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 отраслях народного хозяйства, где предъявляются высокие требования к экологичности и универсальности по отношению к источнику энергии.

Известны двигатели Стирлинга, содержащие два цилиндра с двумя поршнями. В одном цилиндре воздух сжимается и вытесняется во второй цилиндр, нагреваемый снаружи. Там воздух расширяется и толкает рабочий поршень, а после этого вытесняется в холодный цилиндр. Порция воздуха непрерывно циркулирует между теплым и холодным цилиндрами, периодически изменяя свой объем. Двигатель может работать практически от любого источника энергии (Двигатели Стирлинга./Под ред. М.Г.Круглова, М.: Машиностроение, 1977, с. 84-86).

Наиболее близким к предлагаемому является двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий корпус с полостями расширения и сжатия, системы подачи и отвода теплоты, поршни и регенератор.

К недостаткам такого двигателя относятся проблема уплотнений, возможность заклинивания поршней, потери на трение, уровень шума.

Цель изобретения - повышение надежности и экономичности путем снижения потерь на трение и интенсификации теплообмена.

Для этого двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий корпус с полостями расширения и сжатия, системы подачи и отвода теплоты, рабочий вал, поршни и регенератор, согласно изобретению снабжен барабаном, установленным вне корпуса на рабочем валу с помощью муфты одностороннего хода и оснащенным механизмом реверса, корпус оснащен патрубком, в котором смонтирован приводной реверсивный барабан, поршни выполнены в виде двух гибких рукавов разного диаметра, при этом первые концы каждого из рукавов закреплены на регенераторе, а вторые вывернуты наизнанку и закреплены соответственно в корпусе и в патрубке, регенератор соединен гибкой связью с каждым из барабанов с возможностью возвратно-поступательного перемещения, при этом корпус сообщен с системой подачи холодного газа, а патрубок - с системой подачи горячего газа, в рукаве меньшего диаметра выполнены отверстия. Механизм реверса может быть выполнен в виде спиральной пружины или в виде двух дополнительных барабанов, жестко связанных с первым и вторым барабанами, а между собой соединенных гибкой связью.

На фиг.1 изображен двигатель в сечении; на фиг.2 - механизм реверса барабанов.

Устройство содержит корпус 1 с патрубком 2, в котором установлен приводной реверсивный барабан 3 с намотанной на нем лентой (гибкой связью) 4, которая закреплена на регенераторе 5, на котором закреплен также конец 6 гибкого рукава 7. Другой конец 8 рукава 7 закреплен в патрубке 2. Полость 9 патрубка 2 сообщена с системой 10 подачи горячего газа. Полость 11 сообщена с системой 12 подачи холодного газа. В рукаве 7 выполнены отверстия 13. В корпусе 1 закреплен конец 14 гибкого рукава 15. Конец 16 рукава 15 закреплен на регенераторе 5, который соединен лентой (гибкой связью) 17 с барабаном 18 через одностороннюю муфту 19 с рабочим валом 20. Барабан 18 имеет механизм для реверса, например спиральную пружину 21. Реверс барабанов 18 и 3 может быть осуществлен с помощью барабанов 22 и 23, на которые в разных направлениях намотана лента 24. Барабаны 22 и 23 жестко соединены с барабанами 18 и 3.

Устройство работает следующим образом.

Регенератор 5 нагревается в полости 9. Системой 10 в полость 9 постоянно подают горячий газ. В полость 11 подают системой 12 холодный газ. Рукава 15 и 7 перемещаются влево. Рукав 15 выходит из полости 11, а рукав 7 заходит в нее. Регенератор 5 из рукава 7 выходит в рукав 15, нагревая холодный газ. Газ нагревается в полости 11 и расширяется. Когда рукав 7 вывернется так, что полости 11 и 9 будут сообщены между собой через отверстия 13, горячий газ из полости 9 выходит в полость 11, где нагревает холодный газ. Барабан 18 механизмом реверса вращается и наматывает на себя ленту 17. Регенератор 5, попадая в рукав 15, охлаждается. Газ в полости 11 начинает охлаждаться, так как поступление тепла в полость 11 прекратилось, а площадь охлаждения очень выросла. Давление газа в полости 11 становится меньше, чем давление окружающей среды. Агент из окружающей среды начинает вдавливать в полость 11 рукав 15 и заполнять ее. Газ, находящийся в полости 11, постоянно реагирует с новым охлажденным участком рукава 15 и порцией охлажденного агента поэтому давление газа в полости 11 все время уменьшается. Лента 17 вращает барабан 18, который передает крутящий момент на вал 20. Охлажденный регенератор 5 выходит из рукава 15, проходит через газ, отбирая от него тепло, и заходит в рукав 7, который сжимает газ в полости 9, повышая его температуру. Регенератор 5 в полости 9 нагревается. Рукава 15 и 7 и регенератор 5 занимают исходное положение в полостях 11 и 9. Затем цикл повторяется.

Реверс барабанов 18 и 3 может осуществляться за счет наматывания ленты на барабан 22 и сматывания ее принудительно с барабана 23, который вращает барабан 3, наматывая на него ленту 4. Когда лента 4, принудительно вращая барабан 3, вращает барабан 23, он наматывает ленту 24, которая вращает барабан 22. Барабан 22 вращает барабан 18, наматывающий ленту 17.

Сущность изобретения: двигатель содержит корпус 1 с патрубком 2, вне корпуса установлен на рабочем валу 20 барабан 18, оснащенный механизмом реверса. В патрубке смонтирован второй приводной реверсивный барабан 3. В корпусе и в патрубке закреплены первые концы гибких рукавов 7 и 15 разного диаметра. Вторые концы рукавов закреплены на регенераторе 5. Регенератор соединен гибкой связью 4 и 17 с каждым из барабанов 3 и 18. Корпус сообщен с системой 12 подачи холодного газа, а патрубок - с системой 10 подачи горячего газа. В рукаве меньшего диаметра выполнены отверстия. Механизм реверса выполнен в виде спиральной пружины либо в виде двух дополнительных барабанов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ, содержащий корпус с полостями расширения и сжатия, системы подачи и отвода газа, рабочий вал, поршни и регенератор, отличающийся тем, что он снабжен первым барабаном, установленным вне корпуса на рабочем валу с помощью муфты одностороннего хода и оснащенным механизмом реверса, корпус оснащен патрубком, в котором смонтирован второй приводной реверсивный барабан, поршни выполнены в виде двух гибких рукавов разного диаметра, первые концы рукавов закреплены на регенераторе, а вторые концы вывернуты наизнанку и закреплены соответственно в корпусе и в патрубке, регенератор соединен гибкой связью с каждым из барабанов с возможностью возвратно-поступательного перемещения, корпус сообщен с системой подачи холодного газа, патрубок - с системой подачи горячего газа, а в рукаве меньшего диаметра выполнены отверстия. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм реверса выполнен в виде спиральной пружины. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм реверса выполнен в виде двух дополнительных барабанов, жестко связанных с первым и вторым барабанами, а между собой соединенных гибкой связью.