Тепловой двигатель

 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, использующим для преобразования тепла в механическую энергию разность температур поверхностных и глубинных слоев воды в водоемах, и может найти применение в энергетике и судостроении. Изобретение позволяет повысить удельную мощность путем интенсификации теплообмена за счет использования жидкого горячего теплоносителя вместо газообразного и увеличения коэффициента теплоотдачи, а также повысить надежность запуска за счет установки пусковых насосов 19, 20 и дополнительной аккумулирующей емкости 12 горячего теплоносителя. Между стенками 28 корпуса 3 установлены полые термочувствительные элементы (Э) 6 - 8, выполненные из материала с большим коэффициентом линейного расширения. Каналы (К) 21 (Э) 6 - 8 последовательно сообщены друг с другом посредством гибких трубопроводов 22. Э 6 - 8 механически последовательно соединены друг с другом посредством шарниров 4, 5 и рычагов 32. К 21 крайнего Э 6 посредством переключателя 24, аккумулирующих емкостей 12, 13, насоса 11 и заборных трубопроводов 14, 15 сообщен с теплым и холодным слоями 2 и 1 воды водоема. При попеременном пропускании через К 21 теплой и холодной воды Э 6 - 8 удлиняются и сокращаются, их суммарные перемещения передаются штоку 10 насоса 11 через рычаг 9. Насос 11 обеспечивает подачу воды в К 21 и ее нагнетание в трубу 16, которую можно использовать в качестве водометного движителя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц 4 F 03 G 7/ОЬ у ty,, jH 1 $

-1 . х

5ATil 1;

А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

38

C

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4343547/25-06 (22) 15. 12.87 (46) 30. 09. 89 . Б1ол, № 36 (75) Ю.М. Троицкий (53) 621.486(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 225620, кл. Г 03 С 7/06, 1986..

Авторское свидетельство СССР № 1449702, кл. Г 03 G 7/06,,1987.

ÄÄSUÄÄ 1511460 А1

2 . (54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, использующим для преобразования тепла в механическую энергию разность температур поверхностных и глубинных слоев воды в водоемах, и может найти применение в энергетике и судостроении. Изобретение позволяет повысить

1511460

10 удельную мощность путем интенсификации .теплообмена за счет использования жидкого горячего теплоносителя вместо газообразного и увеличения ко5 эффициента теплоотдачи, а также повысить надежность запуска за счет установки пусковых насосов 19, 20 и дополнительной аккумулирующей емкости

12 горячего теплоносителя. Между стенками 28 корпуса 3 установлены полые термочувствительные элементы (Э) 6 — 8, выполненные из материала с большим коэффициентом линейного расширения. Каналы (К) 21 6 — 8 пос- 15 ледовательно сообщены друг с другом посредством гибких трубопроводов 22.

6 — 8 механически последовательно соединены друг с другом посредством шарниров 4, 5 и рычагов 32. К 21 крайнего 6 посредством переключателя 24, аккумулирующих емкостей 12, 13, насоса 11 и заборных трубопроводов 14, 15 сообщен с теплым и холодным слоями 2 и 1 воды водоема. При . попеременном пропускании через К 21 теплой и холодной воды 6 — 8 удлиняются и сокращаются, их суммарные перемещения передаются штоку 10 насоса

11 через рычаг 9. Насос 11 обеспечивает подачу воды в К 21 и ее нагнета ние в трубу 16, которую можно использовать в качестве водометного . движителя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, исполь- 25 зующим для преобразования тепла в ме-. ханическую энергию разность температур поверхностных и глубинных слоев воды в естественных водоемах, и может найти применение в энергетике и судо- 30 строении;

Целью изобретения является повы шение удельной мощности путем интен1 сификации теплообмена, а также повышение надежности запуска. 35

На фиг. 1 представлен двигатель при его использовании в качестве привода насоса или реактивного движителя, общий вид; на фиг, 2 — вариант выполнения дополнительного звена от- 40 бора мощности в виде турбогенератора; на фиг. 3 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 — сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 — сечение В-В на фиг.1.

Тепловой двигатель (см. фиг.1) 45 содержит источники горячего и холод-. ного теплоносителей соответственно в виде холодного глубинного слоя 1 и теплого поверхностного слоя 2 воды.

На корпусе 3 посредством шарниров 4 и

5 установлена группа последовательно механически соединенных между собой твердых термочувствительных элементов 6, 7 и 8. Один крайний элемент

6 группы наружным концом закреплен на корпусе 3, а другой крайний элемент 8 связан посредством передачи в виде рычага 9 со звеном отбора мощности †штоком 10 насоса 11 теплоносителей (теплой л и. холодной воды) .

Двигатель содержит также аккумулирующие емкости 12 и 13 теплой и холодной воды соответственно, связанные со слоями I и 2 воды посредством насоса 11 и заборных трубопроводов 14 и 15. После аккумулирующих емкостей

12 и 13 по ходу потока теплоносителей установлено дополнительное звено отбора мощности — реактивное сопло в виде трубы 16.

Насос 11 выполнен из двух секций

17 и 18 соответственно горячего и холодного теплоносителей, а заборные трубопроводы 14 и 15 соединены с их пусковыми насосами 19 и 20 соответственно. В термочувствительных элементах 6,7 и 8 выполнены каналы 21 для теплоносителей. Каналы 21 всех элементов 6,7 и 8 последовательно сообщены друг с другом посредством гибких трубопроводов 22. Со звеном отбора мощности — штоком 10 — механически связан посредством кронштейна

23 переключатель 24 теплоносителей.

Вход переключателя 24 сообщен соответственно с аккумулирующими емкостями 12 и 13 посредством трубопроводов 25 и 26, входы пусковых насосов

19 и 20 — соответственно с заборными трубопроводами 14 и 15, а выходы пе-. реключателя 24 и пусковых насосов

19 и 20 — с входом в канал 21 крайнего элемента 6.

Дополнительное звено отбора мощности двигателя (фиг. 2) выполнено

5 151 в виде турбогенератора 27, установленного на выходе из канала 21 крайнего элемента 8, Корпус 3 выполнен в виде двух стенок 28, соединенных между собой стяжками 29, и закреплен на основании 30. Термочувствительные элементы 6,7 и 8 труба 16 расположены параллельно стяжкам 29. Элементы

6,7 и 8 выполнены из материала с большим коэффициентом линейного расширения, например из алюминия,и свя-. заны между собой посредством установленных на выступах 3 1 при помощи шарниров 4 рычагов 32, концы которых, в свою очередь, соединены с элементами 6,7 и 8 посредством шарниров 5.

Труба 16 жестко прикреплена к основа,нию 30. !

На кронштейне 23 установлена вилка 33 с двумя пружинами 34 . В аккумулирующих емкостях 12 и 13 соответственно установлены поршни 35 и 36.

Между торцовыми стенками емкостей 12 ! и 13 и поршнями 35 и 36 соответственно установлены пружинЬ| 37 и 38 сжатия. Переключатель 24 закреплен с возможностью его покачивания на оси

39 (см. фиг. 5), которая, в свою очередь, установлена на кронштейне 40, прикрепленном к термочувствительному элементу 6. На одном из плеч переключателя 24 установлены шарик 41, пружина 42 и штифт 43. На лицевой поверхности кронштейна 40 выполнены два углубления 44 под шарик 41. Забор ный трубопровод 15 холодной воды выполнен гибким и теплоизолированным и соединен с секцией 18, а заборный трубопровод 15 теплой воды соединен с секцией 17 насоса 11. Секция 17 соединена с емкостью 12 трубопроводом

45, а секция 18 с емкостью 13 - трубопроводом 46. Пусковой насос 1.9 соединен с каналом 21 элемента 6 трубопроводом 47, а пусковой насос 20— трубопроводом 48.

Напротив переключателя 24 в стенке термочувствительного элемента 6 выполнено отверстие 49. На трубопроводах 14;15,45,46,47 и 48 установлены соответственно обратные клапаны

50 — 55.

Устройство, представленное на фиг. 1, работает следующим образом.

В естественный водоем, имеющий разницу температур между теплым поверхностным и холодным глубинным слоями 1 и 2 воды не менее 8 С, погружаI

55 ду, которая, проходя по термочувствительным элементам 6,7 и 8 соответственно охлаждает их, вследствие чего они уменьшают свою длину. Рычаг 9 поворачивается по часовой стрелке и перемещает вправо шток 10. Теплая вода из правой секции 18 насоса 11 по

1460 6 ют трубопроводы 14 и 15. При этом трубопровод 14 погружают в теплый поверхностный слой 2, а трубопровод

15 — в более холодный глубинный слой

1 воды. Затем с помошью приводимого в действие от руки пускового насоса

19 по трубопроводу 47 к торцу термочувствительного элемента 6 подают теплую воду, которая, проходи-,-внутри термочувствительных элементов 6,7,8 и трубы 16, нагревает их. В результате нагрева термочувствительные элементы 6,7 .и 8 увеличивают свою длину, 15 а так как концы термочувствитепьных элементов 6,7 и 8 посредством шарки-р ров 5, рычага 32, шарниров 4 и опор

3 1 связаны кинематически, то соответствующие приращения длин суммируются.

20 Посредством рычага 9, позволяющего увеличивать ход, движение передается штоку 10 отбора мощности, при этом шток 10 перемещается влево и воздух из левой секции 18 насоса 11, пройдя

25 по трубопроводу 46, заполняет полость аккумулирующей емкости 13, поднимая поршень 36 и сжимая при этом пружину

38. При дальнейшем ходе штока 10 влево пружина 34, накрепленная с правой

30 стороны вилки 33, упирается в штифт

43 переключателя 24 и сжимается под. воздействием сопроления шарика 4 1 и пружины 42, накапливая при этом потенциальную энергию. В последней фазе перемещения вилки 33, когда усилие пружины 34 превышает сопротивление пружины 42, переключатель 24 из одного крайнего йоложения поворачивается по часовой стрелке вокруг оси 39 рыв40 ком, занимая другое крайнее положение, показанное на фиг. 1. В этот момент сжатый воздух из аккумулирующей емкости 13 по трубопроводу 26, термочувствительным элементам 6,7 и 8 и

45 трубе 16 выдавливается наружу подпружиненным поршнем 36. В секции 17 насоса 11 в это время создается разреже" ние и теплая вода по трубопроводу 14 поднимается в секцию )7. Затем с по50 мощью пускового насоса 20 по трубопроводу 48 к торцу термочувствительного элемента 6 подают холодную во1511460 трубопроводу 45 поступает в аккумулирующую емкость 12 и отжимает при этом поршень 35 вверх. Левая секция

18 насоса 11 в этот момент по трубопроводу 15 заполняется холодной водой. В последней фазе перемещения штока 10 вправо пружина 34, закрепленная на левой половине вилки 33, поворачивает переключатель 24 против 10 часовой стрелки, и теплая вода из аккумулирующей емкости 12 по трубопроводу 25 поступает в термочувствительный элемент 6. В результате нагрева термочувствительных элементов 6,7 и 15

8 шток 10 перемещается влево, холодная вода из .левой секции 18 насоса

11 по трубопроводу 46 поступает в аккумулирующую емкость 13 и при этом поднимает поршень-36. В правую секцию 17 насоса 11 в этот момент по трубопроводу 14 поступает. очередная партия теплой воды. В последний момент пружина 34, закрепленная на правой половине вилки 33, поворачивает 25 переключатель 24 по часовой стрелке и холодная вода из аккумулирующей емкости 13 по трубопроводу 26 поступает в термочувствительный элемент

6. После этого процесс возвратно-поступательного перемещения штока 10 протекает в автоматическом режиме.

При увеличении разницы температур слоев 1 и 2 воды количество перемещений штока 10 в единицу времени возрастает, и вместе с тем возрастает мощность устройства. В результате действия подпружиненных поршней 35 и

36 вода из трубы 16 выходит наружу под избыточньм давлением, что позво- 40 ляет использовать устройство в качестве насоса или реактивного движителя .

Устройство, представленное на фиг. 2, работает аналогично описанному, только в этом случае поток выходящей из трубы 16 воды приводит во вращение турбогенератор 27.

Предлагаемое устройство допускает паботу как с жидкими, так и с газообразными теплоносителями или при их комбинации.

Повышение удельной мощности двигателя обеспечивается за счет интенсификации теплообмена в результате того, что коэффициент теплоотдачи воды существенно выше коэффициента теплоотдачи воздуха, используемого в качестве горячего теплоносителя в прототипе. Кроме того, надежность запуска описанного двигателя повышена за счет примененя пусковых насосов и дополнительной аккумулирующей емкости горячего теплоносителя.

Ф о р мул а и з о б р е т е ни я

1. Тепловой двигатель, содержащий источники горячего и холодного теплоносителей, корпус, на котором посредством шарниров установлена группа последовательно механически соединенных между собой твердых термочувствительных элементов, причем один крайний элемент группы наружным концом закреплен на корпусе, а другой связан посредством передачи со звеном отбора мощности и с насосом теплоносителя, а также аккумулирующую емкость одного из теплоносителей, связанную с

его источником заборным трубопроводом, и дополнительное звено отбора мощности, установленное в потоке теп,лоносителя после аккумулирующей ем-. ! ,кости, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения удельной мощности путем интенсификации теплообмена, а тахже повышения. надежности запуска, он дополнительно снабжен акI кумулирующей емкостью другого теплоносителя, соединенной с- его источни а;ю ком поср едством насоса, „ выполненного из двух секций соответственно горячего и холодного теплоносителей, и дополнительно установленного заборного трубопровода, переключателем теплоносителей и их пусковыми насосами, в термочувствительных элементах выполнены каналы для теплоносителей, кана лы всех элементов последовательно сообщены друг с другом посредством дополнительно установленных гибких трубопроводов, переключатель механически связан со звеном отбора мощности, вход переключателя сообщен с аккумулирующими емкостями, входы пусковых насосов соответственно - с заборными трубопроводами, а выходы пер,еключателя и пусковых насосов — с входом в канал одного из крайних элементов; группы.

2. Двигатель по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что дополнительное звено отбора мощности установлено на выходе из канала другого крайнего элемента группы.

1511460

Фие.2

6-6

00 2З

Фиг. 9

Фиг.д

Редактор И. Рыбченко

Заказ 5878/37 Тираж 415 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035 ° Иосква, Ж-, 35, Раушская наб., д. 4/5 г

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

З2

В-В

20 н И

4ф 42

Составитель Л. Тугарев

Техред А.Кравчук Корректор M. Максимишинец