Гидропневматический тепловой двигатель Советский патент 1982 года по МПК F03G7/06 

1

Изобретение относится к энергетике, а именно к тихоходным тепловым двигателям, в которых для получения механической энергии используется перемещение емкостей переменного объ ема в жидкой среде под действием сил плавучести Архимеда.

Наиболее бли-зким к изобретению является гидропневматический тепловой двигатель, содержащий снабженные кла-,0 панами емкости переменного объема, установленные на бесконечной трансмиссии их перемещения, погруженной в жидкость и находящейся в зацеплении с верхним и нижним валами, соединен- is ными с приемником механической энергии, а также источник горячего рабочего тела и холодильник 1 .

Недостатками известного двигателя являются узкая область его примене- 20 ния, обусловленная использованием для получения и нагрева рабочего тела взрывчатых веществ, а также большое гидравлическое сопротивление при

перемещении в жидкости раздельно выполненных емкостей и невозможность создания пониженного давления над поверхностью жидкости, следствием чего являются большие габариты и низкий КПД устройства.

Цель изобретения - расширение области применения двигателя, повышение КПД путем уменьшения гидравлического сопротивления при перемещении емкостей в жидкости и уменьшение габаритов.

Указанная цель достигается тем, что верхний и нижний валы выполнены полыми, соединены своими полостями соответственно с холодильником и источником горячего рабочего тела и снабжены патрубками, взаимодействующими с клапанами емкостей в период верхнего и нижнего их положения для заполнения последних рабочим телом и опорожнения

Емкости расположены с плотным примыканием друг к другу и образова39нием единого горообразного полого тела, разделенного эластичными пере городками. . Двигатель снабжен охватывающ1 м е замкнутым кожухом с патрубком в верхней стенке, подключенным кдопо нительно установленному вакуумному насосу. При таком выполнении двигателя область его применения расширяется за счет возможности использования разнообразных рабочих тел и различн источников тепловой энергии, уменьшение гидравлическогй сопротивления обеспечивается вследствие более обтекаемой формы емкостей, габариты уменьшаются за счет более компактно го их расположения и КПД увеличивае ся за счет увеличения разница темnef)aTyp горячего источника и холодильника при использовании в качест рабочего тела паров, конденсирующих ся в вакууме при пониженной температуре. На чертеже изображен тепловой двигатель( разрез. Двигатель содержит емкости 1 переменного объема, снабженные нормал но закрытыми клапанами 2, установленные на бесконечной трансмиссии 3 их перемещения, погруженной s жид кость и выполненной, например, в ви цепи. Трансмиссия 3 находится в зацеплении с верхним 4 и нижним 5 полыми валами, соединенными с лриемником механической энергии (не пока зан), например, с электрическим ге нератором или с насосом Полость ве него вала соединена с холодильником, -1 полость нижнего вала 5- с и точником горячего рабочего тела, например с камерой сгорания газообразного, жидкого или твердого топли ва или с парогенератором. Валы 4 и снабжены патрубками 6 с нормально закрытыми клапанами 7 на концах, вз имодействующими с клапанами 2 емкостей 1 в период верхнего и нижнего их положения для заполнения последних .рабочим телом и опорожнения. Расстояние между клапанами 2 емкостей 1 и между патрубками б подобр ны таким образом, что при возможном движении трансмиссии 3 патрубки 6 своими клапанами 7 герметично соединяются с клапанами 2 емкостей 1 . Соседние емкости .1 расположены с плотным примыканием друг к другу и образованием единого торообразного полого тела, разделенного эластичными перегородками 8, Емкости 1 и перегородки 8 выполнены из эластич-. ных тканевых или гофрированных материалов. Для уменьшения тепловых потерь стенки емкостей 1 могут быть выполнены многослойными, например со слоем поролона внутри слоев резины, или из материала с высокой температурой плавления и низкой теплопроводностью, например .в виде гофрированной асбестовой оболочки. Двигатель снабжен замкнутым кожухом 9 с.патрубком 10 в верхней стенке, подключенным к вакуумному насосу (не показан). ,1ля обеспечения равномерной работы двигателя и предупреждения разрыва емкостей переменного объема по причине переполнения их рабочим телом (например, при замедлении движения цепи или повышении давления нагретого рабочего тела), а также для исключения снижения КПД двигателя из-за несвоевременного заполнения емкостей переменного объема рабочим телом (например, до прохода емкостью нижней мертвой точки) в патрубки 6 нижнего вала дополнительно вctpoeны регулирующие клапаны 11, управляемые счетчиками 12 масс или объема рабочего тела, подаваемого в каждую емкость переменного объема в очередной раз„ Для синхронизации открытия регулирующих клапанов 11 с движением ем- костей 1 и счетчики 12 снабжены кнопками 13 сброса их показаний, выведенными на поверхность нижнего вала 5, и взаимодействующими с трансмиссией 3 на участке ее зацепления с валом 5о При этом каждая кнопка 13 смещена по ходу возможного вращения вала 5 относительно соответствующего ей патрубка 6 на некоторый угол (например, на 90°), обеспечивающий оптимальное положение патрубка 6, а следовательно, и очередной емкости 1 переменного объема относительно нижней мертвой точки в момент начала заполнения емкости рабочим телом. Для обеспечения возможности управления мощностью двигателя счетчики 12 рабочего тела могут быть соединены (например, электрически) с задающим устройством, позвляющин изменять показания счетчиков, при которых регулирующие клапаны перекрывают 5 сечение патрубков 6 нижнего полого вала. Двигатель работает следующим образом. В исходном состоянии кожух 9 заполнен жидкостью до полного погруже ния всех емкостей 1, в воздушном пр странстве над поверхностью жидкости поддерживается пониженное давление за счет всасывания воздуха через па трубок 10 вакуумным насосом. Одна из емкостей 1 смещена на некоторый угол по ходу движения вправо от ниж ней мертвой точки и находится в гер м тичном соединении через клапаны 2 и 7 с одним из патрубков 6 нижнего полого вала 5з В исходном положе нии трансмиссия 3 и поверхность вала 5 .воздействуют на приводы затворов этих клапанов 2 и 7, поддерживая их в открытом состоянии Кнопка 13 сброса показаний счетчика 12 рабочего тела упомянутой емкости утоп лена, показание этого счетчика сбро шено на ноль, и регулирующий клапан 11, управляемый этим счетчиком, открыт. При подаче в полость нижнего вала 5 нагретого рабочего тела под да лением, превышающим давление жидкости в области нижней мертвой точки, происходит заполнение- емкости 1, сообщающейся с этой полостью, рабочим телом до того момента, пока не произойдетсовпадение показания сче чика 12 рабочего тела, заполнившего ,эту емкость, с показанием, установленным на задающем устройстве. При совпадении этих показаний регулирующий клапан 11 патрубка 6 закрываетсяо Прекращение заполнения емкости рабочим телом может происходить и по другой- причине, а именно вслед ствие прекращения воздействия в результате движения трансмиссии 3 поверхности нижнего вала на привод затвора нормально закрытого клапана 2 данной емкости или прекращения воздействия внутренней повер ности трансмиссии 3 на привод затвора нормально закрытого клапана 7 патрубка 6, Емкость переменного объема, заполненная рабочим телом, значительно увеличивает свой объем при незначительном увеличении веса (так, например, 1 .кг водяного пара при давлении 2 атм, и температуре 200°С занимает объем 1,1 м ) и под дей16ствием гидростатической подъемной силы всплывает, приводя в движение трансмиссию 3, валы и .5 и другие емкости переменного объема, каждая из которых при прохождении нижней мертвой точки также заполняется рабочим телом, увеличивая суммарное значение гидростатической подъемной силы. При прекращении воздействия трансмиссии 3 и поверхности вала 5 на приводы клапанов 7 и 2, через которые происходит заполнение емкости, указанные клапаны закрываются, В процессе подъема емкостей переменного объема происходит адиабатическое расширение заключенного-в них рабочего тела, вызываемое уменьшением давления окружающей среды, а следовательно, увеличивается и гидростатическая подъемная сила, так как плотность жидкой среды с уменьшением давления практически не изменяется При достижении в процессе подъема каждой емкостью 1 верхнего полого вала клапан 2 этой емкости герметично соединяется с клапаном 7 одного из патрубков 6 верхнего вала А. Трансмиссия 3 воздействует На привод затвора этого клапана 7, а поверхность вала i воздействует на привод затвора клапана 2, соединенного с этим клапаном 7, поддерживая указанные клапаны в открытом состоянии, в результате чего обеспечивается соединение полости емкости 1 с полостью верхнего вала Ц, В этом положении рабочее тело удаляется из емкости 1, так как в полости верхнего вала 4, сообщающейся с холодильником (например, с конденсатором или с атмосферой , поддерживается давление, меньшее, чем давлениежидкости на глубине верхней мертвой точки. Опорожненные емкости 1 уменьшадтся в объеме и, пройдя верхнюю мертвую точку, погружаются, увлекаемые трансмиссией 3 до нижней мертвой точки. Затем описанный рабочий цикл повторяется. Предлагаемое изобретение обеспечивает использование энергии широкого класса тепловых источников, В качестве рабочего тела могут использоваться продукты сгорания самых различных топлиз. При этом допускается наличие в .рабочем теле примесей твердых частиц и влаги, что позволяет 7 решить проблему попутного получения механической энергии при подземной газификации угля. Кроме расширения области применения гидропневматических тепловых двигателей данное техническое решение обеспечивает повышение КПД за счет уменьшения гидравлического сопротивления и увеличения используе мой разности температур, а также компактность конструкции. формула изобретения 1 о Гидропневматический тепловой двигатель, содержащий снабженные клапанами емкости переменного объема, установленные на бесконечной трансмиссии их перемещение, погруже ной в жидкость и находящейся в заце плении с верхним и нижним валами, соединенными с приемником механической энергии, а также источник горячего рабочего тела и холодильотличающийся тем, что, с целью расширения области при менения, верхний и нижний валы выпо нены полыми, соединены своими полостями, соответственно, с холодильником и источником горячего рабочего тела и снабжены патрубками, взаимодействующими с клапанами емкостей в период верхнего и нижнего их положения для заполнения последних рабочим телом и опорожнения с 2.Двигатель по п„ 1, отличающийся тем, что с целью повышения КПД путем уменьшения гидравлического сопротивления при перемещении емкостей в жидкости, последние расположены с плотным примыканием друг к другу и образованием единого торообразного полого тела, разделенного эластичными перегородками. 3.Двигатель по п, 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и повышения КПД, он снабжен охватыващим его замкнутым кожухом с патрубком в верхней стенке, подключенным к дополнительно установленному вакуумному насосу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе К Патент СССР № 7085, кл. F 03 G 7/06, опублик. 1928,