ZAYTSEV ALEKSANDR ANATOL'EVICH (RU)
| WO2012152548A1 | 2012-11-15 |
| RU2493483C1 | 2013-09-20 | |||
| RU2542621C2 | 2015-02-20 |
| Формула изобретения 1. Способ работы нагревательного котла, включающий нагрев рабочего тела и отвод рабочего тела для использования, отличающийся тем, что рабочее тело нагревают в нагревательном котле, состоящем по крайней мере из двух камер (3), за счет тепла по крайней мере одной греющей среды, и посредством по крайней мере одного из теплообменников (8), (10), (16) в нагревательном котле реализуется изменение температуры греющей среды по отношению к рабочему телу в камерах (3) путем подвода к камерам (3) с более нагретым рабочим телом, более нагретой греющей среды и соответственно к камерам (3) с менее нагретым рабочим телом подвода менее нагретой греющей среды, после нагрева рабочее тело из камеры (3) отводят для использования по крайней мере через один канал (17) или клапан (4). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение температуры греющей среды по отношению к единичной камере (3), в которой содержится нагреваемое рабочее тело, достигают управлением потока греющей среды за счет клапанов (18) или (23). 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изменение температуры греющей среды по отношению к рабочему телу в камере (3), достигают перемещением рабочего тела между камерами (3) за счет клапанов (4). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение температуры греющей среды по отношению к единичной камере (3), в которой содержится нагреваемое рабочее тело, достигают изменением потока греющей среды за счет изменения положения по крайней мере одного канала для подачи греющей среды, который выполняют подвижным и имеющим собственный привод. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение температуры греющей среды по отношению к единичной камере (3), в которой содержится нагреваемое рабочее тело, достигают изменением положения камер (3), которые вьтолняют подвижными и имеющими собственный привод. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что одну из камер (3) периодически герметизируют, камеры (3) соединяют между собой по крайней мере одним клапаном (4), через который периодически осуществляют перемещение рабочего тела из одной камеры (3) в другую камеру (3). 7. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что посредством теплообменника (8) подают тепло от отработанного рабочего тела, находящегося в паровой фазе. 8. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что посредством теплообменника (10) подают тепло от отработанного рабочего тела, находящегося в жидкой фазе. 9. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что посредством теплообменника (16) подают тепло от внешнего источника. 10. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что количество греющих сред, нагревающих рабочее тело в одной из камер (3), посредством по крайней мере одного из теплообменников (8), (10), (16) меньше общего количества греющих сред, используемых в нагревательном котле в зависимости от выбранного режима работы и конструкции нагревательного котла. 11. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что по крайней мере одна из камер (3) содержит теплообменник (15) для отвода тепла от рабочего тела. 12. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что камеры (3), к которым подведен канал (19) или (8), содержат теплообменник (15) для отвода тепла от рабочего тела. 13. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что по крайней мере одну из камер (3), не имеющую теплообменника (15), для охлаждения рабочего тела после его использования, наполняют рабочим телом, находящимся в жидкой фазе по каналу (19). 14. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что по каналу (19) возвращают рабочее тело, находящееся в жидкой фазе, с возможностью выполнения в канале ( 19) функции отвода тепла. 15. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что после использования в нагревательный котел по каналу (19) возвращают рабочее тело, находящееся в жидкой фазе, и далее подают посредством теплообменника (10), по крайней мере через одну из камер (3). 16. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что по крайней мере одна из камер (3) имеет выпускной канал (17), через который рабочее тело отводят для использования. 17. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что из камеры (3) рабочее тело отводят в общую для нескольких камер (3) камеру (14), в камере (14) предусматривают возможность нагрева рабочего тела за счет тепла по крайней мере одной греющей среды, поступающей посредством по крайней мере одного из теплообменников (8), (16), из камеры (14) рабочее тело отводят для использования через выпускной канал (17). 18. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что по крайней мере одна греющая среда, проходящая посредством по крайней мере одного из теплообменников (8), (16) в общей камере (14), после нее дополнительно проходит по крайней мере через одну камеру (3), посредством по крайней мере по одного из теплообменников (8), (16). 19. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что по крайней мере одна из камер (3) имеет впускной канал (19), через который заполняют рабочим телом и с возможностью организации в камере (3) отвода тепла через теплообменник (15). 20. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что по крайней мере одну из камер (3) наполняют рабочим телом через выходные каналы по крайней мере одного из теплообменников (8), (10). 21. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что камеру (3) наполняют рабочим телом из общей для нескольких камер (3), камеры (13), которая содержит теплообменник (15) для отвода тепла от рабочего тела. 22. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что по крайней мере одну из камер (3 ), содержащую теплообменник (15) для отвода тепла от рабочего тела, после его использования, наполняют рабочим телом по каналу (19), который в свою очередь отводит рабочее тело с выходных каналов по крайней мере одного из теплообменников (8), (10), проходящих по крайней мере в одной камере (3). 23. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что нагревательный котел устанавливают в замкнутом контуре паросиловой установки, рабочее тело отведенное для использования по каналу (17), после использования подают обратно в нагревательный котел по каналу (19). 24. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что камеры (3) или (3) и (14) расположены одна над другой и при их соединении жидкую фазу рабочего тела перемещают в нижерасположенную камеру (3), (14) под действием гравитации. 25. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что камеры (3) или (14) располагают произвольно, и при их соединении жидкую фазу рабочего тела, частично или полностью перемещают из камеры (3) в камеру (3) или (14) с помощью перекачивающего насоса. 26. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что жидкую фазу отработанного рабочего тела собирают, по крайней мере одним конденсатосборником (1 1), и далее подают посредством по крайней мере одного из теплообменников (10) для нагрева рабочего тела в камерах (3), или камера (3) и (14). 27. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что жидкую фазу рабочего тела после использования из конденсатосборника (1 1) подают посредством теплообменника (10) насосом (12). 28. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что жидкую фазу отработанного рабочего тела из конденсатосборника (11) подают посредством теплообменника (10) за счет организованного уклона последнего. 29. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что выход отработанного рабочего тела из каналов теплообменников (8), (10) реализуют в одну из камер (3), (13), полость которых находится под давлением, позволяющим снизить удельную теплоту конденсации отработанного рабочего тела и повысить температуру начала конденсации рабочего тела. 30. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что нагревательный котел частично теплоизолируют. 31. Способ по любому из п.п. 1-6, отличающийся тем, что нагревательный котел включенный в паросиловую или тепловую установку, очищают от иных сред помимо рабочего тела. 32. Способ по п. 6 отличающийся тем, что жидкую фазу рабочего тела в момент перемещения из камеры (3) в камеру (3) или (14), нагревают за счет тепла паровой фазы рабочего тела, поступающей на место перемещаемой жидкой фазы рабочего тела, нагрев жидкой фазы рабочего тела проводят путем непосредственного контакта этих фаз или через стенку теплообменника. 33. Нагревательный котел для паросиловой установки, включающий корпус (1), канал (19) для подачи рабочего тела, канал (17) для отвода рабочего тела, теплообменники для подачи греющей среды, отличающийся тем, что нагревательный котел выполнен по крайней мере из двух камер (3), образуемых в корпусе (1) поперечной перегородкой (2), в перегородках (2) между камерами (3) установлено по крайней мере по одному клапану (4), для периодического перемещения рабочего тела из одной камеры 3 в другую камеру (3), по крайней мере в одной камере (3) установлен по крайней мере один теплообменник (8), (10), (16), для нагрева рабочего тела, по крайней мере одна камера (3) оборудована каналом (17) для отвода рабочего тела. 34. Нагревательный котел для паросиловой установки, включающий корпус (1), канал (19) для подачи рабочего тела, канал (17) для отвода рабочего тела, теплообменники для подачи греющей среды, отличающийся тем, что нагревательный котел состоит из камер (3), вьшолненных в корпусе (1) радиально относительно общего центра, в камерах (3) установлен по крайней мере один теплообменник (8), (10), (16) для нагрева рабочего тела, теплообменники оборудованы клапанами (18), (23), с возможностью обеспечения подвода к камерам (3) с более нагретым рабочим телом более нагретой греющей среды и соответственно к камерам (3) с менее нагретым рабочим телом подвода менее нагретой греющей среды, по крайней мере одна камера (3) оборудована каналом (17) для отвода рабочего тела. 35. Нагревательный котел по п. 34 отличающийся тем, что имеет по крайней мере один канал подачи греющей среды, выполненный с возможностью движения, для изменения температуры греющей среды по отношению к единичной камере (3). 36. Нагревательный котел по п. 34, отличающийся тем, что камеры (3 )выполнены с возможностью движения, для изменения температуры греющей среды по отношению к единичной камере (3). 37. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что по крайней мере одна из камер (3) содержит теплообменник (15), для отвода тепла от рабочего тела. 38. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что по крайней мере одна из камер (3) или (13), имеет канал (19) для наполнения рабочим телом. 39. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что камера 3 соединена с общей для нескольких камер (3), камерой (14), для отвода из камеры (3) рабочего тела. 40. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что камера (3) соединена с общей для нескольких камер (3), камерой (13), для наполнения камеры (3) рабочим телом. 41. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что нагревательный котел установлен в замкнутом контуре паросиловой или нагревательной установки. 42. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что камеры (3) расположены одна над другой. 43. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что нагревательный котел дополнительно содержит перекачивающий насос для перемещения рабочего тела между камерами (3), (3) и (14). 44. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что включает конденсатор (11) с теплообменником (10) для отвода конденсата и нагрева рабочего тела в камерах (3), или камерах (3) и (14. 45. Нагревательный котел по п. 44, отличающийся тем, что включает конденсатор (11) с насосом (12), для подачи жидкой фазы рабочего тела через теплообменник (10). 46. Нагревательный котел по п. 44, отличающийся тем, что включает конденсатор (11) с теплообменником (10), имеющим уклон, для отвода жидкой фазы рабочего тела. 47. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что нагревательный котел частично теплоизолирован. 48. Нагревательный котел по любому из п.п. 33-34, отличающийся тем, что камеры (3) или (13), имеют выходные каналы теплообменников (8), (10), для наполнения рабочим телом. |
Область техники
Изобретение относится к теплоэнергетическому машиностроению, двигателе- строению и предназначено для использования в паросиловых установках (ПСУ), паро-газовых установках (ПГУ), в силовых агрегатах транспортных средств, двигателях с внешним подводом теплоты. Предшествующий уровень техники
КПД современных тепловых машин не превышают 50%. Известны паровые котлы-утилизаторы, преобразующие энергию отходящих газов в энергию пара высокого давления (Большая советская энциклопедия, т. 13. М.: "Советская энциклопедия", 1973, с.285). Котлы-утилизаторы имеют значительные габариты, а энергия пара нуждается в дополнительном преобразовании.
Известен котел-утилизатор, выполненный с возможностью рекуперации тепла высокотемпературного топочного газа (патент RU jVo2406024, МПК F23C9/00, опубл. 20.05.2010). Способ обработки топочного газа заключается в сжигании в котле части топочного газа из газовой турбины, отбираемого на входе в котел-утилизатор или на выходе из котла-утилизатора, для увеличения концентрации диоксида углерода в топочном газе и извлечении диоксида углерода в устройстве извлечения диоксида углерода, при этом котел-утилизатор вьшолнен с возможностью рекуперации тепла высокотемпературного топочного газа, а котел вьшолнен с возможностью генерации пара высокого давления, требуемого для извлечения и сжатия диоксида углерода; устройство обработки топочного газа содержит газовую турбину, котел для сжигания топочного газа из газовой турбины и устройство извлечения диоксида углерода, выполненное с возможностью извлечения диоксида углерода после увеличения его концентрации в выходящем из котла топочном газе, причем котел вьшолнен с возможностью генерации пара высокого давления, требуемого для извлечения и сжатия диоксида углерода.
Недостатком является недостаточно высокий КПД. Известна парогазовая установка (патент RU J °2542621, МПК F01K21/04, опубл. 20.02.2015), содержащая газотурбинную установку, связанную газоходом с котлом-утилизатором, в который встроены связанные между собой поверхности нагрева экономайзера, испарителя и пароперегревателя, который паропроводом связан с паровой турбиной высокого давления. Конденсатор-испаритель водопроводом через первый насос связан с экономайзером котла-утилизатора, который снабжен газоходом для отвода газов в дымовую трубу. Паровая турбина низкого давления паропроводом через рекуператор связана с конденсатором, который через второй насос водопроводом связан с рекуператором. Паровая турбина высокого давления валопроводом связана с паровой турбиной низкого давления, которая связана с электрическим генератором. Паровая турбина высокого давления паропроводом связана с конденсатором-испарителем, который водопроводом связан с первым насосом. Встроенный в котел-утилизатор второй пароперегреватель паропроводами связан с паровой турбиной низкого давления и конденсатором- испарителем, который водопроводом связан с встроенным в котел-утилизатор вторым экономайзером, который водопроводом связан с рекуператором.
Изобретение позволяет увеличить КПД производства электроэнергии за счет увеличения температуры пара второго рабочего вещества на входе в турбину низкого давления и снижения температуры уходящих из котла-утилизатора газов, но недостатком является сложность изготовления установки.
Известен котел-утилизатор (патент RU jV<>2562281 , МПК F23J15/00, ВО 1 D53/14, опубл. 10.09.2015), который подключен к каналу тепла отходящих газов газовой турбины, которая приводится в действие паром котла-утилизатора, по меньшей мере, один генератор, который приводится в движение газовой турбиной и паровой турбиной посредством вала, и устройство для отделения диоксида углерода, которое подключено к газовой турбине со стороны отработанного газа ниже по ходу потока.
Недостатком является узость применения котла-утилизатора.
Известно устройство рекуперации конденсата (патент GB 0803698, F16T1/48, F17D5/00, F17D5/06, от.28.02.2008). Устройство рекуперации конденсата содержит несколько дренажных линий, по которым конденсат отводится от обслуживаемой устройством паросиловой установки. Дренажные линии оснащены конденсационными горшками, улавливаемый которыми конденсат поступает затем в объединенную возвратную линию, соединяющую дренажные линии и бак для конденсата. Устройство содержит также акустический датчик, размещенный на объединенной возвратной линии выше по потоку от бака, сигнал которого отображает суммарную потерю пара на конденсационных горшках, расположенных выше по потоку от акустического датчика.
Недостатком является недостаточно эффективный способ рекуперации тепла. Кроме того недостатком большинства известных решений, является "скругление" P,V - диаграммы для реального устройства, что приводит к снижению термодинамического КПД цикла.
Этот главный фактор выражает отличие между действительным и идеальным циклом Стерлинга, как представителя циклов с рекуперацией тепла, значение эффективности которого приближено к циклу Карно. Основной причиной "скругления" является непрерывный характер движения поршней, в отличие от прерывистого движения, для идеального случая. Далее, мертвый объем, т.е. та часть общей рабочей полости, которая при работе двигателя не вытесняется ни одним из поршней. В дополнение к этому при повышении оборотов двигателя возникают такие негативные явления, как гидравлическое сопротивление и неизотермичность процессов сжатия и расширения рабочего тела. Попытки же увеличить проходные сечения каналов и площади теплообменных поверхностей наталкиваются на увеличение мертвого объема. Следующим недостатком является низкая эффективность существующих регенераторов, которая влечет за собой недоохлаждение и недонагрев рабочего тела при его вытеснении в холодную и горячую полость соответственно, что в случае сжатия, приводит к увеличению доли тепла, отводимого в окружающую среду и как следствие необходимости устройства мощных, громоздких охлаждающих систем. Актуальной остается проблема герметизации рабочего объема двигателя, вследствие применения в качестве рабочего тела (легких) высокотекучих газов. К тому же выравнивание температур между горячей и холодной зоной, как следствие относительно массивных теплопроводных частей двигателя и минимальных расстояний, дополнительно снижает эффективность реального устройства. Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого решения является разработка эффективного способа нагрева рабочего тела с возможностью рекуперации тепла отработанного пара (отработанного рабочего тела) с повышенным КПД и вариантов нагревательного котла с возможностью рекуперации для осуществления способа.
Поставленная задача решается при помощи способа работы нагревательного котла, включающего нагрев рабочего тела и отвод рабочего тела для использования.
Рабочее тело нагревают в нагревательном котле, состоящем по крайней мере из двух камер 3, за счет тепла по крайней мере одной греющей среды, и посредством по крайней мере одного из теплообменников 8, 10, 16 в нагревательном котле реализуется изменение температуры греющей среды по отношению к рабочему телу в камерах 3 путем подвода к камерам 3 с более нагретым рабочим телом, более нагретой греющей среды и соответственно к камерам 3 с менее нагретым рабочим телом подвода менее нагретой греющей среды, после нагрева рабочее тело из камеры 3 отводят для использования по крайней мере через один канал 17 или клапан 4.
Предпочтительно изменение температуры греющей среды по отношению к единичной камере 3, в которой содержится нагреваемое рабочее тело, достигают управлением потока греющей среды за счет клапанов 18 или 23.
Предпочтительно изменение температуры греющей среды по отношению к рабочему телу в камере 3, достигают перемещением рабочего тела между камерами 3 за счет клапанов 4.
Предпочтительно изменение температуры греющей среды по отношению к единичной камере 3, в которой содержится нагреваемое рабочее тело, достигают изменением потока греющей среды за счет изменения положения по крайней мере одного канала для подачи греющей среды, который выполняют подвижным и имеющими собственный привод.
Предпочтительно изменение температуры греющей среды по отношению к единичной камере 3, в которой содержится нагреваемое рабочее тело, достигают изменением положения камер 3, которые выполняют подвижными и имеющими собственный привод. Предпочтительно что одну из камер 3 периодически герметизируют, камеры 3 соединяют между собой по крайней мере одним клапаном 4, через который периодически осуществляют перемещение рабочего тела из одной камеры 3 в другую камеру 3.
Предпочтительно посредством теплообменника 8 подают тепло от отработанного рабочего тела, находящегося в паровой фазе.
Предпочтительно посредством теплообменника 10 подают тепло от отработанного рабочего тела, находящегося в жидкой фазе.
Предпочтительно посредством теплообменника 16 подают тепло от внешнего источника.
Предпочтительно количество греющих сред, нагревающих рабочее тело в одной из камер 3, посредством по крайней мере одного из теплообменников 8, 10, 16 меньше общего количества греющих сред, используемых в нагревательном котле в зависимости от выбранного режима работы и конструкции нагревательного котла.
Предпочтительно по крайней мере одна из камер 3 содержит теплообменник
15 для отвода тепла от рабочего тела.
Предпочтительно камеры 3, к которым подведен канал 19 или 8, содержат теплообменник 15 для отвода тепла от рабочего тела.
Предпочтительно по крайней мере одну из камер 3, не имеющую теплообменника 15, для охлаждения рабочего тела после его использования, наполняют рабочим телом, находящимся в жидкой фазе по каналу 19.
Предпочтительно по каналу 19 возвращают рабочее тело, находящееся в жидкой фазе, с возможностью выполнения в канале 19 функции отвода тепла.
Предпочтительно после использования в нагревательный котел по каналу 19 возвращают рабочее тело, находящееся в жидкой фазе, и далее подают посредством теплообменника 10, по крайней мере через одну из камер 3.
Предпочтительно по крайней мере одна из камер 3 имеет выпускной канал 17, через который рабочее тело отводят для использования.
Предпочтительно из камеры 3 рабочее тело отводят в общую для нескольких камер 3 камеру 14, в камере 14 предусматривают возможность нагрева рабочего тела за счет тепла по крайней мере одной греющей среды, поступающей посредством по крайней мере одного из теплообменников 8, 16, из камеры 14 рабочее тело отводят для использования через выпускной канал 17.
Предпочтительно по крайней мере одна греющая среда, проходящая посредством по крайней мере одного из теплообменников 8, 16 в общей камере 14, после нее дополнительно проходит по крайней мере через одну камеру 3, посредством по крайней мере по одного из теплообменников 8,16.
Предпочтительно по крайней мере одна из камер 3 имеет впускной канал 19, через который заполняют рабочим телом и с возможностью организации в камере 3 отвода тепла через теплообменник 15.
Предпочтительно по крайней мере одну из камер 3, наполняют рабочим телом, через выходные каналы, по крайней мере одного, из теплообменников 8, 10.
Предпочтительно камеру 3 наполняют рабочим телом из общей для нескольких камер 3, камеры 13, которая содержит теплообменник 15 для отвода тепла от рабочего тела.
Предпочтительно по крайней мере одну из камер 3, содержащую теплообменник 15 для отвода тепла от рабочего тела, после его использования, наполняют рабочим телом по каналу 19, который в свою очередь отводит рабочее тело с выходных каналов по крайней мере одного из теплообменников 8, 10, проходящих по крайней мере в одной камере 3.
Предпочтительно нагревательный котел устанавливают в замкнутом контуре паросиловой установки, рабочее тело, отведенное для использования по каналу 17, после использования подают обратно в нагревательный котел по каналу 19.
Предпочтительно камеры 3 или 3 и 14 расположены одна над другой и при их соединении жидкую фазу рабочего тела перемещают в нижерасположенную камеру 3, 14 под действием гравитации.
Предпочтительно камеры 3 или 14 располагают произвольно, и при их соединении жидкую фазу рабочего тела, частично или полностью перемещают из камеры 3 в камеру 3 или 14 с помощью перекачивающего насоса.
Предпочтительно жидкую фазу отработанного рабочего тела собирают, по крайней мере одним конденсатосборником 11, и далее подают посредством по крайней мере одного из теплообменников 10 для нагрева рабочего тела в камерах 3, или камерах 3 и 14.
Предпочтительно жидкую фазу рабочего тела после использования из конденсатосборника 11 подают посредством теплообменника 10 насосом 12.
Предпочтительно жидкую фазу отработанного рабочего тела из конденсатосборника И подают посредством теплообменника 10 за счет организованного уклона последнего.
Предпочтительно выход отработанного рабочего тела из каналов теплообменников 8, 10 реализуют в одну из камер 3, 13, полость которых находится под давлением, позволяющим снизить удельную теплоту конденсации отработанного рабочего тела и повысить температуру начала конденсации рабочего тела.
Предпочтительно нагревательный котел частично теплоизолируют.
Предпочтительно нагревательный котел, включенный в паросиловую или тепловую установку, очищают от иных сред помимо рабочего тела.
Предпочтительно жидкую фазу рабочего тела в момент перемещения из камеры 3 в камеру 3 или 14, нагревают за счет тепла паровой фазы рабочего тела, поступающей на место перемещаемой жидкой фазы рабочего тела, нагрев жидкой фазы рабочего тела проводят путем непосредственного контакта этих фаз или через стенку теплообменника.
Также поставленная задача решается с помощью нагревательного котла для паросиловой установки, включающего корпус 1, канал 19 для подачи рабочего тела, канал 17 для отвода рабочего тела, теплообменники для подачи греющей среды.
Нагревательный котел выполнен по крайней мере из двух камер 3, образуемых в корпусе 1 поперечной перегородкой 2, в перегородках 2 между камерами 3 установлено по крайней мере по одному клапану 4, для периодического перемещения рабочего тела из одной камеры 3 в другую камеру 3, по крайней мере в одной камере 3 установлен по крайней мере один теплообменник 8, 10, 16, для нагрева рабочего тела, по крайней мере одна камера 3 оборудована каналом 17 для отвода рабочего тела.
Поставленная задача решается также с помощью варианта нагревательного котла для паросиловой установки, включающего корпус 1, канал 19 для подачи рабочего тела, канал 17 для отвода рабочего тела, теплообменники для подачи греющей среды.
Нагревательный котел состоит из камер 3, выполненных в корпусе 1, радиально относительно общего центра, в камерах 3 установлен по крайней мере один теплообменник 8, 10, 16 для нагрева рабочего тела, теплообменники оборудованы клапанами 18, 23, с возможностью обеспечения подвода к камерам 3 с более нагретым рабочим телом более нагретой греющей среды и соответственно к камерам 3 с менее нагретым рабочим телом подвода менее нагретой греющей среды, по крайней мере одна камера 3 оборудована каналом 17 для отвода рабочего тела.
Предпочтительно имеет по крайней мере один канал подачи греющей среды, выполненный с возможностью движения, для изменения температуры греющей среды по отношению к единичной камере 3.
Предпочтительно камеры 3 выполнены с возможностью движения, для изменения температуры греющей среды по отношению к единичной камере 3.
Предпочтительно по крайней мере одна из камер 3 содержит теплообменник
15, для отвода тепла от рабочего тела.
Предпочтительно по крайней мере одна из камер 3 или 13, имеет канал 19 для наполнения рабочим телом.
Предпочтительно камера 3 соединена с общей для нескольких камер 3, камерой 14, для отвода из камеры 3 рабочего тела.
Предпочтительно камера 3 соединена с общей для нескольких камер 3, камерой 13 для наполнения камеры 3 рабочим телом.
Предпочтительно нагревательный котел установлен в замкнутом контуре паросиловой или нагревательной установки.
Предпочтительно камеры 3 расположены одна над другой.
Предпочтительно нагревательный котел дополнительно содержит перекачивающий насос для перемещения рабочего тела между камерами 3, 3 и 14.
Предпочтительно включает конденсатор 11 с теплообменником 10 для отвода конденсата и нагрева рабочего тела в камерах 3, или камерах 3 и 14.
Предпочтительно включает конденсатор 11 с насосом 12, для подачи жидкой фазы рабочего тела через теплообменник 10. Предпочтительно включает конденсатор 11 с теплообменником 10 имеющим уклон, для отвода жидкой фазы рабочего тела.
Предпочтительно нагревательный котел частично теплоизолирован.
Предпочтительно камеры 3 или 13 имеют выходные каналы теплообменников 8, 10 для наполнения рабочим телом.
Техническим результатом предложенной группы изобретений является повышение КПД рекуперации тепла отработанного рабочего тела в работе устройств с подводом тепла.
Предлагаемый способ работы нагревательного котла раскрыт при описании работы вариантов предлагаемых нагревательных котлов.
Краткое описание фигур чертежей
Варианты выполнения устройства для нагрева с возможностью рекуперации тепла.
На фиг. 1 показан нагревательный котел с возможностью рекуперации тепла для паросиловой установки, в корпусе 1 , с формой закрытого цилиндра, разделенного поперечными перегородками, вид сбоку и в разрезе.
На фиг. 2 показан клапан 4 в закрытом положении, имеющий одинаковую конструкцию и принцип действия для всех вариантов нагревательного котла, вид сбоку в разрезе и сверху.
На фиг. 3 показан клапан 4 в открытом положении, имеющий одинаковую конструкцию и принцип действия для всех вариантов нагревательного котла, вид сбоку в разрезе и сверху.
На фиг. 4 показан вариант нагревательного котла с возможность рекуперации тепла для паросиловой установки, вид сбоку и сверху в разрезе.
На фиг. 5 показан вариант нагревательного котла с возможностью рекуперации тепла для паросиловой установки, вид сбоку и сверху в разрезе.
На фиг. 6 показан вариант нагревательного котла с возможностью рекуперации тепла для паросиловой установки, вид сбоку и сверху с разрезе.
На фиг.1 показан нагревательный котел по первому варианту с возможностью рекуперации тепла - для паросиловой установки. Особенностью предлагаемого варианта устройства является работа на рабочих телах с до критическими параметрами температуры и давления, характеризуемыми состоянием рабочего тела, когда его жидкая и паровая фаза разделены между собой. Нагревательный котел состоит из корпуса 1 имеющего форму закрытого цилиндра, поперечные перегородки 2 которого образуют периодически герметизируемые камеры 3. В перегородках 2 установлены клапана 4, открываемые и закрываемые электромагнитным приводом 5.
На фиг. 2 показан клапан 4 в закрытом положении, на фиг. 3 в открытом положении. В камерах 3 находится жидкая фаза рабочего тела 6, при открытии клапанов 4 давление в соединяемых камерах 3 выравнивается, и жидкая фаза рабочего тела перетекает в камеру 3, расположенную ниже, за счет большей плотности по сравнению с паровой фазой 7, под действием гравитации. В случае, когда ось цилиндрического корпуса 1 нагревательного котла, расположена горизонтально или иным образом, для перемещения жидкой фазы рабочего тела между соединенными камерами 3 возможно использование перекачивающего насоса (не показан). Камеры 3 предназначены для нагрева, находящегося в них рабочего тела за счет рекуперации тепла отработанного пара, поступающего в них через канал 19 и теплообменники 8, оборудованные теплообменными змеевками 9. Также через камеры 3 проходит канал теплообменника 10, через который проходит конденсат отработанного рабочего тела, собираемый в сборнике конденсата 11 и нагнетаемый насосом 12. В устройстве возможен вариант расположения канала теплообменника 10, обеспечивающих самостоятельное стекание конденсата отработанного рабочего тела за счет организованного уклона последнего. Помимо камер 3 с теплообменниками 8, нагревательный котел имеет камеру 3, оборудованную теплообменником охлаждения 15, посредством которого, теплоносителем, отводятся излишки тепла от рабочего тела, поступающего в нагревательный котел. В камере 3, оборудованной теплообменником 16, через который теплоносителем к нагреваемому рабочему телу дополнительно подводится теплота от внешнего источника. Нагретое рабочее тело в паровой фазе отводят через канал 17 из камеры 3 для дальнейшего использования, например в преобразователе тепловой энергии пара в механическую работу. В нагревательном котле может обеспечиваться режим работы, когда к камерам 3, расположенным в «нижней» части, подводится отработанное рабочее тело, имеющее большую температуру, и соответственно к камерам 3 в «верхней» части устройства, рабочее тело с меньшей температурой при этом присутствует возможность для удержания температурного градиента за счет продвижения находящегося в камерах 3 рабочего тела навстречу потоку отработанного рабочего тела, поступающего в нагревательный котел. В устройстве также присутствует возможность, за счет повышения давления в камере 3, оборудованной теплообменником охлаждения 15 и соответственно остальных связанных с ней полостях нагревательного котла, снизить удельную теплоту конденсации отработанного рабочего тела и повысить температуру начала конденсации. При этом закономерно повысится теплоемкость нагреваемого рабочего тела в камерах 3.
На фиг. 4 показан второй вариант нагревательного котла с возможностью рекуперации тепла для паросиловой установки. Особенностью предлагаемого варианта устройства является работа на рабочих телах, с до и после критическими параметрами температуры и давления. Нагревательный котел состоит из корпуса 1, представляющего собой цилиндр, состоящий из нескольких периодически герметизируемых, сегментных камер 3 расположенных радиально, относительно общего центра. В камерах 3 находится жидкая фаза рабочего тела 6, и также может присутствовать паровая прослойка 7. Камеры 3 предназначены для нагрева, содержащегося в них рабочего тела за счет рекуперации тепла отработанного рабочего тела, поступающего в них через канал 19 и теплообменники 8. Устройство имеет общую камеру 14, оборудованную греющим теплообменником 16 и каналом 17 для отвода рабочего тела. Каждая камера 3 соединена с общей камерой 14 посредством клапана 4, их конструкция и принцип действия аналогичны устройство по варианту 1, при открытии клапана 4 рабочее тело перемещается из камеры 3 в камеру 14 по описанным в первом варианте нагревательного котла, принципам. Рабочее положение устройства - горизонтальное, когда все камеры 3 находятся в горизонтальной плоскости, допустимо иное возможное положение при применении перекачивающего насоса, аналогично нагревательному котлу по первому варианту. Общая камера 13 оборудована охлаждающим теплообменником 15, посредством которого теплоносителем, отводятся излишки теплоты от поступающего в нагревательный котел рабочего тела. Рабочее тело перемещается из общей камеры 13 в камеры 3 через клапан 4, по аналогичным принципам перемещения рабочего тела из камеры 3 в общую камеру 14. В камеру 13 рабочее тело поступает, предварительно, охладившись в теплообменниках 8, последовательно проходя через камеры 3. Управление потоком отработанного рабочего тела, поступающего через входной канал 19 и проходящего через камеры 3 и далее поступающего в общую камеру 13, реализуется клапанами 18. Клапаны 18 имеют электромагнитный привод (не показан) и выполнены трехпозиционными: Первое положение - клапан открыт на перепуск рабочего тела из канала 19 в теплообменник 8, при этом канал 19 за клапаном перекрыт, соединения с общей камерой 13, нет. Второе положение - клапан открыт на перепуск рабочего тела из теплообменника 8 в теплообменник 8, при этом соединения с каналом 19 и общей камерой 13 нет. Третье положение - клапан открыт на перепуск рабочего тела из теплообменника 8 в общую камеру 13, при этом следующий теплообменник 8 перекрыт и соединения с каналом 19, нет. Клапанами 18 достигается управление потоком отработанного рабочего тела, местом входа и выхода в теплообменники 8 тех или иных камер 3. Эта особенность в сочетании с моментом наполнения и опорожнения камер 3 помогает реализовать такой режим работы нагревательного котла, при котором к камерам 3 с наиболее нагретым рабочим телом подводится наиболее нагретое отработанное рабочее тело, а к камерам 3 с наименее нагретым рабочим телом подводится менее нагретое рабочее тело. По описанному принципу организации теплообмена в устройстве возможно применение другой греющей среды, отличной по происхождению от отработанного рабочего тела, также возможно полное или частичное параллельное использование нескольких теплообменников, взаимодействующих с рабочим телом в камерах 3. При реализации нагревательного котла без общей камеры 13, рабочее тело может подаваться по собственному, для каждой камеры 3 каналу наполнения 17, при этом в каждой камере 3 применяется собственный охлаждающий теплообменник 15, предназначенный для отвода избытков теплоты охлаждаемого рабочего тела из наполняемой камеры 3. Аналогично реализации устройства без общей камеры 13, возможно отсутствие в нагревательном котле и общей камеры 14, в этом случае нагретое рабочее тело из каждой камеры 3 будет отводится для использования, по собственному для каждой камеры 3, каналу 17. Устройство имеет нагнетательный насос 12 предназначенный для подачи рабочего тела в нагревательный котел.
На фиг. 5 показан вариант нагревательного котла с возможностью рекуперации тепла для паросиловой установки. Особенностью предлагаемого варианта устройства является работа на рабочих телах, с до и после критическими параметрами температуры и давления. Нагревательный котел состоит из корпуса 1 представляющий собой цилиндр, состоящий из нескольких периодически герметизируемых, сегментных камер 3 расположенных радиально, относительно общего центра. В камерах 3 находится жидкая фаза рабочего тела 6, также может присутствовать паровая прослойка 7. Камеры 3 предназначены для нагрева содержащегося в них рабочего тела за счет тепла внешней греющей среды поступающего в них через теплообменник 16. Клапаны 4 предназначены для наполнения рабочим телом и для отвода рабочего тела из камер 3, конструкция клапана 4 и принцип его действия аналогичны варианту 1. Поток газов греющей среды в теплообменнике 16 управляется флажковыми клапанами 23, положение флажка клапана 23 задает направление для движения греющей среды. Выпуск газов производится через выхлопные патрубки 24, поочередно в зависимости от положения флажковых клапанов 23. В сочетании с моментом наполнения и опорожнения камер 3 реализуется такой режим работы нагревательного котла, при котором к камерам 3 с наиболее нагретым рабочим телом подводится наиболее нагретая греющая среда, а к камерам 3 с наименее нагретым рабочим телом подводится менее нагретая греющая среда. По описанному принципу организации теплообмена в устройстве возможно применение другой греющей среды, отличной по происхождению, например, отработанного рабочего тела, также возможно полное или частичное, параллельное использование нескольких теплообменников взаимодействующих с рабочим телом в камерах 3. После нагрева рабочего тела 6, оно выходит из камеры 3 по выпускному каналу 17 через клапан 4, для использования, соответственно при наполнении камеры 3 рабочее тело 6 нагнетаемое питательным насосом 12 (на фиг. 5 не показан), поступает через впускной канал 19, от охлаждающего теплообменника 15. Стрелками на схеме показано одномоментное направление греющей среды и рабочего тела. На фиг. 6 показан нагревательный котел с возможностью рекуперации тепла для паросиловой установки. Его отличие от варианта нагревательного котла на фиг. 1 в том, что отсутствует сборник конденсата 11 и нагнетательный насос 12, а вместо теплообменника 10 с теплообменными змеевиками 9 для конденсата рабочего тела, применен теплообменник 16 для теплоносителя от дополнительного источника тепла.
Для описанных вариантов исполнения нагревательного котла используют следующее приемы.
Для улучшения работы нагревательного котла, частично теплоизолирован для уменьшения тепловых потерь.
Для улучшения работы нагревательный котел, оборудован теплообменником для отвода тепла 15.
Для улучшения работы нагревательного котла, он имеет форму цилиндра.
Для улучшения работы нагревательный котел состоит в замкнутом контуре паросиловой установки.
Для улучшения работы эксплуатируемый нагревательный котел очищен от иных сред помимо рабочего тела.
Лучший вариант осуществления изобретения
Все описанные варианты выполнения нагревательного котла и способы работы, описанные выше, являются лучшими вариантами осуществления изобретения.
Промышленная применимость
Использование предлагаемого способа работы нагревательного котла позволяет использовать отработанное тепло различных теплоустановок. Способ работы нагревательного котла позволяет строить высоко экономичные установки с внешним подводом теплоты.