СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Советский патент 1936 года по МПК F01K23/00 

Изобретение относится к способам работы тепловых двигателей, работающих по однопаровому, бинарным и термохимическим циклам.

При предлагаемом способе работы тепловых двигателей используется зависимость теплового эффекта химической реакции от термодинамического состояния отдельных компонентов, принимающих участие в процессе.

Предлагаемый способ работы тепловых двигателей заключается в том, что горючая жидкость, идущая для сжигания как топливо под первичным котлом, предварительно используется в качестве охлаждающего агента в конденсаторах однопаровых циклов, а также в конденсаторах первичной и вторичной жидкости и в охладителях термохимических циклов.

На фиг. 1-12 изображены схемы установок для осуществления способа работы тепловых двигателей.

На предлагаемых схемах, на всех фигурах отдельные элементы обозначены одинаковыми цифрами и для выяснения предлагаемого способа работы тепловых двигателей описаны только некоторые из них; при этом элементы, по которым протекает рабочее или охлаждающее тело, служащее топливом для схемы, обозначено цифрами со значком (например, 24′).

В схеме установки, изображенной на фиг. 8, рабочее тело может быть возвращено к своему первоначальному состоянию. В этой схеме рабочее тело не служит топливом. Согласно схеме пар из котла 2 по трубопроводу 3 направляется в паровую машину 4. Мятый пар из машины 4 по трубопроводу 8 направляется в конденсатор 23, где конденсируется, отдавая теплоту конденсации жидкому топливу, подаваемому по трубопроводу 24′ через змеевик 25′ конденсатора 23. Конденсат насосом 11 нагнетается в котел 2. Топливо после выхода из змеевика 25′ по трубопроводу 26′ направляется в топку котла 2, где сгорает. Теплота этого сгорания идет на испарение рабочего тела в котле 2.

Согласно схеме, изображенной на фиг. 1, в процессе принимают участие два рабочих тела, как в теплосиловых установках, работающих по бинарному циклу.

В системе, состоящей из котла 2, трубопровода 3 острого пара, паровой машины 4, трубопровода 8 мятого пара, змеевика 10 конденсатора, насоса 11 и трубопровода 12, для подачи конденсата в котел, работает, например, ртуть, а в системе, состоящей из трубопровода 1′ служащего для ввода рабочего тела - топлива в котел или конденсатор-испаритель или в испаритель, из конденсатора-испарителя 9′, трубопровода 3′, паровой машины 4′ и трубопровода 6′, работает какое-либо жидкое горючее, например, бензин. Мятый горючий пар из машины 4′ по трубопроводу 6′ направляется в топку котла 2, где и сгорает. Теплота его сгорания идет на испарение ртути в котле 2.

В качестве рабочего тела для схемы на фиг. 4 берется подходящее химическое соединение, способное при нагревании выделять пары одного из своих компонентов, а при снижении температуры - обратно поглощать эти пары и при этом, так сказать, регенерировать, т.е. вновь приобретать прежний свой состав.

Как видно, в этой схеме рабочее тело должно удовлетворять основным требованиям, предъявляемым к рабочему телу для двигателей, работающим по известным термохимическим циклам. Действие заключается в том, что упомянутое выше химическое соединение, например, щелок калия некоторой концентрации выпаривается при некотором давлении p₁ в котле 2. Получается водяной пар (с некоторой температурой t), который, совершенно обычным путем, работает в паровой машине 4, расширяясь при этом до некоторого конденсаторного давления и соответственно охлаждаясь. Отработавший пар вводится в смесительный резервуар 13, в котором находится щелок меньшей концентрации и более низкой температуры, чем в испарителе 17′. Благодаря последнему обстоятельству (сравнительно низкой температуре), в смесителе 13 происходит экзотермическая реакция поглощения пара щелоком (воссоединение щелока с водой). Другими словами, температуре и концентрации, поддерживаемым в смесительном резервуаре 13, соответствует определенное давление пара; это давление должно примерно совпадать с давлением пара при выходе его из машины 4, и коль скоро такое давление установилось, весь вновь поступающий пар неизбежно конденсируется (поглощается). Давление насыщенного пара над щелоком (паров щелока) может равняться давлению выходящего из машины водяного пара лишь в том случае, если температура щелока значительно выше температуры этого отработавшего пара (или, что то же, температуры воды, дающей пар такого же давления), так как давление паров щелока значительно ниже нормального давления насыщенного водяного пара. Следовательно, при приблизительном равенстве и p_b - давления в смесительном резервуаре 13 должна установиться температура, превышающая температуру отработавшего пара. Для поддержания в резервуаре 13 постоянной температуры и концентрации щелока отводится нижеописанным способом выделяющееся при процессе поглощения пара тепло, и отводится разбавляемый паром (слабый) щелок, заменяя его щелоком густым (более высокой концентрации). Последняя задача разрешается путем непрерывного перекачивания насосом 16 слабого щелока из смесительного резервуара 13 в котел 2 с одновременной подачей сгущенного (благодаря выпариванию воды) щелока из котла 2 через редукционный клапан 14 в смесительный резервуар 13. Благодаря этому концентрация и в смесительном резервуаре 13 и в котле 2 остается все время постоянной. Между смесительным резервуаром 13 и котлом 2 находится подогреватель 15, в котором перекачиваемый из смесительного резервуара 13 сравнительно холодный и слабый щелок подогревается идущим из котла 2 горячим и густым щелоком. Последний при этом охлаждается (может быть охлажден до температуры в смесительном резервуаре 13). Отвод тепла, выделяющегося при процессе поглощения в резервуаре 13 пара, осуществляется следующим образом. Щелок смесительного резервуара 13 непрерывно прогоняется насосом 16 (по замкнутому контуру) через змеевик 18, располагаемый в испарителе 17′, причем тепло щелока идет на испарение заполняющего испаритель 17′ жидкого горючего. Пар, полученный в испарителе 17′, насыщенный или перегретый в перегревателе 19′, работает в паровой машине 4′. Мятый пар горючего из машины 4′ по трубопроводу 6′ направляется в топку котла 2, где сгорает.

Действие остальных схем понятно из чертежа без подробных описаний. Отдельные элементы, показанные на схемах фиг. 2, 3, 5, 6, 7, 10-12, - машина 5′ внутреннего горения трубопровод Т для подвода отработавших в машине 5′ продуктов горения в теплообменное устройство котла, котел 20 (фиг. 1) обычной теплосиловой или теплофикационной установки, конденсатор 22′ (фиг. 7), в котором конденсация пара осуществляется обычным способом (например, проточной водой), трубопровод 27 (фиг. 12), подводящий к змеевику 28 охлаждающую воду, трубопровод 29 (фиг. 12), отводящий, например, в реку нагревшуюся охлаждаемую воду, и трубопровод 30′ (фиг. 11) для отвода части топлива на другие нужды, например, для использования в обычной теплосиловой установке или в двигателе внутреннего горения и т.д.

Все приложенные схемы могут быть осуществлены с регенеративным подогревом рабочих тел, с промежуточным перегревом, с продленным перегревом, с промежуточным отбором и т.д.

Способ работы тепловых двигателей, работающих по однопаровому, бинарным и термохимическим циклам, отличающийся тем, что в качестве охлаждающего агента в конденсаторах однопаровых циклов, а также в конденсаторах первичной и вторичной жидкости и в охладителях термохимических циклов применяется самая горючая жидкость, идущая затем для сжигания как топливо под первичным котлом.