Тепловой двигатель

 

Изобретение относится к установкам, работающим на особых рабочих телах, к устройствам преобразования бросовой низкопотенциальной анергии двигателя транспортного средства в механическую энергию, используемую для собственных нужд транспортного средства. Сущность: тепловой двигатель содержит роторный теплообменный аппарат 1, газовую турбину 2, понижающий редуктор 3. Роторный аппарат 1 выполнен в виде полого цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого разделена радиальными перегородками на отдельные камеры, в каждой из которых установлены трубки, закрепленные в торцевых поверхностях полого цилиндрического корпуса. Корпус заключен в кожух роторного аппарата 1. причем ось корпуса соединена с понижающим редуктором 3. На кожухе аппарата 1 напротив торцевых поверхностей корпуса выполнены попарно патрубки охлаждающей 10 и нагревающей 1 саед с двух сторон, а на боковых поверхностях кожуха , обращенных к отдельным камерам, установлены подводящий 12 и отводящий 13 патрубки рабочего тела, соединенные с газовой турбиной 2. 1 з.п. ф-лы.,6 ил i i Ё

СОЮЗ СОВГ1СКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК !Ы 1825872 А 1 (s»s F 01 К 25/00, F 03 6 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,„L. вэв| ЩТНЦ-тИИКЧИИ) Й

gpqЛИ9ТЕИА

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4883000/06 (22) 20.11.90 (46) 07.07.93. Бюл. йк 25 (71) Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта им, акад.

В.Н.Образцова (72) А,Б.Буянов, М.Бек и К.Пестер (56) Патент США

f4 2659198„кл, 60-247, 1953.

Авторское свидетельство СССР

М 765633, кл, F 28 0 11/02, 1978. (54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57).Изобретение относится к установкам, работающим на особых рабочих телах, к устройствам преобразования бросовой низкопотенциальной энергии двигателя транспортного средства в механическую. энергию, используемую для собственных нужд транспортного средства. Сущность: тепловой двигатель содержит роторный теплообменный аппарат 1, газовую турбину

2; понижающий редуктор 3. Роторный àïïàрат 1 выполнен в виде полого цилиндрического корпуса, внутренняя полость которого разделена радиальными перегородками на отдельные камеры, в каждой из которых установлены трубки, закрепленные в торцевых поверхностях полого цилиндрического корпуса, Корпус заключен в кожух роторного аппарата 1, причем ось корпуса соединена с понижающим редуктором 3, На ко кухе аппарата 1 напротив торцевых поверхностей корпуса выполнены попарно патрубки охлаждающей 10 и нагревающей 1) соед с двух сторон, а на боковых поверхностях кожуха. обращенных к отдельным камерам, установлены подводящий 12 и отводящий

13 патрубки рабочего тела, соединенные с газовой турбиной 2. 1 з.п. ф-лы. ф ил.

1825872

Изобретение относится к первичным источникам механической энергии., а именно к устройствам преобразования ниэкопо тенциальной тепловой энергии в механическую; и мажет быть использовано, например, для утилизации теплоты выхлоп- ных газов тепловозного дизеля, Цель изобретения — уп ро ден ие конструкции двигателя при использовании в качестве рабочего тела нафталина. 10

На фиг,1 изображена кинематическая схема теплового двигателя; на фиг.2 — роторный теплообменный аппарат; на фиг.3 — . общая схема роторного теплообменного аппарата; на фиг.4 — кинематическая схема тепловозного двигателя с дополнительным теплообменником; на фиг.5 — идеальный цикл двигателя в P=V и Т вЂ” S координатах; на фиг.6 — пример утилизации теплоты выхлопных газов дизеля. 20

Тепловой двигатель (фиг,1) содержит роторный теплообменный аппарат 1, газовую турбину 2 и понижающий редуктор 3.

Роторный теплообменный аппарат 1 выполнен в виде полого цилиндрического корпуса .4(фиг.2), имеющего радиальные перегородки 5, делящие внутреннюю полость корпуса на отдельные камеры 6, в каждой из которых установлены трубки 7, закрепленные в торцевых поверхностях 8 корпуса. Корпус 4 за- 30 ключен в кожух 9 аппарата 1 (фиг.3), причем ось корпуса 4 соединена с понижающим редуктором 3. На кожухе 9 аппарата 1 на-. против торцевых поверхностей 8 корпуса 4 . выполнены попарно патрубки охлаждающей 10 и нагревающей 11 сред с двух сторон, а на боковых поверхностях кожуха 9, обращенных к отдельным камерам 6, установлены подводящие 12 и отводящие 13 патрубки для рабочего тела, соединенные с 40 газовой турбиной 2, Между турбиной 2 и роторным аппара- . том может быть установлен дополнительный теплообменник 14 (фиг,1).

В случае утилизации теплоты выхлопных газов дизеля роторный аппарат 1 через патрубок 11 соединяется с турбокомпрессо.ром 15 дизеля 16. а газовая турбина 2— валом с электрогенератором 17 собствен- 50 ных нужд, Тепловой двигатель работает следующим образом.

Вращательное движение от тазовой турбины 2 передается через понижающий 55 редуктор 3 к полому цилиндрическому корпусу 4 роторного аппарата 1. В камерах 6 находится рабочее тело в твердом состоянии (например, твердый нафталин

С1о Нв С!2.).

Через патрубок 11 падается в роторный аппарат 1 греющий теплоноситель (например, выхлопные ra.çû дизеля). Выхлопные газы проходят внутри камер 6 по трубкам 7 и покидают роторный аппарат 1 через выпускной патрубок 11. Теплота, падвадимэя с выхлопными r азами, передается через стенки трубок 7 твердому нафталину, находящемуся в намерэх 6 между трубками 7,.

Нафталин воэгоняется и переходит в газо- . образное состояние в замкнутом объеме камеры 6. При этом давление газообразного нафталина и его температура возрастают, Вследствие вращения полого цилиндрического корпуса 4 камера в какой то момент сообщается с отводящим патрубком

13. Происходит попеременное соединение каждой камеры 6 с отводящим пэтрубком

13. Газообразный нафталин с высоким давлением и температурой поступает в газовую турбину 2, где происходит выработка механической энергии, отдаваемой потребителю и затрачиваемой на вращение полога цилиндрического корпуса 4.

Газообразный нафталин с низким давлением и температурой из газовой турбины

2 под действием перепада давлений поступает по подводящему патрубку 12 в камеры

6 роторного аппарата 1. Охлаждающая среда (например. атмосферный воздух) по пэтрубку 10 поступает в аппарат 1 и протекает через трубки 7 в камеры 6. расположенные между впускным и выпускным патрубками

10. Так кэк охлаждающий воздух понижает температуру стенок трубок 7, то на их поверхностях происходит переход нафталина из газообразного состояния в твердое с отводом теплоты охлаждающим воздухом, Таким образом, рабочий цикл теплового двигателя при вращении полого цилиндрического корпуса 4 замыкается.

Работа теплового двигателя, представленного на фиг.4, отличается тем, что газообразный нафталин дополнительно подогревается в рекуперативном дополнительном теплообменнике 14, что позволяет более полно утилизировать теплоту выхлопных газов, которые затем выбрасываются в атмосферу.

Таким образом, цикл теплового двигателя представляет собой совокупность следующих термодинамических процессов; 1 - 2изохорный подвод теплоты р в роторном теплаобменном аппарате 1; 2 — 3 — эдиабатное расширение рабочего тела в газовой турбине 2; 3 — 1 — иэобарный отвод теплоты от рабочего тела цр в роторном теплообменном аппарате 1. В случае установки дополнительного теплаобменникэ 14 в цикл теплового двигателя добавляется процесс

1825872

7 7

2-3 — изобарный подвод теплоты.qi к рабочему телу (фиг.5), Для утилизации теплоты выхлопных газов дизеля 16, например, тепловоза выхлопные газы от. турбокомпрессора 15 подводятся через патрубок 11 к роторному аппарату 1, а механическая энергия газовой турбины 2 передается к генератору собственных нужд 17 {фиг.5).

Данный тепловой двигатель обеспечивает следующие преимущества:

1) позволяет использовать низкопотенциальную теплоту для своей работы, например теплоту выхлопных газов двигателя . внутреннего сгорания;

2) упрощает конструкцию, что достигается сведением к минимуму числа элементов установки.

Тепловой двигатель является двигателем с внешним подводом теплоты. Он может работать от любого источника тепловой энергии. При этом подвод теплоты к рабочему телу, например нафталину, может осуществляться либо изохорно, либо изобарно и изохорно. Тепловой двигатель целесообразно использовать в качестве утилизатора низкопотенциальной тепловой энергий, например в качестве привода генератора собственных нужд тепловоза при использовании им теплоты выхлопных газов двигателя тепловоза.

Формула изобретения

1, Тепловой двигатель, содержащий газовую турбину, выходной вал которой сое5 .динен с понижающим редуктором, и источник горячих газов, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью упрощения конструкции при использовании в качестве рабочего тела нафталина, он снабжен роторным теп10 лообменным аппаратом, соединечным с валом газовой турбины через понижающий редуктор и источникам охлаждающей среды, причем вход теплообменного аппарата сообщен с источником горячих газов, а вы15 ход по нагреваемой рабочей среде — с входом газовой турбины

2. Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что ротор теплообменного аппарата

20 выполнен в виде полого цилиндрического корпуса, имеющего радиальные перегород- ки, делящие внутреннюю полость корпуса на отдельные камеры, трубки, установленные в каждой камере и закрепленные в тор25 цевых пбверхностях корпуса, патрубки подвода охлаждающей и греющей среды, расположенные попарно с двух сторон на торцевых поверхностях корпуса и патрубки подвода рабочего тела, размещенные на ба30 ковых поверхностях корпуса и обращенные к камерам.

1825872 .

7 / /Z -,уа

gm юулины г,,п, Маррам н,n„

Хагур&чг йглччАиы ий

Iюдуг

Ьюиомге

Яьхюлныг гахм. гюы,.

4Ъг У

Ра Х

Составитель А.Буянов

Техред М.Моргентал

Корректор Н.Милюкова

Редактор С.Кулакова

Заказ 2309. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„ 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101

c,í,ct, Pm mgpdi Ass Рыскающий

/агфа

Фиг.4