СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 1994 года по МПК F28D15/02 

Изобретение относится к способам преобразования тепловой энергии и может быть использовано для получения механической или электрической энергии.

Известен способ преобразования тепловой энергии, в котором паровая турбина либо поршневое устройство преобразуют энергию газа (пара) в механическую, а затем через следующую машину - преобразователь - в электрическую.

Однако КПД этого способа преобразования энергии не превышает 40% , а его реализация требует двух ступеней преобразования энергии - тепловой в механическую и механической в электрическую.

Известен способ преобразования тепловой энергии, в котором паровая турбина либо поршневое устройство преобразуют энергию газа (пара) в механическую, а затем через следующую машину - преобразователь - в электрическую.

Однако КПД этого способа преобразования энергии не превышает 40% , а его реализация требует двух ступеней преобразования энергии - тепловой в механическую и механической в электрическую.

Известен способ преобразования тепловой энергии, в котором пар с каплями конденсата после ионизации пропускают через электродинамический генератор, где происходит преобразование энергии ионизированных частиц в электрическую [2] .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ преобразования тепловой энергии [3] путем испарения жидкости, транспортирования ее паров в адиабатических условиях, их срабатывания на паровой турбине и дальнейшей конденсации, возврата конденсата через винтообразный спускной канал.

Недостатками этого способа являются низкие КПД преобразования и экологическая защищенность, узкая область использования, ограниченная возможностью получения только механической энергии, поскольку осуществляется лишь частичное преобразование тепловой энергии с помощью установленной в потоке пара паровой турбины.

Целью изобретения являются повышение КПД преобразования, экологической защищенности и расширение области использования.

Это достигается тем, что в способе преобразования тепловой энергии путем испарения жидкости, транспортирования ее паров в адиабатических условиях, дальнейшей их конденсации и использования машины-преобразователя, конденсат срабатывают на машине-преобразователе, а зону конденсации размещают над зоной испарения на высоте Н, определяемой из выражения
H= 2(ΔP-ΔP_тр)/(ρg(1+, где Δ Р - разность давлений насыщенных паров жидкости между зонами испарения и конденсации, Па; Р - давление насыщенных паров жидкости в зоне испарителя, Па; Δ Р_тр - потери давления при движении пара от зоны испарения к зоне конденсации, Па; ρ - плотность насыщенного пара в зоне конденсации, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; m - показатель политропы.

Размещением зоны конденсации относительно зоны испарения на высоте Н конденсату сообщают потенциальную энергию, переходящую в механическую или электрическую при возврате его в зону испарения через машину-преобразователь (в зависимости от ее типа).

Повышение КПД преобразования энергии обеспечивается тем, что рабочим телом в машине-преобразователе служит не пар, а сконденсированная жидкость.

Экологическая защищенность повышается за счет того, что преобразование тепловой энергии может осуществляться в замкнутом герметичном контуре без встроенных в него преобразователей (в случае с магнитно-гидродинамическим преобразователем).

Преимуществом способа является также возможность непосредственного преобразования тепловой энергии в зависимости от потребности в механическую или электрическую с применением преобразователей энергии - жидкостных турбин и МГД-генераторов.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом, на котором показана схема установки для его реализации.

Установка содержит испаритель 1 и конденсатор 2, соединенные между собой теплоизолированным трубопроводом 3 и трубопроводом 4 через машину-преобразователь 5 и регулятор 6. Конденсатор 2 имеет вентиль 7. В качестве машины-преобразователя используют при токопроводящих жидкостях-магнитно-гидродинамические преобразователи, при нетокопроводящих - жидкостные турбины.

Конденсатор устанавливают относительно испарителя на высоте Н, определяемой в соответствии с расчетным выражением. Перекрывают регулятором 6 трубопровод 4 и через вентиль 7 установку заполняют жидкостью. Затем его закрывают, установку герметизируют и с помощью регулятора 6 устанавливают необходимый расход жидкости в испаритель, где жидкость нагревается до температуры кипения. В испарителе создают давление, соответствующее давлению насыщенных паров кипящей жидкости при температуре кипения. При этих условиях жидкость кипит, а образующийся пар из испарителя по теплоизолированному трубопроводу 3 за счет установившейся разности давлений поступает в конденсатор 2, где пары конденсируют, а сконденсированную жидкость по трубопроводу 4 направляют в машину-преобразователь 5 и далее - в испаритель.

Потенциальная энергия конденсата в трубопроводе 4 переходит в кинетическую энергию движения, которую в машине-преобразователе преобразуют в механическую или электрическую энергию.

П р и м е р 1. В испарителе диаметром 1 м испаряют ртуть при температуре 250^оС и давлении Р= 10⁴ Па. При размещении зоны конденсации на расчетной высоте Н= 164,5 м расход испаряемой ртути составит 7,5 кг/с с КПД преобразования при использовании МГД-генератора 0,68.

П р и м е р 2. В испарителе диаметром 1 м испаряют углекислоту при температуре 250^оС и давлении Р= 1,78˙10⁶ Па. При размещении зоны конденсации на высоте Н= 385 м расход испаряемой углекислоты составит 583 кг/с с КПД преобразования тепловой энергии при использовании жидкостной турбины 0,64.

Таким образом, способ позволяет увеличить КПД преобразования тепловой энергии более чем в 1,5 раза, повысить экологическую защищенность и расширить область использования.

Использование: для преобразования тепловой энергии и получения механической или электрической энергии. Сущность изобретения: испаряют жидкость, ее пары транспортируют в адиабатических условиях, затем их конденсируют. Конденсат срабатывают на машине преобразования. Зону конденсации размещают над зоной испарения на высоте Н, определяемой приведенного в формуле изобретения выражения. 1 ил.

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ путем испарения жидкости, транспортирования ее паров в адиабатических условиях, дальнейшей их конденсации и срабатывания на машине-преобразователе, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД преобразования, экологической защищенности и расширения области использования, зону конденсации размещают над зоной испарения на высоте H, определяемой из выражения
H= 2(ΔP-ΔP_тр)/g(1+,
где Δ P - разность давлений насыщенных паров жидкости между зонами испарения и конденсации, Па;
P - давление насыщенных паров жидкости в зоне испарения, Па;
Δ P_тр - потери давления при движении пара от зоны испарения к зоне конденсации, Па;
ρ - плотность насыщенного пара в зоне испарения, кг/м³;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
m - показатели политропы.