ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ЗАМКНУТЫМ ЦИКЛОМ И С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА "ТИТАЛ-03" (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК F02G1/04 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к энергетическим установкам с внешним подводом тепла, которые могут применяться в разнообразных областях и предназначены для применения в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов с любыми источниками нагревания.

Известны «Стирлинга двигатели». Большая советская энциклопедия, М., «Советская энциклопедия», 1976, т.24, стр.520, рис.1, 2. В этом двигателе газообразным рабочим телом является гелий под давлением 10 Мн/м² (100 кгс/см²), который находится в замкнутом пространстве рабочей камеры-цилиндра, ограниченном подвижным элементом. Данный двигатель имеет также источник нагревания, источник охлаждения и кинематическую связь между подвижным элементом и рабочим валом. Внешний подвод тепла к рабочему телу, а также отвод тепла от него осуществляется через стенку, т.е. эффективность работы двигателя зависит от толщины стенки, материала стенки, площади контакта рабочего тела со стенкой.

Известен патент РФ №2227223 «Способ работы теплового двигателя объемного вытеснения и тепловой двигатель объемного вытеснения Николаева», публ. 20.04.2004., МПК F02G 1/04, патентовладелец Николаев О.Б.

Данный двигатель (по первому и второму вариантам) содержит преобразователь энергии с рабочей камерой-цилиндром, в замкнутом пространстве, ограниченном подвижным элементом которой, находится сжатое газообразное рабочее тело, рабочая камера-цилиндр со стороны верхнего торца соединена через клапанный блок с контурами теплоносителя, причем один из контуров имеет источник нагревания, а второй контур имеет источник охлаждения, к тому же подвижный элемент имеет кинематическую связь с рабочим валом. В данном двигателе не обеспечена полная герметичность рабочей камеры-цилиндра, так как подвижный элемент имеет жесткую механическую связь с рабочим валом. Это снижает долговечность и мощность двигателя. Непосредственный контакт сжатого газообразного рабочего тела, которое находится в рабочей камере-цилиндре, с газообразным теплоносителем повышает скорость изменения внутренней энергии сжатого газообразного рабочего тела, но газообразный теплоноситель имеет более низкий коэффициент теплоотдачи и меньшую удельную теплоемкость, чем жидкий теплоноситель. К тому же как источник нагревания нужно использовать высококалорийное топливо, и этот двигатель не оснащен элементом для повышения его эффективности, например регенеративным контуром.

Задачей изобретения «Энергетическая установка с замкнутым циклом и с внешним подводом тепла (варианты)» является следующее: путем выполнения подвижного элемента в виде поршня-поплавка с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра, эта камера имеет термозащитный экран, одна из соосных частей которого закреплена к верхнему торцу рабочей камеры-цилиндра, а вторая его часть закреплена к поршню-поплавку, а также имеет распылитель капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии, подключенный к клапанному блоку, который соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя через эти контуры, которые в вариантах выполнения или расположены в разной окружающей температурной среде, или среди них дополнительно есть регенеративный контур жидкого теплоносителя, соединения клапанного блока и циркуляционного насоса с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя, причем этот распределитель подключен к блоку управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором, выполнения системы отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра со сборником жидкого теплоносителя и отверстием для его отвода, соединенным с циркуляционным насосом, использования гидравлической связи между поршнем-поплавком с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра и рабочим валом гидравлического двигателя и через этот гидравлический двигатель с компенсатором давления гидравлической жидкости, - обеспечить создание компактной, надежной, долговечной, высоко экономичной энергетической установки с внешним подводом тепла, что позволяет встраивать ее в качестве автономной энергетической установки в различные стационарные объекты с использованием разности температур в окружающей среде с обеспечением экологической безопасности или в различные стационарные и передвижные объекты с использованием разных видов топлива.

Суть изобретения (первый вариант). Следующее известно. Энергетическая установка содержит преобразователь энергии с рабочей камерой-цилиндром, в замкнутом пространстве, ограниченном подвижным элементом которой, находится сжатое газообразное рабочее тело, рабочая камера-цилиндр со стороны верхнего торца соединена через клапанный блок с контурами теплоносителя, причем один из контуров имеет источник нагревания, а второй контур имеет источник охлаждения, к тому же подвижный элемент имеет кинематическую связь с рабочим валом. Следующее новое. Подвижный элемент представляет собой поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра, рабочая камера-цилиндр имеет дополнительно термозащитный экран, одна из соосных частей которого закреплена к верхнему торцу рабочей камеры-цилиндра, а вторая его часть закреплена к поршню-поплавку, а также имеет распылитель капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии, подключенный к клапанному блоку, который в свою очередь соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя через эти контуры, которые расположены в разной окружающей температурной среде, система отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет сборник жидкого теплоносителя и отверстие для его отвода, это отверстие соединено с циркуляционным насосом, который также соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя, этот распределитель в свою очередь подключен к блоку управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором, поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет гидравлическую связь с рабочим валом гидравлического двигателя и через этот гидравлический двигатель с компенсатором давления гидравлической жидкости, а датчики давления в рабочей камере-цилиндре и в компенсаторе давления гидравлической жидкости подключены к этому блоку управления. Следующее известно. Заявка № 200601096, «Роторно-поршневое устройство «Титал 02», дата подачи 06.02.2006, заявитель Титиевский А.П.

Каплями жидкого теплоносителя являются капли воды.

Каплями жидкого теплоносителя являются капли низкозамерзающей жидкости.

Технический результат (первый вариант). Совокупность таких новых существенных признаков, как расположение поршня-поплавка, который имеет систему отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра в составе сборника жидкого теплоносителя и отверстия для его отвода, в рабочей камере цилиндре, к тому же эта рабочая камера-цилиндр оснащена распылителем капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии, который подключен к клапанному блоку, а также оснащена термозащитным экраном, - эти существенные признаки дают возможность использовать капли жидкого теплоносителя и сжатый гелий в одной рабочей камере-цилиндре для осуществления преобразования тепловой энергии в механическую. Использование капель жидкого теплоносителя непосредственно в рабочей камере-цилиндре для передачи-отбора тепла сжатому гелию более экономично, так как жидкий теплоноситель имеет более высокий коэффициент теплоотдачи и большую удельную теплоемкость в сравнении с газообразным теплоносителем. Использование вариантов капель жидкого теплоносителя (капли воды или капли низкозамерзающей жидкости) зависит от условий размещения контуров жидкого теплоносителя в окружающей среде. Конструктивные особенности термозащитного экрана исключают передачу-отбор тепла стенкам рабочей камеры-цилиндра при любом положении поршня-поплавка, что обеспечивает полное превращение тепла в механическую энергию. Эти же новые существенные признаки обеспечивают компактность энергетической установки, эффективность нагрева и охлаждения сжатого гелия. Совокупность таких новых существенных признаков, как соединение распределителя включения контуров жидкого теплоносителя через эти контуры, клапанный блок, распылитель капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии с рабочей камерой-цилиндром, при этом этот распределитель подключен к блоку управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором, к этому блоку управления также подключены датчики давления в рабочей камере-цилиндре и компенсаторе давления гидравлической жидкости, - обеспечивает усовершенствование управляемости энергетической установки, регулирования ее мощности и регулирования частоты вращения рабочего вала гидравлического двигателя. Совокупность таких новых существенных признаков, как гидравлическая связь поршня-поплавка с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра с рабочим валом гидравлического двигателя и через этот гидравлический двигатель с компенсатором давления гидравлической жидкости, обеспечивает увеличение ресурса работы энергетической установки и надежность ее функционирования также и за счет снижения проблемы сложности уплотнения. Расположение в разной окружающей температурной среде контуров жидкого теплоносителя, т.е. использование в качестве источника нагревания одного из контуров воздушной среды, а в качестве источника охлаждения второго контура использование водной среды, обеспечивает эффективность работы энергетической установки путем использования низкотемпературных перепадов в окружающей среде без использования топлива, что обеспечивает экологическую чистоту данной энергетической установки. Все новые существенные признаки энергетической установки в совокупности с использованием аккумулятора тепла окружающей среды обеспечивают надежность и экономичность ее работы. Эта энергетическая установка компактна, автономна, что дает возможность встраивать ее в разнообразные объекты, также возможна компоновка этих энергетических установок в батарею необходимой мощности.

Суть изобретения (второй вариант). Следующее известно.

Энергетическая установка содержит преобразователь энергии с рабочей камерой-цилиндром, в замкнутом пространстве, ограниченном подвижным элементом которой, находится сжатое газообразное рабочее тело, рабочая камера-цилиндр со стороны верхнего торца соединена через клапанный блок с контурами теплоносителя, причем один из контуров имеет источник нагревания, а второй контур имеет источник охлаждения, к тому же подвижный элемент имеет кинематическую связь с рабочим валом. Следующее новое. Подвижный элемент представляет собой поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра, рабочая камера-цилиндр имеет дополнительно термозащитный экран, одна из соосных частей которого закреплена к верхнему торцу рабочей камеры-цилиндра, а вторая его часть закреплена к поршню-поплавку, а также имеет распылитель капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии, подключенный к клапанному блоку, который в свою очередь соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя через эти контуры, система отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет сборник жидкого теплоносителя и отверстие для его отвода, это отверстие соединено с циркуляционным насосом, который также соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя, среди которых дополнительно введен регенеративный контур жидкого теплоносителя, этот распределитель в свою очередь подключен к блоку управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором, поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет гидравлическую связь с рабочим валом гидравлического двигателя и через этот гидравлический двигатель с компенсатором давления гидравлической жидкости, а датчики давления в рабочей камере-цилиндре и в компенсаторе давления гидравлической жидкости подключены к этому блоку управления. Следующее известно. Заявка № 200601096, «Роторно-поршневое устройство «Титал 02», дата подачи 06.02.2006, заявитель Титиевский А.П.

Количество регенеративных контуров жидкого теплоносителя 1-24.

Каплями жидкого теплоносителя являются капли воды.

Каплями жидкого теплоносителя являются капли низкозамерзающей жидкости.

Технический результат (второй вариант). Во втором варианте выполнения энергетической установки совокупность новых существенных признаков, одинаковых с первым вариантом выполнения изобретения, обеспечивает технический результат по первому варианту выполнения. К тому же дополнительно введен регенеративный контур жидкого теплоносителя, который подключен так же, как и контуры жидкого теплоносителя, с источником нагревания и с источником охлаждения к распределителю включения этих контуров и проходит через отводную трубу неиспользованного тепла нагревателя, что обеспечивает повышение КПД до максимального значения 70%, так как при этом используется тепло, которое выбрасывается в окружающую среду. Совокупность всех новых существенных признаков энергетической установки обеспечивает компактность этой автономной энергетической установки, которая дает возможность встраивать ее в различные стационарные и передвижные объекты.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами: фиг.1 - энергетическая установка по первому варианту выполнения, общий вид; фиг.2 - энергетическая установка по второму варианту выполнения, общий вид.

Устройство состоит (первый вариант). Энергетическая установка фиг.1 содержит преобразователь энергии поз.1 с рабочей камерой-цилиндром поз.2 в верхней его части. Эта рабочая камера-цилиндр ограничена поршнем-поплавком поз.3 с системой отвода поз.4 жидкого теплоносителя поз.5, которым является вода или низкозамерзающая жидкость, например «Тосол» А-65, и верхним торцом поз.6 с распылителем поз.7 капель поз.8 жидкого теплоносителя в сжатом гелии. В рабочей камере-цилиндре расположены также термозащитный экран поз.9, одна из соосных частей которого закреплена к верхнему торцу, а вторая его часть закреплена к поршню-поплавку. Система отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет сборник поз.10 жидкого теплоносителя и отверстие поз.11 для отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра. Распылитель капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии подключен к клапанному блоку поз.12, который в свою очередь соединен с распределителем поз.13 включения контуров поз.14, 15 жидкого теплоносителя через эти контуры, при этом эти контуры расположены в разной окружающей температурной среде, т.е. первый из них имеет в качестве источника нагревания поз.16 атмосферный воздух, например он расположен на крыше здания, а второй контур имеет в качестве источника охлаждения поз.17 водную среду, т.е. он расположен, например, в колодце. Отверстие для отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра соединено с распылителем капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии через циркуляционный насос поз.18, распределитель включения контуров жидкого теплоносителя, один из контуров жидкого теплоносителя при помощи клапанного блока. Поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет гидравлическую связь, гидравлическая жидкость поз.19, с рабочим валом поз.20 гидравлического двигателя поз.21 (заявка № 200601096, «Роторно-поршневое устройство «Титал 02», дата подачи 06.02.2006, заявитель Титиевский А.П.) через включатель-регулятор поз.22 и через этот гидравлический двигатель с компенсатором давления поз.23 гидравлической жидкости, в верхней части которого находится сжатый воздух. Этот включатель-регулятор и распределитель включения контуров жидкого теплоносителя подключены к блоку управления поз.24 распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором, блок управления имеет включатель поз.25. К этому блоку управления также подключены датчик поз.26 давления в рабочей камере-цилиндре, датчик поз.27 давления в компенсаторе давления гидравлической жидкости, датчики поз.28, 29 температуры жидкого теплоносителя в контурах жидкого теплоносителя с источниками нагревания и охлаждения соответственно. Энергетическая установка также имеет аккумулятор тепла поз.30 окружающей среды, например водный, с запорными клапанами поз.31, 32.

Энергетическая установка работает следующим образом (первый вариант) фиг.1. Включают энергетическую установку: включают включатель поз.25 блока управления поз.24 распределителем поз.13 включения контуров поз.14, 15 жидкого теплоносителя поз.5; включают циркуляционный насос поз.18. Поршень-поплавок поз.3 с системой отвода поз.4 жидкого теплоносителя поз.5 находится в исходном положении, в верхней точке, при этом давление в рабочей камере-цилиндре поз.2 сжатого гелия и сжатого воздуха в компенсаторе давления поз.23 гидравлической жидкости поз.20 одинаковое (10 МПа) при температуре окружающей среды. В зависимости от разности температур жидкого теплоносителя в контуре поз.14 с источником нагревания поз.16, например атмосферный воздух, и жидкого теплоносителя в контуре поз.15 с источником охлаждения поз.17, например водная среда, энергетическая установка работает по двум разным замкнутым термодинамическим циклам.

Вариант работы энергетической установки по первому термодинамическому циклу. Энергетическая установка работает эффективно при условии, что окружающая среда обеспечивает разность температур жидкого теплоносителя в контурах с источником нагревания и с источником охлаждения большую, чем 8°С. Цикл состоит из последовательно двух, которые чередуются, изотермических процессов. Запорные клапаны поз.31, 32 аккумулятора тепла поз.30 окружающей среды закрыты. Блок управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором открывает включатель-регулятор поз.22. Рабочий цикл осуществляется за два такта. Первый такт. Блок управления распределителем подключает контур жидкого теплоносителя с источником нагревания через клапанный блок поз.12 к распылителю поз.7 капель поз.8 жидкого теплоносителя в сжатом гелии. Происходит подвод тепла от капель жидкого теплоносителя (капли воды или капли низкозамерзающей жидкости) к рабочему телу, сжатому гелию, при этом термозащитный экран поз.9 предотвращает передачу тепла от капель жидкого теплоносителя к стенкам рабочей камеры-цилиндра. Сжатый гелий расширяется, давление в рабочей камере-цилиндре повышается и поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры цилиндра двигается вниз, осуществляя рабочий ход, и вытесняет гидравлическую жидкость из преобразователя энергии поз.1 в компенсатор давления гидравлической жидкости. Происходит изотермическое расширение. Гидравлическая жидкость передает работу расширения сжатого гелия на рабочий вал поз.20 гидравлического двигателя поз.21, т.е. осуществляется гидравлическая связь между поршнем-поплавком и рабочим валом гидравлического двигателя. Рабочий ход поршня-поплавка с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра происходит до тех пор, пока давление в рабочей камере-цилиндре и компенсаторе давления гидравлической жидкости не уравняется, т.е. часть работы, выполненная при рабочем ходе поршня-поплавка, аккумулируется в виде энергии сжатого воздуха в компенсаторе давления гидравлической жидкости. После прохождения капель жидкого теплоносителя через сжатый гелий они собираются сборником поз.10 жидкого теплоносителя и через отверстие поз.11 циркуляционным насосом поз.18 жидкий теплоноситель возвращается через распределитель включения контуров жидкого теплоносителя в соответствующий контур.

Второй такт. Блок управления распределителем подключает контур жидкого теплоносителя с источником охлаждения поз.17 через клапанный блок к распылителю капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии. Происходит отбор тепла каплями жидкого теплоносителя от сжатого гелия, при этом термозащитный экран предотвращает охлаждение каплями жидкого теплоносителя стенок рабочей камеры-цилиндра. Рабочее тело сжимается, давление в рабочей камере-цилиндре снижается и поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра двигается вверх в исходное положение. Происходит изотермическое сжатие. Энергия сжатого воздуха в компенсаторе давления гидравлической жидкости вытесняет гидравлическую жидкость через гидравлический двигатель в преобразователь энергии, при этом часть аккумулированной энергии сжатым воздухом передается на рабочий вал гидравлического двигателя. Возвращение поршня-поплавка в исходное положение происходит до тех пор, пока давление в рабочей камере-цилиндре и компенсаторе давления гидравлической жидкости не уравняется. Отвод жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра через отверстие циркуляционным насосом в соответствующий контур жидкого теплоносителя аналогичен первому такту. Цикл повторяется.

Вариант работы энергетической установки по второму термодинамическому циклу. Энергетическая установка работает эффективно при условии, что окружающая среда не обеспечивает разности температур жидкого теплоносителя в контурах с источником нагревания и с источником охлаждения в 8°С. Цикл осуществляется следующим образом. Запорные клапаны аккумулятора тепла окружающей среды открыты. Цикл состоит из последовательно трех, которые чередуются, изохорного, адиабатного и изотермического, процессов. Рабочий цикл осуществляется за три такта, при этом к контуру жидкого теплоносителя с источником нагревания как источник нагревания подключают аккумулятор тепла окружающей среды через запорные клапаны.

Первый такт. Блок управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором закрывает включатель-регулятор и подключает контур жидкого теплоносителя с источником нагревания через клапанный блок к распылителю капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии. Происходит подвод тепла от капель жидкого теплоносителя (капли воды или капли низкозамерзающей жидкости) к рабочему телу, сжатому гелию, при этом термозащитный экран предотвращает передачу тепла от капель жидкого теплоносителя стенкам рабочей камеры-цилиндра. Давление в рабочей камере-цилиндре повышается, а так как включатель-регулятор закрыт, то отсутствует гидравлическая связь поршня-поплавка с рабочим валом гидравлического двигателя и с компенсатором давления гидравлической жидкости. Поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра остается в исходном положении. Происходит изохорный процесс. После прохождения капель жидкого теплоносителя через сжатый гелий эти капли собираются сборником жидкого теплоносителя и через отверстие для отвода жидкого теплоносителя циркуляционным насосом жидкий теплоноситель возвращается через распределитель включения контуров жидкого теплоносителя в соответствующий контур.

Второй такт. Блок управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором открывает включатель-регулятор и отключает оба контура жидкого теплоносителя от распылителя капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии. Поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра двигается вниз, осуществляя рабочий ход, и вытесняет гидравлическую жидкость в компенсатор давления гидравлической жидкости. Происходит адиабатное расширение. Гидравлическая жидкость передает работу расширения сжатого гелия на рабочий вал гидравлического двигателя, т.е. осуществляется гидравлическая связь между поршнем-поплавком и рабочим валом гидравлического двигателя. Рабочий ход поршня-поплавка с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра происходит до тех пор, пока давление в рабочей камере-цилиндре и компенсаторе давления гидравлической жидкости не уравняется.

Третий такт. Блок управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором подключает контур жидкого теплоносителя с источником охлаждения через клапанный блок к распылителю капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии. Происходит отбор тепла каплями жидкого теплоносителя от рабочего тела, сжатого гелия, при этом термозащитный экран предотвращает охлаждение каплями жидкого теплоносителя стенок рабочей камеры-цилиндра. Рабочее тело сжимается, давление в рабочей камере-цилиндре снижается и поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра двигается вверх в исходное положение. Происходит изотермическое сжатие. Энергия сжатого воздуха в компенсаторе давления гидравлической жидкости вытесняет гидравлическую жидкость через гидравлический двигатель в преобразователь энергии, при этом часть аккумулированной энергии сжатым воздухом передается на рабочий вал гидравлического двигателя. Возвращение поршня-поплавка с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра в исходное положение происходит до тех пор, пока давление в рабочей камере-цилиндре и компенсаторе давления гидравлической жидкости не уравняется. Отвод жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра через отверстие циркуляционным насосом в соответствующий контур жидкого теплоносителя аналогичен первому такту. Цикл повторяется.

Устройство состоит (второй вариант). Энергетическая установка фиг.2 содержит конструктивные элементы и их взаимосвязь по первому варианту выполнения изобретения. Кроме контура поз.14 жидкого теплоносителя поз.5 с источником нагревания, которым является нагреватель поз.33, и контура поз.15 жидкого теплоносителя с источником охлаждения, которым является холодильник поз.34, энергетическая установка имеет дополнительно регенеративный контур поз.35 жидкого теплоносителя, например их два, которые проходят через отводную трубу поз.36 неиспользованного тепла нагревателя. Датчики поз.37 температуры жидкого теплоносителя этих контуров подключены к блоку управления поз.24 распределителем поз.13 включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором поз.22. Количество регенеративных контуров жидкого теплоносителя 1-24.

Верхняя граница количества регенеративных контуров жидкого теплоносителя обусловлена тем, что дальнейшее увеличение количества этих контуров не увеличивает КПД, а лишь ухудшает массогабаритные характеристики энергетической установки. Регенеративные контуры жидкого теплоносителя соединены с распылителем поз.7 капель поз.8 жидкого теплоносителя в сжатом гелии так же, как и контуры жидкого теплоносителя с нагревателем и холодильником.

Энергетическая установка работает следующим образом (второй вариант) фиг.2. Включают энергетическую установку: включают включатель поз.25 блока управления поз.24 распределителем поз.13 включения контуров поз.14, 15, 35 жидкого теплоносителя поз.5; включают нагреватель поз.33; включают циркуляционный насос поз.18. Поршень-поплавок поз.3 с системой отвода поз.4 жидкого теплоносителя поз.5 из рабочей камеры-цилиндра поз.2 находится в исходном положении, в верхней точке, при этом давление в рабочей камере-цилиндре поз.2 сжатого гелия и сжатого воздуха в компенсаторе давления поз.23 гидравлической жидкости поз.20 одинаковое (10 Мпа) при температуре окружающей среды. Замкнутый термодинамический цикл состоит из последовательно трех, которые чередуются, изохорного, адиабатного и изотермического, процессов и осуществляется за три такта.

Первый такт. Блок управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором закрывает включатель-регулятор поз.22 и подключает последовательно регенеративные контуры поз.35 жидкого теплоносителя и контур поз.14 жидкого теплоносителя с нагревателем поз.33 через клапанный блок поз.12 к распылителю поз.7 капель поз.8 жидкого теплоносителя в сжатом гелии. Происходит подвод тепла от капель жидкого теплоносителя (капли воды или капли низкозамерзающей жидкости) к рабочему телу, сжатому гелию, при этом термозащитный экран поз.9 предотвращает передачу тепла от капель жидкого теплоносителя стенкам рабочей камеры-цилиндра поз.2. Давление в рабочей камере-цилиндре повышается, а так как включатель-регулятор закрыт, то отсутствует гидравлическая связь поршня-поплавка с рабочим валом поз.20 гидравлического двигателя поз.21 и с компенсатором давления поз.23 гидравлической жидкости. Поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра остается в исходном положении. Происходит изохорный процесс. После прохождения капель жидкого теплоносителя через сжатый гелий они собираются сборником поз.10 жидкого теплоносителя и через отверстие поз.11 для отвода жидкого теплоносителя циркуляционным насосом жидкий теплоноситель возвращается через распределитель включения контуров жидкого теплоносителя в соответствующий контур.

Второй такт. Блок управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором открывает включатель-регулятор и отключает все контуры жидкого теплоносителя от распылителя капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии. Поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя двигается вниз, осуществляя рабочий ход, и вытесняет гидравлическую жидкость в компенсатор давления гидравлической жидкости. Происходит адиабатное расширение. Гидравлическая жидкость передает работу расширения сжатого гелия на рабочий вал гидравлического двигателя, т.е. осуществляется гидравлическая связь между поршнем-поплавком и рабочим валом гидравлического двигателя. Рабочий ход поршня-поплавка с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра происходит до тех пор, пока давление в рабочей камере-цилиндре и компенсаторе давления гидравлической жидкости не уравняется.

Третий такт. Блок управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором подключает последовательно регенеративные контуры жидкого теплоносителя и контур поз.15 жидкого теплоносителя с холодильником поз.34 через клапанный блок к распылителю капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии. Происходит отбор тепла каплями жидкого теплоносителя от рабочего тела, сжатого гелия, при этом термозащитный экран предотвращает охлаждение каплями жидкого теплоносителя стенок рабочей камеры-цилиндра. Рабочее тело сжимается, давление в рабочей камере-цилиндре снижается и поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра двигается вверх в исходное положение. Происходит изотермическое сжатие. Энергия сжатого воздуха в компенсаторе давления гидравлической жидкости вытесняет гидравлическую жидкость через гидравлический двигатель в преобразователь энергии поз.1, при этом часть аккумулированной энергии сжатым воздухом передается на рабочий вал гидравлического двигателя. Возвращение поршня-поплавка в исходное положение происходит до тех пор, пока давление в рабочей камере-цилиндре и компенсаторе давления гидравлической жидкости не уравняется. Отвод жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра через отверстие циркуляционным насосом в соответствующий контур жидкого теплоносителя аналогичен первому такту. Цикл повторяется.

Варианты выполнения энергоустановки дают возможность потребителю использовать ее в зависимости от нужд и изменения климатических условий, т.е. энергоустановка по первому варианту выполнения может быть укомплектована горелкой и регенеративным контуром, что делает энергоустановку универсальной.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к энергетическим установкам с внешним подводом тепла, которые предназначены для применения в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов с любыми источниками нагревания. Подвижный элемент выполнен в виде поршня-поплавка с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра. Камера имеет термозащитный экран, одна из соосных частей которого закреплена к верхнему торцу рабочей камеры-цилиндра, а вторая его часть закреплена к поршню-поплавку, и распылитель капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии, подключенный к клапанному блоку, который соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя через эти контуры. Клапанный блок и циркуляционный насос соединены с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя. Поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя имеет гидравлическую связь с рабочим валом гидравлического двигателя и через этот гидравлический двигатель с компенсатором давления гидравлической жидкости. Изобретение позволяет обеспечить компактность энергетической установки, эффективность нагрева и охлаждения сжатого гелия, управляемость, надежность функционирования и экономичность. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Энергетическая установка с замкнутым циклом и с внешним подводом тепла, которая содержит преобразователь энергии с рабочей камерой-цилиндром, в замкнутом пространстве, ограниченном подвижным элементом, которой находится сжатое газообразное рабочее тело, рабочая камера-цилиндр со стороны верхнего торца соединена через клапанный блок с контурами теплоносителя, причем один из контуров имеет источник нагревания, а второй контур имеет источник охлаждения, к тому же подвижный элемент имеет связь с рабочим валом, отличающаяся тем, что подвижный элемент представляет собой поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра, рабочая камера-цилиндр имеет дополнительно термозащитный экран, одна из соосных частей которого закреплена к верхнему торцу рабочей камеры-цилиндра, а вторая его часть закреплена к поршню-поплавку, а также имеет распылитель капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии, подключенный к клапанному блоку, который в свою очередь соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя через эти контуры, которые расположены в разной окружающей температурной среде, система отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет сборник жидкого теплоносителя и отверстие для его отвода, это отверстие соединено с циркуляционным насосом, который также соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя, этот распределитель в свою очередь подключен к блоку управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором, поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет гидравлическую связь с рабочим валом гидравлического двигателя и через этот гидравлический двигатель, с компенсатором давления гидравлической жидкости, а датчики давления в рабочей камере-цилиндре и в компенсаторе давления гидравлической жидкости подключены к этому блоку управления.

2. Энергетическая установка с замкнутым циклом и с внешним подводом тепла по п.1, отличающаяся тем, что каплями жидкого теплоносителя являются капли воды.

3. Энергетическая установка с замкнутым циклом и с внешним подводом тепла по п.1, отличающаяся тем, что каплями жидкого теплоносителя являются капли низкозамерзающей жидкости.

4. Энергетическая установка с замкнутым циклом и с внешним подводом тепла, которая содержит преобразователь энергии с рабочей камерой-цилиндром, в замкнутом пространстве, ограниченном подвижным элементом, которой находится сжатое газообразное рабочее тело, рабочая камера-цилиндр со стороны верхнего торца соединена через клапанный блок с контурами теплоносителя, причем один из контуров имеет источник нагревания, а второй контур имеет источник охлаждения, к тому же подвижный элемент имеет связь с рабочим валом, отличающаяся тем, что подвижный элемент представляет собой поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра, рабочая камера-цилиндр имеет дополнительно термозащитный экран, одна из соосных частей которого закреплена к верхнему торцу рабочей камеры-цилиндра, а вторая его часть закреплена к поршню-поплавку, а также имеет распылитель капель жидкого теплоносителя в сжатом гелии, подключенный к клапанному блоку, который в свою очередь соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя через эти контуры, система отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет сборник жидкого теплоносителя и отверстие для его отвода, это отверстие соединено с циркуляционным насосом, который также соединен с распределителем включения контуров жидкого теплоносителя, среди которых дополнительно введен регенеративный контур жидкого теплоносителя, этот распределитель в свою очередь подключен к блоку управления распределителем включения контуров жидкого теплоносителя и включателем-регулятором, поршень-поплавок с системой отвода жидкого теплоносителя из рабочей камеры-цилиндра имеет гидравлическую связь с рабочим валом гидравлического двигателя и через этот гидравлический двигатель - с компенсатором давления гидравлической жидкости, а датчики давления в рабочей камере-цилиндре и в компенсаторе давления гидравлической жидкости подключены к этому блоку управления.

5. Энергетическая установка с замкнутым циклом и с внешним подводом тепла по п.4, отличающаяся тем, что количество регенеративных контуров жидкого теплоносителя 1-24.

6. Энергетическая установка с замкнутым циклом и с внешним подводом тепла по п.4, отличающаяся тем, что каплями жидкого теплоносителя являются капли воды.

7. Энергетическая установка с замкнутым циклом и с внешним подводом тепла по п.4, отличающаяся тем, что каплями жидкого теплоносителя являются капли низкозамерзающей жидкости.