Устройство для преобразования низкотемпературного тепла в механическую энергию

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛА В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ(71) Заявитель Шубенок Иван Григорьевич(72) Автор Шубенок Иван Григорьевич(73) Патентообладатель Шубенок Иван Григорьевич(57) Устройство для преобразования низкотемпературного тепла в механическую энергию вращения, представляющее собой вал с симметрично расположенными на нем средствами создания вращающего момента, отличающееся тем, что на валу, расположенном на границе жидкой и газообразной сред с разными температурами, закреплен полый герметичный барабан с герметичными камерами переменного объема со стенками гофрированной формы, частично заполненными легкокипящим составом с возможностью его стекания в нижнюю часть камеры, что смещает общий центр тяжести всего устройства и создает момент на валу с одновременным использованием выталкивающей силы воды и гравитационного поля Земли.(56) 1. Патент 2122140 С 1, 23.07.97, МПК 603 7/05, 7/06 / Б.Ф.Кочетков. Экологически чистая силовая установка. 2. Патент 2041390 С 1, 16/04/92, МПК 603 7/06 / Б.Ф.Кочетков. Способ прямого преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращения и устройство для его осуществления Б.Ф. Кочеткова. 3. Патент 2022166 С 1, 07.10.92, МПК 503 7/06 / В.Г.Вохмянин. Тепловой двигатель. Устройство относится к тепловым машинам или двигателям и предназначено для преобразования низкотемпературной тепловой энергии в механическую энергию вращения за счет совместного использования выталкивающей силы воды и гравитационного поля Земли. Область использования энергетика и энергоустановки предприятий в качестве средства энергосбережения путем дополнительного извлечения энергии из низкотемпературного тепла, сбрасываемого преимущественно в водоемы, пруды-охладители, градирни,а также как отдельная установка, например для использования геотермальных источников тепла. Известна экологически чистая силовая установка, предназначенная для получения механической энергии вращения за счет комплексного использования разности температур морской воды на разных ее уровнях, гравитационного взаимодействия и гидростатических сил 1. Установка содержит ротор с теплочувствительными приводами в виде пластин из нитинола, связанными с грузами и/или поплавками с возможностью их одновременного перемещения в противоположных радиальных направлениях относительно оси ротора при изменении температуры. Для обеспечения разности температур используется трубопровод, опущенный в нижние холодные слои воды 1. Недостатком этого устройства являются большое количество подвижных деталей и наличие большого количества нитиноловых пластин, что снижает надежность работы устройства и усложняет его изготовление. Известно также устройство прямого преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращения 2, когда ротор размещают с возможностью свободного вращения на горизонтальном валу. По окружности ротора установлены грузы посредством теплочувствительных связей, выполненных в виде термобиметаллических элементов, которые обеспечивают перемещение грузов с возможностью их возвратно-поступательного движения в радиальных направлениях, обеспечиваемое изменением температуры при вращении ротора 2. Недостатками указанного способа и реализующего его устройства являются малый крутящий момент вследствие работы термочувствительных связей вблизи оси ротора в условиях небольшой разности температур и сложность их изготовления. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является тепловой двигатель 3, содержащий вал с радиально установленными штоками поршней, размещенных в цилиндрах, рабочие полости которых заполнены жидким легкокипящим рабочим телом,заключенным в эластичные капсулы. Рабочие полости цилиндров дополнительно заполнены жидкостью, температура кипения которой выше температуры кипения рабочего тела, при этом штоки поршней подпружинены 3. Сложность конструкции поршня и большие потери полезной энергии на преодоление неизбежного трения в них являются недостатками этого теплового двигателя. В основу устройства положена задача повышения эффективности преобразования низкотемпературной тепловой энергии в механическую энергию путем повышения его КПД,упрощения конструкции и повышения надежности. Преимуществом устройства является простота конструкции, отсутствие трущихся поверхностей и широкая область применения. 2 47612008.10.30 Сущность устройства состоит в том, что оно позволяет преобразовать низкотемпературное тепло в механическую энергию вращения за счет того, что на валу, расположенном на границе жидкой и газообразной сред с разными температурами, закреплен полый герметичный барабан с герметичными камерами переменного объема со стенками гофрированной формы, частично заполненными легкокипящим составом с возможностью его стекания в нижнюю часть камеры, что смещает общий центр тяжести всего устройства и создает момент на валу с одновременным использованием выталкивающей силы воды и гравитационного поля Земли. На чертежах представлена схема предлагаемого устройства. Устройство на фиг. 1 состоит из герметичного полого барабана (1), установленного на горизонтально ориентированном валу (2) с возможностью вращения, и симметрично закрепленных на барабане камер (3) переменного объема. Вал устройства располагают примерно на границе двух сред 1 (газ, воздух) и 2 (жидкость, вода). Температура среды 2 Т 2 больше температуры среды 1 1 (Т 2 Т 1). Барабан (1) установлен в желобе или канале,отводящем низкотемпературное тепло от технологической установки или геотермального источника. Каждая камера (3) представляет собой герметичный сосуд, состоящий их двух частей. Внешняя по отношению к поверхности барабана часть камеры (3) выполнена в виде сосуда со стенками гофрированной формы, способного изменять свой объем при изменении давления внутри него за счет удлинения стенок (фиг. 2). Внутренняя часть камеры (3) представляет собой трубу (4) с емкостью на конце (5), позволяющую перемещаться сконденсировавшейся жидкости ближе к валу (2), т.е. центру тяжести устройства. Количество камер (3) определяется расчетным путем, исходя из размеров барабана (1), самих камер (3) и разности температур сред. Внутренняя полость камеры (3) заполнена легкокипящим составом, температура кипения которого Т с учетом потерь теплопередачи в стенках камеры (3) должна быть ниже Т 2 и выше 1. (12). При погружении камеры (3) в среду 2 состав нагревается и начинает кипеть, что приводит к увеличению давления и, следовательно, объема этой камеры (3). Увеличение объема тела при сохранении его массы неизменной вызывает увеличение силы, стремящейся вытолкнуть его на поверхность. Эта сила передается на вал (2), который начинает вращаться (фиг. 1). Состав переходит в газообразную фазу и равномерно распределяется по всему объему камеры (3), а не стекает вниз в виде жидкости, что приводит к смещению центра тяжести устройства и, следовательно, к увеличению крутящего момента на валу (2) за счет гравитационной силы Земли. Оказавшись в среде 1, камера (3) остывает, состав переходит в жидкую фазу, что вызывает снижение давления и, следовательно, уменьшение объема камеры (3). При этом состав переходит в жидкую фазу и стекает в нижнюю часть камеры (3), что смещает центр тяжести всего устройства и создает дополнительный момент на валу (2). Через определенное время эта камера (3) опять попадает в среду 2, где начинает нагреваться, и цикл повторяется. Скорость вращения вала (2) подбирается для максимального использования описанных эффектов. Полезная мощность отбирается от вращающегося вала (2) любым из известных способов, т.е. может приводить в движение электрический генератор (6), насос или другой механизм. Общий вид устройства показан на фиг. 1, вид спереди, и на фиг. 2, вид с боку. На фиг. 3 изображено сечение с разрезом камер (3) на разных фазах их нагрева с изменением объема и наполнения жидкой фазой состава. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4