ТЕПЛОВАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к тепловым машинам, выкачивающим тепловую энергию из окружающей проточной водной среды или окружающей вентилируемой воздушной среды, и может быть использовано в качестве двигателя для водного или наземного транспорта или для электрогенератора при производстве электроэнергии.

За прототип принята тепловая машина [1] извлекающая тепловую энергию из окружающей проточной водной среды или вентилируемой воздушной среды, причем извлекаемая тепловая мощность больше мощности привода компрессора для перекачивания аммиака, которая используется для обогрева помещений.

Недостатком тепловой машины является то, что извлеченная тепловая энергия из окружающей среды не используется для преобразования ее в механическую и электрическую энергию.

Задачей изобретения является преобразование полученной тепловой энергии из проточной водной среды или вентилируемой воздушной среды в механическую энергию вращения выходного вала и электроэнергию, увеличение КПД преобразования и упрощение преобразования.

Согласно изобретению задача решается тем, что тепловая машина, содержащая компрессор для перекачки аммиака, конденсатор, дроссель, испаритель, соединенные последовательно трубами, отличаются тем, что содержит котел, в который предварительно закачан аммиак и внутри которого помещен змеевик конденсатора, содержащего теплопроводные пластины на его поверхности для увеличения теплоотдачи, в верхней части котел соединен через кран и через теплоизоляционную шайбу с роторным двигателем, содержащим ротор, ось вращения которого смещена относительно оси внутренней цилиндрической поверхности до касания ротора с ней, и симметрично точке касания в корпусе роторного двигателя выполнены входное и выходное отверстия, а в роторе выполнена прямоугольная прорезь, в которой установлены с возможностью перемещения две лопатки, которые имеют возможность прижиматься к внутренней цилиндрической поверхности роторного двигателя посредством пружин, причем при положении лопаток параллельно оси, проведенной через входное и выходное отверстия, лопатки должны находится над ними и точкой касания ротора внутренней цилиндрической поверхности роторного двигателя, выход которого соединен трубой через теплоизоляционную шайбу для уменьшения потерь тепла по трубе со змеевиком холодильника, который помещен вовнутрь змеевика испарителя и крепящегося в нем посредством теплоизоляционных держателей и выход которого соединен трубой через теплоизоляционную шайбу с роторным насосом, аналогичным по устройству роторному двигателю и вал которого соединен через теплоизоляционную муфту с валом электропривода, служащего для его привода, выход которого соединен трубой через теплоизоляционную шайбу с котлом для возврата сжиженного аммиака обратно в котел, причем поверхность котла, трубы, отходящей от него к крану, его поверхность и трубы, отходящей от него к роторному двигателю, его поверхность и трубы, отходящей от него к змеевику холодильника, покрыты теплоизоляцией для уменьшения потерь тепла, поверхность трубы, отходящей от котла к дросселю, также покрыта теплоизоляцией, а ее концы снабжены теплоизоляционными шайбами для уменьшения потерь тепла, в качестве компрессора используется роторный компрессор, аналогичный по устройству роторному двигателю и вал которого соединен через теплоизоляционную муфту с валом электропривода для его привода, причем поверхности труб, подходящей и отходящей от роторного компрессора, и его поверхность покрыты теплоизоляцией, а на их концах также содержатся теплоизоляционные шайбы, поверхности труб, подходящей и отходящей от роторного насоса, и его поверхность также покрыты теплоизоляцией для уменьшения нагрева сжиженного аммиака, тепловая машина содержит электрогенератор, вал которого соединен через теплоизоляционную муфту с первым концом вала роторного двигателя, а второй конец вала соединен через теплоизоляционную муфту с выходным валом, с которого имеет возможность сниматься механическая энергия вращения для привода устройств или энергогенератора при производстве электроэнергии, тепловая машина содержит аккумулятор для электропитания электропривода, приводящего роторный компрессор, и для электропитания электропривода, приводящего роторный насос, во время запуска тепловой машины, которая также содержит устройство коммутации для отключения аккумулятора и включения электрогенератора для их электропитания при постоянной работе тепловой машины.

Тепловая машина состоит из котла 1 (фиг.1), внутрь которого предварительно закачан под давлением, необходимым для сжижения при температуре окружающей среды, аммиак 2. Внутри котла 1 помещен змеевик конденсатора 3 с пластинами 4 на его поверхности для большей теплоотдачи тепла. Выход змеевика конденсатора 3 содинен через теплоизоляционную шайбу 5 трубой через теплоизоляционную шайбу 6 с дросселем 7, соединенным со змеевиком испарителя 8, поверхность которого также содержит пластины 9 для большего теплообмена и который помещен в окружающую проточную водную среду 10 и выход с которого соединен трубой через теплоизоляционную шайбу 11 с входом роторного компрессора 12, вал которого соединен через теплоизоляционную муфту 13 с электроприводом 14. Выход роторного компрессора 12 соединен через теплоизоляционную шайбу 15 с другим концом змеевика конденсатора 3.

Котел 1 соединен трубой через кран 16 и теплоизоляционную муфту 17 с входом роторного двигателя 18, содержащего ротор 19, ось вращения которого смещена относительно внутренней цилиндрической поверхности до касания с ней, и симметрично точке касания в корпусе роторного двигателя произведены входное и выходное отверстия, а в роторе 19 произведена прямоугольная сквозная прорезь, в которой установлены две лопатки 20 с возможностью продольного движения в ней и которые имеют возможность прижиматься к внутренней поверхности роторного двигателя 18 посредством пружин 21. Выход роторного двигателя 18 соединен трубой через теплоизоляционную шайбу 22 со змеевиком холодильника 23, помещенного внутри змеевика испарителя 8 и укрепленного при помощи теплоизоляционных держателей 24. Выход змеевика холодильника 23 соединен через теплоизоляционную шайбу 25 трубой с роторным насосом 26, вал которого соединен через теплоизоляционную муфту 27 с валом электропривода 28. Выход роторного насоса 26 соединен трубой через теплоизоляционную шайбу 29 с котлом 1. Внутренние полости роторного двигателя 18, труб, змеевика холодильника 23 и роторного насоса 26 предварительно заполнены парами аммиака при давлении окружающей среды.

Для уменьшения потерь тепла поверхность котла 1, трубы, отходящей от него к крану 16, его поверхность и трубы, отходящей от него к роторному двигателю 18, и его поверхность и трубы, отходящей от него к змеевику холодильника 23, а также труб, отходящей и подходящей к роторному компрессору 12, и его поверхность, а также трубы, соединяющей котел 1 и дроссель 7, и поверхность труб, подходящей и отходящей от роторного насоса 26, и его поверхность покрыты теплоизоляцией 30. Первый конец вала роторного двигателя 18 соединен через теплоизоляционную муфту 31 с валом электрогенератора 32, второй конец вала роторного двигателя 18 также соединен через теплоизоляционную муфту 33 с выходным валом 34, с которого имеет возможность сниматься механическая энергия вращения для привода устройств или электрогенератора при производстве электроэнергии. Тепловая машина содержит аккумулятор 35 для электропитания электропривода 14 и электропривода 28 во время запуска и устройство коммутации 36.

Тепловая машина работает следующим образом.

Предварительно в котел 1 закачивается сжиженный аммиак 2 под давлением, необходимым для его сжижения при температуре окружающей среды. Включают при помощи устройства коммутации 36 аккумулятор 35 на электропитание электропривода 14, вал которого вращает через теплоизоляционную муфту 13 вал роторного компрессора 12, который перекачивает аммиак со змеевика испарителя 8 по трубе через теплоизоляционные шайбы 11, 15 в змеевик конденсатора 3, поверхность которого и пластины 4 на ней отдают тепло во внутрь котла 1. Из змеевика конденсатора 3 через теплоизоляционную шайбу 5 по трубе и через теплоизоляционную шайбу 6 аммиак подается в дроссель 7 и на другой конец змеевика испарителя 8. В змеевике испарителя 8 посредством роторного компрессора 12 происходит разрежение и аммиак кипит и забирает тепло посредством его внешней поверхности и пластин 9 у окружающей его проточной водной среды 10, причем мощность тепла, забираемая у нее, значительно больше электропривода 14 роторного компрессора 12. Под действием тепла, закачиваемого из окружающей проточной водной среды 10, давление паров аммиака в котле 1 повышается. Открывают кран 16 и пары аммиака подают через теплоизоляционную шайбу 17 на вход роторного двигателя 18. Одновременно включают электропривод 28, вал которого приводит через теплоизоляционную муфту 27 вал роторного насоса 26. Между противоположными гранями лопаток 20, прижимаемых к внутренней цилиндрической поверхности роторного двигателя 18 посредством пружин 21, возникает разность давлений паров аммиака и возникает сила, которая вращает ротор 19. Разностная тепловая энергия паров аммиака, заключая затраченную на механическую работу, выполняемую роторным двигателем 18, подается по трубе через теплоизоляционную шайбу 22 в змеевик холодильника 23, укрепленного внутри змеевика испарителя 8 посредством теплоизоляционных держателей 24. Пары аммиака в змеевике холодильника 23 охлаждаются и сжиживаются и подаются через теплоизоляционную шайбу 25 по трубе на роторный насос 26, который перекачивает сжиженный аммиак по трубе через теплоизоляционную шайбу 29 обратно в котел 1. Вал роторного двигателя 18 одним концом через теплоизоляционную муфту 31 вращает вал электрогенератора 32 и при выходе его на номинальную мощность устройство коммутации 36 выключает электропитание электропривода 14 роторного компрессора 12 и электропривода 28 роторного насоса от аккумулятора 35 и включает их на электропитание от электрогенератора 32. С другого конца вала роторного двигателя 18 через теплоизоляционную муфту 33 передается вращательная энергия на выходной вал 34, с которого она имеет возможность сниматься для привода устройств или для привода электрогенератора при производстве электроэнергии.

Остановку работы тепловой машины производят посредством отключения электропривода 14 и затем электропривода 28 и закрытия крана 16 и возврата ее в исходное состояние.

Максимально предельный коэффициент полезного действия роторного двигателя 18, преобразуемого выкаченную тепловую энергию из окружающей проточной водной среды 10 в механическую энергию вращения выходного вала, определяется по формуле

где p -давление паров аммиака в котле 1;
p₀ давление паров аммиака в змеевике холодильника 23.

Из зависимости температуры кипения аммиака от давления выбирают соответственно температуры паров аммиака в змеевике конденсатора 3 и паров аммиака в змеевике испарителя 8, чтобы работа тепловой машины была оптимальной.

Тепловая машина позволяет выкачивать тепловую энергию из водного мирового океана и воздушного океана и превращать ее в механическую и электрическую энергию без отравления окружающей среды, а также сделать транспорт экологически чистым.

Использование: в теплоэнергетике. Сущность изобретения: тепловая машина содержит котел, заполненный аммиаком и внутри которого помещен змеевик конденсатора, содержащего теплопроводные пластины на его поверхности, в верхней части котел соединен трубой через кран для подачи паров аммиака и через теплоизоляционную шайбу с роторным двигателем, ось вращения которого смещена относительно оси внутренней цилиндрической поверхности, выход двигателя соединен трубой через теплоизоляционную шайбу для уменьшения потерь тепла по трубе со змеевиком холодильника, который помещен внутрь змеевика испарителя и крепится в нем посредством теплоизоляционных держателей и выход которого соединен трубой через теплоизоляционную шайбу с роторным насосом, вал которого соединен через теплоизоляционную муфту с валом электропривода для его привода, выход роторного насоса соединен трубой через теплоизоляционную шайбу с котлом для возврата сжиженного аммиака обратно в котел, тепловая машина содержит электрогенератор, вал которого соединен через теплоизоляционную муфту с первым концом вала роторного двигателя, а второй конец вала соединен через теплоизоляционную муфту с выходным валом, с которого снимается механическая энергия вращения для привода электрогенератора, тепловая машина содержит аккумулятор для электропривода, подключенного к роторному компрессору и электроприводу роторного насоса на время запуска тепловой машины, которая также содержит устройство коммутации для отключения аккумулятора и включения электрогенератора при выходе его на номинальную мощность для их электропитания при постоянной работе. 2 ил.

Тепловая машина, выкачивающая тепловую энергию из окружающей проточной водной среды или вентилируемой воздушной среды и используемая для обогрева помещений, содержащая компрессор для перекачки аммиака, мощность которого значительно меньше мощности выкачиваемой тепловой энергии, конденсатор, дроссель, испаритель, соединенные последовательно трубами, отличающаяся тем, что тепловая машина содержит котел, предварительно в который закачан аммиак под давлением, необходимым для его сжижения при температуре окружающей среды, а все остальные полости магистрали устройств, связанных с ним, заполняются парами аммиака при давлении и температуре окружающей среды, внутрь котла помещен змеевик конденсатора, содержащего теплопроводные пластины на его поверхности для большей теплоотдачи, в верхней части котел соединен трубой через кран для подачи паров аммиака и через теплоизоляционную шайбу с роторным двигателем, содержащим ротор, ось вращения которого смещена относительно оси внутренней цилиндрической поверхности до касания ротора с ней, и симметрично точке касания в корпусе роторного двигателя произведены входные и выходное отверстия, а в роторе произведена прямоугольная прорезь, в которой установлены с возможностью перемещения две лопатки, которые имеют возможность прижиматься к внутренней цилиндрической поверхности роторного двигателя посредством пружин, причем при положении лопаток параллельно оси, проведенной через входное и выходное отверстия, лопатки должны находиться над ними и точкой касания ротора внутренней цилиндрической поверхности роторного двигателя, выход которого соединен трубой через теплоизоляционную шайбу для уменьшения потерь тепла по трубе со змеевиком холодильника, который помещен внутрь змеевика испарителя и крепится в нем посредством теплоизоляционных держателей и выход которого соединен трубой через теплоизоляционную шайбу с роторным насосом, аналогичным по устройству роторному двигателю и вал которого соединен через теплоизоляционную муфту с валом электропривода для его привода, выход роторного насоса соединен трубой через теплоизоляционную шайбу с котлом для возврата сжиженного аммиака обратно в котел, причем поверхности котла, трубы, отходящей от него к крану, его поверхность, а также поверхность трубы, соединяющей его с роторным двигателем, его поверхность, трубы, отходящей от него к змеевику холодильника, покрыты теплоизоляцией для уменьшения потерь тепла, поверхность трубы, отходящей от котла к дросселю, также покрыта теплоизоляцией для уменьшения потерь тепла, а ее концы содержат теплоизоляционные шайбы, в качестве компрессора используется роторный компрессор, аналогичный по устройству роторному двигателю, вал которого соединен через теплоизоляционную муфту с валом электропривода для его привода, причем поверхности труб, подходящей и отходящей от роторного компрессора, и его поверхность покрыты теплоизоляцией, а на их концах также содержатся теплоизоляционные шайбы, поверхности труб, подходящей и отходящей от роторного насоса, и его поверхность также покрыты теплоизоляцией для уменьшения нагрева сжиженного аммиака, тепловая машина содержит электрогенератор, вал которого соединен через теплоизоляционную муфту с первым концом вала роторного двигателя, а второй конец вала соединен через теплоизоляционную муфту с выходным валом, с которого имеет возможность сниматься механическая энергия вращения для привода устройств или электрогенератора при производстве электроэнергии, тепловая машина содержит аккумулятор для электропитания электропривода, приводящего роторный компрессор, и электропривода, приводящего роторный насос во время запуска тепловой машины, которая также содержит устройство коммутации для отключения аккумулятора и включения электрогенератора при выходе его на номинальную мощность для их питания при постоянной работе.