Система перетворення теплової енергії

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам преобразования тепловой энергии работающим по замкнутому циклу, и может быть использовано в энергетике. Известна система преобразования тепловой энергии, содержащая емкость рабочего газа с рассекателем, подсоединенный к рассекателю трубопровод с вентилем подачи холодной воды и трубопровод с вентилем подачи теплой воды, патрубок отработавшей воды, пару цилиндров с подпружиненными поршнями, один из которых имеет впускной обратный клапан и отводящий патрубок, а другой - выпускной обратный клапан и подводящий патрубок, проточно-газовую турбину со входом и выхлопом, тепловой насос с испарителем и конденсатором, теплоизолированный аккумулятор, имеющий камеру теплой воды с трактом нагреваемой воды, содержащим термоуправляемый вентиль подачи нагреваемой воды, расширитель компенсирующий неравномерность подачи нагреваемой воды (в дальнейшем расширитель тракта нагреваемой воды), насос подачи нагреваемой воды, конденсатор теплового насоса, нагреватель и камеру холодной воды с трактом охлаждаемой воды, содержащим термоуправляемый вентиль подачи охлаждаемой воды, расширитель, компенсирующий неравномерность подачи охлаждаемой воды (в дальнейшем расширитель тракта охлаждаемой воды), насос подачи охлаждаемой воды, испаритель теплового насоса и охладитель. При этом цилиндры подсоединены к емкости рабочего газа через обратные клапаны, а турбина входом и выхлопом - соответственно к отводящему и подводящему патрубкам цилиндров, тракты нагреваемой и охлаждаемой воды подсоединены к патрубку отработавшей воды. Тракт нагреваемой воды соединен с камерой теплой воды через термоуправляемый вентиль подачи нагреваемой воды, расширитель тракта нагреваемой воды, насос подачи нагреваемой воды, конденсатор теплового насоса и нагреватель. Тракт охлаждаемой воды соединен с камерой холодной воды через термоуправляемый вентиль подачи охлаждаемой воды, расширитель тракта охлаждаемой воды, насос подачи охлаждаемой воды, испаритель теплового насоса и охладитель. В емкость рабочего газа попеременно подается теплая вода из камеры теплой воды и холодная вода из камеры холодной воды. При этом газ попеременно расширяется и сжимается циркулируя по тракту: впускной обратный клапан, цилиндр, турбина, второй обратный клапан, емкость, рабочего газа. Охлажденная при нагреве рабочего газа вода отделяется термоуправляемым вентилем подачи охлаждаемой воды и подается последовательно в расширитель тракта охлаждаемой воды, насос подачи охлаждаемой воды, испаритель теплового насоса и далее, через охладитель, в камеру холодной воды. Нагретая при охлаждении рабочего газа вода отделяется термоуправляемым вентилем подачи нагреваемой воды и подается последовательно в расширитель тракта нагреваемой воды, насос подачи нагреваемой воды, конденсатор теплового насоса и далее, через нагреватель, в камеру теплой воды. При этом используется часть тепла отработавшей воды, другая часть через охладитель передается в охлаждающую среду и в дальнейшем не используется (А.с. №1603047). Система преобразования тепловой энергии содержит охладитель, через который часть подведенного тепла поступает в охлаждающую среду и в дальнейшем не используется, что является основной причиной снижения коэффициента использования тепла, кроме этого известная система обладает низким коэффициентом готовности при запуске, так как требуется предварительное создание разности температур в аккумуляторе. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы преобразования тепловой энергии, в которой путем исключения теплообмена с охлаждающей средой, а также путем подвода тепла в трубопроводе теплой воды перед подачей ее к рассекателю обеспечивается снижение потерь тепла в охлаждающую среду и за счет этого повышается коэффициент использования тепла, а также повышается коэффициент готовности системы. Поставленная задача решается тем, что в системе преобразования тепловой энергии, содержащей емкость рабочего газа с рассекателем, подсоединенные к рассекателю трубопровод с вентилем подачи холодной воды и трубопровод с вентилем подачи теплой воды, патрубок отработавшей воды, пару цилиндров с подпружиненными поршнями, один из которых имеет впускной клапан и отводящий патрубок, а другой - выпускной обратный клапан и подводящий патрубок, проточно-газовую турбину со входом и выхлопом, тепловой насос с испарителем и конденсатором, теплоизолированный аккумулятор, имеющий камеру теплой воды с трактом нагреваемой воды, содержащим термоуправляемый вентиль подачи нагреваемой воды, расширитель тракта нагреваемой воды, насос подачи нагреваемой воды, конденсатор теплового насоса и камеру холодной воды с трактом охлаждаемой воды, содержащим термоуправляемый вентиль подачи охлаждаемой воды, расширитель тракта охлаждаемой воды, насос подачи охлаждаемой воды, испаритель теплового насоса, причем цилиндры подсоединены к емкости рабочего газа через обратные клапаны, а турбина входом и выхлопом - соответственно к отводящему и подводящему патрубкам цилиндров, тракт нагреваемой воды и тракт охлаждаемой воды подсоединены к патрубку отработавшей воды, при этом тракт нагреваемой воды соединен с камерой теплой воды через термоуправляемый вентиль подачи нагреваемой воды, расширитель тракта нагреваемой воды, насос подачи нагреваемой воды и конденсатор теплового насоса, а тракт охлаждаемой воды соединен с камерой холодной воды через термоуправляемый вентиль подачи охлаждаемой воды, расширитель тракта охлаждаемой воды, насос подачи охлаждаемой воды и испаритель теплового насоса, согласно изобретению нагреватель установлен в трубопроводе теплой воды, при этом камера теплой воды подключена к вентилю подачи теплой воды через нагреватель, конденсатор теплового насоса подключен к камере теплой воды, а испаритель его к камере холодной воды. Снижение потерь тепла в охлаждающую среду позволяет использовать весь остаток тепла неиспользованного в предыдущем цикле, в последующих циклах, что повышает коэффициент использования тепла подведенного от внешнего источника, а перенос нагревателя в трубопровод теплой воды позволяет повысить коэффициент готовности системы преобразования тепловой энергии, так как система может начинать работу и без наличия разности температур воды в аккумуляторе, который используется как резервуар, при этом температура источника тепла должна быть выше температуры воды в аккумуляторе. На чертеже (фиг.) представлена схема предлагаемой системы преобразования тепловой энергии. Система преобразования тепловой энергии содержит емкость рабочего газа 1 с рассекателем 2, подсоединенные к рассекателю трубопроводы 3 холодной воды с вентилем подачи холодной воды 4 и трубопровод 5 с нагревателем 6 и вентилем подачи теплой воды 7, а также патрубок 8 отработавшей воды, цилиндры 9 и 10 с подпружиненными поршнями 11 и 12, при этом цилиндр 9 имеет впускной обратный клапан 13 и отводящий патрубок 14, а цилиндр 10 выпускной обратный клапан 15 и подводящий патрубок 16, Цилиндры 9 и 10 подсоединены к емкости рабочего газа 1, Система содержит проточногазовую турбину 17, подключенную к патрубкам 14 и 16, теплоизолированный аккумулятор 18 имеющий камеру теплой воды 19 с трактом 20 нагреваемой воды и камеру 21 холодной воды с трактом 22 охлаждаемой воды. Трубопровод 3 холодной воды подсоединен к камере 21 холодной воды, а трубопровод 5 теплой воды подсоединен к камере 19 теплой воды, тракт 20 нагреваемой воды содержит конденсатор 23 теплового насоса 24, насос подачи нагреваемой воды 25, расширитель тракта нагреваемой воды 26, термоуправляемый вентиль подачи нагреваемой воды 27, а тракт охлаждаемой воды содержит испаритель 28 теплового насоса 24, насос подачи охлаждаемой воды 29, расширитель тракта охлаждаемой воды 30 и термоуправляемый вентиль подачи охлаждаемой воды 31. Патрубок 8 отработавшей воды соединен с камерой холодной воды последовательно через термоуправляемый вентиль подачи охлаждаемой воды 31, расширитель тракта охлаждаемой воды 30, насос подачи охлаждаемой воды 29, испаритель 28 теплового насоса 24, а с камерой теплой воды через термоуправляемый вентиль подачи нагреваемой воды 27, расширитель тракта нагреваемой воды 26, насос подачи нагреваемой воды 25 и конденсатор 23 теплового насоса 24. Система преобразования тепловой энергии работает следующим образом. При открывании вентиля подачи теплой воды 7 в емкость рабочего газа 1 через рассекатель 2 подается теплая вода, газ нагревается, повышается его давление, под действием которого открывается обратный клапан 13 и газ перетекает в цилиндр 9 перемещая поршень 11. При закрывании вентиля подачи теплой воды 7 и открывании вентиля подачи холодной воды 4 в емкость рабочего газа 1 подается холодная вода, газ охлаждается, снижается его давление, клапан 13 закрывается, а клапан 15 открывается и газ перетекает из цилиндра 10 в емкость рабочего газа 1. При этом в цилиндрах 9 и 10 устанавливается разность давлений, под действием которой рабочий газ из цилиндра 9 по патрубку 14 подается в турбину 17, где расширяется с совершением работы. Отработавший газ через патрубок 16 направляется в цилиндр 10. Неравномерность подачи газа в цилиндр 9 из рабочей емкости 1 и из цилиндра 10 в рабочую емкость компенсируется перемещением поршней 11 и 12. Теплая вода, дополнительно нагретая в нагревателе 6, подается в рабочую емкость 1, где охлаждается при контакте с рабочим газом и поступает в патрубок 8, открывается термоуправляемый вентиль подачи охлаждаемой воды 31 и вода подается в расширитель тракта охлаждаемой воды 30, в насос подачи охлаждаемой воды 29, испаритель 28 теплового насоса 24, где дополнительно охлаждается до исходной температуры и поступает в камеру холодной воды. При этом температура рабочего газа и воды в конце подачи теплой воды возрастает, вентиль подачи теплой воды 7 закрывается, а вентиль подачи холодной воды 4 открывается и в рабочую емкость подается холодная вода, где нагревается при контакте с рабочим газом, поступает в патрубок 8, термоуправляемый вентиль подачи охлаждаемой воды 31 закрывается, а термоуправляемый вентиль подачи нагреваемой воды 27 открывается и вода подается в расширитель тракта нагреваемой воды 26, насос подачи нагреваемой воды 25, конденсатор 23 теплового насоса 24, где нагревается и подается в камеру теплой воды 19. В конце подачи холодной воды температура рабочего газа и воды в патрубке 8 понижается, термоуправляемый вентиль подачи нагреваемой воды 27 закрывается, открывается термоуправляемый вентиль подачи охлаждаемой воды 31 и цикл повторяется. Так как разность температур в камере теплой воды 19 и холодной воды 21 устанавливается режимом работы теплового насоса 24, то она может быть установлена в любом диапазоне температур в зависимости от температуры источника тепла. Таким образом в предлагаемой системе может использоваться тепло окружающей среды, при этом если Диапазон температур достигает точки замерзания воды, то она заменяется незамерзающей жидкостью. В предлагаемой системе отсутствует передача тепла в охлаждающую среду, что ведет к повышению коэффициента использования тепла при преобразовании его в работу. Кроме этого предлагаемая система, при наличии источника тепла с температурой выше чем температура воды в аккумуляторе, может запускаться и при отсутствии разности температур воды в камерах теплой и холодной воды теплового аккумулятора, что повышает коэффициент готовности предлагаемой системы.