Гидропневматический тепловой двигатель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистичвскнк

Республик (i <>97391 l, (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 18.07„80 (21) 2961674/25-06 с присоединением заявки Ж (23) П рнорнтет (5I)M. Кл.

F 03 т 7/06

Рщдв1твтевелык камнтвт

СССР дв делам взабрвтвний н открытей (53) УДК 621,486 (088,8) Опубликовано 15.11.02. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 15, 11. 82 (72) Авторы изобретения

И.А.Будилкин и В,B,Èñàêoâ (71) Заявитель

:s6 ° . i:>Q

t эс6.;, (54) ГИДРОПНЕВИАТИЧЕСКИЙ ТЕПЛОВОЙ

ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к энергетике, а именно к тихоходным тепловым двигателям, в которых для получения механической энергии используется перемещение емкостей переменного объ5 ема в жидкой среде под действием сил плавучести Архимеда, Наиболее близким к изобретению является гидропневматический тепловой двигатель, содержащий снабженные кла-1о панами емкости переменного объема, установленные на бесконечной трансмиссии их перемещения, погруженной в жидкость и находящейся в зацеплении с верхним и нижним валами, соединенными с приемником механической энергии, а также источник горячего рабочего тела и холодильник (1 1, Недостатками известного двигателя являются узкая область его примене- 20 ния, обусловленная использованием для получения и нагрева рабочего тела взрывчатых веществ, а также большое гидравлическое сопротивление при перемещении в жидкости раздельно выполненных емкостей и невозможность создания пониженного давления над поверхностью жидкости, следствием чего являются большие габариты и низкий КПД устройства.

Цель изобретения - расширение области применения двигателя, повышение КПД путем уменьшения гидравлического сопротивления при перемещении емкостей в жидкости и уменьшение габаритов.

Укаэанная цель достигается тем, что верхний и нижний валы выполнены полыми, соединены своими полостями соответственно с холодильником и источником горячего рабочего тела и снабжены патрубками, взаимодейству/ ющими с клапанами емкостей в период

1 верхнего и нижнего их положения для заполнения последних рабочим телом и опорожнения.

Емкости расположены с плотным примыканием друг к другу и образова3 97391 нием единого торообраэного полого тела, разделенного эластичными перегородками.

Двигатель снабжен охватывающим его замкнутым кожухом с патрубком в 5 верхней стенке, подключенным к "допол-. нительно установленному вакуумному насосу, При таком выполнении двигателя область его применения расширяется 10 за счет возможности использования разнообразных рабочих тел и различных источников тепловой энергии, умень" шение гидравлическогО сопротивления обеспечивается вследствие более об- 15 текаемой формы емкостей, габариты уменьшаются за счет более компактного их расположения и !(ПД увеличивается за счет увеличения разницы температур горячего источника и холодильника при использовании в качестве рабочего тела паров, конденсирующихся в вакууме при пониженной температуре, На чертеже изображен тепловой 25 двигатель, разрез.

Двигатель содержит емкости 1 переменного ОЬъема, снабженные нормально закрытыми клапанами 2, установленные на бесконечной трансмиссии 50

3 их перемещенля, погруженной в жид- . кость и выполненной, например, в виде цепи. Трансмиссия 3 находится в зацеплении с верхним 4 и нижним 5 полыми валами, соединенными с прием.35 ником механической энергии (не показан), например, с электрическим генератором или с насосом. Полость верхнего вала 4 соединена с холодильником> а полость нижнего вала 5- с ис40 точником горячего рабочего тела, например с камерой сгорания газообразного, жидкого или твердого топлива или с парогенератором. Валы 4 и 5 снабжены патрубками 6 с нормально закрытыми клапанами 7 на концах, вза45 . имодействующими с клапанами 2 емко1 стей 1 в период верхнего и нижнего их положения для заполнения последних,рабочим телом и опорожнения.

Расстояние между клапанами 2 емкостей 1 и между патрубками 6 подобраны таким образом, что при возможном движении трансмиссии 3 патрубки 6 своими клапанами 7 герметично соединяются с клапанами 2 емкостей 1.

Соседние емкости,1 расположены с плотным примыканием друг к другу и оЬразованием единого торообраз1 4 ного полого тела, разделенного эластичными перегородками 8. Емкости 1 и перегородки В выполнены из эластичных тканевых или гофрированных материалов. Для уменьшения тепловых потерь стенки емкостей 1 могут быть выполнены многослойными, например со слоем поролона внутри слоев резины, или из материала с высокой температурой плавления и низкой теплопроводностью, например в виде гофрированной асбестовой оболочки.

Двигатель снабжен замкнутым кожухом 9 с.патрубком 10 в верхней стенке, подключенным к вакуумному насосу (не показан).

Для обеспечения равномерной работы двигателя и предупреждения разрыва емкостей переменного объема по причине переполнения их рабочим телом (например, при замедлении движения цепи или повышении давления нагретого рабочего тела), а также для исключения снижения КПД двигателя иэ-за несвоевременного заполнения емкостей переменного объема рабочим телом (например, до прохода емкостью нижней мертвой точки) в патрубки 6 нижнего вала дополнитель,но встроены регулирующие клапаны 11, управляемые счетчиками 12 масс или объема рабочего тела, подаваемого в каждую емкость переменного объема в очередной раз.

Для синхронизации открытия регулирующих клапанов 11 с движением емкостей 1 и счетчики 12 снабжены кнопками 13 сброса их показаний, выведенными на поверхность нижнего вала 5, и взаимодействующими с трансмиссией 3 на участке ее зацепления с валом 5. При этом каждая кнопка

13 смещена по ходу возможного вращения вала 5 относительно соответствующего ей патрубка 6 на некоторый угол (например, на 90 ), обеспечивающий оптимальное положение патрубка б, а следовательно, и очередной емкости 1 переменного объема относительно нижней мертвой точки в момент начала заполнения емкости рабочим телом.

Для обеспечения воэможности управления мощностью двигателя счетчики 12 рабочего тела могут быть соединены (например, электрически) с задающим устройством, позвляющии изменять показания счетчиков, при которых регулирующие клапаны перекрывают

5 97391 сечение патрубков 6 нижнего полого вала.

Двигатель работает следующим образом.

В исходном состоянии кожух 9 заполнен жидкостью до полного погружения всех емкостей 1, в воздушном пространстве над поверхностью жидкости поддерживается пониженное давление эа счет всасывания воздуха через па- 10 трубок 10 вакуумным насосом. Одна из емкостей 1 смещена на некоторый угол по ходу движения вправо от нижней мертвой точки и находится в герметичном соединении через клапаны л

2 и 7 с одним иэ патрубков 6 нижнего полого вала 5. В исходном положении трансмиссия 3 и поверхность вала 5 воздействуют на приводы затворов этих клапанов 2 и 7, поддержи- щ вая их в открытом состоянии. Кнопка

l3 сброса показаний счетчика 12 рабочего тела упомянутой емкости утоплена, показание этого счетчика сброшено на ноль, и регулирующий клапан 2s

11, управляемый этим счетчикам, открыт.

При подаче в полость нижнего вала 5 нагретого рабочего тела под давлением, превышающим давление жидкости в области нижней мертвой точки, происходит заполнение- емкости 1, сообщающейся с этой полостью, рабочим телом до того момента, пока не произойдет -совпадение показания счет- 35 чика 12 рабочего тела, заполнившего ,эту емкость, с показанием, усгановленным на задающем устройстве. При совпадении этих показаний регулирующий клапан 11 патрубка 6 закрывается. Прекращение заполнения емкого сти рабочим телом может происходить и по другой причине, а именно вследствие прекращения воздействия в результате движения трансмиссии 3 поверхности нижнего вала на привод фЯ затвора нормально закрытого клапана 2 данной емкости или прекращения воздействия внутренней поверхности трансмиссии 3 на привод затвора нормально закрытого клапана 7 патрубка 6.

Емкость переменного объема, заполненная рабочим телом, значительно увеличивает свой объем при незначительном увеличении веса (так, например> 1 кг водяного пара при давлении 2 атм, и.температуре 200 С о занимает объем 1,1 м ) и под дей1 6 ствием гидростатической подъемной силы всплывает, приводя в движение трансмиссию 3, валы 4 и 5 и другие емкости переменного объема, каждая иэ которых при прохождении нижней мертвой точки также заполняется рабочим телом, увеличивая суммарное значение гидростатической подъемной силы, При прекращении воздействия трансмиссии 3 и поверхности вала 5 на приводы клапанов 7 и 2, через которые происходит заполнение емкости, укаэанные клапаны закрываются.

В процессе подъема емкостей переменного объема происходит адиабатическое расширение заключенного-в них рабочего тела, вызываемое уменьшением давления окружающей среды, а следовательно, увеличивается и гидростатическая подъемная сила, так как плотность жидкой среды с уменьшением давления практически не изменяется, При достижении в процессе подьема каждой емкостью 1 верхнего полого вала 4 клапан 2 этой емкости герметично соединяется с клапаном 7 одного из патрубков 6 верхнего вала 4. Трансмиссия 3 воздействует на привод затвора этого клапана 7, а поверхность вала 4 воздействует на привод затвора клапана 2, соединенного с этим клапаном 7, поддержиФ вая указанные клапаны в открытом состоянии, в результате чего обеспечивается соединение полости емкости

1 с полостью верхнего вала 4, В этом положении рабочее тело удаляется из емкости 1, так как в полости верхнего вала 4> сообщающейся с холодильником (например> с конденсатсоом или с атмосферой, поддерживается давление, меньшее, чем давление жидкости на глубине верхней мертвой точки, Опорожненные емкости 1 уменьшают ся в объеме и, пройдя верхнюю мертвую точку, погружаются, увлекаемые трансмиссией 3 до нижней мертвой точки. Затем описанный рабочий цикл по" вторяется.

Предлагаемое изобретение обеспечивает использование энергии широкого класса тепловых источников. В качестве рабочего тела могут использоваться продукты сгорания самых различных топлив. При этом допускается наличие в,рабочем теле примесей твердых частиц и влаги, что позволяет

Формула изобретения

7 97391 решить проблему попутного получения механической энергии при подземной газификации угля, Кроме расширения области применения гидропневматических тепловых 5 двигателей данное техническое решение обеспечивает повышение КПД за счет уменьшения гидравлического сопротивления и увеличения используемой разности температур, а также 14 компактность конструкции.

1, Гидропневматический тепловой двигатель, содержащий снабженные

/ клапанами емкости переменного обьема, установленные на бесконечной трансмиссии их перемещениэ, погружен-24 ной в жидкость и находящейся в зацеплении с верхним и нижним валами, соединенными с приемником механической энергии, а также источник горячего рабочего тела и холодильник, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, верхний и нижний валы выполнены полыми, соединены своими полостями, соответственно, с холодиль ником и источником горячего рабочего тела и снабжены патрубками, взаимодействующими с клапанами емкостей в период верхнего и нижнего их положения для заполнения последних рабочим телом и опорожнения, 2, Двигатель no n. l, о т л и " ч а ю шийся тем, что с целью повышения КПД путем уменьшения гидравлического сопротивления при перемещении емкостей в жидкости, последние расположены с плотным примыканием друг к другу и образованием единого торообраэного полого тела, разделенного эластичными перегородками.

3. Двигатель по и, 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и повышения КПД, он снабжен охватывающим его замкнутым кожухом с патрубком в верхней стенке, подключенным к дополнительно установленному вакуумному насосу °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР И 7085, кл. F 03 С 7/06, опублик. 1928.