RU1815419C

RU1815419C - Device for converting thermal energy into mechanical one

Info

Publication number: RU1815419C
Authority: RU
Inventors: Эдуард Петрович Коваленко
Original assignee: Э.П.Коваленко
Priority date: 1989-10-27
Filing date: 1989-10-27
Publication date: 1993-05-15

Abstract

Использование: в энергетическом машиностроении и приборостроении, а именно в устройствах преобразовани тепловой энергий в механическую с использованием разности температур между двум средами. Сущность изобретени ; внутри емкости, образованнрй тешюпередающими стенками 9, вертикально расположена бесконечна трансмисси Зс размещенными на ней герметичными камерами 1, имеющими эластич- ные стенки 2, камера,образованна станками 9,, заполнена теплопередающей жидкостью, котора вь/полнена составной из двух жидкбстей 8 и 12 взаимно нерастворимых и практически несжимаемых на поверхности раздела жидкостей 8 и 12 расположен слой 15 гранул теплоизол торз с различной плотностью в области различных ветвей трансмиссии 3. 1 ил.Usage: in power engineering and instrumentation, namely in devices for converting thermal energy into mechanical energy using a temperature difference between two media. SUMMARY OF THE INVENTION; an endless transmission 3c vertically located inside the container, formed by mesh-transmitting walls 9, with hermetic chambers 1 placed on it, having elastic walls 2, the chamber formed by the machines 9, is filled with a heat transfer fluid, which is filled with a compound of two fluids 8 and 12 mutually insoluble and practically incompressible on the interface of liquids 8 and 12 is a layer of 15 granules of thermal insulation torz with different densities in the region of different branches of the transmission 3. 1 ill.

Description

Изобретение относитс к энергетическому машиностроению и приборостроению , а именно к устройствам преобразовани тепловой энергии о механическую с использованием разности температур между двум средами или в среде. Цель изобретени - расширение рабочего диапазона устройства,The invention relates to power engineering and instrumentation, and in particular to devices for converting thermal energy to mechanical energy using a temperature difference between two media or in a medium. The purpose of the invention is the expansion of the operating range of the device,

Цель достигаетс тем, что устройство дополнительно снабжено крышкой корпуса, котора размещена на нем с образованием жесткой герметичной емкости, заполненной теплопередающей жидкостью, выполненной составной из двух несмешивающихс жидкостей, а в зонах всплыти и погружени размещены тепло- изолирующие гранулы с разной плотностью дл каждой зоны.The goal is achieved by the fact that the device is additionally provided with a housing cover, which is placed on it with the formation of a rigid sealed container filled with a heat transfer fluid made of two immiscible liquids, and heat-insulating granules with different densities for each zone are placed in the ascent and immersion zones.

Выполнение емкости герметичной, заполненной теплопередающей жидкостью позвол ет измен ть давление теплопереда- ющпх жидкостей на рабочие,камеры авто-- матически соответственно изменению температур рабочего тела в них регулированием объема теплопередающих жидкостей, гидравлически изолированных в жесткой емкости, что вл етс необходимым услови- ем дл достижени поставленной цели.The execution of the tank is sealed, filled with heat transfer fluid allows you to change the pressure of the heat transfer fluids on the working chamber, the chambers are automatically corresponding to the change in the temperature of the working fluid in them by adjusting the volume of heat transfer fluids hydraulically isolated in a rigid tank, which is a prerequisite for achieve your goal.

Так, если рабочее тело, например, фре- ом-114 (С2Р/,С12) нагревают в рабочей камере до Т 15°С, то давление в ней равно 1,54 атм и камера будет расшир тьс до уравновешивани давлени эластичной стенкой камеры. При охлаждении рабочего тела до 5°С давление становитс равны м 1,07 атм, и камера будет сжиматьс , если давление газа и емкости равно, например 1,10 атм. Однако, когда температура нагревающей жидкости уменьшилась и рабочее тело нагреваетс только до 5°С, то давление, равное 1,07 атм, не приведет к расширению камеры, хот и перепад температур при этом сохранитс . Так, при температуре-5°С давление уменьшитс до 0,72 атм, и изменение объема рабочей камеры практически не будет иметь место. Следовательно, при таком изменении температур жидкости и охлаждающего -газа устройство-прототип неработоспособно. Однако, если к рабочей камере, наход щейс в нагревающей жидкости и подогревшей рабочее тело до 5°С, при котором давление внутри камеры равно 1,07 атм, приложить давление, равное давлению , передаваемому через теплопередаю- щие нагревающую и охлаждающую жидкости (которые практически вл ютс несжимаемыми) от рабочей камеры, рабочее тело в которой охлаждено до -5°С, равное 0,72 атм, то перва рабоча камера будет увеличивать свой объем до уравновешивани перепада давлени упругостью эластичной стенки, и устройство будет работоспособным при таком изменении температур , Отсюда рассматриваемый признакSo, if the working fluid, for example, Freem-114 (C2P /, C12) is heated in the working chamber to T 15 ° C, then the pressure in it is equal to 1.54 atm and the chamber will expand to balance the pressure with the elastic wall of the chamber. When the working fluid is cooled to 5 ° C, the pressure becomes equal to 1.07 atm, and the chamber will compress if the pressure of the gas and the vessel is equal to, for example, 1.10 atm. However, when the temperature of the heating fluid has decreased and the working fluid is only heated to 5 ° C, a pressure of 1.07 atm will not lead to expansion of the chamber, although the temperature difference will remain. Thus, at a temperature of -5 ° C, the pressure will decrease to 0.72 atm, and there will be practically no change in the volume of the working chamber. Therefore, with such a change in the temperature of the liquid and the cooling gas, the prototype device is inoperative. However, if a pressure equal to the pressure transmitted through the heat-transferring heating and cooling liquids (which are practically the same) is applied to the working chamber located in the heating fluid and heated up to 5 ° С at which the pressure inside the chamber is 1.07 atm are incompressible) from the working chamber, in which the working fluid is cooled to -5 ° C, equal to 0.72 atm, then the first working chamber will increase its volume until the pressure differential is balanced by the elasticity of the elastic wall, and the device will be operable at com varying temperatures, considered here sign

вл етс существенным.is essential.

Выполнение теплопередающей жидкости составной из двух несмешивающихс жидкостей и размещение теплоизолирую- щих гранул с разной плотностью дл каждойMaking a heat transfer fluid composite of two immiscible fluids and placing heat insulating granules with different densities for each

зоны позвол ет уменьшить потери тепла между зонами нагревани и охлаждени через эти жидкости и обеспечить автоматический запуск устройства, что дает возможность расширить рабочий Диапазонzones allows to reduce heat loss between the heating and cooling zones through these liquids and to ensure automatic start-up of the device, which makes it possible to expand the working range

5 устройства при работе его при малых значени х , измен ющихс во времени рабочих перепадов температур. Следовательно, эти признаки также вл ютс существенными. Совокупность рассмотренных призна0 ков вл етс достаточной дл достижени 5 of the device when it is operated at small values that vary with time of the working temperature drops. Therefore, these features are also significant. The set of considered features is sufficient to achieve

поставленной цели, the goal

На чертеже показано устройство преобразовани тепловой энергии в механическую . The drawing shows a device for converting thermal energy into mechanical energy.

5Оно содержит р д герметичных камер 1 переменного объема, имеющих эластичные стенки 2, теплризолированные друг отдруга и последовательно расположенные вдоль бесконечной трансмиссии 3, установленной5 It contains a number of hermetic chambers 1 of variable volume, having elastic walls 2, thermally insulated from each other and sequentially located along the endless transmission 3 installed

0 на двух колесах 4 и 5, оси 6 и 7 вращени которых смещены относительно друг друга по вертикали. Камеры 1 заполнены термочувствительным рабочим телом, измен ющим свой объем и давление при изменении0 on two wheels 4 and 5, the axes of rotation 6 and 7 of which are displaced vertically relative to each other. The chambers 1 are filled with a heat-sensitive working fluid that changes its volume and pressure when changing

5 температуры, Нижн часть трансмиссии 3 с камерами 1 погружена в теплопередаю- щую жидкость 8 и через нее и теплопереда- ющие стенки емкости 9 находитс в тепловом контакте с теплоподвод щей сре0 дои 10, например, жидкостью, имеющей температуру выше среды 11, например, газообразной , причем среда 8 имеет точку замерзани ниже наиболее низкой рабочей температуры среды 11, Верхн часть5, the lower part of the transmission 3 with chambers 1 is immersed in the heat transfer fluid 8 and through it and the heat transfer walls of the tank 9 are in thermal contact with the heat transfer medium 10, for example, a liquid having a temperature above the medium 11, for example, gaseous, and the medium 8 has a freezing point below the lowest operating temperature of the medium 11, the upper part

5 трансмиссии 3 с камерами 1 находитс во второй теплопередающей жидкости 12 и через нее и теплопередающие стенки емкости, 9 находитс в тепловом контакте со средой5 of the transmission 3 with cameras 1 is in the second heat transfer fluid 12 and through it the heat transfer walls of the tank, 9 is in thermal contact with the medium

- 11, Емкость 9 представл ет собой жесткий 0 герметичный сосуд, состо щий из нижнего корпуса и размещенной на нем крышки. Часть стенок емкости 9, прилегающа к границе раздела сред 10 и 11, выполнена теп- лоизолирующей, а остальные части - 5 возможно более теплопроводными. Теплообмен между зонами погружени и всплыти камер ограничен вертикальной теплоизолирующей перегородкой 14. Теплопередающие жидкости 8 и 12 взаимно нерастворимые и практически не сжимаемые.- 11, Capacity 9 is a rigid 0 sealed vessel consisting of a lower body and a lid placed thereon. A part of the walls of the container 9 adjacent to the interface between media 10 and 11 is made heat insulating, and the remaining parts 5 are possibly more heat-conducting. The heat exchange between the immersion and ascent zones of the chambers is limited by a vertical heat-insulating partition 14. Heat transfer fluids 8 and 12 are mutually insoluble and practically not compressible.

Удельна плотность жидкости 12 менише, чем удельна плотность жидкости 8, а теплопроводность их возможно больша , Между жидкост ми 8 и 12 расположен слой 15 гранул, имеющих малый коэффициент теплопроводности , плавающих в жидкости 8 и тонущих в жидкости 12, а также нерастворимых в жидкост х 8 и 12. Причем плотность теплоизолирующих гранул сло 15 меньша в зоне всплывани , чем в зоне погружени камер 1.The specific gravity of the liquid 12 is less than the specific gravity of the liquid 8, and their thermal conductivity is possibly large. Between the fluids 8 and 12 there is a layer 15 of granules having a low coefficient of thermal conductivity, floating in the fluid 8 and drowning in the fluid 12, as well as insoluble in the fluids 8 and 12. Moreover, the density of the insulating granules of the layer 15 is lower in the ascent zone than in the immersion zone of the chambers 1.

В стенках емкости 9 имеютс трубопроводы 16 и 17 с вентил ми дл регулировани объема жидкостей, наход щихс в емкости 9.In the walls of the tank 9 there are pipelines 16 and 17 with valves for regulating the volume of liquids in the tank 9.

Устройство работает следующим образом ,The device operates as follows,

В зоне всплывани слой 15 теплоизолирующих гранул, например, полистироловые с пенополистиролом внутри, имеющий меньшую плотность, чем гранулы, располо- женные в зоне погружени рабочих камер, смещен вверх по отношению к. слою 15 в зоне погружени . Так как со стороны всплывани рабочих камер зона нагревани больше , а .зона охлаждени меньше, чем со стороны их погружени из-за смещени по вертикали сло 15, объем камер с первой стороны будет больше, чем со второй, а, следовательно, возникает сила моглента вращени колес 4 и 5, и они начинают вращатьс в направлении, указанном стрелкой. Вращение устройства поддерживаетс за счет тепла, подводимого к рабочим камерам 1 через теплопередающую жидкость 8, например , водный раствор поваренной соли, и отводимого от них через теплоотвод щую жидкость 12, например, керосин. В начале погружени камер 1, наход щихс справа от осей вращени 6 и 7, из температура, объем и плавучесть -минимальные вследствие охлаждени камер средой 11 через верхние теплопередающие стенки емкости 9 и жидкость 12, а также давлени , оказываемого на них теплопередающими жидкост ми, В процессе погружени камер 1 происходит их нагрев за счет тепла, поступающего от жидкости 10 через нижние теплопередающие стенки емкости 9 и жидкость 8, в результате объемы и плавучесть рабочих камер 1 увеличиваютс . При перехода камер 1 на левую ветвь трансмиссии 3 процесс нагрева и расширени камер 1 продолжаетс и камеры всплывают под действием возросших сил плавучести. После выхода камер 1 из жидкости 8 сквозь слой 15 гранул, теплоизолирующих жидкость 8 от жидкости 12, происходит их охлаждение в окружающей среде 11, в результате объем камер 1 уменьшаетс под давлением жидкости 12, передаваемом на нее жидкостью 8, наход щейс поддавлением расшир ющихс в ней камер 1. Так как жидкости 8 и 12 наход тс в жесткой емкости фиксированного объема, то 5 приращение суммарного объема расширени рабочих камер 1 при их нагревании равно уменьшению суммарного объема их сокращени при охлаждении независимо от абсолютного значени давлени в этих ка0 мерах 1. Далее процесс непрерывно повтор етс и движение колес 4 и 5 происходит под действием сил плавучести камер на левой и правой половинах устройства. Тепло- изолирующа перегородка 14 снижаетIn the floating zone, the layer 15 of heat-insulating granules, for example, polystyrene with polystyrene foam inside, having a lower density than the granules located in the immersion zone of the working chambers, is displaced upward with respect to the layer 15 in the immersion zone. Since the heating zone is larger on the upstream side of the working chambers and the cooling zone is smaller than on the immersion side due to the vertical displacement of layer 15, the volume of the chambers on the first side will be larger than on the second, and, therefore, the force of the mohlent the wheels 4 and 5 rotate, and they begin to rotate in the direction of the arrow. The rotation of the device is supported by heat supplied to the working chambers 1 through a heat transfer fluid 8, for example, an aqueous solution of sodium chloride, and removed from them through a heat transfer fluid 12, for example, kerosene. At the beginning of the immersion of the chambers 1, located to the right of the rotation axes 6 and 7, the temperature, volume and buoyancy are minimal due to the chilling of the chambers by the medium 11 through the upper heat transfer walls of the tank 9 and the liquid 12, as well as the pressure exerted on them by the heat transfer fluids, During the immersion of the chambers 1, they are heated due to the heat coming from the liquid 10 through the lower heat transfer walls of the tank 9 and the liquid 8, as a result, the volumes and buoyancy of the working chambers 1 increase. When the chambers 1 move to the left branch of the transmission 3, the heating and expansion of the chambers 1 continues and the chambers float under the influence of increased buoyancy forces. After the chambers 1 exit from the liquid 8 through the layer 15 of granules that heat insulate the liquid 8 from the liquid 12, they are cooled in the environment 11, as a result, the volume of the chambers 1 decreases under the pressure of the liquid 12 transferred to it by the liquid 8, which is suppressed by expanding into of chambers 1. Since liquids 8 and 12 are in a rigid container of a fixed volume, then 5, the increase in the total expansion volume of the working chambers 1 when they are heated is equal to the decrease in the total volume of their reduction during cooling, regardless of the absolute value neither the pressure in these measures ka0 1. The process is continuously repeated, and the motion wheels 4 and 5 occurs under the action of buoyancy chambers on the left and right halves of the device. The heat insulating partition 14 reduces

5 теплоббмен между зонами погружени и всплыти камер 1, а слой 15 гранул - между жидкост ми 8 и 12.5, heat transfer between the immersion and ascent zones of chambers 1, and the pellet layer 15 between liquids 8 and 12.

Через трубопроводы 16 и 17 измен ют объемы жидкостей 8 и 12, наход щихс вThrough pipelines 16 and 17, the volumes of liquids 8 and 12 located in

0 емкости 9, а также их общий объем, чем определ ют диапазон изменени объемов рабочих камер.0 of the tank 9, as well as their total volume, which determines the range of variation of the volumes of the working chambers.

Скорость движени трансмиссии определ етс из услови , что при погруженииThe speed of the transmission is determined from the condition that when diving

5 камер 1 в жидкости.8 они нагреваютс до температуры, при которой давление в них увеличиваетс соответственно повышению давлени на них при погружении, а в зоне всплывами в жидкости 12 камеры 1 охлаж0 даютс с интенсивностью, при которой давление в них уменьшаетс соответственно уменьшению давлени на них при всплыва- нии,5 chambers 1 in the liquid. 8 they are heated to a temperature at which the pressure in them increases correspondingly to an increase in pressure upon immersion, and in the zone of the pop-ups in the liquid 12 of the chamber 1, they are cooled with an intensity at which the pressure in them decreases correspondingly to a decrease in pressure by when they pop up,

Устройство целесообразно использо5 вать дл борьбы с тепловым загр знением - водных объектов и автономного получени механической энергии в отдаленных и труднодоступных местах, прежде всего дл под- заводки гидрометрических приборов,The device is expediently used to combat thermal pollution - water bodies and autonomous production of mechanical energy in remote and inaccessible places, primarily for the manufacture of hydrometric devices,

Claims

0 Claims

A device for converting thermal energy into mechanical energy, comprising a housing filled with a heat transfer fluid, inside of which is placed

5 vertically with the formation of zones of ascent and immersion of an endless transmission, moreover, sealed chambers of variable volume, partially filled with heat-sensitive, are fixed to the transmission

0 with a working fluid, as well as means for supplying and removing heat, characterized in that, in order to expand the working range, the device is additionally equipped with a housing cover placed on it with an image.

By using a sealed container, the heat-insulating liquid is made up of two immiscible liquids, and heat-insulating granules with different densities for each zone are placed in the ascent and immersion zones.