RU2511827C1 - Способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе - Google Patents
Способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2511827C1 RU2511827C1 RU2012137340/06A RU2012137340A RU2511827C1 RU 2511827 C1 RU2511827 C1 RU 2511827C1 RU 2012137340/06 A RU2012137340/06 A RU 2012137340/06A RU 2012137340 A RU2012137340 A RU 2012137340A RU 2511827 C1 RU2511827 C1 RU 2511827C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- working fluid
- hot
- working medium
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе. Способ включает выполнение рабочего тела теплового двигателя в виде смеси веществ, между которыми протекает обратимая химическая реакция. В замкнутом термодинамическом цикле рабочее тело получает теплоту от горячего источника теплоты с высокой температурой и отдает теплоту холодному источнику теплоты с низкой температурой. Давление рабочего тела периодически изменяется. Применяют постоянный теплообмен между рабочим телом и горячим и холодным источниками теплоты. В объеме рабочего тела создают градиент температуры, используя разность температур горячего и холодного источников теплоты. Работу получают в процессе периодического изменения давления рабочего тела вследствие протекания в его объеме периодической химической реакции. Изобретение направлено на повышение эффективности преобразования теплоты в работу и упрощение конструкции тепловых двигателей. 1 ил.
Description
Способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе может быть использован для технологических нужд различных отраслей народного хозяйства (легкой промышленности, железнодорожного транспорта и др.), в теплоутилизационных установках, для привода компрессоров на нефтеперерабатывающих и химических производствах.
Известен способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе, осуществляемый в газотурбинной установке замкнутого цикла (Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Учебник для вузов. Изд. 2-е. М., «Энергия», 1974. С.299-300). В этой установке рабочее тело циркулирует по замкнутому контуру, а вещество, образующее рабочее тело, остается в неизменном количестве. Как правило, в качестве рабочего тела газотурбинной установки используют газ. В компрессоре газотурбинной установки рабочее тело сжимается, его давление повышается. Далее оно направляется в регенератор, где подогревается за счет теплоты газа, выходящего из турбины. Затем подогретое в регенераторе рабочее тело поступает в подогреватель, где получает теплоту от горячего источника с высокой температурой. При этом температура рабочего тела повышается. Нагретое в подогревателе рабочее тело поступает в турбину, где, расширяясь, производит работу. В процессе расширения давление и температура рабочего тела понижаются. Отработавшие в турбине газы направляются в регенератор, где отдают теплоту сжатому газу, поступающему из компрессора. Из регенератора рабочее тело поступает в охладитель, где отдает теплоту холодному источнику с низкой температурой. При этом температура рабочего тела продолжает понижаться. Далее указанные процессы повторяются.
При преобразовании теплоты в работу по способу, осуществляемому в газотурбинной установке замкнутого цикла, некоторый объем рабочего тела попеременно получает теплоту от горячего источника с высокой температурой и отдает теплоту холодному источнику с низкой температурой таким образом, что давление этого объема рабочего тела периодически изменяется. При этом процесс теплообмена между рассматриваемым объемом рабочего тела и обоими источниками теплоты происходит попеременно, т.е. не является постоянным.
По указанному способу в качестве рабочего тела возможно применение смеси химически реагирующих или диссоциирующих веществ, при нагреве и охлаждении которых протекают обратимые химические реакции (Теплотехника: Учебник для студентов втузов / A.M.Архаров, С.И.Исаев, И.А.Кожинов и др.; Под общ. ред. В.И.Крутова. М.: Машиностроение, 1986. С.216).
Применение указанного способа преобразования теплоты в работу приводит к усложнению тепловых двигателей, что обусловлено необходимостью использования громоздкого регенератора. Кроме того, повышенные гидравлические потери при циркуляции рабочего тела по замкнутому контуру приводят к менее эффективному преобразованию теплоты в работу.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ преобразования теплоты в работу, осуществляемый в двигателе Стирлинга (Уокер Г. Двигатели Стирлинга / Сокр. пер. с англ. Б.В. Сутугина и Н.В. Сутугина. - М.: Машиностроение, 1985. С.178-186). Двигатель Стирлинга содержит разделенные горячую и холодную полости, по соединительным каналам между которыми под действием вытеснительного поршня перемещается рабочее тело. Между горячей и холодной полостями установлен регенератор. Как правило, в качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используют газ. Рабочее тело двигателя Стирлинга совершает работу в замкнутом термодинамическом цикле, попеременно получая теплоту в горячей полости от горячего источника с высокой температурой и отдавая теплоту в холодной полости холодному источнику с низкой температурой. Происходящие при этом периодические изменения давления рабочего тела воспринимаются рабочим поршнем, который перемещается в цилиндре двигателя и передает мощность на вал двигателя посредством механизма привода. По данному способу в качестве рабочего тела также возможно использование химически реагирующих или диссоциирующих веществ, при нагреве и охлаждении которых протекают обратимые химические реакции (Уокер Г. Двигатели Стирлинга / Сокр. пер. с англ. Б.В. Сутугина и Н.В. Сутугина. - М.: Машиностроение, 1985. С.154-157).
Применение данного способа преобразования теплоты в работу приводит к усложнению тепловых двигателей, что обусловлено необходимостью использования дополнительного вытеснительного поршня. При этом способе велики потери энергии из-за протекания в двигателе необратимых процессов теплообмена между рабочим телом и источниками теплоты при больших разностях температур. Кроме того, данный способ не позволяет конструировать высокооборотные двигатели, так как при больших скоростях перемещения рабочего тела между горячей и холодной полостями велики гидравлические потери и снижается эффективность преобразования теплоты в работу.
Изобретение направлено на упрощение конструкции тепловых двигателей и повышение эффективности преобразования теплоты в работу в этих двигателях. Для этого применяют способ преобразования теплоты в работу, при котором в тепловом двигателе рабочее тело выполняют в виде смеси веществ, между которыми протекает обратимая химическая реакция, используют рабочее тело в замкнутом термодинамическом цикле, в котором оно получает теплоту от горячего источника с высокой температурой и отдает теплоту холодному источнику с низкой температурой таким образом, что давление рабочего тела периодически изменяется, при этом применяют постоянный теплообмен между рабочим телом и горячим и холодным источниками теплоты, в объеме рабочего тела создают градиент температуры, используя разность температур горячего и холодного источников теплоты, а работу получают в процессе периодического изменения давления рабочего тела вследствие протекания в его объеме периодической химической реакции.
Применение постоянного теплообмена между рабочим телом и источниками теплоты позволяет упростить конструкцию теплового двигателя, так как при этом отпадает необходимость в регенераторе и вытеснительном поршне. Создание в объеме рабочего тела градиента температуры уменьшает потери энергии из-за протекания в двигателе необратимых процессов теплообмена между рабочим телом и источниками теплоты, так как теплообмен происходит при меньших разностях температур. Получение работы в процессе периодического изменения давления рабочего тела вследствие протекания в его объеме периодической химической реакции приводит к более эффективному преобразованию теплоты в работу за счет меньших гидравлических потерь в двигателе и за счет эксплуатации теплового двигателя с более высокими оборотами.
Данный способ преобразования теплоты в работу может быть осуществлен в тепловом двигателе, показанном на фигуре. Двигатель состоит из цилиндра 1 с частично теплоизолированными стенками, в который помещен поршень 2, приводимый в движение механизмом привода 3 с валом 4, двух установленных на цилиндре теплообменных рубашек 5 и 6, заполненных горячим и холодным теплоносителями. В цилиндре 1 над поршнем 2 помещено рабочее тело 7, представляющее собой смесь веществ, между которыми протекает обратимая химическая реакция.
При работе теплового двигателя в теплообменные рубашки 5 и 6 подаются горячий и холодный теплоносители с разными температурами. Из-за наличия разности температур теплоносителей в результате теплообмена между каждым из теплоносителей и рабочим телом 7 через стенку цилиндра 1 в объеме рабочего тела 7 создается градиент температуры. Под действием градиента температуры достаточной величины и при возвратно-поступательном движении поршня 2 в состоянии рабочего тела 7 появляется неустойчивость и в его объеме устанавливаются автоколебания, т.е. незатухающие колебания концентраций веществ и температуры в каждом элементе объема рабочего тела 7. При этом в цилиндре 1 в объеме рабочего тела 7 протекает периодическая химическая реакция и появляются химические колебания. В ходе химических колебаний давление рабочего тела 7 в цилиндре 1 периодически изменяется, что приводит к передаче мощности от поршня 2 к вращающемуся валу 4 через механизм привода 3.
Claims (1)
- Способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе, включающий выполнение рабочего тела теплового двигателя в виде смеси веществ, между которыми протекает обратимая химическая реакция, использование рабочего тела в замкнутом термодинамическом цикле, в котором оно получает теплоту от горячего источника теплоты с высокой температурой и отдает теплоту холодному источнику теплоты с низкой температурой таким образом, что давление рабочего тела периодически изменяется, отличающийся тем, что применяют постоянный теплообмен между рабочим телом и горячим и холодным источниками теплоты, в объеме рабочего тела создают градиент температуры, используя разность температур горячего и холодного источников теплоты, а работу получают в процессе периодического изменения давления рабочего тела вследствие протекания в его объеме периодической химической реакции.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012137340/06A RU2511827C1 (ru) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | Способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012137340/06A RU2511827C1 (ru) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | Способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012137340A RU2012137340A (ru) | 2014-03-10 |
RU2511827C1 true RU2511827C1 (ru) | 2014-04-10 |
Family
ID=50191427
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012137340/06A RU2511827C1 (ru) | 2012-08-31 | 2012-08-31 | Способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2511827C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3370420A (en) * | 1965-10-19 | 1968-02-27 | Aerojet General Co | Thermally dissociative gas power conversion cycle |
RU2103521C1 (ru) * | 1994-03-18 | 1998-01-27 | Научно-исследовательская фирма "Эн-Ал" | Способ работы теплового двигателя |
RU2108467C1 (ru) * | 1995-03-28 | 1998-04-10 | Валерий Туркубеевич Пчентлешев | Тепловая машина |
US7727392B2 (en) * | 2003-07-24 | 2010-06-01 | Effusion Dynamics Llc | System for converting kinetic energy from Brownian motion of gases or liquids to useful energy, force and work |
-
2012
- 2012-08-31 RU RU2012137340/06A patent/RU2511827C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3370420A (en) * | 1965-10-19 | 1968-02-27 | Aerojet General Co | Thermally dissociative gas power conversion cycle |
RU2103521C1 (ru) * | 1994-03-18 | 1998-01-27 | Научно-исследовательская фирма "Эн-Ал" | Способ работы теплового двигателя |
RU2108467C1 (ru) * | 1995-03-28 | 1998-04-10 | Валерий Туркубеевич Пчентлешев | Тепловая машина |
US7727392B2 (en) * | 2003-07-24 | 2010-06-01 | Effusion Dynamics Llc | System for converting kinetic energy from Brownian motion of gases or liquids to useful energy, force and work |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012137340A (ru) | 2014-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4638943B2 (ja) | ダブルピストンユニットを2つ備えた4サイクルスターリングエンジン | |
US6568169B2 (en) | Fluidic-piston engine | |
CA2765439C (en) | Heat exchanger and associated method employing a stirling engine | |
EP3099917B1 (en) | A compressor train with a stirling engine | |
JP4580247B2 (ja) | エンジンシステム | |
JP5525371B2 (ja) | 外燃式クローズドサイクル熱機関 | |
KR101018379B1 (ko) | 작동유체의 온도차를 이용한 밀폐식 외연기관 및 그 출력방법 | |
RU2511827C1 (ru) | Способ преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе | |
US6205788B1 (en) | Multiple heat exchanging chamber engine | |
RU2553090C2 (ru) | Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса | |
RU2565933C1 (ru) | Поршневой двигатель замкнутого цикла | |
Gehlot et al. | Development and fabrication of Alpha Stirling Engine | |
RU2649523C2 (ru) | Двигатель внешнего сгорания на основе двигателя Стирлинга гамма-типа, система привода и способ регулирования мощности двигателя | |
RU2522142C1 (ru) | Способ преобразования работы в поток теплоты в холодильной машине | |
KR100849506B1 (ko) | 스크롤 방식 스털링 사이클 엔진 | |
RU2548999C1 (ru) | Тепловая машина с внешним подводом тепла | |
RU2549273C1 (ru) | Теплообменная часть двигателя стирлинга | |
JP2005531708A (ja) | 熱エネルギーを運動エネルギーに変換する方法及び装置 | |
RU2464504C1 (ru) | Холодильная установка с оппозитной тепловой машиной стирлинга | |
US20240151215A1 (en) | Devices and methods for converting thermal, mechanical and/or electrical energy quantities | |
CN102562357A (zh) | 一种中心轴椭圆转子斯特林发动机 | |
RU2326256C2 (ru) | Тепловая машина "ило", работающая по замкнутому циклу стирлинга | |
Simonenko et al. | Cryogenic Thermomechanical Compressor | |
JP2006220060A (ja) | 追従降下型スターリングエンジン | |
RU2007140388A (ru) | Способ работы теплового двигателя и тепловой двигатель в.в. медведева |