энергетический цикл а.в. серогодского

Формула изобретения

Энергетический цикл, использующий в качестве рабочего тела смесь веществ в виде газожидкостного раствора, состоящего из нескольких компонентов, находящихся в жидкой и газовой фазах, в котором в первой рабочей фазе рабочее тело, находящееся при первоначальной температуре, расширяется с совершением работы и последующим отводом тепла, а во второй рабочей фазе сжимается с последующим подводом тепла, отличающийся тем, что расширение рабочего тела и последующий отвод тепла проводят до температуры, при которой рабочее тело разделяется на газовую фазу и жидкую фазу, и после отвода тепла отделяют жидкую фазу от газовой фазы, после чего раздельно сжимают газовую фазу и жидкую фазу, а после сжатия жидкую фазу нагревают путем подвода тепла и смешивают с газовой фазой с образованием рабочего тела при первоначальной температуре.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в двигателестроении, в частности в двигателях, работающих в круговом процессе.

Известен способ работы теплового двигателя, использующий в качестве рабочего тела газожидкостный раствор, обладающий обратной растворимостью по температуре. В первой рабочей фазе рабочее тело расширяется с совершением работы с последующей отдачей тепла, а во второй рабочей фазе сжимается до исходного объема, после чего посредством подвода тепла доводится до первоначальной температуры (см. патент России №2121582, 1997 г.).

Недостатком этого способа является то, что в области обратной растворимости цикл может быть осуществлен только при больших давлениях, что приводит к увеличению веса энергоустановки.

Известен энергетический цикл, в котором используется смесь, где в качестве рабочего тела используется газожидкостный раствор, обладающий обратной растворимостью по температуре. В первой рабочей фазе рабочее тело расширяется с совершением работы. При падении давления и увеличении объема происходит выделение газовой фазы, которое сопровождается выделением тепла, поэтому подводимое тепло может быть меньше. При сжатии происходит растворение газа в жидкости, которое сопровождается поглощением тепла, поэтому работа сжатия уменьшается (см. патент России №2148722 1998 г.).

Недостатком этого способа является то, что высокая эффективность цикла реализуется при достаточно больших давлениях и подвод тепла осуществляется при достаточно высоких температурах, что сужает область использования действующих установок.

Целью настоящего изобретения является расширение области использования энергоустановок, использующих в энергетическом цикле в качестве рабочего тела смесь веществ в виде газожидкостного раствора.

Поставленная цель достигается тем, что в энергетическом цикле А.В.Серогодского, использующем в качестве рабочего тела смесь веществ в виде газожидкостного раствора, состоящего из нескольких компонентов, находящихся в жидкой и газовой фазах, в котором в первой рабочей фазе рабочее тело, находящееся при первоначальной температуре, расширяется с совершением работы и последующим отводом тепла, а во второй рабочей фазе сжимается с последующим подводом тепла, расширение рабочего тела и последующий отвод тепла проводят до температуры, при которой рабочее тело разделяется на газовую фазу и жидкую фазу, и после отвода тепла отделяют жидкую фазу от газовой фазы, после чего раздельно сжимают газовую фазу и жидкую фазу, а после сжатия жидкую фазу нагревают путем подвода тепла и смешивают с газовой фазой с образованием рабочего тела при первоначальной температуре.

Фиг.1 изображает цикл А.В.Серогодского, построенный на экспериментально полученных зависимостях для газожидкостного раствора смеси фреон-бутан.

Фиг.2 изображает зависимость изменения объема жидкой фазы - бутана газожидкостного раствора смеси фреон-бутан при сжатии. Температура в начале сжатия 10°С и конце сжатия 21°С.

В энергетическом цикле А.В.Серогодского рабочее тело представляет собой смесь веществ в виде газожидкостного раствора, который состоит из нескольких компонентов, находящихся в равновесии в жидкой и газовой фазах. При изменении давления и температуры происходят равновесные процессы изменения количества и концентрации фаз, происходящие с тепловыми процессами, величины которых зависят от выбора давления и температуры.

Рассмотрим цикл А.В.Серогодского, изображенный на фиг.1, состоящий из адиабаты расширения 1-2, изобары отвода тепла 2-3, адиабаты сжатия 3-4 и изобары подвода тепла и смешивания жидкой и газовой фаз 4-1. В качестве примера рабочего тела выберем газожидкостный раствор смеси фреон-бутан, в котором фреон составляет газовую фазу, а бутан жидкую фазу. На фиг.1 показана адиабата расширения 1-2 рабочего тела смеси фреон-бутан. Верхнее первоначальное давление 80 бар, нижнее давление в конце расширения 5 бар. Первоначальная температура в начале расширения в точке 1 равна 160°С, температура в конце расширения в точке 2 равна 17°С. Изобара отвода тепла 2-3, температура в точке 3 равна 10°С. Адиабата 3-4 сжатия построена на суммарном объеме адиабаты сжатия газовой фазы - фреона и адиабаты сжатия жидкой фазы - бутана. Начальное давление сжатия фреона и бутана 5 бар, начальная температура сжатия в точке 3 равна 10°С.Бутан сжимают отдельно до давления 80 бар, и в точке 4 температура жидкого бутана равна 21°С. Как показано на фиг.2, объем жидкой фазы при сжатии от 5 бар до 80 бар практически не меняется. Фреон сжимают отдельно до давления 80 бар, и в точке 4 температура фреона равна 185°С. По изобаре 4-1 жидкий бутан нагревают до 50°С и смешивают с фреоном.

Цикл А.В.Серогодского на фиг.1 осуществляется следующим образом.

В точке 1 рабочее тело - газожидкостный раствор смеси фреон-бутан при первоначальной температуре 160°С и давлении 80 бар находится полностью в газообразном состоянии. При расширении по адиабате 1-2 с совершением работы происходит охлаждение рабочего тела и соответственно увеличение доли жидкой фазы бутана. Расширение проводят до температуры 17°С. По изобаре 2-3 отводится тепло от рабочего тела. Температура в точке 3 равна 10°С. При этой температуре при давлении 5 бар бутан полностью переходит из газообразного состояния в жидкое. Фреон в точке 3 остается в газообразном состоянии. При этих условиях в точке 3 жидкую фазу - бутан отделяют от газовой фазы - фреон. В точке 3 фреон находится в газообразном состоянии при давлении 5 бар и начальной температуре сжатия 10°С, а бутан в жидком состоянии при давлении 5 бар и начальной температуре сжатия 10°С. Фреон сжимают отдельно по адиабате до давления 80 бар. В точке 4 при давлении 80 бар температура фреона равна 185°С. Бутан сжимают отдельно по адиабате до давления 80 бар, и в точке 4 температура жидкого бутана равна 21°С. Как показано на фиг.2, объем жидкого бутана при сжатии от 5 бар до 80 бар практически не меняется. В точке 4 при давлении 80 бар нагревают жидкую фазу - бутан до температуры 50°С, после чего смешивают жидкую фазу рабочего тела - бутан и газовую фазу рабочего тела - фреон при постоянном давлении, поэтому характер адиабаты 3-4 определяет газовая фаза - фреон. Адиабата 3-4 построена на суммарном объеме фреона и бутана при сжатии каждого от 5 бар до 80 бар. При смешении жидкого бутана при температуре 50°С и газообразного фреона при температуре 185°С жидкий бутан испаряется. При постоянном давлении объем фреона уменьшается, но за счет испарения жидкого бутана при постоянном давлении объем смеси увеличивается по изобаре 4-1 и в точке 1 образуется рабочее тело - газожидкостный раствор смеси фреон - бутан полностью в газообразном состоянии при первоначальной температуре 160°С. Цикл завершен.

Характерной особенностью цикла А.В.Серогодского является возможность осуществлять подвод тепла в цикл при низкой температуре.

Таким образом, цикл А.В.Серогодского позволяет значительно расширить область использования энергоустановок, использующих в энергетическом цикле в качестве рабочего тела смесь веществ в виде газожидкостного раствора.