Способ преобразования внутренней энергии газа в тепловую в компрессионно-расширительной машине со свободным жидкостным поршнем Советский патент 1992 года по МПК F04B35/02 F25B9/00 

Изобретение относится к компрессоро- строению и может быть использовано для трансформации тепловой энергии

Известен способ работы компрессионно-расширительной установки со свободным жидкостным поршнем, включающий впуск газа среднего потенциала в рабочую камеру, его расширение, частичный выпуск в атмосферу при низком потенциале, сжатие в рабочей камере остатка газа до высокого потенциала с последующим выпуском его из рабочей камеры потребителю, причем рабочие циклы в каждой из камер установки осуществляются идентично и в противофазе 1

Известен способ преобразования внутренней энергий газа в тепловую в компрессионно-расширительной машине со свободным жидкостным поршнем, включающий впуск газа в рабочую камеру, его сжатие и вытеснение из рабочей камеры, отбор тепла от газа, впуск его в приводную камеру, расширение и вытеснение из приводной камеры 2.

Данный способ является наиболее близким к предлагаемому техническому решению

Недостатком известного способа является ограниченная эффективность вследствие жестких ограничений, обусловленных условиями работоспособности данного класса машин

Целью изобретения является уменьшение затрат энергии путем выравнивания энергетических циклов камер

Поставленная цель достигается тем что в способе преобразования внутренней энергии газа в тепловую в компрессионно- расширительной машине со свободным жидкостным поршнем, включающим впуск газа в рабочую камеру, его сжатие и вытеснение из рабочей камеры, отбор тепла от газа, впуск его в приводную камеру расширение и вытеснение из приводной камеры газ в рабочей камере перед сжатием расширяют

Поставленная цель достигается тем что в указанном способе после вытеснения из приводной камеры газ нагревают путем

со

с

со

О

ел

01 1

00

подвода тепла, сжимают и впускают в рабочую камеру.

На чертеже схематически представлена компрессионно-расширительная машина со свободным жидкостным поршнем для реализации предложенного способа.

Компрессионно-расширительная машина со свободным жидкостным поршнем состоит из U-образного компрессора I, внутренний рабочий объем которого разделен жидкостным поршнем 2 на рабочую 3 и приводную 4 камеры, оснащенные соответственно впускными 5 и 6 и выпускными 7 и 8 клапанами, компрессора 9. входного ресивера 10 низкого давления, горячего ресивера 11 высокого давления, холодного ресивера 12 высокого давления, холодного ресивера 13 низкого давления, теплообменника 14 тепла высокого потенциала и теплообменника 15 тепла низкого потенциала, причем напорная сторона компрессора 9 по рабочему агенту соединена через входной ресивер 10 низкого давления с впускным клапаном 5 рабочей камеры 3, выпускной клапан 7 которой соединен че рез горячий ресивер 11 высокого давления, теплообменник 14 тепла высокого потенциала, который в свою очередь по теплоносителю подключен к потребителю 1 б тепла BbicoKtffS nofeH- циала (на чертеже не показан), и холодный ресивер 12 высокого Давления с впускным клапаном 6 приводной камеры 4, выпускной клапан 8 которой соединен по рабочему агенту через холодный ресивер 13 низкого давления и теплообменник 15 тепла низкого потенциала, который в свою очередь по теплоносителю подключен к источнику 17 низкопотенциального тепла (на чертеже не показан) с всасывающей стороной компрессора 9 В качестве рабочего агента принят газ.

Работа компрессионно-расширительной машины со свободным жидкостным поршнем осуществляется следующим образом. -Перед запуском ресиверы 11 12 и 13 и теплообменники 14 и 15 должны быть заполнены от внешнего источника рабочим агентом до расчетных давлений (ресивер 10 заполняется от рабочего источника), жидкостный поршень 2 выведен в крайнее рабочее положение путем впуска в п риводную камеру 4 рабочего агента и включена циркуляция теплоносителя через теплообменники 14 и 15

Запуск компрессора 1 осуществляется путем одновременного открытия клапанов 5 и 8 в результате чего жидкостный поршень начнет перемещаться в сторону приводной камеры 4, а в рабочую камеру 3 будет осуществляться впуск рабочего агента из ресивера 10 После окончания процесса впуска рабочего агента впускной клапан 5 закроется и в дальнейшем в рабочей камере 3 будет

осуществляться процесс расширения рабочего агента. Одновременно с этим в приводной камере 4будет осуществляться процесс вытеснения отработанного рабочего агента с объема камеры 4, По окончании процесса

0 вытеснения выпускной клапан 8 закроется и в приводной камере 4 будет в дальнейшем осуществляться процесс сжатия оставшегося отработанного рабочего агента в объем мертвого пространства.

5 В момент достижения жидкостным поршнем верхней мертвой точки (ВМТ) его кинематическая энергия снизится к нулю и вследствие разности давлений, действующей на него, он начнет движение в обрат0 ную сторону В начале этого движения в приводной камере 4 будет осуществляться процесс расширения рабочего агента из объема мертвого пространства В момент, когда давление в камере 4 сравняется с дав5 лением в ресивере 12, откроется впускной клапан бив камере 4 будет осуществляться процесс впуска рабочего агента из ресивера 12. По окончании процесса впуска впускной клапан 6 закроется и в камере 4 будет осу0 ществляться процесс расширения рабочего агента. Одновременно с этим в рабочей камере 3 будет осуществляться процесс сжатия рабочего агента При достижении расчетного давления откроется выпускной

5 клапан 7 и в камере 3 будет осуществляться процесс вытеснения рабочего агента из камеры 3 в горячий ресивер 11 В момент достижения поршнем 2 ВМТ клапан 7 закроется и откроется выпускной клапан 8 при0 водной камеры 4, кинематическая энергия поршня 2 станет равной нулю и он под действием разности давлений начнет перемещаться в обратную сторону. В начале этого движения в рабочей камере 3 будет осуще5 ствляться процесс расширения рабочего агента из объема мертвого пространства В дальнейшем впускной клапан 5 откроется и в дальнейшем все процессы повторятся в: ранее описанной последовательности

0 Вследствие адиабатического сжатия в камере 3 до расчетного давления температура рабочего агента повысится до расчетного значения С этой температурой рабочий агент поступает в горячий ресивер

5 11 и при переходе в ресивер 12 через теплообменник 14 отдает в последнем свою теплоту циркулирующему теплоносителю, нагревая его до установленной температуры и охлаждаясь сам Рабочий агент, поступив под высоким давлением и с пониженной

температурой из холодного ресивера 12 в приводную камеру 4, адиабатически расширяется, отдавая свою энергию на сжатие рабочего агента в рабочей камере 3 и снижая при этом свой потенциал, в т ч температуру, с которым он и вытесняется в ресивер 13

Описанный способ работы установки обеспечивает высокоэффективное расщепление тепла среднего потенциала на высокий потенциал и низкий потенциал. Так, например, при наличии источника газа давлением 0,8-0.9 эти и температурой 60-70°С, реализуя предложенный способ работы, можно получить горячую воду температурой 95-150°С и холодный воздух температу- рой(-50)°С.

При реализации другого варианта способа работы холодный газ из ресивера 13 нагревают в теплообменнике 15 за счет тепла внешнего низкопотенциального источника, после чего сжимают в компрессоре 9 и через ресивер 10 впускают в рабочую камеру 3 компрессора 1.

и

Таким образом второй вариант предложенного способа работы реализуется при замкнутом контуре циркуляции рабочего агента (газа) и обеспечивает перекачку теп- 5 ла с низкого на высокий потенциал (например, с уровня 20-30°С до уровня 95-150°С).

Формула изобретения

1Способ преобразования внутренней 10 энергии газа в тепловую в компрессионно- расширительной машине со свободным жидкостным поршнем, включающий впуск газа в рабочую камеру, его сжатие, вытеснение из рабочей камеры, отбор тепла от газа,

15 впуск его в приводную камеру, расширение и вытеснение из приводной камеры, отличающийся тем, что, с целью уменьшения затрат энергии путем выравнивания энергетических циклов камер, газ в рабочей каме- 20 ре перед сжатием расширяют.

2Способ по п 1, отличающийся тем, что после вытеснения из приводной камеры газ нагревают путем подвода тепла, сжимают и впускают в рабочую камеру.

Сущность изобретения газ впускают в рабочую камеру, сжимают, вытесняют из камеры отбирают от него тепло Впускают газ в приводную камеру расширяют и вытесняют из камеры Газ в рабочей камере перед сжатием расширяют После вытеснения из приводной камеры газ нагревают путем подвода тепла, сжимают и впускают в рабочую камеру 1 з.п. ф-лы, 1 ил