Пароконденсаторный двигатель

Предлагаемая полезная модель предназначена для преобразования тепловой энергии, например от источника отработанного тепла, в электрическую и может быть использована в промышленности. 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, полый винт снабжен соплами для пара. Причем лопасти турбины могут быть изогнуты по спирали, а вал электрогенератора может быть снабжен муфтой. Заявляемая конструкция является оригинальной и эффективной. Обладает низкой материалоемкость, конструктивной простой и надежностью.

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.

1. Пароконденсаторный двигатель, включающий в себя нагреватель, турбину, электрогенератор, конденсаторный теплообменник, внешний охладитель и насос, соединенные между собой непосредственно или при помощи коммуникаций (паропроводы и трубопроводы, вал электрогенератора), отличающийся тем, что турбина представляет собой полый винт с камерами для жидкого хладагента, снабженными жиклерами, полый винт снабжен соплами для пара.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопасти турбины изогнуты по спирали.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вал электрогенератора может быть снабжен муфтой.