тепловая машина
Классы МПК: | F01K27/00 Установки для преобразования тепловой или кинетической энергии рабочего тела в механическую энергию, не отнесенные к другим группам F03G7/00 Устройства для получения механической энергии, не отнесенные к другим рубрикам или использующие источники энергии, не отнесенные к другим рубрикам |
Патентообладатель(и): | Пчентлешев Валерий Туркубеевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-03-28 публикация патента:
10.04.1998 |
Использование: в энергомашиностроении, а именно при проектировании тепловых машин и энергетических установок. Сущность изобретения: машина содержит первую емкость, частично или полностью заполненную жидкость, и вторую емкость. К той части емкости, которая заполнена жидкостью, подключен гидравлический двигатель. К выходу из гидравлического двигателя подключен первый теплообменник, служащий для подвода теплоты к жидкости, выход из которого подключен к входу во вторую емкость. Вторая емкость заполнена той же жидкостью, что и первая емкость. Жидкость во второй емкости имеет более высокую температуру, чем жидкость в первой емкости. К выходу из второй емкости подключен второй теплообменник, служащий для отвода от жидкости теплоты. Выход из второго теплообменника подключен к первой емкости. Машина как единое целое может совершать вращение вокруг некоторой оси. При этом первая и вторая емкости, заполненные жидкостями, гидравлический двигатель, первый и второй теплообменники расположены на некотором расстоянии от оси вращения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Тепловая машина, имеющая первую емкость, или частично, или полностью заполненную текучей средой, к выходу из первой емкости, который заполнен текучей средой, подключен вход во вторую емкость, отличающаяся тем, что вторая емкость заполнена той же текучей средой, что и первая емкость, текучая среда во второй емкости имеет более высокую температуру, чем текучая среда в первой емкости, или сама вторая емкость представляет собой первый теплообменник и/или между выходом из первой емкости и входом во вторую емкость установлен первый теплообменник, выполненный для подвода теплоты к текучей среде, выход из второй емкости подключен к потребителю текучей среды, к входу в первую емкость подключен источник текучей среды, тепловая машина как единая конструкция выполнена с возможностью вращения вокруг некоторой оси, при этом текучая среда в первой и второй емкостях и первый теплообменник расположены на некотором расстоянии от оси вращения тепловой машины, выход из первой емкости и вход во вторую емкость соединены между собой на некотором расстоянии от оси вращения тепловой машины. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что к выходу из второй емкости подключен второй теплообменник, выполненный для отвода теплоты от текучей среды, второй теплообменник выполнен неподвижным или с возможностью вращения совместно с тепловой машиной, при этом во втором случае второй теплообменник расположен ближе к оси вращения тепловой машины, чем первый теплообменник, выход из второго теплообменника подключен или к первой емкости, и/или к иному потребителю текучей среды. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что выход из второй емкости подключен к входу в первую емкость, а сама первая емкость представляет из себя второй теплообменник, выполненный для отвода теплоты от текучей среды, выход из второй емкости и вход в первую емкость соединены между собой на более близком расстоянии от оси вращения тепловой машины, чем соединены между собой выход из первой емкости и вход во вторую емкость. 4. Машина по п.1 или 3, отличающаяся тем, что или между выходом из первой емкости и входом в первый теплообменник, или во второй емкости, или на выходе из второй емкости установлен двигатель, рабочим телом в котором является текучая среда, находящаяся в первой и второй емкостях. 5. Машина по п.2, отличающаяся тем, что на выходе из второго теплообменника установлен двигатель, рабочим телом в котором является текучая среда, находящаяся в первой и второй емкостях.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, а именно, к тепловым машинам, служащим для преобразования теплоты в механическую энергию и/или при помощи гидравлического двигателя в варианте энергетической установки, или для подачи текучей среды (жидкости, газа и др.) - вариант насоса. Наиболее близкой к изобретению является тепловая машина, содержащая первую емкость, полностью или частично заполненную текучей средой, вторую емкость, причем к выходу из первой емкости подключен вход во вторую емкость [1]. Недостаток данного решения: испаритель и конденсатор должны иметь большую площадь теплопередающей поверхности, так как в испарителе и в конденсаторе имеет место фазовый переход рабочего тела, а скрытая теплота парообразования у жидкостей, как известно, имеет значительную величину. Все это увеличивает габаритные размеры и материалоемкость. Габаритные размеры машины увеличиваются и вследствие того, что для достижения уровня удельных затрат теплоты, характерных для традиционных тепловых двигателей, необходимо иметь высокое значение гидростатического давления жидкости на входе в гидродвигатель, а это возможно только при большом расстоянии между уровнем поверхности жидкости в емкости и уровнем, на котором установлен гидродвигатель. Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, а именно, уменьшение площади теплопередающей поверхности теплообменников, а следовательно, уменьшение габаритных размеров и материалоемкости установки. Задача изобретения решается тем, что в усовершенствованной тепловой машине не происходит фазового перехода рабочего тела, т.е. рабочее тело в процессе работы находится в жидком состоянии. Для решения поставленной задачи вторая емкость заполнена той же жидкостью, что и первая емкость, но имеющей более высокую температуру, чем температура жидкости в первой емкости, выход из второй емкости подключен к входу во второй теплообменник, где от жидкости (являющейся рабочим телом) отводится теплота; данная машина как единая конструкция выполнена с возможностью вращения вокруг некоторой оси, при этом обе емкости с жидкостями и гидродвигатель расположены на некотором расстоянии от оси вращения. При этом разная температура жидкостей в первой и второй емкостях обеспечивает то, что жидкости в первой и второй емкостях будут иметь разную плотность. Как известно, при повышении температуры плотность жидкости уменьшается. Следовательно, на жидкости, находящиеся в первой и второй емкостях, при вращении будут действовать в центробежные силы инерции, имеющие разные значения. А следовательно, на рабочем органе гидродвигателя будет существовать перепад давления жидкости, что и будет способствовать выработке механической энергии. Первая и вторая емкости при этом имеют равную длину в направлении от оси вращения (к периферии). Отсутствие фазового перехода рабочего тела позволит подводить к жидкости (и отводить от нее) меньшее количество теплоты, чем у прототипа, что позволит уменьшить потребную площадь теплопередающей поверхности, а следовательно, уменьшить габаритные размеры и материалоемкость. Гидродвигатель может быть установлен как между выходом из первой емкости и входом в первый теплообменник, так и может быть подключен к выходу из второй емкости, или может быть установлен в самой второй емкости. Во втором случае гидродвигатель может быть выполнена невращающимся вместе с машиной. В качестве гидродвигателя может быть использован любой его тип, как, например, центростремительная турбина, аксиально-поршневой двигатель, ковшовая турбина и др. В последнем случае у входа на рабочий орган гидродвигателя должно быть установлено реактивное сопло (или иное эквивалентное устройство), преобразующее гидростатическое давление жидкости в высокоскоростную струю жидкости. в качестве рабочего тела может быть использована любая текучая среда (жидкость, газ, мелкодисперсное твердое тело и др.). Это возможно потому, что у газа и у твердого тела при их нагревании (так же как и у жидкости) увеличивается занимаемый ими объем, а следовательно, уменьшается их плотность. Теплота к текучей среде (к рабочему телу) в первом теплообменнике может подводиться любым возможным образом - при помощи теплоносителя, излучением, при помощи химической реакции и др. Теплота, подводимая к рабочему телу в первом теплообменнике, может образовываться при сжигании органического или ядерного топлива, использоваться отходящая теплота других производств и др. Изобретение может быть использовано и в качестве насоса, служащего для подачи текучей среды (жидкости, газа, мелкодисперсного твердого тела и др.) В этом варианте исполнения заявляемого решения гидродвигатель может отсутствовать. Первый и второй теплообменники могут быть выполнены как отдельные детали, так и совместно со второй и первой емкостями соответственно. На чертеже показана описываемая тепловая машина - энергетическая установка. Тепловая машина содержит первую и вторую емкости 1 и 5, заполненные жидкостями 2 и 6, гидравлический двигатель (гидродвигатель) 3, первый и второй теплообменники 4 и 7, ось вращения обозначена поз.8. Две тепловые машины могут быть установлены таким образом, что второй теплообменник первой тепловой машины соединен в тепловом отношении, например, посредством теплоносителя, с первым телпообменником, второй тепловой машины, а текучая среда во второй емкости первой тепловой машины имеет более высокую температуру, чем текучая среда во второй емкости второй тепловой машины. Тепловая машина в режиме энергетической установки работает следующим образом. Машина как единая конструкция вращается вокруг оси 8 с угловой скоростью![тепловая машина, патент № 2108467](/images/patents/363/2108143/969.gif)
![тепловая машина, патент № 2108467](/images/patents/363/2108168/8594.gif)
![тепловая машина, патент № 2108467](/images/patents/363/2108466/729.gif)
![тепловая машина, патент № 2108467](/images/patents/363/2108466/729.gif)
![тепловая машина, патент № 2108467](/images/patents/363/2108168/8594.gif)
![тепловая машина, патент № 2108467](/images/patents/363/2108168/8594.gif)
![тепловая машина, патент № 2108467](/images/patents/363/2108466/729.gif)
![тепловая машина, патент № 2108467](/images/patents/363/2108168/8594.gif)
Класс F01K27/00 Установки для преобразования тепловой или кинетической энергии рабочего тела в механическую энергию, не отнесенные к другим группам
Класс F03G7/00 Устройства для получения механической энергии, не отнесенные к другим рубрикам или использующие источники энергии, не отнесенные к другим рубрикам