Способ преобразования тепловой энергии в механическую



Способ преобразования тепловой энергии в механическую
Способ преобразования тепловой энергии в механическую
Способ преобразования тепловой энергии в механическую
Способ преобразования тепловой энергии в механическую
Способ преобразования тепловой энергии в механическую
Способ преобразования тепловой энергии в механическую
Способ преобразования тепловой энергии в механическую
Способ преобразования тепловой энергии в механическую

 


Владельцы патента RU 2480621:

Фролов Виталий Алексеевич (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам преобразования тепловой энергии в механическую с использованием разности температур жидкости и окружающей среды. Способ преобразования тепловой энергии в механическую путем погружения в жидкость камер, содержащих термочувствительное рабочее тело, увеличения объема камер с увеличением их плавучести в результате теплообмена с жидкостью, всплытия камер под действием сил плавучести и уменьшения объема и плавучести камер в результате теплообмена с окружающей средой. В качестве термочувствительного рабочего тела используют вещество со свойством изменения объема при фазовом переходе, при этом преобразуют изменение объема рабочего тела в изменение объема камеры с коэффициентом пропорциональности k, большим единицы. В качестве рабочего тела используется вещество из следующего ряда: парафин с числом атомов углерода в молекуле 8-12, кислоты с числом атомов углерода в молекуле 1-18, n-алкидонафталины с числом углеродных атомов в цепи 2-16, производные бензола, церезин. Технический результат заключается в расширении ассортимента веществ рабочего тела. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам преобразования тепловой энергии в механическую с использованием разности температур жидкости и окружающей среды.

Известен способ преобразования тепловой энергии в механическую [А.с. СССР №1404681, МПК F03G 7/06, дата подачи заявки: 15.12.1980, дата публикации: 23.06.1988] путем погружения в жидкость камер, заполненных термочувствительным рабочим телом, нагрева камер для расширения рабочего тела и увеличения их плавучести, охлаждения камер при сжатии рабочего тела и уменьшения их плавучести и вертикального перемещения камер под действием переменных сил их плавучести, при этом для предотвращения преждевременного расширения камер при их погружении, перед погружением камер, фиксируют их объем при его минимальном значении и освобождают их от фиксации при максимальной глубине их погружения.

В качестве прототипа выбран способ преобразования тепловой энергии в механическую [А.с. СССР №931945, МПК F03G 7/06, дата подачи заявки: 17.10.80, дата публикации: 30.05.1982] путем погружения в жидкость камер, заполненных термочувствительным рабочим телом, расширения камер с увеличением их плавучести в результате теплообмена с жидкостью, всплытия камер под действием сил плавучести и уменьшения объема и плавучести камер в результате теплообмена с окружающей средой, при этом в качестве рабочего тела используют смесь газа с жидким растворителем, а изменение объема камер осуществляют растворением газа и его выделением из растворителя соответственно при охлаждении и нагреве.

Задачей настоящего изобретения является расширение ассортимента веществ, используемых в качестве рабочего тела.

Для достижения этой цели использовано свойство ряда веществ при температуре фазового перехода от +120°С и ниже при переходе из твердого состояния в жидкое совершать скачок значительного увеличения в объеме и при этом совершать работу.

Таким образом, поставленная задача решается способом преобразования тепловой энергии в механическую путем погружения в жидкость камер, содержащих термочувствительное рабочее тело, увеличения объема камер с увеличением их плавучести в результате теплообмена с жидкостью, всплытия камер под действием сил плавучести и уменьшения объема и плавучести камер в результате теплообмена с окружающей средой, при котором, согласно предложению, в качестве термочувствительного рабочего тела используют вещество со свойством изменения объема при фазовом переходе, при этом преобразуют изменение объема рабочего тела в изменение объема камеры с коэффициентом пропорциональности k, большим единицы, т.е. преобразование проводят в соответствии с формулой ΔVк=k·ΔV, где ΔVк - изменение объема камеры; ΔV - изменение объема рабочего тела, когда изменение объема рабочего тела (уменьшение или увеличение) приводит к большему изменению (уменьшению или увеличению) объема камеры.

В качестве рабочего тела целесообразно использовать вещество из следующего ряда: парафин с числом атомов углерода в молекуле 8-12, кислоты с числом атомов углерода в молекуле 1-18, n-алкидонафталины с числом углеродных атомов в цепи 2-16, производные бензола, церезин [См. Уббелоде А.Р. Расплавленное состояние вещества. Пер. с англ., «Металлургия», 1982, стр.18-19].

Наиболее простым вариантом регулировки мощности преобразования является изменение глубины погружения камер в жидкость.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано, например, устройством, раскрытым на чертежах.

На фиг.1, 2, 3, 4 представлен пример устройства камеры с изменяемым объемом, на фиг.5, 6, 7 представлены стадии работы одной камеры, на фиг.8 представлена схема собственно двигателя, реализующего способ.

Камера с изменяемым объемом 1, 2 (в дальнейшем камера), состоит из нескольких единичных элементов 3 для создания напорного движения рабочей жидкости, каждый из которых имеет высокопрочный цилиндрический корпус 4, с днищем 5 и крышкой 6. Внутри корпуса 4, по центру устанавливается перфорированная трубка 10 с горловиной, на которую с зазором одевается эластичная и термостойкая трубка 7. Весь объем внутри трубок 7, 10 заполнен рабочей гидравлической жидкостью 9. Притом объем рабочей жидкости между внутренней стенкой трубки 7 и наружной частью трубки 10 должен быть не менее увеличенного объема жидкой фазы рабочего тела 8 при плавлении. Объем элемента 3 между наружной гранью трубки 7 и внутренней высокопрочного корпуса 4, заполняется рабочим телом 8, которое подбирается для разных температурных условий. Для северных широт, где температура воды 0-5°С, а температура воздуха -10°С и ниже, рабочее тело представляет из себя спирты с С8 и С9, имеющие температуру плавления Тпл -14 и -5°С, и увеличение объема 11,3 и 9.0 процента; производную бензола - С6H5NH2, имеющую температуру плавления -6,2°С и увеличение объема при плавлении 10,8%; кислоты с С4, С6, С7, жидкие парафины и другие вещества со сходными характеристиками. Там, где температура воды +40 - +100°С возможно применение твердых парафинов, церезинов, циклогексанов и др. [Уббелоде А.Р. Расплавленное состояние вещества. Пер. с англ., «Металлургия», 1982, стр.18-19]. Элементы 3 с помощью винтовых или других разъемов крепятся к кольцевому трубопроводу 11, заполненному рабочей гидравлической жидкостью 9 и соединенному радиальными трубками 12 с поршневой камерой 13. Для преобразования изменения объема рабочего тела в изменение объема камеры применена т.н. плунжерно-поршневая схема. Силовым органом камеры 1 является цилиндр 14 малого диаметра с плунжером 15. Исполнительным органом является цилиндр большого диаметра 16 с поршнем 17, жестко соединенным с плунжером 15. Для возврата поршня в исходное состояние служит пружина 18 с защитной мембраной 19. Пространство между стенками 16 поршня 17 и мембраной 19 заполняется защитной смазкой. В исходном первоначальном состоянии объем 20 камеры (фиг.5) минимален, при максимальном выдвижении поршня 17 (фиг.6) объем камеры увеличивается до максимального значения. При работе воздух поступает в камеру и выходит из нее по шлангам 22 в кольцевой гибкий коллектор 23. Для обеспечения необходимой плавучести в конкретных температурных условиях предусмотрены герметичные карманы 21, заполненные воздухом. Камеры 1, 2 являются рабочим органом двигателя 26 и в необходимом количестве смонтированы на бесконечной ленте 23, которая огибает барабаны 29 и 30. Данный двигатель может быть смонтирован на плавучей или закрепленной платформе 27 с помощью опоры 28 и соединительного элемента 33. Двигатель имеет привод 32, соединенный с силовым органом 31, в виде электрогенератора с соответствующим редуктором, гидронасоса, гидромотора и т.п.

В целях регулирования мощности, в результате изменения температурного режима, предусмотрено подъемно-опускное устройство 34, с помощью которого регулируется глубина погружения в воду. На гибком воздушном коллекторе 23 могут монтироваться пневмоаккумуляторы низкого давления 35, для равномерного распределения воздуха. Для выброса излишнего воздуха из коллектора 23 предусматривается клапан 36.

Двигатель работает следующим образом: камеры 1, смонтированные на кольцевой ленте 23 ее нижней частью опущены в природный нагреватель (например, вода природного водоема с температурой 0°С и выше). Охладителем служит атмосферный воздух северных и южных широт температурой -10°С и ниже. Под воздействием нагревателя рабочее тело 8 элементов 3 плавится, и его увеличенный объем выжимает рабочую жидкость 9 из эластичной трубки 7 в перфорированную трубку 10 и оттуда в кольцевой коллектор 11. Далее по трубке 12 поступает в поршневую камеру 13 и его напор перемещает плунжеры 8 в разные стороны до максимального значения, при котором объем 20 камеры (камера 1 на фиг.5) увеличивается до максимального объема (камера 2 на фиг.6). Пружина 18 и защитная мембрана 19 сжимаются. Объем 20 заполняется атмосферным воздухом через шланги 22 из кольцевого гибкого трубопровода 23 (поскольку все камеры подключены к трубопроводу 23, и они примерно поровну срабатывают на вход и выход воздуха из них, для регулирования воздушного потока могут быть на противоположных участках непрерывной ленты 24 смонтированы два пневматических аккумулятора низкого давления 35). В этом положении камера 2 имеет максимальный объем, а его объемная масса должна быть ниже объемной массы воды, чем значительнее, тем лучше. Увеличенные в объеме камеры 2 выталкивающей силой воды перемещают ленту 18 вверх, давая шкивам 20 и 21 непрерывное движение. При выходе камеры 2 она попадает в охладитель - атмосферный воздух, где рабочее тело 8 кристаллизуется. Атмосферным давлением и возвратной пружиной 18 камера возвращается в свое первоначальное состояние с минимальным объемом (камера 1 на фиг.5), с объемной массой больше объемной массы воды. Общий объем камер 2 должен превышать общий объем камер 1. Таким образом, движение происходит за счет разности сил выталкивания, действующих на противоположные ветви двигающихся камер 1 и 2. Ветвь с камерами 1 с объемной массой, большей чем у воды, движется вниз, а ветвь с камерами 2 с объемной массой, меньшей чем у воды, двигается вверх. Через шкив 29, привод 32, соответствующий редуктор движение передается гидронасосу 31, а затем через систему управляющей и регулирующей арматуры в гидромотор и генератор электрического тока. Возможна передача движения через привод 32 через соответствующий редуктор, непосредственно генератору электрического тока.

Реализация заявленного способа позволяет создать работоспособный, экологически чистый двигатель, использующий выталкивающую силу воды (закон Архимеда), на всей территории земного шара, где имеется разница температур на границе водной и воздушной сред не менее 10°С. Это арктические широты, в которых разница температур воды океанов, морей и других водоемов с температурой воздуха достигает десятков градусов Цельсия. Способ особенно эффективен при использовании природных геотермальных источников воды. Возможна его реализация при использовании вторичных источников тепла, как, например, нагретая оборотная вода от охлаждения оборудования различных производств, вода от конденсационных установок парогенераторных электростанций. Особенно приемлем для выработки электроэнергии для платформ, с помощью которых добываются газ и нефть в открытых морях.

1. Способ преобразования тепловой энергии в механическую путем погружения в жидкость камер, содержащих термочувствительное рабочее тело, увеличения объема камер с увеличением их плавучести в результате теплообмена с жидкостью, всплытия камер под действием сил плавучести и уменьшения объема и плавучести камер в результате теплообмена с окружающей средой, отличающийся тем, что в качестве термочувствительного рабочего тела используют вещество со свойством изменения объема при фазовом переходе из твердого состояния в жидкое и обратно, при этом преобразуют изменение объема рабочего тела в изменение объема камеры с коэффициентом пропорциональности k, большим единицы, а в качестве рабочего тела используют вещество из следующего ряда: парафин с числом атомов углерода в молекуле 8-12, кислоты с числом атомов углерода в молекуле 1-18, n-алкидонафталины с числом углеродных атомов в цепи 2-16, производные бензола, церезин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулировку мощности преобразования осуществляют путем изменения глубины погружения камер.



 

Похожие патенты:

Двигатель // 2467203
Изобретение относится к энергетике и предназначено для привода различных машин. .

Изобретение относится к области механики, микросистемной техники и наномеханики, в частности к технике устройств на основе материалов с эффектом памяти формы, и может найти применение в радиоэлектронике, машиностроении, нанотехнологии, электронной микроскопии, медицине.

Изобретение относится к теплоэнергетике, использующей, в частности, источники тепла окружающей среды, и может быть применено для привода различных машин и механизмов.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к нетрадиционным преобразователям тепловой энергии в механическую работу. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для эффективного преобразования в гидравлическую энергию тепла различных источников, в том числе солнца, двигателей внутреннего или внешнего сгорания, высокотемпературных топливных элементов, геотермальных источников и др.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к турбинным энергетическим машинам, для преобразования энергии, в которых используются термочувствительные элементы из сплава, обладающего эффектами памяти формы и сверхупругости, и может быть использовано для охлаждения или нагрева материальных объектов.

Изобретение относится к двигателям объемного вытеснения, в частности к поршневым двигателям с рабочими органами в виде одного или более поршней, совершающих возвратно-поступательное движение.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к средствам для подъема жидкостей из скважин и колодцев с помощью тепловых двигателей. .

Изобретение относится к приводной технике и может быть использовано при создании термосорбционных приводов. Линейный привод выполнен в виде цилиндра, внутри которого установлен поршень со штоком, совмещенный с блоком генераторов-сорберов, объединенных термоэлектрическим модулем, кабели электропитания которого герметично выведены наружу цилиндра через шток. Изобретение направлено на повышение надежности, уменьшение значений габаритно-массовых характеристик и упрощение конструкции термосорбционного линейного привода. 4 ил.

Изобретение относится к области создания высоких и сверхвысоких статических давлений в больших объемах и может быть использовано для испытания различных узлов и агрегатов перспективных авиационных гидросистем высокого давления, а также для исследования свойств новых конструкционных материалов и создания устойчивых кристаллических структур. Способ создания высоких и сверхвысоких давлений включает заполнение водой компрессионной камеры и охлаждение ее ниже температуры фазового перехода, при этом охлаждение компрессионной камеры производится участками, начиная с крайнего, причем охлаждение каждого последующего участка производится после заморозки предыдущего. Устройство для создания высоких и сверхвысоких давлений состоит из корпуса, рабочей камеры и каналов для циркуляции хладагента. Корпус выполнен в виде двух или более коаксиальных цилиндров, вставленных друг в друга с зазорами, заполненными водой и закрытыми с торцов заглушками, при этом каналы для циркуляции хладагента выполнены кольцевыми и установлены на корпусе с возможностью термического контакта. Технический результат - упрощение конструкции устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую содержит термочувствительное рабочее тело в виде двух теплоаккумулирующих материалов, расположенных в отдельных теплоизолированных цилиндрических корпусах регенеративных теплообменников. Теплоаккумулирующие материалы выполнены из набора биметаллических спиралей, имеющих в одном теплообменнике правостороннюю навивку, в другом левостороннюю. При этом корпуса двух теплообменников соединены с обеих сторон посредством трубопроводов подвода и отвода теплоносителей с шиберами, жестко закрепленными между собой. Корпуса, шиберы и насос соединены между собой механической передачей. Способ преобразования тепловой энергии в механическую в указанном устройстве заключается в том, что периодически попеременно подают горячий и холодный теплоноситель. При этом в первом регенеративном теплообменнике в начале происходит контакт горячего теплоносителя со спиралью, которая расширяется и накапливает механические деформации до установленной величины, при достижении которой она воздействует на свой цилиндрический корпус и поворачивает его. Одновременно во втором регенеративном теплообменнике процессы протекают в обратной последовательности. Повышается эффективность преобразования тепловой энергии в механическую за счет уменьшения тепловой инерционности. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам, которые преобразовывают тепловую энергию в механическую, с возможностью преобразования в электрическую. Тепловой двигатель содержит рабочие камеры, поршни. Рабочие камеры заполнены жидким термочувствительным рабочим телом и выполнены с возможностью подвода тепла от внешнего источника. Поршни расположены внутри рабочих камер с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочих камерах и снабжены штоками и механизмом преобразования их линейного движения во вращательное движение рабочих колес. Рабочие колеса выполнены с возможностью передачи вращения на вал генератора электроэнергии. Также тепловой двигатель дополнительно содержит внешний источник холода, по меньшей мере, две рабочие камеры и два рабочих колеса. Каждая из рабочих камер выполнена в виде вертикального цилиндра из теплопроводящего материала и размещена в полости герметичного кожуха. Кожух выполнен с возможностью попеременного подвода в него холодной и горячей жидкости. Жидкое термочувствительное рабочее тело имеет коэффициент теплового объемного расширения больший, чем у стенок рабочих камер. Рабочие колеса выполнены зубчатыми, соосно установлены на соответствующих штоках с возможностью жесткого сцепления с ними при движении штоков вверх из рабочих камер и проворачивания относительно них при движении штоков вниз в рабочие камеры. Для этого рабочие колеса связаны со штоками через храповые механизмы. Зубчатые венцы рабочих колес установлены в зацеплении с вертикальным зубчатым валом. Вал кинематически связан с валом генератора электроэнергии. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования тепловой энергии в механическую и расширение области применения за счет возможности использования в качестве источника внешней тепловой энергии установок, работающих на альтернативных источниках энергии. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к системам генерации энергии. Технический результат состоит в повышении эффективности и экологической безопасности. Система содержит пусковую трубу и генератор, соединенный с пусковой трубой. Генератор использует многофазные материалы (МРМ) и сжатый воздух для преобразования кинетической энергии многофазного материала в электрическую энергию. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, механики и технике исполнительных элементов на основе функциональных материалов, изменяющих свои форму и размеры под воздействием различных физических полей. Актюатор на основе функционального материала содержит активный элемент, выполненный из функционального материала, механически соединенный с упругим элементом, систему электродов, соединенных с активным элементом, источник электропитания, подсоединенный к системе электродов для контроля актюатора. В качестве функционального материала выбран аморфный металл или сплав. Технический результат заключается в повышении эффективности актюатора, в частности в повышении его быстродействия и выходной механической мощности, а также в повышении надежности и технологичности. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для привода различных машин и механизмов. Тепловетровой двигатель включает основание, на котором установлен вал с ротором. Ротор содержит теплообменные камеры, заполненные рабочим веществом, и соединенные с ними каналами рабочие камеры с рабочими элементами поступательного движения, имеющими возможность взаимодействия с запорными устройствами, установленными на каналах, соединяющих теплообменные камеры с рабочими камерами. Рабочие элементы имеют возможность взаимодействия с колесами, связанными с закрепленным на основании колесом. На валу установлена крыльчатка, а между ротором и валом, а также между крыльчаткой и валом размещены обгонные муфты. Изобретение позволяет повысить эффективность работы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, предназначенных преимущественно для районов с низкими температурами. Двигатель внутреннего сгорания имеет по крайней мере одну камеру (2) сгорания, соединенную со своим рабочим объемом, и механизм преобразования тепловой энергии в механическую энергию движения. Рабочий объем выполнен в виде рабочего канала (3), по крайней мере две стенки (4) и (5) которого жестко соединены между собой. Между каналом 3 и одной из стенок (4) или (5) установлена теплоизоляционная пластина (8). Один конец канала (3) является выходным звеном двигателя. Технический результат заключается в повышении надежности запуска при низких температурах и в утилизации бросовой энергии. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам, преобразующим тепловую энергию в механическую, а более конкретно к тепловому приводу, обеспечивающему утилизацию тепла отводящих газов котельной и использование их энергии для привода, например конвейера удаления шлама. Тепловой привод содержит последовательно расположенные в парожидкостном тракте испаритель, заполненный кипящей жидкостью, парожидкостный патрубок, тепловую трубу, гидрорукав, гидродвигатель и холодильник. Холодильник совмещен с гидростатическим гидроаккумулятором, где последний расположен над тепловой трубой и парожидкостным патрубком, соосно с ним и отделен от него перегородкой, имеющей сквозное отверстие с клапаном, выполненным в виде подвижного золотника, расположенного на штоке, закрепленном к дну тепловой трубы, и снабженного свободно установленными и охватывающими золотник, поплавком и пружиной, размещенными между клапаном и буртом, которые связаны с золотником, а верхняя часть тепловой трубы сообщена с испарителем наклонно установленным патрубком, сечение которого значительно больше сечения проектируемого потока жидкости, поступающей самотеком от тепловой трубы в испаритель. 1 ил.
Наверх