ТЕПЛОВАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК F01K25/04 H02K57/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в тепловых электростанциях.

Известна тепловая машина, содержащая компрессор, камеру сгорания, узел подачи топлива в камеру сгорания, устройство для отвода энергии от рабочего тела.

К недостаткам данного решения можно отнести низкий коэффициент полезного действия устройства.

Задача изобретения создание такой тепловой машины, которая могла бы при относительной простоте ее устройства обеспечить более высокий коэффициент полезного действия.

Для этого в тепловой машине, содержащей компрессор, камеру сгорания, узел подачи топлива в камеру сгорания, устройство для отвода энергии от рабочего тела, согласно изобретению камера сгорания и устройство для отвода энергии от рабочего тела содержат канал из электропроводящего материала с двумя расположенными под углом друг к другу, соединенными торцами частями, при этом участок канала в месте соединения его частей выполнен из электропроводящего материала в виде вогнутой поверхности и представляет собой вогнутый участок поверхности выпукло-вогнутого тела, при этом внешняя поверхность выпуклого участка электрически связана с одним полюсом источника постоянного тока, второй полюс которого связан с устройством для подачи топлива в канал, а выход компрессора подсоединен хотя бы к одному из концов канала.

В предпочтительном варианте выполнения устройства части канала расположены под углом 360 град друг к другу.

Внешняя поверхность выпуклого участка, как правило, электрически связана с одним полюсом источника постоянного тока через нагрузочное сопротивление.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения выход компрессора параллельно присоединен к обоим концам канала через запорные вентили.

В предпочтительном варианте выход компрессора параллельно присоединен к обоим концам канала через регенератор.

Регенераторы могут содержать отверстия для выхода отходящих газов, связанные с атмосферой через дополнительные теплообменники.

Выпуклый и вогнутый участки поверхности полого тела могут быть, в частности, выполнены сферическими.

Канал может содержать расположенные у его концов емкости для шлака.

Канал из электропроводящего материала необходим для прохода в нем заряженных /а после снятия заряда в месте соединения частей канала - незаряженных/ частиц, образовавшихся при сгорании топлива.

Две части этого канала расположены под углом друг к другу. Это необходимо для того, чтобы движущиеся в канале заряженные частицы продуктов сгорания топлива могли бы ударяться об участок канала в месте соединения его частей и таким образом обеспечивать передачу заряда этому участку.

Для того чтобы передача заряда движущимися частицами продуктов сгорания топлива могла происходить, участок канала в месте соединения его частей должен быть выполнен из электропроводящего материала.

Для обеспечения отвода заряда от этого участка канала он представляет собой вогнутый участок поверхности выпукло-вогнутого полого тела. Отвод заряда к источнику постоянного тока осуществляется при этом с внешней поверхности выпуклого участка.

Для обеспечения заряда топлива и, следовательно, продуктов его сгорания второй полюс источника постоянного тока связан с устройством для подачи топлива в канал.

Для создания потока топлива воздушной смеси, а затем, после сгорания топлива, потока продуктов сгорания в канале выход компрессора должен быть подсоединен хотя бы к одному концов канала.

Если части канала расположены под углом 360 град друг к другу, это обеспечивает наиболее высокую эффективность передачи заряда продуктами сгорания топлива.

Если выход компрессора параллельно подсоединен к обоим концам канала через запорные вентили /что делает возможным чередование направления потока продуктов сгорания топлива в канале/, тепло, выделяемое при сгорании топлива, используется наиболее эффективно.

Наиболее эффективному использованию тепла сгорания топлива способствует также параллельное подсоединение выхода компрессора к обоим концам канала через регенераторы.

Наличие емкостей для шлака облегчает его сбор и последующую переработку.

Предложенное устройство отличается от известного тем, что камера сгорания и устройство для отвода энергии от рабочего тела содержит канал из электронепроводящего материала с двумя расположенными под углом друг к другу соединенными торцами частями, при этом участок канала в месте соединения его частей выполнен из электропроводящего материала в виде вогнутой поверхности и представляет собой вогнутый участок на поверхности выпукло-вогнутого тела, при этом внешняя поверхность выпуклого участка электрически связана с одним полюсом источника постоянного тока, второй полюс которого связан с устройством для подачи топлива в канал, а выход компрессора подсоединен хотя бы к одному из концов канала. Таким образом, предложенное устройство удовлетворяет условию патентоспособности изобретения "новизна".

В патентной и научно-технической литературе не описан генератор электрического тока, в котором камера сгорания содержит канал упомянутой формы с устройством для отвода энергии в виде полого электропроводящего тела.

Таким образом, предложенное устройство удовлетворяет условию патентоспособности изобретения "изобретательский уровень".

Предложенное устройство может быть использовано в тепловых электростанциях, обладает повышенным коэффициентом полезного действия. Таким образом, предложенное устройство удовлетворяет условию патентоспособности изобретения "промышленная применимость".

Конкретный пример выполнения устройства показан на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 изображена схема тепловой машины.

На фиг. 2 показан цикл работы предлагаемой машины в координатах.

Тепловая машина включает компрессор 1 с промежуточным охлаждением в теплообменнике-водоподогревателе 2, ресивер 3, запорные вентили 4, два регенератора 5 и электростатический генератор 6.

Электростатический генератор 6, в свою очередь, содержит источник тока - ионизатор 7, устройство периодической подачи распыленного топлива и его электрической зарядки 8, расширительный канал генератора 9, выполняющий одновременно функцию камеры сгорания, вогнутую электропроводящую поверхность 10 /вогнутый участок поверхности выпукло-вогнутого тела/, электрически соединенную с выпуклым участком 11, внешняя поверхность которого, в свою очередь, соединена через высоковольтную линию постоянного тока 12 с потребителем 13. В нижней части каналы 9 содержат емкости для расплавленного шлака 14, снабженные системами его удаления.

Запорные вентили 15 и теплофикационные теплообменники 16 служат для прохождения выхлопных газов перед сбросом их в атмосферу.

Работает ТЭЦ следующим образом.

Атмосферный воздух всасывается в первую ступень компрессора 1 /точка 1 на фиг. 2/, где сжимается с повышением температуры /точка 2 на фиг. 2/, после чего в теплообменнике 2 воздух охлаждается, передавая тепло теплофикационной воде для горячего водоснабжения. Остывший воздух дополнительно сжимается во второй ступени компрессора и поступает в ресивер 3, выравнивающий нагрузку компрессора. Из ресивера 3 воздух через поочередно открываемые вентили 4 поступает в один из регенераторов, предварительно нагретый выхлопными газами энергоустановки. При прохождении регенератора за счет его значительной поверхности теплообмена воздух нагревается практически до температуры сгорания топлива и поступает в канал 9, где в него вводится распыленное твердое топливо, электрически заряженное с помощью ионизатора 7 в камере подачи 8. Электрический заряд частиц сохраняется при их сгорании и превращении в расплавленный шлак, капли которого соприкасаются с вогнутой поверхностью съема заряда 10. Снятый заряд за счет электрического отталкивания перетекает на выпуклую поверхность 11, где накапливается и откуда передается потребителю. Газ расширяется в канале 9, преодолевая силу электростатического отталкивания поверхности 11, действующую на переносимые газом частицы сгорающего топлива. За счет малого размера частиц скорость скольжения газа относительно частиц мала /по расчету от 2 до 5 м/с/, а с другой стороны, ее наличие значительно улучшает теплообмен между сгорающим топливом и расширяющимся газом, что обеспечивает изотермичность расширения. Изменяя места ввода топлива, либо увеличивая их число, можно произвольно изменять температуру по длине канала. В выходном канале происходит догорание топлива, причем выделенное тепло, как и тепло трения и прочих потерь накапливается в регенераторе, возвращаясь в контур при следующем цикле, выполняемом в противоположном направлении.

В отличие от известных регенеративных циклов, в которых возврат тепла происходит с потерей температурного потенциала, в данном цикле потери повышают температуру сверх начальной /точка 5 на фиг. 2/, в связи с чем при регенерации тепло восстанавливается при начальной температуре /Т₆-Т₅ Т_{реге нера тора}/, в результате чего снижение КПД расширения снижает выработку электроэнергии, практически не снижая КПД установки.

Проведенные расчеты для теплофикационного цикла показали, что при применении изотермического сжатия при максимальной температуре /точка 4, 2, 7 на фиг. 2/, потребляется большая работа, чем при адиабатическом сжатии, предлагаемом в данной заявке.

Устройство, таким образом, обеспечивает достижение более высокого коэффициента полезного действия, чем известное.

Использование: теплоэнергетика, в частности тепловые электростанции. Сущность изобретения: тепловая машина содержит компрессор, камеру сгорания, узел подачи топлива в камеру сгорания, устройство для отвода энергии от рабочего тела. Камера сгорания и устройство для отвода энергии от рабочего тела содержит канал из электронепроводящего материала с двумя расположенными под углом друг к другу, соединенными торцами частями. Участок канала в месте соединения его частей выполнен из электропроводящего материала в виде вогнутой поверхности. Этот участок представляет собой вогнутый участок поверхности выпукло-вогнутого полого тела. Внешняя поверхность выпуклого участка электрически связана с одним полюсом источника постоянного тока, предпочтительно через нагрузочное сопротивление. Второй полюс источника тока связан с устройством для подачи топлива в канал. Выход компрессора подсоединен хотя бы к одному из концов канала. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Тепловая машина, содержащая компрессор, камеру сгорания, узел подачи топлива в камеру сгорания, устройство для отвода энергии от рабочего тела, отличающаяся тем, что камера сгорания и устройство для отвода энергии от рабочего тела содержат канал из электронепроводящего материала с двумя расположенными под углом друг к другу соединенными торцами частями, при этом участок канала в месте соединения его частей выполнен из электропроводящего материала в виде вогнутой поверхности и представляет собой вогнутый участок поверхности выпукло-вогнутого тела, при этом внешняя поверхность выпуклого участка электрически связана через нагрузочное сопротивление с одним полюсом источника постоянного тока, второй полюс которого связан с устройством для подачи топлива в канал, а выход компрессора подсоединен к хотя бы одному из концов канала. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что части канала расположены под углом 360^o друг к другу. 3. Тепловая машина по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что выход компрессора параллельно подсоединен к обоим концам канала через запорные вентили. 4. Машина по п.3, отличающаяся тем, что выход компрессора параллельно подсоединен к обоим концам канала через регенераторы. 5. Машина по п.4, отличающаяся тем, что регенераторы содержат отверстия для выхода отходящих газов, связанные с атмосферой через дополнительные теплообменники. 6. Машина по пп.1 5, отличающаяся тем, что выпуклый и вогнутый участки поверхности полого тела выполнены сферическими. 7. Машина по пп.1 6, отличающаяся тем, что канал содержит расположенные у его концов емкости для шлака.