ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Советский патент 1935 года по МПК F01K25/02 

Предлагаемый тепловой двигатель предназначен для работы на отходах промышленного тепла, например, на конденсационной воде, на воздухе, охлаждающем доменные печи, на выхлопных газах двигателей внутреннего горения и т.п. и на небольших перепадах температуры воды и воздуха, наблюдаемых повсеместно в природе, например, воздух и вода на Мурмане зимой, горные реки на Кавказе.

Рабочей средой в двигателе является жидкость, попеременно нагреваемая и охлаждаемая в специальных обогревателе и охладителе.

В жидкости, взятой в качестве рабочего тепла, первоначально снижается давление до определенного предела, затем часть жидкости нагревается, вследствие чего давление, полученное в конце сжатия, увеличивается, затем следует рабочий ход и падение давления, вследствие расширения жидкости, и, наконец, охлаждение нагретой части жидкости до начального давления.

На чертеже изображена схема теплового двигателя в положении начала движения рабочего поршня от нижней мертвой точки к верхней и при обратном движении его.

Рабочий поршень 1 помещен в цилиндре 2, соединенном каналом 3 с пространством 5 цилиндра, в котором ходит пустотелый диференциальный поршень 7 с отверстиями на обоих его днищах 10 и со свободным поршнем 8, движущимся в полости поршня 7. Узкий конец поршня 7 заходит в дополнительный резервуар 6. Пространство 5 цилиндра со стороны большого диска поршня 7 соединено через обогреватель В, трубу 4 и охладитель А с пространством 5′ по другую сторону большого диска поршня.

При перемещении поршня 7 в цилиндре происходит переливание жидкости из пространства 5′ из-под поршня 7 через охладитель А и обогреватель В по другую сторону его в пространство 5, где она скапливается в нагретом виде, и наоборот при движении от А к В нагретая часть жидкости, переходя через В и А, скапливается уже в холодном виде.

При движении рабочего поршня 1 от нижней мертвой точки к верхней рабочая жидкость (напр. эфир) начинает вытесняться из цилиндра 2 в канал 3, а по нему в систему теплового двигателя, где находится легкосжимаемый эфир. Так как вся система замкнута и не имеет выхода, то, благодаря движению рабочего поршня 7, давление во всей системе начинает повышаться.

Эфир, находящийся в дополнительном резервуаре 6, запертый в нем дифференциальным поршнем 7 и поршнем 8, как только давление во всей системе начинает подыматься, тоже сжимается поршнем 8.

Поршень 7 остается некоторое время неподвижным, так как его движение связано со значительным сопротивлением всей массы эфира в змеевиках обогревателя В и охладителя А и трением самого поршня о стенки цилиндра, а движение поршня 8 происходит свободно.

При достижении поршнем 8 конечного положения он упирается в днище 10, и начинает двигаться поршень 7.

Вследствие движения поршня 7 эфир, находящийся в холодной части цилиндра - пространстве 5′, - переливается через охладитель А в обогреватель В, где он подогревается до соответствующей температуры, и нагретый скапливается по другую сторону поршня 7 в пространстве 5.

Таким образом в конце рабочего хода и в конце хода поршня 7 во всей системе количество нагретого эфира увеличивается на объем, перегнанный поршнем 7. Так как нагревание произошло в замкнутом объеме, то давление повышается.

Наибольшее давление, вследствие запаздывания движения поршня 7 относительно поршня 1, будет достигнуто не на верхней точке, а несколько позднее, в зависимости от числа оборотов двигателя.

При движении поршня 1 от верхней мертвой точки, под давлением эфира, к нижней, происходит рабочий ход и давление во всей системе падает.

Как только давление начнет падать, то поршень 8 начинает двигаться под давлением сжатого во вспомогательном резервуаре 6 эфира.

Поршень 7 остается некоторое время неподвижным, вследствие сопротивления эфира в пространстве 5.

Когда движение во всей системе упадет, то поршень 8 упрется в днище 10 и при дальнейшем движении рабочего поршня 1, а следовательно, и при дальнейшем падении давления, перемещается уже весь поршень 7, вызывая перемещение нагретого эфира из пространства 5 через обогреватель В и охладитель А, где он охлаждается.

Вследствие движения рабочего поршня 1 вниз и охлаждения эфира давление во всей системе понизится к концу хода до 1 атм.

Фактически же, благодаря запаздыванию движения поршня 7, давление до 1 атм. упадет несколько позднее.

При опытах было найдено, что для лучшего использования тепла и получения максимального эффекта необходимо сжимать до определенного давления в зависимости от величины используемого перепада температур.

Понижение давления сжатия достигается подбором правильного отношения объема рабочего цилиндра ко всему объему рабочей жидкости, или, если этого надо достигнуть в одной и той же машине, то подбором жидкостей с соответствующими коэфициентами сжатия.

Тепловой двигатель, работающий изменением объема жидкости при ее нагревании и охлаждении, отличающийся применением пустотелого диференциального поршня 7 с отверстиями на обоих его днищах и свободным поршнем 8, движущимся в полости его, пространство 5 со стороны большого диска какового поршня 7 соединено каналом 3 с рабочим цилиндром 2 и с пространством 5¹ по другую сторону его через обогреватель В и охладитель А, с целью попеременного нагревания и охлаждения рабочей жидкости (напр. эфира).