Гетерогенна термодинамічна система, спосіб перетворювання теплової енергії в механічну та пристрій перетворювання теплової енергії в механічну

Изобретение м.б. использовано для создания новых агрегатов и устр-в преобразования тепловой энергии и тепловых двигателей с повышенной удельной мощностью и повышенным термическим КПД. Цель изобретения - повышение КПД и удельной работоспособности единицы объема системы и ускорение процессов преобразования энергии. Система выполнена в виде взвеси в немагнитной жидкости частиц капиллярно-пористого тела из ферромагнитного материала, В первой замкнутой емкости систему нагревают и сжимают, а во второй охлаждают и расширяют. Перед самопроизвольным расширением системы емкости соединяют и перемещают с помощью магнитного поля частицы капиллярно-пористого тела из одной емкости в другую. После этого систему во второй емкости охлаждают, а в первой нагревают и соединяют гидравлически между собой. Рабочая камера выполнена в виде полого тора, разделенного на равные емкости, снабженные соленоидами. Такое выполнение позволяет обеспечить большую удельную и абсолютную мощность, высокую динамичность и компактность устр-ва, Бесшумность работы обеспечивается тем, что процессы тепломеханических превращений проис-. ходят без акустических и кавитационных явлений. Преобразование тепловой энергии в механическую реализуется в различных диапазонах измерения т-р, что позволяет применять как невозобновляемые, так и возобновляемые источники тепловой энергии, 3 с.п.ф-лы, 2 табл., 12 ил. со 00 о 00 0-88 г Г" 0 1 —-«^ ' t 382078 Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть испопьзовано для создания новых агрегатов и устройств преобразования тепловой с энергии и тепловых двигателей с повышенной удельной мощностью и повышенным термическим КНД за счет использования сил межфазного взаимодействия на поверхности раздела жид- Ю кости и твердого тела гетерогенной термодинамической системы. Целью изобретения является повышение КПД н удельной работоспособности единицы объема системы и ускоре- 15 ние процессов преобразования энергии. На фиг.1 представлена принципиальная схема элементарного устройства, реализующего описываемый способ пре- 20 образования энергии с использованием гетерогенной термодинамической системы в разных фазах четырехтактного цикла его работы; на фиг.2 - Т = S диаграмма термодинамического цикла " работы устройства при реализации описываемого изобретения; на фиг.З Р - V диаграмма термодинамического цикла работы устройства при реализации описываемого изобретения; на 30 фиг.4 - схема двух циклов работы устройства, изображенного на фиг*]; на фиг.5 - принципиальная схема устройства, реализующего описываемый способ преобразования энергии, с гид-35 равлическим двигателем и вентилем, установленными в соединяющем емкости рабочей камеры канале, и клапанами для разобщения емкостей; на фиг.6 схема циклов работы устройства, изоб- 40 раженного на фиг,5, с совмещением по времени тактов подачи частиц, не заполненных жидкостью, в горячую емкость и частиц, заполненных жидкостью, - в холодную емкость, а так- 45 же тактов расширения гетерогенной термодинамической системы в охлаждаемой емкости и тактов сжатия системы в нагреваемой емкости; на фиг,7 представлено устройство пре- зд образования с одной рабочей камерой (вид вдоль оси, перпендикулярной плоскости кольцевой оси тора рабочей камеры); на фиг.8 дан разрез А-А на фиг.7; на фиг.9 представлено 55 устройство с двумя параллельно установленными рабочими камерами; на фиг,10 дан разрез Б-Б на фнг.9; на фиг,11 представлена электрическая схема системы электромагнитного перемещения ферромагнитных частиц; на фиг.12 - схема циклов работы устройства, изображенного на фиг.10 и 11 и временная диаграмма работы основных элементов этого устройства. Устройство, реализующее описываемый способ, содержит рабочую камеру 1, разделенную посредством поперечных перегородок 2 и J на две равные емкости 4 и 5. Емкость 4 постоянно связана с источником охлаждения, а емкость 5 - е источником нагрева (источники нагрева и охлаждения на чертеже не показаны). В обе емкости 4 и 5 камеры I помещена гетерогенная термодинамическия система в виде взвеси в немагнитной жидкости 6, заполненные объемом "нетто" 7 жидкости 6 частиц "брутто" 8 и не заполненных жидкостью 6 частиц "тары" 9. "Тара" 9 представляет собой частицу капиллярно-пористого тела нз ферромагнитного материапа с лиофобной поверхностью. "Брутто" 8 состоит из "тары" 9 и "нетто" 7. В перегородках 2 и 3 выполнены отверстия 10 и 11, посредством которых емкости 4 и 5 сообщены друг с другом. Сечение отверстий 10 и II достаточно велико, чтобы через них свободно проходили "тара" 9, "нетто" 7 и "брутто" 8 в процессе тепломеханических превращений, но достаточно мало, чтобы можно было пренебречь деградацией тепловой энергии, связанной с возможным перетоком тепла из емкости 4 в емкость 5 через отверстия 10 и 11. Внутренний объем камеры 1 устройства, представленного на фиг.1, ограничен поршнем 12, связанным с нагрузкой (на чертеже не показана) для отбора механичес кой энергии от термодинамической системы и сжатия системы. Для простоты описания работы устройства гетерогенная термодинамическая система условно содержит единственную частицу - "тару" 9 с одной порой, объем которой равен объему "нетто" 7 жидкости 6, способной заполнить "тару" 9. Жидкость 6 является практически не сжимаемой, поэтому изменение объема гетерогенной термодинамической системы, представленной на фиг.1, будет связано лишь с процессами нагнетания объема "нетто" 7 жидкости 6 в пору "тары" 9 382078 (сжатие гетерогенной термодинамической системы) игси вытеснения жидкости 6 из "тары" 9 (расширение гетерогенной термодинамической системы). , Изменение объема гетерогенной термодинамической системы в процессе тепломеханических превращений будет таким образом равно элементарному объему "нетто" 7 жидкости 6 (объему tO поры "тары" 9 ) . Рассмотрим рабочий цикл элементарного устройства, представленного на фиг,1. I такт. В начале такта "тара" 9 f5 и "нетто" 7 находятся в емкости 4 при температуре Т источника холода. Давление в емкостях 4 и 5 равно или чуть меньше капиллярного давления Р( - 2(5*, cos 9 /г, где 0, - по- 20 верхностное натяжение при температуре Т ( ^ 0 у 90 - угол смачивания, г - радиус поры "тары" 9. Этого давления недостаточно, чтобы преодолеть капиллярное давление Р- = 2O 2 cos в/г, меняли объем, то их нагрев за счет тепла Л