Двигатель с внешним подводом теплоты

 

Изобретение м.б. использовано при создании свободнопоршневых двигателей с внешним подводом теплоты и отбором мощности через кривошипношатунный механизм. Цель изобретения повышение КПД двигателя. Вытеснительный и рабочий поршни (П) 4 и 2 установлены в корпусе 1 с возможностью линейных перемещений, связаны между собой и разделяют объем корпу

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5й 4 F 02 С 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ® 1.1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,;

Н flATEHTY

ЪВуу . „, б

Ь (21) 4008371/25-06 (22) 21.01.86 (31) P 3502363.5, P 3508689.0 (32) 25.01.85; 12.03.85 (33) DE (46) 15.06.88. Бюл. Ф 22 (71) Бомин Солар ГмбХ унд Ко. КГ (РЕ) (72) Юрген Кляйнвехтер, Ханс Кляйнвехтер и Отто Клаас (ПЕ) (53) 621.41(088.8) (56) Патент США Ф 3552120, кл. 60-24, опублик. 1971.

„,Я0„„1403992 А 3 (54) ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ

ТЕПЛОТЫ (57) Изобретение м.б. использовано при создании свобаднопоршневых двигателей с внешним подводом теплоты и отбором мощности через кривошипношатунный механизм. Цель иэобретения— повышение КПД двигателя. Вытеснительный и рабочий поршни (П) 4 и 2 установлены в корпусе 1 с воэможностью линейных перемещений, связаны между собой и разделяют объем корпу1403992 са на горячую и холодную полости 12 и 11, первая из которых заключена между корпусом и П 4, а вторая - между П 2 и 4. Полости 11 и 12 подключены одна к другой через охладитель

7, регенератор 6 и нагреватель 5, к которому подключен внешний источник теплоты. Связь между П 2 и 4 выполнена в виде магнитных или намагничивающихся внешних и внутренних связывающих устройств (СУ) 8 и 9. Внутренние СУ 9 расположены внутри герметичного корпуса и каждое подключено к одному из П. Внешние СУ 8 установлены снаружи корпуса с возможностью линейного перемещения и м.б. снабжены электромагнитом для подклю1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании свободнопоршневых двигателей с внешним подводом теплоты и отбором мощности через шатунно-кривошипный механизм.

Цель изобретения — повышение. КПД двигателя.

На фиг. 1 представлена принципи- 10 альная схема двигателя, на фиг. 2— конструктивное выполнение двигателя; на фиг. 3 — возникновение связей между связывающими устройствами, схематичный разрез; на фиг. 4 — устрой- 15 ство со связывающими средствами, позволяющими получить вращательное движение поршней, йродольный разрез; . на фиг. 5 — разрез А-А на фиг ° 4; на фиг. 6 — принципиальная схема 20 устройства с механическими связывающими средствами.

Двигатель (фиг. I и 2) содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндра, находящегося под давлением, рабочий поршень 2, линейно перемещающийся вверх и вниз при помощи тяги

3, вытеснительный поршень 4, также перемещающийся при помощи тяги 3, нагреватель 5, регенератор 6 и охла- 30 дитель 7., расположенные последова, тельно, наружное 8 и внутреннее 9 чения к источнику переменного тока.

СУ 9 м.б. выполнены в виде колец из магнитомягкого железа, а СУ 8 — в виде магнитов. Кольца и магниты м.б. снабжены выемками 16 и 17, расположенными на обращенных одна к другой поверхностях. Двигатель м.б. снабжен приспособлением для сдвига фаз между СУ 8 и 9, выполненным в виде кривошипно-шатунного механизма. При движении П 2 и 4 мощность им или с них передается через внутренние СУ ) внешним СУ посредством силовых электромагнитных линий. Для уменьшения силы трения П о стенки цилиндра имеется устройство придания П вращательного движения. 13 з.п. ф-лы,6 ил.

2 связывающие устройства вытеснительно. го поршня 4, привод 10, холодную полость 11, образованную вытеснительным поршнем 4, рабочим поршнем 2 и корпусом 1, горячую полость 12, находящуюся между корпусом 1 и вытеснительным поршнем 4. Нагреватель 5 соединен с внешним источником тепла (подробно не показан).

Вытеснительный поршень 4 связан тягой 13 с первым внутренним связывающим устройством 9, в то время как рабочий поршень 2 связан тягой 14 с вторым внутренним связывающим устройством 15. Оба связывающие устройства 9 и 15 изготовлены в виде колец из магнитомягкого железа, которые имеют радиальные открытые наружу, выемки 16 и 17, Наружное связывающее устройство 18 рабочего поршня 2 расположено напротив внутреннего связывающего устройства 15.

Корпус 1 или по меньшей мере часть корпуса вокруг связывающих устройств 9 и 15 изготовлена из немагнитного материала. Для этого может быть применен, например, пластик или немагнитный металл, например, алюминий или специальная немагнитная сталь. В последнем случае прихо дится мириться только с неизбежными потерями вихревых токов.

3 14

Связывающие устройства 8 и 18 из- готовлены иэ одного и того же кольцеобразного постоянного магнита, который имеет открытые внутрь кольцевые выемки 19 и 20, Вместо постоянных магнитов могут быть применены электромагниты, причем возможно использование электромагнитов постоянного или переменного тока.

Внешние связывающие устройства

8 и 18 соединены с одной и той же тягой 21 или 22,причем обе тяги (21 и 22) расположены с возможностью движения в аксиальном направлении независимо одна от другой. Тяги 21 и 22 соединены шарнирами 23, 24 и 25, 26 с приводом 10, который размещен на валу 27 и представлен лишь схематично. Путем выбора углового положения шарниров 24 и 26 задается фазовый угол между рабочим поршнем 2 и вытеснительным поршнем 4. Связь между приводом 10 и рабочим поршнем 2 или вытеснительным поршнем 4 обеспечивает жесткое положение фаз между рабочим поршнем 2 и вытеснительным поршнем 4 как при запуске, так и при изменении нагрузки.

На фиг. 3 показано, как на основе геометрии внешних и внутренних связывающих устройств 8 и 9, которые обращены друг к другу кольцевыми выемками 20 или 17> возникает при аксиальном относительном движении между связывающими устройствами 8 и 9 аксиальная составляющая сила, которая создает требуемую связывающую силу.

На фиг. 4 иллюстрируется форма выполнения устройства, с помощью кой торого от колебательно-поступатель. ного движения рабочего поршня 2 или вытеснительного поршня 4, показанных на фиг. 4 условно, этим поршням сообщают дополнительное вращательное движение (стрелка 28) вокруг общей продольной оси 29.

Для достижения одновременного и одинакового вращательного движения поршней предусмотрено соединение 30 в форме сердечника, .который вставлен с зазором в выемке 31 или 32 вытеснительного поршня 4 или рабочего поршня 2. так чтобы было возможно свободное движение поршней относитель но друг друга в осевом направлении.

Так как выемки 31 и 32 и соединение.

30 сделаны в разрезе квадратными, 03992

5

40 то поршни (несмотря на свободу их осевого движения) могут вращаться только вместе.

В качестве связывающего средства между линейным движением и полученным вращательным движением служит описывающий при движении косинусоиду вкладыш 33 вытеснительного поршня

4. выполненный из немагнитного мате- риала, например магнитного железа, в то время как рабочий поршень 2 имеет соответствующий вкладыш 34, который относительно вкладыша 33 описывает при Движении синусоиду, т.е. имеет о фазовое смещение 90 . На стенке кор--, пуса укреплены магниты 35 и 36, которые вступают во взаимодействием с вкладышами 33 или 34 так, что при продольном движении, параллельном оси 29 (на основании описанной в связи с фиг. 2 магнитной составляющей силы), поршней 2 или 4 достигается непрерывное вращательное движение в направлении стрелки 28. Это вращательное движение может быть отведено магнитным связывающим устройством, которое в примере выполнения устройства образовано магнитами 37 и 38.

При помощи магнитного устройства 37 можно соединить вал 39 с приводным механизмом вторичного агрегата.

На фиг. 5 показано, что относитель. но корпуса 40 регулировочное кольцо

41, на котором расположены магниты

35 (или 36), может менять угловое положение магнитов 35 или 36, как показывает стРелка 42., а также фазовый. угол между вытеснительным поршнем 4 и рабочим поршнем 2.

На фиг. 6 представлена форма выполнения устройства, согласно которой внутри стенки корпуса 40 предусмотрено регулировочное кольцо 43, на нем имеется кулачок 44, на переднем торце которого установлены ролики 45, Последние входят в синусоидальную или косинусоидальную кольцевую выемку 46 на вытеснительном или рабочем поршне и служат, таким образом, связывающим средством для получения дополнительного вращательного движения при прямолинейном движении поршней. Магнитные пары 47 или 48 допускают фиксацию или изменение углового положения регулировочного кольца 43 и тем cawm в свою очередь фазового угла между рабочим и вытеснительным поршнем.

1403992

1. Двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий герметичный корпус, установленные в нем с возможностью линейных перемещений вытеснительный и рабочий поршни, связанные между собой и разделяющие объем корпуса на горячую, заключенную между корпусом и вытеснительным поршнем, и холодную, заключенную между поршнями, полости, подключенные одна к другой через охладитель, регенератор и нагреватель, к которому подключен внешний источник теплоты, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД, связь между поршнямн выполнена в виде магнитных или намагничивающихся связывающих уст45

Двигатель работает следующим образом.

Поршень-вытеснитель, двигаясь от верхней .мертвой точки вниз, переталкивает рабочее тело из холодной полости 11 в горячую полость 12. При этом рабочее тело проходя через охладитель 7, регенератор 6 и нагреватель 5, нагревается. Когда большая 10 часть массы рабочего тела сосредоточивается в горячей полости, а рабочий поршень 2 находится в верхней точке, начинается процесс расширения.

Работа расширения через рабочий пор- 15 шень 2 передается на вал отбора мощности. При движении рабочего поршня

2 к верхней мертвой точке поршеньвытеснитель 4 сосредоточивает основную массу рабочего тела в холодной 20 полости 11, переталкивая его из горячей полости 12 через нагреватель

5. Регенератор 6 и охладитель 7. Происходит процесс сжатия рабочего тела при низкой температуре ° При дви- 25 жении поршей 2 и 4 мощность им или с них передается через внутренние устройства 9 и 15 внешним устройствам 8 и 18.посредством силовых электромагнитных линий, Для изменения фазового угла между поршнями смещают угол заклепки кривошипов в кривошипно-шатунном механизме и поршни благодаря магнитной связи между уст- . ройствами 8, 18 и 9, 15 меняют свое фазовое положение. Для уменьшения силы трения поршней о стенки цилиндра имеется устройство придания поршням вращательного движения.

Формула изобретения ройств: внутренних, расположенных внутри герметичного корпуса, каждое из которых подключено к одному иэ поршней, и внешних, установленных снаружи корпуса с возможностью их линейного перемещения.

2. Двигатель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что внутренние связывающие устройства выполнены в виде колец из магнитомягкого железа, а внешние — в виде магнитов.

3. Двигатель по и. 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что кольца из

l магнитомягкого железа и магниты снабжены выемками, расположенными на об-ращенных одна к другой поверхностях.

4. Двигатель по rm. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что наружные связывающие устройства снабжены электромагнитом.для подключения к источнику переменного тока.

5. Двигатель по пп. 1-4, о т л ич а ю щ и и с.я тем, что он снабжен пРиспособлением сдвига фаз между внутренними и внешними связывающими .устройствами.

6. Двигатель по п. 5, о т л и ч аю шийся тем, что приспособление сдвига фаз выполнено в виде кривошипно-шатунного механизма.

7. Двигатель по нп. 1-6. о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен механизмом преобразования линейного движения поршней в дополнительное вращательное движение поршней вокруг их осей.

8. Двигатель по п. 7, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен дополнительным соединением между поршнями, жестким относительно их вращательного движения и подвижным относительно их линейных перемещений.

9. Двигатель по и. 7, о т л и ч аю шийся тем, что механизм.преобразования линейного движения поршней выполнен в виде двух связывающих средств, одно из которых размещено на стенке корпуса, а другое — на поршнях, причем одной из связывающих средств выполнено синусоидальной формы.

10. Двигатель по и. 9, о т л и— ч а ю шийся тем, что связывающие средства механизма преобразования линейного движения поршней выполнены механическими.

11. Двигатель по пп. 9 и 10, о тл и ч а ю шийся тем, что связы1403992

10 вающие средства, размещенные на поршнях, выполнены синусоидальной формы.

12.:Двигатель по пп. 9-11, о т л и ч а ю шийся тем, что связывающие средства, размещенные на поршнях, выполнены в виде выемок, а связывающие средства, размещенные на стенке корпуса — в виде кулачков, входящих в выемки.

13. Двигатель по п. 9, о т л и— ч а ю шийся тем, что связывающие средства механизма преобразования линейного движения поршней выполнены магнитными. t4. Двигатель по пп. 11 и 13, отличающийся тем,что связывающие средства выполнены из намагничивающихся материалов.

Приоритет п о п у н кт а м

25.01.85 по пп. 1-6, 12.03.85 по пп. 7-14 °

1403992

1 403992

4-А

Составитель И.Дикопов

Техред М.Дидык Корректор С.Черни

Редактор М.Петрова

Заказ 3001/58 Тираж 505 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

3 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4