Спосіб утилізації тепла відпрацьованих газів теплової установки клушина і пристрій для його здійснення

Номер патенту: 96576

Опубліковано: 25.11.2011

Автори: Клушина Марія Василівна, Клушин Василь Пантелійович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб утилізації тепла відпрацьованих газів теплової, наприклад теплогенеруючої, установки, який полягає в тому, що тепло відпрацьованих газів повертають в установку шляхом часткової рециркуляції потоку відпрацьованих газів по забезпеченому щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним пристроєм рециркулюючому контуру і взаємодії його з потоком зовнішнього повітря, який відрізняється тим, що взаємодію рециркулюючого потоку нагрітих відпрацьованих газів з потоком зовнішнього повітря здійснюють в камері через розділяючу її на порожнини фільтруючу щонайменше теплоізоляційну перегородку з переважною проникністю для молекулярного потоку, при цьому зону їх взаємодії захищають від атмосферних явищ, наприклад вітру та опадів, зокрема за допомогою захисного жалюзійного пристрою.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що потік зовнішнього повітря при цьому каналізують за допомогою забезпеченого щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним пристроєм відкритого контуру зовнішнього повітря, сполученого своїми повітрозабірним і випускним пристроями із зовнішнім середовищем.

3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що тиск в рециркулюючому контурі, відмінний від зовнішнього тиску, забезпечують шляхом відповідного розташування в контурі зовнішнього повітря дроселюючого і нагнітально-всмоктувального пристроїв по обидві сторони від зони взаємодії згаданих потоків.

4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що при застосуванні як теплової установки двигуна внутрішнього згорання (ДВС), забезпеченого системами паливоподачі і автоматичного регулювання, останній додатково оснащують водосепараційним пристроєм, а також системою водоподачі, наприклад вприскуванням води в циліндри, датчиком режиму навантаження і датчиком температури рециркулюючого потоку, функціонально пов'язаних із згаданою системою автоматичного регулювання, при цьому кількість вприскуваних палива і води у циліндри ДВС і, наприклад, кількісне чергування вприсків, регулюють залежно від навантаження і температурного режиму роботи ДВС, а водосепараційний пристрій використовують як дроселюючий (підпірний) елемент, при цьому, наприклад, денця поршнів виконують з розвиненою поверхнею пароутворення.

5. Пристрій для здійснення способу утилізації тепла відпрацьованих газів теплової, наприклад теплогенеруючої, установки, що містить камеру, розділену, наприклад зигзагоподібно, фільтруючою перегородкою з переважною проникністю для молекулярного потоку, на щонайменше дві порожнини, перша (перші) з яких сполучена (сполучені) із зоною тепловиділення, а друга сполучена із зовнішнім середовищем через захисний жалюзійний пристрій, який відрізняється тим, що він містить забезпечений, щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним пристроєм рециркуляційний каналізуючий контур відпрацьованих нагрітих газів, що сполучає вихід (зони тепловиділення) теплової установки з входом (входами) першої (перших), порожнини (порожнин) камери, вихід першої (перших) порожнини (порожнин) камери - з входом (зони тепловиділення) теплової установки, при цьому перегородка виконана щонайменше теплоізоляційною.

6. Пристрій за п. 5, який відрізняється тим, що він додатково містить забезпечений щонайменше одним нагнітально-відсмоктувальним пристроєм каналізуючий контур зовнішньогоповітря, повітрозабірна частина якого сполучена з входом другої порожнини камери, його випускна частина, що забезпечена випускним пристроєм, сполучена з її виходом, при цьому захисний жалюзійний пристрій встановлений на повітрозабірну частину.

7. Пристрій за п. 6, який відрізняється тим, що він додатково містить розташований на виході другої порожнини камери дроселюючий (підпірний) елемент, наприклад водосепараційний пристрій.

8. Пристрій за будь-яким з пп. 5-7, який відрізняється тим, що він додатково містить розташований (розташовані) між відповідним каналом (каналами) і входом (входами) камери фільтр(и) очищення, наприклад електрофільтр(и).

Текст

1. Спосіб утилізації тепла відпрацьованих газів теплової, наприклад теплогенеруючої, установки, який полягає в тому, що тепло відпрацьованих газів повертають в установку шляхом часткової рециркуляції потоку відпрацьованих газів по забезпеченому щонайменше одним нагнітальновсмоктувальним пристроєм рециркулюючому контуру і взаємодії його з потоком зовнішнього повітря, який відрізняється тим, що взаємодію рециркулюючого потоку нагрітих відпрацьованих газів з потоком зовнішнього повітря здійснюють в камері через розділяючу її на порожнини фільтруючу щонайменше теплоізоляційну перегородку з переважною проникністю для молекулярного потоку, при цьому зону їх взаємодії захищають від атмосферних явищ, наприклад вітру та опадів, зокрема за допомогою захисного жалюзійного пристрою. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що потік зовнішнього повітря при цьому каналізують за допомогою забезпеченого щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним пристроєм відкритого контуру зовнішнього повітря, сполученого своїми повітрозабірним і випускним пристроями із зовнішнім середовищем. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що тиск в рециркулюючому контурі, відмінний від зовнішнього тиску, забезпечують шляхом відповідного 2 (19) 1 3 96576 4 6. Пристрій за п. 5, який відрізняється тим, що він додатково містить забезпечений щонайменше одним нагнітально-відсмоктувальним пристроєм каналізуючий контур зовнішнього повітря, повітрозабірна частина якого сполучена з входом другої порожнини камери, його випускна частина, що забезпечена випускним пристроєм, сполучена з її виходом, при цьому захисний жалюзійний пристрій встановлений на повітрозабірну частину. 7. Пристрій за п. 6, який відрізняється тим, що він додатково містить розташований на виході другої порожнини камери дроселюючий (підпірний) елемент, наприклад водосепараційний пристрій. 8. Пристрій за будь-яким з пп. 5-7, який відрізняється тим, що він додатково містить розташований (розташовані) між відповідним каналом (каналами) і входом (входами) камери фільтр(и) очищення, наприклад електрофільтр(и). Група винаходів, що заявляються, належить до галузі теплоенергетики, зокрема до способів утилізації тепла відпрацьованих газів теплових, теплогенеруючих установок, а також до способів спалювання сміття і може знайти застосування в області вентиляції суден, будівель, станцій метро, тваринницьких комплексів і тому подібне. Відомий спосіб утилізації тепла відпрацьованих газів МГД-генератора полягає в тому, що нагрів вхідного повітря теплом відпрацьованих газів здійснюють з використанням регенеративного посередника, за який використовують попутно оброблюваний відпрацьованими газами сипкий матері8 ал [див. а.с. СРСР №167585 від 1965р., MПК F02G5/02]. Спосіб пов'язаний з екологічною небезпекою із-за шумового і пилового забруднення навколишнього середовища і недостатньо ефективний. Відомий також спосіб утилізації тепла відпрацьованих газів газодинамічного вуглекислотного лазера з підігрівом вхідного повітря [див. "Справочник по лазерам" пер. з англ. під ред. Прохорова A.M. с. 146, мал. 6.1, а також книгу "Лазеры и их применение" М., "Радио и связь", 1983, с.57]. Проте і його ефективність і екологічна безпека по вищезазначених причинах недостатні. Відомий також спосіб використання тепла відпрацьованих газів ДВС, забезпеченого системою підігріву вхідного повітря і системою автоматичного регулювання [див. а.с. СРСР 1040070 від 10.03.83., F02M31/08]. Спосіб пристосований переважно для холодно-кліматичних умов експлуатації. Проте за тих же причин, що і в попередніх випадках, його ефективність і екологічна безпека недостатні. Крім того, відомий спосіб утилізації тепла відпрацьованих газів з підігрівом повітря при спалюванні рідкого і викопного палива [див. патент РФ №2179686 від 20.02.02г., F23B5/00]. Проте його ефективність і екологічна безпека недостатні. Відомий також спосіб підігріву вдувного повітря шляхом його змішування з нагрітими продуктами згорання [див. а.с. СРСР №951012 від 8 25.08.80г., МПК F23L15/60]. Спосіб також недостатньо ефективний і екологічно недостатньо безпечний. Найбільш близьким аналогом до заявленого способу по технічних ознаках є спосіб утилізації тепла відпрацьованих газів теплової, зокрема теплогенеруючої, установки, що полягає в тому, що тепло відпрацьованих газів повертають в установ ку шляхом часткової рециркуляції потоку відпрацьованих газів по забезпеченому нагнітальновсмоктувальним пристроєм рециркуляційному контуру і взаємодії його з потоком зовнішнього пові8 тря [див. а. с. СРСР №1006862 від 1989г., МПК F22B31/08; F23C9/00; F23L15/00]. Недоліком цього способу є його недостатня ефективність, недостатня екологічна безпека, пов'язана з сажо-димовим забрудненням навколишнього середовища, а також функціональна обмеженість його застосування. Найбільш близьким до заявленого пристрою здійснення способу утилізації тепла відпрацьованих газів теплової, зокрема теплогенеруючої, установки є пристрій для утилізації (повернення) тепла вентильованого повітря в будівлі, що містить камеру, розділену, наприклад зигзагоподібно, фільтруючою теплоізоляційною перегородкою, з переважною проникністю для молекулярного потоку щонайменше на дві порожнини, перша (перші) з яких, умовно "нагріта" ("нагріті"), сполучена (сполучені) із зоною тепловиділення, а друга, умовно "холодна", сполучена із зовнішнім середовищем, через захисний жалюзійний пристрій. [Див. патент 8 України №15901 від 30.06.1997р. МПК Е06В7/02]. Недоліками цього пристрою є його функціональна обмеженість застосування і пов'язана з цим недостатня ефективність. В основу групи винаходів, об'єднаних загальним винахідницьким задумом, поставлена задача по створенню ефективнішого, екологічно безпечного і більш універсального способу утилізації тепла відпрацьованих газів. Поставлена задача в заявленому способі утилізації тепла відпрацьованих газів теплової, наприклад теплогенеруючої, установки, що полягає в тому, що тепло відпрацьованих газів повертають в установку шляхом часткової рециркуляції потоку відпрацьованих газів по забезпеченому щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним пристроєм рециркулюючому (умовно замкнутому) контуру і взаємодії його з потоком зовнішнього повітря, вирішується тим, що взаємодію рециркулюючого потоку нагрітих, відпрацьованих газів з потоком зовнішнього повітря здійснюють в камері через розділяючу її на порожнини фільтруючу щонайменше теплоізоляційну перегородку, з переважною проникністю для молекулярного потоку, при цьому зону їх взаємодії захищають від атмосферних явищ, наприклад вітру та опадів, зокрема, за допомогою захисного жалюзійного пристрою. 5 Поставлена задача вирішується також тим, що потік зовнішнього повітря при цьому каналізують за допомогою забезпеченого щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним (елементом) пристроєм відкритого каналізуючого контуру, сполученого за допомогою його повітрозабірного і випускного пристроїв із зовнішнім середовищем. Поставлена задача вирішується також тим, що тиск в рециркулюючому контурі, відмінний від зовнішнього, забезпечують шляхом відповідного розташування в каналізуючому контурі зовнішнього повітря дроселюючого (підпірного) і нагнітальновсмоктувального пристроїв (елементів) по обидві сторони від зони взаємодії згаданих потоків. Крім того, поставлена задача вирішується також тим, що теплову установку, зокрема двигун внутрішнього згорання (ДВС), забезпечений системами паливоподачі і автоматичного регулювання, додатково оснащують водосепараційним пристроєм, а також системою водоподачі, наприклад вприскуванням води в циліндри, датчиком режиму навантаження і датчиком температури рециркулюючого потоку, функціонально пов'язаних із згаданою системою автоматичного регулювання, при цьому кількість вприскуваних палива і води у циліндри ДВС і, наприклад, кількісне чергування вприсків, регулюють залежно від навантаження і температурного режиму роботи ДВС, а водосепараційний пристрій використовують як дроселюючий (підпірний) елемент, при цьому наприклад денця поршнів виконують з розвиненою поверхнею пароутворення. Поставлена задача також вирішується в заявленому пристрої для здійснення способу утилізації тепла відпрацьованих газів теплової, наприклад теплогенеруючої, установки (або вентильованого повітря в будівлі), який містить камеру, розділену, наприклад зигзагоподібно, фільтруючою перегородкою з переважною проникністю для молекулярного потоку, на щонайменше дві порожнини, перша (перші) з яких, умовно "нагріта" ("нагріті"), сполучена (сполучені) із зоною тепловиділення, а друга, умовно "холодна", сполучена із зовнішнім середовищем через захисний жалюзійний пристрій, тим, що згаданий пристрій додатково містить забезпечений щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним пристроєм рециркуляційний каналізуючий контур відпрацьованих нагрітих газів, що сполучає вихід (зони тепловиділення) теплової установки з входом (входами) першої (перших), умовно "нагрітої" ("нагрітих"), порожнини (порожнин) камери, вихід першої (перших), умовно "нагрітої" ("нагрітих"), порожнини (порожнин) камери - з входом (зони тепловиділення) теплової установки, при цьому перегородка виконана щонайменше теплоізоляційною. Поставлена задача також вирішується тим, що пристрій додатково містить забезпечений щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним (елементом) пристроєм (відкритий) каналізуючий контур зовнішнього повітря, повітрозабірна частина якого сполучена з входом другої, умовно "холодної", порожнини камери, його випускна частина, забезпечена, випускним пристроєм, сполучена з її 96576 6 виходом, при цьому захисний жалюзійний пристрій встановлений на повітрозабірну частину. Поставлена задача також вирішується тим, що пристрій додатково містить розташований на виході другої, умовно "холодної", порожнини камери дроселюючий (підпірний) елемент, наприклад, водосепараційний пристрій. Поставлена задача також вирішується тим, що пристрій додатково містить розташований (розташовані) між відповідним(и) каналом (каналами) і входом (входами) камери очищувальний(ні) фільтр(и), наприклад електрофільтр(и). Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю істотних ознак групи заявлених винаходів і досягнутим технічним результатом полягає в підвищенні ефективності використання тепла і екологічної безпеки, в розширенні функціональних можливостей. Взаємодію рециркулюючого потоку нагрітих, відпрацьованих газів з потоком зовнішнього повітря здійснюють в камері через розділяючу її на порожнини фільтруючу щонайменше теплоізоляційну перегородку, з переважною проникністю для молекулярного потоку, при цьому зону їх взаємодії захищають від атмосферних явищ, наприклад вітру та опадів, зокрема, за допомогою захисного жалюзійного пристрою. Крім того, потік зовнішнього повітря каналізують за допомогою забезпеченого, щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним (елементом) пристроєм відкритого каналізуючого контуру зовнішнього повітря, сполученого своїми повітрозабірним і випускним пристроями із зовнішнім середовищем. Крім викладеного, тиск в рециркулюючому контурі, відмінний від зовнішнього тиску, забезпечують шляхом відповідного розташування в контурі зовнішнього повітря дроселюючого і нагнітальновсмоктувального (елементів) пристроїв по обидві сторони від зони взаємодії згаданих потоків. Окрім цього, для здійснення повнішої утилізації тепла відпрацьованих газів теплової установки, наприклад двигуна внутрішнього згорання (ДВС), забезпеченого системами паливоподачі і автоматичного регулювання, останній додатково оснащують водосепараційним пристроєм, а також системою водоподачі, наприклад вприскуванням води в циліндри, датчиком режиму навантаження, і датчиком температури рециркулюючого потоку, функціонально пов'язаних із згаданою системою автоматичного регулювання, при цьому кількість вприскуваних палива і води в циліндри ДВС і, наприклад, кількісне чергування вприсків, регулюють залежно від навантаження і температурного режиму роботи ДВС, а водосепараційний пристрій використовують як дроселюючий (підпірний) елемент, при цьому, наприклад, денця поршнів виконують з розвиненою поверхнею пароутворення. Згаданий причинно-наслідковий зв'язок забезпечується також тим, що пристрій додатково містить забезпечений щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним пристроєм рециркуляційний каналізуючий контур відпрацьованих нагрітих газів, що сполучає вихід (зони тепловиділення) теплової, наприклад теплогенеруючої, установки, з входом (входами) першої (перших), умовно "нагрі 7 тої" ("нагрітих"), порожнини (порожнин) камери, вихід першої (перших), умовно "нагрітої" ("нагрітих"), порожнини (порожнин) камери - з входом (зони тепловиділення) теплової установки, при цьому перегородка виконана щонайменше теплоізоляційною. Згаданий причинно-наслідковий зв'язок забезпечується також тим, що пристрій додатково містить забезпечений щонайменше одним нагнітально-всмоктувальним (елементом) пристроєм каналізуючий контур зовнішнього повітря, повітрозабірна частина якого сполучена з входом другої, умовно "холодної", порожнини камери, його випускна частина, що забезпечена випускним пристроєм, сполучена з її виходом, при цьому захисний жалюзійний пристрій встановлений на повітрозабірну частину. Причинно-наслідковий зв'язок істотних ознак з технічним результатом забезпечується також тим, що пристрій додатково містить розташований на виході другої, умовно "холодної", порожнини камери дроселюючий (підпорний) елемент, наприклад водосепараційний пристрій. Причинно-наслідковий зв'язок істотних ознак з технічним результатом забезпечується також тим, що пристрій додатково містить розташований (розташовані) між відповідним каналом (каналами) і входом (входами) камери очищувальні фільтр(и), наприклад електрофільтр(и). На фіг. 1 спрощено зображений пристрій для здійснення способу, що містить тепловий пристрій (або жилу будівлю) 1, канали 2 і 3 з нагнітальновсмоктувальним пристроєм (пристроями) 4 рециркуляційного газового контуру, камеру 5, зигзагоподібно розділену фільтруючою, теплоізоляційною перегородкою 6 з переважною проникністю для молекулярного потоку, розділену на першу, умовно "нагріту", порожнину 7 і другу, умовно "холодну", порожнину 8 зі встановленим захисним жалюзійним пристроєм 9. Крім того, в необхідних випадках (для захисту перегородки 6 від забруднення) передбачається установка очищувального фільтра 10, встановленого на вході порожнини 7 камери 5, наприклад електрофільтра. На фіг. 2 спрощено зображений вищеописаний пристрій, що додатково містить канали контуру зовнішнього повітря 11,12 з повітрозабірним 13 і випускним 14 пристроями, причому канал 11 забезпечений нагнітально-всмоктувальним (елементом) пристроєм 15. Крім того, в необхідних випадках (для захисту перегородки 6 від забруднення) також передбачається установка очищувального фільтра (фільтрів) 10, встановленого(них) на вході (входах) порожнин камери 5, наприклад електрофільтра(рів). А в каналі 12, при необхідності збільшення тиску в рециркуляційному контурі (в каналах 2 і 3), може бути встановлений дроселюючий (підпірний) пристрій 16 (наприклад, у вигляді вставки для абсорбційного очищування виходячих назовні газів або(та) водосепараційного пристрою). При цьому як тепловий пристрій 1 замість топково-котельного пристрою показаний газодинамічний вуглекислотний лазер з термічним накачуван 96576 8 ням, що містить камеру згорання і дзеркальнооптичну систему. На фіг. 3 спрощено показаний пристрій для здійснення способу утилізації тепла відпрацьованих газів теплової установки 1, за який розглядається ДВС з подвійним (наприклад пародизельним) циклом, що містить систему подачі палива 18, систему автоматичного регулювання 19, водосепараційний пристрій (як дроселюючий елемент 16), а также систему вприску води 21, датчики режиму навантаження 22 і температури рециркулюючих газів 23, пов'язані функціонально з системою автоматичного регулювання 19, що управляє системами вприску палива 18 і вприску води 21. Крім того, пристрій містить канал 2 і канал 3 рециркулюючого газового контуру, наприклад, з нагнітально-всмотувальним пристроєм (пристроями) 4, камеру 5 з електрофільтрами 10, розділену фільтруючою теплоізоляційною перегородкою 6, з переважною проникністю для молекулярного потоку, розділену на першу (перші), умовно "гарячу" ("гарячі"), порожнину (порожнини) 7 і другу, умовно "холодну", порожнину 8. Пристрій також містить канал зовнішнього повітря 11, з нагнітальновсмоктувальним (елементом) пристроєм 15, повітрозабірним пристроєм 13 з установленим на ньому захисним жалюзійним пристроєм 9, і сполучений з випускним пристроєм 14 канал повітря 12, в який вмонтований водо-сепараційний пристрій (як дроселюючий елемент 16). При цьому нагнітально-всмоктувальні пристрої 4 і 15 можуть бути механічно зв'язані між собою. А в окремому випадку (з метою спрощення) може бути використаний блок турбонаддуву. Тепер необхідні пояснення щодо використовуваного поняття "молекулярний потік", яке присутнє в патенті-прототипі України №15901 від 30.06.97р. Згідно з існуючою класифікацієюї потоків молекул, достатньо повно висловлених, наприклад, в книзі Рейтлингера С.А. "Проницаемость полимерных пленок" (Химия. М., 1974, с.7), молекулярний потік - це потік молекул (незалежно від їх виду) через канали фільтруючого елемента (перегородки), розміри отворів яких щодо довжин невеликі і менші, співрозмірні з середньою довжиною вільного -5 пробігу молекул (порядку 10 см). Звичайно ідеальних матеріалів не буває і разом із згаданими розмірами отворів каналів будуть і інші, але нас цікавить саме така проникність, як переважна властивість перегородки. І використаний в заявленому винаході, як і в прототипі, патенті України №159001 від 30.06.97р. (МПК Е06В7/02) вираз "переважна проникність для молекулярного потоку" означає не молекулярну селекцію по видах молекул, а переважну властивість перегородки. Фізична специфіка проникності такого типу полягає в тому, що, згідно з молекулярно-кінетичною теорією газів, через такий фільтруючий елемент практично неможлива вільна передача тепла через броунівські зіткнення більш нагрітих молекул з менш нагрітими молекулами, що знаходяться по різні сторони такої, до того ж теплоізоляційної перегородки. І потік молекул через згадану перегородку піде лише при появі примусового чинника, наприклад різниці тиску по обидві сторони від зга 9 даної перегородки. Це справедливо і при розгляді парціального тиску, якщо маємо справу з газовими сумішами, наприклад повітрям або випускними газами теплової установки. Сучасна технологія дозволяє зробити перегородки з будь-якими фільтруючими властивостями. Це може бути папір, картон і щільна тканина, виготовлені з азбесту, фетр, повсть, деякі ворсові тканини. Для утилізації тепла при вентиляції суднових приміщень, будівель, тваринницьких ферм можна використовувати адсорбційно-бактерицидний вуглецевоволокнистий матеріал по заявці РФ №94024925, матеріал по заявці РФ №93021342, матеріал по патентах РФ №2075329 або №2394627 і т.п. Матеріал по патенту РФ №2155629 ми вважаємо особливо перспективним для контакту з димогарними газами і для цілей теплоізоляції (і звукоізоляції). В деяких випадках це може бути навіть пористий керамічний матеріал, на зразок описаного в а.с. СРСР №1607167. Слушне зауваження для розуміння аналогії: спрадавна відомо, що у валянках ніякий мороз не страшний, при цьому шкіра ніг вільно дихає і ніколи не зволожується, оскільки водяні пари, що виділяються, не конденсуються, як в гумовому взутті, а тут же безперешкодно виходять назовні, завдяки вищезазначеній проникності повстяного матеріалу. Реалізація заявленого способу за допомогою заявленого пристрою на фіг. 1 здійснюється (наприклад в метро) при нагнітально-всмоктувальній вентиляції таким чином: У сталому режимі повітря, що виходить з об'єкта тепловиділення 1, наприклад з метро, як і зовнішнє повітря, має 80 % азоту, який не витрачається. Його парціальний тиск рівний парціальному тиску азоту в зовнішньому повітрі. Це означає, що при взаємодії потоку (умовно) випускного, нагрітого повітря, що надходить з об'єкта тепловиділення 1 по каналу 2 в порожнину 7 камери 5, з потоком зовнішнього повітря в порожнині 8 камери 5 через фільтруючу, теплоізоляційну перегородку 6, з переважною проникністю для молекулярного потоку, азот практично не братиме участь в молекулярному перенесенні. Він рециркуляційно повернеться в об'єкт тепловиділення 1 і поверне все своє тепло. Що стосується нагрітого вуглекислого газу, що з'явився у забрудненому повітрі, то він (як і пари води) безперешкодно пройде через перегородку 6 з порожнини 7 в порожнину 8 камери 5 (тобто назовні) під певним парціальним тиском, бо в зовнішньому повітрі вуглекислого газу всього 0,0003 атм, тобто близько нуля. Кисень же, навпаки, зменшився в цьому умовно забрудненому повітрі, його парціальний тиск зменшився відносно зовнішнього повітря і тому холодний кисень під певним парціальним тиском ввійде з порожнини 8 (тобто зовні) в порожнину 7 через перегородку 6. При зустрічному русі молекул через перегородку 6 надходжуваний в порожнину 7 з порожнини 8 холодний кисень нагріватиметься гарячим вуглекислим газом, що йде через перегородку 6 з порожнини 7 в порожнину 8, оскільки тут броунівські зіткнення цих газів в направлених зустрічних рухах неминучі. Таким чином очищене від вуглекислого газу (та інших газів, пари) і збагачене нагрітим киснем повітря по каналу 96576 10 3 повертається до об'єкта тепловиділення 1, наприклад до метро. (На наш погляд дещо подібне має місце у легенях живих істот, тільки там рециркулює кров). В результаті практично відпадає (або значно зменшується) необхідність нагрівання взимку (або охолоджування літом) 600 кубометрів повітря на добу на одну людину (по нормах СНІП), бо людині потрібно на добу всього від третини до половини кубометра кисню. Аналогічно відбувається, коли об'єкт тепловиділення 1 - топково-котельний пристрій. Тільки в цьому випадку газова суміш, що йде по каналу 2 в порожнину 7, кисню не має (його парціальний тиск нульовий), а вуглекислий газ (та пари води) має парціальний тиск близько 0,2 атм. Нагрітий азот, як і раніш, не витрачається або майже не витрачається і його парціальний тиск у сталому режимі практично однаковий з тиском у порожнині 8. Він повернеться у топково-котельний пристрій 1 по каналу 3 і поверне туди все своє тепло. Через перегородку 6 назовні з порожнини 7 в порожнину 8 під парціальним тиском близько 0,2 атм піде нагрітий вуглекислий газ (та, наприклад, пари води). Назустріч йому з порожнини 8 в порожнину 7 (зовні) через перегородку 6 під парціальним тиском близько 0,2 атм. піде кисень, який при цьому, як було сказано вище, буде нагрітий молекулами вуглекислого газу. Таким чином збагачена киснем гаряча газова суміш по каналу 3 повертається в зону горіння. Таким чином приблизно 90 % тепла відпрацьованих газів, що раніше викидалося в атмосферу, повертається в зону горіння для корисного перетворення, що особливо цінно в літній період, коли можливості класичної утилізації обмежені. Завдяки цьому процес горіння буде високотемпературним, повним, якісним. Це особливо важливо і при сміттєспалюванні для знешкодження діоксину, фурану, чадного газу і ін. токсичних продуктів згорання. Захисний жалюзійний пристрій 9 забезпечує умовно газостатичний стан взаємодіючих потоків від атмосферних явищ, зокрема вітру. При цьому відпадає необхідність в спеціальних камерах допалювання, в додатковій витраті палива, каталізаторів. Крім того, сажо-димові частинки не зможуть вирватися в навколишнє середовище. У необхідних випадках для захисту перегородки 6 передбачається очищування газового середовища за допомогою щонайменше одного фільтра, наприклад електричного, 10, встановленого на вході порожнини 7 камери 5. Деякі випадки потребують тиск у зоні горіння в рециркулюючому контурі, відмінний від зовнішнього тиску. Це досягається шляхом відповідного розташування в контурі зовнішнього повітря дроселюючого і нагнітально-всмоктувального (елементів) пристроїв по обидві сторони від зони взаємодії згаданих потоків. Знижений тиск здебільшого важливий при спалюванні токсичних відходів. Аналогічний процес відбувається в пристрої на фіг.2, де як установку 1 замість топковокотельного пристрою поміщено газодинамічний лазер з термічним накачуванням, з камерою згорання і дзеркально-оптичною системою. Коефіці 11 єнт корисної дії (ккд) такого лазера значно підвищиться, оскільки тепло, що втрачалося зазвичай, майже повністю повертається в активну зону лазера. На додаток до вищеописаного, в даному випадку активніша взаємодія потоків в камері 5 забезпечується за рахунок наявності примусового каналізуючого контуру, коли зовнішнє повітря, що надійшло через захисний жалюзійний пристрій 9 в повітрозабірний пристрій 13, подається нагнітально-всмоктувальним пристроєм 15 по каналу 11 через фільтр 10 в порожнину 8 камери 5, звідки після взаємодії з відпрацьованими газами прямує по каналу 12 у випускний пристрій (наприклад, трубу) 14. При цьому пристрій також не потребує спеціального глушника шуму, оскільки звукова хвиля не має акустичного виходу назовні. А в каналі 12, наприклад, при необхідності збільшення тиску в рециркуляційному контурі (в каналах 2 і 3), може бути встановлений дроселюючий (підпорний) пристрій 16 (наприклад, у вигляді вставки для абсорбційного очищування виходячих назовні газів. Вищенаведені процеси можуть бути використані в теплогенераторах двигунів Стірлінга, в МГДгенераторі, а також для енергозберігаючої вентиляції на судах, де в зимовий час доводиться в калориферах нагрівати (а літом охолоджувати) по 600 кубометрів повітря на добу на одну людину. Подібний вищенаведеним процес відбувається в пристрої на фіг. 3, де як теплову установку 1 замість топково-котельного пристрою поміщено, наприклад, двигун внутрішнього згорання (ДВС), забезпечений, наприклад, форсунками для уприскування води в циліндри по а.с. СРСР №247715 від 22.04.69г., і що працює, наприклад, по подвійному паро-дизельному циклу, де повернене тепло відпрацьованих газів виконує додаткову роботу з використанням вприскуваної води, як другого робочого тіла. Крім того, відомо, що реальний ккд високообертових ДВС значно залежить від тривалості фази горіння, із-за чого у пошуках оптимуму 96576 12 доводиться кут випередження запалення доводити до 40°, що не доцільно з погляду термодинаміки. Тому нагрів вхідного повітря в більшості випадків підвищує реальний ккд таких ДВС, особливо в умовах холодного клімату. Це доцільно і при використанні водоемульсивного палива. У даному пристрої, окрім цього, передбачається наступне. У зв'язку з підвищеною температурою стиснених газів підвищено нагріваються, зокрема, тепломісткі поршневі денця, наприклад, з розвиненою поверхнею пароутворення (або спеціальні теплоізольовані від поршневих тіл денцеві накладки). Попадання вприскуваної води на денце поршня (і на внутрішню поверхню головок, наприклад з розвиненою поверхнею пароутворення, та циліндрів) забезпечує повноцінний робочий хід по паровому циклу з одночасним їх корисним охолоджуванням. Система автоматичного регулювання 19, в залежності від сигналів датчика навантаження 22, наприклад в "холостому" режимі, забезпечуєна кожен робочий хід по звичайному циклу (тобто з уприскуванням палива) 1-2 робочих ходи по паровому циклу (тобто з уприскуванням води). При необхідності повернення вприскуваної води водосепараційний пристрій 20 поміщається на виході камери 5 в каналі 12. Залежно від сигналів датчика температури 23, поміщеного на каналі 2, наприклад, при підвищенні температури вище оптимальної, кількість уприскуваного палива знижується, кількість вприскуваної води збільшується, і навпаки. Додатковий ефект, крім викладеного, досягається ще і тим, що відпадає необхідність в спеціальному шумоглушнику, на якому, як відомо, втрачається неабияка частина потужності ДВС. Бо звукова хвиля не має акустичного виходу, бо перегородка 6 ще й звукоізоляційна. Аналогічний процес утилізації може відбуватися і в такій тепловій установці, як парогазова турбінна установка (ПГТУ), яка, наприклад, забезпечена жаровою трубою, та в інших подібних пристроях. 13 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 96576 Підписне 14 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for utilization of heat of worked-out gases of klushins heat unit and device for its realization

Автори англійською

Klushyn Vasyl Panteleiovych, Klushyn Vasyl Panteliiovych, Klushyna Maria Vasylivna

Назва патенту російською

Способ утилизации тепла отработанных газов тепловой установки клушина и устройство для его осуществления

Автори російською

Клушин Василий Пантелеевич, Клушина Мария Васильевна

МПК / Мітки

МПК: F23C 9/00, F02M 31/00, F23L 15/00, F23B 50/00, F22B 31/00

Мітки: теплової, тепла, спосіб, утилізації, пристрій, відпрацьованих, здійснення, газів, клушина, установки

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/7-96576-sposib-utilizaci-tepla-vidpracovanikh-gaziv-teplovo-ustanovki-klushina-i-pristrijj-dlya-jjogo-zdijjsnennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб утилізації тепла відпрацьованих газів теплової установки клушина і пристрій для його здійснення</a>

Подібні патенти