RU2339821C2 - Multi-heat-pipe engine - Google Patents
Multi-heat-pipe engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339821C2 RU2339821C2 RU2007100635/06A RU2007100635A RU2339821C2 RU 2339821 C2 RU2339821 C2 RU 2339821C2 RU 2007100635/06 A RU2007100635/06 A RU 2007100635/06A RU 2007100635 A RU2007100635 A RU 2007100635A RU 2339821 C2 RU2339821 C2 RU 2339821C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wick
- chamber
- evaporation
- working
- condensation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в другие виды энергии.The present invention relates to a power system and can be used for the disposal of secondary thermal energy and low-potential thermal energy of natural sources, namely, for the transformation of thermal energy into other types of energy.
Известно устройство (тепловой двигатель) для утилизации тепла огнетехнического агрегата, содержащее последовательно соединенные между собой парогенератор (испарительную камеру), подключенный к огнетехническому агрегату (горячей среде), силовую турбину, конденсатор (конденсационную камеру), питательный насос, подогреватель и воздушный теплообменник [1].A device (heat engine) for heat recovery of a fire-fighting unit is known, comprising a steam generator (evaporation chamber) connected in series to each other, connected to a fire-fighting unit (hot medium), a power turbine, a condenser (condensation chamber), a feed pump, a heater and an air heat exchanger [1 ].
Основными недостатками известного устройства (теплового двигателя) являются невозможность утилизации низкопотенциальных вторичных тепловых энергоресурсов, тепловых ресурсов природных источников, громоздкость конструкции и невозможность работы при изменении ориентации в пространстве, что сужает область его применения и, в конечном счете, снижает его эффективность.The main disadvantages of the known device (heat engine) are the inability to utilize low-potential secondary thermal energy resources, the heat resources of natural sources, the bulkiness of the structure and the inability to work when changing the orientation in space, which narrows the scope of its application and, ultimately, reduces its effectiveness.
Более близким к предлагаемому изобретению является теплотрубный двигатель, который содержит помещенные в одном корпусе, последовательно соединенные между собой: испарительную камеру с канавками, находящуюся в контакте с горячей средой, адиабатно-изоэнтропную (рабочую) камеру, конденсационную камеру, находящуюся в контакте с холодной средой, питательный насос, при этом испарительная камера отделена от рабочей глухой перегородкой с вогнутым перфорированным сепарационным элементом, боковые стенки ее, глухая перегородка и крышка изнутри покрыты фитилем и слоем пористого материала, в рабочей камере стены корпуса также покрыты изнутри фитилем, а через боковые стены ее и фитиль насквозь пропущен вал, на который насажено колесо силовой турбины с лопатками, помещенной в корпус турбины, сообщающийся с испарительной камерой через паровое сопло, патрубок мятого пара, с конденсационной камерой, боковые стенки которой также покрыты изнутри фитилем, являющимся продолжением фитиля рабочей камеры, при этом один конец вала соединен с рабочим органом, а на другой насажен ротор питательного насоса, который сообщается с цилиндрическим резервуаром рабочей жидкости, размещенным в толще фитиля и сообщающимся с ним через поры фитиля на своей наружной поверхности, по центральной оси которого проходит вал, а с испарительной камерой питательный насос соединен напорным трубопроводом, снабженным на конце форсункой [2].Closer to the proposed invention is a heat pipe engine, which contains placed in one housing, connected in series: a vaporization chamber with grooves in contact with a hot medium, an adiabatic-isentropic (working) chamber, a condensation chamber in contact with a cold medium , a feed pump, while the evaporation chamber is separated from the working blind partition with a concave perforated separation element, its side walls, blind partition and lid from the inside covered with a wick and a layer of porous material, in the working chamber the walls of the casing are also covered from the inside with a wick, and through the side walls of it and the wick a shaft is passed through through which a wheel of a power turbine with blades is mounted, placed in the turbine casing, communicating with the vaporization chamber through a steam nozzle, crushed steam pipe, with a condensation chamber, the side walls of which are also covered from the inside with a wick, which is a continuation of the wick of the working chamber, with one end of the shaft connected to the working body and the feeder rotor mounted on the other pump, which communicates with the cylindrical reservoir of the working fluid located in the thickness of the wick and communicating with it through the pores of the wick on its outer surface, the shaft passes along its central axis, and the feed pump is connected to the evaporation chamber by a pressure pipe equipped with an nozzle at the end [2 ].
Основным недостатком известного теплотрубного двигателя является невозможность его использования ввиду малой мощности (меньше 1 кВт) при утилизации низкопотенциального тепла вторичных и природных источников в промышленных масштабах, что сужает область его применения и снижает эффективность.The main disadvantage of the known heat pipe engine is the inability to use it due to the low power (less than 1 kW) when utilizing low-grade heat of secondary and natural sources on an industrial scale, which narrows its scope and reduces efficiency.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является увеличение мощности теплотрубного двигателя и связанные с этим возможность его применения в промышленных масштабах при утилизации тепла (в том числе и низкопотенциального) в различных отраслях народного хозяйства и повышение эффективности.The technical result, the solution of which the invention is directed, is to increase the power of the heat pipe engine and the related possibility of its use on an industrial scale in the utilization of heat (including low potential) in various sectors of the economy and increase efficiency.
Технический результат достигается в мультитеплотрубном двигателе (МТТД), включающем корпус, внутри которого по ходу движения пара расположены испарительная камера, состоящая из вертикальных испарительных гильз, внутренняя поверхность которых частично покрыта полосами пористого материала (фитиля), образующими между собой канавки, и соединенных открытым торцом с сепарационной секцией, внутренняя поверхность которой также покрыта сплошным слоем того же фитиля и в которой расположены передний и задний распределительные коллекторы, снабженные форсунками, размещенными в центре входа в испарительные гильзы, отделенная снизу глухой перегородкой, покрытой фитилем с перфорированным сепарационным элементом, выполненным в виде треугольной призмы, рабочая камера, заполненная другим фитилем, через боковые стенки которой и слои фитиля насквозь пропущен вал, на который насажено колесо силовой турбины, помещенной в корпус турбины, сообщающийся с испарительной камерой через паровое сопло, а через патрубок мятого пара с конденсационной камерой, состоящей из распределительной секции, днище которой через отверстия соединено с конденсационными гильзами, дно которых, в свою очередь, соединено с фитилем рабочей камеры подъемными фитилями, проходящими через центр конденсационных гильз, не касаясь внутренней поверхности их стенок, причем на наружной поверхности боковых стенок рабочей камеры устроены передний и задний питательные насосы, соединенные через всасывающие отверстия с передним и задним резервуарами рабочей жидкости, представляющими собой цилиндрические полости, размещенные в фитиле рабочей камеры и сообщающиеся с ним через поры в наружной поверхности, по центральной оси которых проходит вал, на который насажены роторы питательных насосов, соединенных через напорные трубопроводы с передним и задним коллекторами испарительной камеры, а выходной конец вала соединен также с рабочим органом.The technical result is achieved in a multi-tube engine (MTTD), which includes a housing inside which, in the direction of steam, there is an evaporation chamber consisting of vertical evaporation sleeves, the inner surface of which is partially covered by strips of porous material (wick), forming grooves between each other, and connected by an open end with a separation section, the inner surface of which is also covered with a continuous layer of the same wick and in which the front and rear distribution manifolds are located, nozzles located in the center of the entrance to the evaporator shells, separated from below by a blind partition covered with a wick with a perforated separation element made in the form of a triangular prism, a working chamber filled with another wick, through the side walls of which and layers of the wick a shaft is passed through, through which the shaft is mounted a wheel of a power turbine placed in the turbine casing, communicating with the evaporation chamber through a steam nozzle, and through a nozzle of crushed steam with a condensation chamber consisting of a distribution sec and the bottom of which through openings is connected to condensation sleeves, the bottom of which, in turn, is connected to the wick of the working chamber by lifting wicks passing through the center of the condensation sleeves without touching the inner surface of their walls, and the front and rear feed pumps connected through suction openings to the front and rear reservoirs of the working fluid, which are cylindrical cavities located in the wick of the working chamber and communicating They are connected through pores in the outer surface, along the central axis of which a shaft passes, onto which the rotors of the feed pumps are mounted, connected through pressure pipelines to the front and rear headers of the evaporation chamber, and the output end of the shaft is also connected to the working body.
На фиг.1, 2 представлен общий вид предлагаемого мультитеплотрубного двигателя, на фиг.3 - внутренняя поверхность испарительных гильз 3, на фиг.4 - план размещения гильз 3 и распределительных коллекторов 7 и 8, на фиг.5 - нижняя поверхность испарительной камеры 2.Figure 1, 2 shows a General view of the proposed multi-tube engine, figure 3 - the inner surface of the
МТТД состоит из корпуса 1, внутри которого по ходу движения пара расположены испарительная камера 2, состоящая из испарительных гильз 3, соединенных своими открытыми торцами с крышкой сепарационной секции 4, внутренняя поверхность которых покрыта полосами пористого материала (фитиля) 5, образующими между собой канавки 6, и сплошным слоем фитиля 5, в которой размещены передний и задний распределительные коллекторы 7 и 8, соответственно, снабженные форсунками 9, размещенными в центре входа в испарительные гильзы 3, отделенная снизу глухой перегородкой 10, также покрытой слоем фитиля 5, с перфорированным сепарационным элементом 11, выполненным в виде треугольной призмы 9, рабочая камера 12, заполненная своим фитилем 13, через боковые стенки которой и фитиль 13 насквозь пропущен вал 14, на который насажено колесо силовой турбины 15, помещенной в корпус турбины 16, сообщающийся с испарительной камерой 2 через паровое сопло 17, соединенное со стыковочной кромкой перегородки 10, а через патрубок мятого пара 18 с конденсационной камерой 19, состоящей из распределительной секции 20, днище которой через отверстия соединено с конденсационными гильзами 21, дно которых, в свою очередь, соединено с фитилем 13 подъемными фитилями 22, проходящими через центр конденсационных гильз 21, не касаясь поверхности их внутренних стенок, причем на наружной поверхности торцевых стенок рабочей камеры 12 устроены передний и задний питательные насосы 23 и 24, соответственно соединенные через всасывающие отверстия с передним и задним резервуарами рабочей жидкости 25 и 26, представляющими собой цилиндрические полости, размещенные в фитиле 13 и сообщающиеся с ним через поры в наружной поверхности, по центральной оси которых проходит вал 14, на который насажены роторы насосов 23 и 24, соединенные через напорные трубопроводы 27 и 28 с передним и задним коллекторами 7 и 8 испарительной камеры 2 соответственно, а выходной конец вала 14 соединен также с рабочим органом (на фиг.1 не показан).MTTD consists of a
В основе работы предлагаемого МТТД лежит основной цикл паросиловой установки - цикл Ренкина, согласно которому положительная работа расширения пара в турбине значительно превышает отрицательную работу насоса по сжатию конденсата [3, с.117], и высокая эффективность передачи теплоты в тепловых трубах, обусловленная высокими значениями коэффициента теплопередачи в процессах испарения и конденсации [4, с.146], которые делятся на три участка: зона испарения (подвода теплоты), адиабатная зона (переноса теплоты) и зона конденсации (отвода теплоты), покрытых изнутри фитилем и частично заполненных рабочей жидкостью-переносчиком теплоты, в качестве которой используются вода, спирты, хладоны, жидкие металлы и т.д. [5, с.106].The work of the proposed MTTD is based on the main cycle of the steam power plant - the Rankine cycle, according to which the positive work of steam expansion in the turbine significantly exceeds the negative work of the condensate compression pump [3, p. 117] and the high efficiency of heat transfer in heat pipes due to high values heat transfer coefficient in the processes of evaporation and condensation [4, p.146], which are divided into three sections: the evaporation zone (heat input), the adiabatic zone (heat transfer) and the condensation zone (heat removal), p covered inside the wick and partially filled with a working fluid heat-carrier, which are used as water, alcohols, freons, liquid metals, etc. [5, p.106].
Предлагаемый МТТД работает следующим образом.The proposed MTTD works as follows.
Предварительно перед началом работы из камер 2, 9, 17 МТТД удаляют воздух и закачивают рабочую жидкость, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред, отдельно в испарительную камеру 2 до полного насыщения фитиля 5 и совместно в рабочую и конденсационную камеры 12 и 19 соответственно (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1 не показаны), в количестве, достаточном для заполнения объема пор фитилей 13 и 22, резервуаров рабочей жидкости 25, 26, насосов 23, 24 и напорных трубопроводов 27, 28 с коллекторами 7 и 8, после чего корпус 1 МТТД устанавливают таким образом, чтобы испарительная камера 2 с испарительными гильзами 3 контактировала с горячей средой, а конденсационная камера 10 с конденсационными гильзами 21 - с холодной. В результате нагрева испарительных гильз 3 испарительной камеры 2 происходит испарение рабочей жидкости в канавках 6, находящейся в фитиле 5, который предотвращает образование паровой пленки на внутренней поверхности торца и таким образом интенсифицирует процесс испарения [6, с.22], образуется пар, создается давление в испарительной камере 2, полученный пар, проходя через перфорированный сепарационный элемент 11, освобождается от уносимых капель рабочей жидкости, которая отбрасывается на поверхность фитиля 5 и транспортируется им в испарительные гильзы 3, через паровое сопло 17 поступает на лопатки колеса силовой турбины 15, вращая его совместно с валом 14, который сообщает вращательное движение роторам питательных насосов 23 и 24 и вращающий момент М на рабочем конце вала 14, в результате чего в корпусе турбины 16 происходит изоэнтропное теплопадение пара с одновременным снижением его температуры и давления [3, с.331], после чего отработавший пар через патрубок мятого пара 18 попадает в конденсационную камеру 19 через распределительную секцию 20, где давление пара уменьшается еще в результате его дальнейшего расширения, откуда равномерно распределяется по конденсационным гильзам 21, конденсируется там за счет контакта наружной поверхности конденсационных гильз 21 с холодной средой, после чего образовавшийся конденсат всасывается подъемными фитилями 22 в поры фитиля 13, откуда под воздействием капиллярных сил и разрежения, создаваемого насосами 23 и 24, адиабатно [5, с.106] транспортируется в резервуары рабочей жидкости 25 и 26, откуда насосами 23 и 24 через напорные трубопроводы 27 и 28, коллекторы 7 и 8 и форсунки 9 под давлением, величина которого определяется рабочим давлением пара в испарительной камере 2, рабочая жидкость разбрызгивается по внутренней поверхности испарительных гильз 3, испаряется с поверхности канавок 6, в соответствии с вышеописанным процессом цикл повторяется. При этом парная установка питательных насосов 23 и 24, резервуаров 25 и 26, напорных трубопроводов 27 и 28 коллекторов 7 и 8 с форсунками 9 обусловлена необходимостью обеспечения равномерной нагрузки на фитиль 13 и равномерного распределения рабочей жидкости в испарительные гильзы 3.Before starting work, air is removed from the
Таким образом, конструкция предлагаемого МТТД обеспечивает возможность получения механической энергии за счет утилизации вторичных тепловых энергоресурсов различного потенциала (энергии сбросных вод, отходящих газов и т.д.), тепловых ресурсов природных источников (энергии солнца, воды и т.д.) в значительном количестве (на несколько порядков больше, чем в известном теплотрубном двигателе (ТТД) [2] за счет многократного увеличения площади контакта с горячей и холодной средами) при любой ориентации в пространстве, что позволяет использовать его в промышленных масштабах и обеспечивает его высокую эффективность в различных отраслях народного хозяйства.Thus, the design of the proposed MTTD provides the possibility of obtaining mechanical energy through the utilization of secondary thermal energy resources of various potentials (energy from waste water, exhaust gases, etc.), heat resources of natural sources (energy from the sun, water, etc.) quantity (several orders of magnitude greater than in the well-known heat pipe engine (TTD) [2] due to the multiple increase in the area of contact with hot and cold media) for any orientation in space, which allows you to use its industrial scale and ensures its high efficiency in various sectors of the economy.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. А.с. №769038, Мкл. F01K 17/06, 1980.1. A.S. No. 769038, Ml. F01K 17/06, 1980.
2. Патент РФ №2287709, МПК F/01K 25/00, 2006.2. RF patent No. 2287709, IPC F / 01K 25/00, 2006.
3. И.Н.Сушкин. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, 480 с.3. I.N.Sushkin. Heat engineering. - M.: Metallurgy, 1973, 480 p.
4. А.Н.Плановский, П.И.Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия, 1987, 496 с.4. A.N. Planovsky, P.I. Nikolayev. Processes and devices of chemical and petrochemical technology. - M.: Chemistry, 1987, 496 p.
5. В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, 170 с.5. V.V. Kharitonov et al. Secondary heat and energy resources and environmental protection. - Minsk: Ab. School, 1988, 170 p.
6. Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. трудов. М.: - 1990, 157 с.6. Heat pipes and heat exchangers: from science to practice. Collection of scientific labor. M .: - 1990, 157 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007100635/06A RU2339821C2 (en) | 2007-01-09 | 2007-01-09 | Multi-heat-pipe engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007100635/06A RU2339821C2 (en) | 2007-01-09 | 2007-01-09 | Multi-heat-pipe engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007100635A RU2007100635A (en) | 2008-07-20 |
RU2339821C2 true RU2339821C2 (en) | 2008-11-27 |
Family
ID=40193417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007100635/06A RU2339821C2 (en) | 2007-01-09 | 2007-01-09 | Multi-heat-pipe engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2339821C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449134C2 (en) * | 2010-05-05 | 2012-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) | Steam turbine multiheat-pipe plant |
-
2007
- 2007-01-09 RU RU2007100635/06A patent/RU2339821C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2449134C2 (en) * | 2010-05-05 | 2012-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) | Steam turbine multiheat-pipe plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007100635A (en) | 2008-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2320879C1 (en) | Coaxial-face thermal tube engine | |
US5784886A (en) | Hydro-air renewable power system | |
RU2339821C2 (en) | Multi-heat-pipe engine | |
US4617800A (en) | Apparatus for producing power using concentrated brine | |
US20210341187A1 (en) | Heat pump apparatus and district heating network comprising a heat pump apparatus | |
RU2366821C1 (en) | Heat-pipe axial engine | |
CN109282272B (en) | Superheated steam heat drying system and method based on absorption heat pump | |
RU2352792C1 (en) | Multi-pipe heat and power plant | |
CN103539215B (en) | Sewage treatment systems and technique | |
RU2283461C1 (en) | Heat pipe refrigeration plant | |
RU2287709C2 (en) | Heat pipe engine | |
RU2320939C1 (en) | Cooling machine including several heat pipes | |
RU2320878C1 (en) | Coaxial thermal tube engine | |
RU2379526C1 (en) | Coaxial multi-tube engine | |
RU2449134C2 (en) | Steam turbine multiheat-pipe plant | |
RU2564483C2 (en) | Multiple heat-pipe steam-turbine plant with capillary condenser | |
RU2371612C1 (en) | Heat-tube pump | |
RU2439449C1 (en) | Multiple heat pipe steam ejector refrigerating machine | |
RU2454549C1 (en) | Coaxial stepped multiple-heat-pipe engine | |
RU2406945C2 (en) | Thermal-pipe steam-ejector cooling machine | |
RU2376698C1 (en) | Multi-heat tube electrostatic generator | |
RU2489575C1 (en) | Steam turbine solar thermal pipe plant | |
RU65395U1 (en) | Desalination plant | |
RU2805472C1 (en) | Multi-heat tube plate heat exchanger | |
RU2367872C1 (en) | Multipipe heat exchanger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090110 |