Тепловой гидравлический двигатель
Изобретение относится к энергетике. Тепловой гидравлический двигатель содержит источник внешней тепловой энергии, рабочие камеры, неподвижно расположенные относительно оси рабочего вала, заполненные жидким рабочим телом с непрерывно изменяющимися объемами в течение оборота рабочего вала, механизм преобразования энергии расширения жидкого рабочего тела в механическую энергию вращения рабочего вала, распределительное устройство, питающую магистраль, сливную магистраль, холодильник, предохранительные клапаны, трубопроводы, соединяющие рабочие камеры через предохранительные клапаны со сливной магистралью. Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в механическую и может быть использовано в качестве двигателя.
Известно техническое решение [1], осуществляющее преобразование тепловой энергии в механическую путем попеременного нагрева и охлаждения камер, заполненных термочувствительным рабочим телом, расположенных на периферии полого ротора, заполненного жидкостью. Перераспределение массы жидкости в роторе при изменении объема камер приводит к созданию весового дисбаланса с попеременным перемещением камер в зоны их нагрева и охлаждения за счет названного дисбаланса. Недостатком является малая эффективность преобразования энергии, т.к. дисбаланс незначителен.
Известно техническое решение [2], в котором тепловая энергия преобразуется в механическую с помощью термочувствительного рабочего тела. В качестве термочувствительного рабочего тела применена жидкость, постоянно пребывающая в жидкой фазе в течение всего рабочего цикла. Расширение рабочего тела осуществляется импульсно. Работа расширения рабочего тела преобразуется в кинетическую энергию инерционного элемента. Кинетическая энергия преобразуется в механическую энергию исполнительного механизма. Недостатком является прерывистый, импульсный характер работы и низкий КПД преобразования тепловой энергии в механическую.
Цель изобретения - повышение КПД, расширение области применения. Предлагаемое техническое решение основано на непрерывном тепловом расширении жидкого рабочего тела.
На фиг.1 представлена схема распределения фаз теплового гидравлического двигателя с однократным расширением жидкого рабочего тела. На фиг.2 представлена конструктивная схема теплового гидравлического двигателя, содержащего пластинчатую гидравлическую машину однократного действия с подводом тепловой энергии к рабочим камерам в фазе теплового объемного расширения. На фиг.3 представлена конструктивная схема теплового гидравлического двигателя, содержащего поршневую машину (механизм преобразования энергии расширения жидкого рабочего тела в механическую энергию вращения рабочего вала не показан).
Тепловой гидравлический двигатель содержит жидкое рабочее тело с коэффициентом теплового объемного расширения большим, чем у стенок рабочих камер, источник (источники) внешней тепловой энергии (8), питающую магистраль (7), сливную магистраль (5), холодильник (6), предохранительные клапаны (клапан) (9), трубопроводы (трубопровод) (10), соединяющие рабочие камеры (11) через предохранительные клапаны (9) со сливной магистралью (5), гидравлическую машину объемного вытеснения, имеющую рабочие камеры (камеру) (11), заполненные жидким рабочим телом с непрерывно изменяющимися объемами в течение оборота рабочего вала, имеющую распределительное устройство любой конструктивной схемы, обеспечивающее фазы (фазу) наполнения (3), в которых рабочие камеры (камера) (11) подключены к питающей магистрали (7), фазу (фазы) теплового объемного расширения (4), фазы (фазу) вытеснения (1), в которых рабочие камеры (камера) (11) подключены к сливной магистрали (5), перевальные фазы (фазу) (2), в которых рабочие камеры (11) имеют минимальные объемы и отключены от обеих магистралей (5 и 7), имеющую механизм преобразования энергии расширения жидкого рабочего тела в механическую энергию вращения рабочего вала, при этом внешняя тепловая энергия подводится к рабочим камерам (11), холодильник (6) включен в гидравлическое соединение сливной (5) и питающей магистралей (7) Цикл работы двигателя включает фазу (фазы) наполнения (3), фазу (фазы) теплового объемного расширения (4), фазу (фазы) вытеснения (1) и перевальную фазу (фазы) (2).
Тепловой гидравлический двигатель работает следующим образом. Тепловая энергия от источника внешней тепловой энергии (8) подводится к рабочим камерам (11). В фазе наполнения (3) рабочие камеры (11) подключаются к питающей магистрали (7) и частично наполняются жидким рабочим телом. В фазе теплового объемного расширения (4) рабочие камеры отключаются от питающей магистрали (7) и дальнейшее увеличение объема рабочих камер (11) до максимума происходит за счет расширения жидкого рабочего тела от подводимой тепловой энергии - происходит преобразование тепловой энергии в механическую. По достижении максимального объема рабочие камеры (11) в фазе вытеснения (1) подключаются к сливной магистрали (5). Для защиты рабочих камер от разрушения при максимальном объеме предусмотрены предохранительные клапаны (клапан) (9) с трубопроводами (10), соединяющие рабочие камеры (11) со сливной магистралью (5). Жидкое рабочее тело вытесняется по сливной магистрали (5) в холодильник (6). В холодильнике (6) жидкое рабочее тело охлаждается и по питающей магистрали (7) возвращается в фазе наполнения (3) в рабочие камеры (11). Перевальная фаза (2) соответствует минимальным объемам рабочих камер (11). В перевальных фазах (2) обе магистрали отключены от рабочих камер. Рабочее тело нагревается в рабочих камерах и охлаждается в холодильнике. Тепловой гидравлический двигатель всасывает жидкое рабочее тело как насос и вытесняет как гидродвигатель.
Для экономии тепловой энергии в конструктивных схемах, в которых рабочие камеры движутся по кругу вместе с рабочим валом, возможен подвод тепловой энергии к рабочим камерам в фазе теплового объемного расширения (4). Предлагаемое техническое решение может быть реализовано в различных конструктивных схемах тепловых гидравлических двигателей, например: тепловой гидравлический двигатель аксиально-поршневой, тепловой гидравлический двигатель радиально-поршневой, пластинчатый тепловой гидравлический двигатель, тепловой гидравлический двигатель роликового типа, тепловой гидравлический двигатель с бочкообразными лопатками, героторный тепловой гидравлический двигатель и т.д.
В качестве рабочего тела для тепловых гидравлических двигателей могут применяться жидкости, используемые в системах гидроприводов с коэффициентом теплового объемного расширения большим, чем у материала стенок рабочих камер.
Технический результат:
1. Непрерывное преобразование тепловой энергии в механическую энергию и как следствие больший коэффициент полезного действия по сравнению с известными решениями.
2. Крутящий момент двигателя во многих случаях позволит отказаться от понижающих передач.
3. Независимость от стационарного источника тепловой энергии.
Источники информации
1. Авторское свид. СССР 1100422, кл. F 03 G 7/06, 30.06.84.
2. RU 2189496, 20.09.2002.
1. Тепловой гидравлический двигатель, содержащий источник (источники) внешней тепловой энергии, рабочие камеры (камеру), неподвижно расположенные относительно оси рабочего вала, заполненные жидким рабочим телом с непрерывно изменяющимися объемами в течение оборота рабочего вала, механизм преобразования энергии расширения жидкого рабочего тела в механическую энергию вращения рабочего вала, распределительное устройство, обеспечивающее фазы (фазу) наполнения, в которых рабочие камеры (камера) подключены к питающей магистрали, фазы (фазу) вытеснения, в которых рабочие камеры (камера) подключены к сливной магистрали, перевальные фазы (фазу), в которых рабочие камеры имеют минимальные объемы и отключены от обеих магистралей, жидкое рабочее тело с коэффициентом теплового объемного расширения, большим, чем у стенок рабочих камер, питающую магистраль, сливную магистраль, холодильник, предохранительные клапаны (клапан), трубопроводы (трубопровод), соединяющие рабочие камеры через предохранительные клапаны со сливной магистралью, отличающийся тем, что распределительное устройство обеспечивает фазы (фазу) теплового объемного расширения, в которых происходит преобразование тепловой энергии в механическую, холодильник включен в гидравлическое соединение питающей и сливной магистралей, внешняя тепловая энергия постоянно подводится к рабочим камерам.
2. Тепловой гидравлический двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочие камеры расположены по кругу с возможностью кругового движения, согласованного с вращением рабочего вала, внешняя тепловая энергия подводится к рабочим камерам в фазе теплового объемного расширения.
3. Тепловой гидравлический двигатель по п.2, отличающийся тем, что внешняя тепловая энергия подводится к рабочим камерам постоянно.
