1 (en) | 2012-03-01 |
Family
ID=45722769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/BY2011/000007 WO2012024757A1 (en) | 2010-08-23 | 2011-08-16 | Method and device for converting heat energy into useful work |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2012024757A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2132470C1 (en) * | 1996-10-24 | 1999-06-27 | Чекунков Александр Никандрович | Atmospheric-energy transforming engine |
| RU2338893C1 (en) * | 2007-03-21 | 2008-11-20 | Юрий Сергеевич Швыкин | Device and method of electric power production from environmental heat |
-
2011
- 2011-08-16 WO PCT/BY2011/000007 patent/WO2012024757A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2132470C1 (en) * | 1996-10-24 | 1999-06-27 | Чекунков Александр Никандрович | Atmospheric-energy transforming engine |
| RU2338893C1 (en) * | 2007-03-21 | 2008-11-20 | Юрий Сергеевич Швыкин | Device and method of electric power production from environmental heat |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KUDINOV V. A. ET AL., TEKHNICHESKAYA TERMODINAMIKA, M., ''VYSSHAYA SHKOLA'', 2000, pages 38 - 43 * |
| REY D. ET AL., TEPLOVYE NASOSY, M., ENERGOIZDAT, 1982, pages 16 - 17 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103174475B (en) | Cascade Organic Rankine Cycle system and operational approach thereof | |
| US8656720B1 (en) | Extended range organic Rankine cycle | |
| CN1993536B (en) | Method and device for carrying out a thermodynamic cyclic process | |
| US20100146974A1 (en) | System for recovering waste heat | |
| NO20120029A1 (en) | Thermal control system and method in one or more insustrial processes | |
| CA2937595C (en) | A compressor train with a stirling engine | |
| US20070101717A1 (en) | Energy recuperation machine system for power plant and the like | |
| CN112368464A (en) | System for recovering waste heat and method thereof | |
| JP2023082139A (en) | Efficient heat recovery engine | |
| US8474262B2 (en) | Advanced tandem organic rankine cycle | |
| KR20110007119A (en) | Liquid displacer engine | |
| US20100043743A1 (en) | Dual stroke combustion/steam engine | |
| CN107636261B (en) | Supercritical steam cycle method including isothermal expansion and include the fluid pressure type Energy extraction for the round-robin method free-piston heat engine | |
| WO2010105288A1 (en) | Thermal engine using an external heat source | |
| WO2012024757A1 (en) | Method and device for converting heat energy into useful work | |
| EA038808B1 (en) | Heat machine configured for realizing heat cycles and method for realizing heat cycles by means of such heat machine | |
| LT6635B (en) | The atmospheric cold steam engine and operating method thereof | |
| CN203928512U (en) | A kind of liquid jet heat pump cycle structure | |
| WO2013060340A1 (en) | Device and method for converting geothermal well energy into electrical energy | |
| EP4083393A1 (en) | Cogenerative organic rankine cycle with vapor extraction from the turbine | |
| JP5826962B1 (en) | Heat engine with condensing chamber | |
| US20140208732A1 (en) | Direct combustion type plunger hydraulic pump | |
| RU146342U1 (en) | HEAT ELECTRIC STATION | |
| RU2011104532A (en) | METHOD AND DEVICE FOR CONVERSION OF HEAT ENERGY IN USEFUL WORK | |
| RU2326256C2 (en) | Heat machine "ilo" employing stirling closed cycle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11819216 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11819216 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |