Устройство преобразования тепловой энергии в механическую Советский патент 1993 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и приборостроению, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии о механическую с использованием разности температур между двумя средами или в среде. Цель изобретения - расширение рабочего диапазона устройства,

Цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено крышкой корпуса, которая размещена на нем с образованием жесткой герметичной емкости, заполненной теплопередающей жидкостью, выполненной составной из двух несмешивающихся жидкостей, а в зонах всплытия и погружения размещены тепло- изолирующие гранулы с разной плотностью для каждой зоны.

Выполнение емкости герметичной, заполненной теплопередающей жидкостью позволяет изменять давление теплопереда- ющпх жидкостей на рабочие,камеры авто-- матически соответственно изменению температур рабочего тела в них регулированием объема теплопередающих жидкостей, гидравлически изолированных в жесткой емкости, что является необходимым услови- ем для достижения поставленной цели.

Так, если рабочее тело, например, фре- ом-114 (С2Р/,С12) нагревают в рабочей камере до Т 15°С, то давление в ней равно 1,54 атм и камера будет расширяться до уравновешивания давления эластичной стенкой камеры. При охлаждении рабочего тела до 5°С давление становится равны м 1,07 атм, и камера будет сжиматься, если давление газа и емкости равно, например 1,10 атм. Однако, когда температура нагревающей жидкости уменьшилась и рабочее тело нагревается только до 5°С, то давление, равное 1,07 атм, не приведет к расширению камеры, хотя и перепад температур при этом сохранится. Так, при температуре-5°С давление уменьшится до 0,72 атм, и изменение объема рабочей камеры практически не будет иметь место. Следовательно, при таком изменении температур жидкости и охлаждающего -газа устройство-прототип неработоспособно. Однако, если к рабочей камере, находящейся в нагревающей жидкости и подогревшей рабочее тело до 5°С, при котором давление внутри камеры равно 1,07 атм, приложить давление, равное давлению, передаваемому через теплопередаю- щие нагревающую и охлаждающую жидкости (которые практически являются несжимаемыми) от рабочей камеры, рабочее тело в которой охлаждено до -5°С, равное 0,72 атм, то первая рабочая камера будет увеличивать свой объем до уравновешивания перепада давления упругостью эластичной стенки, и устройство будет работоспособным при таком изменении температур, Отсюда рассматриваемый признак

является существенным.

Выполнение теплопередающей жидкости составной из двух несмешивающихся жидкостей и размещение теплоизолирую- щих гранул с разной плотностью для каждой

зоны позволяет уменьшить потери тепла между зонами нагревания и охлаждения через эти жидкости и обеспечить автоматический запуск устройства, что дает возможность расширить рабочий Диапазон

5 устройства при работе его при малых значениях, изменяющихся во времени рабочих перепадов температур. Следовательно, эти признаки также являются существенными. Совокупность рассмотренных призна0 ков является достаточной для достижения

поставленной цели,

На чертеже показано устройство преобразования тепловой энергии в механическую.

5Оно содержит ряд герметичных камер 1 переменного объема, имеющих эластичные стенки 2, теплризолированные друг отдруга и последовательно расположенные вдоль бесконечной трансмиссии 3, установленной

0 на двух колесах 4 и 5, оси 6 и 7 вращения которых смещены относительно друг друга по вертикали. Камеры 1 заполнены термочувствительным рабочим телом, изменяющим свой объем и давление при изменении

5 температуры, Нижняя часть трансмиссии 3 с камерами 1 погружена в теплопередаю- щую жидкость 8 и через нее и теплопереда- ющие стенки емкости 9 находится в тепловом контакте с теплоподводящей сре0 дои 10, например, жидкостью, имеющей температуру выше среды 11, например, газообразной, причем среда 8 имеет точку замерзания ниже наиболее низкой рабочей температуры среды 11, Верхняя часть

5 трансмиссии 3 с камерами 1 находится во второй теплопередающей жидкости 12 и через нее и теплопередающие стенки емкости, 9 находится в тепловом контакте со средой

- 11, Емкость 9 представляет собой жесткий 0 герметичный сосуд, состоящий из нижнего корпуса и размещенной на нем крышки. Часть стенок емкости 9, прилегающая к границе раздела сред 10 и 11, выполнена теп- лоизолирующей, а остальные части - 5 возможно более теплопроводными. Теплообмен между зонами погружения и всплытия камер ограничен вертикальной теплоизолирующей перегородкой 14. Теплопередающие жидкости 8 и 12 взаимно нерастворимые и практически не сжимаемые.

Удельная плотность жидкости 12 менише, чем удельная плотность жидкости 8, а теплопроводность их возможно большая, Между жидкостями 8 и 12 расположен слой 15 гранул, имеющих малый коэффициент теплопроводности, плавающих в жидкости 8 и тонущих в жидкости 12, а также нерастворимых в жидкостях 8 и 12. Причем плотность теплоизолирующих гранул слоя 15 меньшая в зоне всплывания, чем в зоне погружения камер 1.

В стенках емкости 9 имеются трубопроводы 16 и 17 с вентилями для регулирования объема жидкостей, находящихся в емкости 9.

Устройство работает следующим образом,

В зоне всплывания слой 15 теплоизолирующих гранул, например, полистироловые с пенополистиролом внутри, имеющий меньшую плотность, чем гранулы, располо- женные в зоне погружения рабочих камер, смещен вверх по отношению к. слою 15 в зоне погружения. Так как со стороны всплывания рабочих камер зона нагревания больше, а .зона охлаждения меньше, чем со стороны их погружения из-за смещения по вертикали слоя 15, объем камер с первой стороны будет больше, чем со второй, а, следовательно, возникает сила моглента вращения колес 4 и 5, и они начинают вращаться в направлении, указанном стрелкой. Вращение устройства поддерживается за счет тепла, подводимого к рабочим камерам 1 через теплопередающую жидкость 8, например, водный раствор поваренной соли, и отводимого от них через теплоотводящую жидкость 12, например, керосин. В начале погружения камер 1, находящихся справа от осей вращения 6 и 7, из температура, объем и плавучесть -минимальные вследствие охлаждения камер средой 11 через верхние теплопередающие стенки емкости 9 и жидкость 12, а также давления, оказываемого на них теплопередающими жидкостями, В процессе погружения камер 1 происходит их нагрев за счет тепла, поступающего от жидкости 10 через нижние теплопередающие стенки емкости 9 и жидкость 8, в результате объемы и плавучесть рабочих камер 1 увеличиваются. При перехода камер 1 на левую ветвь трансмиссии 3 процесс нагрева и расширения камер 1 продолжается и камеры всплывают под действием возросших сил плавучести. После выхода камер 1 из жидкости 8 сквозь слой 15 гранул, теплоизолирующих жидкость 8 от жидкости 12, происходит их охлаждение в окружающей среде 11, в результате объем камер 1 уменьшается под давлением жидкости 12, передаваемом на нее жидкостью 8, находящейся поддавлением расширяющихся в ней камер 1. Так как жидкости 8 и 12 находятся в жесткой емкости фиксированного объема, то 5 приращение суммарного объема расширения рабочих камер 1 при их нагревании равно уменьшению суммарного объема их сокращения при охлаждении независимо от абсолютного значения давления в этих ка0 мерах 1. Далее процесс непрерывно повторяется и движение колес 4 и 5 происходит под действием сил плавучести камер на левой и правой половинах устройства. Тепло- изолирующая перегородка 14 снижает

5 теплоббмен между зонами погружения и всплытия камер 1, а слой 15 гранул - между жидкостями 8 и 12.

Через трубопроводы 16 и 17 изменяют объемы жидкостей 8 и 12, находящихся в

0 емкости 9, а также их общий объем, чем определяют диапазон изменения объемов рабочих камер.

Скорость движения трансмиссии определяется из условия, что при погружении

5 камер 1 в жидкости.8 они нагреваются до температуры, при которой давление в них увеличивается соответственно повышению давления на них при погружении, а в зоне всплывамия в жидкости 12 камеры 1 охлаж0 даются с интенсивностью, при которой давление в них уменьшается соответственно уменьшению давления на них при всплыва- нии,

Устройство целесообразно использо5 вать для борьбы с тепловым загрязнением - водных объектов и автономного получения механической энергии в отдаленных и труднодоступных местах, прежде всего для под- заводки гидрометрических приборов,

0 Формула изобретения

Устройство преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее корпус, заполненный теплопередающей жидкостью, внутри которого размещена

5 вертикально с образованием зон всплытия и погружения бесконечная трансмиссия, причем на трансмиссии закреплены герметичные камеры переменного объема, частично заполненные термочувствительным

0 рабочим телом, а также средства подвода и отвода тепла, отличающееся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона, устройство дополнительно снабжено крышкой корпуса, размещенной на нем с образо- .

5 ванием герметичной емкости, теплоизолирующая жидкость выполнена составной из двух несмешивающихся жидкостей, а в зонах всплытия и погружения размещены теплоизолирующие гранулы с разной плотностью для каждой зоны.

Использование: в энергетическом машиностроении и приборостроении, а именно в устройствах преобразования тепловой энергий в механическую с использованием разности температур между двумя средами. Сущность изобретения; внутри емкости, образованнрй тешюпередающими стенками 9, вертикально расположена бесконечная трансмиссия Зс размещенными на ней герметичными камерами 1, имеющими эластич- ные стенки 2, камера,образованная станками 9,, заполнена теплопередающей жидкостью, которая вь/полнена составной из двух жидкбстей 8 и 12 взаимно нерастворимых и практически несжимаемых на поверхности раздела жидкостей 8 и 12 расположен слой 15 гранул теплоизоляторз с различной плотностью в области различных ветвей трансмиссии 3. 1 ил.