Спосіб єрошенко перетворювання теплової енергії в механічну

Номер патенту: 9220

Опубліковано: 30.09.1996

Автор: Єрошенко Валентін Андрійович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Способ преобразования тепловой энергии в механическую по авт.св. №1254811, отличаю­щийся тем, что, с целью повышения КПД без ис­пользования регенерации тепла, упрощения конструкции и уменьшения габаритов, реализую­щих способ тепловых двигателей путем организа­ции квазиадиабатического охлаждения, в гетерогенной термодинамической системе жид­кость имеет вторую производную от коэффициен­та поверхностного натяжения по температуре больше нуля.

Текст

Изобретение относится к теплоэнергетике. Изобретение позволяет : l ? повысить КПД без использования регенеранти тепла, упростить конструкцию и уменьшить габариты реализующих способ тепловых двигателей путем организации квазиадиабатического охлаждения. В качестве одной из компонент гетерогенной термодинамической системы 3 берут жидкость 4, у которой вторая производная от коэффициента поверхностного натяжения по т~ре больше нуля. При осуществлении данного способа преобразования тепловой энергии в механическую нет необходимости в созданий регенерирующих устройств для тепловых двигателей. 9 ил. 1 1380357 Изобретение относится к области • ком 7 управления, который, в свою теплоэнергетики, а именно к способам очередь, связан с источниками 3 и 9 преобразования тепловой энергии в соответственно нагрева и охлаждения механическую, и может быть использова-* ^ для осуществления взаимодействия но для повышения эффективности работы рабочей камеры 1 с источником 8 или тепловых двигателей. Изобретение яв9 в различных стадиях термодинамичес ляется усовершенствованием способа кого цикла при реализации описываемопо авт. св. № 1254811. го способа. При реализации способа—прототипа Целью изобретения является повыше— 10 по основному авт. св. (см. фиг. 1 ниє К Д без использования регенерации П и 2) в процессе а-б к гетерогенной тепла, упрощение конструкции и уменьсистеме 3 подводят тепло І q , для шение габаритов реализующих способ нагрева системы 3 от температуры Т2 тепловых двигателей путем организации квазиадиабатического охлаждения. 15 источника 9 охлаждения до температуры Т., источника 8 нагрева. При этом На фиг. 1 представлена T-S диплощадь Я., межфазной поверхности в аграмма термодинамического цикла при системе 3 минимальна, а объем Vt г е реализации способа-прототипа; на терогенной системы 3 максимален. фиг. 2 — P-V диаграмма цикла, изображенного на фиг. 1; на фиг. 3 - T-S 20 диаграмма термодинамического цикла Т, при реализации описываемого способа; = Сіп Т, на фиг. 4 — P-V диаграмма цикла, изоIn браженного на фиг. 3; на фиг, 5 — график зависимости коэффициента по- 25 верхностного натяжения (у от темпера- изменение энтропии гетегде 4 S туры Т для различных жидкостей гетерогенной системы 3 при рогенной термодинамической системы, нагреве; используемой, при реализации способаС=[Ст] + [c^J~* теплоемкость гетерогенпрототипа и описываемого способа; на 30 ной системы 3 (С т и С^~ фиг. 6 ~ схема устройства для реалитеплоемкости соответстзации описываемого способа в положевенно частиц 5 твердого нии, соответствующем процессу а—б тела и жидкости 4 систе(см. фиг. 3 и 4 ) ; на фиг. 7 — то же, мы 3 ) ; в положении, соответствующем процессу 35 Т - средняя температура си— б—в (см. фиг. 3 и 4 ) ; на фиг. 8 - то стемы 3 в процессе а—б. же» в положении, соответствующем процессу в~г (см. фиг. 3 и 4 ) ; на В изобарно— изотермическом процесфиг. 9 — то же, в положении, соответсе б—в (Р,, = const, T, = const, где ствующем процессу г—а (см. фиг, 3 40 Р, — давление системы 3 в процессе и 4). б—в) к системе 3 подводят теплоту dq образования поверхности межфаз— ного контакта жидкости 4 и частиц 5 Устройство для реализации способакапиллярно-пористого тела системы 3.. прототипа и описываемого способа (см. фиг. 6-9) содержит рабочую камеру 1 45 При этом площадь 5? межфазной поверхности изменяется от минимального с установленным в ней поршнем 2. В значения Я!л до максимальной величины камере 1 помещена гетерогенная терS?. и происходит сжатие системы 3 с модинамическая система 3 в виде изменением ее объема V от максимальвзвеси в жидкости 4 частиц 5 капилного значения V до минимального ^ лярно—пористого тела с лиофобной по50 значения V (см. фиг. 1 и 2 ) . верхностью. Заполненные жидкостью 4 e частицы 5 капиллярно-пористого тела гетерогенной термодинамической сиВ процессе в т энтропия гетерогенстемы 3 на фиг. 7 и 8 показаны з а ной системы 3 уменьшается на величичерненными кружками, а не заполненну Д Sfc , т . е 0 от системы 3 отводитные жидкостью 4 частицы 5 - покаfc , q = lAqJ . При этом плося тепло межфазной поверхности макси™ заны на фиг. 6 и 9 светлыми кружками. щадь ь^ Поршень 2 соединен при помощи штока мальна, а объем V, системы 3 минима* 6 с нагрузкой (не показана) и с блолен. ,3 .г Т 1380357 & І 90°); = О (линия g на фиг, 5 ) . Такую завиК - коэффициент формы пор и касимость имеют большинство жидкостей пилляров с радиусом г частиц в природе. 5 капиллярно—пористого телаг усганавливающий связь между 45 Однако, наряду с подобными, сущеплощадью Qo поверхности и ствуют жидкости с нелинейной зависимостью поверхностного натяжения от температуры. Например, муравьиная объемом V n пор: = К V кислота 8 фенол и в какой—то степени 50 вода характеризуются зависимостью, для которой характерно соотношение При отсутствии регенерации тепла vs./ термический КПД термодинамического -2-SL ЭТ а ,9, (Ю) - cos : лТ 'ж Изменение энтропии гетерогенной Р системы 3, содержащей такую жидкость 4, в процессах нагрева и охлаждения — среднее значение второй tO где показано на фиг. 3 . производной в интервале температур дТ = Т>~Т-. В общем случае суммарное изменение энтропии AS гетерогенной систеПоскольку в соответствии с описымы 3, определяющее величину затрат ваемым способом преобразования тепла тепла 4q* и Aq* соответственно в работу используют жидкость 4 с ха— на нагрев и на охлаждение системы 3, 0. (см. кривую рактеристикои равно . . • • ж на фиг. 5 ) , то из равенства (10)?, Я. (8) следует, что при нагреве (ЛТ > О) величина A S J 0 ) . В связи с вышеизложенным при осуществлении способа преобразования тепловой энергии в механическую нет необходимости в создании регенерирующих устройств для тепловых двигателей, так как все тепло 4q*, подведенное к гетерогенной системе 3 в процессе ее нагрева (см. Т—S диаграмму на фиг. 3, процесс а-б) практически полностью оседает в системе 3 после ее охлаждения (процесс в—г на T-S диаграмме фиг. 3 ) , и справедливо неравенство д q* « , в то время как при реализации способа—прототипа (фиг. 1) выполняется равенство л q = Увеличение площади Т—S диаграммы термодинамического цикла а—б—в—г—а в соответствии с описываемым способом (фиг, 3) по сравнению с площадью тер50 модинамического цикла а-б—в—г в способе—прототипе на величину площади (15) треугольника в~г —г на Т—S диаграмме фиг. 3 означает увеличение термичес^ кого КПД при реализации описываемого 55 способа вплоть до значений, близких к термическому КПД предельного цикла 2 Карно, без необходимости регенерации тепла. (16) и тогда справедливы будут выражения для изменения энтропии A S 3 _ 4 И тепла Aq* м / СР 10 1380357 Критерий физической реализуемости радиусом г его пор подвергают теплоописываемого способа преобразования механическому воздействию в соответэнергии следует из равенства (14), ствии со способом, термодинамический которое после преобразований можно цикл которого представлен на фиг. 3 записать в виде и 4. y В процессе а—б к гетерогенной системе 3 подводят тепло & q* от 1 — V .In источника 8, нагревая ее от темпера" :0s 10 туры Т до Т, при минимальной площа(18) ди Q 1 межфазной поверхности контакта и максимальном объеме V^ . системы 3. При этом капиллярное давление Отсюда следует выражение для крижидкости 4 в системе 3 -снижается от терия физической реализуемости описыjr значения Р до ваемого способа преобразования из—за снижения поверхностного натяжения жидкости 4 (см. P-V диагК cos© от значения Uf'/cp • (т,- т 2 ) (19) рамму на фиг. 4до Очевидно, что теп). ло д q* на нагрев равно теплу А Ч 1 т 20 в способе-прототипе (см. Т—S диаграмС учетом вышеизложенного сущность му на фиг. I и положение частей устописываемого способа заключается в ройства для реализации описываемого следующем. способа на фиг. 6 ) . В качестве одной из компонент геПосле этого в процессе б-щ терогенной термодинамической системы (фиг. 3) при постоянных максималь— 25 3 берут жидкость 4, у которой вторая ной температуре Т, и минимальном давлении Р, сжимают систему 3 до объема > 0, (например, трипроизводная > V,, развивая межфазную поверхность палмитин или триолеин), и для заданконтакта до максимального значения ного интервала температур Т 2 - Т^, в 30 ее площади Я.г , Для этого к гетерокотором осуществляют преобразование генной системе 3 подводят от источтепловой энергии в механическую, с ника 8 скрытое тепло і q* изобарноучетом плотности j>^ и удельной теплоизотермического образования поверхемкости С ж этой жидкости 4 рассчитыности, которое в точности равно тепвают по уравнению (19) величину радилу A q 7 образования поверхности уса г микропор, подставляя в выраже- 35 в термодинамическом цикле способа— ниє (19) значение К = 3 (для шаровид(Прототипа (фиг. 1 ) * В процессе б—в, ной поры) к cos @ по известному знасжимая систему 3, совершают небольчению угла смачивания ( 6 > 90°) для шую работу Р (V2 - V, ), при этом данного сочетания жидкость 4 — тверпоршень 2 перемещается влево, и жид40 кость 4 системы 3 заполняет капиллядое тело частиц 5. Зная значение г, подбирают требуемую степень дисперсры частиц 5 ее пористого тела (см. ности капиллярно—пористого тела часфиг. 7 ) . При перемещении поршня 2 тиц 5, в качестве которого можно исвлево прекращается при помощи блока пользовать силикагели, алюмосиликаты, 7 управления взаимодействие камеры 1 45 с источником 8 нагрева, а источник цеолиты, молекулярные сита, широко применяемые в катализной промышлен9 охлаждения, наоборот, начинает возности, а также высокодисперсные фтордействовать на камеру 1 и помещенную органические или кремнииорганические в ней гетерогенную термодинамическую соединения. Как правило, величина г, систему 3. вычисленнаяопо уравнению (19), составляет 8—20 А , а в катализной промышДалее в процессе в~г (см. T-S диленности имеются такие мелкодисперсаграмму на фиг. 3) охлаждают гетероные материалы. генную систему 3 от температуры Т^ и -т.) эт Полученную указанным образом гедо Т 2 при неизменной чрезвычайно разтерогенную термодинамическую систему 55 витой межфазной поверхности с площад ь ю ^ и минимальном объеме V 2 систе3 жидкость 4 с > 0 - капиллярнод1 мы 3 (см. P-V диаграмму на фиг. 4 ) , пористое тело частиц 5 с вычисленным При этом поверхностное натяжение 12 380357 жидкости h в порах и капиллярах часристого тела частиц 5, которая в батиц 5 системы 3 достигает своего лансе теплосодержания всей гетерогенмаксимального значения Ь г , что выной системы 3 (как указывалось раньзывает рост капиллярного давления до ше) составляет исчезающе малую долю. максимальной величины Р а . Если это Основная доля тепла Aq* осела в геобычная гетерогенная система 3 по терогенной системе 3, чтобы в период способу-прототипу (фиг. 1 ) , то проследующего такта г—а превратиться в цесс охлаждения характеризуется л и полезную работу. нией в—г (фиг. 3 ) , и от системы jo После охлаждения гетерогенной сиотводят тепло л q 3 , которое в точностемы 3 до температуры Т 2 (при постости равняется iq ( (см. T-S диаграмму янных максимальной площади ft2 поверхна фиг. 1 ) , т.е. в результате обратиности межфазного контакта и минимых процессов нагрева и охлаждения мальном объеме V ) гетерогенную систеплосодержание гетерогенной системы * 5 тему 3 связывают с нагрузкой (процесс З не изменяется. г-4 на T-S диаграмме фиг. 3 ) , и она расширяется до значения ее объема V, Однако, в силу специфичности г е с вытеснением жидкости 4 из пор и терогенной термодинамической системы капилляров частиц 5 и перемещением 3 по описываемому способу * 0 > 20 поршня 2 вправо (см. фиг. 9) при постоянных минимальной температуре и расчетное значение радиуса г микроТ 2 и максимальном давлении Р 2 (см. . пор), а также из—за чрезвычайно разP-V диаграмму на фиг. 4 ) . Отмеченный витой межфазной поверхности контакта процесс г~а изобарно-изотермического поверхностная энтропия жидкости 4 системы 3 в процессе охлаждения уве- 25 сокращения межфазной поверхности происходит самопроизвольно, и за счет личивается (процесс в-г на фиг. 3) именно этого процесса совершается на величину AS*, (отрезок г —г полезная работа. В процессе г-а (см.„ на T-S диаграмме фиг. 3) и полностью T-S диаграмму на фиг. 3) от системы компенсируется снижение объемной энтропии жидкости 4 в процессе охлаж- 30 3 отводится количество тепла &q^ , которое несколько больше, чем величи— дения (отрезок г —г характеризует н а ДЧ4 в способе—прототипе (фиг, 1 ) , изменение объемной энтропии, этот но по абсолютному уровню величины отрезок, ествественно, равен отрезку Діл и А^ї сравнительно малы и соизг -г ) . меримы, так как рабочие такты г—а в обоих сравниваемых случаях происхоРезультатом указанного теплофизи— дят при низкой температуре Т2» На ческого явления в процессе охлаждения этом рабочем такте г—а термодинамигетерогенной системы 3 является резческий цикл завершается, и система кое снижение количества тепла Aq* 3 приходит в исходное состояние (точотводимого от гетерогенной системы 3 40 ка а на T-S и Р—V диаграммах цикла в процессе в—г (фиг. 3) по сравнению на фиг. 3 и 4 ) • После перемещения с теплом д q 3 процесса в-г в способепоршня 2 вправо (см. фиг. 9) прекрапрототипе (фиг, ] ) . Суммарное изменещается при помощи блока 7 взаимодейние энтропии & S гетерогенной систествие камеры 1 с источником 9 охлажмы 3 в процессе в-т (фиг. 3) сводит45 дения, а источник 8 нагрева, наобося к уменьшению объемной энтропии рот, начинает воздействовать на калишь капиллярно—пористого тела часмеру 1, Далее описанный цикл повтотиц 5 (отрезок г-т на T-S диаграмме ряется . фиг. 3 ) , нагретого ранее в процессе и а—б до температуры Т , . Физически это ., означает, что в процессе охлаждения 50 в-г (T-S диаграмма на фиг. 3) теплоемкость гетерогенной системы 3 возрастает из—за резкого увеличения по—, верхностной теплоемкости. Именно по этой причине от гетерогенной системы -" 3 удалось отвести лишь незначительную часть тепла Aq*t > равную изменению теплосодержания лишь капиллярно—по Из сопоставительного анализа термодинамических циклов а-б—в-г-д на фиг» J и 3 следует, что в описываемом способе (фиг. 3) плошадь T-S диаграммы больше, чем аналогичная площадь в способе—прототипе (фиг. !) на величину площади треугольника в—г -г (при условии, что в известном способе не применяют регенерацию \\ 13803 57 1 5 С \ - O _ °- ОJ .о — В о — о -° _j 9 Фиг 9 Тедактор О. Юркова Заказ 51/ДСП Составитель JI, ї у г а р е в Техред Л.Сердюкова Корректор Г. Решетник Тирад 208 Подписное В Н И Ш Ш Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Yeroshenkos method for transformation of thermal energy to mechanical energy

Автори англійською

Yeroshenko Valentyn Andriiovych

Назва патенту російською

Способ ерошенко преобразования тепловой энергии в механическую

Автори російською

Ерошенко Валентин Андреевич

МПК / Мітки

МПК: F03G 7/00

Мітки: спосіб, механічну, перетворювання, енергії, єрошенко, теплової

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/8-9220-sposib-ehroshenko-peretvoryuvannya-teplovo-energi-v-mekhanichnu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб єрошенко перетворювання теплової енергії в механічну</a>

Подібні патенти