Устройство для преобразования теплоты в механическую работу Советский патент 1991 года по МПК F03G6/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в устройствах для преобразования теплоты в механическую работу.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности перекачки жидкости.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство для преобразования теплоты в механическую работу содержит испаритель 1, конденсатор 2, расположеннь й над испарителем 1 всасывающий трубопровод 3, подключенный к водоему 4, и преобразователь 5, выполненный в виде полого корпуса 6 с размещенным в нем рабочим колесом 7 с лопатками 8, при этом полость корпуса б сообщена при помощи подводящего трубопровода 9 с испарителем 1, а отводящего трубопровода 10 - с конденсатором 2. Рабочее колесо 7 снабжено полой осевой цилиндрической втулкой 11, лопатки 8 размещены на последней и установлены радиально с образованием камер 12, каждая из которых снабжена двумя эластичными перегородками 13 и 14, соединенными между собой жесткой связью 15 и разделяющими камеру 12 на наружную 16, промежуточную 17 и внутреннюю 18 полости, корпус 6 снабжен перегородкой 19, размещенной в полости втулки 11 перпендикулярно плоскости вращения колеса 7 и разделяющей эту полость на всасывающую 20 и нагнетательную 21 камеры, сообщенные с внутренними полостями 18 камер 12, отводящий трубопровод 10 подключен к конденсатору 2 в нижней его части, колесо 7 размещено по высоте между конденсатором 2 и испарителем 1, промежуточные полости 17 сообщены между собой и заполнены жидкостью, всасывающая 20 и нагнетателыпя 21 камеры соединены между собой при помощи трубопровода 22 с

вентилем 23, всасывающий трубопровод 3 подключен к всасывающей камере 20, преобразователь 5 снабжен напорным трубопроводом 24 с вентилем 25, а испаритель 1 и

конденсатор 2 - теплообменниками 26 и 27 с соединительными гидромагистралями 28 и 29 с вентилями 30 и 31. при этом напорный трубопровод 24 подключен к нагнетательной камере 21, а гидромагистрали 28 и 29 к напорному трубопроводу 24, причем входы теплообменников 26 и 27 подключены к нему перед вентилем 25, а выходы - за ним. Устройство работает следующим образом.

Легко испаряющаяся жидкость (например, аммиак), подогретая в испарителе 1, расположенном в среде с повышенной температурой, например в воде, имеющей положительную температуру, имеет давление

аза выше, чем в конденсаторе 2, например, воздуха с отрицательной температурой. Газ по трубопроводу 9 поступает в наружные полости 16 камер 12, давит на эластичные перегородки 13, которые через жесткую

связь 15 передают давление на другие эластичные перегородки 14. Жидкость, заполняющая промежуточные полости 17, из зоны повышенного давления выдавливается в полости низкого давления, причем объем вытесненной жидкости, поступающей из зоны повышенного давления, равен объему поступившей в зону пониженного давления газа. Давление, передаваемое с одной эластичной перегородки на другую, усиливается, поскольку площадь последней меньше площади первой. В результате жидкость из внутренних полостей 18 выдавливается в нагнетательную камеру 21 и далее в напорный трубопровод 24.

При нагнетании жидкости или газа в нагнетательную камеру 21 происходит уменьшение объема части промежуточных полостей 17 между эластичными перегородками 13 и 14 в пределах жесткой связи 15. В

зоне низкого давления при всасывании происходит увеличение объема аналогичных полостей. При заполнении-промежуточных полостей 17 жидкостью общий объем полостей остается практически постоянным, и сжатие ее в зоне высокого давления автоматически приводит к расширению ее в зоне низкого давления, что возможно только при осуществлении всасывания по всасывающую камеру 20 жидкости. При расширении объема части промежуточной полости, находящейся в зоне пониженного давления, при процессе всасывания жидкости во всасывающую камеру 20 автоматически происходит соответствующее уменьшение части промежуточных полостей 17, находящихся в зоне повышенного давления, и, следовательно, происходит процесс нагнетания.

Так как жидкость, заполняющая промежуточные полости 17, и перекачиваемая жидкость имеют плотность, большую, чем газ, то смещение масс по радиусу колса 7 приводит к дебалансу массы колеса 7 и оно начинает вращаться. При вращении колеса 7 газ, находящийся под более высоким давлением, и,испарителя 1 по трубопроводу 9 поступает в трубопровод 10 и далее в охла- дитель 2, где он конденсируется при пониженном давлении, жидкий конденсат по трубопроводу 10 стекает к колесу 7, которое, вращаясь, перекачивает этот конденсат в трубопровод 9, и по нему конденсат поступает в испаритель 1, где он нагревается, испаряется и под повышенным давлением снова поступает в трубопровод 9, и процесс повторяется. Присоединение теплообменников к напорному трубопроводу через вентили дает возможность использовать, например, теплрту подогретых сбрасываемых сточных вод в естественные водные объекты для водоподъема их и одновременно понизить или исключить тепловое загрязнение последних. В этом случае если температура перекачиваемой жидкости выше температуры среды, в которой располо- жены конденсатор 2 и испаритель 1, вентили 25 и 31 закрывают, а вентили 30 открывают. В этом случае перекачиваемая жидкость поступает в теплообменник 26 и нагревает находящееся в нем рабочее тело и затем поступает в напорный трубопровод 24. Стенки испарителя 1 теплоизолируют, например, слоем стекловаты, располагаемой на их внешней поверхности. Для запуска устройства необходимо подогреть рабочее тело в испарителе 1 разовым подводом тепла к нему, например сжиганием топлива.

В случае, когда перекачиваемая жидкость имеет более низкую температуру, чем

окружающие испаритель 1 и конденсатор 2 среды, перекрывают вентили 25 и 30 и открывают вентили 31. Тогда перекачиваемая жидкость , прежде чем поступить в трубопровод 24, охлаждает теплообменник 27 и

понижает температуру в конденсаторе 2. При этом теплоизолируют конденсатор 2. Это позволяет перекачивать жидкость, например, подземную воду, имеющую обычно летом температуру 8-12°С, на орошение

теплолюбивых культур при температуре воздуха свыше 20°С с одновременным подогревом воды. Для запуска устройства в этом-случае необходимо предварительно охладить рабочее тело в конденсаторе 2.

Регулирование соотношения между количеством механической энергии и количеством перекачиваемой жидкости осуществляют следующим образом. При открытом вентиле 23 трубопровод 22 напрямую соединяет нагнетательную 21 и всасывающую 20 камеры, и жидкость поступает напрямую из камеры 21 в камеру 20, а не в напорный трубопровод 24. В этом случае устройство не работает как водоподъемник, а работает только как преобразователь теплоты в механическую энергию. По мере закрытия вентиля 23 увеличивается доля энергии перепада давления, идущая на водоподъем. При закрытом вентиле 23 доля такой энергии, идущей на водоподъем, достигает своей максимальной величины.

Формула изобретения

Устройство для преобразования теплоты в механическую работу, содержащее испаритель, конденсатор, расположенный над испарителем, всасывающий трубопровод, подключенный к водоему, и преобразователь, выполненный в виде полого корпуса с размещенным в нем рабочим колесом с лопатками, при этом полость корпуса сообщена при помощи подводящего трубопровода с испарителем, а отводящего - с конденсатором, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения перекачки жидкости, рабочее колесо снабжено полой осевой цилиндрической втулкой, лопатки размещены на последней и установлены радиально с образованием камер, каждая из которых снабжена двумя эластичными перегородками, соединенными между собой жесткой связью и разделяющими камеру на наружную, промежуточную и внутреннюю полости, корпус преобразователя снабжен перегородкой, размещенной в полости втулки перпендикулярно плоскости вращения колеса и разделяющей эту полость на

всасывающую и нагнетательную камеры,

сообщенные с внутренними полостями камер рабочего колеса, отводящий трубопровод подключен к конденсатору в нижней его части, колесо размещено по высоте между последним и испарителем, промежуточные полости камер колеса сообщены между собой и заполнены жидкостью, всасывающая и нагнетательная камеры соединены между собой при помощи трубопровода с вентилем, всасывающий трубопровод подключен

к всасывающей камере, преобразователь снабжен напорным трубопроводом с вентилем, а испаритель и конденсатор - теплообменниками с соединительными гидромагистралями с вентилями, при этом напорный трубопровод подключен к нагнетательной камере, а гидромагистрали - к напорному трубопроводу, причем входы теплообменников подключены к нему перед его вентилем, а выходы - за ним.

Изобретение относится к энергетике. Конденсатор (К) 2 расположен над испарителем (И) 1. Всасывающие трубопровод (Т) 3 соединяет водоем 4 с всасывающей камерой 20. Преобразователь 5 выполнен в виде полого корпуса 6 и рабочего колеса (РК) 7 с лопатками 8. Полость корпуса 6 соединена при помощи Т9сИ1,аТ10-сК2. РК7 снабжено полой осевой цилиндрической втулкой 11. Лопатки 8 размещены на последней радиально с образованием камер (КМ) 12. Каждая КМ 12 снабжена двумя эластичными перегородками (П) 13 и 14, последние соединены жесткой связью 15. П 13 и 14 разделяют КМ 12 на наружную, промежуточную и внутреннюю полости (ПЛ) 16- 18. Корпус 6 снабжен П 19. П 19 размещена в полости втулки 11 и разделяет эту полость на всасывающую и нагнетательную КМ 20 и 21. Последние сообщены с ПЛ 18. Т 10, подключен к К 2 в нижней его части, РК 7 раз