Тепловой двигатель Советский патент 1980 года по МПК F03G7/06 

(54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к энергетике, а более конкретно, к тепловым двигателям, использующим изменения температуры окружающей среды для преобразования тепловой энергии в механическую при периодическом охлаждении рабочего тела, в частности, при его фазовых переходах.

Изобретение может использоваться при строительстве и эксплуатации зданий, сооружений и инженерных сетей в районах распространения вечной мерзлоты.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является тепловой двигатель, содержащий камеру, заполненную расщиряющимся при замерзании рабочим телом, имеющим точку плавления в рабочем диапазоне температур с расположенным внутри камеры поршнем с уплотнением . В этом двигателе уплотнение поршня увеличивается по мере увеличения давления рабочего тела, а при холостом ходе давление рабочего тела отсутствует, уплотнительное кольцо не прижимается к поршню и трения уплотнительного кольца о поршень не происходит. Вместе с тем при рабочем ходе двигателя не устранен износ трущихся поверхностей уплотнительного кольца и поршня: изготовление уплотнительного кольца технически сложно и требует дополнительных затрат.

Целью настоящего изобретения является увеличение КПД, путем снижения трения уплотнения о камеру и предотвращения утечек рабочего тела.

Указанная цель достигается тем, что на головке поршня установлен слой пористого упругого материала, конец поршня, выходящий из камеры, выполнен в виде радиатора, и камера двигателя теплоизолирована от воздействия окружающей среды.

Устроенный таким образом двигатель обеспечивает перенос тепла от окружающей среды к рабочему и наоборот через пор15 щень. Слой пористого материала, установленный на головке поршня, выполняет роль центров кристаллизации и обеспечивает первоочередное замерзание только части рабочего тела, находящейся в слое пористого материала. Остальная часть рабочего тела в это время переохлаждается, но не кристаллизуется. При замерзании слоя пористого материала, пропитавщее его рабочее тело создает расклинивающий эффект и

25 обеспечивает уплотнение поршня во время рабочего хода. Роль смазки выполняет микроскопический слой влаги, образующийся при передвижении рабочего тела вдоль стенки камеры в результате разрушения

30 кристаллов рабочего тела.

На чертеже изображен продольный разрез теплового двигателя.

Тепловой двигатель содержит камеру 1, заполненную расширяющимся рабочим телом 2 при замерзании, внутри которой установлен поршень 3 верхняя часть которого выполнена в форме радиатора 4, а на нижней части, являющейся головкой 5 поршня 3, установлен слой пористого пластичного материала 6, например, пенополиуретана.

Камера двигателя 1, содержащая рабочее тело 2, теплоизолирована утеплителем. 7 от воздействия окружающей среды. В качестве рабочего тела 2 может быть использована дистиллированная вода или водный раствор соли, имеющий температуру начала замерзания соответствующую требуемой температуре начала рабочего хода двигателя. В качестве утеплителя 7 может быть использован любой высокоэффективный теплоизоляционный материал: шлаковата, пенополистирол, пенополиуретан.

Тепловой двигатель работает следующим образом.

При понижении температуры окружающей среды хладопоток от радиатора 4 передается по теплопроводному телу порщня 3 его головке 5, где начинается кристаллизация части рабочего тела 2, расположенной в порах слоя пластичного материала 6. В результате увеличения объема рабочего тела 2 слой пористого материала 6 при промерзании последнего происходит уплотнение порщня 3 в камере 1 двигателя. При дальнейшем охлаждении порщня 3 окружающей средой, процесс кристаллизации распространяется в переохлажденный объем незамерзающего рабочего тела 2. При кристаллизации в рабочем теле 2 создается давление, превыщающее нагрузку на поршень 3, и он перемещается вверх, совершая механическую работу. Таким образом, совершается рабочий ход двигателя. Холостой ход совершается при повышении температуры окружающей среды. Под воздействием тепла передаваемого порщнем 3 из окружающей среды происходит оттаивание слоя пористого материала 4, а затем рабочего тела 2, расположенного под этим слоем. Холостой ход порщня 3 совершается под воздействием нагрузки на поршень и дефицита давления образующего в камере 1 в результате уменьшения объема рабочего тела 2 при оттаивании.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения состоит в том, что по сравнению с известными решениями изобретение позволяет исключить потери

рабочего тела за счет использования части рабочего тела в качестве уплотнителя и одновременно в качестве смазки. При этом снижается трение поверхностей поршня и камеры, что ведет к увеличению КПД двигателя.

Этот двигатель использует бесплатную тепловую энергию окружающей среды, не требует затрат на эксплуатацию, прост и дешев в изготовлении.

Формула изобретения

Тепловой двигатель, содержащий камеру, заполненную расширяющимся при замерзании рабочим телом, имеющим точку плавления в рабочем диапазоне температур, с расположенным внутри камеры поршнем с уплотнением, отличающийся тем, что, с целью увеличенияКПД путем снижения трения уплотнения о камеру и предотвращения утечек рабочего тела, на головке поршня установлен слой пористого упругого материала, конец поршня, выходящий из камеры, выполнен в виде радиатора, и камера двигателя теплоизолирована от воздействия окружающей среды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3611713, кл. 60-23, опублик. 1971.