ДВИГАТЕЛЬ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК F01K11/04 F28D15/02 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, в частности, в качестве двигателя летательного аппарата (Л.А).

Известно устройство под названием двигателя Стерлинга, преобразующее тепловую энергию в механическую энергию вращения вала [патент РФ №2056606, 1993].

К недостаткам указанного изобретения следует отнести сложность устройства, обусловленную использованием четырехзвенного кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

В качестве прототипа выбрано устройство по патенту РФ №2472005, 2011, под названием "Двигатель внешнего сгорания".

К недостаткам устройства-прототипа следует отнести большие массогабаритные характеристики, обусловленные низкоэффективной системой отвода тепла из конденсатора.

Целью настоящего изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик двигателя для Л.А.

Суть изобретения заключается в следующем.

В известном техническом решении для отвода тепла от конденсатора используются полые стержни, жестко закрепленные с корпусом двигателя. На стержни жестко крепятся конусные тарелки-конденсаторы как внутри, так и снаружи герметичного корпуса. Конусные тарелки выполнены с развитой поверхностью теплообмена, например волнообразные. Со стороны вершины усеченного конуса корпуса на вал двигателя жестко установлен тяговый винт.

Недостатком известного технического решения является неэффективный отвод тепла из конденсатора с помощью волнообразных тарелок.

Согласно изобретению на стержни установлена система радиально установленных внутренних и внешних радиаторов, и вариант их соединения со стержнями, что позволяет значительно повысить эффективность процесса теплоотвода от конденсатора и тем самым уменьшить массогабаритные характеристики двигателя.

Устройство двигателя внешнего сгорания.

Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус 1 в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем, корпус содержит испаритель 2 и конденсатор 3, в корпусе содержится теплоизоляционное кольцо 4, являющееся элементом корпуса, и жестко скрепленное как с испарительным участком 5, так и конденсационным участком 6 корпуса двигателя, к теплоизоляционному кольцу жестко крепятся рабочие колеса 7 турбины 8 с рабочими лопатками 9, охваченными ободом 10, рабочие колеса турбины жестко крепятся к валу 11 двигателя, на вал установлены колеса турбины с направляющими 12 лопатками, охваченными ободом 13, представляющими собой кольцевой магнит, ободья всех колес установлены с образованием кольцевого зазора 14 с корпусом, колеса с направляющими лопатками установлены с возможностью вращения по отношению к валу на подшипниках 15, над внутренним кольцевым магнитом установлен внешний кольцевой магнит 16, жестко связанный с кожухом 17, на вал двигателя жестко крепится винт 18, в конденсаторе содержатся полые стержни 19, вокруг испарителя расположена спиральная камера сгорания 20, содержащая форсунку 21, к стержням крепятся радиаторы 22 как с внешней 23, так внутренней 24 стороны корпуса, представляющие собой радиально установленные трапецеидальные пластины с втулками 25, охватывающими стержни с зазором 26, заполненным теплопроводной пастой.

При работе двигателя на солнечной энергии герметичный корпус защищен экраном 27 с соответствующими проемами для доступа солнечной энергии к испарителю, вал соединен с электрогенератором.

Работа двигателя внешнего сгорания.

При подаче топлива к форсунке 21 продукты сгорания нагревают испаритель 2, тем самым преобразовывая теплоноситель из жидкой фазы в газообразную, в виде пара. Пар из испарительного участка 5 проходит через турбину 8 и попадает в конденсационный участок 6 двигателя, совершая при этом работу по вращению вала 11, а также жестко скрепленных с ним рабочих колес 7 с рабочими лопатками 9, полых стержней 19 с радиаторами 22 и винта 18. Отработанный пар, проходя по осевым каналам, образованным радиально установленными внутренними 23 участками радиатора, отдает избыток тепла радиально установленным внутренним участкам полых стержней, охваченных втулками 25 с кольцевым зазором 26, заполненными теплопроводной пастой. При этом тепло по стержням отводится от конденсатора наружу и в дальнейшем отводится набегающим потоком воздуха, созданным винтом. Отработанный пар конденсируется на стенках радиатора и в жидкой фазе поступает на внутреннюю поверхность конденсатора 3. Под действием центробежных сил теплоноситель в виде тонкой пленки по зазору 14 над ободьями 10 и 13 турбины вновь поступает в испаритель. Цикл повторяется.

Предложенное техническое решение в отличие от известного обладает следующими достоинствами.

1. В известном техническом решении теплоотводящие тарелки и стержни расположены между собой в разных плоскостях (под прямым углом), что приводит к точечному контакту. В предложенном решении обе детали расположены в одной плоскости и контактируют по линии, что обеспечивает надежную и эффективную теплопередачу друг с другом.

2. В известном техническом решении тарелки, расположенные одна над другой, по пути движения теплоносителя в радиальном направлении, экранируют друг друга и препятствуют свободному радиальному движению теплоносителя. В предложенном техническом решении для движения теплоносителя в радиальном направлении созданы максимально удобные условия.

3. Наличие кольцевого зазора между радиатором и полым стержнем, заполненным теплопроводной пастой, значительно повышает эффективность теплопередачи между цилиндрическими деталями. (4).

4. Полый стержень в отличие от равновеликого по площади сплошного обладает не только увеличенной поверхностью теплообмена, но и повышенной прочностью и жесткостью.

Изобретение поясняется чертежами.

На Фиг.1 представлен внешний вид двигателя.

На Фиг.2 представлен радиальный разрез в месте установки внутренних и внешних радиаторов.

На Фиг.3 изображены сопловые и рабочие лопатки колес турбины, а также отверстия в конусном корпусе для стержней.

На Фиг.4 представлено соединение радиатора с полыми стержнями (увеличено).

На Фиг.5 изображена турбина, а также система внутренних и внешних магнитов (увеличено).

На Фиг.6 представлен вариант двигателя с использованием солнечной энергии.

Ниже приведены графические материалы к изобретению.

Источники информации

1. Стерлинга двигатель. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия. 1980. Стр.500.

2. Патент РФ №2472005 от 18.01.2011.

3. Патент РФ №2056606 от 21.01.1993.

4. Теплопроводная паста. Википедия.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, в частности, в качестве двигателя летательного аппарата. Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем. Корпус содержит испаритель и конденсатор, теплоизоляционное кольцо, жестко скрепленное как с испарительным участком, так и конденсационным участком корпуса двигателя. К теплоизоляционному кольцу жестко крепятся рабочие колеса турбины с рабочими лопатками, охваченными ободом. Рабочие колеса турбины жестко крепятся к валу двигателя. На вал установлены колеса турбины с направляющими лопатками, охваченными ободом, представляющими собой кольцевой магнит. Ободья всех колес установлены с образованием кольцевого зазора с корпусом. Колеса с направляющими лопатками установлены с возможностью вращения по отношению к валу на подшипниках. Над внутренним кольцевым магнитом установлен внешний кольцевой магнит, жестко связанный с кожухом. На вал двигателя жестко крепится винт. В конденсаторе содержатся полые стержни. Вокруг испарителя расположена спиральная камера сгорания, содержащая форсунку. К стержням крепятся радиаторы как с внешней, так внутренней стороны корпуса, представляющие собой радиально установленные трапецеидальные пластины с втулками, охватывающими стержни с зазором, заполненным теплопроводной пастой. Изобретение направлено на уменьшение массогабаритных характеристик двигателя. 6 ил.

Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем, корпус содержит испаритель и конденсатор, в корпусе содержится теплоизоляционное кольцо, являющееся элементом корпуса и жестко скрепленное как с испарительным участком, так и конденсационным участком корпуса двигателя, к теплоизоляционному кольцу жестко крепятся рабочие колеса турбины с рабочими лопатками, охваченными ободом, рабочие колеса турбины жестко крепятся к валу двигателя, на вал установлены колеса турбины с направляющими лопатками, охваченными ободом, представляющими собой кольцевой магнит, ободья всех колес установлены с образованием кольцевого зазора с корпусом, колеса с направляющими лопатками установлены с возможностью вращения по отношению к валу на подшипниках, над внутренним кольцевым магнитом установлен внешний кольцевой магнит, жестко связанный с кожухом, на вал двигателя жестко крепится винт, в конденсаторе содержатся стержни, вокруг испарителя расположена спиральная камера сгорания, содержащая форсунку, отличающийся тем, что к стержням крепятся радиаторы как с внешней, так внутренней стороны корпуса, представляющие собой радиально установленные трапецеидальные пластины с втулками, охватывающими стержни с зазором, заполненным теплопроводной пастой, стержни выполнены полыми.