ЭНЕРГОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F01K25/10 

Изобретение относится к области создания энергетического устройства по превращению бросовой теплоты различных теплоносителей (газ, жидкость) в механическую энергию привода электрических генераторов для выработки электроэнергии или привода любых механических устройств.

Известны устройства по преобразованию различных видов энергии в механическую работу привода.

Так, существует устройство по преобразованию электромагнитной энергии лазера в тепловую, а затем в механическую работу (см. US 3495406, F 03 C 7/02, 1970).

Работа такого преобразователя состоит в преобразовании электромагнитной энергии лазера в тепловую, при нагреве воды в бойлере, когда происходит мгновенный разогрев воды, превращение ее в пар с высоким давлением, а последний истекает с высокой скоростью через реактивные сопла привода, возникает реактивная тяга, вращающая рабочие крутильные элементы в сборе, ротора с закрепленным с ним устройством отбора мощности. Происходит превращение электромагнитной энергии в тепловую, а та, соответственно, в потенциальную энергию пара, реактивную энергию истекающего потока и, в конечном итоге, механическую энергию привода ротора. Т.е. происходит многократное превращение электромагнитной энергии в другие виды энергии.

К недостаткам такого устройства можно отнести сложность конструкции, использование в качестве теплоносителя воды, имеющей высокую теплоемкость (при нагреве от 0 до 374^oC, требуется 1567 кДж тепловой энергии), что резко снижает эффективность работы лазерного генератора.

Известны тепловые насосы, работающие по обратному циклу Карно с коэффициентом преобразования 11-12, например, тепловой насос "Россия" (см. RU 1815549, F 25 B 29/00, 1993). Недостатком этого устройства является снижение КПД до 0,95 из-за противодавления рабочего тела на выходе из сопел, а также недостаточная долговечность уплотнений.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является устройство для получения механической энергии при разности температур двух теплоносителей (энергодвигатель), содержащее испаритель для аккумулирования теплоты, дроссельные отверстия для регулирования расхода рабочего тела и конденсатор для охлаждения рабочего тела (см. DE 3445785, F 01 K 25/10, 1986).

Техническим результатом изобретения является создание устройства, имеющего высокую энергонасыщенность, надежность, и абсолютную герметичность.

Для достижения технического результата энергодвигатель, содержащий испаритель для аккумулирования теплоты, дроссельные отверстия для регулирования расхода рабочего тела и конденсатор для охлаждения рабочего тела, снабжен корпусом и представляет собой трехконтурный механизм с замкнутым рабочим циклом, включающим последовательно расположенные друг за другом гидравлические машины: аксиально-поршневой насос с пазовым кулачком, работающий на расширение и служащий средством преобразования низкопотенциального давления газообразного рабочего тела из испарителя в высокое давление жидкости, и гидромотор, служащий средством преобразования высокого давления жидкого рабочего тела, поступившего из насоса, в механическую энергию привода генератора или механического устройства, а также третий дренажный контур, обеспечивающий полную герметичность механизма и исключение утечек рабочего тела.

Устройство энергодвигателя показано на чертеже.

Энергодвигатель содержит испаритель 1 для аккумулирования теплоты от теплоносителя, аксиально-поршневой насос 2, служащий преобразователем низкого рабочего давления газообразного рабочего тела в высокое давление жидкости, гидромотор 3 для преобразования высокого давления рабочего тела в механическую энергию привода, баллон 4 с рабочим телом, служащий конденсатором, фильтр 5 очистки рабочего тела, электрогенератор 6, запорный одноходовой кран 7, клапан 8 давления, инжекционный насос 9, магистраль 10 высокого давления рабочего тела, магистраль низкого давления 11, дренажную магистраль 12, магистраль высокого давления 13 к гидромотору 3, магистраль низкого давления 14 к аксиально-поршневому насосу 2 и регулятор 15 расхода теплоносителя, омывающего испаритель 1.

Энергодвигатель состоит из 3-х контуров. Первый контур содержит испаритель 1, магистраль 10, кран 7, аксиально-поршневой насос 2 и магистраль 11. Второй контур содержит магистраль 13, гидромотор 3, электрогенератор 6 и магистраль 14. Третий контур, представляющий собой дренажную систему, содержит магистраль 11, кран 7, клапан давления 8 и дренажную магистраль 12.

Принцип работы энергодвигателя состоит в следующем.

Рабочее тело: сжиженные хладагенты или низкокипящие газы - нагревается в испарителе 1 и через магистраль высокого давления 10 в газообразном состоянии через кран 7 поступает в аксиально-поршневой насос 2, где давление газообразного рабочего тела, например, 6 МПа, повышается да 16 МПа, причем газообразное рабочее тело превращается в жидкость. Сжатое жидкое рабочее тело по магистрали 13 поступает в гидромотор 3. Гидромотор вращает электрогенератор 6 или любое механическое устройство. После гидромотора рабочее тело поступает в баллон 4 с рабочим телом. Совершив работу расширения в аксиально-поршневом насосе 2, рабочее тело конденсируется и по магистрали низкого давления 11, через одноходовой кран 7 поступает в испаритель 1 для очередного нагрева. На этом замкнутый рабочий цикл заканчивается.

Для устранения утечек рабочего тела из полости насоса 2 служат дренажная магистраль 12, клапаны давления 8 и инжектор 9, образующие дренажную систему. Данная система работает следующим образом. При превышении заданного рабочего давления рабочим телом в полости аксиально-поршневого насоса 2, рабочее тело воздействует на клапаны давления 8, сжимая пружины и открывая при этом магистраль подачи рабочего тела к инжектору 9. Т.к. давление в магистрали низкого давления 11 принимается в несколько раз выше, чем в дренажной магистрали 12, то за счет инжекционного эффекта происходит отсос рабочего тела из полости насоса 2. После падения давления в полости насоса 2 ниже управляющего давления на клапанах 8 они закрываются, разобщая магистраль 12 с магистралью низкого давления. 11.

Преимущество данной системы состоит в то, что она обеспечивает стопроцентную герметизацию системы и исключает утечку газообразного рабочего тела (сжиженные газы, фреоны и др.) в атмосферу.

Энергодвигатель представляет собой трехконтурный механизм с замкнутым рабочим циклом. Механизм включает последовательно расположенные друг за другом гидравлические машины - аксиально-поршневой насос и гидромотор. Аксиально-поршневой насос работает на расширение и служит средством преобразования низкопотенциального давления газообразного рабочего тела из испарителя в высокое давление жидкости. Гидромотор служит средством преобразования высокого давления жидкого рабочего тела, поступившего из насоса, в механическую энергию привода генератора или механического устройства. Третий дренажный контур обеспечивает полную герметичность механизма и исключение утечек рабочего тела. Использование изобретения позволит создать устройство, имеющее высокую энергонасыщенность, надежность и абсолютную герметичность систем энергодвигателя. 1 ил.

Энергодвигатель, содержащий испаритель для аккумулирования теплоты, дроссельные отверстия для регулирования расхода рабочего тела и конденсатор для охлаждения рабочего тела, отличающийся тем, что энергодвигатель снабжен корпусом и представляет собой трехконтурный механизм с замкнутым рабочим циклом, включающим последовательно расположенные друг за другом гидравлические машины - аксиально-поршневой насос с пазовым кулачком, работающий на расширение и служащий средством преобразования низкопотенциального давления газообразного рабочего тела из испарителя в высокое давление жидкости, и гидромотор, служащий средством преобразования высокого давления жидкого рабочего тела, поступившего из насоса, в механическую энергию привода генератора или механического устройства, а также третий дренажный контур, обеспечивающий полную герметичность механизма и исключение утечек рабочего тела.