Тепловой двигатель Советский патент 1984 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к тепло-г энергетике, а именно к преобразо1ват лям тепловой энергии в механическую н может быть использовано для привода механизмов с возвратно-поступательным движением рабочего органа Известен тепловой двигатель с элементом подвода, транспортировки и отвода тепла, содержащий цилиндр, размещенный в нем эластичный эле/ ент, например сильфон, заполненный легкокипящей жидкостью, и теплообменник tl 3. Недостатком указанного теплового двигателя является низкая эффективность.преобразования энергии, связанная с тем, что для подвода и отвода тепловой энергии служит один и тот же теплообменник, выполняющий функции испарителя и конденсатора. Известен также тепловой двигатель, содержащий корпус, жестко сое диненные с ним источники высокой и низ {СОЙ температур, размеп1енный в корпусе заполненный легкокипящим ра бочим телом основной сильфон, одно основание которого неподвижно соединено с корпусом, а второе снабжен покрытым капиллярно-пористым материалом диском, являющимся одновреме но крьшкой сйльфона и элементом отвода теплоты, установленным в корпусе С возможностью осевого перемещения до контакта с источником низкой температуры и жестко соединенны с штоком отбора мощности, шариковый фиксатор, шарики которого закре лены в соединенной с корпусом элас тичной обойме и размещены в канавках штока отбора мощности ,2. Недостатком данного теплового двигателя также является низкая эфф тивность преобразования энергии, связанная с тем, что в моменты периодического отвода теплоты от сйльфона к нему непрерьшно подводит ся теплота со стороны нагревательной камеры. Это приводит к тому что часть подводимой теплоты передается холодильнику без совершения работы, т.е. теряется бесполезно. Кроме того, теплопроизводительность холодильника должна быть намного вы ше теплопроизводительности камеры подвода теплоты, что увеличивает его габариты, а следовательно, и ра меры теплового двигателя в целом. Цель изобретения - повышение эф- фективности теплового двигателя. Указанная цель достигается тем, что тепловой двигатель, содержащий корпус, жестко соединенные с ним источники высокой и низкой температур, размещенный в корпусе заполненный легкокипящим рабочим телом основной сильфон, одно основание которого неподвижно соединено с корпусом, а второе снабжено покрытым капиллярно-пористым материалом диском, являющимся одновременно крышкой сйльфона и элементом отвода теплоты, установленным в корпусе с возможностью осевого перемещения до контакта с источником низкой температуры и жестко соединенным с штоком отбора мощности, шариковый фиксатор, шарики которого закреплены в соединенной с корпусом эластичной обой1ме и размещены в канавках штока отбора мощности, снабжен дополнительным сильфоном меньшего диаметра,чем основной, установленным соосно последнему с образованием общей для обоих внутренней полости и имеющим крьШ1ку со стороны, противоположной основному сильфону, являющуюся элементом подвода тепла и установленную с возможностью осевого перемещения до контакта с источником высокой температуры, причем крьшка дополнительного сйльфона имеет пористое покрытие и соединена с диском основного сйльфона жестким капиллярно-пористым элементом. На чертеже представлен продольный разрез теплового двигателя, левая и правая части которого соответствуют крайним положениямвала от мощности. Тепловой двигатель содержит корпус 1, жестко соединенные с ним источники- высокой 2 и низкой 3 температур, размещенный в корпусе заполненный легкокипящим рабочим телом основной сильфон 4, одно основание которого неподвижно соединено с корпусом, а BTOiое снабжено покрытым капиллярно-пористым материалом 5 диском 6, являющимся одновременно крьшкой сйльфона и элементом отвода теплоты, установленным в корпусе с возможностью осевого перемещения до контакта с источником низкой температуры и жестко соединенным с штоком отбора мощности 7, шариковый фиксатор, шарики 8 которо3

го закреплены в соединенной с корпусом эластичной обойме 9 и размещены в канавках 10 штока отбора мощности, дополнительный сильфон 11 меньшего диаметра, чем основной, установленный соосно последнему с образованием общей для обоих внутренней полости и имеющий крышку 12 со стороны, противоположной основному сильфону, являницуюся элементом подвода тепла и установленную с возможностью осевого перемещения до котакта с источником высокой температуры, причем крьш1ка дополнительного сильфона имеет пористое покрытие 13 и соединена с диском основного сильфона жестким капиллярно-пористым элементом 14.

Тепловой двигатель работает следзтощим образом.

В начальный момент времени, для которого положение элементов теплового двигателя представлено на правой половине чертежа, крьш1ка 12 прижата к источнику высокой температуры 2, тепло от которого вызьшает закипание легкокипящего рабочего 1тела внутри сильфона 11. Шарики 8 фиксатора утоплены в верхней канавке 10 штока отбора мощности 7, По мере кипения жидкого рабочего тела давление в общей полости сильфонов А и 11 возрастает, причем сила, действующая -на диск 6 основного сильфона, превьш1ает из-за разности площадей силу, действующую на крьш1ку 12 дополнительного сильфона. После того, как равнодействующая этих сил превысит сумму усилия, создаваемого фиксатором, и рабочего усилия от внешней нагрузки на штоке отбора мощности 7, диск 6, а с ним шток отбора мощности и связанная с ними жестким капиллярно-пористым элемен41254

том 14 крьш1ка 12 начнет двигаться в сторону источника низких температур 3 до контакта с ним.

Подвод тепла от источника 2 высо5 ких температур к рабочему телу прекращается. При этом положении, показанном на левой половине чертежа, шарики 8, удерживаемые эластичной . обоймой 9 фиксатора, попадают в

0 нижнкйо канавку штока отбора мощности.

Пористый материал 5 и пористое покрытие 13 на внутренних поверхностях диска 6 и крьш1ки 12, а также

5 капиллярно-пористый элемент 14 обеспечивают эффективный тепломассообмен в общей полости сильфонов 4 и 11. В состоянии контакта диска 6 с источником низких температур 3 тепло

0 от рабочего тела отводится, приводя к его конденсации. По.сле того, как давление во внутренней полости сштьфонов упадет до значения, при котором равнодействующая усилий, дей5 ствующих на диск 6 и крышку 12 за счет.разности давлений внутри и снаружи сильфонов, превысит сумму усилий фиксатора и внешней нагрузки, крьш1ка 12 вместе с диском 6 и

0 штоком отбора мощности переместится в сторону источника высоких температур 2 до контакта с ним. Шарики фиксатора займут положение в верхней канавке штока отбора мощности. Далее цикл работы двигателя повторяется.

Предлагаемое изобретение позвоволяет повысить эффективность теплового двигателя путем исключения не0 производительных передач тепла от нагревателя к холодильнику, снизить тепловую мощность и габариты холодильника, расширить область применения подобных тепловых двигателей.

ОмсгмееКумицая дода 1

Назревающая

ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, жестко соединенные с ним источники высокой и низкой температур, размещенный в корпусе заполненный легкокипящим рабочим телом основной сильфон, одно основание которого неподвижно соединено с корпусом, a второе снабжено покрытым капиллярно-пористым материалом диском, являющимся одновременно крЕлвкой сильфона и элементом отвода теплоты, установленным в корпусе с возможностью осевого перемещения до контакта с источником низкой температуры и жестко соединенным с. штоком отбора мощности, шариковый фиксатор, шарики которого закреплены в соединенной с корпусом эластичной обойме и размещены в канавках штока отбора мощности, отличающийся тем, что, с целью повьппения эффективности теплового двигателя, он снабжен дополнительньм сильфоном меньшего диаметра, чем основной, установленным соосно последнему с образованием общей для обоих внутренней полости и имеющим крышку со стороны, противоположной основному сильфону, являющуюся элементом подвода тепла и установленную с возможностью осевого перемещений до контакта с источником высокой температуры, причем крьш1ка дополнительного сильфона имеет пористое покрытие и соединена с диском основного сильфона жестким капиллярно-пористым элементом.