Устройство преобразования тепловой энергии в энергию изменения давления

 

Использование: в энергомашиностроении для привода объемных насосов, двигателей и других мехэнизмов, работающих на энергии перепада давлений газообразных и жидких сред. Сущность изобретения: патрубок 16с вентилем 17 соединяет полость над зеркалом жидкости 4 в нагревателе 1 с входом двигателя 6. Открытие вентиля 17 позволяет уменьшить перепад давлений между нагревателем 1 и холодильником 2 без прекращения поступления жидкости из нагревателя 1 в холодильник 2 за счет уменьшения плотности смеси жидкой и газовой фаз в трубопроводе 5. Непрерывное поступление жидкости 4 в холодильник 2 обеспечивает непрерывную работу двигателя 6. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (! 1) (я)з Г 03 G 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

3 (21) 4693836/06 (22) 22.05.89 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (75) Э. П. Коваленко (56) Авторское свидетельство СССР

М 1315647, кл, F 03 G 7/06, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЭНЕРГИЮ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Использование: в энергомашиностроении для привода объемных насосов, двигателей и других механизмов, работающих на энергии перепада давлений газообразных и жидких сред. Сущность изобретения; патрубок 16 с вентилем 17 соединяет полость над зеркалом жидкости 4 в нагревателе 1 с входом двигателя 6. Открытие вентиля 17 позволяет уменьшить перепад давлений между нагревателем 1 и холодильником 2 без прекращения поступления жидкости из нагревателя 1 в холодильник 2 за счет уменьшения плотности смеси жидкой и газовой фаз в трубопроводе 5. Непрерывное поступление жидкости 4 в холодильник 2 обеспечивает непрерывную работу двигателя 6. 1 ил.

1776873

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для привода в действие объемных насосов и двигателей, работающих на энергии перепада давлений газообразных и жидких сред.

Известно устройство преобразования тепловой энергии в энергию изменения давления, содержащее нагреватель и охладитель, заполненные рабочим телом и соединенные между собой трубопроводом подачи рабочего тела из нагревателя в охладитель и трубопроводом возврата рабочего тела в нагреватель, В трубопроводе возврата установлен открытый в сторону нагревателя обратный клапан, а звено отбора мощности подсоединено к нагревателю.

Причем охладитель расположен над нагревателем, вход трубопровода подачи размещен в приямке с зазором между его торцом и дном приямка, выход расположен в охладителе выше максимально возможного уровня жидкости, а вход трубопровода возврата сообщен с нижней частью охладителя. Недостатком этого устройства является узость его функциональных возможностей, что не позволяет использовать его для преобразования тепловой энергии перепадов температур непосредственно в механическую энергию вращения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства ïóтем использования его также для преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращения.

Для этого в трубопроводе подачи рабочего тела дополнительно установлен гидропневмодвигатель, вход которого соединен патрубком, имеющим вентиль, с полостью нагревателя, расположенной над зеркалом рабочего тела, а объем рабочего тела превышает суммарный обьем трубопроводов подачи и отвода рабочего тела. Дополнительное наличие гидропневмодвигателя в трубопроводе подачи рабочего тела является необходимым условием для преобразования перепада давления газа и/или жидкости в механическую энергию вращения. Соединение полости нагревателя, расположенной над зеркалом рабочего тела, патрубком с вентилем со входом двигателя позволяет степенью открытия вентиля регулировать подачу газа из нагревателя в охладитель через гидропневмодвигатель, а при открытом этом вентиле и закрытом вентиле трубопровода отбора мощности обеспечить непрерывную работу гидропневмодвигателя на перепаде давления газа. То, что объем жидкого рабочего тела превышает суммарный объем трубопроводов подачи и отвода, дает возможность обеспечить работоспо5

15

30

35 нагревателя 1, расположенная над зерка40

50 собность устройства в максимально возможном для него диапазоне. Таким образом, каждый из приведенных признаков является необходимым, а в совокупности достаточными для достижения поставленной цели.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство содержит нагреватель 1 и расположенный над ним охладитель 2, заполненные газом 3 и жидкостью 4, например жидким аммиаком и его газом.

Нагреватель 1 и охладитель 2 соединены между собой трубопроводом 5 подачи рабочего тела иэ нагревателя 1 в охладитель 2 через гидропневмодвигатель 6, например, выполненный в виде роторного пластинчатого мотора, а также трубопроводом 7 возврата рабочего тела в нагреватель 1. В трубопроводе 7 возврата установлен открытый в сторону нагревателя 1 обратный клапан 8. Основание 9 нагревателя 1 выполнено с приямком 10 для сбора жидкости 4, причем вход 11 трубопровода 5 размещен в приямке 10 с зазором между его торцом и дном приямка 10. Выход 12 трубопровода 5 расположен выше максимально возможного уровня жидкости 4, а вход 13 трубопровода 7 сообщен с нижней частью охладителя 2. Трубопровод 14 в качестве звена отбора мощности подключен к нагревателю 1 непосредственно, а к охладителю

2 посредством трубопроводов 5 и 7. Трубопровод 14 имеет вентиль 15, а верхняя часть лом жидкого рабочего тела, соединена патрубком 16 с вентилем 17 со входом двигателя 6, Клапан 8 с фиксированным необходимым усилием для его открытия расположен у входа трубопровода 7 возврата в нагревателе t в нижней его части. Объем жидкого рабочего тела в устройстве больше, чем суммарный объем трубопроводов 5 и 7.

К двигателю 6 подсоединен, например, через редуктор генератор электрического тока (на фиг. не показан).

Устройство работает следующим образом.

В нагревателе 1 жидкость 4 (например, жидкий аммиак) подогревается, в результате давление газообразного аммиака увеличивается. При открытом вентиле 17 и закрытом вентиле 15 газообразный аммиак

3 поступает по трубопроводу 5 к двигателю

6, когда перепад давления в трубопроводе 5 со стороны нагревателя 1 по отношению к давлению газа со стороны охладителя 2, где температура ниже и, следовательно, ниже соответственно ей давление газа 3, достигнет рабочей для двигателя 6 величины, дви1776873 гатель 6 начинает работать. Газ 3 из нагревателя 1 по трубопроводу 5 через двигатель

6 поступает в охладитель 2, где он охлаждается и конденсируется, Выделяемое при этом тепло отводят через стенки охладителя

2 всреду,,охлаждающую его. При отводе газа 3 иэ нагревателя 1 s нем давление несколько понижается, и из жидкой части 4 выделяется очередной газообразный аммиак 3, который также поступает непрерывно по трубопроводу 5 через двигатель 6 в охладитель 2. При этом в нагревателе 1 при испарении аммиака поглощается тепло, которое непрерывно подводится через стенки нагревателя от подогревающей среды к рабочему телу. В результате между нагревателем 1 и охладителем 2 устанавливается перепад давления, и поток газообразного аммиака 3 поступает из нагревателя по трубопроводу 5 через работающий двигатель 6 в охладитель 2. Так как давление е нагревателе 1 выше, чем давление в охладителе 2, клапан 8 закрыт и блокирует поступление газа из нагревателя по трубопроводу 7 возврата в охладитель 2.

Конденсированный в охладителе 2 жидкий аммиак стекает в трубопровод 7. По мере увеличения столба жидкого аммиака в трубопроводе 7 давление его на клапан 8 увеличивается, Когда давление жидкого аммиака на клапан 8 со стороны охладителя

2 превысит давление на него со стороны нагревателя 1 и усилие, необходимое для

его открытия, он открывается, и жидкий аммиак стекает в охладитель 2 до закрытия клапана 8 после того, как давление на него со стороны нагревателя 1 превысит давление на него со стороны охладителя 2. Так как объем жидкого аммиака больше, чем объем его в заполненных трубопроводах 5 и 7, то такой слив аммиака е нагреватель 1 происходит при наличии еще некоторого неиспарившегося жидкого аммиака в нем, Таким образом, в нагревателе 1 автоматически поддерживается наличие жидкого аммиака, который в нагревателе 1 непрерывно подогревается и испаряется, а в охладителе охлаждается и конденсируется, образуя непрерывный процесс. Для уменьшения абсолютных значений давления е устройстве вместо аммиака, который уже при -3 С имеет на линии насыщения давление в 3,8 атм, можно применять другие легкоиспаряющиеся жидкости, имеющие по линии насыщения меньшие давления при положительных температурах, например фреоны, но не содержащие химических соединений, вступающих в реакцию с озоном, для исключения экологических негативных последствий их применения. (2) 35 g р » Н<Р1 — Рр (3) 40

10

При закрытом вентиле 17 и открытом вентиле 15 устройство работает как преобразователь тепловой энергии в энергию изменения давления полностью аналогично устройству по авт. сеид. hL 1315647. При этом необходимо. чтобы нагрузка на двигатель 6 была снята.

В общем случае двигатель 6 работает, когда выполняется неравенство р1 р2>др Ь+лр, (1) где Р1, Р2 нагревателе 1 и охладителе 2; д — ускорение силы тяжести;

p — средняя плотность рабочего тела е трубопроводе 5;

h — столб рабочего тела в заполненном им трубопроводе 5, отсчитываемый от уровня жидкого рабочего тела в нагревателе 1;

ЬР— перепад давления е двигателе 6..

Причем, когда др» H>P1 — Pz, где Н и р» — соответственно высота столба и плотность жидкости 4 в трубопроводе 7; через двигатель 6 из нагревателя в охладитель подают газ 3 или смесь жидкости 4 и газа 3 для непрерывной его работы, а охлажденную жидкость 4 отводят из охладителя 2 по трубопроводу 7 е нагреватель 1.

При через двигатель 6 из нагревателя в охладитель периодически поступает жидкость 4 до опорожнения от нее приямка 10, затем гаэ

3, а жидкость 4 стекает в нагреватель 1 из охладителя 2 по трубопроводу 7 после уменьшения разности давления Р1-Pz в результате отвода газа 3 из нагревателя 1, опорожненного от жидкости 4, е охладитель

2 до зна ения, когда выполняется неравенство (2).

Величиной открытия-закрытия вентилей 15 и 17 регулируют соотношение между получаемыми видами механической энергии. Это увеличивает также функциональные возможности устройства, Изобретение целесообразно испольэовать для отдаленных и труднодоступных небольших сельскохозяйственных объектов, например. ферм, для водоподъема, электроосвещения, подзарядки аккумуляторов и других нужд, требующих относительно небольших затрат энергии, а также для работы совместно с ветровыми установками для по1776873

Составитель Э.Коваленко

Техред М.Моргентал Корректор П. Гереши

Редактор Т.Шагова

Заказ 4110 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г; Ужгород, ул.Гагарина, 101 вышения надежности работы совместной системы.

Формула изобретения

Устройство преобразования тепловой энергии в энергию изменения давления, содержащее частично заполненные рабочим телом нагреватель и охладитель, соединенные между собой трубопроводами подачи и отвода рабочего тела, причем охладитель расположен над нагревателем, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, устройство дополнительно снабжено гидропневмодвигателем и патрубком с вентилем, двигатель

5 установлен в трубопроводе подачи рабочего тела, а патрубок соединяет полость нагревателя, расположенную над зеркалом рабочего тела. с входом двигателя, обьем рабочего тела превышает суммарный обьем трубоп10 роводов подачи и отвода рабочего тела.