Тепловой жидкопоршневой двигатель

 

Использование: в системах теплохпадоснабжения и водоснабжения. Сущность изобретения: испаритель, парожидкостный канад холодильник и рабочая нагнетательно-всасывающая труба последовательно соединены между собой и заполнены рабочей жидкостью. В парожидкостном канале на входе в испаритель соосно установлена форсунка. выполненная в виде конического насадка, обращенная соплом в сторону испарителя и установленная с образованием кольцевого зазора между ее наружной поверхностью и внутренней поверхностью парожидкостного канала Внутренняя поверхность испарителя снабжена продольными ребрами и покрыта слоем из капиллярно-пористого материала Форсунка закреплена неподвижно относительно канала имеющего расширение в зоне размещения форсунки. Форсунка может быть установлена в направляющих с возможностью ограниченного осевого перемещения Канал в зоне размещения форсунки имеет сужение с образованием конического участка контактирующего с форсункой при ее размещении в крайнем верхнем положении. 2 зл.ф-лы,4ил.

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (в) ÊRÖ оо (51) 5 Щ Д5 02 (21) 4905369/29 (22) 21.12.90 (46) 30.12.93 Бюл. Иа 47-48 (75) Васильев Г.П„Гатов В.М„Атманов И.Т„ Мартьянов НЕ„ Зарубин Г.В„Захаров АВ„Акопов БЛ„Пирогов ЕН„Рахамимов АП. (73) Акционерная компания ИНСОЛАР (54) ТЕПЛОВОЙ ЖИДКОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Использование: в системах теплохладоснабжения и водоснабжения. Сущность изобретения: испаритель, парожидкостный канал, холодильник и рабочая нагнетательно-всасывающая труба последовательно соединены между собой и заполнены рабочей жидкостью. В парожидкостном канале на входе в испаритель соосно установлена форсунка, выполненная-в виде конического насадка, обращенная соплом в сторону испарителя и установленная с образованием кольцевого зазора между ее наружной поверхностью и внутренней поверхностью парожидкостного канала Внутренняя поверхность испаритепя снабжена продольными ребрами и покрыта слоем из капиплярно-пористого материала

Форсунка закреплена неподвижно относительно канала, имеющего расширение в зоне размещения форсунки. Форсунка может быть установлена в направляющих с возможностью рграниченного осевого перемещения, Канал в зоне размещения форсунки имеет сужение с образованием конического участка, контактирующего с форсункой при ее размещении в крайнем верхнем положении 2 зпф-пь 4 ил.

2005215

Изобретение относится к области теплотехники, а более конкретно к устройствам для преобразования тепловой энергии в механическую, и может найти применение в гидравлических насосах, используемых в системах теплохладоснабжения и водоснабжения, а также в ряде других устройств.

Известно устройство для отвода тепла оТ объекта в виде автопульсирующего насоса, содержащего два спаренных тепловых двигателя с жидким поршнем, подключенных рабочими трубами через струй н ы и и реобразователь к замкнутому циркуляционному контуру. Каждый из тепловых двигателей с жидким поршнем содержит последовательно соединенные испаритель, парожидкостный канал, холодильник и рабочую нагнетательно-всасывающую трубу, заполненные рабочей жидкостью (1).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является тепловой двигатель с жидким поршнем, содержащий последовательно соединенные испаритель, парожидкостный канал, холодильник и рабочую нагнетательно-всасывающую трубу, заполненные рабочей жидкостью )2), Недостатком указанных и других существующих двигателей этого типа является их низкая термодинамическая эффективность, обусловленная неполным использованием подводимого к испарителю тепла из-за нагрева неиспаряемой части жидкости и уменьшения возможного объема получаемого в испарителе пара.

Целью изобретения является повышение термодинамической эффективности эа счет более полного использования подводимого к испарителю тепла и предотвращения необратимых потерь на нагрев неиспаряемой части жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в тепловом жидкопоршневом двигателе, содержащем последовательно соединенные испаритель, парожидкостный канал, холодильник и рабочую нагнетательно-всасывающую трубу, заполненные рабочей жидкостью, в парожидкостном канале на входе в испаритель установлена форсунка в виде конического насадка, которая расположена соосно с парожидкостным каналом, обращена соплом в сторону испарителя и установлена с образованием зазора между ее наружной поверхностью и внутренней поверхностью парожидкостного канала, а внутренняя поверхность испарителя оребрена продольными ребрами и покрыта слоем капиллярно-пористого материала, при этом форсунка может быть установлена либо неподвижно, а парожидкостный канал

10

15 имеет в зоне установки расширение, либо установлена в направляющих с возможностью ограниченного осевого перемещения, при этом в последнем случае паржидкостный канал в зоне установки форсунки имеет сужение с коническим участком, с которым контактирует форсунка при ее размещении в крайнем верхнем положении.

Предложенный тепловой жидкопоршневой двигатель содержит признаки, отличающие его ат прототипа. К ним относятся установка в парожидкостном канале на входе B испаритель форсунки в виде коническоro насадка. которая расположена соосно с парожидкостным каналом, обращена соплом в сторону испарителя и установлена с образованием зазора между ее наружной поверхностью и внутренней поверхностью парожидкостного канала. Установка форсунки на входе в испаритель позволяет осуществить дозированный впрыск жидкости в испаритель при обратном ходе жидкого поршня в количестве, необходимом для полного перехода ее в парообразное состояние. Это приводит к существенному снижению необратимых потерь при реализации термодинамического цикла, а оребрение внутренних поверхностей испарителя и покрытие их капиллярно-пористым материалом позволяют

30 увеличить теплообменную поверхность испарителя и улучшить процесс парообразования жидкости в испарителе. Это обуславливает соответствие предложенного технического решения критерию "новиз35 на".

При анализе известных технических решений не обнаружены признаки, сходные с признаками отличительной части формулы изобретения, На основании проведенного

40 анализа можно сделать вывод, что заявленное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематически показаны пред- ., лагаемый тепловой двигатель с жидким пор45 шнем; на фиг. 2 — сечение А — А на фиг. 1, поясняющее вариант неподвижного закрепления форсунки; на фиг, 3 — вариант установки форсунки с ограниченным осевым перемещением: на фиг, 4 — сечение Б-Б на фиг. 3.

Двигатель содержит последовательно соединенные испаритель 1, парожидкостный канал 2 с форсункой 3, холодильник 4 и рабочую нагнетательно-всасывающую трубу 5, заполненные рабочей жидкостью 6.

Форсунка 3 установлена в парожидкостном канале 2 на входе в испаритель 1 либо неподвижно, например, с помощью продольных перемычек 7 (фиг, 2), либо имеет возможность ограниченного осевого пере2005215 сечение по длине форсунки уменьшается в направлении испарителя 1, а в кольцевой щели увеличивается, то скорость жидкости в форсумке будет больше, чем в кольцевом канале, Имея высокую начальную скорость, струя жидкости, выходящая из форсунки, впрыскивается в испаритель 1, попадает ма все его теплообменные поверхности и достигает наиболее удаленных их частей, с которых жидкость затем стекает по стемкам испаритепя, разбрызгиваясь при кипении.

Процесс парообраэования при кипении жидкости на теппообменных поверхностях испарителя 1 вызывает повышение в нем давления пара и приостанавливает струйное истечение жидкости иэ форсунки в испаритель, Количество жидкости, впрыскиваемой через форсунку в испаритель, определяется проходным сечением и конусностью рабочего канала форсумки и геометрией кольцевой щели между форсункой и парожидкостным каналом. При заданном тепловом потоке, подводимом к испарителю количество впрыскиваемой жидкости должно обеспечиваться названными параметрами из условия полного ее испарения.

Если форсунка имеет воэможность перемещаться, то при обратном ходе жидкого поршня столб жидкости сместит форсунку 3 до упора в парожидкостный канал 2, перекрывая кольцевую щель. Это позволяет усилить впрыск жидкости в испаритель через форсумку. В процессе рабочего хода поток жидкости и пара перемещает форсунку 3 в нижнее положение до ограничителя 9, что позволяет существенно увеличить кольцевую щель по сравнению с кольцевой щелью при неподвижной форсунке, в результате чего уменьшаются гидравлические потери в парожидкостном канале 2.

Предлагаемый тепловой жидкопоршневой двигатель за счет струйного впрыска жидкости в испаритель через форсунку. установленную в парожидкостном канале, имеет более высокую термодинамическую эффективность по сравнению с прототипом, поскольку в нем более эффективно используется подводимое к испарителю тепло и предотвращаются необратимые его потери на нагрев неиспаряемой части жидкости. (56) 1. Авторское свидетельство СССР

hL 579452, кп. F 04 F 1/02, 1976.

2, Патент США М 3139837, кл. 417 — 105, опубпик. 1964. мещения (фиг. 3). В последнем случае к основанию форсунки прикрепляются направляющие 8, которые проходят через отверстия в ограничителях 9, прикрепленмых на растяжках 10 к парожидкостному 5 каналу 2. Внутренняя поверхность испарителя 1 оребрена продольными ребрами 11 и покрыта слоем капиллярно-пористого материала.

Тепловой двигатель работает следую- 10 щим образом.

Перед началом работы двигатель заправляется рабочей жидкостью, основная масса которой выполняет роль жидкого поршня, а часть ее используется в качестве ра- 15 бочего тела двигателя. При подводе тепла к рабочему телу в испарителе 1 и отводе тепла . от мего в холодильнике 4 в тепловом двигателе с жидким поршнем начнут осуществляться последовательно протекающие 20 замкнутые термодинамические циклы, включающие процессы парообразования и конденсации пара, Процесс парообразования в испарителе 1 сопровождается повышением давления пара в рабочем обьеме 25 двигателя и расширением его с совершением работы по перемещению жидкого поршня, Перемещая жидкий поршень, пар через парожидкостный канал 2 попадает в холодильник 4, Дальнейшее расширение пара в 30 зоне отвода тепла сопровождается его конденсацией и резким падением давления в рабочем объеме, которое становится ниже давления на противоположном конце жидкого поршня. В результате поршень начнет 35 перемещаться в обратном направлении к испарителю 1 (обратный ход) для подготовки очередного рабочего хода.

Если форсунка 3 зафиксирована в парожидкостном канале 2, то при движении жид- 40 кости по парожидкостному каналу 2 к испарителю 1 она проходит как через форсунку 3, так и через кольцевую щель между форсункой и парожидкостным каналом.

Жидкость, проходя через форсунку, ускоря- 45 ется и на выходе из нее приобретает скорость, значительно превышающую скорость движения потока через кольцевую щель .

Это обусловлено двумя причинами, Иэ-за конечной вязкости жидкости скорость ее 50 движения в канале будет увеличиваться к оси потока, поэтому средняя скорость потока жидкости, входящего в кольцевую щель, будет ниже скорости потока жидкости, входящего в форсунку. Кроме этого, поскольку 55

2005215

Формула изобретения

Составитель Г.Васильев

Техред М.Моргентал Корректор M.Ïåòðoâà

Редактор Н.Цалихина

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3427

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

1, ТЕПЛОВОИ ЖИДКОПОРШНЕВОЙ

ДВИГАТЕЛЬ, содержащий последовательно соединенные между собой испаритель, парожидкостный канал, холодильник и рабочую нагнетательно-всасывающую трубу, заполненную рабочей жидкостью. отличающийся тем, что, с целью повышения его термодинамической эффективности путем более йолного использования подводимого к испарителю тепла и предотвращения необратимых потерь на нагрев неиспаряемой части жидкости, в парожидкостном ка- 15 нале на входе в испаритель соосно установлена форсунка, выполненная в ви-,, де конического насадка, обращенная со- плом в . сторону испарителя и установленная с образованием кольцевого 20 зазора между ее наружной поверхностью и внутренней поверхностью парожидкостного канала, при этом внутренняя поверхность испарителя снабжена продольными ребрами и покрыта слоем из капиллярнопористого материала.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что форсунка закреплена неподвижно относительно парожидкостного канала, а последний в зоне размещения форсунки имеет расширение.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что форсунка установлена в направляющих с возможностью ограниченного осевого перемещения, а парожидкостный канал в зоне размещения форсунки имеет сужение с образованием конического участка, контактирующего с форсункой при ее размещении в крайнем верхнем положении.