ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F01K25/00 F01B29/10 

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к двигателям с циркуляцией рабочего тела по замкнутому циклу, и может быть использовано как в составе стационарных силовых установок, так и для привода транспортных средств.

Наиболее близким к изобретению является двигатель, содержащий нагреватель и холодильник, цилиндр с поршнем, соединенным с преобразователем энергии, и рабочее тело, которое попеременно взаимодействует с нагревателем и холодильником [1]
Недостатками данного двигателя являются: низкий КПД, сложность конструкции и управления /регулирования/.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и регулирования, расширение технологических возможностей, обеспечение экологической безопасности.

Данная задача решается за счет того, что цилиндры расположены соосно с нагревателем между обращенными друг к другу головками, при этом со стороны штока размещены холодильники, выполненные в виде камер, соединенных с источником воды, причем концы штоков поршней соединены скалкой с преобразователем энергии на ней и кинематической связью с гибким наконечником нагревателя.

На фиг. 1 представлена схема двигателя; на фиг. 2 нагреватель в виде радиоактивного источника тепловой энергии; на фиг. 3 рабочий орган для осуществления поступательного движения в воде, на мягком грунте, на поверхности планеты нашей Галактики.

Двигатель содержит цилиндр с наружной теплоизоляцией /условно не показано/, поршнем 2, головкой цилиндра 3, играющей роль теплопровода. Двигатель содержит нагреватель 4 с емкостью 5 с энергоносителем 6, трубопровод 7 для подачи энергоносителя 6 в гибкий наконечник 8. Емкость 5 соединена с источником газа под давлением для создания напора энергоносителя 6 /условно не показан/. Поршни 2 обоих цилиндров 1 расположены соосно и соединены между собой скалкой 9 через штоки 10. На скалке 9 размещены обмотка 11 и поршень 12. Обмотка 11 размещена между полюсами магнитов 13, причем сама обмотка соединена электрически с нагрузкой 14 /это может быть просто освещение, бытовые приборы, например холодильник, обогреватель, эл. плитка и т.д./. Цилиндр 15 своими полостями соединен через группы обратных клапанов 16, 17 и регулируемый дроссель 18 со сливом. На скалке 9 размещена рейка 19, которая через цепную передачу 20 соединена с гибким наконечником 8 нагревателя 4. Цилиндры 1 со стороны штоков 10 имеют холодильники 21 в виде камер 22, которые соединены с водным источником 23 через насос 24 и регулируемый дроссель 25. Выходы камер 21 соединены с потребителем для обогрева. В качестве нагревателя 4 может быть использован радиоактивный источник 26 в защитном контейнере 27, экранной теплоизоляции 28 и с пространством, которое заполнено газом с низкой теплопроводностью, например ксеноном. Радиоактивный источник 26 соединен тепловодом 29 с тепловой трубкой 30 и через гибкий наконечник 8 с ползуном 31, который соединен с цепной передачей 20 и может занимать указанные положения /два рабочих/, при которых ползун 31 сопрягается с головками цилиндра 3 либо в нейтральном положении для отвода тепловой энергии при нерабочем положении. Закрепление в нейтральном положении условно не показано и может быть выполнено различным образом, например с отводом натяжного устройства цепной передачи 20 и при закреплении ползуна 31. Также могут регулироваться временные положения сопряжения гибкого наконечника с головкой цилиндра 3. На фиг. 3 показан силовой орган для осуществления поступательного движения. На скалке 9 расположена лопасть 32 на поворотной оси 33 с упором 34 и пружиной 35. Полость между головкой цилиндра 3 и поршнем 2 заполнена теплоносителем 36. Это может быть различный материал: газообразный в виде водорода или гелия, которые, благодаря подвижности атомов, позволяют быстро осуществить теплоотвод или нагрев теплоносителя 36. В зависимости от характера и интенсивности нагревателя 4 рабочее тело может быть различным /вода, ртуть, эфир и т.д./.

Двигатель работает следующим образом.

В изображенном положении /фиг. 1/ нижний цилиндр 1 соединен с холодильником 21, осуществляется интенсивный теплоотвод от рабочего тела 36, в надпоршневой полости нижнего цилиндра 1 создается пониженное давление, и поршень 2 этого цилиндра стремится подняться вверх. Одновременно гибкий наконечник 8 нагревателя 4 своим факелом создает тепловой поток, воздействующий на головку цилиндра 3 верхнего цилиндра 1. Теплоноситель 36 верхнего цилиндра 1 разогревается, создается давление на поршень 2 и он стремится переместиться вверх, а т.к. поршни 2 обоих цилиндров 1 соединены через штоки 10 скалкой 9, то происходит перемещение совместное обоих поршней 2 со скалкой 9. При перемещении скалки происходит перекачка поршнем 12 жидкой среды с помощью обратных клапанов 16 и 17 через дроссель 18, который позволяет регулировать скорость перемещения поршня 12 и, следовательно, скалки 9, изменяя гидравлическое сопротивление на выходе цилиндра 15. Со скалкой 9 перемещается и обмотка 11 между полюсами магнита 13. При этом происходит пересечение магнитно-силовых линий витками обмотки 11, возникновение ЭДС на выходе обмотки 11 /переменного/. Если к скалке 9 подсоединить лопасть 32, то она будет совершать качательное движение до упора 34 и возврат пружиной 35 в начальное положение. При движении скалки вниз происходит загребание воды /рассматривается движение в водной среде/, а при движении скалки 9 вверх лопасть 32 повернется. Аналогично будет происходить процесс перемещения по суше, мягкому и пылеобразному грунту.

В качестве нагревателя может быть использован любой источник с факелом-форсункой с жидким или газообразным теплоносителем, а также пылевидным. Однако наиболее выгодно использовать радиоактивный источник, который широко используется в радиоизотопных термоэлектрических термогенераторах.

Поворот гибкого наконечника 8 нагревателя может осуществляться и не плавно, а неравномерно за счет использования, например, кулачка или упорного штыря на цепной передаче.

Корпус цилиндра 1 должен быть составным: верхняя и нижняя части, где расположены холодильник 21 и нагреватель 4 должны быть из меди, и между ними проставка из, например, керамики.

Изменение интенсивности теплообмена на нагревателе может быть осуществлено как регулировкой подачи топлива, так и отводом тепла от контейнера 27.

При использовании в качестве рабочего тела специальных веществ или составов, уплотнение на поршнях /условно не показано/ может быть заменено гибкой оболочкой, в которую заключается специальное вещество. Это может быть сильфон или гибкая оболочка из стойкого к высоким температурам материала. В рассмотренном случае теплоноситель может быть и промежуточный: между гибкой оболочкой и цилиндром.

Таким образом, техническое решение позволяет решить все поставленные задачи, а именно:
упростить конструкцию и сделать ее более надежной и долговечной;
получить универсальный двигатель с любым источником тепловой энергии;
использоваться комплексно: как для преобразования энергии, так и для обогрева без изменения конструкции.

Использование: в энергомашиностроении при проектировании теплосиловых установок и двигателей. Сущность изобретения: цилиндры двигателя расположены соосно с нагревателем между их обращенными друг к другу головками, со стороны штока размещены холодильники, выполненные в виде камер, соединенных с источником воды. Причем концы штоков поршней соединены между собой скалкой с преобразователем энергии на ней и кинематической связью с гибким наконечником нагревателя. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Двигатель, содержащий нагреватель и холодильник, цилиндр с поршнем, соединенным с преобразователем энергии, и рабочее тело, которое попеременно взаимодействует с холодильником и нагревателем, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере два соосных цилиндра, которые расположены соосно с нагревателем между ними со стороны обращенных одна к другой головок цилиндра и размещенными со стороны штоков холодильниками в виде камер, соединенных с источником воды, при этом поршни кинематически соединены между собой, преобразователем энергии и гибким наконечником нагревателя. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что поршни соединены кинематически между собой скалкой с размещенными на ней распределительными связями, которые кинематически соединены с гибким наконечником, а на скалке расположены преобразователи энергии. 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что поршни соединены между собой кинематически через шатун с коленчатым валом с общей цепной передачей между центрами коленчатых валов каждого цилиндра, причем гибкий наконечник соединен с цепной передачей, а преобразователь энергии соединен с одним из коленчатых валов. 4. Двигатель по пп. 1 3, отличающийся тем, что гибкий наконечник соединен с форсункой, а теплообмен осуществляется факелом пламени. 5. Двигатель по пп. 1 4, отличающийся тем, что гибкий наконечник соединен с ползуном, который сопрягается с профильной головкой цилиндра, а другой конец гибкого наконечника соединен с радиоактивным источником тепловой энергии в защитном контейнере.