Тепловой двигатель

 

Изобретение позволяет повысить быстродействие двигателя. В противоположных концах рабочей камеры 3, частично заполненной легкокипящей текучей средой, размещены зона испарения (ЗИ) 4 и зона конденсации. Камера имеет жесткую торцовую стенку 6, расположенную в ЗИ 4, покрытую изнутри капиллярно-пористым слоем 8, и подвижную жесткую торцовую стенку, выполненную в виде поршня 7, и связанную с кривошипно-шатунным

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1

g)) 4 F 03 G 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП(РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4212834/25-06 (22} 23,03.87 (46) 07.01.89. Бюл. 1(- 1 (71) Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта им. акад. В,Н.Образцова (72) А.Б,Буянов, И,Г.Киселев, И.В.Митрофанова и В.К.Кундышев (53) 621;486 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(688683, кл. F 03 G 7/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

У 1250700, кл. F 03 G 7/00, 1985. (54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение позволяет повысить быстродействие двигателя. В противоположных концах рабочей камеры 3, частично заполненной легкокипящей текучей средой, размещены эона испарения (ЗИ) 4 и эона конденсации.

Камера имеет жесткую торцовую стенку 6, расположенную в ВИ 4, покрытую изнутри капиллярно-пористым слоем 8, и подвижную жесткую торцовую стенку, выполненную B виде поршня 7, и связанную с кривошипно-шатунным

144970! механизмом. Боковая стенка камеры выполнена в виде вертикально установленного цилиндра, при этом ЗИ 4 размещена в его верхней части.Свободная поверхность слоя 8 ЗИ 4 м.б. выполнена выпукло-сферической, а в днище поршня выполнено соответствуюФ, щее этой поверхности сферическое, углубление. Зона конденсации выпал" нена в виде охватывающего нижнюю часть цилиндра 9 охлаждаемого коллектора (К) 5. Последний сообщен с камерой посредством окон 13, выполйенных в цилиндре, а днище покрыто капиллярно-пористым слоем 14, Слой

8 имеет полость 15, соединенную трубопроводом 16 с К, Механизм ра поИзобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в механическую ра5 боту в процессе осуществления паро, конденсационного термодинамического цикла в камере переменного объема с подвижной стенкой, и может быть использовано для привода различных 10

1 машин и механизмов, Целью изобретения является повышение быстродействия путем обеспечения транспортировки конденсата подвижной стенкой в зону испарения.

На фиг.1 представлена схема теплового двигателя; на фиг. 2 - узел двигателя со сферической поверхностью капиллярно-пористого слоя зоны испа-у 20 рения и соответствующим сферическим углублением в днище поршня; на фиг, 3 — схема двигателя с окнами в нижней части цилиндра, сообщающими зону конденсации с рабочей камерой и с капиллярно-пористым слоем на днище поршня; на фиг. 4 — то же, с трубопроводами, соединяющими коллектор зоны кондеисации с зоной испарения и с картером; на фиг, 5 — идеальный 30 цикл описываемого двигателя в P-v, координатах (Р - давление, v - удельный объем рабочего тела); на фиг,6— ложен в нижней части корпуса 1, выполненной в виде картера 17, соединенного с К трубопроводом 18. Нижние стенки К выполнены наклонными в сторону окон 13 для стока конденсата.

При таком выполнении конденсат среды, находящийся на днище поршня, за счет капиллярных сил переходит в слой 8 ЗИ 4, К последней подводится от внешнего источника теплота, которая затрачивается на испарение среды иэ слоя 8. Возможно использование любого вида тепловой энергии— солнечной, энергии сгорания топлива, тепла выхлопных газов и нагретых поверхностей оборудования. 5 з.ц, ф-лы, б ил. шарнирное соединение поршня с шатуном.

Двигатель содержит по крайней мере один корпус 1 с размещенной в нем частично заполненной в качестве рабочего тела легкокипящей текучей средой 2 (например, фреоном, спиртом) рабочей камерой 3 с размещенными в ее противоположных концах зоной 4 испарения и зоной конденсации, выполненной в виде охлаждаемого коллектора 5, Снизу и сверху камера 3 ограничена соответственно неподвижной жесткой торцовой стенкой 6 и подвижной жесткой торцовой стенкой, выполненной в виде поршня 7. Стенка 6 расположена в зоне 4 испарения и покрыта изнутри капиллярно-пористым слоем 8, Боковая стенка камеры 3 выполнена в виде вертикально установленнпго цилиндра 9. Выходной вал 10 двигателя связан с поршнем 7 кривошипно-шатунным механизмом 11.

Свободная поверхность капиллярнопористого слоя 8 эоны 4 испарения может быть выполнена выпукло-сферической (фиг.2), а в днище поршня 7 в этом случае должно быть выполнено сферическое углубление 12.

Коллектор 5 охватывает нижнюю часть цилиндра 9 (фиг.1, 3 и 4) и сообщен с рабочей камерой 3 посредется. Поршень 7 доходит до нижней мертвой точки. При этом калиллярнопористый слой 8 полностью осушается за предыдущий период. Поршень 7 начинает подниматься, а в рабочей камере 3 в этот момент имеет место разрежение вследствие конденсации паров среды 2. Далее цикл работы теплового двигателя повторяется.

При работе теплового двигателя (фиг.2) конденсат среды 2 стекает и накапливается в сферическом углублении 1? днища поршня 7 и впитывается сферической поверхностью капиллярно-пористого слоя 8 зоны 4 испарения при перемещении поршня 7 к верхней мертвой точке, При работе теплового двигателя (фиг.3) при подходе к нижней мертвой точке поршень 7 открывает окна 13 цилиндра 9, и при этом пары легкокипяшей текучей среды 2 устремляются в коллектор 5, находящийся снаружи цилиндра 9, где эти пари конденсирунтся, отдавая теплоту q среде, охлажданщей коллектор 5, а образовавшийся конденсат среди 2 стекает ло наклонным нижним стенкам коллектора щ 5 к окнам 13 и впитывается капиллярно-пористым слоем 14 поршня 7. Насыщение конденсатом среды 2 капиллярно-пористого слоя 8 осуществляется путем контакта с ним капиллярно-пористого слоя 14 поршня 7, При работе теплового двигателя (фиг.4) при движении поршня 7 к верхней мертвой точке оставшееся малое количество паров легкокипящей текучей среды ? виталкивается через осушенный капиллярно-пористый слой

8 по трубопроводу 16 в коллектор 5, что исклнчает работу сжатия в этом такте. В другие такты перетока паров среди 2 нет, так как гидравлическое сопротивление капиллярно-пористого слоя 8 (насыщенного конденсатом среди 2) велико. Наличие трубопровода 1.6 уменьшает перепады давления в полости 15 при движении поршня 7.

Идеальный цикл теплового двигателя в P-v координатах представлен на фиг.5. Процесс вг — изотермический, протекающий при температуре насыщения паров легкокилящей текучей среды 2.

Использование изобретения по сравнению с прототипом обеспечивает

1449701 ством выполненных н цилиндре 9 лкон 13, а днище 7 покрыто капиллярно-пористым слоем 14 (фиг.3, 4 и 6).

Капиллярно-пористый слой 8 зони

4 испарения (фиг.4) имеет полость

15, соединеннун трубопроводом 16 с коллектором 5. Кривошипно-шатунный механизм 11 расположен в нижней части корпуса 1, вилолненной в виде кар 10 тера 17, соединенного с коллектором

5 дополнительным трубопроводом 18.

Нижние стенки коллектора 5 выполнены наклонными в сторону окон 13 цилиндра 9 для стока кондечсата сре- 15 ды 2.

Соединение поршня 7 с шатуном 19 механизма 11 выполнено шарнирным (фиг.6).

Двигатель может быть выполнен 20 многоцилиндровым (не показ ано ), Тепловой двигатель (фиг. 1 ) работает следунщим образом, Поршень 7 поднимается посредством кривошипно-шатунного механизма 25

11. В верхней мертвой точке поршень

7 конденсатом среды 2, скопившимся на его днище, входит в соприкосновение с капиллярно-пористым слоем 8.

В результате этого конденсат среди

2, находящийся на днище поршня 7, за счет капиллярных сил переходит в осушенный за предыдущий период капиллярно-пористый слой 8 зоны 4 испарения. К зоне 4 испарения подводится от внешнего источника теплота q„, которая затрачивается на испаренйе легкокипящей текучей среды

2 из капиллярно-пористого слоя 8.

Давление паров легкокипящей текучей 4р среды 2 внутри цилиндра 9 (в рабочей камере 3) возрастает, и поршень 7 под его действием опускается, лередавая механическун энергию через кривошипно-шатунный механизм 11 и вал 45

10 внешней нагрузке. Движение поршня 7 вниз сопровождается осушением капиллярно-пористого слоя 8, При подходе к нижней мертвой точке поршень

7 открывает коллектор 5, где на внут- 50 ренних стенках цилиндра 9 конденсирунтся пары легкокипящей текучей среды 2, отдавая свою теплоту среде, охлаждающей коллектор 5, а образовавшийся при этом конденсат среды 2 стекает ло стенкам цилиндра 9 и скапливается на днище поршня 7.Давление паров легKoKHIIHIUBH текучей среды 2 в рабочей камере 3 уменьша1449701 тягового дизеля. г повышение быстродействия двигателя зя счет переноса конденсата среды 2 в зону 4 испарения поршнем 7. Двигатель допускает использование любого вида тепловой энергии — солнеч-: ной, энергии сгорания топлива, тепла, :выхлопных газов и нагретых поверх ностей оборудования и т.д.

Шарнирное соединение поршня 7 с шатуном 19 улучшает контакт капиплярно-пористого слоя 8 с кяпиллярнопористым слоем 14.

Предлагаемый тепловой двигатель может быть использован в качестве утилизатор а тепловых потерь, например, в качестве привода компрессора тормозной системь: локомотива при ис-= пользовании теплоты выхлопных гязсв Формула из обр ет ения

1 !

1, Тепловой двигатель, содержа-. щий по крайней мере один корпус с размещенной в нем частично заполнен ной легкокипящей текучей средой

, рабочей камерой с размещенными в ее

1 ! противоположных концах зонам.", испарения и конденсации и жестким" торцовыми стенками, одна из которь;х

,выполнена подвижной, а другая,,рас-! положенная в зоне испарения т окры1 та изнутри кяпиллярно-пористым сло, åì, отличающий ся тем, что, с целью повышения быстродейст-. вия путем обеспечения транспортиров,.ки конденсата подвижной стенкои B зону испарения„ он дополнительно снабжен кривошипно-шатунным механизмом. связанным с подвижной стенкой,. ф последняя выполнена в ниде поршня, а боковая степка камеры — в ниде вертикально установленного цилинд5 ра, при этом зона испарения размещена в его верхней части, 2. Двигатель по п„1, о т л и— ч а ю шийся тем, что свободная поверхность кяпиллярно-пористого

1П слоя зоны испарения выполнена выпукло-сферической, а в днище поршня выполнено соответствующее этой поверхности сферическое углубление.

3 ф Двигатель по П1 1 р О T л и ч а ю шийся тем, что зона конденсации выполнена в ниде охватывающего нижнюю часть цилиндра охлаждаемого коллектора, сообщенного с рабочей камерой посредством дополниgg тельно выполненных в цилиндре окон, а днище поршня дополнительно покры"»о кяпиллярно-пористым слоем.

4, Двигатель по п.З,, о т л и— ч а ющий с я тем, что в капил25 лярно-пористом слое зоны испарения выполнена полость, соединенная дополнительно установленным трубопроводом с коллектором„

5:. Двигатель по и,4, о т л и— а ю шийся тем, что кривошипно-шатунный механизм расположен в нижней части корпуса, выполненной в виде картера, соединенного с кол" лектором дополнительным трубопроводом.

6, Двигатель по п.5, о т л и— ч ающий ся тем, что нижние стенки коллектора выполнены наклонными в сторону окон цилиндра для стока конденсата.

1449701

Я7 фиг5

Составитель Л,Тугарев

Текред Ч.Дидык Корректор Г,Решетник

Редактор О,Головач

Производственно-полиграфическое предприятие, . р г. Ужго од, ул. Проектная, 4

Заказ 6947/34 тираж 431 Подписное изоб етениям и открытиям при ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретен

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5