| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2143651
СПОСІБ І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ТРАНСФОРМАЦІЇ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ
Ім'я винахідника: Самхан І.І .; Золотарьов Г.В.
Ім'я патентовласника: Самхан Ігор Ісаакович
Адреса для листування: 150014, Ярославль, ул.Б.Октябрьская, б.73, кв.87, Самхану І.І.
Дата початку дії патенту: 1997.07.01
У способі трансформації теплової енергії систем теплопостачання робоче тіло випаровують з підведенням теплоти від низькотемпературного теплоносія, стискають, конденсують, нагріваючи теплоносій системи теплопостачання, і Дросселирующий. При цьому частина загального потоку теплоносія системи теплопостачання перед нагріванням в конденсаторі нагрівають робочим тілом в процесі його стиснення. У пристрої, що реалізує даний спосіб, компресор (або окремі його щаблі) забезпечений (забезпечені) теплообмінними поверхнями, підключеними до комунікацій конденсатора для введення теплоносія системи теплопостачання. Комунікації містять клапани розподілу потоків теплоносія системи теплопостачання між конденсатором і теплообмінними поверхнями компресора. Використання винаходу дозволить значно підвищити енергетичну ефективність перетворення теплової енергії.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до теплоенергетики, зокрема до процесів перетворення низькотемпературної теплової енергії в теплову енергію підвищеного температурного рівня і холод.
Відомий спосіб трансформації теплової енергії із застосуванням компресійно-резорбціонний теплових насосів. У цьому способі, що здійснюється при змінних температурах десорбції (випаровування) і абсорбції (конденсації) водоаміачних сумішей, можливе досягнення значень коефіцієнтів термотрансформаціі, що перевищують теоретичні величини циклу Карно. Однак досягнуті показники термотрансформаціі все ж порівняно невисокі через недосконалість процесу і устаткування.
Відомий парокомпресійний спосіб термотрансформаціі, найбільш близький до винаходу по технічній сутності.
Зазначений спосіб включає зворотний (теплонасосної, холодильний) термодинамічний цикл, в якому робоче тіло (холодоагент) випаровують з підведенням теплоти від теплоносія низької температури (ТНТ), що утворилися пари стискають з підведенням зовнішньої роботи, охолоджують і конденсують теплоносієм з високою температурою (ТВТ) з подальшим дроселюванням або розширенням в детандере.
Недоліком способу є порівняно низька енергетична ефективність процесу, значно менша теоретично можливої в циклі Карно.
Метою винаходу є створення способу перетворення теплової енергії, що забезпечує значне підвищення енергетичної ефективності.
Зазначена мета досягається тим, що у відомому способі трансформації теплової енергії, що включає циклічну послідовність процесів, в якій робоче тіло (холодоагент) випаровують з підведенням теплоти від теплоносія низької температури (ТНТ), стискають з підведенням зовнішньої роботи, охолоджують теплоносієм високої температури (ТВТ) і дросселирующий, холодоагент додатково охолоджують в процесі його стиснення теплоносієм високої температури (ТВТ).
Іншою відмінністю пропонованого способу є те, що від 30 до 80% ТВТ нагрівають в процесі стиснення холодоагенту (а нагрів його іншої частини і проводять холодоагентом, але вже після завершення процесу стиснення холодоагенту).
Іншою відмінністю пропонованого способу є те, що зворотний потік холодоагенту перед дроселюванням або детандірованіем охолоджують потоком ТНТ, використовуваним потім для випаровування хладагента.
Крім того, відмінностями є:
- використання ТНТ для початкового охолодження холодоагенту в процесі його стиснення;
- регенеративний нагрів прямого потоку холодоагенту після випаровування зворотним потоком холодоагенту, що надходять на дроселювання;
- застосування в якості холодоагенту суміші речовин з різною температурою кипіння.
У пристрої для здійснення запропонованого способу (тепловому насосі), що включає циркуляційний контур з встановленими послідовно випарником хладагента, підключеного до комунікацій подачі ТНТ, компресором, охолоджувачем (конденсатором) холодоагенту, підключеного до комунікацій подачі ТВТ і дроселем або детандером, компресор (або окремі його щаблі ) забезпечений (забезпечені) теплообмінними поверхнями, підключеними до комунікацій для подачі ТВТ і ТНТ.
Іншою відмінністю пристрою є те, що циркуляційний контур перед дроселем (по ходу холодоагенту) містить теплообмінник з комунікаціями для подачі ТНТ.
Наступною відмінністю є те, що контур додатково містить Повітронагрівач, охолоджуючий зворотний потік холодоагенту перед дроселем і нагріває прямий потік холодоагенту перед компресором.
Відмінність і полягає в тому, що комунікації для подачі ТВТ містять клапани розподілу величин потоків між охолоджувачем (конденсатором) і теплообмінними поверхнями.
Пропонований спосіб порівняно з аналогічними відомими забезпечує значне підвищення ефективності в порівнянні з теоретичними межами циклу Карно.
Зокрема, охолодження холодоагенту в процесі його стиснення частиною ТНТ і ТВТ дозволяє в порівнянні з відомим способом:
- провести нагрів різних частин ТВТ при змінних температурах з мінімальними термодинамическими втратами;
- виключити перегрів холодоагенту при стисненні, характерний для традиційного способу;
- зменшити витрати механічної енергії на стиснення холодоагенту.
Інша принципова відмінність полягає в охолодженні зворотного потоку холодоагенту перед дроселюванням ТНТ.
Воно дозволяє:
- знизити втрати від дроселювання до пренебрежимо малої величини;
- використовувати корисно раніше втрачаємо при дроселюванні енергію в процесі випаровування;
- підвищити температурний діапазон термотрансформаціі при знижених енергетичних витратах.
Виникаючі в пропонованому способі ефекти призводять до підвищення коефіцієнта термотрансформаціі 
= Q / W, що визначається відношенням переданої теплоти Q до витраченої роботи W, в 1,2 - 1,25 рази по відношенню до 
циклу Карно навіть в порівняно вузькому температурному діапазоні термотрансформаціі від 0 до 70 o C.
Суть методу пояснюється наступними фігурами:
Фіг. 1 (a, b) - діаграми існуючого (a) і пропонованого (b) способів в координатах абсолютна температура (T) - ентропія (S)
Фіг. 2 (a, b) - діаграми існуючого (a) і пропонованого (b) способів в координатах тиск (p) і ентальпія (h)
Фіг. 3 - принципова схема пристрою для здійснення способу з використанням гвинтового компресора
На фіг. 1 і 2 представлені операції зміни стану холодоагенту (див. Таблицю в кінці опису).
В одному з варіантів запропонованого способу, показаного на фіг. 1 (b) та 2 (b), замість операцій 7 - 1 і 1 - 2 можуть бути реалізовані операції циклу.
7 - 2 '- адіабатичне стиснення холодоагенту і
2'-2 - стиснення холодоагенту в області сухого пара з охолодженням ТВТ.
Пристрій на фіг. 3 включає циркуляційний контур 1, що містить випарник 2 з комунікаціями для подачі ТНТ 3, компресор 4 з приводом 5, теплообмінними поверхнями 6, додатковим засобом теплообміну 7 і комунікаціями подачі ТВТ 9 і ТНТ 3, охолоджувач (конденсатор) 8, підключений до комунікацій подачі ТВТ 9 з регулювальним клапаном 10, Повітронагрівач 11, теплообмінник 12 з комунікаціями для подачі ТНТ 3 і дросель (дросельний вентиль) 13.
Для реалізації способу можна використовувати існуючі сьогодні холодоагенти, такі, як R12, R22, R717 (аміак), R502, R13 і інші. У разі використання холодоагентів з низькою критичною температурою, наприклад, R13, можливо реалізувати спосіб при стисненні холодоагенту до тисків вище критичних.
Зазначений спосіб може бути реалізований в такий спосіб.
приклад 1
Рідке робоче тіло (холодоагент R12) випаровують в випарнику 2 при температурі 0 o C, що утворилися пари нагрівають до 30 o C регенеративно зворотним потоком холодоагенту. Перегрітий потік сухого пара холодоагенту стискають в компресорі майже ізотермічні з одночасним охолодженням компресора частиною ТНТ, потім стиснення холодоагенту триває в області мокрого пара з охолодженням холодоагенту частиною ТВТ. Інтенсивність застосовуваного охолодження компресора визначається високим ступенем конденсації холодоагенту, що досягає 50-100%.
Виходить з компресора потік холодоагенту далі охолоджується в охолоджувачі (конденсаторі) іншою частиною ТВТ до температури приблизно 33 o C в регенеративної теплообміннику і дросселируется. Температура нагріву ТВТ складе близько 65-67 o C.
коефіцієнт термотрансформаціі в цьому випадку визначається виразом = (Q до + Q ox) / W до,
де Q до, Q ох - відповідно теплота, віддана ТВТ в компресорі і охолоджувачі; W до - робота, споживана компресором.
Для розглянутого прикладу = 6,06, значення до для ідеального циклу Карно в температурному діапазоні 0-70 o C становить к = T в / (T в -T н) = 343 / (343-273) = 4,9
(T в, T н - найбільша і найменша температура циклу).
Аналогічні закономірності характерні і для інших робочих тел. Зокрема, для умов наведеного прикладу коефіцієнт термотрансформаціі при використанні холодоагенту R22 складе величину 5,85, а для R717 (аміак) - 6,26.
приклад 2
Холодоагент R12B1 після випаровування при температурі 0 o C стискають адіабатично до температури 30 o C. Потім холодоагент стискають Політропний з охолодженням ТВТ спочатку в області сухого пара, а потім вологої пари.
У процесі стиску холодоагент нагрівається до 70 o C і конденсується на 50-90%. Виділяється при цьому теплова енергія передається одному з потоків ТВТ, який в свою чергу нагрівається з підвищенням температури приблизно від 30 до 66-68 o C.
Холодоагент після компресора з температурою близько 70 o C далі охолоджується ізобарно приблизно до 30 o C іншою частиною ТВТ, яка в свою чергу нагрівається до 66-68 o C.
Далі потік холодоагенту охолоджується додатково приблизно до 5-10 o C потоком ТНТ, дросселируется до 0 o C і випаровується. Випаровування хладагента проводять потоком попередньо нагрітого ТНТ.
Розрахунковий коефіцієнт термотрансформаціі в цьому процесі становить = 6,12.
З огляду на, що практичний коефіцієнт термотрансформаціі зазвичай менше теоретичного на 25-35%, він може скласти значення, істотно перевершують вже досягнуті в парокомпрессионних установках.
Пропонований спосіб і пристрій можуть бути реалізовані не тільки з гвинтовими компресорами, а й і з компресорами інших типів, наприклад, багатоступінчатими поршневими або відцентровими. В цьому випадку охолодження холодоагенту в процесі стиснення теплоносіями ТВТ і ТНТ може здійснюватися як на окремих ступенях стиснення, так і в проміжках між ними.
Крім того, для теплообміну в процесі стиснення холодоагенту можуть бути використані проміжні теплоносії, наприклад масло, мають тепловий контакт з ТВТ і ТНТ. Ці проміжні теплоносії можуть впорскуватися в компресор.
Таким чином, пропонований спосіб і пристрій є новими, корисністю і можуть бути реалізовані.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб трансформації теплової енергії систем теплопостачання, що включає циклічну послідовність процесів, в якій робоче тіло випаровують з підведенням теплоти від низькотемпературного теплоносія, стискають з підведенням зовнішньої роботи, конденсують, нагріваючи теплоносій системи теплопостачання, і Дросселирующий, що відрізняється тим, що перед нагріванням в процесі конденсації робочого тіла частина загального потоку теплоносія системи теплопостачання нагрівають робочим тілом в процесі його стиснення.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в процесі стиснення робочого тіла нагрівають від 30 до 70% загальної кількості теплоносія системи теплопостачання.
3. Спосіб за пп.1 і 2, що відрізняється тим, що низькотемпературний теплоносій нагрівають зворотним потоком робочого тіла, що надходять на дроселювання (або детандірованіе).
4. Спосіб за пп.1 - 3, що відрізняється тим, що охолодження робочого тіла при стисненні спочатку проводять низькотемпературним теплоносієм.
5. Спосіб за пп.1 і 2, що відрізняється тим, що робоче тіло після випаровування нагрівають регенеративно потоком робочого тіла, що надходять на дроселювання.
6. Спосіб за пп.1 - 5, що відрізняється тим, що в якості робочого тіла використовують суміші речовин з різною температурою кипіння.
7. Пристрій для трансформації теплової енергії систем теплопостачання, що містить циркуляційний контур, що включає послідовно встановлені випарник з комунікаціями подачі низькотемпературного теплоносія, компресор, конденсатор, який має комунікації для введення і виведення теплоносія системи теплопостачання, і терморегулювальний вентиль, що відрізняється тим, що компресор (або окремі його ступені) забезпечений (забезпечені) теплообмінними поверхнями, підключеними до комунікацій конденсатора для введення теплоносія системи теплопостачання, а ці комунікації містять клапани розподілу потоків теплоносія системи теплопостачання між конденсатором і теплообмінними поверхнями компресора.
8. Пристрій за п.7, що відрізняється тим, що перед теплообмінними поверхнями (по ходу робочого тіла) компресор містить додатковий засіб теплообміну, що сполучається з низькотемпературним теплоносієм.
9. Пристрій за пп.7 і 8, що відрізняється тим, що циркуляційний контур перед терморегулирующим клапаном забезпечений теплообмінником з комунікаціями, які сполучаються з низькотемпературним теплоносієм.
10. Пристрій за п.7, що відрізняється тим, що циркуляційний контур додатково містить Повітронагрівач, охолоджуючий робоче тіло перед терморегулирующим клапаном і нагріває його перед компресором.
Версія для друку
Дата публікації 30.12.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.