ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ Российский патент 1995 года по МПК F02G1/00 F01B29/10 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к тепловым двигателям, и может найти применение в тех областях народного хозяйства, где предъявляются высокие требования к экологии и универсальности в отношении источника энергии.

Известны двигатели, работающие по циклу Стирлинга, содержащие два цилиндра с двумя поршнями. В одном цилиндре воздух сжимается и вытесняется во второй цилиндр, нагреваемый снаружи. В нем воздух расширяется, толкает рабочий поршень и после этого вытесняется в холодный цилиндр. Порция воздуха непрерывно циркулирует между теплым и холодным цилиндрами, периодически изменяя свой объем. При этом расширение происходит при значительно более высокой температуре, чем сжатие. Поэтому вырабатывается больше механической энергии, чем затрачивается, за счет затраты тепловой энергии на нагрев одного из цилиндров. Так как подвод теплоты осуществляется косвенным способом через стенки нагревателя, двигатель может работать практически от любого источника энергии (Двигатели Стирлинга./Под ред. М.Г.Круглова. М.: Машиностроение, 1977, с. 84-86).

К недостаткам этого двигателя относятся сложность конструкции и дороговизна.

Наиболее близким к предлагаемому является двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий по меньшей мере два цилиндра с рабочими поршнями, источники подвода и отвода теплоты, регенератор.

К недостаткам такого двигателя относятся проблема уплотнений, наличие "мертвого" объема полостей в теплообменниках, возможность заклинивания поршней, потери на трение.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности путем уменьшения потерь на трение и интенсификации теплообмена.

Для этого двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров с размещенными в них поршнями, системы подачи и отвода газа, подключенные к каждому из цилиндров, охладитель и регенератор, рабочий вал, согласно изобретению снабжен барабаном, установленным на рабочем валу, а поршни и регенератор функционально объединены и выполнены в виде гибкого теплопроводного рукава, охватывающего барабан и пропущенного через охладитель, при этом концы рукава вывернуты наизнанку и закреплены в цилиндрах, а полости, образованные отогнутыми участками рукава сообщены с внешней средой, в цилиндрах размещен конечный выключатель, электрически соединенный с системами подачи и отвода теплоты.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен двигатель в сечении.

Устройство содержит корпус 1 с цилиндрами 2 и 3, которые сообщены с системами 4 и 5 подачи горячего газа и системами 6 и 7 подачи холодного газа, а также с системами 8 и 9 отвода охлажденного газа. На корпусе 1 установлены охладители 10 и 11 с радиаторами 12 и 13, через которые проходит рукав 14, выполненный из теплопроводного материала. Рукав 14 охватывает барабан 15, который валом 16 соединен с рабочим органом (на чертеже не показан). Конечный выключатель 17 электрически соединен с системами 4-9. Полости 18 сообщены с внешней средой. Корпус 1 теплоизолирован от внешней среды. Концы 19 рукава 14 вывернуты и закреплены в цилиндрах 2 и 3.

Устройство работает следующим образом.

Рукав 14 в цилиндре 2 давит на конечный выключатель 17. Система 8 открывается и газ выдавливается рукавом 14 во внешнюю среду. После этого срабатывают системы 4 и 6. Система 4 подает порцию горячего газа, а система 6 - порцию холодного газа. Газ в цилиндре 2 начинает расширяться, выдавливая рукав 14 из него. В это время газ в цилиндре 3 прекратил свое расширение. Газ взаимодействует с рукавом 14 и охлаждается. Рукав 14 при этом нагревается. Нагретый участок рукава 14 прижимается к стенке цилиндра 3. Рукав 14 входит в цилиндр 3. Полость 18 заполняется холодным агентом, поступающим из внешней среды (воздухом, водой). Газ в цилиндре 3 постоянно охлаждается, так как он все время контактирует с новым участком охлажденного рукава 14 и новой порцией охлажденного агента. Давление в цилиндре 3 уменьшается. Внешним давлением окружающей среды рукав 14 вдавливается в цилиндр 3. А из цилиндра 2 рукав 14 выходит, унося накопленное тепло и выдавливая из полости 18 нагретый агент. Барабан 15 вращается, передавая крутящий момент на вал 16. После надавливания рукава 14 на конечный выключатель 17 в полости 3 открывается система 9, и охлажденный газ частично удаляется во внешнюю среду. Затем открываются системы 7 и 5 и в цилиндр 3 подают горячий и холодный газ. Перемещение рукава 14 возвратно-поступательное, при этом им реверсивно вращается барабан 15, который передает крутящий момент через вал 16 на рабочий орган. Рукав 14, взаимодействуя с барабаном 15, дополнительно охлаждается внешней средой. Газ в цилиндре 3 начинает расширяться, выдавливая рукав 14 из него. В цилиндр 3 входит охлажденный рукав 14 и рабочий агент, которые охлаждают газ в цилиндре 2. Рукав 14 перемещается в обратную сторону, вращая барабан 15.

Сущность изобретения: двигатель содержит пару цилиндров 2 и 3, барабан 15 и эластичный теплопроводный рукав 14. При этом рукав охватывает барабан, а концы рукава вывернуты и закреплены в цилиндрах. Рукав пропущен через охладители 10 и 11. В цилиндрах размещен конечный включатель. Цилиндры сообщены с системами подачи и отвода газа. 1 ил.

ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров с размещенными в них поршнями, системы подачи и отвода газа, подключенные к каждому из цилиндров, охладитель и регенератор, рабочий вал, отличающийся тем, что рабочий вал снабжен барабаном, поршни и регенератор функционально объединены и выполнены в виде гибкого теплопроводного рукава, охватывающего барабан и пропущенного через охладитель, концы рукава вывернуты наизнанку и закреплены в цилиндрах, полости, образованные отогнутыми участками рукава, сообщены с внешней средой, в цилиндрах размещен конечный включатель, электрически связанный с системами подачи и отвода теплоты.