Преобразователь энергии

 

Изобретение относится к металлургической и химической промышленности и может быть использовано, например, для преобразования тепловой энергии в механическую (кинетическую и потенциальную) при перекачивании жидкостей. Цель изобретения - обеспечение регулирования диапазона рабочих параметров. Устройство работает следующим образом. С помощью переключателя 8, например, левой дополнительной камеры 10 замыкается электрическая цепь и происходит нагревание жидкости в камере 10 и ее нагнетание через нагнетательный клапан клапанной коробки 6. Одновременно происходит нагрев рабочего тела 2 в герметичной камере 1 через ее теплопроводные неподвижные стенки 4. Давление в камере 1 повышается, подвижная стенка 3 перемещается и размыкает электрическую цепь. В камере 10 происходит конденсация пара, понижение давления и, следовательно, всасывание жидкости в камеру 10 через всасывающий клапан клапанной коробки 6. В результате камера 1 охлаждается, давление падает и подвижная стенка 3 перемещается обратно, электрическая цепь замыкается. Цикл повторяется. 2 ил.

СОЮЗ COB ÅÒÑÊÈX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ЬР И

1 (21) 4821217/29 (22) 04.04.90 (46) 23.07.92. Бюл. N 27 (71) Уральский политехнический институт им,С.M.Êèðîâà и Государственный научноисследовательский институт цветных металлов (72) Ф.М.Черномуров, В.В.Мечев, М,6.Булавин, Ф,С.Югай, В.А.Никулин и О.Г.Еремин (56) Авторское свидетельство СССР

N 721546, кл. F 01 В 23/08, 1977. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к металлургической и химической промышленности и может быть использовано, например, для . преобразования тепловой энергии в механическую (кинетическую и потенциальную) при перекачивании жидкостей. Цель изо бретения — обеспечение регулирования диапазона рабочих параметров. Устройство

Ы2,, 1749490 А1 (я) s F 01 В 23/08, F 04 В 19/24 работает следующим образом. С помощью переключателя 8, например, левой дополнительной камеры 10 замыкается электриче- . ская цепь и происходит нагревание жидкости в камере 10 и ее нагнетание через нагнетательный клапан клапанной коробки

6, Одновременно происходит нагрев рабочего тела 2 в герметичной камере 1 через ее теплопроводные неподвижные стенки 4.

Давление в камере 1 повышается, подвижная стенка 3 перемещается и размыкает электрическую цепь. В камере 10 происходит конденсация пара, понижение давления и, следовательно, всасывание жидкости в камеру 10 через всасывающий клапан клапанной коробки 6. В результате камера 1 охлаждается, давление падает и подвижная стенка 3 перемещается обратно, электрическая цепь замыкается. Цикл повторяется.

2 ил.

1749490

Изобретение относится к устройствам для преобразования тепловой энергии в механическую и может быть использовано в химической и металлургической промышленности. 5

Известен преобразователь энергии, содержащий корпус с камерой, ограниченной подвижной стенкой и заполненной рабочим телом. В камере с рабочим телом расположен теплопроводный стержень, связанный 10 с источником теплоты.

Недостатком известного устройства яв ляется невозможность регулирования параметров рабочего тела.

Наиболее близким к предлагаемому яв- 15 ляется преобразователь энергии, содержащий корпус, клапанную коробку, герметичные камеры, заполненные рабочим телом и ограниченные подвижной и неподви>кной стенками, электрические 20 сопротивления, переключатели и источник тока.

Разделение герметичной камеры на секции и поочередное подключение размещенных в их полостях электрических сопро- 25 тивлений к источнику тока позволяет осуществить регулирование параметров рабочего тела, однако диапазон регулирования rio-прежнему мал в основном из-за ограниченности расстояния, на которое 30 возможно перемещение подвижных стенок герметичных камер, что в свою очередь ограничивает верхний предел мощности преобразователя энергии.

Целью изобретения является обеспече- 35 ние регулирования диапазона рабочих параметров, Указанная цель дбстигается тем, что преобразователь снабжен по меньшей мере двумя дополнительными камерами, каждая 40 из которых разделена вертикальной перегородкой на две сообщающиеся между собой полости неравного объема, подвижные стенки герметичных камер снабжены электроконтактами и расположены вне полости 45 дополнительных камер, а неподвижные стенки — внутри полостей большего объема дополнительных камер, при этом внутри каждой полости меньшего объема установлены электрические сопротивления, под- 50 ключенные к элек1 роконтактам подвижных стенок и источнику тока через переключатели, а дополнительные камеры сообщены по-, парно между собой и с клапанной коробкой посредством патрубков с регулируемым 55 проходным сечением.

На фиг.1 показан преобразователь энергии, общий вид, на фиг.2 — термодинамический цикл преобразователя энергии.

Устройство состоит из герметичных камер 1, заполненных рабочим телом 2 и ограниченных подвижной стенкой 3 и неподвижными стенками 4, электроконтактов 5, клапанной коробки 6, электрических сопротивлений 7, переключателей 8, источника 9 тока, дополнительных камер 10, стационарных перегороддк 11, патрубков 12 с регулируемым проходным сечением.

Преобразователь энергии работает следующим образом.

На электрическом сопротивлении 7 с помощью переключателя 8, например левой дополнительной камеры 10, и источника 9 тока выделяют тепловую энергию, которая преобразуется в механическую энергию нагнетания жидкости за счет изменения ее агрегатного состояния (кипения) в объеме дополнительной камеры 10, ограниченном стационарной перегородкой 11 и последующей конденсации пара на стенках герметичной камеры 1, дополнительной камеры 10 и перекачиваемой жидкости, поступающей в дополнительную камеру и вытесняемую из нее через патрубки 12 с регулируемым проходным сечением, После того, как жидкость из дополнительной камеры 10 будет вытеснена через нагнетательные клапаны клапанной коробки 6 за счет избыточного давления пара рабочее тело 2 в герметичной камере 1 также изменяет свое агрегатное состояние. Необ- ходимая для этоФ теплота передается от пара перекачиваемой жидкости теплопроводностью через неподвижные стенки герметичной камеры, что приводит к вскипанию рабочего тела и к увеличению давления в герметичной камере, перемещению подвижной стенки 3 и размыканию злектроконтактов 5 переключателя 8. В результате от источника 9 тока отключается электрическое сопротивление 7, подвод тепловой энергии прекращается, пар конденсируется на относительно холодных стенках дополнительной камеры, всасывающие клапаны клапанной коробки 6 открыва-. ются, процесс конденсации еще более ускоряется на холодных порциях жидкости, .поступающей в объем дополнительной камеры 10. Количество поступающей жидкости на линиях всасывания и нагнетания изменяется с помощью патрубков 12 с регулируемым проходным сечением.

После того, как относительно холодная перекачиваемая жидкость заполнит объем, кипение рабочего тела в герметичной камере 1 прекращается, пар конденсируется в основном на неподвижных стенках 4 герметичной камеры 1, давление падает, подвижная стенка 3 возвращается в исходное

1749490 состояние, контакты переключателя 8 замыкаются, через электрическое сопротивление протекает определенное время ток, выделяется теплота, процесс повторяется.

Аналогично работает и правая часть.

Идеальный термодинамический циКл преобразователя энергии представлен на фиг.2 в Р— V и Т-S координатах:

1-2 — электросопротивления подключе- ны к источнйку тока. За счет испарения пе.рекачиваемой жидкости в меньшей по объему секции в дополнительной камере растет давление при постоянном объеме (процесс изохорный Ч=сопм);

2-3 — срабатывает нагнетательный кла- 1 пан клапанной коробки, происходит нагнетание при постоянном давлении и соответствующей ей температуре насыщения (процесс изобарный P2=const, Тнг=сопз ), жидкость вытесняется из дополнительной камеры;

3-4 — электрическое сопротивление от- ключено от источника тока; происходит конденсация пара в дополнительной емкости, давление падает (процесс изохорный V=const);

4 — 1 — сра баты вает всасы ва ющий клапан, происходит конденсация пара на относительно холодных порциях жидкости (R 1=const, TH1=const).

Площадь под кривой процесса в Т вЂ” $ координатах графически изображает количество подведенной или отведенной теплоты.

Предполагая, что в изохорных процессах 1-2 и 3-4 количество теплоты, подведенной к жидкости и отведенной от нее, равны и противоположны по знаку, выражение для коэффициента полезного действия преобразования электрической энергии в механическую можно получить исходя из следующих рассуждений:

10

25

40 тем изменения проходного сечения

45 — 1—

Тнг Л$2

50 работы дополнитеЛьной камеры (фиг.2).

55 Снабжение подвижных стенок герметичных камер электроконтактами и расположение

Ц.1=Тн1 Л $1; цг=Тнг Л$2.r

9т - 91 Тнт Л $т — Тн1 Л $т

Чг Тнг Л$2

Учитывая, что процессы 1-2 и 3 — 4 изохорические, то

Рг . " Рз

ЛSg =Cy ln —; ЛSy =Cy ln y

P, P4 так Как Р1=Р4, P2P3,тО Л Я = A Sy .

Тогда для данного случая д = 1 ——

Тн1

ТН2

Изменяя значение Рг, Pi и соответствующие им значения Тн2 и Тн1, получают различные значенйя g, т.е. различную степень преобразования электрической (тепловой) энергии в механическую.

Пример. Если давление в линии нагнетания Р2=10 10 fla (Тнг=453К), а всасывание происходит прй давлении Р1=0,7 х х10 Па(Тн1=363К), тогда

Таким образом, в механическую энергию преобразуется 20 подведенной электрической энергии. Остальная часть энергии, выделившаяся на электрическом сопротивлении, расходуется на нагревание прокачиваемой жидкости и потери в окружающую среду. С ростом давления в линии нагнетания степень преобразования электрической энергии в механическую растет.

Снабжение герметичных камер по меньшей мере двумя дополнительными камерами, каждая из которых разделена вертикальной перегородкой на две сообщающиеся между собой полости неравного объема, и размещение внутри каждой полости меньшего объема электрических сопротивлений, подключенных к электроконтактам подвижных стенок и источнику тока через переключатели, обеспечивает возможность регулирования параметров работы преобразователя энергии в широком диапазоне по давлению и производительности перекачиваемой жидкости.

Широкие пределы регулирования указанных параметров обеспечиваются также пупатрубков и установкой соответствующих давлений срабатывания всасывающих и нагнетательных клапанов клапанной коробки.

Расположение неподвижных стенок герметичной камеры, заполненной рабочим телом внутри соответствующей полости дополнительных камер, позволяет путем изменения площади боковой поверхности стенок осуществлять управление давлением в герметичной камере и, следовательно, управлять режимом движения подвижной стенки, регулируя тем самым время срабатывания переключателя и частоту круговых циклов их вне полости дополнительных хамер позволяет осуществлять включение и выклю-. чение электрического сопротивления в зависимости от давления в дополнительной

1749490

Составитель А. LLlnapa

Техред М,Моргентал Корректор О. Ципле

Редактор А. Мотыль

Заказ 2576 Тираж Подписное

ВНИИПИ I осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 камере и соответствующего ему давления в герметичной камере, заполненной рабочим телом.

Промежуток времени, втечение которого заполняется полость каждой из дополнительных камер перекачиваемой жидкостью и связанная с ним мощность преобразователя энергии, может изменяться в широких пределах не только с помощью патрубков с регулируемым проходным сечением, подбором рабочего тела, степенью заполнения им герметичных камер, величиной площади боковой поверхности неподвижных стенок. но и изменением геометрических размеров дополнительных камер. Кроме указанных параметров, пределы регулирования рабочих параметров существенным образом расширяются за счет измеменения мощности, выделяемой на электрических сопротивлениях, изменения числа дополнительных камер и способа их подключения друг к другу и клапанной коробке.

Формула изобретения

Преобразователь энергии, содержащий герметичные камеры, частично заполненные рабочим телом и ограниченные подвижной и неподвижной стенками, клапанную коробку, размещенную между камерами, электрические сопротивления и источник

5 тока, отличающийся тем,что,с целью обеспечения регулирования:диапазона рабочих параметров, преобразователь снабжен по меньшей мере двумя дополнительными камерами, каждая

10 из которых разделена. вертикальной перегородкой на две сообщающиеся полости неравного объема, подвижные стенки герметичных камер снабжены электроконтактами и расположены вне полости допол15 нительных камер, а неподвижные стенки— внутри полостей большего объема дополнительных камер, при этом в каждой полости меньшего объема установлены электрические сопротивления, подключенные к элек20 троконтактам подвижных стенок и источнику тока через переключатели, а дополнительные камеры сообщены попарно между собой и с клапанной коробкой посредством патрубков с регулируемым про25 ходным сечением.