Устройство для использования тепловой энергии окружающей среды

 

Изобретение предназначено для использования в области энергетического машиностроения и может быть применено при создании холодильных установок, систем кондиционирования или отопления помещений в целях повышения их эффективности. Устройство для использования тепловой энергии окружающей среды содержит котел и газонаполненные внешние цилиндры с поршнями. При этом котел имеет внутренний нагревательный цилиндр с подвижной перегородкой, а газонаполненные внешние цилиндры оснащены теплообменными радиаторами, прикреплены к котлу через теплоизолирующие прокладки, расположены с противоположных сторон от внутреннего нагревательного цилиндра и сообщены с ним. Причем поршни внешних цилиндров соединены с коленчатым валом двигателя с обеспечением работы в противоположных фазах для циклического сжатия и расширения газа во внешних цилиндрах. Устройство может быть снабжено роторной машиной, связанной с коленчатым валом двигателя, для преобразования тепловой энергии котла в механическую энергию вращения коленчатого вала. Конструкция устройства позволяет повысить КПД, экологичность и надежность работы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение предназначено для использования в области энергетического машиностроения и может быть применено при создании холодильных установок, систем кондиционирования или отопления помещений в целях повышения их эффективности.

Известен тепловой двигатель, содержащий по крайней мере один корпус с размещенной в нем частично заполненной легкокипящей текучей средой рабочей камерой (котлом) с размещенными в ее противоположных концах зонами испарения и конденсации и жесткими торцевыми стенками, одна из которых выполнена подвижной, а другая, расположенная в зоне испарения, покрыта изнутри капилярно-пористым слоем, при этом двигатель дополнительно снабжен кривошипно-шатунным механизмом, связанным с подвижной стенкой, последняя выполнена в виде поршня, боковая стенка камеры – в виде вертикально установленного цилиндра, а зона испарения размещена в его верхней части (см. авторское свидетельство СССР № 1449701 А1, МПК 7 F 03 G 7/00, 07.01.1989).

Данный тепловой двигатель имеет сложную конструкцию, низкие КПД и надежность работы.

Задачей изобретения является повышение КПД, экологичности и надежности работы, при этом устройство обеспечивает преобразование тепловой энергии из окружающей среды и характеризуется простотой конструкции и невысокой трудоемкостью изготовления.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для использования тепловой энергии окружающей среды содержит котел и газонаполненные внешние цилиндры с поршнями, при этом котел имеет внутренний нагревательный цилиндр с подвижной перегородкой, а газонаполненные внешние цилиндры оснащены теплообменными радиаторами, прикреплены к котлу через теплоизолирующие прокладки, расположены с противоположных сторон от внутреннего нагревательного цилиндра и сообщены с ним, причем поршни внешних цилиндров соединены с коленчатым валом двигателя с обеспечением работы в противоположных фазах для циклического сжатия и расширения газа во внешних цилиндрах. Устройство может быть также снабжено роторной машиной, связанной с коленчатым валом двигателя, для преобразования тепловой энергии котла в механическую энергию вращения коленчатого вала.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически представлен вид сбоку на устройство, на фиг.2 – вид снизу. Штрихпунктирными линиями выделена роторная машина, которой может быть оснащена установка для преобразования тепловой энергии котла в механическую энергию.

Устройство для использования тепловой энергии окружающей среды содержит силовой вал 1, поршни 2, теплоизолирующие прокладки 3, паровой котел 4, теплообменные радиаторы 5, внешние цилиндры 6, внутренний цилиндр 7, подвижную перегородку 8, герметичный гибкий рукав 9, неподвижный дугообразный держатель 10, ролики 11, маховое колесо 12, привод 13, раму 14, корпус 15 и коленчатый вал 16.

В корпусе 15 с помощью подшипников установлены валы, обеспечивающие свободное качание узла парового котла 4 с двумя внешними цилиндрами 6 и соединяющей поршни 2 рамой 14, а также вращение махового колеса 12 на силовом валу 1 и коленчатого вала 16. Согласованное движение поршней 2 левого и правого внешних цилиндров 6 осуществляется с помощью рамы 14. На фиг.2 поршни 2 и подвижная перегородка 8 показаны в крайнем правом положении, а на фиг.1 - в крайнем левом положении. На фиг.2 условно показаны теплообменные радиаторы 5, которыми снабжены внешние цилиндры 6 для повышения эффективности использования тепловой энергии окружающей среды. Подвижная перегородка 8 в цилиндре 7 котла 4 перемещается под действием давления газа (воздуха), находящегося справа и слева от перегородки 8 во внешних цилиндрах 6. Внешние цилиндры 6 сообщаются с внутренним цилиндром 7 котла 4 и крепятся через теплоизолирующие прокладки 3. Привод 13 связывает силовой вал 1 с коленчатым валом 16. В состав роторной машины входят герметичный гибкий рукав 9, закрепленный на неподвижном дугообразном держателе 10, взаимодействующие элементы, выполненные в виде роликов 11 и закрепленные на маховом колесе 12.

Устройство работает следующим образом.

При увеличении объема газа за счет перемещения поршня 2 во внешнем цилиндре 6 происходит резкое уменьшение температуры газа. Одновременно с этим перемещение подвижной перегородки 8 во внутреннем цилиндре 7 выводит охлаждающийся объем газа за пределы котла 4. Происходящее при этом охлаждение внешнего цилиндра 6 с теплообменными радиаторами 5 дает возможность получить тепловую энергию из окружающей среды. При обратном движении поршня 2 происходит сжатие подогретого за счет окружающей среды газа и резкое возрастание его температуры. Одновременно с этим перемещение подвижной перегородки 8 вводит разогревающийся за счет сжатия объем газа во внутренний цилиндр 7 котла 4. Тепловая энергия газа через цилиндр 7 разогревает воду (или другую жидкость) в котле 4, который может быть подключен к отопительной системе. Если установка оснащена роторной машиной для преобразования тепловой энергии котла 4 в механическую энергию, как это показано на фиг.2, то в этом случае образующийся в котле 4 пар поступает в герметичный гибкий рукав 9, закрепленный на неподвижном дугообразном держателе 10. Взаимодействующие элементы, выполненные в виде роликов 11, перемещаются вместе с местами пережима рукава 9 под действием давления рабочего тела. Часть тепловой энергии, преобразованной в механическую энергию вращения махового колеса 12 на силовом валу 1, расходуется на создание дополнительного крутящего момента.

Таким образом, использование тепловой энергии окружающей среды во время рабочего хода цикла установки, дающее экономию энергии внешнего источника, непрерывность процесса, простота и легкость конструкции обеспечивают решение поставленной задачи.

Диапазон давления газа в цилиндрах 6, их объемы и температурные режимы работы в зависимости от решаемых задач могут регулироваться в широких пределах. Соответственно, мощность устройства в целом и режим его работы могут варьироваться в зависимости от технических требований.

Вместо роторной машины для преобразования тепловой энергии котла 4 в механическую энергию может использоваться любое другое устройство аналогичного назначения.

Формула изобретения

1. Устройство для использования тепловой энергии окружающей среды, содержащее котел и газонаполненные внешние цилиндры с поршнями, при этом котел имеет внутренний нагревательный цилиндр с подвижной перегородкой, а газонаполненные внешние цилиндры оснащены теплообменными радиаторами, прикреплены к котлу через теплоизолирующие прокладки, расположены с противоположных сторон от внутреннего нагревательного цилиндра и сообщены с ним, причем поршни внешних цилиндров соединены с коленчатым валом двигателя с обеспечением работы в противоположных фазах для циклического сжатия и расширения газа во внешних цилиндрах.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено роторной машиной, связанной с коленчатым валом двигателя, для преобразования тепловой энергии котла в механическую энергию вращения коленчатого вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2