Тепловой двигатель Советский патент 1993 года по МПК F01K25/00 F03G7/00 

00

к

СЛ 00

VI ю

Изобретение относится к первичным источникам механической энергии, а именно к устройствам преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в механическую, и может быть использовано, например, для утилизации теплоты выхлопных газов тепловозного дизеля.

Цель изобретения - упрощение конструкции двигателя при использовании в качестве рабочего тела нафталина.

На фиг.1 изображена кинематическая схема теплового двигателя; на фиг.2 - роторный теплообменный аппарат; на фиг.З - общая схема роторного теплообменного аппарата; на фиг.4 - кинематическая схема тепловозного двигателя с дополнительным теплообменником; на фиг.5 - идеальный цикл двигателя в иТ-S координатах; на фиг.6 - пример утилизации теплоты выхлопных газов дизеля.

Тепловой двигатель (фиг.1) содержит роторный теплообменный аппарат 1, газовую турбину 2 и понижающий редуктор 3. Роторный теплообменный аппарат 1 выпол

нен в виде полого цилиндрического корпуса

4{фиг.2), имеющего радиальные перегородки 5, делящие внутреннюю полость корпуса на отдельные камеры 6, в каждой из которых установлены трубки 7, закрепленные в торцевых поверхностях 8 корпуса. Корпус 4 за- ключей в кожух 9 аппарата 1 (фиг.З), причем ось корпуса 4 соединена с понижающим редуктором 3. На кожухе 9 аппарата 1 напротив торцевых поверхностей 8 корпуса 4 выполнены попарно патрубки охлаждаю- щей 10 и нагревающей 11 сред с двух сторон, а на боковых поверхностях кожуха 9, обращенных к отдельным камерам 6, установлены подводящие 12 и отводящие 13 патрубки для рабочего тела, соединенные с газовой турбиной 2.

Между турбиной 2 и роторным аппаратом может быть установлен дополнительный теплообменник 14 (фиг.1).

В случае утилизации теплоты выхлопных газов дизеля роторный аппарат 1 через патрубок 11 соединяется с турбокомпрессором 15 дизеля 16, а газовая турбина 2 - валом с электрогенератором 17 собствен- ных нужд.

Тепловой двигатель работает следующим образом.

Вращательное движение от газовой турбины 2 передается через понижающий редуктор 3 к полому цилиндрическому корпусу 4 роторного аппарата 1. В камерах 6 находится рабочее тело в твердом состоянии (например, твердый нафталин СюНбС 2).

5 0

5

0 5 0

5

0

5

Через патрубок 11 подается в роторный аппарат 1 греющий теплоноситель (например, выхлопные газы дизеля). Выхлопные газы проходят внутри камер 6 по трубкам 7 и покидают роторный аппарат 1 через выпускной nflTpvOoK 11. Теплота, подводимая с выхлопными газами, передается через стенки трубок 7 твердому нафталину, находящемуся в иамерах 6 между трубками . Нафталин возгоняется и переходит в газо- образное состояние в замкнутом объеме камеры 6. При этом давление газообразного нафталина и его температура возрастают,

Вследствие вращения полого цилиндрического корпуса 4 камера в какой то момент сообщается с отводящим патрубком 13. Происходит попеременное соединение каждой камеры 6 с отводящим патрубком 13. Газообразный нафталин с высоким давлением и температурой поступает в газовую турбину 2, где происходит выработка механической энергии, отдаваемой потребителю1 и затрачиваемой н а вращение полого цилиндрического корпуса 4.

Газообразный нафталин с низким давлением и температурой из газовой турбины 2 под действием перепада давлений поступает по подводящему патрубку 12 в камеры б роторного аппарата 1. Охлаждающая среда (например, атмосферный воздух) по патрубку 10 поступает в аппарат 1 и протекает через трубки 7 в камеры 6, расположенные между впускным и выпускным патрубками 10. Так как охлаждающий воздух понижает температуру стенок трубок 7, то на их поверхностях происходит переход нафталина из газообразного состояния в твердое с отводом теплоты охлаждающим воздухом. Таким образом, рабочий цикл теплового двигателя при вращении полого цилиндрического корпуса 4 замыкается.

Работа теплового двигателя, представленного на фиг.4, отличается тем. что газообразный нафталин дополнительно подогревается в рекуперативном дополнительном теплообменнике 14, что позволяет более полно утилизировать теплоту выхлопных газов, которые затем выбрасываются в атмосферу.

Таким образом, цикл теплового двигателя представляет собой совокупность следующих термодинамических процессов; 1 - 2 - изохорный подвод теплоты qi в роторном теплообменном аппарате 1; 2-3 - адиабатное расширение рабочего тела в газовой турбине 2; 3-1 - изобарный отвод теплоты от рабочего тела Q2 в роторном теплообмен- ном аппарате 1. В случае установки дополнительного теплообменника 14 в цикл теплового двигателя добавляется процесс

2-3 - изобарный подвод теплоты qi к рабочему телу (фиг.5).

Для утилизации теплоты выхлопных га- зовдизеля 16, например, тепловоза выхлопные газы от турбокомпрессора 15 подводятся через патрубок 11 к роторному аппарату 1, а механическая энергия газовой турбины 2 передается к генератору собственных нужд 17 (фиг.5).

Данный тепловой двигатель обеспечи- вает следующие преимущества:

1) позволяет использовать низкопотенциальную теплоту для своей работы, например теплоту выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания:

2) упрощает конструкцию, что достигается сведением к минимуму числа элементов установки.

Тепловой двигатель является двигателем с внешним подводом теплоты. Он мо- жет работать от любого источника тепловой энергии. При этом подвод теплоты к рабочему телу, например нафталину, может осуществляться либо изохорно, либо изобарно и изохорно. Тепловой двигатель целесооб- разно использовать в качестве утилизатора низкопотенциальной тепловой энергии, например в качестве привода генератора собственных нужд тепловоза при использовании им теплоты выхлопных га- зов двигателя тепловоза

Формула изобретения

1.Тепловой двигатель, содержащий газовую турбину, выходной вал которой соединен с понижающим редуктором, и источник горячих газов, отличэющий- с я тем, что, с целью упрощения конструкции при использовании в качестве рабочего тела нафталина, ом снабжен роторным теп- лообменным аппаратом, соединенным с валом газовой турбины через понижающий редуктор и источником охлаждающей среды, причем вход теплообменного аппарата сообщен с источником горячих газов, а выход по нагреваемой рабочей среде - с входом газовой турбины

2.Двигатель поп.1,отличающий- с я тем, что ротор теплообменного аппарата выполнен в виде полого цилиндрического корпуса, имеющего радиальные пврегород- ки, делящие внутреннюю полость корпуса на отдельные камеры, трубки, установленные в каждой камере и закрепленные в торцевых поверхностях корпуса, патрубки подвода охлаждающей и греющей среды, расположенные попарно с двух сторон на торцевых поверхностях корпуса и патрубки подвода рабочего тела, размещенные на боковых поверхностях корпуса и обращенные

к камерам

Изобретение относится к установкам, работающим на особых рабочих телах, к устройствам преобразования бросовой низкопотенциальной анергии двигателя транспортного средства в механическую энергию, используемую для собственных нужд транспортного средства. Сущность: тепловой двигатель содержит роторный теплообменный аппарат 1, газовую турбину 2, понижающий редуктор 3. Роторный аппарат 1 выполнен в виде полого цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого разделена радиальными перегородками на отдельные камеры, в каждой из которых установлены трубки, закрепленные в торцевых поверхностях полого цилиндрического корпуса. Корпус заключен в кожух роторного аппарата 1. причем ось корпуса соединена с понижающим редуктором 3. На кожухе аппарата 1 напротив торцевых поверхностей корпуса выполнены попарно патрубки охлаждающей 10 и нагревающей 1 саед с двух сторон, а на боковых поверхностях кожуха, обращенных к отдельным камерам, установлены подводящий 12 и отводящий 13 патрубки рабочего тела, соединенные с газовой турбиной 2. 1 з.п. ф-лы.,6 ил i i Ё

8

Фиг.1

снаff S Я (cit C HlCilt 1/ / Л OmmSut

У№ JLjht & tzr/ЖЛ-ж

KmypfuHi

турби

Охлаждаю бШздух

амахдвющий быхяопные

8txdt ч-

Фиг.З

mmSut

ж

турбины

Охлаждающий бШздух