Преобразователь энергии

(71) Уральскийим, С.М.Кироваисследо вательслов72 Ф.М.Че н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,юл. %27политехнический институт и Государственный научнокий институт цветных метал-.) р омуров, В.В.Мечев, М,Б.Булавин, Ф,С.Югай, В.А.Никулин и О.Г.Еремин (56) Авторское свидетельство СССР 1 Ф 721546, кл. Р 01 В 23/08, 1977.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к металлургической и химической промышленности и может быть использовано, например, для преобразования тепловой энергии в механическую (кинетическую и потенциальную) при перекачивании жидкостей. Цель изобретения - обеспечение регулирования ди-. апазона рабочих параметров. Устройство(51) 5 Р 01 В 23/08, Е работает следующим образом. С помощью переключателя 8, например, левой дополнительной камеры 10 замыкается электрическая цепь и происходит нагревание жидкости в камере 10 и ее нагнетание через нагнетательный клапан клапанной коробки 6, Одновременно происходит нагрев рабочего тела 2 в герметичной камере 1 через ее теплопроводные неподвижные стенки 4. Давление в камере 1 повышается, подвиж. ная стенка 3 перемещается и размыкает электрическую цепь. В камере 10 происходит конденсация пара, понижение давления и, следовательно, всасывание жидкости в камеру 10 через всасывающий клапан клапанной коробки 6. В результате камера 1 охлаждается, давление падает и подвижная стенка 3 перемещается обратно, электрическая цепь замы кается. Цикл повторяется.2 ил.Изобретение относится к устройствамдля преобразования тепловой энергии в механическую и может быть использовано вхимической и металлургической промышленности. 5Известен преобразователь энергии, содержащий корпус с камерой, ограниченнойподвижной стенкой и заполненной рабочимтелом, В камере с рабочим телом расположен теплопроводный стержень, связанный 10с источником теплоты.Недостатком известного устройства является невозможность регулирования параметров рабочего тела,Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь энергии, содержащий корпус, клапанную коробку,герметичные камеры, заполненные рабочим телом и ограниченные подвижной и неподвижной стенками, электрические 20сопротивления, переключатели и источниктока.Разделение герметичной камеры насекции и поочередное подключение размещеннь 1 х в их полостях электрических сопротивлений к источнику тока позволяетосуществить регулирование параметров рабочего тела, однако диапазон регулирования по-ирежнему мал в основном из-заограниченности расстояния, на которое 30возможно перемещение подвижных стенокгерметичных камер, чтов свою очередь ограничивает верхний предел мощности преобразователя энергии.Целью изобретения является обеспечение регулирования диапазона рабочих параметров,Указанная цель достигается тем, чтопреобразователь снабжен по меньшей мередвумя дополнительными камерами, каждая 40из которых разделена вертикальной перегородкой на две сообщающиеся между собойполости неравного объема, подвижныестенки герметичных камер снабжены электроконтактами и расположены вне полости 45дополнительных камер, э неподвижныестенки - внутри полостей большего объемадополнительных камер, при этом внутрикаждой полости меньшего объема установлены электрические сопротивления, подключенные к элек 1 роконтэктам подвижныхстенок и источнику тока через переключатели, а дополнительные камеры сообщены по-,парно между собой и с клапанной коробкойпосредством патрубков с регулируемым 55проходным сечением,На фиг.1 показан преобразователь энергии, общий вид, на фиг,2 - термодинамический цикл преобразователя энергии. Устройство состоит из герметичных камер 1, заполненных рабочим телом 2 и ограниченных подвижной стенкой 3 и неподвижными стенками 4, электроконтактов 5, клапанной коробки 6, электрических сопротивлений 7, переключателей 8, источника 9 тока, дополнительных камер 10, стационарных перегороддк 11, патрубков 12 с регулируемым проходным сечением,Преобразователь энергии работает следующим образом,На электрическом сопротивлении 7 с помощью переключателя 8, например левой дополнительной камеры 10, и источника 9 тока выделяют тепловую энергию, которая преобразуется в механическую энергию нагнетания жидкости за счет изменения ее агрегатного состояния (кипения) в объеме дополнительной камеры 10, ограниченном стационарной перегородкой 11 и последующей конденсации пара на стенках герметичной камеры 1, дополнительной камеры 10 и перекачиваемой жидкости, поступающей в дополнительную камеру и вытесняемую из нее через патрубки 12 с регулируемым проходным сечением,После того, как жидкость из дополнительной камеры 10 будет вытеснена через нагнетательные клапаны клапанной коробки 6 за счет избыточного давления пара рабочее тело 2 в герметичной камере 1 также изменяет свое агрегатное состояние. Необ- ходимая для этоФ теплота передается от пара перекэчиваемой жидкости теплопроводностью через неподвижные стенки герметичной камеры, что приводит к вскипанию рабочего тела и к увеличению давления в герметичной камере, перемещению подвижной стенки 3 и размыканию злектроконтактов 5 переключателя 8. В результате от источника 9 тока отключается электрическое сопротивление 7, подвод тепловой энергии прекращается, пар конденсируется на относительно холодных стенках дополнительной камеры, всасывающие клапаны клапанной коробки 6 открыва-. ются, процесс конденсации еще более ускоряется на холодных порциях жидкости, .поступающей в объем дополнительной камеры 10. Количество поступающей жидкости на линиях всасывания и нагнетания изменяется с помощью патрубков 12 с регулируемым проходным сечением,После того, как относительно холодная перекачиваемая жидкость заполнит объем, кипение рабочего тела в герметичной камере 1 прекращается, пар конденсируется в основном на неподвижных стенках 4 герметичной камеры 1, давление падает, подвижная стенка 3 возвращается в исходное1749490 состояние, контакты переключателя 8 замыкаются, через электрическое сопротивление протекает определенное время ток, выделяется теплота, процесс повторяется. Аналогично работает и правая часть.Идеальный термодинамический циКл преобразователя энергии представлен на фиг,2 в Р - Ч и Т-Я координатах:1-2 - электросопротивления подключе- ны к источнйку тока. За счет испарения пе.рекачиваемой жидкости в меньшей по объему секции в дополнительной камере растет давление при постоянном объеме (процесс изохорный Ч=сопм);2-3 - срабатывает нагнетательный кла пан клапанной коробки, происходит нагнетание при постоянном давлении и соответствующей ей температуре насыщения (процесс изобарный Рг=сопз 1, Тнг=сопз 1), жидкость вытесняется и 3 дополнительной камеры;3-4 - электрическое сопротивление от-ключено от источника тока;происходит конденсация пара в дополнительной емкости, давление падает (процесс изохорный Ч=сопз 1);4 - 1 - срабатывает всасывающий клапан, происходит конденсация пара на относительно холодных порциях жидкости (Я 1=сопзт, Тн 1=сопз).Площадь под кривой процесса в Т - Я координатах графически изображает количество подведенной или отведенной теплоты.Предполагая, что в изохорных процессах 1-2 и 3-4 количество теплоты, подведенной к жидкости и отведенной от нее, равны и противоположны по знаку, выражение для коэффициента полезного действия преобразования электрической энергии в механическую можно получить исходя из следующих рассуждений: 5 10 20 25 30 35 40 тем изменения проходного сечения 45 1Тнг ЬЯг50 работы дополнитеЛьной камеры (фиг.2).55 Снабжение подвижных стенокгерметичных камер электроконтактами и расположение Ц 1=Тн 1Ь Я 1; Цг=ТнгЛ Я 2.Ч 92 ,ц 1 Тн 2 Ь 32 - Тн 1Л 81 Чг ТН 2ЬЯ 2 Учитывая, что процессы 1-2 и 3 - 4 изохорические, тоРг, ф РзЬЯд =Счп ,Яч =Суп уР 1 Р 4так Как Р 1=Р 4, Р 2 РЗ,тО Ь Яч = Ь Яч Тогда для данного случая д = 1 -- .ТН 1 ТН 2 Изменяя значение Рг, Р 1 и соответствующие им значения Тн 2 и Тн 1, получают различные значенйя 1, т,е. различную степень преобразования электрической (тепловой) энергии в механическую.П р и м е р. Если давление в линии нагнетания Р 2=10 10 Па (Тнг=453 К), а всасывание происходит прй давлении Р 1=0,7 х х 10 Па(Тн 1=36 ЗК),тогда(1 )1 ОО гО А Таким образом, в механическую энергию преобразуется 20 подведенной электрической энергии. Остальная часть энергии, выделившаяся на электрическом сопротивлении, расходуется на нагревание прокачиваемой жидкости и потери в окружающую среду. С ростом давления в линии нагнетания степень преобразования электрической энергии в механическую растет.Снабжение герметичных камер по меньшей мере двумя дополнительными камерами, каждая из которых разделена вертикальной перегородкой на две сообщающиеся между собой полости неравного объема, и рэзмещение внутри каждой полости меньшего объема электрических сопротивлений, подключенных к электроконтактам подвижных стенок и источнику тока через переключатели, обеспечивает возможность регулирования параметров работы преобразователя энергии в широком диапазоне по давлению и производительности перекачиваемой жидкости. Широкие пределы регулирования указанных параметров обеспечиваются также пупатрубков и установкой соответствующих давлений срабатывания всасывающих и нагнетательных клапанов клапанной коробки. Расположение неподвижных стенок герметичной камеры, заполненной рабочим телом внутри соответствующей полости дополнительных камер, позволяет путем изменения площади боковой поверхности стенок осуществлять управление давлением в герметичной камере и, следовательно, управлять режимом движения подвижной стенки, регулируя тем самым время срабатывания переключателя и частоту круговых циклових вне полости дополнительных хамер позволяет осуществлять включение и выклю-, чение электрического сопротивления в зависимости от давления в дополнительной1749490 оставитель А. Шпараехред М,Моргентал едактор А. Мотыль ректор О. Ципл Заказ 2576 Тираж Подписное ВНИИПИ государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 камере и соответствующего ему давления в герметичной камере, заполненной рабочим телом.Промежуток времени, втечение которого заполняется полость каждой из дополнительных камер перекачиваемой жидкостью и связанная с ним мощность преобразователя энергии, может изменяться в широких пределах не только с помощью патрубков с регулируемым проходным сечением, подбором рабочего тела, степенью заполнения им герметичных камер, величиной площади боковой поверхности неподвижных стенок, но и изменением геометрических размеров дополнительных камер. Кроме указанных параметров, пределы регулирования рабочих параметров существенным образом расширяются за счет измеменения мощности, выделяемой на электрических сопротивлениях, изменения числа дополнительных камер и способа их подключения друг к другу и клапанной коробке.Формула изобретения Преобразователь энергии, содержащий герметичные камеры, частично заполненные рабочим телом и ограниченные подвижной и неподвижной стенками, клапанную коробку, размещенную между камерами, электрические сопротивления и источник 5 тока, отличающийся тем,что,сцельюобеспечения регулирования:диапазона рабочих параметров, преобразователь снабжен по меньшей мере двумя дополнительными камерами, каждая 10 из которых разделена, вертикальнойперегородкой на две сообщающиеся полости неравного объема, подвижные стенки герметичных камер снабжены электроконтактами и расположены вне полости допол нительных камер, а неподвижные стенки -внутри полостей большего обьема дополнительных камер, при этом в каждой полости меньшего объема установлены электрические сопротивления, подключенные к элек троконтактам подвижных стенок иисточнику тока через переключатели, а дополнительные камеры сообщены попарно между собой и с клапанной коробкой посредством патрубков с регулируемым про ходным сечением.