УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ РАБОЧИХ ТЕЛ

Область техники.
Объект относится к устройству для снижения давления газообразных рабочих тел при сопутствующем процессе производства механической энергии.
Уровень техники
Принятая в 2011 году правительством ФРГ программа перехода на альтернативные источники энергии включает две важнейшие задачи: с одной стороны, замена энергии, получаемой из органического топлива, возобновляемой энергией и, с другой стороны, повышение энергоэффективности процессов преобразования.
Для повышения энергоэффективности был принят, в частности, Закон о когенерации (Закон KWK = Kraft-Wärme-Kopplung = объединение выработки тепловой и электрической энергии). Закон KWK предусматривает, в частности, минимальный КПД используемой первичной энергии в качестве когенерированной сети тепловой и электрической энергии.
Из публикации «Регулирование паросиловых установок», П. Профос, М., Энергия, 1967 известно устройство, включающее средства разряжения среды, подключенные параллельно со средствами снижения давления, причем средства снижения давления и средства разряжения среды предназначены для снижения давления газообразного рабочего тела, причем часть газообразного рабочего тела пропускают через средства разряжения среды, и причем средства разряжения среды предназначены для преобразования, по меньшей мере, части высвобожденной при снижении давления энергии за счет разряжения газообразного рабочего тела в механическую энергию, и причем средства снижения давления выполнены в виде, по меньшей мере, редукционного клапана. Эта публикация не раскрывает и не подразумевает возможность включения средств снижения давления в случае неисправности средств разряжения среды.
Такое устройство известно также из международной патентной заявки WO 2009/028232 и из патентной заявки GB 567404. Однако, из патентной заявки WO 2009/028232 и из патентной заявки GB 567404 не известна возможность включения средств снижения давления в случае неисправности средств разряжения среды.
Раскрытие полезной модели.
Исходя из этого, задачей полезной модели является обеспечение повышенной энергоэффективности сетей с газообразными рабочими телами, например, паровой сети.
Эту задачу согласно первому объекту изобретения предметно решают с помощью устройства, включающего средства снижения давления, средства разряжения среды, применяемые одновременно со средствами снижения давления и устройство которых предназначено для снижения давления газообразного рабочего тела путем проведения части газообразного рабочего тела через средства разряжения среды, а также для преобразования, по меньшей мере, части высвобождаемой при снижении давления энергии в механическую энергию за счет разряжения газообразного рабочего тела, и причем средства снижения давления выполнены в виде, по меньшей мере, редукционного клапана; причем устройство включает средства преобразования энергии, предназначенные для преобразования преобразованной средствами разряжения среды механической энергии в электрическую энергию, и причем средства снижения давления предназначены для включения в случае неисправности средств разряжения среды.
Эту задачу согласно второму объекту полезной модели предметно решают с помощью системы, включающей сеть распределения газообразного рабочего тела, средства подготовки рабочего тела, подключенные к сети и устройство которых предназначено для питания сети рабочим телом при определенном давлении, и устройство согласно второму аспекту полезной модели, подключенному к сети таким образом, что, по меньшей мере, часть газообразного рабочего тела, подаваемого в сеть средствами подготовки рабочего тела, подают в устройство со стороны входа, при этом устройство предназначено для вывода подаваемого со стороны входа газообразного рабочего тела со стороны выхода со сниженным давлением.
Устройство может включать, например, средства распределения газообразного рабочего тела, соединенные со средствами разряжения среды и средствами снижения давления. Эти средства распределения газообразного рабочего тела предназначены для направления части газообразного рабочего тела к средствам разряжения среды и для ее разряжения средствами разряжения среды. Эта часть может составлять 100% газообразного рабочего тела, направляемого к средствам распределения газообразного рабочего тела, причем в этом случае средства распределения газообразного рабочего тела не подают его к средствам снижения давления и газообразное рабочее тело в полном объеме поступает к средствам разряжения среды. В этом случае средства разряжения среды можно рассматривать, например, в качестве байпаса для средств снижения давления, причем средства разряжения среды расположены параллельно средствам снижения давления таким образом, что газообразное рабочее тело можно направлять целиком, минуя средства снижения давления, через средства разряжения среды. Таким образом, например, в работающем оборудовании можно полностью обойти имеющееся средство снижения давления, выполнено, например в виде, по меньшей мере, редукционного клапана, через средство разряжения среды, которое можно, например, дополнительно подключить, и, таким образом, средства разряжения среды смогут решать, например, ту же самую или аналогичную средствам снижения давления задачу. Однако задачей средств снижения давления остается снижение давления. Средства снижения давления можно подключить в случае неисправности средства разряжения среды и обеспечить этим необходимое снижение давления, причем в этом случае неисправности средства распределения газообразного рабочего тела можно переключить, например, таким образом, что газообразное рабочее тело будет направлено, например, полностью или большей частью через средства снижения давления.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предложено пропускать дополнительную часть газообразного рабочего тела через средства снижения давления. Средства распределения газообразного рабочего тела могут быть предназначены, например, для подачи части газообразного рабочего тела к средствам разряжения среды, которая может составлять от более 0% до менее 100% общей доли газообразного рабочего тела, подаваемого к средствам распределения, таким образом, эта часть газообразного рабочего тела является той долей рабочего тела, которую направляют через средства разряжения среды, а устройство средств распределения предназначено одновременно для направления остальной части газообразного рабочего тела через средства снижения давления. В этом случае средства разряжения среды можно рассматривать в качестве байпаса, подключенного параллельно средствам обратного снижения давления, причем направляемая через средства разряжения среды часть газообразного рабочего тела представляет собой меньшую часть газообразного рабочего тела, подаваемого к средству распределения. Таким образом, в этом случае средства снижения давления и средства разряжения среды способствуют понижению давления газообразного рабочего тела.
Средства распределения газообразного рабочего тела могут, например, выделять из газообразного рабочего тела наряду с долей, проводимой через средства разряжения среды, и последующей долей также одну или несколько других долей газообразного рабочего тела.
Средства подготовки рабочих сред приспособлены к типу соответствующего газообразного рабочего тела. Если газообразное рабочее тело является паром, то средств подготовки рабочих сред может быть парогенератором, например, паровым котлом. Средство подготовки рабочих сред может быть также, например, газогенератором на биомассе или компрессором, или же любым другим средством подготовки рабочих сред для подготовки газообразного рабочего тела.
Газообразное рабочее тело может представлять собой, например, парообразное рабочее тело для парораспределительной сети или газообразное рабочее тело для углекислой сети, или рабочим телом, состоящим главным образом из воздуха, для пневмосетей, или, например, рабочим телом, содержащим природный газ, для газораспределительных сетей, или, например, азотом для азотных сетей.
Кроме этого давление газообразного рабочего тела может находиться в диапазоне низкого давления, например от 1 до 10 бар, в частности, до 5 бар или до 3 атм. Однако давление газообразного рабочего тела может отклоняться от этих параметров.
Средства снижения давления предназначены для снижения давления остальной части газообразного рабочего тела, подаваемого со стороны входа, и для подачи со стороны выхода первой доли газообразного рабочего тела с пониженным давлением в случае, если средства понижения давления не удалось полностью обойти через средства разряжения среды.
Средства разряжения среды предназначены для понижения давления части газообразного рабочего тела, подаваемого со стороны входа, и для подачи со стороны выхода соответствующей доли газообразного рабочего тела с пониженным давлением.
Кроме этого средства разряжения среды предназначены для преобразования, по меньшей части, доли высвобождаемой при снижении давления энергии за счет разряжения газообразного рабочего тела в механическую энергию. Такое разряжение можно обеспечить расширением газообразного рабочего тела, например, за счет инверсного режима работы компрессора. Преобразованную энергию можно выводить, например, на выходе, например, через вал или цепь и т.п.
Средства разряжения среды предназначены для производства механической энергии при снижении давления. Таким образом, устройство средств разряжения среды предназначено, например, для преобразования, по меньшей мере, части эксэргии первой доли газообразного рабочего тела, подаваемой со стороны входа в анергию, за счет чего происходит разряжение с последующим производством мощности. Такое преобразование эксэргии в анергию возможно, например, путем снижения температуры второй доли газообразного рабочего тела при разряжении средствами разряжения среды, при этом тепловую энергию преобразуют в механическую энергию. Соответственно температура доли газообразного рабочего тела со стороны выхода может быть ниже температуры доли газообразного рабочего тела со стороны входа. Таким образом, средства разряжения среды можно рассматривать в качестве KWK-средств когенерации (Kraft-Wärme-Kopplung = объединение выработки тепловой и электрической энергии).
Тем самым посредством средств разряжения среды устройства можно преобразовать, по меньшей мере, часть эксэргии газообразного рабочего тела в механическую энергию.
Согласно одному из предпочтительных вариантов полезной модели устройство средств снижения давления не предполагает вырабатывание механической энергии.
Средства снижения давления могут быть устроены, например, таким образом, что температура подаваемой при необходимости со стороны входа дополнительной доли газообразного рабочего тела остается в процессе снижения давления средствами снижения давления главным образом неизменной, за счет чего температура подаваемой средствами снижения давления следующей доли газообразного рабочего тела с пониженным давлением со стороны выхода главным образом равна или близка к температуре подаваемой со стороны входа последующей доли газообразного рабочего тела. Таким образом, устройство средств снижения давления предназначено для снижения давления без производства мощности.
Средством снижения давления является, по меньшей мере, редукционный клапан.
Средства разряжения среды преобразуют механическую энергию в электрическую энергию.
Средства разряжения среды могут также включать средства преобразования энергии, устройство которых предназначено для преобразования преобразованной средствами разряжения среды механической энергии в электрическую энергию. В данном варианте альтернативным выходом может быть выход для выведения преобразованной электрической энергии. Таким средством преобразования энергии может быть генератор, приводимый в действие механической энергией и преобразующий механическую энергию в электрическую энергию.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения - проводимый средствами разряжения среды процесс разряжения доли рабочего тела, подаваемого через средства разряжения среды, осуществляют по линейно направленному процессу разряжения.
Подаваемая со стороны выхода средствами разряжения среды доля газообразного рабочего тела со сниженным давлением поступает в данном линейно направленном процессе на вход средств разряжения среды не в какой-то произвольной форме, как это имеет место при циклическом процессе.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения - средством разряжения среды служит устройство противодавления.
В устройстве противодавления давление на выходе, например, выше атмосферного давления устройства, например, расчетного давления, т.е. выше, чем примерно 1013,25 мбар.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения газообразным рабочим телом служит парообразное рабочее тело, а преобразование средствами разряжения среды, по меньшей мере, части высвобожденной при снижении давления энергии в механическую энергию включает преобразование, по меньшей мере, части эксэргии пара доли газообразного рабочего тела, проводимой через средства разряжения среды, в анергию пара.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения преобразование средствами разряжения среды, по меньшей мере, части высвобождаемой при снижении давления энергии происходит путем преобразования тепловой энергии в механическую энергию.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения в энергию пара преобразуют только часть эксергии пара, которую пропускают через средство разряжения среды и которой достаточно для использования температуры разряженной средствами разряжения среды части рабочего тела для последующего нагрева.
Средства разряжения среды могут быть, например, рассчитаны таким образом, что в анергию преобразуют только долю части парообразного рабочего тела, которую пропускают через средства разряжения, достаточную для того, чтобы температура разряженной средствами разряжения среды части рабочего тела была достаточна для выполнения задачи последующего нагрева в связанном с устройством поглотителе. Для этого поглотителя необходима, например, определенная минимальная температура для обеспечения функциональности поглотителя. Если температура подаваемых в устройство газообразных рабочих тел превышает эту минимальную температуру поглотителя, то средства разряжения среды могут быть рассчитаны таким образом, что температуру газообразной части рабочего тела со сниженным давлением на выходе средства разряжения среды понижают по сравнению с температурой, подаваемой на входе части газообразного рабочего тела, чтобы температура сведенных газообразных рабочих тел со сниженным давлением была, главным образом, равна минимальной температуре поглотителя или превышала минимальную температуру поглотителя.
Это, с одной стороны, может обеспечить снабжение поглотителя газообразным рабочим телом с достаточной минимальной температурой с одновременным снижением давления пропускаемого через устройство газообразного рабочего тела до необходимого в поглотителе уровня давления и, с другой стороны, преобразование, по меньшей мере, части пропускаемой через средства разряжения среды устройства тепловой энергии рабочего тела, которая не нужна для обеспечения функционирования поглотителя, в механическую энергию.
За счет этого можно получить механическую энергию из подаваемого в устройство газообразного рабочего тела без потери функциональности поглотителя и без использования дополнительного топлива.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения - дополнительная часть рабочего тела с давлением, сниженным средствами понижения давления, и часть рабочего тела с давлением, сниженным средствами разряжения среды, сводят в рабочее тело со сниженным давлением. Это возможно, в частности, когда часть газообразного рабочего тела пропускают через средства понижения давления для сведения после снижения давления средствами разряжения среды и средствами понижения давления соответствующих долей газообразного рабочего тела перед их подачей, например, в поглотитель.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения - средства разряжения среды включают, по меньшей мере, следующие устройства: паровой поршневой двигатель, паровой двигатель с винтовым поршнем, двигатель с вращающимся поршнем, ротационную воздуходувку и спиральный двигатель.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения - газообразное рабочее тело является частью системы низкого давления.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения - способ применяют в одной из следующих сетей: паровой сети, углекислой сети, пневмосети, азотной сети и газораспределительной сети.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения - система включает, по меньшей мере, один поглотитель газообразного рабочего тела, причем устройство со стороны выхода соединено с, по меньшей мере, одним поглотителем, по меньшей мере, одного поглотителя.
Сеть может включать, например, трубы для подачи газообразного рабочего тела и, по меньшей мере, средство разделения газообразного рабочего тала на, по меньшей мере, две части.
По меньшей мере, каждый из поглотителей, должен иметь определенную минимальную температуру подаваемого от соответствующего устройства газообразного рабочего тела для обеспечения функциональности устройства.
Если система включает несколько поглотителей, то каждое из устройств может, например, согласно второму аспекту полезной модели быть подключено к одному из, по меньшей мере, двух поглотителей из числа поглотителей таким образом, что соответствующее устройство подает предоставленное рабочими средствами подготовки газообразное рабочее тело со сниженным давлением на поглотитель соответствующего устройства.
Так, например, подготовленные средствами подготовки рабочих тел газообразные рабочие тела могут иметь такой уровень выходного давления и/или выходной температуры, что после подачи через сеть в соответствующий поглотитель с наивысшим уровнем минимального давления и/или наивысшим уровнем минимальной температуры из, по меньшей мере одного поглотителя, являются входным рабочим телом с минимальным уровнем давления и/или температуры для этого поглотителя.
Уровень минимальной температуры первого поглотителя может быть, например, ниже выходной температуры произведенных средствами подготовки рабочих тел газообразных рабочих тел. Кроме этого заданный уровень давления первого поглотителя ниже уровня выходного давления произведенных средствами подготовки рабочих тел газообразных рабочих тел.
Система включает первое устройство согласно второму объекту изобретения, расположенное между первым поглотителем и средствами подготовки рабочих тел, что обеспечивает направление, по меньшей мере, части подаваемого средствами подготовки рабочих тел в сеть газообразного рабочего тела со в первое устройство стороны входа, причем первое устройство предназначено для выведения со стороны выходы поданного со стороны входа газообразного рабочего тела, но со сниженным давлением, которое затем подают в первый поглотитель. Давление этого газообразного рабочего тела со сниженным давлением может соответствовать расчетному давлению первого поглотителя. Одновременно средства разряжения среды первого устройства преобразуют, по меньшей мере, часть высвобожденной при снижении давления энергии в механическую энергию.
Так как необходимая для первого поглотителя минимальная температура ниже выходной температуры и, тем самым, ниже температуры подаваемого со стороны входа первого устройства газообразного рабочего тела, средства разряжения среды первого устройства могут быть выполнены, например, таким образом, что в анергию преобразуют только столько эксэргии второй части газообразного рабочего тела, чтобы температура разряженной средствами разряжения среды второй части рабочего тела была достаточна для последующего нагрева соединенного с первым устройством первого поглотителя. Средства разряжения среды могут быть выполнены, например, таким образом, чтобы температура газообразной части рабочего тела со сниженным давлением, пропускаемого через средства разряжения среды, была настолько ниже температуры подаваемого со стороны входа газообразного рабочего тела, что температура выпускаемых первым устройством компонентных газообразных рабочих тел со сниженным давлением будет, главным образом, соответствовать минимальной температуре первого поглотителя или будет выше минимальной температуры первого поглотителя. Если средства распределения газообразного рабочего тела устроены, например, таким образом, что газообразные рабочие тела пропускают полностью или почти полностью через средства разряжения среды, то сведенные газообразные рабочие тела на выходе первого устройства являются выпускаемой средствами разряжения среды долей газообразного рабочего тела со сниженным давлением, так как через средства снижения давления газообразное рабочее тело не пропускают.
Поэтому часть тепловой энергии пара, которая абсолютно не нужна в поглотителе для обеспечения его функциональности, по меньшей мере, частично преобразуют средствами разряжения среды в механическую энергию.
Для каждого из, по меньшей мере, двух поглотителей системы, соответствующая выходная температура которой ниже выходной температуры подаваемого в сеть средствами подготовки рабочих тел газообразного рабочего тела, может быть предусмотрено устройство по второму аспекту полезной модели, которое средствами разряжения среды соответствующего устройства преобразует в механическую энергию, по меньшей мере, часть неиспользуемой тепловой энергии подаваемого в соответствующий поглотитель газообразного рабочего тела.
Это может обеспечить повышение энергоэффектиности сети, причем механическую энергию и соответственно, например, электроэнергию можно получать посредством снижения давления с помощью, по меньшей мере, устройства согласно второму аспекту полезной модели без применения дополнительного топлива.
Сеть может включать и дополнительный поглотитель, соединенный со средствами подготовки рабочих тел, без соединения устройства по второму аспекту полезной модели между поглотителем и средствами подготовки рабочих тел.
Средства подготовки рабочих тел могут иметь, например, такие параметры и\или управление, что производимое газообразное рабочее тело имеет такую выходную температуру, что и соответствующие поглотители с наивысшей минимальной температурой поглотителя из общего числа поглотителей обеспечивают через сеть газообразными рабочими телами, температура которых достаточна для данного поглотителя. Этот поглотитель может быть, например, дополнительным поглотителем.
Таким образом, средства подготовки рабочих тел системы могут быть выполнены таким образом, что и поглотитель с наивысшей минимальной температурой обеспечивают газообразным рабочим телом, температура которого достаточна для данного поглотителя, а, по меньшей мере, другой поглотитель из общего числа поглотителей может быть подключен к соответствующему устройству по второму аспекту полезной модели, чтобы обеспечить со стороны входа снабжение этого устройства, по меньшей мере, частью газообразного рабочего тела, подаваемого в сеть средствами подготовки рабочих тел, причем это устройство предназначено для выведения со стороны выхода подаваемого со стороны входы газообразного рабочего тела уже со сниженным давлением, которое затем подают в соответствующий поглотитель, причем средства разряжения среды соответствующего устройства одновременно преобразуют, по меньшей мере, часть высвобожденной при снижении давления энергии в механическую энергию.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения - сеть представляет собой газораспределительную сеть.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления полезной модели - сеть представляет собой один из следующих видов: паровую сеть, сеть углекислого газа, пневмосеть, азотную сеть и газораспределительную сеть.
Краткое описание чертежей
На фигурах изображено:
Фиг. 1 - пример устройства по одному из вариантов осуществления изобретения
Фиг. 2 - пример способа по одному из вариантов осуществления изобретения
Фиг. 3 - пример системы по одному из вариантов осуществления изобретения
Осуществление изобретения
На Фиг. 1 изображен пример устройства 100 по одному из вариантов осуществления изобретения. Далее следует пояснение к устройству 100 и к изображенному на Фиг. 2 примеру способа 200 по одному из вариантов осуществления изобретения.
Устройство 100 включает средства 110 снижения давления и средства 120 разряжения среды, причем средства 120 разряжения среды расположены параллельно средствам 110 снижения давления. Расположенные параллельно средствам 110 снижения давления средства 120 разряжения среды предназначены для снижения давления газообразного рабочего тела 150, как это отображает этап 210 на Фиг. 2, причем часть 121 газообразного рабочего тела 150 пропускают через средства 120 разряжения среды, а, при необходимости, через средства 110 снижения давления пропускают другую часть 111 газообразного рабочего тела 150.
Устройство 100 может включать, например, средства 130 распределения газообразного рабочего тела 150, соединенные со средствами 120 разряжения среды и средствами 110 снижения давления. Эти средства 130 распределения газообразного рабочего тела 150 предназначены для направления к средствам разряжения среды части 121 газообразного рабочего тела 150 для снятия давления. Эта часть 121 может составлять 100% подаваемого к средствам 130 распределения газообразного рабочего тела 150, причем в этом случае средства 130 распределения газообразного рабочего тела 150 не подают газообразное рабочее тело к средствам 110 снижения давления, а все газообразное рабочее тело 150 поступает к средствам 120 разряжения среды. В этом случае средства 120 разряжения среды можно рассматривать в качестве байпаса к средствам 110 снижения давления, причем средства 120 разряжения среды расположены параллельно средствам 110 снижения давления таким образом, чтобы можно было направлять газообразное рабочее тело 150 полностью, минуя средства 110 снижения давления, через средства 120 разряжения среды. Таким образом, например в работающей установке, можно полностью обойти имеющееся средство 110 снижения давления, включающее, по меньшей мере, редукционный клапан, через средства 120 разряжения среды, которые можно, например, подключить дополнительно, и тем самым средства 120 разряжения среды смогут выполнять, например, такую же или аналогичную задачу снижения давления, которую до этого выполняли средства 110 снижения давления. Задачей средств 110 снижения давления и дальше остается снижение давления. Средства 110 снижения давления включают в случае неисправности средств разряжения среды и они обеспечивают снижения давления до необходимого уровня, причем при таком отказе средства 130 распределения газообразного рабочего тела 150 можно переключить таким образом, что газообразное рабочее тело 150 полностью или большей частью будет направлено через средства 110 снижения давления.
Устройство средств 130 распределения газообразного рабочего тела может быть однако предназначено, например, для подачи к средствам 110 разряжения среды части 121 газообразного рабочего тела 150, причем эта часть 121 может составлять от более чем 0% до менее чем 100% общего объема подаваемого средствами распределения газообразного рабочего тела 150 и являться частью 121 газообразного рабочего тела, подаваемого через средства разряжения среды, причем средства 130 распределения одновременно предназначены для направления другой части 111 газообразного рабочего тела 150 через средства 110 снижения давления. В этом случае средства 120 разряжения среды можно рассматривать в качестве размещенного параллельно средствам 110 снижения давления байпаса, причем подаваемую через средства 120 разряжения среды часть 121 газообразного рабочего тела 150 подмешивают в газообразное рабочее тело 150, подаваемое к средствам 130 для его распределения. Таким образом, как средства 110 снижения давления, так и средства 120 разряжения среды выполняют в этом случае задачу снижения давления газообразного рабочего тела.
Средства 130 распределения газообразного рабочего тела могут выделять из газообразного рабочего тела наряду с частью 121, подаваемой через средства 120 разряжения среды, и другой частью 111 еще одну или несколько частей (на Фиг. 1 не изображено).
Газообразное рабочее тело 150 может быть, например, парообразным рабочим телом для паровой сети, газообразным рабочим телом для углекислой сети или состоящим главным образом из воздуха рабочим телом для пневмосети, или, например, содержащим природный газ рабочим телом для газораспределительной сети, или азотом для азотной сети.
Кроме этого давление газообразного рабочего тела 150 может быть в диапазоне низкого давления, например от 1 бар до 10 бар, в частности, до 5 бар или до 3 бар. Однако диапазон давления газообразных рабочих тел может также отличаться от вышеназванного.
Средства 110 снижения давления предназначены для снижения давления подаваемой при необходимости со стороны входа другой части 111 газообразного рабочего тела 150 и для выделения последующей части 112 газообразного рабочего тела 150 с соответственно сниженным давлением.
Средства 110 снижения давления не предназначены, например, для вырабатывания механической энергии. Средства 110 снижения давления могут быть предназначены, например, для того, чтобы входная температура последующей части 111 газообразного рабочего тела 150 оставалась в процессе снижения давления средствами 110 снижения давления главным образом постоянной, благодаря чему выходная температура последующей части 112 газообразного рабочего тела 150 со сниженным давлением, выдаваемая средсивами 110 снижения давления, главным образом равна или аналогична входной температуре последующей части 111 газообразного рабочего тела 150. Тем самым средства 150 снижения давления могут быть предназначены для осуществления снижения давления без затрат мощности. Средство 110 снижения давления включает - один или несколько редукционных клапанов.
Средств 120 разряжения среды предназначены для снижения давления входной части 121 газообразного рабочего тела 150 и для подачи выходной части 122 газообразного рабочего тела 150 с соответственно сниженным давлением.
Кроме этого средства 120 разряжения среды предназначены для преобразования, по меньшей мере, части энергии, высвобожденной при снижении давления путем разряжения среды, в механическую энергию, как это отображает этап 220 на Фиг. 2. Эту механическую энергию можно вывести, например, через опциональный выход 125, например, на вал или цепь и т.п. Средства 120 разряжения среды включают также средства преобразования энергии (на Фиг. 1 не изображено), устройство которых предназначено для преобразования преобразованной средствами разряжения среды механической энергии в электрическую энергию. В этом случае опциональный выход 125 может служить выходом для преобразованной электрической энергии. Эти средства преобразования энергии могут включать, например, генератор с приводом от механической энергии, преобразующий механическую энергию в электрическую.
В отличие от средств 110 снижения давления средства 120 разряжения среды предназначены для выработки механической энергии в процессе снижения давления. Таким образом, средства 120 разряжения среды предназначены, например, для преобразования в процессе разряжения в анергию, по меньшей мере, части эксэргии доли 121 газообразного рабочего тела 150, подаваемой со стороны входа, за счет чего разряжение проходит с последующим выделением мощности. Такое преобразование эксэргии в анергию можно осуществить, например, путем снижения температуры части 121 газообразного рабочего тела 150, подаваемого на средства 120 разряжения среды, в процессе разряжения этими средствами, причем тепловую энергию преобразуют в механическую энергию. Соответственно выходная температура части 122 газообразного рабочего тела 150 средств 120 разряжения среды может быть ниже входной температуры части 121 газообразного рабочего тела 150. Таким образом, средства 12 разряжения среды можно рассматривать в качестве средств KWK (KWK = Kraft-Wärme-Kopplung = объединение выработки тепловой и электрической энергии).
Таким образом, с помощью средств 120 разряжения среды устройства 100 можно преобразовать, по меньшей мере, часть эксэргии газообразного рабочего тела 150 в механическую энергию.
Устройство 100 может включать, например, средства 140 для сведения первой доли 112 газообразного рабочего тела 150 со сниженным давлением и второй доли 122 газообразного рабочего тела 150 со сниженным давлением в компонентное газообразное рабочее тело 160 со сниженным давлением.
Средства 120 разряжения среды могут быть выполнены, например, таким образом, что в анергию преобразуют только такое количество эксэргии доли 121 газообразного рабочего тела 150, которое обеспечивает температуру разряженной средствами разряжения среды доли 122 газообразного рабочего тела 150, достаточную для задачи последующего нагревания в соединенном с устройством 100 поглотителе 320 (на Фиг. 1 не изображено). Для этого поглотителя 320 необходима определенная минимальная температура для обеспечения функциональности поглотителя 320. Если температура подаваемых в устройство 100 газообразных рабочих тел 150 выше этой минимальной температуры поглотителя 320, средства 120 разряжения среды могут быть выполнены, например, таким образом, что температуру доли 122 газообразного рабочего тела 150 со сниженным давлением на выходе средств разряжения снижают по сравнению с входной температурой доли 121 газообразного рабочего тела 150, чтобы температура компонентного газообразного рабочего тела 160 со сниженным давлением главным образом соответствовала минимальной температуре поглотителя 320 или превышала минимальную температуру поглотителя 320.
Это может обеспечить, с одной стороны, снабжение поглотителя 320 газообразным рабочим телом с достаточной минимальной температурой, причем устройство 100 может снизить давление газообразного рабочего тела до необходимого для поглотителя 320 давления, и, с другой стороны, средства 120 разряжения среды устройства 100 могут, по меньшей мере, частично преобразовать в механическую энергию тепловую энергию подаваемого в устройство 100 газообразного рабочего тела 150, которая не нужна для функциональности поглотителя 320.
Таким образом можно получить механическую энергию из подаваемого в устройство 100 газообразного рабочего тела без потери функциональности поглотителя 320 и без применения дополнительного топлива. Эту механическую энергию можно, например, преобразовать в электрическую энергию.
Средства разряжения среды могут быть устроены, например, как устройства противодавления. В устройстве противодавления выходное давление составляет величину, большую, например, чем давление окружающей среды устройства 100, например больше, чем атмосферное давление, т.е., например, больше, чем примерно 1013,25 бар.
Средства 120 разряжения среды могут, например, включать одно из следующих средств: паровой поршневой двигатель, паровой двигатель с винтовым поршнем, двигатель с вращающимся поршнем, ротационную воздуходувку и спиральный двигатель.
Паровой поршневой двигатель может включать, например, один или несколько цилиндров, каждый с терморегулируемым поршнем, регулирующим количество пара на ход поршня. Поршень или поршни передают усилие на коленчатый вал, передающий преобразованную механическую энергию.
Двигатель с вращающимся поршнем представляет собой, например, роторный двигатель, преобразующий тепловую энергию путем разряжения рабочего тела в энергию вращения и, тем самым, в механическую энергию. Двигатель с вращающимся поршнем может быть, таким образом, ротационным компрессором с вращающимся поршнем, используемым для преобразования тепловой энергии в механическую энергию.
Спиральный двигатель включает, например, две вложенные друг в друга спирали, одна из которых неподвижна, а вторая совершает движения по округлой траектории за счет эксцентрикового привода, причем спиральный двигатель является спиральным компрессором, используемым для преобразования тепловой энергии в механическую энергию, а спиральный двигатель с инверсным приводом разряжает газообразное рабочее тело, т.е. снижает его давление.
Паровой двигатель с винтовым поршнем может быть, например, ротационно-вытеснительным механизмом с несколькими валами, например, винтовым компрессором, в котором два косозубых вала вращения входят в зацепление друг с другом и плотно размещены в общем корпусе. При подаче пар может поступать через отверстие в корпусе в расположенное за отверстием пространство впадин между зубьями роторов, причем процесс разряжения сопровождает возрастающая скорость вращения роторов, вызванная увеличением объема между роторами.
Газообразное рабочее тело 150 может быть, например, парообразным рабочим телом. Таким образом, преобразование средствами разряжения среды, по меньшей мере, части высвобожденной при снижении давления энергии в механическую энергию может включать преобразование, по меньшей мере, части эксэргии пара второй доли газообразного рабочего тела в анергию пара. При этом преобразование средствами разряжения среды, по меньшей мере, части высвобожденной при снижении давления энергии в механическую энергию можно осуществить преобразованием тепловой энергии в механическую.
Устройство 100 может иметь, например, и другие признаки, не показанные на Фиг. 1, например, дополнительные средства снижения давления между средствами 120 разряжения среды и опциональным средством 400 сведения дополнительной доли 122 газообразного рабочего тела 150 со сниженным при необходимости давлением и доли 122 газообразного рабочего тела 150 со сниженным давлением, проводимой через средства 120 разряжения среды, в компонентное газообразное рабочее тело 160 со сниженным давлением и/или средства снижения давления между средством 130 разделения газообразного рабочего тела 150 и средствами разряжения среды.
Указанные для Фигур 1 и 2 преимущества и варианты выполнения устройства 100 в равной степени относятся к описанным далее устройствам 100 и 100′.
На Фиг. 3 изображен пример системы 300 по одному из вариантов осуществления изобретения.
Система 300 включает сеть распределения газообразного рабочего тела, подключенные к сети средства 350 подготовки рабочего тела, устройство которых предназначено для подачи в сеть газообразного рабочего тела 355 с заданным давлением, и устройство 100, соответствующее изображенному на Фиг. 1 примеру устройства 100 и расположенное в сети таким образом, чтобы подавать со стороны входа в устройство 100, по меньшей мере, часть газообразного рабочего тела 355, поступившего в сеть от средств 350 подготовки рабочего тела, в качестве 150, причем устройство 100 предназначено для выведения со стороны выхода поступившего входного газообразного рабочего тела 150 в качестве 160 со сниженным давлением.
Одновременно средства 120 разряжения среды устройства 100 преобразуют, по меньшей мере, часть высвобожденной при снижении давления энергии в механическую энергию, как это описано выше. В этом случае может иметь место линейный процесс разряжения, при котором газообразное рабочее тело 150 с более высоким давлением поступает в направлении выходного газообразного рабочего тела 160 с более низким давлением 160, причем соответствующий поглотитель 320 перерабатывает выходное рабочее тело 160 и оно не поступает снова в средства 120 разряжения среды. Более того, средства 350 подготовки рабочего тела дополнительно подают выходное рабочее тело 160. Таким образом, средство 12 разряжения среды можно рассматривать в качестве средств KWK (KWK = Kraft-Wärme-Kopplung = объединение выработки тепловой и электрической энергии) с тепловым режимом.
Сеть может включать, например, трубопровод для газообразного рабочего тела и, например, по меньшей мере, одно опциональное средство 340 разделения газообразного рабочего тела, по меньшей мере, на две части. Система 300 может включать, по меньшей мере, поглотитель 310, 320, 330, в который через сеть поступает, по меньшей мере, часть газообразного рабочего тела. Однако система может также включать, например, точно только один поглотитель 320. Кроме этого система может включать, по меньшей мере, дополнительное устройство 100′, соответствующее, например, показанному на Фиг. 1 примеру устройства 100.
Сеть может быть, например, парораспределительной сетью, причем газообразное рабочее тело 150 может быть, например, паром, или же система может быть, например, углекислой сетью или, например, пневмосетью, причем газообразное рабочее тело 150 состоит главным образом из воздуха, или же сеть может быть, например, газораспределительной сетью.
Рассматриваемую ниже сеть считают в качестве примера и без ограничений парораспределительной сетью, а газообразное рабочее тело 150 паром.
Средства 350 подготовки рабочего тела могут быть, например, парогенератором, например паровым котлом 350. Устройство этого парогенератора 350 может быть предназначено, например, для подготовки пара с заданным выходным давлением и заданной выходной температурой.
Каждый из, по меньшей мере, поглотителей 310, 320, 330 предназначен, например, для поддержания необходимых для эксплуатационной функциональности поглотителя заданной минимальной температуры и\или заданного минимального давления входного пара 315, 325, 335
Например, подготовленный парогенератором 350 пар 355 может иметь выходное давление и\или выходную температуру, рассчитанные таким образом, что этот пар после подачи через сеть в соответствующий поглотитель, по меньшей мере, из поглотителей 310, 320, 330 с наивысшим минимальным давлением и\или наивысшей минимальной температурой служит для этого поглотителя 310 входным паром 315 с необходимым минимальным давлением и/или необходимой минимальной температурой.
Парораспределительная сеть может быть, например, сетью парообогрева, причем первый поглотитель 320 выполняет роль парообогрева. Минимальная температура первого поглотителя 320 ниже, например, выходной температуры пара из парогенератора 350. Кроме этого расчетное давление первого поглотителя 320 ниже выходного давления пара из парогенератора 350. Поглотитель 320 может быть, например, парообогревом, для которого необходим входной пар 325 с заданной минимальной температурой.
Система 300 включает устройство 100, расположенное между первым поглотителем 320 и опциональным средством 340 разделения пара 355 таким образом, что, по меньшей мере, часть поданного средствами подготовки рабочего тела в сеть газообразного рабочего тела поступает в качестве пара 150 в устройство 100, причем устройство 100 предназначено для выведения подведенного входного газообразного рабочего тела в качестве выходного пара 160 со сниженным давлением, который поступает затем в первый поглотитель 320. Давление пара со сниженным давлением может при этом соответствовать расчетному давлению первого поглотителя 320. Одновременно средства 120 разряжения среды преобразуют, по меньшей мере, часть высвобожденной при снижении давления энергии в механическую энергию.
Так как необходимая для первого поглотителя минимальная температура ниже выходной температуры пара 355 и соответственно ниже температуры входного пара 150, подаваемого в устройство 100, устройство средств 120 разряжения среды устройства 100 предназначено для преобразования в анергию только такого количества эксэргии второй доли 121 газообразного рабочего тела 150, которое необходимо для обеспечения температуры разряженной средствами разряжения доли 122 рабочего тела 150, необходимой для последующего нагрева в соединенном с устройством 110 первом поглотителе 320. Средства 120 разряжения среды могут быть рассчитаны, например, таким образом, чтобы температура газообразной доли 122 со сниженным давлением была снижена по сравнению с температурой входной доли 121 газообразного рабочего тела 150 таким образом, чтобы температура компонентного рабочего тела 160 со сниженным давлением была главным образом равна минимальной температуре поглотителя 320 или превышала минимальную температуру поглотителя 320. Если устройство средств 130 распределения газообразного рабочего тел 150 предназначено для полного или почти полного проведения газообразных рабочих тел через средства 120 разряжения среды, то компонентное газообразное рабочее тело 160 на выходе устройства 100 является выводимой средствами 120 разряжения среды долей 122 газообразного рабочего тела 150 со сниженным давлением, так как газообразное рабочее тело 150 не проводят через средства 110 снижения давления.
Таким образом, полностью ненужная для поддержания функциональности поглотителя 320 тепловая энергия пара 150 может быть, по меньшей мере, частично преобразована средствами 120 разряжения среды в механическую энергию.
Паровая сеть может, например, опционально включать второй поглотитель 310, также являющийся парообогревом, для которого необходим входной пар 315 с заданной минимальной температурой. Принято, что минимальная температура второго поглотителя 310 выше минимальной температуры первого поглотителя 320.
Парогенератор 350 должен иметь такие параметры и управление, чтобы производимый пар имел выходную температуру, достаточную для того, чтобы температура пара 315, подаваемого через средства 140 разделения пара в поглотитель 310, была главным образом равной минимальной температуре поглотителя 310 или превышала ее. Для снижения давления пара между средствами 140 разделения пара и поглотителем 310 могут быть расположены, например также опционально, средства 110 понижения давления пара, как показано на Фиг. 1.
Таким образом, парогенератор 350 должен вырабатывать, например, пар 355 с выходной температурой выше необходимой для первого поглотителя 320 минимальной температуры, так как с производственно-технической точки зрения, как правило, нерентабельно устанавливать для каждого поглотителя 310, 320, 330 отдельный парогенератор с соответственно настроенной выходной температурой.
Устройство 100 согласно данному изобретению обеспечивает, таким образом, возможность преобразования, по меньшей мере, части этой высокой выходной тепловой энергии вырабатываемого парогенератором 355 пара в механическую энергию без потери функциональности соединенного с устройством 100 первого поглотителя 320. Таким образом, такая паронагревательная сеть обеспечивает возможность получения механической энергии, а из нее, например, электрической энергии без необходимости использования дополнительного топлива и без потери функциональности поглотителя 310, 320, 330.
Кроме этого парораспределительная сеть может включать дополнительные поглотители, причем на Фиг. 3 показан пример только третьего поглотителя 330. Если один из этих дополнительных поглотителей 330 предполагает наличие минимальной температуры ниже выходной температуры пара 355, то для этого поглотителя 330 может быть предусмотрено дополнительное устройство 100′, расположенное между третьим поглотителем 330 и парогенератором 350 и снижающее давление части 150′ пара 355 от парогенератора 350 до расчетного давления третьего поглотителя 330, а также температуру до минимальной температуры третьего поглотителя 330. Средства 120′ разряжения среды устройства 100′ могут быть рассчитаны аналогично средствам 120 разряжения давления устройства 100 таким образом, чтобы преобразовывать в анергию только количество эксэргии доли 121′ пара 150′, проводимое через средства 120′ разряжения среды, и чтобы температура разряженной средствами 120′ доли 122′ пара 150′ была достаточной для последующего нагрева в соединенном с устройством 110′ третьем поглотителе 330.
Таким образом, можно, например, для каждого поглотителя 320, 330 с минимальной температурой ниже выходной температуры пара 355 предусмотреть адаптированное подобным образом устройство 100, 100′, которое преобразует, по меньшей мере, часть ненужной для соответствующего поглотителя 320, 330 тепловой энергии подаваемого пара 150, 150′ в механическую энергию средствами 120, 120′ разряжения среды соответствующего устройства 110, 110′.
Таким образом, можно обеспечить рост энергоэффективности парораспределительных систем, причем механическую энергию и следственно, например, электрическую энергию можно получить за счет снижения давления устройствами 100, 100′ без использования дополнительного топлива.