Тепловой двигатель Советский патент 1986 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в механическую, и может быть использовано для привода механизмов с возвратно-гюсту- штельным движением.

Целью изобретения является повышение КПД.

На фиг. 1 представлен предлагаемый тепловой двигатель в осевом разрезе, на котором левая и правая части соответствуют крайним положениям штока отбора .мош.нос- ти; на фиг. 2 - уложенный по спирали трубопровод, соединяющий резервуары про- тивоположпых жестких стенок рабочей камеры; на фиг. 3 - схема размеш,ения эластичного капиллярно-пористого покрытия на резервуаре, расположенном в зоне конденсации; на фиг. 4 - схема теплового двигателя с калорифером для охлаждения нагревающей среды и с нусковым источником нагрева.

Тепловой двигатель содержи i KOjinyc 1 и размещенную в нем частично заполненную ле1 кокипящей текучей средой рабочую камеру 2 с зонами испарения 3 и конденсации 4. Камера 2 имеет эластичную стен ку в виде си.тьфона 5 и расположенные дру1 напротив друга, соответственно в зонах испарения 3 и конденсации 4, жесткие стенки 6 и 7, покрытые с внутренней стороны капиллярно-пористым материалом 8. Же- стенка 6 неподвижно соединена со ппоко.м 9 отбора мощности, а жесткая стенка 7 - с корнусом 1. Снаружи на корпусе 1 неподвижно установлен соосно сильфону 5 источник 10 охлаждения. В корпусе 1 уста- новлепа также охватываюпия сильфон 5 камера 11 насоса для нагревающей среды с впускным 12 и выпускным 13 клапанами, образующая источник нагрева. В капиллярно-пористом материале 8 на жесткой стенке 6 рабочей камеры 2 выполнена полость 14 с образванием закрытого резервуара 15, а на жесткой стенке 7 - полость 16 с образованием закрытого резервуара 17. Резервуары 15 и 17 противопо.южных жестких стенок 6 и 7 соединены между собой гибким транспортным элементом в виде неканил- ;|ярного трубопровода 18. Резервуар 15, расположенный на стенке 6, неподвижно соединенной со щтком 9 отбора мощности, выполнен в виде обращенного во внутреннее нространство рабочей камеры 2 выступа 19 в форме цилиндра с возможностью контакта его торца 20 при минимальном об1)еме рабочей камеры 2 с резервуаром 17 противоположной жесткой стенки 7, расположенной в зоне 4 конденсации. Трубопр жод 18 (вариант устройства, нредставленный на фиг. 2) для уменьшения его деформаций при перемещении жесткой стенки 6 уложен по спирали с диаметром витка большим, чем диаметр выступа 19, Стенка резервуара 17, расположенного в зоне 4 конденсации на участке контакта с нротивополож- ным резервуаром 15, для улучшения контакта между резервуарами 15 и 17 в случае остаточного усталостного перекоса сильфона 5 может быть снабжена эластичным капил- лярно-нористым покрытием 21 (фиг. 3). Между HITOKOM 9 отбора моп;ности и корпусом 1 установлено уплотнение 22. В варианте устройства, представленном на фиг. 4, предлагаемый двигатель оснащен ох;1адителем на- 0 гревающей среды в виде соединенного с источником 10 охлаждения калорифера 23 и донолнительным нусковым источником нагрева - электронагревателем 24.

Тепловой двигатель работает следующим образом.

В пачальпый момент времени, для которого положение элементов тенлового двигателя иредстав.тено на правой по;1овине чертежа (фиг. 1), резервуар 15 входит в соприкос0 новение с резервуаром 17. В результате этог(з конденсат легкокипящей текучей среды за счет капиллярных сил частично переходит из насыщенного им капиллярно-пористого материала 8 резервуара 17 в ный за нредыдущий период капиллярно-по- 1) материал 8 резервуара 15. В камере 1 I насоса находится нагревающая среда, теплота которой затрачивается на испарение легкокинян1ей текучей среды из канилляр- но-пористого материала 8 резервуара 15 в местах его соприкосновения с нагреваемой жесткой стенкой 6 рабочей камеры 2. Давление наров легкокинящей текучей среды внутри сильфона 5 возрастает, и он растягивается, поднимая шток 9. При этом вы- нускной клапан 13 открывается, и нагре вающая среда вытесняется из двигателя, а резервуары 15 и 17 yд ляютcя друг от друга. По мере увеличения давления внутри силь())она 5 и подъема iHKJKa 9 происходит осушение капиллярно-пористого материала 8 стенок резервуара 15 и увеличение перепада

0 давлений снаружи и внутри этого резервуара 15, а при подходе штока 9 к положению наибольшего выдвижения его стенки резервуара 15 становятся проницаемыми для паров легко кинян ей текучей среды, причем проницаемость становится наибольшей при наиболь шем подъеме штока 9, когда жесткая стенка 6 соприкасается с корнусом 1 (левая половина двигателя на фиг. 1). Выпускной клапан 13 закрывается. Пары легкокипящей текучей среды, проникающие внутрь резервуара 15, по гибкому некапиллярному трубопроводу 18 перетекают в резервуар 17, где конденсируются, отдавая свою тен- . юту источнику 10 охлаждения, а образо- конденсат впитывается капиллярно-пористым материалом 8 резервуара 17.

5 Давление нара в рабочей камере 2 умень- П1ается, в результате чего сильфон 5 сжимается, опуская 1НТОК 9. Под .действием разрежения в камере 11 впускной клапан 12 открывается, и нагревающая среда втекает в камеру II. Однако ее тепло не передается легкокипящей текучей среде, так как резервуар 15 осущен и проницаем для паров этой среды. Процесс сжатия сильфона 5 и соответственно перемещения щтока 9 заканчивается при соприкосновании осущенного резервуара 15 с насыщенным конденсатом резервуаром 17 и при перетекании части этого конденсата в капиллярно-пористый материал 8 резервуара 15 под действием капиллярных сил. При дальнейщем испарении конденсата из стенок резервуара 15 увеличивается давление в камерах 2 и 11, в результате чего впускной клапан 12 закрывается. Далее цикл работы двигателя вновь повторяется. За все периоды работы двигателя резервуар 17 является непроницаемым для паров легкокипящей текучей среды, так как он все время насыщен ее конденсатом. Уп

лотнение 22 исключает подтечку нагревающей среды вдоль щтока 9. Запуск двигателя в работу из холодного состояния может быть осуществлен путем первоначального прогрева остывщей нагревающей среды с помощью пускового источника нагрева - электронагревателя 24. КПД предлагаемого двигателя повыщается по сравнению с известным за счет исключения непроизводительных потерь тепла при переносе части паров легкокипящей текучей среды при ее нагреве в зону 4 конденсации и преждевременном переносе конденсата в зону 3 испарения. При подключении калорифера 23 по схеме, приведенной на фиг. 4, одна и та же среда используется как нагревающая для зоны 3 испарения и - после охлаждения этой среды в калорифере 23 - как охлаждающая среда для зоны 4 конденсации.

фиг.2

Ч JT

фиг.З

Г2