Способ преобразования теплоты в механическую работу и тепловой двигатель для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК F02B3/00 

Фиг.1

Изобретение используется в тепловых двигателях, которые могут найти применение в различных областях техники, в частности, в качестве двигателей для транспортных средств.

Целью изобретения является затруднение передачи теплоты из элементов теплового двигателя, имеющих наиболее высокую температуру, к элементам с наиболее интенсивным механическим движением, обеспечение работы трущихся частей двигателя при пониженных относительно нагревателя температурах и повышения КПД путем повышения температуры в нагревателе за счет изменения способа преобразования теплоты в механическую работу, добиться отделения наиболее термически напряженных элементов двигателя от элементов с наиболее интенсивным механическим движением. Это даст возможность наиболее благоприятные условия работы трущихся деталей двигателя, т.к. на них не воздействуют высокие температуры.

На фиг. 1 представлен вариант двигателя для осуществления способа; на фиг. 2 - график, отражающий цикл двигателя.

В качестве машины сжатия применен поршневой компрессор, содержащий цилиндр 1, поршень 2, всасывающий 3 и нагнетающий 4 клапаны. В качестве машины расширения использован рабочий цилиндр 5 с поршнем 6. Между рабочим цилиндром и камерой сгорания расположен теплообменник 7, целью которого является регенерация теплоты газов, покидающих камеру сгорания и который совместно с атмосфер- йой является холодильником двигателя. Нагревателем служит камера сгорания 8, в которую через форсунку 9 подается топливо от насоса 10. График, отображающий цикл двигателя, представлен на фиг. 2. По оси абсцисс - объем (V) по оси ординат - давление (Р). Внизу графика показана машина расширения, состоящая из цилиндра с поршнем.

В компрессор 1 (фиг. 1), ход поршня которого опережает ход рабочего поршня 6 на 90°, через всасывающий клапан 3 поступает рабочее тело (воздух), где сжимается и через клапан 4 направляется к рабочему цилиндру, поршень которого совершает обратный ход (на фиг. 2 движется влево и находится в точке 3 графика). Во время дальнейшего движения поршня 6 к ВМТ воздух подается в теплообменник 7, где нагревается отходящими газами, имеющими высокую температуру, а затем поступает в камеру сгорания 8, куда через форсунку 9 подается топливо. Со второй половины обратного хода рабочего поршня клапан 11

закрывается, происходит нагревание и вследствие этого повышение давления рабочего тела в камере сгорания, теплообменнике и рабочем цилиндре (кривая между

точками 3-1 графика). После перехода поршня 6 через ВМТ происходит рабочий ход (кривая 1-2 графика). Расширение рабочего тела изотермическое, т.к. происходит при постоянной температуре. Подводимая в это

время к рабочему телу теплота расходуется на выделение механической работы.В НМТ рабочего поршйя клапан 11 открывается, рабочее тело уходит из камеры сгорания ;в теплообменник, где отдает свое тепло холодному рабочему телу. При этом давление рабочего тела в камере сгорания, теплообменнике и рабочем цилиндре падает (кривая 2-3 графика). При подходе рабочего поршня к точке 3 (фиг. 2) компрессор сжимает следующую порцию воздуха, клапан 11 закрывается, температура и давление рабочего тела начинают повышаться и цикл повторяется.

Формула изобретения

1. Способ преобразования теплоты в механическую работу, заключающийся в том, что рабочее тело сжимают, нагревают и расширяют, производя при этом механическую работу, отличающийся тем, что, с целью затруднения передачи теплоты из элементов теплового двигателя, имеющих наиболее высокую температуру, к элементам с наиболее интенсивным механическим

движением, сжатое машиной сжатия рабочее тело передают в автономный нагреватель, где его нагревают и расширяют и передают увеличение объема, нагретого в автономном нагревателе рабочего тела машине расширения посредством не нагретого в нагревателе рабочего тела, находящегося между нагревателем и машиной расширения, а затем нагретое рабочее тело из нагревателя передают холодильнику.

2. Тепловой двигатель, для преобразования теплоты .в механическую работу,содер- жащий машину сжатия, машину расширения, нагреватель и холодильник, о т л и ч а га- щи и с я тем. что, с целью обеспечения работы

трущихся частей двигателя при пониженных относительно нагревателя температурах и повышения к.п.д. путем повышения температуры в нагревателе, нагреватель выполнен конструктивно автономным, не совмещенным с машиной сжатия и машиной расширения, и расположен по ходу движения рабочего тела за машиной сжатия и машиной расширения, причем между нагревателем и машиной расширения размещена емкость с не нагретым в нагревателе рабочим телом.

Фие.1

Изобретение относится к двигателям для транспортных средств. Целью изобретения является затруднение передачи теплоты из элементов теплового двигателя, имеющих наиболее высокую температуру, к элементам с наиболее интенсивным механическим движением. Способ преобразования теплоты в механическую работу включает сжатие машиной сжатия рабочее тело передают в автономный нагреватель, где его нагревают и расширяют и передают увеличение объема нагретого в автономном нагревателе рабочего тела машине расширения посредством ненагретого в нагревателе рабочепд тела, находящегося между нагревателем и машиной расширения, а затем нагретое рабочее тело из нагревателя передают холодильнику. Тепловой двигатель для осуществления данного способа содержит машину сжатия, машину расширения в виде рабочего цилиндра 5 с поршнем 6, автономный нагреватель 8 и холодильник. 2 ил.