Тепловий двигун із зовнішнім підводом теплоти

Тепловий двигун із зовнішнім підводом теплоти, що містить корпус із розміщеним у ньому робочим циліндром, камерою згоряння, розміщеною під нагрівачем робочого циліндра, паропроводом та радіатором охолодження паропроводу, який відрізняється тим, що додатково містить не менше двох водометних сопел, розміщених за корпусом з можливістю їх занурення у воду, а паропровід виконаний у вигляді каналів, що з'єднують робочий циліндр та водометні сопла, причому порожнина робочого циліндра через паропровід та водометні сопла сполучена з навколишнім середовищем. (19) (21) u201009736 (22) 04.08.2010 (24) 11.04.2011 (46) 11.04.2011, Бюл.№ 7, 2011 р. (72) ДМИТРЕНКО МАКСИМ АНАТОЛІЙОВИЧ, АНДРЄЄВ АНДРІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, СТРЕЛЯЄВ ОЛЕКСІЙ ЮРІЙОВИЧ, КОПИЛОВСЬКИЙ МИКОЛА ВІКТОРОВИЧ, КОРОТЧЕНКО ВАЛЕРІЯ КОСТЯНТИНІВНА, ТЕРНОВОЙ ВАДИМ ВАЛЕНТИНОВИЧ, ТЕРНОВОЙ ВЛАДИСЛАВ ВАЛЕНТИНОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ" 3 Найбільш близьким за технічною суттю є тепловий двигун [Патент RU 2097627 Російської Федерації МПК F16H25/08, F01K25/04, Двигатель Дочкина В.Г. с внешним сгоранием, работающий по замкнутому экологически чистому и высокоэкономичному циклу, опубл. 1996.12.05], який має: робоче тіло, що змінює свій агрегатний стан за замкненим циклом; робочий циліндр з поршнем, механізм, що перетворює поступальний рух робочого поршня в обертовий рух силового вала, допоміжний циліндр із поршнем, камеру згоряння, нагрівач, паропровід, радіатор охолодження, компенсаційний бак, циркуляційний насос, кулачок, з'єднаний із силовим валом і встановлений з можливістю взаємодії з поршнем допоміжного циліндра; вентилятор подачі повітря в камеру згоряння, теплообмінник-утилізатор тепла продуктів згорання, з'єднаний з нагрівачем і камерою згоряння, заповнений теплоємним наповнювачем; акумулятор-регенератор, з'єднаний з допоміжним циліндром і паропроводом через нагрівач із робочим циліндром і призначений для зміни агрегатного стану робочого тіла з рідини в пару та навпаки, а радіатор охолодження, компенсаційний бак і циркуляційний насос послідовно з'єднані з допоміжним циліндром у замкнений контур. Недоліками двигуна є: наявність передавальних механізмів від робочого тіла до рухомого шару води (поршень, гвинт, різні види механічних передач); низький ККД порівняно із запропонованим пристроєм; складність конструкції. Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється, є: використання робочого тіла, яке зазнає у замкнутому циклі двофазове перетворення рідинапар-рідина; наявність: робочого циліндра; камери згоряння; нагрівача; паропровіду; радіатора охолодження. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення екологічних показників, ККД, спрощення конструкції за рахунок перетворення теплової енергії робочого тіла, та з використанням двофазового перетворення рідина-пар-рідина, у кінетичну енергію струменя води із сопла. Поставлена задача вирішується тим, що у тепловому двигуні із зовнішнім підводом теплоти, що містить корпус із розміщеним в ньому робочим циліндром, камерою згоряння, розміщеною під нагрівачем робочого циліндра, паропроводом та радіатором охолодження паропроводу, новим є те, що він додатково містить не менше двох водометних сопел, розміщених за корпусом з можливістю їх занурення у воду, а паропровід, виконаний у вигляді каналів, що з'єднують робочий циліндр та водометні сопла, причому порожнина робочого циліндра через паропровід та водометні сопла сполучена з навколишнім середовищем. Суттєвими ознаками двигуна є наявність: робочого циліндра; 58209 4 камери згоряння; нагрівача; радіатора охолодження; водометних сопел (не менше двох); паропроводу, виконаного у вигляді каналів, з'єднаних з одного боку з робочим циліндром, а з іншого - з водометними соплами; корпусу двигуна. Відмінними від найближчого аналога ознаками є: використання в якості робочого тіла води, в яку занурюють сопла, та її пари; наявність не менше двох водометних сопел. паропровід, виконаний у вигляді каналів, з'єднаних з одного боку з робочим циліндром, а з іншого - з водометними соплами; Запропонована корисна модель дозволяє: зменшити шкідливі викиди в атмосферу; знизити вібрацію та шум; значно спростити конструкцію; використовувати будь-яке джерело енергії - різні види палива, сонячну енергію тощо; зменшити втрати при перетворенні теплової енергії у кінетичну за рахунок відсутності механічних передач, зокрема, гвинта; використовувати реактивну тягу струменя води із сопла; забезпечити можливість керування напором струменя води з сопла. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг.1 зображено схему конструкції запропонованого двигуна; фіг.2 зображено ідеальний цикл двигуна із зовнішнім підводом теплоти. Тепловий двигун із зовнішнім підводом теплоти містить: робочий циліндр - 1; камеру згоряння 2; нагрівач - 3; радіатор охолодження - 4; водометні сопла - 5; паропровід - 6; корпус - 7. Корисна модель працює таким чином: для забезпечення робочого циклу двигуна його сопла занурюють у воду. Робоче тіло змінює свій агрегатний стан за замкнутим циклом. На першій стадії (ділянка А-Б фіг.2) робоче тіло отримує від нагрі  вача кількість теплоти Q  (знак "+" означає, що 12 робоче тіло отримує тепло). При цьому відбувається фазовий перехід рідина→пара, яка супроводжується розширенням робочого тіла при сталих температурі Т1 та тиску р1 (р1>ра, де ра - атмосферний тиск). Розширення робочого тіла призводить до виходу води із водометних сопел, що створює реактивну силу тяги. Коли рідина у робочому циліндрі повністю перетворюється на пару, нагрівач вимикається (друга стадія циклу, точка Б) і деякий час робоче тіло продовжує розширюватися до тих пір, поки його тиск не зрівняється з атмосферним тиском (гідростатичний тиск шару води не враховано). У кінці другої стадії циклу (точка В) тиск робочого тіла стає рівним атмосферному (р2=ра). При цьому швидкість води у соплі стає рівною нулю. Протягом другої стадії температура робочого тіла знижується: від максимального значення в циклі значення T1 (точка Б) до мінімального - Т2 (точка В). 5 58209 У зв'язку із короткотривалістю другу стадію можна наближено вважати такою, що протікає адіабатно (Q23=0). При такому наближенні можна не враховувати процеси охолодження робочого тіла у робочому циліндрі та у паропроводі. Подальше охолодження за рахунок віддачі тепла охолоджувачу призводять до стиснення робочого тіла силою атмосферного тиску (третя стадія). Це стискання супроводжується фазовим переходом пара→рідина. При цьому охолоджувачу передається кількість теплоти Q  , яка виділя34 ється при конденсації пари. На початку четвертої стадії циклу (точка Г) робоче тіло знаходиться у рідкому стані при температурі Т2 і при атмосферному тиску ра. Протягом четвертої стадії працює нагрівач, і робоче тіло у рідкому стані розширюється та нагрівається до температури Т2 до тиску р2. Протягом цієї стадії робоче тіло отримує від нагрівача кількість теплоти Q  . Таким чином цикл завершується. 41 Приклад конкретного виконання. Тепловий двигун із зовнішнім підводом теплоти складається з: корпусу двигуна, виконаного зі сталі товщиною 0,3 мм. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 6 паропроводу, виконаного у вигляді двох сталевих каналів з внутрішнім діаметром 0,3 мм, з'єднаних з одного боку з робочим циліндром, а з іншого - з двома водометними соплами; нагрівача, теплова енергія в якому виділяється за рахунок згорання палива; робочого циліндра з розмірами 0,05 м×0,03 м×0,001 м, виконаного з мідних листів товщиною 0,2 мм; двох сопел, виконаних зі сталевих труб з внутрішнім діаметром 3 мм; радіатора охолодження; камери згоряння. Такий двигун може розвивати потужність до 1 Вт. Запропонований пристрій дозволяє зменшити шкідливі викиди в атмосферу; знизити вібрацію та шум; значно спростити конструкцію; зменшити втрати при перетворенні теплової енергії у кінетичну (відсутні механічні передачі, зокрема, гвинт); використовувати реактивну тягу струменя води із сопла. Запропонований двигун дозволяє використовувати його як: рушійний пристрій для морського та річкового транспорту; демонстраційний пристрій для навчального фізичного експерименту. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601