Тепловой двигатель



Тепловой двигатель
Тепловой двигатель
Тепловой двигатель
Тепловой двигатель
Тепловой двигатель
Тепловой двигатель

 


Владельцы патента RU 2617215:

Семынин Юрий Владимирович (RU)

Изобретение относится к машиностроению, а именно к тепловым двигателям, использующим разницу температур и преобразующим тепловую энергию в механическую или электрическую. Тепловой двигатель содержит множество шлюзов и кольцевую теплообменную трубу, проходящую сквозь эти шлюзы. При этом шлюзы заполнены воздухом одинаковой массы, находящимся при разной температуре, от самой высокой, которая на заданную величину меньше температуры окружающей среды, в шлюзе, являющемся на данный момент первым, до самой низкой, которая на заданную величину меньше температуры в первом шлюзе, в шлюзе являющемся на данный момент последним. Причем каждый шлюз циклически проходит все стадии нагрева воздуха от самой низкой температуры до самой высокой температуры за счет теплообмена с кольцевой трубой. Кольцевая теплообменная труба соединена множеством труб, количество которых равно количеству шлюзов, с первой газовой турбиной, которая соединена через фильтр с атмосферой. Выпускное отверстие каждого шлюза соединено со второй газовой турбиной. При циклической работе двигателя воздух, проходя через первую турбину и кольцевую теплообменную трубу, заполняет шлюз, охлаждаясь до минимальной температуры, затем нагревается за счет теплообмена с кольцевой теплообменной трубой до максимальной температуры и выпускается под давлением во вторую турбину. Техническим результатом, достигаемым предложенным изобретением, является повышение эффективности работы теплового двигателя и расширение его функциональных возможностей, заключающееся в дополнительном производстве холода в промышленных масштабах. 5 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к тепловым двигателям, использующим разницу температур и преобразующим тепловую энергию в механическую или электрическую.

Из уровня техники (а.с. SU 877111, опубл. 30.10.1981) известен тепловой двигатель, содержащий множество теплоизолированных камер, заполненных газом, и кольцевую трубу, проходящую через эти камеры. При этом камеры расположены внутри полого вращающегося ротора, а кольцевая труба заполнена жидкостью и образована упругой эластичной стенкой, которая деформируется под воздействием давления газа, находящегося в камерах. За счет локального нагрева ротора и перераспределения жидкости в кольцевой трубе происходит вращение ротора.

Недостатком известного двигателя является его низкая эффективность, обусловленная тем, что для выработки энергии необходимо вращение всего устройства целиком и тем, что происходит повышенный расход энергии на деформирование стенки трубы. Так же известный двигатель нельзя использовать для дополнительных целей, таких, например, как выработка холода.

Таким образом, целью изобретения является создание теплового двигателя с повышенной эффективностью и с возможностью дополнительного использования.

Цель достигается предложенным тепловым двигателем, содержащим множество шлюзов и кольцевую теплообменную трубу, проходящую сквозь эти шлюзы. При этом шлюзы заполнены воздухом одинаковой массы, находящимся при разной температуре, от самой высокой, которая на заданную величину меньше температуры окружающей среды, в шлюзе являющемся на данный момент первым, до самой низкой, которая на заданную величину меньше температуры в первом шлюзе, в шлюзе являющемся на данный момент последним. Причем каждый шлюз циклически проходит все стадии нагрева воздуха от самой низкой температуры до самой высокой температуры за счет теплообмена с кольцевой трубой. Вокруг каждого шлюза установлен холодильник, с возможностью охлаждать стенки шлюза и воздух, находящийся в шлюзе. Причем в каждый момент времени работает только один холодильник, вновь охлаждающий один из шлюзов до самой низкой температуры. Кольцевая теплообменная труба соединена множеством труб, количество которых равно количеству шлюзов, с первой газовой турбиной, которая соединена через фильтр с атмосферой. При этом на каждой из указанного множества труб установлены клапаны, с возможностью открытия доступа воздуха из первой турбины в кольцевую трубу рядом с любым из шлюзов. Кроме того, в кольцевой теплообменной трубе перед и после каждого шлюза установлены клапаны с возможностью перекрытия кольцевой теплообменной трубы возле любого шлюза. Каждый из множества шлюзов имеет внутреннюю полость, впускное и выпускное отверстия. Причем впускное отверстие каждого шлюза соединено с кольцевой теплообменной трубой посредством обводного патрубка, а выпускное отверстие каждого шлюза соединено со второй газовой турбиной. Каждый шлюз оборудован клапаном доступа воздуха к впускному отверстию из кольцевой трубы, установленным на обводном патрубке, и клапаном выпуска воздуха из выпускного отверстия во вторую газовую турбину. Причем клапан доступа воздуха к впускному отверстию открыт только в шлюзе с работающим холодильником, до момента охлаждения воздуха в шлюзе до минимальной заданной температуры. А клапан выпуска воздуха из выпускного отверстия открывается только после достижения воздухом в шлюзе максимальной заданной температуры.

Техническим результатом, достигаемым предложенным изобретением, является повышение эффективности работы теплового двигателя и расширение его функциональных возможностей, заключающееся в дополнительном производстве холода в промышленных масштабах.

Краткое описание чертежей.

Фиг. 1 - Общий вид теплового двигателя.

Фиг. 2 - Шлюз.

Фиг. 3.1 - Закрытый шлюз, охлаждающий воздух в кольцевой трубе.

Фиг. 3.2 - Шлюз во время заполнения воздухом из кольцевой трубы.

Фиг. 3.3 - Шлюз во время выпуска воздуха во вторую турбину.

На фиг. 1 изображен тепловой двигатель, содержащий входной фильтр и первую газовую турбину (1), установленную на впускном патрубке установки, и вторую газовую турбину (2), установленную на выпускном патрубке установки. Первая газовая турбина (1) соединяется с кольцевой теплообменной трубой (11). Причем кольцевая теплообменная труба (11) проходит сквозь множество шлюзов (3-10). При этом шлюзы (3-10) заполнены воздухом одинаковой массы, находящимся при разной температуре, от самой высокой в первом шлюзе - меньше температуры окружающей среды на заданную величину, до самой низкой в последнем шлюзе - меньше температуры в первом шлюзе на заданную величину. В кольцевой теплообменной трубе (11), перед и после каждого шлюза (3-10), установлены клапаны (3.4-10.4 и 3.3-10.3 соответственно) с возможностью перекрытия кольцевой теплообменной трубы (11) возле любого шлюза. Каждый из множества шлюзов (3-10) имеет внутреннюю полость (13), впускное (14) и выпускное (15) отверстия (Фиг. 3). Причем впускное отверстие (14) каждого шлюза (3-10) соединено с кольцевой теплообменной трубой (11) посредством обводного патрубка (12). А выпускное отверстие (15) каждого шлюза (3-10) соединено со второй газовой турбиной (2). Вокруг каждого шлюза (3-10) установлен холодильник, имеющий возможность охлаждать стенки, окружающие внутреннюю полость (13) шлюза и воздух, содержащийся в шлюзе. Каждый шлюз (3-10) оборудован клапанами (3.2-10.2) доступа воздуха к впускному отверстию из кольцевой трубы, установленными на обводном патрубке (12), и клапанами (3.1-10.1) выпуска воздуха из выпускного отверстия на выпускном патрубке. Также клапаны (3.5-10.5) установлены на трубах, соединяющих первую турбину (1) и кольцевую трубу (11) в области каждого из шлюзов (3-10).

Перед первым запуском двигателя вся система охлаждается и заполняется атмосферным воздухом. Все шлюзы заполняются воздухом одинаковой массы, находящимся при разной температуре от самой высокой - немного ниже температуры атмосферы на заданную величину, в шлюзе, являющемся в данный момент первым, до самой низкой - меньше температуры в первом шлюзе на заданную величину, в шлюзе, являющемся в данный момент последним. Причем масса воздуха в шлюзах устанавливается равной массе воздуха, заполняющего шлюз при самой низкой температуре и атмосферном давлении. Таким образом, с повышением температуры и при постоянной массе давление воздуха в шлюзах будет увеличиваться.

Тепловой двигатель работает следующим образом (фиг. 3.1-3.3). Поток газа направляется клапанами, расположенными на кольцевой теплообменной трубе (11) и впускных и выпускных отверстиях шлюзов и трубах, соединяющих первую турбину (1) с кольцевой теплообменной трубой (11). Атмосферный воздух проходит сквозь входной фильтр и первую газовую турбину (1), вращая ее, в кольцевую трубу (11). На начальном этапе из клапанов (3.5-10.5) открыт только клапан (3.5), направляющий атмосферный воздух в кольцевую теплообменную трубу (11), сквозь шлюз (3) по направлению к шлюзу (10). Причем из клапанов (3.4-10.4 и 3.3-10.3) закрыт только клапан (10.3), не дающий пройти воздуху сквозь шлюз (10). Из клапанов (3.2-10.2), не дающих поступить воздуху внутрь шлюзов, открыт только клапан (10.2). Таким образом, воздух проходит по кольцевой теплообменной трубе (11) сквозь все шлюзы (3-9) к шлюзу (10). При этом воздух в первом шлюзе (3) имеет самую высокую температуру из всех, но чуть ниже температуры атмосферного воздуха. При этом происходит обмен теплом через кольцевую теплообменную тубу (11), по которой движется воздух. Атмосферный воздух охлаждается, а воздух в шлюзе нагревается (фиг. 3.1). Далее воздух проходит сквозь остальные шлюзы (4-9), где повторяется то же самое, т.е. воздух в кольцевой теплообменной тубе (11) охлаждается, а воздух в шлюзах нагревается. При проходе сквозь последний, самый холодный шлюз (9), температура воздуха, идущего по трубам, близка к температуре воздуха в этом шлюзе. После этого воздух поступает в открытый для притока воздуха шлюз (10) (фиг. 3.2), где он охлаждается с помощью встроенного холодильника до температуры газа в шлюзе (9). Затем клапаны (10.2 и 10.1) шлюза закрываются, и он становится последним в цепочке шлюзов. В этот же момент первый шлюз (3) открывает клапан (3.1) и выпускает воздух под давлением во вторую турбину (2) и в атмосферу (фиг. 3.3). При этом клапан (3.2) на впускном патрубке остается закрытым. После выхода воздуха из шлюза (3) и выравнивания давления в нем закрываются клапаны (3.1, 3.2, 3.3, 3.4 и 3.5) и открываются клапаны (3.2, 4.5, 10.3, и 10.4), после чего шлюз (3) становится открытым шлюзом с работающим холодильником. Холодильник в шлюзе (10) выключается. Шлюз (4) становится первым в цепочке, и воздух из турбины (1) поступает уже сквозь него. Так заканчивается первый шаг полного цикла.

Второй шаг завершится, когда газ в шлюзе (3) достигнет необходимой температуры, и давление, а следовательно, и масса воздуха в нем не стабилизируются. После этого клапан (3.2) закрывается и открывается клапан (4.1), выпуская воздух с максимальным давлением в турбину (2). Затем закрываются клапаны (4.1, 4.3, 4.4, 4.5) и открываются клапаны (3.3, 3.4, 4.2 и 5.5). Так завершается второй шаг полного цикла.

Воздух, поступивший в последний шлюз, постепенно нагревается за счет прохождения сквозь него по кольцевой теплообменной трубе (11) потока воздуха. С каждым шагом цикла он меняет позицию по отношению турбине (1). В шлюзе, занявшем первую позицию, воздух нагревается до максимально возможной температуры и набирает максимальное давление, после чего воздух выпускается в турбину (2).

Так завершается полный цикл. После чего все шлюзы и клапаны принимают первоначальное положение.

Следует заметить, что воздух проходит сквозь шлюз просто под атмосферным давлением, так как давление в трубах меньше за счет охлаждения.

Таким образом, без существенных затрат энергии, воздух охлаждается до очень низких температур. Энергия тратится только на охлаждение стенок первого шлюза до температуры последнего и на охлаждение воздуха в этом шлюзе на несколько градусов.

Следует заметить, что так как энергия, которая тратится на охлаждение стенок шлюза, пропорциональна площади внутренней поверхности шлюза, а получаемая энергия пропорциональна объему воздуха, то эффективность двигателя пропорциональна линейным размерам шлюза.

Данное устройство, хотя и является тепловым двигателем, но принцип его действия не основан на цикле Карно. Между этими циклами есть существенные отличия. Если в цикле Карно весь газ находится в одинаковом состоянии, то тут он находится при разных температурах и давлении. И еще одно существенное отличие состоит в том, что рабочее тело на разных этапах взаимодействует само с собой, обмениваясь энергией.

Тепловой двигатель, содержащий множество шлюзов и кольцевую теплообменную трубу, проходящую сквозь эти шлюзы, при этом шлюзы заполнены воздухом одинаковой массы, находящимся при разной температуре, от самой высокой, которая на заданную величину меньше температуры окружающей среды, в шлюзе, являющемся на данный момент первым, до самой низкой, которая на заданную величину меньше температуры в первом шлюзе, в шлюзе, являющемся на данный момент последним, причем каждый шлюз циклически проходит все стадии нагрева воздуха от самой низкой температуры до самой высокой температуры за счет теплообмена с кольцевой трубой, вокруг каждого шлюза установлен холодильник, с возможностью охлаждать стенки шлюза и воздух, находящийся в шлюзе, причем в каждый момент времени работает только один холодильник, вновь охлаждающий один из шлюзов до самой низкой температуры, кольцевая теплообменная труба соединена множеством труб, количество которых равно количеству шлюзов, с первой газовой турбиной, которая соединена через фильтр с атмосферой, при этом на каждой из указанного множества труб установлены клапаны, с возможностью открытия доступа воздуха из первой турбины в кольцевую трубу рядом с любым из шлюзов, кроме того, в кольцевой теплообменной трубе, перед и после каждого шлюза, установлены клапаны, с возможностью перекрытия кольцевой теплообменной трубы возле любого шлюза, каждый из множества шлюзов имеет внутреннюю полость, впускное и выпускное отверстия, причем впускное отверстие каждого шлюза соединено с кольцевой теплообменной трубой посредством обводного патрубка, а выпускное отверстие каждого шлюза соединено со второй газовой турбиной, каждый шлюз оборудован клапаном доступа воздуха к впускному отверстию из кольцевой трубы, установленным на обводном патрубке, и клапаном выпуска воздуха из выпускного отверстия во вторую газовую турбину, причем клапан доступа воздуха к впускному отверстию открыт только в шлюзе с работающим холодильником до момента охлаждения воздуха в шлюзе до минимальной заданной температуры, а клапан выпуска воздуха из выпускного отверстия открывается только после достижения воздухом в шлюзе максимальной заданной температуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Твердотопливная газотурбинная установка, содержащая компрессор, турбину, полезную нагрузку, расположенные на одном валу, твердотопливную камеру сгорания, выполненную в виде последовательно установленных газификатора, дожигателя и смесителя, и теплообменник.

Устройство экономного производства электроэнергии и тепла состоит из котельной, воздушно-турбинного двигателя, радиаторов. Выход из заборника атмосферного воздуха (3) связан с входом в воздушно-газовый радиатор (4), выход из которого связан с входом в воздушный компрессор воздушно-турбинного двигателя (5), выход из которого связан с входом в воздушно-газовый радиатор (6), выход из которого связан с входом в воздушную турбину воздушно-турбинного двигателя (7), выход из которой связан с входом в поддувало котельной (1).

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано на газораспределительных станциях, в составе которых имеется энергетическая установка.

Изобретение относится к турбинным установкам и может быть использовано в транспортной технике, в частности, в качестве двигателей для летательных аппаратов. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к поршневым двигателям с внешним подводом теплоты, работающим по замкнутому регенеративному циклу. .

Изобретение относится к двигателестроению, а более конкретно к устройству силовых агрегатов автомобилей. .

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при разработке и модернизации транспортных двигателей с внешним подводом тепла. .

Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить экономичность установки, содержащей дизель и двигатель Стирлинга, нагреватель которого расположен в магистрали выпуска отработавших газов дизеля.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в транспортных газотурбинных установках. .

Изобретение относится к области турбостроения, а именно к осевым турбинам, и может быть использовано в установках, работающих на доменном газе. .

Изобретение относится к области энергетики. Способ работы газотурбинной установки, включающей дополнительный контур с низкокипящим рабочим телом, включающий входное устройство, сообщенное с источником низкокипящего рабочего тела, теплообменный аппарат, турбину, сообщенную с дополнительным приводом.

Изобретение относится к энергетике. Рекуперационная установка для источника отходящего тепла состоит из органического цикла Ренкина (ОЦР), последовательно предусмотренного после этого источника отходящего тепла, который соединен с нагревательным устройством ОЦР-цикла, а также с расширительной машиной для расширения пара в ОЦР-цикле, связанной с генератором и имеющей систему магнитных опор с относящимся к ней регулирующим устройством и электропитанием через промежуточное звено постоянного тока, входящее в состав преобразователя частоты генератора.

Изобретение относится к энергетике. Теплоутилизационная система содержит клапанную систему, выполненную с возможностью переключения между положением рекуперации сбросного тепла, при котором обеспечивается направление входящего выхлопного газа через внутреннее пространство выхлопной секции двигателя, и байпасным положением, при котором обеспечивается направление указанного входящего газа по перепускному контуру для обхода котла-утилизатора, расположенного в указанном внутреннем пространстве.

Изобретение относится к способу эксплуатации парового цикла, осуществляемому в предложенном устройстве, содержащем испаритель или парогенератор для испарения жидкого рабочего тела (А) и смазываемый смазочным средством детандер для совершения механической работы.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины для дополнительной выработки электрической энергии.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора для дополнительной выработки электрической энергии.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии.

Изобретение относится к энергетике. Устройство прямого испарения для использования в системе рекуперации энергии в органическом цикле Ренкина содержит корпус, имеющий входное отверстие для газообразного источника тепла и выходное отверстие для газообразного источника тепла и ограничивающий проточный проход для газообразного источника тепла от входного отверстия к выходному отверстию; и теплообменную трубку, расположенную в проточном проходе для газообразного источника тепла, выполненную с возможностью вмещения рабочей текучей среды в органическом цикле Ренкина и имеющую входное отверстие для - рабочей текучей среды и выходное отверстие для рабочей текучей среды.

Тепловая машина предназначена для преобразования энергии тепловых отходов на тепловых электростанциях в механическую энергию с целью вторичной выработки электроэнергии.

Изобретение относится к многофункциональным энергетическим установкам, в которых в качестве рабочего вещества используют сжатый газ или жидкость под высоким давлением.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Технический результат - повышение надежности и экономичности работы парогазовой установки электростанции.
Наверх