RU2503847C1

RU2503847C1 - Heat engine

Info

Publication number: RU2503847C1
Application number: RU2012123349/06A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Петрович Турмов; Виктор Васильевич Туркеев
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2014-01-10
Also published as: RU2012123349A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed engine comprises working chambers and pistons. Working chambers are filled with heat-sensitive working medium to feed heat from external source. Pistons are fitted inside working chambers to reciprocate there inside and furnished with rods and mechanism to convert their liner reciprocation into rotation of working wheels. Said working wheels transmit rotation to electric power generator shaft. Besides, it comprises extra external source of cold, at least two working chambers and two working wheels. Every said working chamber is composed of vertical cylinder from heat conducting material and arranged inside tight casing. Said casing allows alternate feed of cold and hot fluid therein. Liquid working medium features heat expansion factor higher than that of working chamber walls. Said working gear wheels are fitted aligned on appropriate rods to engage therewith in up travel of rods from working chambers and to turn relative thereto in down travel of rods into working chambers. For this said working wheels are engaged with rods via ratchet gear. Wheels rims engage with vertical spline shaft. Said shaft engages with electric power generator shaft.

EFFECT: higher efficiency.

1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам, которые преобразовывают тепловую энергию в механическую, с возможностью преобразования в электрическую.The invention relates to a power system, and in particular to devices that convert thermal energy into mechanical energy, with the possibility of conversion into electrical energy.

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.A water engine is known (see RF patent 2224134, IPC F03C 1/02, F01B 29/08, F03B 17/00, publication date 02/20/2004), including a working chamber filled with water, a wheel that is kinematically connected to the piston through a rod and means for converting the reciprocating movement of the rod into rotational motion of the wheel and the actuator in the form of a crankshaft.

Недостатком данного технического решения является повышенная трудоемкость монтажа на местности и ограниченная область применения из-за необходимости использования возобновляемого, преимущественно, подземного источника воды.The disadvantage of this technical solution is the increased complexity of installation on the ground and the limited scope due to the need to use a renewable, mainly underground water source.

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.As the closest analogue, a device has been adopted for converting thermal energy into mechanical energy (see RF patent 2189496, IPC F03G 7/06, publication date 09/20/2002), containing a working chamber filled with a heat-sensitive working fluid and made with the possibility of supplying heat from an external source which alternate with cooling, a piston located inside the chamber with the possibility of reciprocating movement in the chamber, equipped with a rod and a mechanism for converting its linear motion into rotational movement of the working scaffolding configured to transmit rotation to the shaft of an electric power generator.

Недостатком ближайшего аналога является низкая эффективность преобразования тепловой энергии в механическую - расчетный КПД составляет несколько процентов.The disadvantage of the closest analogue is the low efficiency of converting thermal energy into mechanical energy - the calculated efficiency is several percent.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка надежного и эффективного двигателя, работающего на альтернативных источниках энергии.The task to which the invention is directed is the development of a reliable and efficient engine operating on alternative energy sources.

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.The technical result achieved in solving the problem is expressed in increasing the efficiency of converting thermal energy into mechanical energy and expanding the scope due to the possibility of using installations operating on alternative energy sources as an external thermal energy source.

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.The problem is solved in that the heat engine containing the working chambers filled with a liquid heat-sensitive working fluid and made with the possibility of supplying heat from an external source, pistons located inside the working chambers with the possibility of reciprocating movement in the working chambers, equipped with rods and a mechanism for converting them linear motion in the rotational movement of the impellers, made with the possibility of transmitting rotation to the shaft of the electric power generator, characterized in that it contains an external source of cold, at least two working chambers and two impellers are used in the device, each of the working chambers being made in the form of a vertical cylinder of heat-conducting material and placed in the cavity of the hermetic casing, made with the possibility of alternating supply to it cold and hot liquid, while the liquid heat-sensitive working fluid has a coefficient of thermal volume expansion greater than that of the walls of the working chambers, in addition, the impellers are made of a tooth At the same time, they are coaxially mounted on the respective rods with the possibility of rigid adhesion with them when the rods move up from the working chambers and rotate relative to them when the rods move down into the working chambers, for which the impellers are connected to the rods through ratchet mechanisms, and the gear rims of the impellers are installed in meshing with a vertical gear shaft kinematically connected with the shaft of the electric power generator.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the distinguishing features of the claims solve the following functional tasks.

Признак «дополнительно содержит внешний источник холода» позволяет ускорить процесс преобразования тепловой энергии и как итог повысить КПД теплового двигателя.The sign "additionally contains an external source of cold" allows you to speed up the process of conversion of thermal energy and as a result to increase the efficiency of the heat engine.

Признак «в составе устройства использованы, по меньшей мере, две рабочие камеры и два рабочих колеса» позволяет повысить эффективность работы теплового двигателя.The sign "at least two working chambers and two impellers are used in the device" allows to increase the efficiency of the heat engine.

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.The sign “each of the working chambers is made in the form of a vertical cylinder of heat-conducting material and placed in the cavity of the sealed casing, made with the possibility of alternating supply of cold and hot liquid into it” allows to increase the safety and reliability of operation, since heating and cooling of the liquid heat-sensitive working fluid occurs through heat transfer fluid.

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.The sign “liquid heat-sensitive working fluid has a coefficient of thermal volume expansion greater than that of the walls of the working chambers” increases the efficiency of heat transfer or intake from the heat-transfer fluid and, as a result, increase the efficiency of the heat engine.

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.The sign "the impellers are made of gears, coaxially mounted on the respective rods with the possibility of rigid coupling with them when the rods move up from the working chambers and rotate relative to them when the rods move down into the working chambers, for which the impellers are connected to the rods through ratchet mechanisms" allows you to convert the energy of the linear motion of the rods in the rotational motion of the impellers.

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.The sign “wherein the gear rims of the impellers are mounted meshing with a vertical gear shaft kinematically connected with the shaft of the electric power generator” allows the kinetic energy of the impellers to be converted into electrical energy at the final stage.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез теплового двигателя.Figure 1 shows a vertical section of a heat engine.

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.The drawing shows the working chambers 1, filled with a liquid heat-sensitive working fluid 2, an external heat source 3, pistons 4 located inside the working chambers 1, sealed casings 5 of the working chambers 1, rods 6 of the pistons 4 connected through ratchet mechanisms 7 to the impellers 8, rotating on bearings 9, a vertical gear shaft 10, a shaft of an electric power generator 11, an external source of cold 12, pipelines 13 for supplying and discharging heat-transfer fluid into sealed casings 5 of working chambers 1 and water pumps 14.

В качестве термочувствительного рабочего тела 2 используют жидкость с коэффициентом теплового объемного расширения большим, чем у стенок рабочих камер 1, например, спирт.As a heat-sensitive working fluid 2, a liquid is used with a coefficient of thermal volume expansion greater than that of the walls of the working chambers 1, for example, alcohol.

В качестве внешнего источника тепла 3 можно использовать как классические печи, работающие на топливе, так и установки на альтернативных источниках энергии, например, солнечные коллекторы.As an external heat source 3, one can use both classic fuel-fired stoves and installations using alternative energy sources, for example, solar collectors.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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.The heat transfer fluid is heated using an external heat source 3 and through pipelines 13 it is supplied from water pumps 14 to the sealed casings 5 of the working chambers 1 until they are completely filled. Next, the thermal energy of the heat-transfer fluid is brought to the liquid heat-sensitive working fluid 2 inside the working chambers 1. As a result of heating the liquid heat-sensitive working fluid 2, the pistons 4 begin to move upward from the working chambers 1, as a result of which the linear movement of the rods 6 using ratchet mechanisms 7 is converted into the rotational movement of the impellers 8, moving on bearings 9. Further, due to the coupling of the impellers 8 with the vertical gear shaft 10, the kinetic energy of the impellers 8 is converted into the electric energy of the shaft of the electric power generator 11. Then, the spent heat-transfer fluid is removed and, instead, it is fed into the pressurized casings 5 of the working chambers 1, the heat-transfer fluid cooled by an external cold source 12, as a result of which the rods 6 move down into the working chambers 1 with simultaneous by turning the impellers 8 relative to the rods 6 and the downward movement of the pistons 4. After which the cycle repeats.

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.The claimed invention allows to increase the efficiency of conversion of thermal energy into mechanical energy and to expand the scope of application of a heat engine due to the possibility of using installations operating on alternative energy sources as an external thermal energy source.

Claims

A heat engine comprising working chambers filled with a heat-sensitive liquid working fluid and configured to supply heat from an external source, pistons located inside the working chambers with the possibility of reciprocating movement in the working chambers, equipped with rods and a mechanism for converting their linear motion into rotational movement of the workers wheels made with the possibility of transmitting rotation to the shaft of the electric power generator, characterized in that it further comprises an external source of cold yes, the device used at least two working chambers and two impellers, each of the working chambers made in the form of a vertical cylinder of heat-conducting material and placed in the cavity of the hermetic casing, made with the possibility of alternating supply of hot and cold liquid into it moreover, the liquid heat-sensitive working fluid has a coefficient of thermal volume expansion greater than that of the walls of the working chambers, in addition, the impellers are made of gears, coaxially mounted to the corresponding connecting rods with the possibility of rigid coupling with them when the rods move up from the working chambers and rotate relative to them when the rods move down into the working chambers, for which the impellers are connected to the rods through ratchet mechanisms, and the gear rims of the impellers are engaged with a vertical gear shaft kinematically connected to the shaft of an electric power generator.