Спосіб отримання енергії та силова установка для його здійснення

1. Спосіб отримання енергії, що включає нагрівання робочого тіла в теплообмінній зоні до його випаровування, подачу пароподібного робочого тіла в робочу зону, охолоджування робочого тіла в теплообмінній зоні до його конденсації, подачу одержаного конденсату на випаровування, який відрізняється тим, що нагрівання і охолоджування робочого тіла ведуть циклічно в одній теплообмінній зоні при поперемінній подачі в неї теплоносія, різниця температур якого не вища за температуру критичної точки кипіння робочого тіла, при цьому нагрів здійснюють до стану вологої C2 2 (19) 1 3 Найближчим аналогом способу, що заявляється, є спосіб отримання енергії по термодинамічному циклу Ренкіна що включає нагрівання робочого тіла в теплообмінній зоні при високому тиску до його випаровування, подачу одержаної пари (пароподібного робочого тіла) в робочу зону для отримання енергії, охолоджування робочого тіла в теплообмінній зоні при низькому тиску до його конденсації, подачу одержаного конденсату на випаровування [Серов Е.П., Корольков Б.П. Динамика парогенераторов. М, «Энергия», 1972, с.58125]. Ознаки найближчого аналога, що співпадають з суттєвими ознаками пропонованого способу: нагрівання робочого тіла в теплообмінній зоні до його випаровування; подача пароподібного робочого тіла в робочу зону; охолоджування робочого тіла в теплообмінній зоні при низькому тиску до його конденсації; подача одержаного конденсату на випаровування. Відомий спосіб - найближчий аналог, здійснюється силовою установкою, що містить підключену до трубопроводів подачі теплоносія випарювально-конденсаторну систему, що складається з теплообмінників, яка приєднана за допомогою трубопроводів до насосно-рухаючій системи, що містить вузол підвищення тиску робочого тіла у вигляді насоса, підключеній до вузла отримання енергії, виконаному у вигляді парової турбіни, взаємозв'язаної з генератором енергії [Серов Е.П., Корольков Б.П. Динамика парогенераторов. М, «Энергия», 1972, с.79-280]. Ознаки найближчого аналога, що співпадають з суттєвими ознаками пропонованого пристрою: підключена до трубопроводу подачі теплоносія випарювально-конденсаторна система, що складається з теплообмінників; випарювальноконденсаторна система взаємозв'язана трубопроводами з насосно-рухаючою системою, підключеною до вузла отримання енергії. Відомі спосіб і пристрій не забезпечують досягнення необхідного технічного результату з наступних причин. У відомих способі і пристрої отримання енергії здійснюється по термодинамічному циклу Ренкина, в якому дія робочого тіла відбувається у області насиченої пари. Оскільки робоче тіло нагрівають до точки кипіння і перегрівають до отримання насиченої пари високого тиску з подальшим розширенням його в паровій турбіні з отриманням енергії, то це приводить до низького к.к.д. установки, необхідності дії робочого тіла у області пари високого тиску і використовування парових турбін великого розміру, що приводить до значних енерговитрат. Крім того, використовування відомої установки із значними об'ємами насиченої пари надає негативну дію на вузли і механізми, особливо на лопатки парових турбін, погіршуючи умови експлуатації установки. У основу винаходу поставлена задача удосконалення способу отримання енергії і силової установки для його здійснення, в яких за рахунок можливості реалізації отримання енергії по термодинамічному циклу Карно, в якому дія робочого тіла відбувається у області вологої пари за 90937 4 рахунок використовування робочого тіла і силового носія з різною температурою кипіння, забезпечується підвищення к.к.д. установки при зниженні енерговитрат і поліпшенні умов експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання енергії, що включає нагрівання робочого тіла в теплообмінній зоні до його випаровування, подачу пароподібного робочого тіла в робочу зону, охолоджування робочого тіла в теплообмінній зоні до його конденсації, подачу одержаного конденсату на випаровування, згідно винаходу, нагрів і охолоджування робочого тіла ведуть циклічно в одній теплообмінній зоні при поперемінній подачі в неї теплоносія, різниця температур якого не вища за температуру критичної точки кипіння робочого тіла, при цьому нагрів здійснюють до стану вологої пари, а в робочій зоні робочим тілом, що подається, здійснюють витіснення і наповнення силового носія для циклічної подачі силового носія в локальні об'єми різного тиску. У пропонованій силовій установці, що містить підключену до трубопроводу подачі теплоносія випарно-конденсаторну систему, що складається з теплообмінників, взаємозв'язану трубопроводами з насосно-рухаючою системою, підключеною до вузла отримання енергії, згідно винаходу, насоснорухаюча система виконана у вигляді, щонайменше, двох перекачуючих ємністей, порожнина яких розділена рухомою еластичною мембраною на парову камеру і гідравлічну камеру, взаємозв'язану через встановлений в трубопроводі керований клапан з двома баками, підключеними через керований клапан до вузла отримання енергії, виконаному у вигляді рідинної турбіни, а випарювальноконденсаторна система виконана у вигляді, щонайменше, двох теплообмінників, кожний з яких містить взаємозв'язану з паровою камерою перекачуючої місткості внутрішню порожнину і, підключену через керований клапан до трубопроводу подачі теплоносія, зовнішню порожнину, при цьому зовнішні порожнини всіх теплообмінників підключені між собою в протифазі. Суть пропонованого винаходу пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 схематично показана силова установка для отримання електричної енергії; на Фіг.2 - графік повного термодинамічного циклу робочого тіла в межах робочої зони. Силова установка для отримання електричної енергії містить випарювально-конденсаторну систему 1, що складається з двох теплообмінників 2 і 3, кожний з яких містить зовнішній циліндричний корпус 4 із співвісно встановленою в ньому трубою 5, створюючих внутрішню порожнину 6 і зовнішню кільцеву порожнину 7. Зовнішня кільцева порожнина 7 теплообмінника 2 підключена через керований клапан 8 до трубопроводів 9 і 10, а зовнішня кільцева порожнина 7 теплообмінника 3 підключена через керований клапан 11 до трубопроводів 12 і 13. Зовнішні порожнини 7 теплообмінників 2 і 3 підключені між собою в протифазі відповідно через керовані клапани 14 і 15. Силова установка містить насосно-рухаючу систему 16, що складається з двох перекачуючих місткостей 17 і 18, порожнина яких розділена ру 5 хомою еластичною мембраною 19 на парову камеру 20 і гідравлічну камеру 21. Внутрішні порожнини 6 теплообмінників 2 і 3 випарно-конденсаторної системи 1 взаємозв'язані відповідно за допомогою трубопроводів 22 і 23 з паровою камерою 20 перекачуючих ємностей 17 і 18. Гідравлічна камера 21 перекачуючої ємності 17 взаємозв'язана через встановлений в трубопроводі 24 керований клапан 25 з баком 26 низького тиску і баком 27 високого тиску. Гідравлічна камера 21 перекачуючої ємності 18 взаємозв'язана через встановлений в трубопроводі 28 керований клапан 29 з баками 26 і 27. Баки 26 і 27 підключені через встановлений в трубопроводі 30 керований клапан 31 до рідинної турбіни 32, підключеної до генератора 33. Пропонований спосіб здійснюють пропонованою силовою установкою таким чином. Теплоносій, наприклад воду при температурі 90 С, подають в зовнішню кільцеву порожнину 7, утворену циліндровим корпусом 4 випарноконденсаторної системи 1 через керований клапан 8. Робоче тіло, що знаходиться у внутрішній порожнині 6 теплообмінника 2 (теплообмінна зона), наприклад фреон, нагрівається в результаті теплообміну і розширяється (відрізок а-b на Фіг.2). Після досягнення фреоном температури кипіння і подальшого його закипання, пари фреону поступають в парову камеру 20 перекачуючої ємності 17 (робоча зона) по трубопроводу 22. Діючи на еластичну мембрану 19, пари фреону витісняють силовий носій, що знаходиться в гідравлічній камері 21, наприклад воду по трубопроводу 24 через керований клапан 25 в бак 27 (відрізок b-с на Фіг.2) під високим тиском, наприклад 80атм. Потім припиняють подачу силового носія перемиканням клапана 25 і в зовнішню кільцеву порожнину 7 випарно-конденсаторної системи 1 по трубопроводу 9 через керований клапан 8 подають воду при температурі 30 С. Фреон, що знаходиться у випарно-конденсаторній системі 1, охолоджується в результаті теплообміну і конденсується (відрізок с-d на Фіг.2). При цьому зменшується тиск на еластичну мембрану 19, збільшуючи об'єм гідравлічної камери 21. В результаті перемикання керованого клапана 25 силовий носій, що знаходиться в баку 26 подається по трубопроводу 24, наповнюючи гідравлічну камеру 21. При цьому тиск в баку 26 знижується і досягає, наприклад, 40атм (відрізок d-а на Фіг.2). Силовий носій, що знаходиться в баку 27, по трубопроводу 30 через керований клапан 31 безперервно поступає на лопатки турбіни 32 для подальшої подачі енергії лопаток на генератор 33 90937 6 для вироблення електричної енергії. Спрацьований силовий носій подається в бак 26. У протифазі цикл роботи силової установки здійснюють таким чином. Після нагріву фреону, що знаходиться у внутрішній порожнині 6 теплообмінника 2 до температури кипіння, теплоносій через клапани 14 і 15 по трубопроводу, що з'єднує їх, поступає в кільцеву порожнину 7 теплообмінника 3. Фреон, що знаходиться у внутрішній порожнині 6 теплообмінника 3, нагрівається в результаті теплообміну і розширяється. Після досягнення фреоном температури кипіння і подальшого його закипання, пари фреону поступають в парову камеру 20 перекачуючої місткості 18 по трубопроводу 23. Впливаючи на еластичну мембрану 19 перекачуючої ємності 18, пари фреону витісняють силовий носій, що знаходиться в гідравлічній камері 21 перекачуючої ємності 18, наприклад воду, по трубопроводу 28 через керований клапан 29 в бак 27 під високим тиском, наприклад 80атм. Після нагріву фреону, що знаходиться у внутрішній порожнині 6 теплообмінника 3 до температури кипіння, теплоносій з кільцевої порожнини 7 теплообмінника 3 через клапан 11 по трубопроводах 12 і 13 зливається. В процесі зливу теплоносій з кільцевої порожнини 7 теплообмінника 2 через клапани 14 і 15 по трубопроводу, що сполучає їх, поступає в кільцеву порожнину 7 теплообмінника 3. Фреон, що знаходиться в порожнині 6 теплообмінника 3 охолоджується в результаті теплообміну і конденсується. При цьому зменшується тиск на еластичну мембрану 19 перекачуючої ємності 18, збільшуючи об'єм гідравлічної камери 21 перекачуючої ємності 18. В результаті перемикання керованого клапана 29 силовий носій, що знаходиться в баку 26 подається по трубопроводу 28, наповнюючи гідравлічну камеру 21 перекачуючої місткості 18 . При цьому тиск в баку 26 знижується і досягає, наприклад, 40атм. Силовий носій, що знаходиться в баку 27, по трубопроводу 30 через керований клапан 31 безперервно поступає на лопатки турбіни 32 для подальшої подачі енергії лопаток на генератор 33 для вироблення електричної енергії. Відпрацьований силовий носій подається в бак 26. Використовування пропонованого способу і пристрою для його здійснення забезпечує підвищення к.к.д. установки при зниженні енерговитрат і поліпшення умов експлуатації за рахунок того, що забезпечується реалізація отримання енергії по термодинамічному циклу Карно, в якому дія робочого тіла відбувається у області вологої пари. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 90937 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601