Устройство преобразования тепловой энергии в механическую

 

Использование: в энергетическом машиностроении и приборостроении, а именно в устройствах преобразования тепловой энергий в механическую с использованием разности температур между двумя средами. Сущность изобретения; внутри емкости, образованнрй тешюпередающими стенками 9, вертикально расположена бесконечная трансмиссия Зс размещенными на ней герметичными камерами 1, имеющими эластичные стенки 2, камера,образованная станками 9,, заполнена теплопередающей жидкостью, которая вь/полнена составной из двух жидкбстей 8 и 12 взаимно нерастворимых и практически несжимаемых на поверхности раздела жидкостей 8 и 12 расположен слой 15 гранул теплоизоляторз с различной плотностью в области различных ветвей трансмиссии 3. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Яэз F 03 6 7/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМС ГВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ORMCAHME H3O6PETEHHE

<4KLJN3HAE 1

BTEilTyf3- I i:;,. :;.! Г60Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4753389/06 (22) 27,10,89 (46) 15.05,93. Бюл. Иг 18 (75) Э.П. Коваленко (56) Авторское свидетельство СССР

М 1188368, кл. F 03 07/06,,1985, (54) УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ (57) Использование: в энергетическом машиностроении и приборостроении, а именно в устройствах преобразования тепловой энергии в механическую с использованиеМ разности температур между двумя средами.

Сущность изобретения: внутри мкости обC (19Э (1 a) разованной теплопередающими стенками

9, вертикально расг(оложена бесконечная грансмиссия 3 с размещенными на ней герметичными камерами 1, имеющими эластичные стенки 2, «амера образованная станками 9„заполнена теплопередающей жидкостью, которая вь(полнена составной из двух жидкбстей 8 и 12 взаимно нерастворимых и практически несжимаемых на поверхности раздела жидкостей 8 и 12 расположен слой 15 гранул теплоизолятора с различной плотностью в области различных ветвей трансмиссии 3. 1 ил.

1815419

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и приборостроению, а именно к устройствам преобразования тепловой энергии в механическую с использованием разности тем- 5 паратур между двумя средами или в среде.

Цель изобретения — расширение рабочего диапазона устройства, Цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено крышкой корпуса, 10 которая размещена на нем с образованием жесткой герметичной емкости, заполненной теплопередающей жидкостью, выполненной составной из двух несмешивающихся жидкостей, а в зонах 15 вСплытия и погружения размещены теплоизолиру|ощие гранулы с разной плотностью для ка>кдой зоны, Выполнение емкости герметичной, за полненной теплопередающей жидкостью 20 позволяет изменять давление теплопередающих жидкостей на рабочие камеры автоматически соответственно изменению температур рабочего тела в них регулированием обьема теплопередающих жидкостей, гидравлически изолированных в жесткой емкости, что является необходимым условием для достижения поставленной цели, Гак, если рабочее тело, например, фреон-114 (CzF4Clz) нагревают в рабочей камере до T = 15"С, то давление в ней равно i,54 атм и vaìåpa будет расширяться до уравновешиван 1 > давления злаcTM HoÉ Стенкой камеры. При охлаждении pabo«его тела до

5"Г давление становится равным 1,07 атм, З5 с.. и камера будет сжиматься, если давление газа i3 емкости равно, например 1,10 атм.

Однзко, когда температура нагревающей жидкости уменьшилась и рабочее тело наI ревается только до 5ОС, то давление, рав- 40 ное l,07 атм, не приведет к расширению камеры, хогя и перепад температур при этом сохранитс». Так, при температуре-5" С давление уменьшится до 0,72 атм, и изменение обьема рабочей камеры практически не будет иметь место. Следовательно, при таком и1менении температур жидкости и охлаждающего газа устройство-прототип неработоспособно, Однако, если к рабочей

;a!. åpå, находящейся в нагрева огцей жид- 50 кости и подогревшей рабочее тело до 5ОС, при котором давление внутри камеры равно l,07 атм, прило>кить давление, равное давлени,о, передаваемому через теплопередающие нагревающую и охлаждающую 55 жидкости (которые практически являются несжимаемыми) от рабочей камеры, рабочее тело в которой охлаждено до -5OÑ, равное 0,72 атм, то первая рабочая камера будет увеличивать свой обьем до уравновешивания перепада давления упругостью эластичной стенки, и устройство будет paGoтоспособным при таком изменении температур, Отсюда рассматриваемый признак является существенным.

Выполнение теплопередающей жидкости составной из двух несмешивающихся жидкостей и размещение теплоизолирующих гранул с разной плотностью для каждой эоны позволяет уменьшить потери тепла между зонами нагревания и охлаждения через эти жидкости и обеспечить автоматический запуск устройства, что дает возможность расширить рабочий !диапазон устройства при работе его при малых значениях, изменяющихся во времени рабочих перепадов температур. Следовательно, эти признаки также являются существенными, Совокупность рассмотренных признаков является достаточной для дости>кения поставленной цели, На чертеже показано устройство преобразования тепловой энергии в механическую.

Оно содержит ряд герметичных камер 1 переменного обьема, име|ощих эластичные стенки 2, теплоиэолированные друг от друга и последовательно располо>кенные вдоль бесконечной трансмиссии ", установленной на двух колесах 4 и 5, оси б и 7 вращения которых смещены относительно друг друга по вертикали. Камеры 1 заполнены термочувствительным рабочим телом, изменяющим свой обьем и давление при изменении температуры, Нижняя часть трансмиссии 3 с KaMopaMN 1 погру>кена B теплопередающую жидкость 8 и через нее и теплопередающие стенки емкости 9 находится в тепловом контакте с теплоподводящей средой 10, напримср, жидкостью, имеющей темпсратуру вь ше среды 11, например, газообразной, причем среда 8 имеет точку замерзания ниже наиболее низкой рабочей температуры среды 11, Верхняя часть трансмиссии 3 с камерами 1 находится во второй теплопередающей жидкости 12 и через нее и теплопередающие стенки емкости, 9 находится в тепловом контакте со средой

11, Емкость 9 представляет собой жесткий герметичный сосуд, состоящий из нижнего корпуса и размещенной на нем крышки, Часть стенок емкости 9, прилегающая к границе раздела сред 10 и 11, выполнена теплоизолирующей, а остальные части— возможно более теплопроводными, Теплообмен между зонами погружения и всплытия камер ограничен вертикальной теплоиэолирующей перегородкой 14. Теплопередающие жидкости 8 и 12 взаимно нерастворимые и практически не сжимаемые.

1815419

Удельная плотность жидкости 12 меныше, чем удельная плотность жидкости 8, а теплопроводность их возможно большая, Между жидкостями 8 и 12 расположен слой 15 гранул, имеющих малый коэффициент теп- 5 лопроводности, плавающих s жидкости 8 и тонущих в жидкости 12, а также нерастворимых в жидкостлх 8 и 12. Причем плотность теплоизолирующих гранул слоя 15 меньшая в зоне всплывания, чем в зоне погруженил 10 камер 1.

В стенках емкости 9 имеются трубопроводы 16 и 17 с вентилями длл регулирования объема жидкостей, находящихся в емкости

9. 15

Устройство работает следующим образом.

В зоне всплыванил слой 15 теплоизолирующих гранул, например, полистироловые с пенополистиролом внутри, имеющий 20 меньшую плотность, чем гранулы, расположенные в зоне погру>кения рабочих камер, смещен вверх по отношению к слою 15 в зоне погружения. Так как со стороны всплыванил рабочих камер зона нагреванил боль- 25 ше, а .зона охлан<денил меньше, чем со стороны их погружения иэ-за смещения по вертикали слоя 15, обьем камер с первой стороны будет больше, чем со второй, а, следовательно, возни«аеr сила момента 30 враьценил колес 4 и 5, и они начинают вра",цаться в направлении, указанном стрелкой.

Вращение устройства поддерживаатсл за счет тепла, подводимого к рабочим камерам

1 через теплопередающую жидкость 8, на- 35

:пример, водный раствор поваренной соли, и отводимого от них через теплоотводлщую жидкость 12, например, керосин. Б начале погружения камер 1, находлщихся справа от осей вращения 6 и 7, иэ температура, 40 объем и плавучесть — минимальные вследствие охлаждения камер средой 11 через верхние теплопередающие стенки емкости 9 и жидкость 12, а такх<е давления, окаэываемого на них теплопередающими жидкостями, 45

В процессе погружения камер I происходит их нагрев эа счет тепла, поступающего от жидкости 10 через нижние теплопередающие стенки емкости 9 и жидкость 8, в результате объемы и плавучесть рабочих 50 камер 1 увеличиваются, При переходе камер 1 на левую ветвь трансмиссии 3 процесс нагрева и расширенил камер 1 продолжается и камеры всплывают под действием воз росших сил плавучести. После выхода камер 55

1 из жидкости 8 сквозь слой 15 гранул, теплоизолирующих жидкость 8 от жидкости 12, происходит их охлаждение в окружающей среде 11, в результате обьем камер 1 уменьшаетсл под давлением жидкости 12, передаваемом на нее жидкостью 8, находящейся под давлением расширяющихся в ней камер

1, Так как жидкости 8 и 12 находятся в жесткой емкости фиксированного объема, то приращение суммарного объема расширения рабочих камер 1 при их нагревании равно уменьшению суммарного обьема их сокращения при охлаждении независимо от абсолютного значенИя давленил в этих камерах 1. Далее процесс непрерывно повто-: рлетсл и движение колес 4 и 5 происходит под действием сил плавучести камер на левой и правой половинах устройства. Теплоизолирующая перегородка 14 снижает теплообмен между зонами погружения и всплытия камер 1, а слой 15 гранул — между жидкостями 8 и 12, Через трубопроводы 16 и 17 изменя|от объемы жидкостей 8 и 12, находящихся в емкости 9, а также их общий обьем, чем определяют диапазон изменения объемов рабочих камер, Скорость движения трансмиссии определяется иэ условия, «ro при погружении камер 1 в жидкости 8 они нагреваются до температуры, при которой давление в них увеличиваетсл соответственно повышению давления на них при погружении, а в зоне всплыванил в жидкости 12 камеры 1 охла>кдаются с интенсивностью, при которой давление в них уменьшаетсл соответственно уменьшению давления на них при всплывании, Устройство целесообразно использовать для борьбы с тепловым загрязнением водных объектов и автономного получения механической энергии в отдаленных и труднодоступных местах, прежде всего для подэаводки гидрометрических приборов, Форм ула изобретения

Устройство преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее корпус, заполненный теплопередающей жидкостью, внутри которого размещена вертикально с образованием эон всплытия и погру>кенил бесконечная трансмиссия, причем на трансмиссии закреплены герметичные камеры переменного обьема. частично заполненные термочувствительным рабочим телом, а также средства подвода и отвода тепла, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения рабочего диапазона, устройство дополнительно снабжено крышкой корпуса, размещенной на нем с образо-, ванием герметичной емкости, теплоизолирующал жидкость выполнена составной из двух несмешивающихся жидкостей, а в зонах всплытия и погру>кения размещены теплоизолирующие гранулы с разной плотностью для каждой зоны.