Тепловой двигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (1 А 1 5)4 г 03 а ИТЕТРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЬСТ ВТОРСКОМУ СВ т инженеспорта елев,ндышев ство СССРО, 1979.во СССР00, 1985. й(46) 07.01.89. Бюл. У 1 (71) Ленинградский инст ров железнодорожного т им. акад. В,Н.Образцова (72) А.Б.Буянов, И,Г.Ки И.В.Митрофанова и В.К.К (53) 621;486 (088.8) (56) Авторское свидетел У 688683, кл. Р 03 О 7/Авторское свидетельс У 1250700, кл. Р 03 О 7(57) Изобретение позволяет повысить быстродействие двигателя. В против положных концах рабочей камеры 3, частично заполненной легкокипящей текучей средой, размещены эона испарения (ВИ) 4 и эона конденсации. Камера имеет жесткую торцовую стен ку 6, расположенную в ВИ 4, покрытую изнутри капиллярно-пористым сл ем 8, и подвижную жесткую торцовую стенку, выполненную в виде поршня и связанную с кривошипно-шатунным144970 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 рапоИзобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в механическую ра 5 боту в процессе осуществления паро, конденсационного термодинамическогоцикла в камере переменного объема с подвижной стенкой, и может быть использовано для привода различных 10 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 исла 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 Р-ч, координатах (Р - давление, ч - удель" ный объем рабочего тела); на фиг,б -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.н, Ф-лы, б ил. шарнирное соединение поршня с шатуном,Двигатель содержит по крайней мере один корпус 1 с размещенной в немчастично заполненной в качестве рабочего тела легкокипящей текучей средой 2 (например, Фреоном, спиртом)рабочей камерой 3 с размещеннымив 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-щатунным 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 12 днища поршня 7 и впитывается сФерической поверхностью капиллярно-лористого 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 пары конденсируются, отдавая теплоту Псреде, охлаждающей коллектор 5, а образовавшийся конденсат среды 2 стекает ло наклонным нижним стенкам коллектораЗ 0 5 к окнам 13 и впитывается капиллярно-пористым слоем 14 поршня 7. Насыщение конденсатом среды 2 капиллярно-пористого слоя 8 осуществляетсяпутем контакта с ним капиллярно-пористого слоя 14 поршня 7,При работе теплового двигателя(Фиг.4) при движении поршня 7 кверхней мертвой точке оставшееся малое количество паров легкокипящейтекучей среды 2 выталкивается черезосушенный капиллярно-лористый слойЯ по трубопроводу 16 в коллектор 5,что исключает работу сжатия в этомтакте. В другие такты перетока паров среды 2 нет, так как гидравлическое сопротивление капиллярно-пористого слоя 8 (насыщенного конденсатом среды 2) велико. Наличие трубопровода 1.6 уменьшает перепады давления в полости 15 при движениипоршня 7.Идеальный цикл теплового двигателя в Р-ч координатах представленна Фиг.5. Процесс вг - изотермический, протекающий при температуре насыщения паров легкокилящей текучейсреды 2,Использование изобретения посравнению с прототипом обеспечивает 1449701ством выполненных в цилиндре 9окон 13, а днище 7 покрыто капиллярно-пористым слоем 14 (Фиг.3, 4 и 6).Капиллярно-пористый слой 8 зоны4 испарения (Фиг.4) имеет полость515, соединенную трубопроводом 16 сколлектором 5. Кривошипно-шатунныймеханизм 11 расположен в нижней части корпуса 1, выполненной в виде картера 17, соединенного с коллектором5 дополнительным трубопроводом 18.Нижние стенки коллектора 5 выполнены наклонными в сторону окон 13 цилиндра 9 для стока кондечсата среды 2.Соединение поршня 7 с шатуном 19механизма 11 выполнено шарнирным(Фиг.6).Двигатель может быть выполнен 20многоцилиндровым (не показано),Тепловой двигатель (Фиг.1) работает следующим образом,Поршень 7 поднимается посредством кривошипно-шатунного механизма 2511. В верхней мертвой точке поршень7 конденсатом среды 2, скопившимсяна его днище, входит в соприкосновение с капиллярно-пористым слоем 8.В результате этого конденсат среды2, находящийся на днище поршня 7,за счет капиллярных сил переходитв осушенный за предыдущий периодкапиллярно-пористый слой 8 зоны 4испарения. К зоне 4 испарения подводится от внешнего источника теплота о, которая затрачивается на испаренйе легкокипящей текучей среды2 из капиллярно-пористого слоя 8.Давление паров легкокипящей текучей 40среды 2 внутри цилиндра 9 (в рабочейкамере 3) возрастает, и поршень 7под его действием опускается, лередавая механическую энергию через кривошипно-шатунный механизм 11 и вал 4510 внешней нагрузке. Движение поршня 7 вниз сопровождается осушениемкапиллярно-пористого слоя 8, При подходе к нижней мертвой точке поршень7 открывает коллектор 5,. где на внутренних стенках цилиндра 9 конденсируются пары легкокипящей текучей среды 2, отдавая свою теплоту среде,охлаждающей коллектор 5, а образовавшийся при этом конденсат среды 2стекает ло стенкам цилиндра 9 искапливается на днище поршня 7.Давление паров легкокипящей текучейсреды 2 в рабочей камере 3 уменьша 1449701повышение быстродействия двигателя за счет переноса конденсата среды 2 в зону 4 испарегпля поршнем 7, Двигатель допускает использование любого вида тепловой энергии - солнеч-: ной, энергии сгорания топлива, тепла ; выхлопньгх газов и нагретых поверхностей оборудования и т.д.Шарнирное соединение поршня 7 с шатуном 19 улучшает контакт капиплярно-пористого слоя 8 с капиллярнопористым слоем 14.Предлагаемый тепловой двигатель может быть использован в качествеутилиз атор а тепловых потерь, напри мер, в качестве привода компрессоратормозной системь: локомотива при ис.пользовании теплоты выхлопных газовтягового дизеля.Формула из обр ет ения1, Тепловой двигатель, содержа-.щий по крайней мере один корпус сразмещенной в нем частично заполненной легкокипящей текучей средой ,рабочей камерой с размещенными в еепротивоположных концах зонам.: . испарения и конденсации и жестким.торцовыми стенками, одна из которь;х выполнена подвижной, а другая, ,рас положенная в зоне испарения покры та изнутри капиллярно-пористым сло"ем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия путем обеспечения транспортиров ,ки конденсата подвижной стенкои в зону испарения он дополнительно снабжен кривошипно-шатунным механизмом. связанным с подвижной стенкой,,+ последняя выполнена в ниде поршня,а боковая степка камеры - в нидевертикально установленного цилинд 5ра, при этом зона испарения размещена в его верхней части.2. Двигатель по п 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что свободнаяповерхность капиллярно-пористогослоя зоны испарения выполнена выпукло-сферической, а в днище поршня выполнено соответствующее этой поверхности сферическое углубление.Зф Двигатель по я 1 р о т л ич а ю щ и й с я тем, что зона конденсации выполнена в ниде охватывающего нижнюю часть цилиндра охлаждаемого коллектора, сообщенного с рабочей камерой посредством дополни 20 тельно выполненных в цилиндре окон,а днище поршня дополнительно покрыто ка иллярно-пористым слоем,4, Двигатель по п.З о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что в капил 25 лярно-пористом слое зоны испарениявыполнена полость, соединенная дополнительно установленным трубопроводом с коллектором5:. Двигатель по и о т л и -а ю щ и й с я тем, что кривошипно-шатунный механизм расположен внижней части корпуса, выполненнойв виде картера, соединенного с кол"лектором дополнительным трубопроводом. 6, Двигатель по п,5, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что нижниестенки коллектора выполнены наклонными в сторону окон цилиндра для сто" ка конденсата.Заказ 6947/34 СССР Государственного 113035, Производственно"полиграфическое предприятие, . рг. Ужго од, ул. Проектная, 4 1449701Ч 7 тираж 4314 омитета по изобретен осква, Ж, Раушска Подписноем к открытиям при наб., д. 4/5