Тепловой двигатель


 


Владельцы патента RU 2503847:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

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 теплоэнергетике, а именно к устройствам, которые преобразовывают тепловую энергию в механическую, с возможностью преобразования в электрическую.

Известен водяной двигатель (см. патент РФ 2224134, МПК F03С 1/02, F01В 29/08, F03B 17/00, дата публикации 20.02.2004), включающий рабочую камеру, наполняемую водой, колесо, которое кинематически связано с поршнем через шток и средство преобразования возвратно-поступательного перемещения штока во вращательное движение колеса и исполнительный механизм в виде коленчатого вала.

Недостатком данного технического решения является повышенная трудоемкость монтажа на местности и ограниченная область применения из-за необходимости использования возобновляемого, преимущественно, подземного источника воды.

В качестве ближайшего аналога принято устройство для преобразования тепловой энергии в механическую (см. патент РФ 2189496, МПК F03G 7/06, дата публикации 20.09.2002), содержащее рабочую камеру, заполненную жидким термочувствительным рабочим телом и выполненную с возможностью подвода тепла от внешнего источника, которое чередуют с охлаждением, поршень, расположенный внутри камеры с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере, снабженный штоком и механизмом преобразования его линейного движения во вращательное движение рабочего колеса, выполненного с возможностью передачи вращения на вал генератора электроэнергии.

Недостатком ближайшего аналога является низкая эффективность преобразования тепловой энергии в механическую - расчетный КПД составляет несколько процентов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка надежного и эффективного двигателя, работающего на альтернативных источниках энергии.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении эффективности преобразования тепловой энергии в механическую и расширении области применения за счет возможности использования в качестве источника внешней тепловой энергии установок, работающих на альтернативных источниках энергии.

Поставленная задача решается тем, что тепловой двигатель, содержащий рабочие камеры, заполненные жидким термочувствительным рабочим телом и выполненные с возможностью подвода тепла от внешнего источника, поршни, расположенные внутри рабочих камер с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочих камерах, снабженные штоками и механизмом преобразования их линейного движения во вращательное движение рабочих колес, выполненных с возможностью передачи вращения на вал генератора электроэнергии, отличающийся тем, что дополнительно содержит внешний источник холода, в составе устройства использованы, по меньшей мере, две рабочие камеры и два рабочих колеса, причем каждая из рабочих камер выполнена в виде вертикального цилиндра из теплопроводящего материала и размещена в полости герметичного кожуха, выполненного с возможностью попеременного подвода в него холодной и горячей жидкости, при этом жидкое термочувствительное рабочее тело имеет коэффициент теплового объемного расширения больший, чем у стенок рабочих камер, кроме того, 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 чего рабочие колеса связаны со штоками через храповые механизмы, причем зубчатые венцы рабочих колес установлены в зацеплении с вертикальным зубчатым валом, кинематически связанным с валом генератора электроэнергии.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «дополнительно содержит внешний источник холода» позволяет ускорить процесс преобразования тепловой энергии и как итог повысить КПД теплового двигателя.

Признак «в составе устройства использованы, по меньшей мере, две рабочие камеры и два рабочих колеса» позволяет повысить эффективность работы теплового двигателя.

Признак «каждая из рабочих камер выполнена в виде вертикального цилиндра из теплопроводящего материала и размещена в полости герметичного кожуха, выполненного с возможностью попеременного подвода в него холодной и горячей жидкости» позволяет повысить безопасность и надежность эксплуатации, поскольку нагрев и охлаждение жидкого термочувствительного рабочего тела происходит через жидкость-теплоноситель.

Признак «жидкое термочувствительное рабочее тело имеет коэффициент теплового объемного расширения больший, чем у стенок рабочих камер» повышает эффективность передачи или забора тепла от жидкости-теплоносителя и как итог повысить КПД теплового двигателя.

Признак «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 чего рабочие колеса связаны со штоками через храповые механизмы» позволяет преобразовывать энергию линейного движения штоков во вращательное движение рабочих колес.

Признак «причем зубчатые венцы рабочих колес установлены в зацеплении с вертикальным зубчатым валом, кинематически связанным с валом генератора электроэнергии» позволяет на конечном этапе преобразовывать кинетическую энергию рабочих колес в электрическую энергию.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез теплового двигателя.

На чертеже показаны рабочие камеры 1, заполненные жидким термочувствительным рабочим телом 2, внешний источник тепла 3, поршни 4, расположенные внутри рабочих камер 1, герметичные кожухи 5 рабочих камер 1, штоки 6 поршней 4, связанные через храповые механизмы 7 с рабочими колесами 8, вращающимися на подшипниках 9, вертикальный зубчатый вал 10, вал генератора электроэнергии 11, внешний источник холода 12, трубопроводы 13 подачи и отвода жидкости-теплоносителя в герметичные кожухи 5 рабочих камер 1 и водяные насосы 14.

В качестве термочувствительного рабочего тела 2 используют жидкость с коэффициентом теплового объемного расширения большим, чем у стенок рабочих камер 1, например, спирт.

В качестве внешнего источника тепла 3 можно использовать как классические печи, работающие на топливе, так и установки на альтернативных источниках энергии, например, солнечные коллекторы.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость-теплоноситель нагревают с помощью внешнего источника тепла 3 и через трубопроводы 13 подают от водяных насосов 14 в герметичные кожухи 5 рабочих камер 1 до полного их заполнения. Далее подводят тепловую энергию жидкости-теплоносителя к жидкому термочувствительному рабочему телу 2 внутри рабочих камер 1. В результате нагрева жидкого термочувствительного рабочего тела 2 поршни 4 начинают двигаться вверх из рабочих камер 1, в результате чего линейное движение штоков 6 с помощью храповых механизмов 7 преобразуется во вращательное движение рабочих колес 8, движущихся на подшипниках 9. Далее за счет сцепления рабочих колес 8 с вертикальным зубчатым валом 10 происходит преобразование кинетической энергии рабочих колес 8 в электрическую энергию вала генератора электроэнергии 11. Затем отводят отработанную жидкость-теплоноситель и вместо нее подают в герметичные кожухи 5 рабочих камер 1 охлажденную с помощью внешнего источника холода 12 жидкость-теплоноситель, в результате чего происходит движение штоков 6 вниз, в рабочие камеры 1 с одновременным проворачиванием рабочих колес 8 относительно штоков 6 и движением вниз поршней 4. После чего цикл повторяется.

Заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность преобразования тепловой энергии в механическую и расширить область применения теплового двигателя за счет возможности использования в качестве источника внешней тепловой энергии установок, работающих на альтернативных источниках энергии.

Тепловой двигатель, содержащий рабочие камеры, заполненные жидким термочувствительным рабочим телом и выполненные с возможностью подвода тепла от внешнего источника, поршни, расположенные внутри рабочих камер с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочих камерах, снабженные штоками и механизмом преобразования их линейного движения во вращательное движение рабочих колес, выполненных с возможностью передачи вращения на вал генератора электроэнергии, отличающийся тем, что дополнительно содержит внешний источник холода, в составе устройства использованы, по меньшей мере, две рабочие камеры и два рабочих колеса, причем каждая из рабочих камер выполнена в виде вертикального цилиндра из теплопроводящего материала и размещена в полости герметичного кожуха, выполненного с возможностью попеременного подвода в него холодной и горячей жидкости, при этом жидкое термочувствительное рабочее тело имеет коэффициент теплового объемного расширения, больший, чем у стенок рабочих камер, кроме того, 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 чего рабочие колеса связаны со штоками через храповые механизмы, причем зубчатые венцы рабочих колес установлены в зацеплении с вертикальным зубчатым валом, кинематически связанным с валом генератора электроэнергии.



 

Похожие патенты:

Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую содержит термочувствительное рабочее тело в виде двух теплоаккумулирующих материалов, расположенных в отдельных теплоизолированных цилиндрических корпусах регенеративных теплообменников.

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.

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

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 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.

Изобретение относится к области ювелирной промышленности, а более конкретно к украшениям, носимым на теле человека, имеющим подвижный декоративный элемент. Устройство для приведения в движение подвижных элементов украшений, носимых на теле человека, содержит тепловой двигатель, выполненный с возможностью преобразования разницы температур в двух разных точках пространства в движение декоративного(ных) элемента(ов). Предлагается также украшение и способ приведения в движение подвижных элементов украшений. Обеспечивается возможность уменьшения размеров общих габаритов украшения при увеличении размеров декоративного элемента за счет уменьшение площади поверхности, занимаемой преобразователем энергии на украшении. 3 н. и 28 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение может быть использовано в робототехнике, биомеханических протезах и в различного рода приводах. Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров заключается в использовании полимеров в виде волокон (1), которые под воздействием электричества начинают сворачиваться в спираль. После отключения электрического напряжения полимерные волокна распрямляются. Волокна (1) объединены в пучки и находятся в защитной эластичной оболочке (3). Изобретение направлено на увеличение степени деформации электроактивных полимеров, расширение сферы их применения, упрощение способа, уменьшение веса и габаритов устройства, используемого в способе. 6 ил.

Изобретение относится к использованию расширяемого элемента, который расширяется при повышенной температуре, для приложения силы к одному или более окружающим компонентам. Расширяемый элемент содержит металлическое тело, имеющее по меньшей мере одну боковую стенку, окружающую полость, и расширяемый материал, расширяющийся за счет фазового превращения и/или разложения, удерживаемый внутри полости и окруженный упомянутой по меньшей мере одной боковой стенкой. Полость имеет первый объем при первой температуре и дополнительно содержит материал-наполнитель, который не вносит вклад в расширение и который занимает по меньшей мере примерно 50% первого объема полости; и при второй температуре по меньшей мере примерно 500°C расширяемый материал расширяется, так что полость имеет второй объем. Второй объем больше первого объема. За счет расширения расширяемого материала упомянутая по меньшей мере одна боковая стенка оказывает манометрическое давление по меньшей мере примерно 150 фунтов/кв.дюйм. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 16 ил.
Наверх