Тепловий двигун брусова

Реферат: Тепловий двигун, який складається з двох резервуарів, що розміщені в зонах з різною температурою оточуючого середовища, які містять робоче тіло, температура кипіння якого нижче, ніж температура оточуючого середовища, в якому розміщений перший резервуар, і вище температури оточуючого середовища, в якому розміщений другий резервуар, крім того, між резервуарами розміщений щонайменше один штуцер з різними вхідним і вихідним діаметрами і щонайменше один клапан зворотного ходу, крім того, в резервуарах розміщена щонайменше одна турбіна, ротор якої кінематично сполучений зі щонайменше одним пристроєм, розміщеного за межами резервуарів і призначеним для вирішення специфічної задачі, додатково між резервуарами розміщений теплоізоляційний шар. UA 103443 U про видачу патенту: UA 103443 U UA 103443 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до двигунів об'ємного розширення і може бути використаний для отримання механічної або інших видів енергії в енергетиці, на транспорті та інших галузях промисловості. Відомі різні конструкції теплових двигунів, для роботи яких потрібно штучний нагрів. Є, теплові двигуни які не вимагають штучного нагріву, але від таких двигунів досить складно отримати необхідну потужність. Відомо про двигун зовнішнього згоряння Стірлінга [див. "Велика Радянська Енциклопедія", видання трете, 1976 р., том 24 І, стор. 520], у якому робочим тілом є гелій або водень (під 2 тиском 100-140 кгс/см ), яке знаходиться в замкнутому просторі та під час роботи не замінюється, а тільки міняє об'єм при нагріванні і охолодженні. Недоліком цього двигуна є складність його конструкції, ненадійність ущільнень, а також висока вартість двигуна. Крім того, такий двигун не можна використати без ґрунтовної переробки його конструкції для отримання механічної енергії з теплових джерел з низькою температурою, наприклад з природних джерел. Відомий тепловий двигун [RU 2116488, МПК F02G1/04, опубл. 27.07.1998], що містить дві замкнуті ємності з клапанами, в яких розміщені постійні порції рідкого робочого тіла. Замкнуті ємності з'єднані між собою джерелом відбору потужності і почергово отримують то тепло при закритому клапані, то холод - при відкритому. Зміна джерел тепла і холоду відбувається на початку відкриття клапана у гарячій замкнутій ємності. Недоліком цього двигуна є досить великі втрати тепла, що обумовлюють його низький ККД. Відомий рідинний тепловий двигун [UA 41562A, МПК F01В19/02. опубл. 17.09.2001], який містить ємність для робочої рідини, підігрівач робочої рідини, підключений до ємності перетворювач потенційної енергії робочої рідини в корисну роботу. Ємність для робочої рідини виконана у вигляді металевого корпусу-теплообмінника, всередині якої встановлений підігрівач робочої рідини у вигляді трубчатого теплообмінника. До недоліків такої конструкції належить неможливість нагрівання рідини до температури вище критичної, при якій починається процес перетворення рідини у газ. Це зумовлене тим, що замкнутий металічний корпус не витримує дуже високого тиску, який виникає внаслідок розширення рідини при нагріванні. Тому рідина нагрівається до температури нижчої і більш безпечної, а за таких умов її потенційна енергія невисока, і, відповідно, ККД такого двигуна низький. Задачею корисної моделі є вдосконалення рідинного теплового двигуна шляхом використання такої сукупності конструкційних елементів та матеріалів, в результаті чого досягається максимально високий коефіцієнт корисної дії в поєднанні з високими споживчими властивостями. Поставлена задача вирішується тим, що згідно з корисною моделлю, рідинний тепловий двигун який складається з двох резервуарів, що розміщені в зонах з різною температурою оточуючої середи, які містять робоче тіло, температура кипіння якого нижче, ніж температура оточуючого середовища, в якому розміщений перший резервуар, і вище температури оточуючого середовища, в якому розміщений другий резервуар, крім того, між резервуарами розміщений щонайменше один штуцер з різними вхідним і вихідним діаметрами і щонайменше один клапан зворотного ходу, крім того, в резервуарах розміщена щонайменше одна турбіна, ротор якої кінематично сполучений зі щонайменше одним пристроєм, розміщеного за межами резервуарів і призначеним для вирішення специфічної задачі, додатково між резервуарами розміщений теплоізоляційний шар. Автором корисної моделі доведена доцільність використання саме двигунів і генераторів різних типів і різного призначення як пристрій, що кінематично зв'язаний з валами турбін, крім того, було доведено, що використання генераторів саме на постійних неодимових магнітах є найдоцільнішим завдяки наявності ефекту магнітної левітації, котрий мінімізує втрати від тертя, а також при підключенні навантаження, наприклад АКБ, використовування такого типу генератора значно зменшує гальмування при виникненні проти ЕРС. Також автором були проведені експерименти які виявили доцільність використання простих ефірів і фреонів як робоче тіло завдяки їх низьких температурах кипіння, переважно від 20 °C до 60 °C. Наприклад, перша оточуюча середа - рука людини. Завдяки тому, що температура кипіння робочого тіла нижче температури навколишнього середовища, в якому розміщений перший резервуар, і вище температури навколишнього середовища, в якому розміщений другий резервуар, робоче тіло в процесі кипіння перетворюється в пароподібний стан і витискається в другий резервуар, де діє на лопаті турбін спочатку в пароподібному, а потім в конденсованому стані. З термодинаміки відомо, що тиск, температура й обсяг ідеального газу взаємопов'язані і діють за законом PV=vRT, де: 1 UA 103443 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Р - тиск газу; V - об'єм газу; v - кількість молей газу; R - універсальна газова константа; Т - температура газу в кельвінах. Це означає, що при нагріванні газу його обсяг збільшується, а при охолодженні зменшується. Це властивість газів і лежить в основі роботи пристрою, що заявляється, але з поправкою на використання рідин, що мають низьку температуру кипіння. Цикл двигуна, що заявляється складається з чотирьох фаз і розділений двома перехідними фазами: нагрівання, розширення, перехід до джерела холоду, охолодження, стиснення і перехід до джерела тепла. Таким чином, при переході від теплого джерела до холодного джерела відбувається розширення і стиснення газу, що знаходиться в резервуарах. При цьому змінюється тиск, за рахунок чого можна отримати корисну роботу. Крім того, використання штуцерів з вхідними і вихідними діаметрами великої різниці дозволяють додатково збільшити корисну роботу, направлену на лопаті турбін, збільшуючи швидкість і інерційність їх обертання. Основними перевагами теплового двигуна Брусова є: - тепловий двигун Брусова може працювати від майже будь-якого перепаду температур: наприклад, між різними верствами води в океані, від сонця, від ядерного або ізотопного нагрівача, вугільної або дров'яної печі і т. п; - простота конструкції - конструкція двигуна дуже проста, він не вимагає додаткових систем, таких як, наприклад, газорозподільний механізм. Він запускається самостійно і не потребує стартера. Його характеристики дозволяють позбутися коробки передач; - збільшений ресурс - простота конструкції, відсутність багатьох "ніжних" вузлів дозволяє двигуну забезпечити небувалий для інших двигунів запас працездатності в десятки і сотні тисяч годин безперервної роботи; - економічність - для утилізації деяких видів теплової енергії, особливо при невеликій різниці температур, часто виявляються найбільш ефективними видами двигунів. Наприклад, у разі перетворення в електрику сонячної енергії такий двигун може іноді дати більший ККД (до 31,25 %), ніж теплові машини на пару, - екологічність - двигун Брусова не має вихлопу, а значить рівень його шуму набагато менше, ніж у поршневих двигунів внутрішнього згоряння. Має гранично низький рівень вібрацій, сам по собі не має якихось частин або процесів, які можуть сприяти забрудненню навколишнього середовища. Він не витрачає робоче тіло, тобто система замкнута. Екологічність двигуна обумовлена насамперед екологічністю джерела тепла. Варто також відзначити, що забезпечити повноту згоряння палива в двигуні зовнішнього згоряння простіше, ніж в двигуні внутрішнього згоряння. (В ДВС повнота згоряння палива залежить від відповідності хімічного складу палива фізичним параметрам ДВС. Суть корисної моделі пояснюється наступним кресленням: де: 1 - перший резервуар. 2 - другий резервуар, 3 - середа 1, 4 - середа 2, 5 - робоче тіло, 6 штуцер, 7 - клапан зворотного ходу, 8, 8а, 8б - турбини, 9 - пристрої, кінематично зв'язані з валами турбин, 10 - теплоізоляційний шар. Рідинний тепловий двигун працює наступним чином: При розміщенні резервуарів (1) і (2) в середах (3) і (4) робоче тіло (5) в першому резервуарі (1) починає кипіти і переходить в газоподібний стан, при цьому при русі вгору дає на лопаті турбин (8), далі через штуцер (6) з підвищенням тиску переходить в другий резервуар (2), де діє обертає лопаті турбін (8а). За рахунок різниці температур оточуючої середи (4) і робочого тіла (5) воно конденсується, причому завдяки силі тяжіння конденсат падає на лопаті турбін (8б). Вали турбін кінематично з'єднані і передають обертовий рух на пристрої (9). Таким чином, спеціальна конструкція пристрою, що заявляється, забезпечує досягнення технічного результату, який полягає в отриманні більш високого ККД при мінімальних затратах, крім того, пристрій не потребує використання невідновлювальних джерел енергії. Пристрій, що заявляється, має високу надійність, зручність, тривалий строк служби, економність і експлуатаційну безпеку. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Тепловий двигун, який складається з двох резервуарів, що розміщені в зонах з різною температурою оточуючого середовища, які містять робоче тіло, температура кипіння якого нижче, ніж температура оточуючого середовища, в якому розміщений перший резервуар, і вище температури оточуючого середовища, в якому розміщений другий резервуар, крім того, між 2 UA 103443 U 5 10 резервуарами розміщений щонайменше один штуцер з різними вхідним і вихідним діаметрами і щонайменше один клапан зворотного ходу, крім того, в резервуарах розміщена щонайменше одна турбіна, ротор якої кінематично сполучений зі щонайменше одним пристроєм, розміщеного за межами резервуарів і призначеним для вирішення специфічної задачі, додатково між резервуарами розміщений теплоізоляційний шар. 2. Тепловий двигун за п. 1, який відрізняється тим, що як пристрій використовують двигуни і/або генератори. 3. Тепловий двигун за п. 2, який відрізняється тим, що використовують генератори на постійних неодимових магнітах. 4. Тепловий двигун за п. 1, який відрізняється тим, що робочим тілом є прості ефіри або фреони з температурами кипіння до, приблизно, 60 °C. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3