Тепловой двигатель

Тепловой двигатель относится к двигателям объемного вытеснения с цилиндрами и предназначен для преобразования теплоты нагретой жидкости во вращательное движение коленчатого вала. Двигатель содержит две пары цилиндров, расположенных оппозитно коленчатому валу. Штоки цилиндров взаимодействуют с коленчатым валом. Рабочее тело, например воздух, поступает из питателя в теплообменник первой пары, выход которого соединен с полостью первого рабочего цилиндра. Выход полости первого рабочего цилиндра соединен с охладителем. Полость нагнетательного цилиндра первой пары имеет входное отверстие, соединенное с выходом охладителя и выходное отверстие, соединенное с входом теплообменника второй пары цилиндров. Выход второго теплообменника соединен с входом рабочего цилиндра второй пары. Связанный с ним через коленчатый вал нагнетательный цилиндр второй пары имеет входное отверстие, соединенное с выходом охладителя и выходное отверстие, соединенное с входом теплообменника первой пары. Обеспечивается стабильная циркуляция рабочего тела в замкнутой системе, что повышает надежность работы двигателя. Можно использовать двигатель в условиях ограниченного потребления или исключения притока воздуха и способствует повышению экологичности за счет отсутствия выхлопа. 2 ил.

 

Тепловой двигатель относится к двигателям объемного вытеснения, в частности к двигателям с цилиндрами, расположенными оппозитно коленчатому валу, и может быть использован для преобразования теплоты нагретой жидкости во вращательное движение.

Известен двигатель, приводимый во вращение давлением воздуха (газового рабочего тела), нагреваемого водой, содержащий две пары цилиндров, штоки каждой пары которых оппозитно взаимодействуют с коленчатым валом, теплообменник первой пары соединен трубопроводом с полостью первого рабочего цилиндра, имеющего клапаны на входе и выходе, полость нагнетательного цилиндра первой пары имеет входное отверстие с клапаном и выходное отверстие с клапаном, соединенное трубопроводом с входом теплообменника второй пары цилиндров, выход которого соединен трубопроводом со входом рабочего цилиндра второй пары, также имеющего на входе и выходе клапаны, связанный с ним через коленчатый вал нагнетательный цилиндр второй пары, имеющий закрытое клапаном входное отверстие и выходное отверстие с клапаном, соединенное трубопроводом со входом теплообменника первой пары, имеющим обратный клапан (см., например, Канчурин Ф. Водяные двигатели. - 2. Журнал "Инженер" №1, январь 2005 г., с. 8-9). Однако такой двигатель недостаточно надежен из-за нестабильности подачи воздуха и не может быть применен в безвоздушном пространстве (без постоянного притока воздуха).

Задачей заявляемого устройства является повышение надежности работы двигателя с одновременным приданием ему новых функциональных возможностей. С целью решения указанной задачи предлагается в известном двигателе, содержащем две пары цилиндров, штоки каждой пары которых оппозитно взаимодействуют с коленчатым валом, теплообменник первой пары соединен трубопроводом с полостью первого рабочего цилиндра, имеющего клапаны на входе и выходе, полость нагнетательного цилиндра первой пары имеет входное отверстие с клапаном и выходное отверстие с клапаном, соединенное трубопроводом с входом теплообменника второй пары цилиндров, выход которого соединен трубопроводом со входом рабочего цилиндра второй пары, также имеющего на входе и выходе клапаны, связанный с ним через коленчатый вал нагнетательный цилиндр второй пары, имеющий закрытое клапаном входное отверстие и выходное отверстие с клапаном, соединенное трубопроводом со входом теплообменника первой пары, имеющим обратный клапан, что при этом выпускное отверстие каждого рабочего цилиндра соединено со входом охладителя рабочего тела, выход охладителя соединен с впускным отверстием каждого нагнетательного цилиндра, а рабочее тело на вход теплообменника первого рабочего цилиндра поступает из емкости питателя.

На фиг. 1 показана схема заявляемого двигателя в фазе выполненного рабочего хода в первом рабочем цилиндре, на фиг. 2 - то же в фазе выполненного рабочего хода во втором рабочем цилиндре.

Тепловой двигатель содержит питатель 1, соединенный трубопроводом с теплообменником Т1 поз. 2, имеющим нагревательный элемент 3. Верхняя часть теплообменника Т1 поз. 2 соединена трубопроводом через впускной клапан 4 с полостью первого рабочего цилиндра 5, поршень 6 которого через шток 7 взаимодействует с коленчатым валом 8. Оппозитно первому рабочему цилиндру 5 к коленчатому валу 8 присоединен через шток 10 поршень 12 первого нагнетательного цилиндра 9. Теплообменник Т2 поз. 21 имеет нагревательный элемент 20. Верхняя часть теплообменника Т2 поз. 21 соединена трубопроводом через впускной клапан 18 с полостью второго рабочего цилиндра 19, поршень 16 которого через шток 15 взаимодействует с коленчатым валом 8. Оппозитно второму рабочему цилиндру 19 к коленчатому валу 8 присоединен через шток 26 поршень 27 второго нагнетательного цилиндра 29. Рабочая полость первого рабочего цилиндра 5 соединена через впускной клапан 4 трубопроводом с рабочей полостью (полостью избыточного давления) теплообменника Т1 поз. 2 и через выпускной клапан 22 трубопроводом через охладитель 14 и клапан 11 с рабочей полостью первого нагнетательного цилиндра 9. Рабочая полость второго рабочего цилиндра 19 соединена через впускной клапан 18 трубопроводом с рабочей полостью (полостью избыточного давления) теплообменника Т2 поз. 21 и через выпускной клапан 17 трубопроводом через охладитель 14 и клапан 28 с рабочей полостью второго нагнетательного цилиндра 29. Новизна изобретения в отношении всей совокупности признаков изобретения, изложенных выше (и содержащихся в независимом пункте формулы), подтверждается результатами поиска (в уровне техники не раскрыто средство, которому присущи все признаки изобретения, выраженного формулой, предложенной заявителем) и наличием существенных отличий от прототипа.

Из уровня техники известен признак "баллон с газом" для поддержания минимального давления в газовой магистрали (заявка RU 2002109557, F02G 1/044, опубликована 20.11.2003), признак "система питания рабочим телом включает баллон (емкость)," (заявка RU 2003133372, F02G 1/043, опубликована 20.04.2005), признак "устройство регулирования давления рабочей среды содержит газовый баллон" (заявка RU 2001119146, F02G 1/04, опубликована 20.04.2003) и решение "два баллона для сжатого воздуха для подачи сжатого воздуха из одного баллона в поршневую пару и сброса в другой баллон после перемещения поршня; силовое устройство для возврата сжатого воздуха из второго баллона в первый" (заявка RU 2008131146, F02G 1/00, опубликована 10.02.2010). Из уровня техники известно устройство, включающее тепловоспринимающий контур с газовым рабочим телом, не поддерживающим процессы окисления, состоит из последовательно соединенных ресивера, подключенного через редуктор к баллону со сжатым газом, обратного клапана, надпоршневой камеры цилиндра машины сжатия-расширения, сообщенной через выпускной клапан трубопроводом с конденсатором-маслоотделителем, подключенным патрубком к обратному клапану на выходе ресивера (заявка. RU 95116736, F02G 1/04, опубликовано 20.08.1997). Во всех перечисленных случаях признак "баллон" является эквивалентным заявляемому признаку "емкость питателя" и назначение признака отличается от заявляемого технического результата. Таким образом заявляемое изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно не следует явным для специалиста образом из уровня техники (оно не относится к созданным путем объединения, изменения или совместного использования сведений, содержащихся в уровне техники, и/или общих знаний специалиста). Это следует из того, что в описании приведено определение наиболее близкого аналога в соответствии с пунктом 10.7.4.2 Регламента, в описании (и формуле) указаны отличительные признаки, относящиеся к существенным (влияющим на результат), проанализированы выявленные из уровня техники решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками рассматриваемого изобретения и подтверждена неизвестность влияния этих отличительных признаков на указанный заявителем технический результат.

Тепловой двигатель работает следующим образом. При подаче холодного воздуха из питателя 1 в теплообменник Т1 поз. 2 происходит запуск двигателя вследствие нагрева и расширения рабочего тела, что приводит к повышению давления в полости первого рабочего цилиндра 5 при открытом клапане 4 и закрытом клапане 22 и движению его поршня 6 и штока 7, при этом коленчатый вал 8 проворачивается и приводит в движение шток 10 первого нагнетательного цилиндра 9, в полости которого давление рабочего тела возрастает, и при открытии клапана 13 воздух поступает во второй теплообменник Т2 поз. 21. В теплообменнике Т2 поз. 21 происходит нагрев и расширение рабочего тела, что приводит к повышению давления в полости второго рабочего цилиндра 19 при открытом клапане 18 и закрытом клапане 17 и движению его поршня 16 и штока 15, при этом коленчатый вал 8 проворачивается и приводит в движение шток 26 и поршень 27 второго нагнетательного цилиндра 29, в полости которого давление рабочего тела возрастает и при открытии клапана 30 воздух поступает в первый теплообменник Т1 поз. 2, в котором происходит нагрев и расширение рабочего тела, что приводит к повышению давления в полости первого рабочего цилиндра 5 при открытом клапане 4 и закрытом клапане 22. Далее процесс повторяется.

Рассмотрим работу двигателя через движение рабочего тела по тактам в парах "первый рабочий цилиндр (далее РЦ1) - первый нагнетательный цилиндр (далее НЦ1)" и "второй рабочий цилиндр (далее РЦ2) - второй нагнетательный цилиндр (далее НЦ2)". Первый такт - рабочий ход в паре "РЦ1 - НЦ1" при движении поршня 6 из верхней мертвой точки (далее ВМТ) в нижнюю мертвую точку (далее НМТ) и обратный ход в паре "РЦ2 - НЦ2" при движении поршня 16 из НМТ в ВМТ. Второй такт - рабочий ход в паре "РЦ2 - НЦ2" при движении поршня 16 из ВМТ в НМТ и обратный ход в паре "РЦ1 - НЦ1" при движении поршня 6 из НМТ в ВМТ.

Движение рабочего тела при запуске.

Первый такт - рабочий ход в 1-й паре и обратный ход во 2-й паре по схеме:

1) Питатель поз. 1 → Т1 поз. 2 → РЦ1 поз. 5 (клапан 4 открыт, клапан 22 закрыт);

2) НЦ1 поз. 9 → Т2 поз. 21 (клапан 13 открыт);

3) РЦ2 поз. 19 → охладитель поз. 14 → НЦ2 поз. 29 (клапан 18 закрыт, клапан 17 открыт). Второй такт - рабочий ход во 2-й паре и обратный ход в 1-й паре по схеме:

1) Т2 поз. 21 → РЦ2 поз. 19 (клапан 17 закрыт, клапан 18 открыт);

2) НЦ2 поз. 29 → Т1 поз. 2 (клапан 30 открыт);

3) РЦ1 поз. 5 (клапан 4 закрыт, клапан 22 открыт) → охладитель поз. 14 → НЦ1 поз. 9.

Движение рабочего тела при установившейся работе.

Первый такт - рабочий ход в 1-й паре и обратный ход во 2-й паре по схеме:

1) Т1 поз. 2 → РЦ1 поз. 5 (клапан 4 открыт, клапан 22 закрыт);

2) НЦ1 поз. 9 → Т2 поз. 21 (клапан 13 открыт, клапан 18 закрыт);

3) РЦ2 поз. 19 → охладитель поз. 14 → НЦ2 поз. 29 (клапан 18 закрыт, клапан 17 открыт). Второй такт - рабочий ход во 2-й паре и обратный ход в 1-й паре по схеме:

1) Т2 поз. 21 → РЦ2 поз. 19 (клапан 18 открыт, клапан 17 закрыт);

2) НЦ2 поз. 29 → Т1 поз. 2 (клапан 30 открыт, клапан 4 закрыт);

3) РЦ1 поз. 5 (клапан 4 закрыт, клапан 22 открыт) → охладитель поз. 14 → НЦ1 поз. 9.

Далее следует опять первый такт по схеме: 1) Т1 поз. 2 → РЦ1 поз. 5 (клапан 4 открыт, клапан 22 закрыт) и так далее.

Таким образом обеспечивается стабильная циркуляция рабочего тела в замкнутой системе, что повышает надежность работы двигателя. Кроме того, введение в конструкцию отличительных признаков "выпускное отверстие каждого рабочего цилиндра соединено со входом охладителя воздуха, выход охладителя воздуха соединен с впускным отверстием каждого нагнетательного цилиндра, а воздух на вход теплообменника первого рабочего цилиндра поступает из емкости питателя" позволяет использовать заявляемый двигатель в условиях ограниченного потребления или исключения притока воздуха (реализация указанного заявителем назначения) и неожиданно способствует повышению экологичности и безопасности за счет отсутствия выхлопа, что в свою очередь позволяет использовать в качестве рабочего тела вместо воздуха любой газ безопасно для человека, а в качестве теплоносителя - любую жидкость. Кроме того, возможно применение принципиально других конструкций теплообменников, использующих различные источники тепла, и любую энергию, преобразуемую в тепловую.

Заявляемое изобретение удовлетворяет критерию промышленной применимости, так как в описании указано назначение изобретения, в документах и чертежах, содержащихся в заявке, приведены средства и методы, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения. Кроме того, упомянутые средства и методы описаны в источнике, характеризующем прототип изобретения.

Тепловой двигатель, содержащий две пары цилиндров, штоки каждой пары которых оппозитно взаимодействуют с коленчатым валом, теплообменник первой пары соединен трубопроводом с полостью первого рабочего цилиндра, имеющего клапаны на входе и выходе, полость нагнетательного цилиндра первой пары имеет входное отверстие с клапаном и выходное отверстие с клапаном, соединенное трубопроводом с входом теплообменника второй пары цилиндров, выход которого соединен трубопроводом с входом рабочего цилиндра второй пары, также имеющего на входе и выходе клапаны, связанный с ним через коленчатый вал нагнетательный цилиндр второй пары, имеющий закрытое клапаном входное отверстие и выходное отверстие с клапаном, соединенное трубопроводом со входом теплообменника первой пары, имеющим обратный клапан, отличающийся тем, что выпускное отверстие каждого рабочего цилиндра соединено со входом охладителя рабочего тела, выход охладителя соединен с впускным отверстием каждого нагнетательного цилиндра, а рабочее тело на вход теплообменника первого рабочего цилиндра поступает из емкости питателя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателям внешнего сгорания. Техническим результатом изобретения является увеличение мощности на единицу массы двигателя и, как следствие, повышение экономической эффективности.

Изобретение относится к тепловой энергетике. Тепловая машина с внешним подводом тепла содержит четыре сильфона на горячей стороне машины, соединенные с нагревателями, и четыре сильфона на холодной стороне машины, соединенные с охладителями.

Изобретение относится к роторно-поршневой машине, включающей корпус, два рабочих вала, центральное неподвижное зубчатое колесо и выходной вал с эксцентриком. Рабочие валы оснащены лопастными поршнями и рычагами.

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к области тепловой энергетики. .

Изобретение относится к области двигателестроения. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к машинам, работающим по циклам Стирлинга. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к бесшатунным поршневым двигателям. Бесшатунный поршневой двигатель, включающий корпус с расположенными рядно и/или оппозитно цилиндрами, поршни со штоками и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, выполненный в виде маховика, смонтированного на кривошипе, кулисы, соединенной посредством кулисного камня с кривошипом, штоками поршней, связанных с кулисами, при этом двигатель снабжен дополнительной группой поршней с кривошипом, связанной с первой группой поршней при помощи зубчатого зацепления, смонтированного на кривошипах, при этом кривошипы механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное смонтированы симметрично, контакт шеек кривошипов групп поршней при помощи кулисных камней с кулисами выполненна одинаковом расстоянии от ползунов.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в кривошипно-шатунных механизмах ДВС. Кривошипно-шатунный механизм со смещенной шатунной шейкой, содержащий рабочий цилиндр, шарнирно связанные между собой поршень с поршневым пальцем, шатун и кривошип коленчатого вала, в котором ось кривошипной головки жестко связана с кривошипом, смещена от оси поршня и оси симметрии кривошипа на угол, равный 10°.

Предложен кривошипный механизм с круглым ползуном, содержащий многорядную деталь возвратно-поступательного движения и однорядную деталь возвратно-поступательного движения, многорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, при этом однорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, которая может быть вставлена в продольную канавку многорядной детали возвратно-поступательного движения вдоль направления толщины, с тем, чтобы пересекать вертикально многорядную деталь возвратно-поступательного движения, направляющая деталь снабжена отверстием, принимающим средний круглый ползун, первый круглый ползун и второй круглый ползун смонтированы в одинаковой фазе, средний круглый ползун расположен между первым круглым ползуном и вторым круглым ползуном с фазовой разницей, составляющей 180 градусов, по сравнению с двумя круглыми ползунами, причем соседние круглые ползуны прикреплены друг к другу.

Изобретение относится к поршневым машинам с бесшатунным механизмом преобразования движения и может быть использовано в их конструкциях. Техническим результатом является повышение надежности работы машины.

Изобретение относится к механизмам преобразования прямолинейного движения поршня во вращение вала. Бесшатунный механизм содержит корпус и многоколенчатый вал, каждое звено колена которого наряду с коренной шейкой, щечкой и шатунной шейкой содержит солнечную шестерню, солнечно-планетарную шестерню и планетарную шестерню-сателлит.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям двигателей автотранспортных средств. В стояках коленчатого вала и в больших и малых роликах вырезаются круговые отверстия, диаметром и глубиной соответствующие размерам внедряемых в них роликовых подшипников, при этом диаметр внутренних отверстий подшипников соответствует диаметрам осей и диаметру коленчатого вала, проходящих через них, а диаметры внутренних круговых отверстий роликов и оставшейся наружной части стояков больше диаметров осей и диаметра коленчатого вала.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия содержит цилиндр (1) с поршнем (2), соединенный с поршнем (2) шток (17), с двух сторон которого вдоль хода поршня (2) расположены силовые зубчатые рейки с плоскими опорными поверхностями, два зеркально расположенных кривошипно-шатунных механизма (3) и (4) с параллельными валами, которые синхронно вращаются в противоположных направлениях с одинаковой скоростью.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, насосах, а также в механизмах преобразования вращательного движения приводного вала в возвратно-поступательное движение поршней и наоборот.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к моторостроительной промышленности, а конкретно к строительству поршневых двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано моторостроительной промышленностью в строительстве долговечных, энергоемких, компактных двигателей всех разновидностей и типов, основанных на применении в двигателях механизма преобразования вращения нового варианта.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к конструкции двигателей внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания с измененным кривошипно-шатунным механизмом содержит цилиндр с поршнем, неподвижно соединенным с вилкой, свободные концы которой неподвижно соединены посредством скобы, коленчатый вал, проходящий через вилку и соединенный со скобой посредством шатуна, при этом скоба имеет подвижное соединение с шатуном. Техническим результатом изобретения является повышение КПД двигателя за счет обеспечения возможности практически полного совпадения по направлению вектора силы, давящей на поршень двигателя, и вектора скорости в точке, к которой приложена эта сила в момент воспламенения горючей смеси. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Тепловой двигатель относится к двигателям объемного вытеснения с цилиндрами и предназначен для преобразования теплоты нагретой жидкости во вращательное движение коленчатого вала. Двигатель содержит две пары цилиндров, расположенных оппозитно коленчатому валу. Штоки цилиндров взаимодействуют с коленчатым валом. Рабочее тело, например воздух, поступает из питателя в теплообменник первой пары, выход которого соединен с полостью первого рабочего цилиндра. Выход полости первого рабочего цилиндра соединен с охладителем. Полость нагнетательного цилиндра первой пары имеет входное отверстие, соединенное с выходом охладителя и выходное отверстие, соединенное с входом теплообменника второй пары цилиндров. Выход второго теплообменника соединен с входом рабочего цилиндра второй пары. Связанный с ним через коленчатый вал нагнетательный цилиндр второй пары имеет входное отверстие, соединенное с выходом охладителя и выходное отверстие, соединенное с входом теплообменника первой пары. Обеспечивается стабильная циркуляция рабочего тела в замкнутой системе, что повышает надежность работы двигателя. Можно использовать двигатель в условиях ограниченного потребления или исключения притока воздуха и способствует повышению экологичности за счет отсутствия выхлопа. 2 ил.

Наверх