ПАРОКОНДЕНСАТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель предназначена для преобразования тепловой энергии, например от источника отработанного тепла, в электрическую и может быть использована в промышленности.
Преобразование тепловой энергии в механическую работу служит основным средством удовлетворения потребности человека в различных машинах, облегчающих его труд.
Паросиловые установки имеют длительную историю развития, причем это развитие шло по пути совершенствования высокотемпературного цикла преобразования (см. Мартыновский B.C. "Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов", М. Энергия, 1979, стр.68.75, рис.4.1), для создания двигателя с максимально достижимым термодинамическим коэффициентом преобразования.
Известны технические решения, позволяющие использовать энергию водяного пара при простой и надежной в эксплуатации конструкции, см. например, Польгаузен А. "Поршневые паровые машины", М - Л. Энергоиздат, 1932, стр.331-332, фиг.329, 330. Описанные в этом источнике паровые поршневые машины работали от внешнего парогенератора, который мог потреблять любой вид топлива, были оборудованы золотниковым распределительным механизмом с осевым регулятором, могли устанавливаться без монтажа, практически без фундамента и при малой мощности работали без конденсатора со сбросом отработанного пара в атмосферу. Все это делало такую машину доступной широкому кругу потребителей, в том числе и мелким хозяйствам.
Однако, эти машины не могли использовать источники тепла с уровнем температуры ниже точки кипения воды при атмосферном давлении, удельная их мощность была очень мала, а эффективность использования энергии очень низка, что послужило причиной вытеснения этих машин с рынка более совершенной техникой.
Прогресс в области теплопередачи, освоение различных рабочих тел, в том числе легкокипящих, создают благоприятные возможности для использования низкотемпературных циклов с получением механической энергии. При этом появляется возможность получать энергию без существенных изменений температуры источника тепла, т.е. превращать в работу тепло одного источника (см. Фролов А.А. "Путь к изобилию энергии найден! Многовековой спор ученых решен", Одесса, ОИ ЭНИН, 1993, рис.1). В предложенном автором этой публикации техническом решении механическую работу получают за счет разницы работ расширения и сжатия легкокипящего рабочего тела, например двуокиси углерода.
Однако, известная установка требует для реализации большой разницы барометрических высот, что делает проблематичным ее широкое использование.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является аппарат, предназначенный для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод, включающий:
- нагреватель с сепаратором для выпаривания хладагента;
- турбину с электрогенератором, подключенную к сепаратору коммуникациями (трубопроводами) для подачи пара хладагента, и/или
- конденсатор с коммуникациями для подачи в конденсатор пара и вывода из него жидкого хладагента в испаритель с расширительным (регулирующим) вентилем;
- охладитель с внешним охлаждением, обеспечивающий нагревание внешнего теплоносителя и снижение температуры сконденсированного хладагента перед абсорбером;
- абсорбер, снабженный на входе коммуникациями для поступления в абсорбер пара хладагента, а на выходе коммуникациями для подачи в нагреватель жидкости;
- насос для повышения давления жидкого хладагента и его циркуляции;
- регенеративный теплообменник и охладитель. Причем турбина подключена к сепаратору параллельно с конденсатором с возможностью распределения потоков пара в двигатель и конденсатор с помощью регулировочного вентиля (заявка на изобретение РФ №2009143172 от 18.05.2007, автор - Самхан И.И, опубл. БИ от 27.06.2011 г.)
Недостатком такого устройства является его высокая материалоемкость, конструктивная сложность.
Задачей заявляемой полезной модели является создание нового эффективного и, в тоже время, простого паро-конденсаторного двигателя.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание устройства, обладающего низкой материалоемкостью при его изготовлении, имеющего небольшое количество узлов.
Для достижения указанной цели в устройстве, включающем в себя нагреватель, турбину, электрогенератор, конденсаторный теплообменник, внешний охладитель и насос, соединенные между собой непосредственно или при помощи коммуникаций (паропроводы и трубопроводы, вал электрогенератора), турбина представляет собой полый винт с камерами для жидкого хладагента, снабженными жиклерами, а полый винт снабжен соплами для пара.
Причем лопасти турбины могут быть изогнуты по спирали, вал электрогенератора может быть снабжен муфтой, а перед насосом иметься фильтр.
На приведенном схематическом рисунке (фигура) изображено заявляемое устройство.
Устройство содержит: турбину 1, состоящую из камеры для жидкого хладагента 2 с жиклерами 3, нагревателей 4, камеры для пара 5 с соплами 6; конденсаторный теплообменник 7; внешний теплообменник 8; нагнетательный насос 9; вал электрогенератора 10; электрогенератор 11.
Аппарат работает следующим образом. Из трубопровода рекуперации легко испаряющаяся жидкость (тепловой агент) попадает в нагнетательный насос 9. Откуда жидкость под давлением подается по трубопроводу в камеру 2 турбины 1, и через жиклеры 3 распыляется в камере 5, попадая на нагреватели 4. В камере 5 хладагент переходит в пар и истекает через сопла 6, создавая реактивную тягу и усилие, которое приводит во вращение вал 10 и предается на электрогенератор 11. Пар попадая на конденсаторный теплообменник 7, охлаждается и конденсируется. Конденсаторный теплообменник 7 охлаждается за счет внешнего теплообменника 8. Сконденсированный хладагент по трубопроводу рекуперации попадает снова нагнетательный насос 9.
За счет того, что в устройстве отсутствуют "лишние" конструктивные блоки, оно обладает низкой материалоемкость и конструктивной простотой, а значит, является надежным в эксплуатации.
Кроме того, так как пар истекает из турбины, усилие, создаваемое им, полностью передается на вал в виде крутящего момента, что выгодно его отличает от турбин, где пар подается на лопасти и КПД работы пара зависит от геометрии лопастей турбины.
Таким образом, заявляемая конструкция является оригинальной и эффективной. Имеет небольшое количество узлов. Обладает низкой материалоемкость, конструктивной простой и надежностью.