Тепловий двигун

ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКЗ t4j СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТ!' РЕСПУБЛИН (19) Ш) ' Ї.. } '* 1 3 (51) 4 LJ? G 7/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 392225Ч/25-С6 (22) 01,07.85 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой " * Октябрьской социалистической революции (72) В.А.Ероюенко (53) 621.499.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1254811, кя. F 03 G 7/00, 1981. Авторское свидетельство СССР № 1382078, кл. F 03 G 7/00, 1982. (54) ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение м.б. использовано при создании малошумящих устройств преобразования тепловой энергии ч механическую с повышенной объемной мощностью. Цель изобретения - повышение удельной мощности и надежности, упрощение конструкции, а также повышение термического КПД двигателя. Для этого гидродвигатель 15 вы 40-88 полнен в виде полого ступенчатого цилиндра 19. В цилиндре размешен рабочий орган в виде трехпоршневой вставки 20 с центральным поршнем 21. Полость цилиндра 19 разделена вставкой 20 на две камеры 27 и 28 высокого давления и две камеры 29 и 30 низкого давления. Двигатель снабжен двумя противоточными регенеративными теплообменниками (ТО) « Камера , 27 подключена к выходам 35 и 36 соответственно холодного и горячего ТО 4 и 8. Камера 28 подключена к выходам 37 и 38 соответственно горячего и холодного ТО 3 и 7. Выход камеры 2 7 сообщен с входом 39 холодного ТО 7. Выход камеры 28 сообщен с входом 40 холодного ТО 8. Поскольку в двигателе такты изокорического нагрева и охлаждения гетерогенной системы 16 совмещены, го возможно преобразование каналов связей в элементы рекуперативных ТО. 1 з.п. ф-лы, k ил. f 1434881 Изобретение относится к двигатетельно него поршнями-плунжерами 22 и лям с внешним подводом тепла с замк23, Трехпоришевая вставка 20 связана нутым термодинамическим циклом на с нагрузкой и с распределительным ваоснове использования гетерогенной с лом 9 штоком 24, преобразователем 25 термодинамической системы "жкдкостьдвижения, выполненным в віще кривокапиллярно-порнстое твердое тело с шипно-шатунного механизма или силоволиофобной поверхностью" и может го механизма Баландина, и маховибыть использовано при создании малоком 26. шумящих устройств преобразования теп- 10 Полость цилиндра 19 разделена ловой энергии в механическую с повывставкой 20 на две оппозитно располошенной объемной мощностью. женные камеры 27 и 28 высокого давлеЦелью изобретения является повыния с диаметром, равным диаметру поршение удельной мощности и надежшней-плунжеров 22 и 23, и две камеры ности, упрощение конструкции, & J5 29 и 30 низкого давления с диаметром, также повышение термического равным диаметру центрального поршдвигателя. ня 21. Диаметр D последнего больше диаметра d поршнег-плунжеров 22 и ?3 На фиг.1 представлена принципиальная конструктивная схема описыва20 емого двигателя без регенератора тепла; на фиг.2 - его принципиальная конструктивная схема с регенеративными теплообменниками, обеспечивающими использование тепгта охлаждения 25 гетерогенной термодинамической системы для ее нагрева в последующем такте цикла,' на фиг.З - T-S-диаграмма известного термодинамического цикла, 12 + ,r (1 1 + rJ ЧИСЛО раз, где открытая пористость частиц 18 капиллярно-пористого тела, равная отношению объема \'п пор к объему Vr твердой фазы частиц 18 (q> = С,5-0,7) ; К - коэффициент упаковки «астии 18, равный отношению объема \'т твердой фазы частиц 18 к объему У М Ц Й жидкости 17, находящейся в пространстве между пастицами 18 при их плотреализуемого в описываемом двигателе? 30 ной упаковке в гетерогенной системе на фиг.4 - P-V-диаграмма этого термо16, например, при плотной упаковке динамического цикла. дискретных частиц 18 шаровидной форТепловой двигатель содержит нагремы К « 3. ватель 1 с проточным трактом жидкого Камера 29 низкого давления снабили газообразного теплоносителя 2 и 35 жена всасывающим и нагнетательным с размещенными в нем двумя горячими обратными клапанами 3J и 32 сооттеплообменниками 3 и 4, а также холоветственно, а камера 30 низкого давдильник 5 с проточным трактом жидкого ления - всасывающим и нагнетательным , или газообразного хладоноснтеля 6 и обратными клапанами 33 и 34. с размещенными в нем двумя холодными теплообменниками 7 и 8. Со всеми тепВсе вентили 10-13 выполнены трехлообменниками 3, 4, 7 и 8 при помош,и ходовыми, с одним входом и двумя высвязанных с распределительным валом ходами каждый. Вентили 10 и 12 далее 9 золотников в вице вентилей 10-13 названы горячими, так как они распос установленными на валу 9 приводныложены после горячих теплообменников ми элементами 14 гидравлически сое3 и 4 по направлению преимущественнодинен гидродвигатель 15. В полостях го транспортирования гетерогенной всех теплообменников 3, 4, 7 и 8 и системы 16, а вентили 11 и 13 - хогидродвигателя 15 размещена гетеролодными, так как они расположены генная термодинамическая система 16 после холодных теплообменников 7 и 8. 50 в виде взвеси в жидкости 17 частиц Камера 27 высокого давления под18 капиллярно-пористого тела с лиоключена через вход и первый выход фобной поверхностью. Гидродвигатель одного горячего вентиля 10 и одного 15 выполнен в віще полого ступенчатохолодного вентиля 11 к выходам 3 5 и го цилиндра 19 с размещенным в нем 36 соответственно орного горячего рабочим органом в виде трехпоршиевой 55 .и одного холодного теплообменников вставки 20 с центральным поршнем 21 4 и 8. Камера 28 высокого давления и выполненными с ним за одно иелое также подключена через вход и симметрично расположенными относипервый выход одного горячего венти 1434881 ля 12 и одного холодного вентиля цы 18 изготавливаются из алюмосили13 к выходам 37 и 38 соответственно катов, силикагелей, полисорбов, по*», , одного горячего и одного холодного ристых стекол или других пористых теплообменников 3 и 7. Второй выход адсорбентов, применяемых в химичесхолодного вентиля 11 через всасываюкой и катализной промышленности. щий обратный клапан 33 сообщен с каСущность термодинамического цикмерой 30 низкого давления, не смежной ла, реализуемого в описываемом теплос его камерой 27 высокого давления. вом двигателе (см. фиг.З и 4 ) , заклюВторой выход холодного вентиля 13 то чается в следующем. через всасывающий обратный клапан 31 В изохорном (иэоповерхностном) сообщен с камерой 29 низкого давлепроцессе нагрева (процесс а-б на T-S ния, не смежной с его камерой 2S вии P-V-диаграммах цикла) к гетерогенсокого давления. Второй выход горяной термодинамической системе 16 подчего вентиля 10 камеры 27 высокого 15 водят тепло q для нагрева системы 16 давления сообщен с входом 39 холодот температуры Т г до температуры Т ( ного теплообменника 7, к которому (межфазная поверхность контакта Я. = подключена другая камера 28 высокого = const, П и и ц * 0) мин давления. Второй выход горячего вектиля 12 камеры 28 высокого давления 20 Ч, - с(Т, - Т, (і) также сообщен с входом 40 холодного теплообменника 8, к которому подгде с - теплоемкость гетерогенной ключена другая камера 27 высокого термодинамической системы 16. давления. При этом в замкнутом объеме V, = Вход 41 горячего теплообменника 4 25 = const давление снижается до урсрня сообщен через нагнетательный обрат'4 (капиллярное давление Лапласа), ный клапан 34 с камерой 30 низкого давления, не смежной с камерой 27 7 (2Ї высокого давления, подключенной к этому теплообменнику 4. Вход 42 го- 30 где 0\ - поверхностное натяжение жидрячего теплообменника 3 сообщен через кости 17 при температуре Т, ; нагнетательный обратный клапан 32 6 ~ краевой угол смачивания (для с камерой 29 низкого давления, не лиофобных систем соблюдается смежной с камерой 28 высокого давнеравенство 5 > 9 0 ° ) ; ления, подключенной к этому теплооб- 35 г - радиус пор и капилляров часменнику 3. тиц 18 (используются монопоХолодные вентили 11 и 13 так же, ристые дискретные частицы 18, как и горячие вентили 10 и 12, попарпоэтому радиус пор для всего но сдвинуты по фазе друг относительобъема частиц 18 одинаков). но друга на 9С°. Вентили 10 и 11 ка- 4 0 меры 27 так же, как и вентили 12 и * Поверхностное натяжение б жид13 камеры 28, попарно сдвинуты по кости 17 при неизменном химическом фазе друг относительно друга на 270 . составе зависит только от темпераДвигатель, изображенный на фиг.2, туры снабжен двумя противоточными регене- 45 ративными теплообменниками 43 и 44» (3) Греющий тракт 45 теплообменника 43 р сообщен с выходом 35, а охлаждающий начальное значение поверхгде тракт 46 теплообменника 43 - с ностного натяжения жидкосвходом 41 своего горячего теплообмен- 50 ти 17 для гипотетического ника 4. Греющий тракт 47 теплообменслучая Т = 0 J ника 44 сообщен с выходом 37, а охТ - текущее значение темпералаждающий тракт 48 теплообменника туры; 44 - с входом 42 своего горячего теп-, Т - критическое значение темпелообменника 3. 55 ратуры для данной жидкосВ качестве жидкости 17 использути 17, при которой (У = 0. ются кремний- и фторорганические соеКак видно, поверхностное нзтяжение динения, а капиллярно-пористые частижидкости 17 снижается при росте тем 1434881 6 при одновременном отводе от системы пературы, поэтому Р4Vr через вентиль 13 поступает во вторую камеру 28 высокого давления, закрытую вентилем 12, и вызывает перемещение вверх поршня-плунжера 23 и, следовательно, трехпоршневой вставки 20 (процесс г-а с отво дом тепла q j от системы на T-S-ди