СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 1997 года по МПК F01K27/00 

Изобретение относится к энергетике и касается усовершенствования способов получения механической энергии при помощи гидравлических двигателей.

Наиболее близким к изобретению является способ получения механической энергии, заключающийся в том, что жидкость, находящуюся в емкости, вращают и удерживают в периферийной области поля центробежных сил, создавая напор, подводят к жидкости тепло с образованием пара, затем отводят тепло и конденсируют пар, после чего цикл повторяют (SU, авт. св. N 992757, кл. F 01 K 27/00, 1983).

Однако известный способ требует для своего осуществления большого расхода электроэнергии и рабочего тела.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение расхода электроэнергии и топлива.

Эта задача решается за счет того, что жидкость под напором из периферийной области емкости направляют в гидродвигатель, который располагают на большем расстоянии от оси вращения, чем поверхность вращающейся жидкости и вращают вместе с емкостью, подвод тепла осуществляют в сообщенном с гидродвигателем первом теплообменнике, который вращают вместе с емкостью и гидродвигателем, а отвод тепла осуществляют во втором теплообменнике, сообщенном каналом с первым теплообменником, при этом жидкость в первом теплообменнике превращают в пар полностью или частично, неиспарившуюся часть жидкости удаляют, а пар направляют во второй теплообменник и/или в реактивное сопло с образованием тягового усилия, направленного в сторон вращения установки, затем пар во втором теплообменнике полностью или частично конденсируют в жидкость, которую полностью или частично направляют снова в емкость, причем в полостях теплообменников поддерживают разность давлений для обеспечения движения пара от первого теплообменника к второму теплообменнику. Причем вместе с емкостью, гидродвигателем и первым теплообменником вращают второй теплообменник и канал между ними, причем второй теплообменник располагают на меньшем расстоянии от оси вращения, чем гидродвигатель и первый теплообменник. Возможен вариант, когда пар из первого теплообменника направляют в пневмодвигатель, который располагают на выходе из него или между ним и вторым теплообменником.

Возможен вариант, когда пар из первого теплообменника сначала направляют в компрессор, где повышают его давление и температуру, а затем во второй теплообменник, и используют в качестве теплоносителя в нем и/или в первом теплообменнике и/или в качестве промежуточного теплоносителя или рабочего тела в тепловом двигателе.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично представлена установка для осуществления описываемого способа получения механической энергии.

Энергетическая установка содержит емкость 1 с жидкостью 2, гидравлический двигатель 3, первый теплообменник 4, канал 5, второй теплообменник 6, ось 7 вращения.

Способ получения механической энергии осуществляется следующим образом.

Установка вращается вокруг оси 7 с некоторой угловой скоростью ω_у. При этом на жидкость, находящуюся в емкости 1, будет действовать центробежная сила. Гидродвигатель 3 подключен к емкости 1 таким образом, что он находится дальше от оси 7, чем поверхность жидкости, образованная за счет действия на нее центробежной силы. На рабочий орган (лопатки турбины, поршень и т.п.) будет действовать гидростатический напор жидкости, что будет заставлять этот рабочий орган вращаться (перемещаться в случае поршня, а, следовательно, получать механическую энергию.

При движении жидкости от оси 7 к гидродвигателю 3 на жидкость будет действовать кориолисово ускорение, а, следовательно, кориолисова сила инерции, которая будет противодействовать вращению установки (т.к. сила инерции кориолиса направлена в сторону, противоположную направлению кориолисова ускорения).

Пройдя гидродвигатель 3 жидкость поступает в первый теплообменник 4, где она вся превращается в пар, который по каналу 5 поступает во второй теплообменник 6.

При движении пара из одного теплообменника в другой на него будет действовать кориолисово ускорение, а следовательно, кориолисова сила инерции, которая будет действовать в сторону вращения установки.

Но т.к. расход жидкости равен расходу пара (т.е. расход массы в единицу времени), то значит суммарная сила инерции кориолиса будет равна нулю. Иными словами, сила инерции кориолиса не будет оказывать никакого влияния на вращение установки, за исключением того, что она будет нагружать материал ее конструкции.

Получаемая таким образом механическая энергия может использоваться непосредственно на месте, где установлен гидродвигатель или передаваться потребителю с помощью механической передачи (например, вала), или преобразовываться с помощью электрогенератора (непосредственно на месте установки или в ином месте) в электроэнергию, и передаваться потребителю в таком виде.

Возможен вариант, когда жидкость, пройдя гидродвигатель, поступает в теплообменник, где она превращается в пар, а пар поступает в реактивное сопло, которое создает тягу (силу), которая в свою очередь создает крутящий момент, направленный в направлении вращения установки.

Возможен вариант исполнения, когда на весь пар, поступивший из одного теплообменника в другой, превращается в жидкость.

Возможен вариант использования, когда не вся жидкость из второго теплообменника поступает в емкость. В этом случае для непрерывной работы установки в емкость должна поступать жидкость из других источников.

Возможен вариант исполнения, когда и/или после первого теплообменника или между теплообменниками установлен двигатель (любой, например турбина), служащий для преобразования энергии пара в механическую энергию.

Возможен вариант исполнения, когда образовавшийся в первом теплообменнике пар используется в дальнейшем в качестве и/или рабочего тела или промежуточного теплоносителя, отдающего теплоту другому телу в тепловом двигателе или другом аппарате, использующем эту теплоту.

В качестве источника теплоты может быть использован любой ее источник (органическое топливо, бросовое тепло других производств, ядерное топливо, солнечная энергия и другие источники).

Для уравновешивания действия центробежной силы на опоры установки при ее вращении (из-за того, что центр масс находится не на оси вращения) можно установить вторую аналогичную установку диаметрально противоположно; но так, чтобы их общий центр масс лежал на оси вращения.

Теплота к жидкости может подводиться с помощью теплоносителя (жидкость, газ), с помощью излучения и при помощи нагревательных элементов (например, преобразующих электрическую энергию в тепловую). Возможны иные способы подвода теплоты.

Следует подчеркнуть, что не существует каких-то технических препятствий для реализации способа, т.к. можно подобрать такую жидкость, как, например, фреон 113, у которого температура кипения равна 47,7^oC, а при такой температуре современные конструкционные материалы (особенно волокнистые композиционные материалы) имеют высокие физико-механические характеристики.

Таким образом, изобретение имеет следующие преимущества перед известными техническими решениями:
уменьшенный удельный расход топлива (теплоты);
возможность использования низкопотенциальной теплоты.

Использование: в энергетике при проектировании энергетических установок и осуществлении способов получения механической энергии. Сущность изобретения: жидкость под напором из периферийной области емкости направляют в гидродвигатель и вращают вместе с емкостью, подвод тепла осуществляют в первом теплообменнике, который вращают вместе с емкостью и гидродвигателем, а отвод тепла осуществляют во втором теплообменнике. Сконденсировавшуюся жидкость направляют полностью или частично снова в емкость. Второй теплообменник может вращаться вместе с другими узлами установки, при этом он расположен от оси вращения на расстоянии, меньшем чем гидродвигатель и первый теплообменник. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения механической энергии, заключающийся в том, что жидкость, находящуюся в емкости, вращают и удерживают в периферийной области поля центробежных сил, создавая напор, подводят к жидкости тепло с образованием пара, затем отводят тепло и конденсируют пар, после чего цикл повторяют, отличающийся тем, что жидкость под напором из периферийной области емкости направляют в гидродвигатель, который располагают на большем расстоянии от оси вращения, чем поверхность вращающейся жидкости, и вращают вместе с емкостью, подвод тепла осуществляют в сообщенном с гидродвигателем первом теплообменнике, который вращают вместе с емкостью и гидродвигателем, а отвод тепла осуществляют во втором теплообменнике, сообщенном каналом с первым теплообменником, при этом жидкость в первом теплообменнике превращают в пар полностью или частично, неиспарившуюся часть жидкости удаляют, а пар направляют во второй теплообменник и/или в реактивное сопло с образованием тягового усилия, направленного в сторону вращения установки, затем пар во втором теплообменнике полностью или частично конденсируют в жидкость, которую полностью или частично направляют снова в емкость, причем в полостях теплообменников поддерживают разность давлений для обеспечения движения пара от первого теплообменника к второму теплообменнику. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вместе с емкостью, гидродвигателем и первым теплообменником вращают второй теплообменник и канал между ними, причем второй теплообменник располагают на меньшем расстоянии от оси вращения, чем гидродвигатель и первый теплообменник. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пар из первого теплообменника направляют в пневмодвигатель, который располагают на выходе из него или между ним и вторым теплообменником. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пар из первого теплообменника сначала направляют в компрессор, где повышают его давление и температуру, а затем во второй теплообменник, и используют в качестве теплоносителя в нем и/или в первом теплообменнике и/или в качестве промежуточного теплоносителя или рабочего тела в тепловом двигателе.