ПАРОЖИДКОСТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к двигателям, работающим в насосном режиме для перекачивания жидкости, в которых движущей силой является тепловая энергия, преобразованная в пузыри, движущие «жидкий поршень».
Двигатель может быть использован в системах отопления, в качестве циркуляционных насосов в системах охлаждения, а также в абсорбционной холодильной машине.
Известны устройства аналогичного назначения [1], например, патент США №3139837, кл. 417-105, 1964. Данный тепловой двигатель с жидким поршнем содержит последовательно соединенные испаритель, парожидкостный канал, холодильник и нагнетательно-всасьшающую трубу, соединенную с клапанным гидравлическим насосом, образующим канал U-образной формы, причем испаритель, парожидкостный канал и холодильник заполнены рабочей жидкостью, а между рабочей и перекачиваемой насосом жидкостями в U-образном канале размещена промежуточная жидкость, инертная по отношению к рабочей и перекачиваемой жидкостям.
Недостатком данного устройства является сложность в его реализации, в том числе, из-за необходимости использования разных жидкостей, а также в связи с его низким коэффициентом полезного действия (КПД) парожидкостного цикла, имеющего большие необратимые потери. Это объясняется тем, что только незначительная часть жидкости, вошедшей в испаритель, переходит в пар, а остальная часть жидкости, нагреваясь, уносит значительную часть тепловой энергии из испарителя без преобразования ее в работу.
Известен [2] также «Тепловой жидкопоршневой двигатель» авторов Васильева Г.П., Гатова В.М. и др. по патенту РФ №2005215, МПК F03C 5/02.
Двигатель содержит соединенные на U-образной трубе испаритель, парожидкостный канал, холодильник, рабочую нагнетательно-всасывающую трубу, заполненную рабочей жидкостью, причем на входе в испаритель соосно установлена форсунка с разными вариантами ее расположения.
Недостатком данного устройства является сложность выбора режимов работы форсунки, работающей при определенных давлениях парожидкостной смеси, а также сложность и ненадежность механизма, обеспечивающее ее автоматическое осевое перемещение.
Ближайшим аналогом (прототипом) является [3] «Парожидкостный двигатель» автора Атманова И.Т. по авторскому свидетельству СССР №1776876, МПК F03G 7/06.
Данное устройство содержит последовательно соединенные в канале U-образной формы испаритель, парожидкостный канал, холодильник, нагнетательно-всасывающую трубу, а также - рабочую, промежуточную и перекачиваемую жидкости.
Данное устройство также достаточно сложно в реализации из-за необходимости согласовывать режимы работы трех разных по физико-химической структуре жидкостей, используемых в этом двигателе.
Кроме того, наличие турбулизатора и заполнение части объема испарителя неконденсирующимся газом также усложняет устройство.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание более простой по конструкции модели двигателя с повышенным термодинамическим КПД.
Технический результат предлагаемого решения заключается в следующем:
- использована одна рабочая и она же перекачиваемая жидкость, например, вода;
- уменьшены потери тепловой энергии и увеличен расход перекачиваемой жидкости, так как нагретая очередная порция жидкости остается в двигателе, а проталкивается по трубам холодная жидкость и отпадает необходимость в нагреве всего объема перекачиваемой жидкости;
- представляется возможность регулировать температуру перекачиваемой жидкости, если использовать часть нагретой в двигателе жидкости для выталкивания ее в выходную трубу;
- более простая конструкция парожидкостного двигателя.
Технический результат достигается за счет того, что в парожидкостном двигателе, содержащем испаритель, холодильник, парожидкостный канал, входную и выходную трубы, соединенные с обратными клапанами, введены расширитель парожидкостной смеси, резервуар для нагретой жидкости и тройник, причем парожидкостный канал выполнен путем вертикального расположения и последовательного соединения испарителя, расширителя, холодильника, резервуара и одного входа тройника, к другим входам которого присоединены соответственно впускной обратный клапан входной трубы и выпускной обратный клапан выходной трубы, парожидкостный канал имеет малый диаметр, обеспечивающий возникновение крупных пузырей пара, а резервуар и расширитель выполнены как адиабатические каналы.
В результате поиска по источникам патентной и технической информации совокупность признаков, характеризующих описываемый «Парожидкостный двигатель», не обнаружена. Таким образом, по мнению авторов, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новое".
На основании сравнительного анализа предложенного решения с известным уровнем техники можно утверждать, что между совокупностью отличительных признаков, выполняемых ими функций и достигаемой задачи, предложенное техническое решение не следует явным образом из уровня техники и соответствует критерию охраноспособности "изобретательский уровень".
На чертеже приведена конструкция парожидкостного двигателя.
Двигатель содержит испаритель 1, расширитель 2, холодильник 3, резервуар для нагретой жидкости 4, которые соединены последовательно снизу вверх в парожидкостный канал, причем его ось расположена вертикально или с отклонением от вертикали до 80°, тройник 5, впускной обратный клапан 6 и выпускной обратный клапан 7, оси которых расположены горизонтально. Один вход тройника подключен к резервуару, а другие входы подключены к клапанам. К впускному клапану подключена входная труба 8, к выпускному клапану - выходная труба 9. Парожидкостный канал имеет малый диаметр, обеспечивающий возникновение крупных пузырей пара, например, для воды - от 5 до 16 мм. Испаритель и холодильник выполнены из трубок с высокой теплопроводностью. Расширитель и резервуар для нагретой жидкости выполнены как адиабатические каналы из материала с низкой теплопроводностью. Нижний конец испарителя заглушен.
1
2
Парожидкостный двигатель работает следующим образом. При подводе теплоты Q в испарителе 1 образуется крупный пузырь пара, при этом давление повышается, впускной клапан 6 закрывается, и порция жидкости, объем которой равен объему пузыря, выталкивается снизу вверх из резервуара 4 через выпускной клапан 7 в выходную трубу 9. После того, когда пузырь всплывает в холодильник 3, происходит его конденсация за счет отдачи теплоты Q окружающей среде. При этом давление снижается, выпускной клапан 7 закрывается, а через впускной клапан 6 в резервуар 4 всасывается новая порция жидкости из входной трубы 8. Резервуар для нагретой жидкости 4 необходим для того, чтобы нагретая порция жидкости оставалась в двигателе, перемещаясь вверх-вниз по резервуару, а выталкивалась из двигателя только холодная жидкость, находящаяся в верхней части резервуара. Следовательно, отпадает необходимость нагревать весь объем перекачиваемой жидкости, что увеличивает производительность двигателя. При уменьшении длины резервуара увеличится температура перекачиваемой жидкости, так как будет выталкиваться часть нагретой порции жидкости, таким образом предоставляется возможность осуществлять регулирование температуры перекачиваемой жидкости.
Проведены экспериментальные испытания, подтверждающие работоспособность двигателя. Испаритель, расширитель, холодильник и резервуар для нагретой жидкости были выполнены из единой стеклянной трубки длиной 1000 мм с внутренним диаметром 12 мм. Длина испарителя составляла 200 мм, длина расширителя - 200 мм, холодильник и резервуар не разделялись. В качестве источника теплоты использовалась нихромовая спираль, нагревающаяся при протекании электрического тока. Испытанный двигатель показал устойчивую работу в диапазоне подводимой мощности от 150 Вт до 500 Вт.Максимальный расход при испытаниях составил 90 л/ч при подводимой мощности 450 Вт и напоре 15 см.
Предложенное техническое решение может найти широкое применение в качестве циркуляционного насоса в теплопередающих системах. Возможна работа устройства с любой перекачиваемой жидкостью, от любого источника теплоты, имеющего температуру выше температуры насыщения перекачиваемой жидкости. При использовании устройства в системе отопления источником теплоты могут быть уходящие газы, при использовании в системе охлаждения источником тепловой энергии может выступить охлаждаемая среда.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Патент США №3139837, кл. 417-105, 1964. (Аналог).
2. Васильев Г.П., Гатов В.М. Тепловой жидкопоршневой двигатель. Патент РФ №2005215, МПК F03C 5/02. (Аналог).
3. Атманов И.Т. Парожидкостный двигатель. Патент СССР №1776876, МПК F03G 7/06. (Прототип).
4. Патент США №2757618, кл. 417-105, 1952. (Аналог).
5. Атманов И.Т. Парожидкостный двигатель. Патент СССР №1806276, МПК F01K 19/08. (Аналог).
6. Бродянский В.М., Пономаренко А.В. Экспериментальное исследование термоавтоколебательного насоса. // Холодильная техника. - 1982. - №5. - С. 23-27.