СПОСОБ РАБОТЫ ДВУХФАЗНОГО ГРАВИТАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК F03G3/00 

Изобретение относится к области гравитационных двигателей с внешним подводом тепла и может быть использовано для преобразования энергии низкопотенциальных источников тепла в механическую энергию с более высоким КПД.

Известен способ гравитационного лифтового двигателя (патент ФРГ N 2951574, кл. F 03 G 3/00, 1981), содержащий резервуар с жидкостью высотой (H), в котором вертикально движется цепь с колоколами на звеньях. Колокола последовательно заполняют паром кипящей жидкости в нижней части резервуара, при этом возникает подъемная сила и цепь движется, совершая механическую работу, а в верхней части резервуара пар сбрасывают в холодильник, и сконденсированную жидкость возвращают в резервуар.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ работы "Термосифонного двигателя Ренкина" (T. Nguyen, M. Mochizuku "Thermosyphon Rankine Engine" Heat Recovery Sistems CHP. Volume 15, 1995, p. 73). "Термосифонный двигатель Ренкина" работает следующим образом испаряют кипящую жидкость в нижней части вертикальной герметичной полости термосифона, направляют пар через сопла на лопатки паровой турбины, конденсируют отработанный пар в холодильнике, расположенном в верхней части полости термосифона, и сливают сконденсированную жидкость в зону кипения под действием сил тяжести. Для использования низкопотенциальных источников тепла полость термосифона вакуумируют, и температура кипения жидкости в нем будет определяться отводом тепла из холодильника.

Недостатками этого способа преобразования теплой энергии в механическую являются:
низкий КПД (Heat Recovery Systems CHP, Volume 15, 1995) паросилового цикла Ренкина, так как в цикле используется сухой насыщенный пар, полученный от низкопотенциального источника тепла;
не используется кинетическая энергия кипящей жидкости.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно возможность увеличения КПД преобразования энергии низкопотенциального тепла в механическую энергию, используя кинетическую энергию кипящей жидкости.

Для достижения поставленной задачи способ работы двухфазного гравитационного двигателя заключается в том, что осуществляют цикл термосифона с отбором кинетической энергии пара на турбине, отличающийся тем, что при осуществлении цикла термосифона разделяют поток кипящей жидкости на два потока парожидкостной и жидкостной, при этом парожидкостной поток дроссилируют и направляют в турбину, а жидкостной поток возвращается к зоне кипения.

Предлагаемый способ "двухфазного гравитационного двигателя" реализуют по схеме, приведенной на чертеже.

К жидкостной зоне (1) вертикально расположенного корпуса термосифона (2) подводят тепло от внешнего источника (3). Перегородкой (4) кипящую жидкость под действием сил гравитации и вязкости разделяют на два потока - парожидкостной поток (5) и жидкостной поток (6). Качество разделения достигается установлением зазора (7) между торцом перегородки (4) и дном корпуса термосифона (2). Этот зазор устанавливают индивидуально в зависимости от параметров двигателя так, чтобы все паровые пузыри уходили в парожидкостной поток (5). Под действием сил гравитации и вязкости парожидкостную смесь в потоке (5) разгоняют и при этом втягивают чистую жидкость потока в зону кипения (8). Затем парожидкостной поток ускоряют в соплах (9) и направляют на лопатки турбины (10). Отработанную парожидкостную смесь направляют к свободной поверхности жидкости (11), расположенной выше турбины и перегородки (4). Пар на этой поверхности (11) выделяется и уходит в холодильник (12). Сконденсированную жидкость под действием сил тяжести сливают в жидкостной поток (6).

Положительный эффект возможность увеличения КПД двигателя - предлагаемого способа достигается тем, что на лопатки турбины подают парожидкостную смесь, а по способу прототипа чистый пар.

Для доказательства поставленной задачи изобретения приведем данные расчета скоростей потоков, направленных в турбины предлагаемым способом и способом прототипа, и сравним мощности этих потоков с мощностью гравитационного лифтового двигателя при одинаковой производительности пара и при одинаковых температурах в зонах подвода и отвода тепла и сечениях сопел.

Теплоноситель вода. Сечения каналов потоков (3х4) см², S=6•10^-4 м². Высота каналов потоков (5,6) H=0,5 м. Высота парового канала прототипа H=0,5 м. Поворотные части каналов вверху и внизу на 180^o с радиусом R=0,1 м, которые соответственно являются зонами полной конденсации и зоной подвода тепла. Массовое паросодержание x=0,1 (в предлагаемом способе). Давление в зоне кипения 1 атм. следовательно, температура кипения t_кип=100^oC.

Расчет проводился по программе: Смоголев И.П. и др. Программный комплекс для гидравлического расчета потерь давления на персональном компьютере. Атомная энергия. т. 70 с. 402 1991 г.

В результате расчетов в предлагаемом способе массовый расход парожидкостного потока G= 583,9 кг/час, его плотность ρ = 5,77 кг/м³ скорость V=46 м/сек. Расход пара G_n=0,0267 м³/сек. Мощность парожидкостной струи N₁=169 Вт.

Способ прототипа: при расходе пара G_n=0,0267 м³/сек, скорость пара V"= 44,5 м/сек, плотность пара ρ″ = 0,597 кг/м³ Мощность паровой струи N₂=16 Вт.

Лифтовый гравитационный двигатель: уровень жидкости в резервуаре H=0,5 м, колокол полусферической формы, емкостью V_k=26,7 л, заполняется паром за 1 сек. С учетом только гидравлического сопротивления скорость подъема колокола V_k=0,15 м/сек, подъемная сила F=26,7 кг, развиваемая мощность N₃=40 Вт.

Сравнивая результаты расчета, можно сделать вывод, что при одинаковых тепловых затратах наиболее эффективным способом преобразования тепловой энергии в механическую является предлагаемый способ работы "двухфазного гравитационного двигателя".

Использование: преобразование энергии низкопотенциальных источников тепла в механическую энергию. Сущность изобретения: при осуществлении цикла термосифона разделяют поток кипящей жидкости на два потока - парожидкостной и жидкостной, парожидкостной поток дроссилируют и направляют в турбину, а жидкостной поток возвращают к зоне кипения. 1 ил.

Способ работы парожидкостного гравитационного двигателя, заключающийся в том, что осуществляют цикл термосифона с отбором кинетической энергии пара на турбине, отличающийся тем, что при осуществлении цикла термосифона разделяют поток кипящей жидкости на два потока парожидкостной и жидкостной, парожидкостной поток дросселируют и направляют в турбину, а жидкостной поток возвращают к зоне кипения.