Теплоэнергетическая установка Советский патент 1987 года по МПК F03G7/06 

131

нике (ТО) 8, циркулирует по замкнутому пути от аккумулятора 12 по трубопроводу (Т) 24, ТО 8 и вновь к аккумулятору 12 по Т 26. Энергоноситель (Э) 1, нагреваясь и расширяясь в ТО 8, начинает перемещаться на участке 4 подъема витка 3 снизу вверх с последующим переходом на участок 5 спуска, где, в свою очередь, отдает тепло хладоносителю.19 и, сжимаясь, получает дополнительный импульс для перемещения сверху вниз с нарастанием скорости под действием суммы усилий, генерируемых во всех последовательно соединенных витках 3 контура 2. Посредством турбины и генератора энергия потока Э 1 преобразуется в механическую и электрическую энергию, Хладоноситель 19 в ТО 9, получив тепло и расширяясь при этом, начнет,перемещаться снизу вверх, создавая циркуляцию по замкнутому пути от аккумулятора 18 по Т 27, теплообменнику 9 и вновь к аккумулятору 18 по Т 25. Работа установки осуществляется при условии, что средняя т-ра Э 1 меньше т-ры теплоносителя 13 и

1

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для. преобразования в электрическую энергию тепловой энергии в условиях переменных температур окружающей среды (атмосферы, гидросферы,, льда и т.п.)

Целью изобретения является повышение КПД и стабильности работы путем интенсификации теплообмена и аккумулирования энергии тепла и холода в условиях переменных температур окружающей среды.

На фиг. 1 изображена теплоэнергетическая установка, разрез по одному витку контура энергоносителя; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Установка содержит заполненный, например, жидким энергоносителем 1 замкнутьш контур 2 в виде нескольких последовательно Соединенных меж- ду собой спиральных витков 3, каждый из. которых имеет участок 4 подъема и участок 5 спуска. В контуре 2 раз

1

больше т-ры хладоносителя 19. Грифон 15 обеспечивает накопление тепла в аккумулятор 12 при повышении т-ры окружающей среды. Каждый грифон выполнен в виде соединенного с емкостью 14 обоими концами коленообразного Т с коленом в нижней части, с развитой теплообменной поверхностью 16 на одном его вертикальном участке и с теплоизолированной стенкой 17 на другом вертикальном его участке. Сифон 21 обеспечивает накопление энергии хола- да в аккумуляторе 18 при снижении т-ры окружающей среды. Каждьй сифон 21 выполнен в виде соединенного с емкостью 20 обоими концами коленообразного Т с коленом в верхней части, с развитой теплообменной. поверхностью 22 на одном его вертикальном участке И с теплоизолированной стенкой на другом вертикальном его участке. В результате образуется и поддерживается разница т-р теплоносителя 13 и хладоносителя 19, близкая к разнице т-р окружающей среды имевших место в разное время. 2 ил.

мещена турбина 6, соединенная с генератором 7. На участках 4 и 5 подъема и спуска каждого витка 3 контура 2 установлены соответственно теплообменники 8 и 9 нагрева и охлаждения энергоносителя 1 в виде коаксиально охватывающих соответственно участки 4 и 5 подъема и спуска трубопрово ДОН 10 и 11.

С теплообменником ,8 нагрева соединен аккумулятор 12 тепла в виде заполненной, например, жидким теплоносителем 13 ёмкости 14 с теплопри- емными грифонами 15 в ее нижней части. Каждый грифон 15 выполнен в виде соединенного с емкостью 14 обоими концами коленообразного трубопровода с коленом в нижней части, с развитой теплообменной поверхностью 16 на одном его вертикальном участке и с теплоизолированной с.тенкой 17 на другом вертикальном его участке.

с теплообменником 9 охлаждения соединен аккумулятор 18 холода в виде заполненной, например, жидким хладоносителем 19 емкости 20 с хладо- приемными сифонами 21 в ее верхней части. Каждый сифон 21 выполнен в виде соединенного с емкостью 2, обоими концами коленообразного трубопровода с коленом в верхней части, с развитой

Хладоноситель 19 в теплоо ке 9, получив тепло и расшир этом, начинает перемещаться вверх создавая циркуляцию п тому пути от аккумулятора 18 бопроводу 27, теплообменнику бопроводу 25 и обратно к акк ру 18.

Работа описываемой устано печивается при выполнении не

,

где Т

теплообменной поверхностью 22 на од- W кую и электрическую энергию, ном его вертикальном участке и с теплоизолированной стенкой 23 на другом вертикальном его участке. Верхние и нижние части теплообменников 8 и 9 нагрева и охлаждения сообщены со- J5 ответственно с верхними и нижними частями аккумуляторов 12 и 18 тепла и холода Трубопроводами 24 - 27. В трубопроводах 26 и 27 установлены вентили 28 и 29 для запуска и оста- 20 нова установки. Наружные стенки теплообменников 8 и 9, аккумуляторов 12 и 18 и трубопроводов 24 - 27 покрыты слоем теплоизоляции 30.

Емкость 14 аккумулятора 12 тепла 25 может изготавливаться из стали, пластмассы, бетона и т.п. Емкость 20 аккумулятора 18 холода может изготавливаться из коррозионно-стойкой стали, пластмассы или бетона с соответ- 30 вующей обработкой внутренней поверхности стен для придания им гладкости.

Стенки спирального контура 2 выполняются из коррозионно-стойкой стали. Трубопроводы 10 и 11 теплообмен- 35 НИКОВ 8 и 9 изготавливаются из коррозионно-стойкой стали или пластмассы.. В качестве теплоизоляции 30 может быть использован пенополистирол, пенополиуретан и т.п.40

Установка работает следующим образом.

, I

-температура теплоно ля 13;

-температура хладоно ля 19;

т - средняя температура носителя 1.

Грифон 15 обеспечивает на тепла в аккумуляторе 12 при нии температуры окружающей ср дующим образом. При нагреве ч теплообменную поверхность 16 ситель 13 расширяется и всплы по теплопроводному вертикал участку грифона 15 в емко аккумулятора 12, а более порция теплоносителя 13 погру в вертикальный участок грифон теплоизолированной стенкой 1 мещаясь далее к теплопроводно участку с развитой теплообмен верхностью 16. Циркуляция теп теля 13 через грифон 15 подде ется до тех пор, пока темпера теплоносителя 13 в аккумулято не сравняется с температурой жающей среды. При снижении те туры окружающей среды ниже те туры теплоносителя 13 в аккум ре 12 грифон 15 запирается, т пятствует циркуляции через не лоносителя 13 после заполнени объема этого грифона 15 остыв лоносителем 13, стремящимся в вие возросшей его плотности з самое нижнее положение.

При открытии вентилей 28 и 29 теплоноситель 13, охлаждаемый в тепло- обменнике В, начнет перемещаться сверху вниз, создавая циркуляцию по замкнутому пути от аккумулятора 12 по трубопроводу 24, теплообменнику 8, трубопроводу 26 и обратно к аккумуля-jQ тору 12, Энергоноситель 1, нагреваясь

и расширяясь в теплообменнике 8, начинает перемещаться на участке подъ ема витка 3 снизу вверх с последующим переходом на участок 5 спуска, где, в свою очередь, отдает тепло хладоносителю 19 и, сжимаясь, полу.- чает дополнительный импульс для перемещения сверху вниз с нарастанием

55

22414

скорости под действием суммы усилий, генерируемых во всех последовательно соединенных витках 3 контура 2. При достижении определенных значений гидравлических сопротивлений скорость энергоносителя 1 стабилизируется. Посредством турбины 6 и генератора 7 кинетическая энергия потока энергоносителя 1 преобразуется в механичесХладоноситель 19 в теплообменнике 9, получив тепло и расширяясь при этом, начинает перемещаться снизу вверх создавая циркуляцию по замкнутому пути от аккумулятора 18 по трубопроводу 27, теплообменнику 9, трубопроводу 25 и обратно к аккумулятору 18.

Работа описываемой установки обеспечивается при выполнении неравенств

,

где Т

W кую и электрическую энергию, J520

25 30

35 40

, I

jQ

5

-температура теплоносителя 13;

-температура хладоносите- ля 19;

т - средняя температура энергоносителя 1.

Грифон 15 обеспечивает накопление тепла в аккумуляторе 12 при повьшге- нии температуры окружающей среды следующим образом. При нагреве через теплообменную поверхность 16 теплоноситель 13 расширяется и всплывает по теплопроводному вертикальному участку грифона 15 в емкость 14 аккумулятора 12, а более холодная порция теплоносителя 13 погружается в вертикальный участок грифона 15 с теплоизолированной стенкой 17, перемещаясь далее к теплопроводному его участку с развитой теплообменной поверхностью 16. Циркуляция теплоносителя 13 через грифон 15 поддерживается до тех пор, пока температура теплоносителя 13 в аккумуляторе 12 не сравняется с температурой окружающей среды. При снижении температуры окружающей среды ниже температуры теплоносителя 13 в аккумуляторе 12 грифон 15 запирается, т.е. препятствует циркуляции через него теплоносителя 13 после заполнения всего объема этого грифона 15 остывшим теплоносителем 13, стремящимся вследствие возросшей его плотности занять самое нижнее положение.

Сифон 21 обеспечивает накопление энергии холода в аккумуляторе 18 при

513

снижении температуры окружающей среды следующим образом. При охлаждении через теплообменную поверхность 22 хладоноситель 19 сжимается и погружается по теплопроводному вертикальному участку сифона 21 в емкость 20 аккумулятора 18, а более теплая порция хладоносителя 19 всплывает в вертикальный участок сифона 21 с теплоизолированной стенкой 23, перемещаяс далее к теплопроводному его участку с развитой теплообменной поверхностью 22. Циркуляция хпадоносителя 19 через сифон 21 поддерживается до тех пор, пока температура хладоносителя 19 в аккумуляторе 18 не сравняется с температурой окружающей среды. При повышении температуры окр окающей среды вьше температуры хладоносителя. 1 в аккумуляторе 18 сифон 21 запираетс т.е. препятствует циркуляции через него хладоносителя 19 после заполнения всего объема этого сифона 21 нагретым хладоносителем 19, стремящимся вследствие пониженной его плотности занять самое верхнее положение.

В итоге образуется и поддерживается разница температур теплоносителя 13 в аккумуляторе 12 тепла и хладоносителя 19 в аккумуляторе 18 холода Т Т , близкая к разнице температур окру кающей среды, имевших мест в разное, вр-емя,

В интервале положительньк значений т и Т в качестве тепло- и хла- доносителей 13 и 19 могут служить вода или водный раствор солей. Для отрицательных значений т , например до -60 С, может быть применен, например, водный раствор солей или антифриз. В качестве энергоносителя 1 могут служить, например, углекислый газ COj или жидкий хлороформ СНС1,, стабилизированный 1% этанола , имеющие высокий коэффициент объемного расширения.

Формула изобретения

Теплоэнергетическая установка, содержащая заполненный жидким или

1-6

газообразным энергоносителем замкнутый контур с участками подъема и спуска, с размещенной в контуре турбиной и установленными на участках

подъема и спуска теплообменниками соответственно нагрева и охлаждения энергоносителя, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что, с целью повышения КПД и стабильности работы путем интенсификации теплообмена и аккумулирования энергии тепла и холода в условиях переменных температур окружающей среды, она снабжена соединенным с теплообменником нагрева аккумулятором тепла в виде заполненной жидким или газообразным теплоносителем теплоизолированной емкости с теплоприемным грифоном в ее нижней части, выполненным в виде соединенного с емкостью

обоими концами коленообразного трубопровода с коленом в нижней части, с развитой теплообменной поверхностью на одном его вертикальном участке и с теплоизолированными стенками на

другом вертикальном его участке, а также соединенным с теплообменником охлаждения аккумулятором холода в виде заполненной жидким или газообразным хладоносителем теплоизолированной емкости с хладоприемным сифоном в ее верхней части, выполненным в виде соединенного с емкостью обоими концами коленообразного трубопровода с коленом-в верхней-части, с развитой теплообменной,поверхностью на одном его вертикальном участке и с теплоизолированными стенками на другом вертикальном его участке, контур энергоносителя выполнен в виде нескольких последовательно соединенных; между собой спиральных витков, каждый из которых имеет, участки подъема и спуска, теплообменники нагрева ,и охлаждения выполнены в.виде коаксиально охватывающих соответственно участки подъема и спуска трубопроводов, а верхние и нижние части теплообменников нагрева и охлаждения сообщены соответственно с верхними .

и нижними частями аккумуляторов тепла и холода.

+ +

-h

+

+

+

+ +

/

72J

3 2

Фиг. 2

Изобретение относится к энергетике и позволяет повысить КПД и стабильность работы путем интенсификации теплообмена и аккумулирования энергии тепла и холода. Теплоноситель 13, охлаждаемый в теплообмен/J 72,7 (Л с Щ20

Составитель Л.Тугарев Редактор Л.Лангазо Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Заказ 1948/31 Тираж 427Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СС€Р

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-лолиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4