RU1776824C

RU1776824C - Steam-liquid engine

Info

Publication number: RU1776824C
Application number: SU914902633A
Authority: RU
Inventors: Иван Тимофеевич Атманов
Original assignee: И. Т. Атманов
Priority date: 1991-01-16
Filing date: 1991-01-16
Publication date: 1992-11-23

Abstract

Сущность изобретени - испаритель совмещен с клапанным гидравлическим насосом дл перекачки гор чей жидкости и выполнен в виде теплоизолированной полости с отверстием в основании, соединенным с парожидкостным каналом. В нижней части боковой стенки насоса расположен входной патрубок, к вершине конической крышки присоединен выходной патрубок. В полости насоса установлена упруга мембрана, жестко закрепленна по периметру корпуса с образованием полости испарител переменного объема. Часть объема заполнена смесью пара рабочей жидкости и неконденсирующихс в диапазоне рабочих температур газов. Холодильник выполнен в виде двух вертикально установленных коакси- альныхтруб. Нижний конец внутренней трубы подсоединен к всасывающей трубе большего сечени с образованием канала U-образной формы. Нижний конец наружной трубы подсоединен к нагнетательной трубе меньшего сечени с образованием канала U-образной формы. Верхний участок внутренней трубы выполнен в виде конуса, вершина к-рого расположена на входе в испаритель . 1 ил.SUMMARY OF THE INVENTION The evaporator is combined with a hydraulic valve pump for pumping hot liquid and is made in the form of a thermally insulated cavity with an opening in the base connected to a vapor-liquid channel. An inlet pipe is located in the lower part of the side wall of the pump; an outlet pipe is attached to the top of the conical cover. An elastic membrane is installed in the pump cavity, which is rigidly fixed along the perimeter of the housing with the formation of a variable-volume evaporator cavity. Part of the volume is filled with a mixture of steam of a working fluid and non-condensing gases in the range of working temperatures. The refrigerator is made in the form of two vertically mounted coaxial pipes. The lower end of the inner pipe is connected to a larger suction pipe to form a U-shaped channel. The lower end of the outer pipe is connected to a smaller discharge pipe to form a U-shaped channel. The upper section of the inner pipe is made in the form of a cone, the top of which is located at the entrance to the evaporator. 1 ill.

Description

Изобретение относитс к теплотехнике и гидравлике, а именно к устройствам дл преобразовани тепловой энергии в механическую энергию колебаний жидкости, и может найти применение в малой энергетике в качестве привода насосов.The invention relates to heat engineering and hydraulics, in particular to devices for converting thermal energy into mechanical energy of fluid oscillations, and may find application in low energy as a pump drive.

Известен парожидкостный двигатель, содержащий последовательно соединенные испаритель, парожидкостный канал, холодильник и нагнетательно-всасывающую трубу со всасывающим и нагнетательным патрубками и размещенными на них обратными клапанами.Known vapor-liquid engine containing a series-connected evaporator, vapor-liquid channel, a refrigerator and a discharge-suction pipe with suction and discharge pipes and check valves placed on them.

Недостатком данного устройства вл етс низкий КПД парожидкостного цикла из-за больших необратимых потерь, св занных с тем, что при входе жидкости в испаритель только незначительна часть ее после нагревани переходит в пар, а остальна жидкость, вошедша в испаритель, нагреваетс и необратимо уносит значительную часть теплоты из испарител без преобразовани в работу.The disadvantage of this device is the low efficiency of the vapor-liquid cycle due to the large irreversible losses associated with the fact that when a liquid enters the evaporator, only a small part of it passes into steam after heating, and the rest of the liquid that enters the evaporator is heated and irreversibly carries significant part of the heat from the evaporator without conversion to work.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс парожидкостный двигатель , содержащий последовательно соединенные испаритель, парожидкостный канал, холодильник и нагнетательно-всасывающую трубу, заполненную жидкостью,вы- полн ющей одновременно роль рабочего тела и жидкого поршн , а испаритель со стороны, противоположной парожидкост- ному каналу, соединен с последним допол- нительным трубопроводом, которыйThe closest to the proposed technical essence and the achieved result is a vapor-liquid engine containing a series-connected evaporator, vapor-liquid channel, a refrigerator and a discharge and suction pipe filled with liquid, which simultaneously plays the role of a working fluid and a liquid piston, and the evaporator from the side opposite the vapor-liquid channel, is connected to the last additional pipeline, which

VJ VIVj vi

О 00About 00

кэke

ЬьB

снабжен камерой, заполненной газовой смесью.equipped with a chamber filled with a gas mixture.

Недостатком этого устройства вл етс постепенное уменьшение количества неконденсирующегос газа в рабочей зоне двигател за счет перехода части парогазовых пузырьков, образующихс в жидком поршне при осуществлении процессов термодинамического цикла, в нагнетательно- всасывающую трубу, в которой эти пузырьки всплывают и уже не возвращаютс в рабочую зону двигател , то есть неконденсирующийс газ постепенно выводитс из рабочей зоны двигател . Уменьшение же количества неконденсирующегос газа приводит к снижению эффективности термодинамического цикла за счет увеличени необратимых потерь.The disadvantage of this device is the gradual decrease in the amount of non-condensable gas in the engine working area due to the transfer of part of the vapor-gas bubbles formed in the liquid piston during the thermodynamic cycle to the pressure-suction pipe, in which these bubbles float and no longer return to the engine working area i.e., non-condensing gas is gradually withdrawn from the engine operating area. A decrease in the amount of non-condensable gas leads to a decrease in the efficiency of the thermodynamic cycle due to an increase in irreversible losses.

Целью изобретени вл етс повышение КПД, эффективности преобразовани работы термодинамического цикла, устойчивости и надежности в работе.The aim of the invention is to increase efficiency, the conversion efficiency of the thermodynamic cycle, stability and reliability in operation.

Поставленна цель достигаетс тем, что в парожидкостном двигателе, содержащем последовательно соединенные между собой испаритель, парожидкостный канал, холодильник и всасывающе-нагнетательную трубу, заполненные рабочей жидкостью, об- раз9ющей жидкий поршень, а также клапан- ный гидравлический насос и камеру, заполненную газовой смесью, согласно изобретению , испаритель совмещен с клапан- ным гидравлическим насосом дл перекачки гор чей жидкости, выполненным в виде теплоизолированной полости с отверстием в основании, соединенным с па- рожидкостным каналом, к нижней боковой стенке которой подключен входной патрубок , а к вершине крышки, имеющей коническую форму, выходной патрубок, при этом в полости установлена упруга мембрана, жестко прикрепленна по периметру к ее основанию с образованием полости испарител переменного обьема, часть обьема которого заполнена смесью пара рабочей жидкости и неконденсирующихс в диапазоне рабочих температур газов, а парожидкостный канал и холодильник выполнены в виде двух вертикально установленных коаксиальных труб, причем нижний конец внутренней трубы подсоединен к всасывающей трубе большего сечени с образованием канала U-образ- ной формы, а нижний конец наружной трубы подсоединен к нагнетательной трубе меньшего сечени также с образованием канала U-образной формы, при этом верхний участок внутренней трубы выполнен в форме конуса, вершина которого расположена на входе в испаритель, на боковой поверхности которого выполнены отверсти , а верхн часть всасывающей трубы совмещена с камерой, заполненной газовой смесью, в которой герметично установлен выходной участок нагнетательной трубы вThis goal is achieved in that in a steam-liquid engine containing an evaporator, a vapor-liquid channel, a refrigerator and a suction-discharge pipe connected in series, filled with a working fluid forming a liquid piston, as well as a hydraulic valve pump and a chamber filled with a gas mixture , according to the invention, the evaporator is combined with a hydraulic valve pump for pumping hot liquid, made in the form of a thermally insulated cavity with an opening in the base connected to the vapor a liquid channel, the inlet pipe is connected to the lower side wall, and the outlet pipe is connected to the top of the cap, which has a conical shape, and an elastic membrane is installed in the cavity, which is rigidly attached along the perimeter to its base to form an evaporator cavity of variable volume, some of which is filled a mixture of steam of the working fluid and non-condensing gases in the range of operating temperatures, and the vapor-liquid channel and the refrigerator are made in the form of two vertically mounted coaxial pipes, the lower the end of the inner pipe is connected to the suction pipe of a larger cross section with the formation of a U-shaped channel, and the lower end of the outer pipe is connected to the discharge pipe of a smaller cross-section also with the formation of a U-shaped channel, while the upper portion of the inner pipe is made in the shape of a cone, the top of which is located at the entrance to the evaporator, on the side surface of which holes are made, and the upper part of the suction pipe is combined with a chamber filled with a gas mixture, in which the outlet section of the discharge pipe in

виде усеченного конуса с центральным отверстием , обращенным к поверхности рабочей жидкости, причем насос оснащен поперечной горизонтальной перегородкой, перекрывающей часть сечени полости на0 coca, а входной патрубок проходит через основание полости насоса перед подключением его к боковой стенке полости в зоне между перегородкой и мембраной.in the form of a truncated cone with a central hole facing the surface of the working fluid; moreover, the pump is equipped with a horizontal transverse baffle that covers part of the cavity cross-section by 0 coca, and the inlet pipe passes through the base of the pump cavity before connecting it to the side wall of the cavity in the region between the partition and the membrane.

Сопоставительный анализ за вл емогоComparative analysis of the claimed

5 решени и прототипа показывает, что парожидкостный двигатель отличаетс от известного тем, что испаритель совмещен с клапанным насосом дл прокачки гор чего теплоносител , который одновременно в0 л етс источником тепла дл двигател , а столб жидкости над упругой мембраной в полости клапанного насоса выполн ет роль маховика, который улучшает термодинамические характеристики цикла. ЗаполнениеFigure 5 of the solution and prototype shows that the vapor-liquid engine differs from the known one in that the evaporator is combined with a valve pump for pumping hot coolant, which simultaneously serves as a heat source for the engine, and the liquid column above the elastic membrane in the cavity of the valve pump acts as a flywheel , which improves the thermodynamic characteristics of the cycle. Filling out

5 части объема испарител неконденсирующимс газом или смесью газов обеспечивает повышение термодинамической эффективности цикла за счет эффекта образовани пузырьков в жидкости, которые в5 parts of the volume of the evaporator with a non-condensing gas or gas mixture provides an increase in the thermodynamic efficiency of the cycle due to the effect of the formation of bubbles in the liquid, which

0 результате гидродинамических процессов обеспечивают впрыск в испаритель дозированного количества жидкости, полностью переход щей в парообразное состо ние, повышают максимальное давление в рабо5 чем объеме двигател и обеспечивают регенерацию отработанного тепла. Выполнение парожидкостного канала и холодильника в виде двух коаксиальных труб и отделение всасывающей трубы от нагнетательной, аAs a result of hydrodynamic processes, they provide injection into the evaporator of a metered amount of liquid that completely transforms into a vapor state, increases the maximum pressure in the working volume of the engine and ensures the regeneration of waste heat. The implementation of the vapor-liquid channel and the refrigerator in the form of two coaxial pipes and the separation of the suction pipe from the discharge, and

0 также выполнение указанного соотношени между диаметрами этих труб позвол ет создать циркул цию жидкости в контуре парожидкостного двигател , что при размещении камеры с неконденсирующим5 с газом в верхней части всасывающей трубы и установке в камере выходного участка нагнетательной трубы в виде усеченного конуса с отверстием, обращенным к поверхности рабочей жидкости, позвол ет0 also the fulfillment of the indicated ratio between the diameters of these pipes allows creating a liquid circulation in the circuit of the steam-liquid engine, which, when the chamber with non-condensing 5 gas is placed in the upper part of the suction pipe and the outlet section of the discharge pipe is installed in the chamber in the form of a truncated cone with an opening facing to the surface of the working fluid allows

0 обеспечить хорошее перемешивание рабочей жидкости и неконденсирующегос газа в холодной зоне двигател , что в свою очередь обеспечивает высокое насыщение жидкости неконденсирующимс газом и до5 ставку ее в парожидкостный канал, где по мере повышени температуры жидкости растворенный газ выдел етс в пузырьки. В результате газовые пузырьки, уход щие из парожидкостного канала в нагнетательную трубу, возвращаютс в парожидкостный канал по всасывающей трубе, обеспечива поддержание посто нного количества газа в рабочем объеме и рабочей жидкости, что повышает надежность и устойчивость двигател в работе.0 to ensure good mixing of the working fluid and non-condensable gas in the cold zone of the engine, which in turn ensures high saturation of the fluid with non-condensable gas and its delivery to the vapor-liquid channel, where the dissolved gas is released into the bubbles as the temperature of the fluid rises. As a result, gas bubbles leaving the vapor-liquid channel in the discharge pipe are returned to the vapor-liquid channel through the suction pipe, providing a constant amount of gas in the working volume and the working fluid, which increases the reliability and stability of the engine in operation.

На чертеже изображена принципиальна схема парожидкостного двигател .The drawing shows a schematic diagram of a vapor-liquid engine.

Двигатель содержит испаритель 1 (парогенератор ), размещенный в полости 2 клапанного гидравлического насоса дл перекачки гор чей жидкости и образованный упругой мембраной 3 и основанием 4 полости 2 насоса с отверстием 5, подключенным к последовательно соединенным между собой парожидкостному каналу 6 и холодильнику 7, выполненным в виде двух вертикально установленных коаксиальных труб, из которых внутренн труба 8 своим концом подключена к всасывающей трубе 9 большего сечени с образованием канала U-образной формы, а наружна труба 10 своим нижним концом подсоединена к нагнетательной трубе 11 меньшего сечени также с образованием канала U-образной формы, при этом верхний участок 12 внутренней трубы имеет форму конуса с вершиной , расположенной на входе в испаритель 1, на боковой поверхности которого выполнены отверсти 13, а верхн часть всасывающей трубы 9 совмещена с камерой 14, заполненной газовой смесью, в которой герметично установлен выходной участок 15 нагнетательной трубы 11 в виде усеченного конуса с отверстием, обращенным к поверхности рабочей жидкости.The engine contains an evaporator 1 (steam generator), located in the cavity 2 of the valve hydraulic pump for pumping hot liquid and formed by an elastic membrane 3 and the base 4 of the cavity 2 of the pump with an opening 5 connected to the vapor-liquid channel 6 and a refrigerator 7 connected in series with each other, made in in the form of two vertically mounted coaxial pipes, of which the inner pipe 8 is connected at its end to a suction pipe 9 of a larger cross section to form a U-shaped channel, and the outer pipe 10 is m the lower end is connected to the discharge pipe 11 of a smaller cross section also with the formation of a channel of a U-shape, while the upper section 12 of the inner pipe has a cone shape with a vertex located at the entrance to the evaporator 1, on the side surface of which holes 13 are made, and the upper part the suction pipe 9 is combined with a chamber 14 filled with a gas mixture in which the outlet section 15 of the discharge pipe 11 is hermetically mounted in the form of a truncated cone with an opening facing the surface of the working fluid.

Полость 2 клапанного насоса теплоизолирована теплоизол цией 16. К нижней части боковой стенки полости 2 подсоединен входной патрубок 17 с обратным клапаном 18, а к крышке 19 конической формы в ее вершине подключен выходной патрубок 20 с обратным клапаном 21. Каналы двигател заполнены рабочей жидкостью, выполн ющей одновременно роль рабочего тела и жидкого поршн , а часть объема испарител заполнена смесью пара рабочей жидкости и неконденсирующихс в диапазоне рабочих температур газов. Дл улучшени условий передачи тепла от гор чей жидкости к рабочему телу в испарителе парожидкостного двигател всасывающий патрубок перед подключением к полости насоса в зоне между перегородкой и мембраной проходит через ее основание в виде параллельных каналов, а затем за счет установки в полости насоса поперечной горизонтальной перегородки 22, переключающей часть сечени полости , гор ча вода проходит вдоль поверхности упругой мембраны 3.The cavity 2 of the valve pump is thermally insulated by heat insulation 16. An inlet pipe 17 with a non-return valve 18 is connected to the lower part of the side wall of the cavity 2, and an outlet pipe 20 with a non-return valve 21 is connected to the conical shaped cover 19 at its top. The engine channels are filled with working fluid which simultaneously plays the role of a working fluid and a liquid piston, and part of the volume of the evaporator is filled with a mixture of steam of the working fluid and non-condensing gases in the operating temperature range. To improve the conditions of heat transfer from the hot liquid to the working fluid in the vapor-liquid engine evaporator, the suction pipe before connecting to the pump cavity in the zone between the baffle and the membrane passes through its base in the form of parallel channels, and then by installing a transverse horizontal baffle in the pump cavity 22 , switching part of the cavity cross section, hot water passes along the surface of elastic membrane 3.

Парожидкостный двигатель работает следующим образом.Steam-liquid engine operates as follows.

Дл запуска парожидкостного двигател в полость 2 гидравлического насоса под- 5 ают подлежащую перемещению насосом среду, например, теплую воду из солнечного коллектора. Через стенки испарител 1 теплоту перекачиваемой среды получает наход щеес в испарителе рабочее тело в видеTo start the steam-liquid engine, a medium to be moved by the pump, for example, warm water from the solar collector, is fed into cavity 2 of the hydraulic pump. Through the walls of the evaporator 1, the heat of the pumped medium receives the working fluid in the evaporator in the form

0 парогазовой смеси и жидкости. Жидкость рабочего тела закипает, а неконденсирующийс газ нагреваетс , что приводит к увеличению количества пара в испарителе 1 и к увеличению в нем давлени парогазовой0 gas-vapor mixture and liquid. The fluid of the working fluid boils, and the non-condensing gas heats up, which leads to an increase in the amount of steam in the evaporator 1 and to an increase in the vapor-gas pressure in it

5 смеси. Под действием этого давлени упруга мембрана 3 испарител выпучиваетс , увеличива объем испарител 1, При этом происходит уменьшение объема полости 2 насоса с возрастанием давлени в ней и, как5 mixes. Under the influence of this pressure, the elastic membrane 3 of the evaporator bulges out, increasing the volume of the evaporator 1. In this case, the volume of the cavity 2 of the pump decreases with increasing pressure in it and, as

0 следствие, вытеснение из полости 2 насоса перекачиваемой среды в распылительные сети системы отоплени и гор чего водоснабжени .0 consequence, the displacement of the pumped medium from the cavity 2 of the pump into the spray networks of the heating system and hot water supply.

Под действием давлени парогазовойUnder the influence of steam and gas pressure

5 смеси рабоча жидкость перемещаетс по внутренней 8 и наружной 10 трубами и поступает соответственно во всасывающую 9 и нагнетательную 11 трубы. Поскольку диаметр внутренней трубы 8 значительно мень0 ше диаметра всасывающей трубы 9, а диаметр наружной трубы 11 значительно больше диаметра нагнетательной трубы 11, подъем жидкости в нагнетательной трубе 11 будет существенно выше, чем во всасываю5 щей трубе 9. В результате замыкание конца нагнетательной трубы 11 на всасывающую трубу 9 через камеру 14, запопненную неконденсирующимс газом, обеспечивает, во-первых, циркул цию рабочей жидкости в5 of the mixture, the working fluid moves along the inner 8 and outer 10 pipes and enters the suction 9 and discharge 11 pipes, respectively. Since the diameter of the inner pipe 8 is much smaller than the diameter of the suction pipe 9, and the diameter of the outer pipe 11 is much larger than the diameter of the discharge pipe 11, the liquid rise in the discharge pipe 11 will be significantly higher than in the suction pipe 9. As a result, the end of the discharge pipe 11 is shorted to the suction pipe 9 through the chamber 14, filled with non-condensable gas, provides, firstly, the circulation of the working fluid in

0 контуре парожидкостного двигател и, во- вторых, насыщение рабочей жидкости неконденсирующимс газом при ударе струи жидкости, выход щей из конического участка 15 нагнетательной трубы 11, о ее поверх5 ность в камере 14, при котором происходит захват жидкой струей неконденсирующегос газа, причем размещение камеры 14 в наиболее холодной части контура двигател позвол ет обеспечить максимальное насы0 щение рабочей жидкости неконденсирующимс газом.0 the circuit of the vapor-liquid engine and, secondly, the saturation of the working fluid with a non-condensing gas upon impact of a jet of fluid leaving the conical section 15 of the discharge pipe 11, about its surface in the chamber 14, at which the non-condensing gas is captured by the liquid jet, and the chamber is placed 14 in the coldest part of the engine circuit allows maximum saturation of the working fluid with non-condensing gas.

Процесс расширени парогазовой смеси над жидкостью в парожидкостном канале протекает по принципу затопленных паро5 газовых струй с образованием в жидкости в конце рабочего хода парогазовых пузырьков и образованием значительного прогиба поверхности жидкости на границе раздела фаз с увеличением площади этой поверхности . Это позвол ет интенсифицировать процесс конденсации отработанного пара в конце рабочего хода за счет увеличени теп- лообменной поверхности между паром и жидкостью при образовании конуса конденсации и парогазовых пузырьков, Интенсификаци процесса конденсации отработанного пара ускор ет этот процесс и обеспечивает более полную конденсацию отработанного пара. Пои этом часть образовавшихс пузырьков будет уноситьс с жидкостью в нагнетательную трубу 11, а из нее-в камеру 14.The process of expanding a vapor-gas mixture above a liquid in a vapor-liquid channel proceeds according to the principle of flooded vapor-5 gas jets with the formation of vapor-gas bubbles in the liquid at the end of the working stroke and the formation of a significant deflection of the liquid surface at the interface with an increase in the surface area. This makes it possible to intensify the process of condensation of the exhaust steam at the end of the working stroke by increasing the heat exchange surface between the vapor and the liquid during the formation of a condensation cone and vapor-gas bubbles. The intensification of the process of condensation of the exhaust steam accelerates this process and provides more complete condensation of the exhaust steam. Therefore, part of the resulting bubbles will be carried away with the liquid into the discharge pipe 11, and from it into the chamber 14.

Энерги , затраченна на подн тие столба жидкости в полости 2 насоса, при увеличении объема полости испарител 1 возвращаетс в цикл, когда давление парогазовой смеси снижаетс в процессе ее расширени с совершением работы по перемещению жидкого поршн и становитс ниже давлени столбы жидкости в полости 2 насоса, которое начинает выталкивать парогазовую смесь из испарител , обеспечива возможность преобразовани энергии вытесненной из испарител парогазовой смеси, а также энерги столба жидкости в полости 2 насоса , в дополнительную работу по перемещению рабочей жидкости в процессе рабочего хода. Кроме того, вытеснение парогазовой смеси из испарител обеспечивает уменьшение мертвого объема двигател , что сви- детельствует о более глубоком преобразовании энергии парогазовой смеси в работу, что при наличии измен ющейс площади теплообменной поверхности повышает термодинамическую эффективность цикла предложенного двигател . После конденсации отработанного пара, охлаждени неконденсирующегос газа и отвода тепла от рабочей жидкости в холодильнике 7, завершаютс процессы рабочего хода. Как только давление парогазовой смеси в рабочем объеме за счет конденсации отработанного пара и перехода части газа в жидкость в виде пузырьков станет ниже давлени в камере, начнетс обратное движение жидкости в обоих U-об- разных каналах в сторону испарител .The energy spent on raising the liquid column in the pump cavity 2, with the increase in the volume of the cavity, the evaporator 1 returns to the cycle when the vapor-gas mixture pressure decreases during its expansion with the work on moving the liquid piston and becomes lower than the pressure of the liquid columns in the pump cavity 2. which begins to push the vapor-gas mixture from the evaporator, making it possible to convert the energy of the vapor-gas mixture displaced from the evaporator, as well as the energy of the liquid column in the cavity 2 of the pump, into an additional bot to move the working fluid during the stroke. In addition, the displacement of the vapor – gas mixture from the evaporator ensures a reduction in the dead volume of the engine, which indicates a deeper conversion of the energy of the gas – vapor mixture into operation, which, in the presence of a changing heat exchange surface area, increases the thermodynamic efficiency of the cycle of the proposed engine. After condensation of the exhaust steam, cooling of the non-condensing gas and removal of heat from the working fluid in the refrigerator 7, the working processes are completed. As soon as the pressure of the vapor-gas mixture in the working volume due to condensation of the spent steam and the transition of a part of the gas into a liquid in the form of bubbles becomes lower than the pressure in the chamber, the liquid will return to the evaporator in both U-shaped channels.

При обратном ходе жидкость, во внутренней трубе 8, насыщенна неконденсирующимс газом, будет двигатьс со значительно большей скоростью, чем в межтрубном пространстве. Поскольку эта жидкость вл етс более холодной, чем жидкость в межтрубном пространстве, то при своем движении в сторону испарител 1 она будет отбирать тепло от жидкости, движущейс в межтрубном пространстве, обеспечива процесс регенеративного подогрева рабочей жидкости во внутренней трубе 8, движущейс в сторону испарител 1, Нагрев насыщенной неконденсирующимс газом жидкости сопровождаетс выделением газа в виде пузырьков и испарением в них пара, за счет чего пузырьки будут увеличиватьс в размерах. При понижении давлени рабочего тела пузырьки смеси неконденсирующихс газов вл ютс очагами испарени в них окружающей рабочей жидкости и аккумулируют ее тепловую энергию . Испарение рабочей жидкости в объемDuring the return stroke, the liquid in the inner pipe 8, saturated with non-condensing gas, will move at a much higher speed than in the annulus. Since this liquid is colder than the liquid in the annulus, when it moves towards the evaporator 1, it will draw heat from the fluid moving in the annulus, providing a process of regenerative heating of the working fluid in the inner tube 8 moving towards the evaporator 1 , The heating of a liquid saturated with non-condensable gas is accompanied by the release of gas in the form of bubbles and vaporization of vapor in them, due to which the bubbles will increase in size. When the pressure of the working fluid decreases, the bubbles of the mixture of non-condensable gases are the foci of evaporation of the surrounding working fluid in them and accumulate its thermal energy. Working fluid evaporation in volume

0 пузырьков сопровождаетс ее охлаждением , в результате чего уменьшаетс количество тепла, передаваемого от рабочего тела окружающей среде в холодильнике 7. Таким образом, в предложенном двигателе осуще5 ствл етс двухступенчата регенераци отработанного тепла, что существенно повышает его термодинамическую эффективность по сравнению с прототипом. После того как рабоча жидкость с парогазовыми0 bubbles is accompanied by its cooling, as a result of which the amount of heat transferred from the working fluid to the environment in the refrigerator 7 is reduced. Thus, the proposed engine carries out two-stage regeneration of waste heat, which significantly increases its thermodynamic efficiency compared to the prototype. After working fluid with steam and gas

0 пузырьками, движущимис по внутренней трубе 8, достигнет конического участка с отверсти ми, часть ее вместе с пузырьками будет попадать в межтрубное пространство и затем смешиватьс с рабочей жидкостью,0 bubbles moving along the inner pipe 8, will reach a conical section with holes, part of it together with the bubbles will fall into the annulus and then mix with the working fluid,

5 наход щейс в ней, а друга часть в виде брызг от лопнувших пузырьков направитс в испаритель 1.5 located in it, and the other part in the form of splashes from the bursting bubbles will be directed to the evaporator 1.

Жидкость, попавша в межтрубное пространство , обеспечивает конденсацию от0 работанного пара. Парообразование жидкости на теплообменной поверхности испарител 1 приведет к повышению давлени парогазовой смеси в рабочем объеме, в результате чего произойдет упруга дефор5 маци мембраны 3 испарител 1, что приведет к многократному увеличению теплообменной поверхности испарител 1. Кроме того, повышение давлени в рабочем объеме приведет к концентрации пузырьковThe liquid trapped in the annulus provides condensation from the worked steam. The vaporization of the liquid on the heat exchange surface of the evaporator 1 will increase the pressure of the vapor-gas mixture in the working volume, as a result of which the membrane 3 of the evaporator 1 will elastically deform 5, which will lead to a multiple increase in the heat exchange surface of the evaporator 1. In addition, the increase in pressure in the working volume will lead to concentration bubbles

0 у границы раздела фаз в межтрубном пространстве при приближении жидкого поршн к испарителю 1 и их несимметричному схлопыванию с образованием высокоскоростных струй из окружающей пузырьки жид5 кости, нагреваемой в процессе их схлопывани . Эти струи практически мгновенно попадают в испаритель 1 и распредел ютс по всей теплообменной поверхности. Возможно также, что при дви0 жении рабочей жидкости к испарителю 1 часть ее, насыщенна парогазовыми пузырьками е виде пены, войдет в испаритель 1. Однако в обоих случа х в испаритель попадает ограниченное количество жидкости,0 at the phase boundary in the annulus when the liquid piston approaches the evaporator 1 and collapses asymmetrically with the formation of high-speed jets from the surrounding fluid bubbles, which are heated during their collapse. These jets almost instantly enter evaporator 1 and are distributed over the entire heat exchange surface. It is also possible that when moving the working fluid to the evaporator, 1 part of it, saturated with vapor-gas bubbles in the form of foam, will enter evaporator 1. However, in both cases a limited amount of liquid enters the evaporator,

5 котора полностью испар етс на теплообменной поверхности испарител 1. Жидкий поршень при обратном ходе останавливаетс у входа в испаритель 1 из-за резкого увеличени давлени в рабочем объеме в результате описанных выше процессов, что5 which completely evaporates on the heat exchange surface of evaporator 1. During the reverse stroke, the liquid piston stops at the inlet of evaporator 1 due to a sharp increase in pressure in the working volume as a result of the processes described above, which

существенно уменьшит необратимые потери на нагревание жидкости и последующего отвода этого тепла без совершени работы. Перед входом в испаритель 1 пузырьки сжимаютс с повышением термодинамического потенциала их содержимого, которое выбрасываетс из жидкого поршн в испаритель 1, с образованием брызг и струй, возвраща тем самым в зону нагрева парогазовую смесь повышенного потенциала дл повторного использовани , а также дозированное количество жидкости.significantly reduce the irreversible loss of heating the liquid and the subsequent removal of this heat without performing work. Before entering the evaporator 1, the bubbles are compressed with an increase in the thermodynamic potential of their contents, which are ejected from the liquid piston into the evaporator 1, with the formation of sprays and jets, thereby returning the gas-vapor mixture of increased potential for reuse and also the dosed amount of liquid to the heating zone.

На этом завершаютс процессы обратного хода, после чего термодинамический цикл повтор етс в указанной последовательности .This completes the reverse processes, after which the thermodynamic cycle is repeated in the indicated sequence.

Унос из рабочего объема с пузырьками неконденсирующегос газа в процессе рабочего хода компенсируетс посто нным подводом такого же количества неконденсирующегос газа в рабочий объем с жидкостью , насыщенной этим газом, подаваемой по внутренней трубе 8 во врем обратного хода, что позвол ет поддерживать в рабочем объеме посто нное количество неконденсирующегос газа. Это позвол ет существенно повысить устойчивость и надежность двигател в работе, а отсутствие обратных клапанов .в контуре двигател обеспечивает дополнительное повышение его надежности.The ablation from the working volume with bubbles of non-condensing gas during the working stroke is compensated by the constant supply of the same amount of non-condensing gas into the working volume with the liquid saturated with this gas supplied through the inner pipe 8 during the return stroke, which allows maintaining a constant in the working volume amount of non-condensing gas. This can significantly increase the stability and reliability of the engine in operation, and the absence of check valves in the engine circuit provides an additional increase in its reliability.

Таким образом, предложенный двигатель обладает повышенным КПД, высокой устойчивостью и надежностью в работе за счет двойной регенерации энергии, повышенной теплообменной поверхности испарител , минимального мертвого объема, поддержани посто нного количества неконденсирующегос газа в рабочем объеме и отсутствием обратных клапанов в контуре парожидкостного двигател .Thus, the proposed engine has improved efficiency, high stability and reliability due to double energy recovery, increased heat exchange surface of the evaporator, minimal dead volume, maintaining a constant amount of non-condensing gas in the working volume and the absence of check valves in the circuit of the vapor-liquid engine.

Claims

The claims

A vapor-liquid engine comprising an evaporator, a vapor-liquid channel, a refrigerator and a suction-discharge pipe connected in series with each other, filled with a working fluid forming a liquid piston, and

also a hydraulic valve pump and a chamber filled with a gas mixture, characterized in that, in order to increase the efficiency, the conversion efficiency of the thermodynamic cycle, stability and reliability, the evaporator is combined with a hydraulic valve pump for pumping hot liquid, the latter is made in in the form of a thermally insulated cavity with an opening in the base connected to a vapor-liquid channel, c. the inlet pipe is connected to the bottom of the side wall of the pump, and the outlet pipe is connected to the top of the cap, which has a conical shape, 5 keys; in this case, an elastic membrane is installed in the pump cavity, which is rigidly fixed along the perimeter of the casing to form a variable-volume evaporator cavity, part of which is filled with 0 a pair of working fluid and non-condensing gases in the operating temperature range, a vapor-liquid channel and a refrigerator are made in the form of two vertically mounted coaxial pipes,

5, the lower end of the inner pipe is connected to a suction pipe of a large cross section with the formation of a U-shaped channel, the lower end of the outer pipe is connected to a discharge pipe of a smaller cross section with the formation of a U-shaped channel, the upper portion of the inner pipe is made in the shape of a cone, the apex of which is located At the inlet to the evaporator, holes are made on the lateral surface of the latter, the upper part of the suction pipe is aligned with the chamber filled with the gas mixture, in which the outlet section is hermetically installed injection pipe configured as a truncated cone ko0 with a central opening, facing the working surface of the liquid pump is provided with a horizontal partition fixed to the housing wall, with a partial overlap of the cavity

5 of the pump, and the inlet pipe passes through the bottom of the pump housing and is connected to the hole in its side wall in the area between the partition and the membrane.

2t