Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
HEAT ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/030518
Kind Code:
A1
Abstract:
A heat engine consisting of two reservoirs which are arranged in areas with a different environmental temperature, said reservoirs containing a working fluid, the boiling point of which is lower than the temperature of the environment in which the first reservoir is located and higher than the temperature of the environment in which the second reservoir is located; furthermore, at least one connecting pipe with a different inlet and outlet diameter and at least one rebound valve is located between the reservoirs; furthermore, at least one turbine is located in the reservoirs, the rotor of which turbine is kinematically connected to at least one device which is arranged outside the reservoirs and is intended for solving a specific task; and a heat-insulating layer is additionally located between the reservoirs.

Inventors:
BRUSOV, Andrii Igorovych (pr-t Kosmonavta Komarova, 12-47misto Kyiv, 03124, UA)
Application Number:
UA2016/000013
Publication Date:
February 23, 2017
Filing Date:
February 02, 2016
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
BRUSOV, Andrii Igorovych (pr-t Kosmonavta Komarova, 12-47misto Kyiv, 03124, UA)
International Classes:
F01K11/02
Domestic Patent References:
WO2012004738A12012-01-12
Foreign References:
SU1765484A11992-09-30
US4471621A1984-09-18
US3845628A1974-11-05
RU2339845C12008-11-27
Attorney, Agent or Firm:
ORTYNSKA, Mariya Yuriivna (a/ya 17, Kyiv-45, 03045, UA)
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА

1. Тепловой двигатель, состоящий из двух резервуаров, расположенных в зонах с различной температурой окружающей среды, содержащие рабочее тело, температура кипения которого ниже, чем температура окружающей среды, в которой размещен первый резервуар, и выше температуры окружающей среды, в которой размещен второй резервуар, кроме того, между резервуарами размещен по меньшей мере один штуцер с различными входным и выходным диаметрами и по меньшей мере один клапан обратного хода, кроме того, в резервуарах размещена по меньшей мере одна турбина, ротор которой кинематически соединен с по меньшей мере одним устройством, расположенным за пределами резервуаров и предназначенным для решения специфической задачи, дополнительно между резервуарами размещен теплоизоляционный слой.

2. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве устройства используют двигатели и/или генераторы.

3. Тепловой двигатель по п. 2, отличающийся тем, что используют генераторы на постоянных неодимовых магнитах.

4. Тепловой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что рабочим телом являются простые эфиры или фреоны с температурами кипения, примерно, до 60° С.

Description:
Тепловой двигатель

Полезная модель относится к двигателям объемного расширения и может быть использована для получения механической или других видов энергии в энергетике, на транспорте и других отраслях промышленности.

Известны различные конструкции тепловых двигателей, для работы которых требуется искусственный нагрев. Есть, тепловые двигатели, которые не требуют искусственного нагрева, но от таких двигателей достаточно сложно получить необходимую мощность.

Известно о двигателе внешнего сгорания Стирлинга [см. "Большая Советская Энциклопедия", издание третье, в 1976 г., Том 24 I, стр. 520], в котором рабочим телом является гелий или водород (под давлением 100-140 кгс/см 2 ), которое находится в замкнутом пространстве и во время работы не заменяется, а только меняет объем при нагревании и охлаждении. Недостатком этого двигателя есть сложность его конструкции, ненадежность уплотнений, а также высокая стоимость двигателя. Кроме того, такой двигатель нельзя использовать без основательной переработки его конструкции для получения механической энергии из тепловых источников с низкой температурой, например из природных источников.

Известный тепловой двигатель [RU 2116488, МПК F02G1/04, опубл. 27.07.1998], содержащий две замкнутые емкости с клапанами, в которых размещены постоянные порции жидкого рабочего тела. Замкнутые емкости соединены между собой источником отбора мощности и поочередно получают то тепло при закрытом клапане, то холод - при открытом. Изменение источников тепла и холода происходит в начале открытия клапана в горячей замкнутой емкости.

Недостатком данного двигателя является достаточно большие потери тепла, обусловливающие его низкий КПД.

Известный жидкостный тепловой двигатель [UA 41562А, МПК

F01B19/02. опубл. 17.09.2001], содержащий емкость для рабочей жидкости, подогреватель рабочей жидкости, подключенный к емкости преобразователь потенциальной энергии рабочей жидкости в полезную работу. Емкость для рабочей жидкости выполнена в виде металлического корпуса- теплообменника, внутри которого установлен подогреватель рабочей жидкости в виде трубчатого теплообменника.

К недостаткам такой конструкции относится невозможность нагрева жидкости до температуры выше критической, при которой начинается процесс преобразования жидкости в газ. Это обусловлено тем, что замкнутый металлический корпус не выдерживает очень высокого давления, которое возникает в результате расширения жидкости при нагревании. Поэтому жидкость нагревается до низкой температуры и более безопасной, а при таких условиях ее потенциальная энергия невысока, и, соответственно, КПД такого двигателя низкий.

Задачей полезной модели является совершенствование жидкостного теплового двигателя путем использования такой совокупности конструкционных элементов и материалов, в результате чего достигается максимально высокий коэффициент полезного действия в сочетании с высокими потребительскими свойствами.

Поставленная задача решается тем, что согласно полезной модели, жидкостный тепловой двигатель, состоящий из двух резервуаров, расположенных в зонах с различной температурой окружающей среды, содержащие рабочее тело, температура кипения которого ниже, чем температура окружающей среды, в которой размещен первый резервуар и выше температуры окружающей среды, в которой размещен второй резервуар, кроме того, между резервуарами размещен по меньшей мере один штуцер с различными входным и выходным диаметрами и по меньшей мере один клапан обратного хода, кроме того, в резервуарах размещена по меньшей мере одна турбина, ротор которой кинематически соединен по меньшей мере с одним устройством, расположенным за пределами резервуаров и предназначенным для решения специфической задачи, дополнительно между резервуарами размещен теплоизоляционный слой.

Автором полезной модели доказана целесообразность использования именно двигателей и генераторов различных типов и различного назначения как устройство, кинематически связанное с валами турбин, кроме того, было доказано, что использование генераторов именно на постоянных неодимовых магнитах является целесообразным благодаря наличию эффекта магнитной левитации, который минимизирует потери от трения, а также при подключении нагрузки, например АКБ, использование такого типа генератора значительно уменьшает торможение при возникновении против ЭДС.

Также автором были проведены эксперименты, которые обнаружили целесообразность использования простых эфиров и фреонов в качестве рабочего тела благодаря их низким температурам кипения, преимущественно от 20° С до 60° С. Например, первая окружающая среда - рука человека.

Благодаря тому, что температура кипения рабочего тела ниже температуры окружающей среды, в которой размещен первый резервуар, и выше температуры окружающей среды, в которой размещен второй резервуар, рабочее тело в процессе кипения превращается в парообразное состояние и вытесняется во второй резервуар, где действует на лопасти турбин сначала в парообразном, а затем в конденсированном состоянии.

С термодинамики известно, что давление, температура и объем идеального газа взаимосвязаны и следуют закону PV = vRT, где:

Р - давление газа; V - объем газа;

v - количество молей газа;

R - универсальная газовая константа;

Т - температура газа в Кельвинах.

Это означает, что при нагревании газа его объем увеличивается, а при охлаждении - уменьшается. Это свойство газов и лежит в основе работы заявляемого устройства, но с поправкой на использование жидкостей, имеющих низкую температуру кипения.

Цикл заявляемого двигателя состоит из четырех фаз и разделен двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от теплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в резервуарах. При этом изменяется давление, за счет чего можно получить полезную работу. Кроме того, использование штуцеров с входными и выходными диаметрами большой разницы позволяют дополнительно увеличить полезную работу, направленную на лопасти турбин, увеличивая скорость и инерционность их вращения.

Основными преимуществами теплового двигателя Брусова являются: - тепловой двигатель Брусова может работать от почти любого перепада температур: например, между различными слоями воды в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печи и т. п.;

- простота конструкции - конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как, например, газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не требует стартера. Его характеристики позволяют избавиться коробки передач;

- увеличенный ресурс - простота конструкции, отсутствие многих «нежных» узлов позволяет двигателю обеспечить небывалый для других двигателей запас работоспособности в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы;

- экономичность - для утилизации некоторых видов тепловой энергии, особенно при небольшой разнице температур, часто оказываются наиболее эффективными видами двигателей. Например, в случае преобразования в электричество солнечной энергии такой двигатель может иногда дать больший КПД (до 31,25%), чем тепловые машины на пару;

- экологичность - двигатель Брусова не имеет выхлопа, а значит уровень его шума гораздо меньше, чем в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Имеет предельно низкий уровень вибраций, сам по себе не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не тратит рабочее тело, то есть система замкнута. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания. В ДВС полнота сгорания топлива зависит от соответствия химического состава топлива физическим параметрам ДВС.

Суть полезной модели объясняется следующим чертежам:

где: 1 - первый резервуар, 2 - второй резервуар, 3 - среда 1, 4 - среда 2, 5 - рабочее тело, 6 - штуцер, 7 - клапан обратного хода, 8, 8а, 86 - турбины, 9 - устройства, кинематически связанные с валами турбин, 10 теплоизоляционный слой.

Жидкостный тепловой двигатель работает следующим образом: При размещении резервуаров (1) и (2) в средах (3) и (4) рабочее тело (5) в первом резервуаре (1) начинает кипеть и переходит в газообразное состояние, при этом при движении вверх действует на лопасти турбин (8), далее через штуцер (6) с повышением давления переходит во второй резервуар (2), где действие вращает лопасти турбин (8а). За счет разницы температур окружающей среды (4) и рабочего тела (5) оно конденсируется, при этом благодаря силе притяжения конденсат падает на лопасти турбин (86). Валы турбин кинематически соединены и передают вращательное движение на устройство (9).

Таким образом, специальная конструкция заявляемого устройства обеспечивает достижение технического результата, заключающийся в получении более высокого КПД при минимальных затратах, кроме того, устройство не требует использования не возобновляемых источников энергии.

Заявляемое устройство имеет высокую надежность, удобство, длительный срок службы, экономичность и эксплуатационную безопасность.