Patent PL-412116-A1 (PL)
Inventor: KOSOWSKI KRZYSZTOF
Filed: 2015-04-24
Abstract: Obieg siłowni cieplnej na nadkrytyczne parametry początkowe i końcowe z regeneratorem na parametry nadkrytyczne składa się z: urządzenia ekspandującego (np. turbiny), do którego dopływa i z którego wypływa czynnik o parametrach nadkrytycznych, regeneratora i wymiennika wysokotemperaturowego, które razem pełnią funkcję wytwornicy pary o parametrach nadkrytycznych, wymiennika niskotemperaturowego i pompy zasilającej, a istota układu polega na tym, że w urządzeniu ekspandującym (np. turbinie) odbywa się ekspansja czynnika od parametrów nadkrytycznych na wlocie do ciśnienia nadkrytycznego na wylocie, a energię cieplną czynnika wypływającego z ekspandera wykorzystuje się w regeneratorze do podgrzewania czynnika za pompą do wysokiej temperatury (limitowanej temperaturą czynnika wypływającego z ekspandera), a następnie para jest dalej podgrzewana dzięki ciepłu ze źródeł zewnętrznych w wymienniku wysokotemperaturowym, a proces sprężania czynnika odbywa się w pompie w zakresie ciśnień nadkrytycznych dla danego czynnika roboczego. Pompa zasilająca (obiegowa) (IV) zwiększa ciśnienie czynnika roboczego w zakresie wartości nadkrytycznych (od ciśnienia nadkrytycznego w punkcie (3) do ciśnienia nadkrytycznego w punkcie (4) i podaje go do podgrzewacza regeneracyjnego (VI), gdzie kosztem ciepła (od punktu (2) do punktu (2a)) odbieranego od pary czynnika roboczego (który już przepracował w ekspanderze) następuje proces podgrzewania czynnika roboczego o ciśnieniu nadkrytycznym (od punktu (4) do punktu (5)). Para z regeneratora (VI) kierowana jest do wymiennika wysokotemperaturowego (V), gdzie zwiększa się jej temperatura kosztem ciepła przekazanego od czynnika grzewczego (np. spalin) (od punktu (5) do punktu (0)). Po wyjściu z wymiennika wysokotemperaturowego (V) czynnik dopływa do ekspandera (I) (np. turbiny), gdzie ekspanduje (od punktu (0) do punktu (2)) i oddaje przy tym moc do napędu generatora elektrycznego (II). Następnie czynnik roboczy dopływa do regeneratora (VI), w którym oddaje swoje ciepło (od punktu (2) do punktuj (2a)) do podgrzewania czynnika roboczego (od punktu (4) do punktu (5)). Z regeneratora (VI) czynnik wpływa do wymiennika niskotemperaturowego (III) i obniża swoją temperaturę od punktu (2a) do punktu (3)), a następnie dopływa do pompy (IV) i cykl się powtarza. Istota wynalazku polega na tym, że ekspansja w ekspanderze (np. turbinie) i sprężanie w pompie odbywa się w zakresie ciśnień nadkrytycznych dla danego czynnika, ciepło dostarczane jest do obiegu w zakresie wysokich temperatur (w wymienniku wysokotemperaturowym), oddawanie ciepła z obiegu odbywa się w wymienniku niskotemperaturowym przy niskiej temperaturze. W stosunku do stosowanych wcześniej obiegów ekspansję w ekspanderze przeprowadza się do ciśnienia końcowego o wartości nadkrytycznej, przez co wyeliminowano skraplacz, który zastąpiono przez wymiennik niskotemperaturowy, ponadto rozszerzono funkcję regeneratora, który pełni rolę wytwornicy pary o wysokich parametrach, a nie tylko funkcję podgrzewacza, jak w stosowanych do tej pory rozwiązaniach. Dzięki tym zabiegom układ według wynalazku odznacza się wysoką sprawnością z uwagi na stosowane wysokie parametry czynnika roboczego, wymiennik niskotemperaturowy z uwagi na dużą gęstość czynnika przy tak dużych ciśnieniach ma znacznie mniejsze wymiary niż zastąpiony przez niego skraplacz o bardzo dużych gabarytach, a turbina posiada mniejszą liczbę stopni i prostszą konstrukcję z uwagi na realizowany w niej mniejszy spadek entalpii w porównaniu od stosowanych obecnie odpowiednich obiegów turbinowych.