SE456835B

SE456835B - Anordning foer vaermeaatervinning innefattande en expansionsskruvmotor av injektionstyp

Info

Publication number: SE456835B
Application number: SE8500022A
Authority: SE
Inventors: A Horiguchi; H Sumitomo
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1984-01-05
Filing date: 1985-01-03
Publication date: 1988-11-07
Also published as: US4608829A; SE8500022D0; FR2557921A1; SE8500022L; DE3500170C1; FR2557921B1

Description

456 855 g 10 15 20 25 30 35 40 injektionstyp, vars utgående axel är förbunden med en last, såsom en generator, en förångare för förångning av ett arbets- medium medelst spillvärme, som användes såsom en varmekalla för att alstra arbetsmedieånga som skall matas till skruv- motorn, en kondensor för kondensering av en från skruvmotorn utströmmade arbetsmedieånga, en cirkulationspump för att cirkulera arbetsmediet inuti ett system innefattande kondensorn, förângaren och skruvmotorn, en oljecirkulationspump för olje- tillförsel till skruvmotorn, och en värmeare för upphettning av den till skruvmotorn tíllförda oljan till en högre tempera- tur än arbetsångans temperatur, varvid anordníngen kännetecknas av att den heta oljan injiceras i skruvmotorn på sådant satt, att den kommer i direktkontakt med arbetsmedieåñgan och däri- genom överhettar denna.

Utföringsexempel av uppfinningen beskrives närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l är ett blockschema av en anordning för värmeåtervinning enligt en utföringsform av uppfinningen; fig. 2 - 4Aär ett schematiskt längdsnitt, ett schematiskt tvärsnitt resp. en schematisk perspektivvy av en en expansionsskruvmotor av oljeinjektions- typ; fig. 5 och 6 är P-H diagram för ett arbetsmedium, varvid trycket P representeras av den den vertikala axeln och entalpin H av den horisontella axeln; och fig. 7 är ett blockschema över en anordning för värmeåtervínning enligt en annan utföringsform av uppfinningen.

De på ritningarna visade utföringsformerna av uppfin- ninen kommer nu att beskrivas.

Anordningen för värmeåtervinning enligt fig. 1 inne- fatta en expansionsskruvmotor ll av oljeinjektionstyp, vars utgående axel är förbunden med en last (t.ex. en generator) 12. Ett arbetsmedium, såsom freon, som skall tillföras skruv- motorn 11 cirkuleras medelst en cirkulationspump 16 inuti ett system bestående av en förångare 13 för upphettníng och för- ångning av arbetsmediet genom användning av hett spillvatten eller liknande som värmekalla, en oljeseparator 14 för att separera från skruvmotorn ll utströmmat arbetsmedium och ut- strömmad olja, och en kondensor 15 för kondensering av arbets- medieångan från oljeseparatorn 14 genom kylning medelst kyl- vatten. Skruvmotorn ll tillföres även olja tjänstgörande som Smörjmedel och för tätning samt för att överhetta arbetsmedie- ad 10 15 20 25 30 35 456 835 3 ångan. Denna olje cirkuleras av oljecirkulationspump 18 inuti ett system innefattande en värme 17 för upphettning av oljan till en högre temperatur än arbetsmediets ångtemperatur, samt innefattande skruvmotorn ll och oljeseparatorn 14. Dess- utom kan värmaren 17 ha värmekållan gemensamt med förångaren 13 som visas, men den kan även ha en separat vârmekälla.

Den i fig. 2-4 visade expansionskruvmotorn ll innefattar ett hus Zl med en sugport och en utströmningsport 23 för arbets- medium samt en hanrotor 24 och en honrotor 25, vilka är paral- lella och roterbara i höljet. Rotorerna 24 och 25 inbriper med varandra för att mellan sig avgränsa ett tandformigt utrymme 26. Utformningen av rotorerna 24 och 25 är sådan att när det tandformade utrymmet 26 rör sig från sugportsidan till utström- ningsportsidan, ökar dess volym. Rotorerna 24 och 25 är om- givna av huset 21 och sug- och utströmningsporterana 22 och 23 är belågena vid rotorernas 24 och 25 ändytor. Vid ett god- tyckligt läge i sugporten 22 är anordnat ett munstycke 19 (fig. 1) för injicering av olja som utströmmar från värmaren 17 och som har upphettats till en högre temperatur än arbets- mediets ångtemperatur, in i huset 21. Oljan smörjer hanrotern 24 och honrotorn 25 och tätar områdena som ovan beskrivits samt kommer samtidigt i direktkontakt med den arbetsmedieânga som tillförst från sugporten 22 in i huset 26, varigenom ångan överhettas.

Funktionen hos anordníngen för värmeåtervinning av ovan angivna konstruktion kommer nu att beskrivas.

Den arbetsmedieånga som tillföres från förångaren ll in i sugporten 22 strömmar in i det tandformade utrymmet 26 mellan rotorerna 24 och 25 och framskrider under expansion till ut- strömningsporten 23, varigenom rotorerna 24 och 25 drives.

Denna drivkraft överföres till lasten 12, såsom en generator, via skruvmotorns 11 utgående axel.

Den till en högre temperatur än arbetsmediets ångtempera- tur av värmaren 17 upphettade oljan injiceras från det i skruv- motorns ll hus monterade munstycket 18. Sålunda kontaktar arbetsmedieángan i skruvmotorn ll oljan med högre temperatur och överhettas därigenom. Detta kommer nu att beskrivas med hänvisning till P-H-diagrammet i fig. S. I fig. 5 betecknar a och a' arbetsmediets tillstånd vid skruvmotorns ll sug- 40 port (dvs. vid förångarens 13 utlopp; b och b' betecknar 456 835 .L/ 10 15 20 25 30 35 arbetsmediets tillstånd vid skruvmotorns ll utströmningsport (dvs. vid kondensorns 15 inlopp); c betecknar arbetsmedíets tillstånd vid kondensorns 15 utlopp; och d betecknar arbets- mediets tillstånd vid förångarens 13 inlopp. Den termodynamiska cykel som föreligger vid fall av icke överhettning hos arbets- medieångan är a ff b -+ c -+ d och effektåtervinningen är H = Ha - Hb. Den termodynamiska cykel som föreligger vid fall av överhettning av arbetsmediet, dvs. återupphettníngscykeln är a' -a b' -+ c -a d och effektåtervinningen år H' = Ha' - Hb'. Följaktligen gäller sambandet H'/ H > 1,0. Under förut- sättning att arbetsmedíets ångtemperatur är 60°C vid skruv- motorns ll inlopp och 30°C vid dess utlopp och om arbetsmedie- ångan överhettas med 200 genom oljeinjicering, H'/ H = 1,1; sålunda uppnås en ökning av effektåtervinningen om omkring 10%.

Pig. 6 och 7 visar en annan utföringsform, hos vilken arbetsmedieångan återupphettas ett flertal gånger, dvs. i flera steg genom oljeinjicering under dess rörelse från sugporten 22 till utströmningsporten 23 hos skruvmotorn ll. För detta ända- mål är munstycken 19' (fig. 7) anordnade på lämpliga ställen i huset 21, så att arbetsmedieángan kan utsättas för oljeinjicering i flera steg (tre steg i fig. 6 och 7) under dess rörelse från sugporten 22 till utströmningsporten 23 hos skruvmotorn ll.

I det fall återupphettningen genomföres tre gånger genom olje- injícering från värmaren l7 in i arbetsmedieângan i skruvmotorn ll, kan det expansionsarbete som utföres av arbetsmedieångan uttryckas genom šå Hi. Vidare är gradienten hos de isentropíska , 1 linjerna S1-S4 mindre med fallande tryck; genom injicering av olja i nâgra steg ej enbart i närheten av skruvmotorns ll sug- port utan även på andra ställen i rörelsebanan fram till ut- strömningsporten 23 ökar således effektâtervinningen.

Arbetsmedieånga och olja utströmmar från skruvmotorns ut- strömningsport ll och inträder i oljeseparatorn 14. Arbets- medieångan separeras från oljan av oljeseparatorn 14 och föres till kondensorns 15. Det av kondensorn l5 kondenserade arbets- mediet måttas in i förångaren 13 av cirkulationspumpen 16. Å andra sidan återföres den av oljeseparatorn från arbetsmediet separerade oljan till munstycket 19 eller munstyckena 19' hos skruvmotorn ll av oljecirkulationspumpen 18.

Enligt föreliggande uppfinning och som ovan beskrivits I» (2,5 10 15 456 835 vi matas arbetsmediet till skruvmotorn efter det att det fór- ångats av förångaren, medan oljan som skall tillföras skruv- motorn tillfóres skruvmotorn efter det att den upphettats till en högre temperatur än arbetsmediets ångtemperatur, varigenom arbetsmedíeångan bringas till direktkontakt med oljan och däri- genom överhettas; på detta sätt kan effektåtervinningsgraden ökas jämfört med en konventionell anordning hos vilken arbets- medieångan tillföres direkt till turbinen. Ifall arbetsmedie- ångan óverhettas genom användning av flytande olja som till- föres skruvmotorn kan vidare på detta sätt effektåtervinnings- graden ökas utan ökning av anordningens omfång, eftersom oljans upphettníng kan genomföras med en värmare av liten dimension.

Genom återupphettning av arbetsmedieångan medelst injicering av olja med hög temperatur i flera steg och särskilt i närheten av skruvmotorns utströmningsport ökas dessutom den termiska verkningsgraden. Därigenom kan energíåtervinning från spill- värme effektivt tillhandahålla även vid relativt låga tempera-

Claims

456 835 10 15 20

1. Anordning för värmeatervinning, innefattande en expansionsskruvmotor (11) av injektionstyp, vara utgående axel är förbunden med en last (12), en förangare (13) användande spillvärme sasom värmekälla för förangning av ett arbetsmedium för framställning av arbetsmedieanga som skall tillföras skruvmotorn, en kondensor (15) för kondensering av arbets- medieangan som utströmmar från skruvmotorn, en cirkulations- pump (16) för att cirkulera arbetsmediet inuti ett system in- nefattande kondensern, förangaren och skruvmotorn, en oljecir- kulationspump (16) för att tillföra olja till akruvmotorn, och en värmare (17) för upphettning av oljan som skall tillföras skruvmotorn till en högre temperatur än mediets ångtemperatur, k ä n n e t e c k n a d av att arbetsmedieangan och den upphettade oljan som skall tillföras skruvmotorn (11) bringas i direktkontakt med varandra i ekruvmotorns (11) sugport (22).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den upphettade oljan ínjíceras på sådant sätt, att ar- betsmedieangan och oljan bríngas i direktkontakt med varandra i flera steg, medan arbetsmedieangan rör sig från sugporten (22) till utströmningsporten (23) hos skruvmotorn (11). v)

14. i