Двигун на фазових переходах

Реферат: UA 122774 U UA 122774 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до силових установок, а саме до двигунів зовнішнього нагрівання, в яких відбувається двофазне перетворення рідина-пар-рідина. Відомо двигун Дочкина В.Г. з зовнішнім згорянням, що працює па замкнутому екологічно чистому і високо-економічному циклу (патент № 2097627 Росія, МПК Р16Н 25/08, Р01К 25/04,. опубл. 27.11.1997), що містить робочий циліндр з поршнем, механізм, який перетворює поступовий рух робочого поршня в обертовий рух силового вала, допоміжний циліндр з поршнем, камеру згоряння, нагрівник, паропровід, радіатор охолодження, компенсаційний бак, циркуляційний насос. Конструкція двигуна зовнішнього згоряння, працює на робочому тілі, зазнає в циклі двофазне перетворення рідину-пар-рідина. При цьому фазові переходи робочого тіла відбуваються в акумуляторі-регенераторі зі спеціальним наповнювачем. Зазначений акумулятор-регенератор виконує одночасно функції випарника і конденсатора. Недоліком вказаного двигуна є складна конструкція, неефективний термодинамічний процес, пов'язаний з великим мертвим об'ємом, до якого належать зазори між поршнем і циліндром, вільний обсяг акумулятора-регенератора, обсяг сполучних каналів і отворів. Наявність гідравлічного опору в акумуляторі-регенераторі обумовлює зменшення корисної роботи (а отже, і ефективного ККД). Найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі, що є "Двигун Стірлінга з використанням фазового переходу рідина-газ робочого тіла" (Патент № 167589 ІЛ Росія, МПК Р 020 1/053), який містить порожнину розширення, обмежену стінками гарячого циліндра і робочого поршня, охолоджувач, регенератор і нагрівач, встановлені послідовно в газовій магістралі, що з'єднує порожнину повернення і порожнину розширення, шатуни, що з'єднують робочий і витискувальний поршень з колінчастим валом. Ознаками, які збігаються з суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є такі: містить дві циліндричні камери, одна з яких - камера випаровування, з'єднана з нагрівником, а в другій - камері конденсації розміщений плунжер, з'єднаний шатуном з маховиком, та клапан для подачі рідини. До причин, що перешкоджають одержанню технічного результату, слід віднести наявність значного мертвого об'єму та робота двигуна при тиску робочого тіла, близького до атмосферного, що не дає змоги створити потужний двигун. Крім того, недоліком відомого двигуна є наявність повітря, яке перешкоджає ефективному протіканню термодинамічних процесів. До того ж, треба відзначити складність конструкції двигуна. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення двигуна на фазових переходах шляхом зміни конструктивних елементів, що дозволить підвищити інтенсивність процесів теплообміну і досягти тиску робочого тіла в камері у багато разів вище за атмосферний, і за рахунок цього покращити високооборотні характеристики двигуна. Крім того, заявлене технічне рішення дозволяє значно спростити конструкцію двигуна. Суть корисної моделі полягає в тому, що двигун на фазових переходах, що містить дві циліндричні камери, одна з яких - камера випаровування, з'єднана з нагрівником, а в другій камері конденсації розміщений плунжер, з'єднаний шатуном з маховиком, та клапан для подачі рідини, згідно з корисною моделлю, циліндричні камери випаровування та конденсації розміщені співвісно, розділені проставкою з теплоізолюючого матеріалу і утворюють герметичний простір, зовнішня торцева поверхня камери випаровування покрита чорною плівкою, а її внутрішня поверхня - покрита пористим металевим покриттям, на зовнішній боковій поверхні камери конденсації розташовані ребра охолодження, а на плунжері виконано кільцевий виступ, причому торець плунжера, частина його циліндричної поверхні до кільцевого виступу і поверхня виступу покриті капілярно-пористим матеріалом, а як нагрівник використаний поворотний сонячний концентратор у вигляді конуса або піраміди з кутом розкриття менше 90°, з внутрішньою дзеркальною поверхнею, закритий склом або лінзою Френеля. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між істотними ознаками корисної моделі, що заявляється і технічним результатом, слід відзначити таке. Ознаки "циліндричні камери випаровування та конденсації розміщені співвісно, розділені проставкою з теплоізолюючого матеріалу і утворюють герметичний простір, зовнішня торцева поверхня камери випаровування покрита чорною плівкою, а її внутрішня поверхня - покрита пористим металевим покриттям, на зовнішній боковій поверхні камери конденсації розташовані ребра охолодження, а на плунжері виконано кільцевий виступ, причому торець плунжера, частина його циліндричної поверхні до кільцевого виступу і торцева поверхня виступу покриті капілярно-пористим матеріалом" дозволять підвищити інтенсивність процесів теплообміну і досягти тиску робочого тіла в камері у багато разів вище за атмосферний. 1 UA 122774 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Ознака "як нагрівник використаний поворотний сонячний концентратор у вигляді конуса або піраміди з кутом розкриття менше 90°, внутрішньою дзеркальною поверхнею, закритий склом або лінзою Френеля" дозволяє використовувати сонячну енергію, спростити конструктивне виконання двигуна та підвищити його економічність. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де наведено повздовжній переріз двигуна. Двигун містить дві циліндричні камери: камеру випаровування 1, яка з'єднана з нагрівником 2, та камеру конденсації 3. В камерах 1, 3 з можливістю зворотно-поступального переміщення в них розміщений плунжер 4, з'єднаний шатуном 5 з маховиком 6. Циліндричні камери випаровування 1 та конденсації 3 розміщені співвісно та розділені проставкою 7 з теплоізолюючого матеріалу, встановлену на бокових поверхнях камер 1, 3 з ущільненням 8. В проставці 7 встановлено клапан 9 для видалення повітря та подачі рідини. Плунжер 4 встановлений в циліндрі 3 з ущільненням 10, а внутрішній об'єм камер 1 та 3 утворюють герметичний простір. Зовнішні бокова та торцева поверхні камери випаровування 1 покриті чорною плівкою 11, а її внутрішня поверхня - пористим металевим покриттям 12. На зовнішній боковій поверхні камери конденсації 3 розташовані ребра охолодження 13, а на плунжері виконано кільцевий виступ 14. Торець 15 плунжера 4, частина його циліндричної поверхні 16 та кільцевий виступ 14 покриті капілярно-пористим матеріалом 17, що виконує роль гніту. Як нагрівник 2 використаний поворотний сонячний концентратор у вигляді конуса або піраміди з кутом розкриття менше 90° з внутрішньою дзеркальною поверхнею 18, закритий склом або скляною лінзою Френеля 19. Камери 1 і 3 мають кільцеві виступи 20 і 21 для упору фланців 22 і 23, причому фланець 23 виконаний з теплоізолюючого матеріалу. Камера випаровування 1 та камера конденсації 3 з'єднані гвинтами 24 і гайками 25. Камери 1 та 3 разом з маховиком 6 на кронштейнах 26, 27 гвинтами 28 закріплені до загальної основи 29. Двигун на фазових переходах працює таким чином. Перед початком роботи з камери випаровування 1 через клапан 9 відкачується повітря і об'єм заповнюється необхідною кількістю рідини. Початок процесу роботи двигуна відбувається в наступній послідовності. На початку циклу, поворотом маховика 6, плунжер 4 відводиться від внутрішньої торцевої поверхні камери випаровування 1. Камера випаровування 1 нагрівається, як нагрівник використаний поворотний сонячний концентратор у вигляді конуса або піраміди з кутом розкриття менше 90°, внутрішньою дзеркальною поверхнею 18, закритого склом або скляною лінзою Френеля 19, плунжер 4 звільняється і під дією розрідження, рухається вправо і в крайньому правому положенні торкається гарячої поверхні з пористим металевим покриттям 12. Відбувається миттєве безпузиркове випаровування рідини, тиск підвищується і штовхає плунжер 4, який через шатун 5 приводить в рух маховик 6. У цей час пар конденсується на внутрішній поверхні циліндра в камері конденсації 3. Передача рідини із камери конденсації 3 в камеру випаровування 1 здійснюється шляхом зняття крапель рідини з поверхні камери конденсації 3 кільцевим виступом 14 з капілярно-пористого матеріалу, і по капілярно-пористому матеріалу розташованому на поверхні плунжера рідина передається в торець плунжера 15 і шляхом періодично торкання плунжером 4 гарячої пористої металевої поверхні стінки камери випаровування відбувається робочий цикл. Робоче тіло при цьому змінює свій агрегатний стан в процесі здійснення робочого циклу двигуна, що дозволяє підняти тиск набагато вище атмосферного. Під дією маховика 6 і атмосферного тиску (а у відкритому космосі тільки під дією маховика) плунжер 4 втягується в камеру 1 і цикл повторюється. Таким чином, запропонований двигун на фазових переходах дозволить підвищити інтенсивність процесів теплообміну і досягти тиску робочого тіла в камері у багато разів вище за атмосферний, за рахунок цього покращити високооборотні характеристики двигуна. Крім того, заявлене технічне рішення дозволяє значно спростити конструкцію двигуна. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Двигун на фазових переходах, що містить дві циліндричні камери, одна з яких - камера випарування, з'єднана з нагрівником, а в другій - камері конденсації розміщений плунжер, з'єднаний шатуном з маховиком, та зворотний клапан для подачі рідини, який відрізняється тим, що циліндричні камери випарування та конденсації розміщені співвісно, розділені проставкою з теплоізолюючого матеріалу і утворюють герметичний простір, зовнішня торцева поверхня камери випарування покрита чорною плівкою, а її внутрішня поверхня - покрита 2 UA 122774 U 5 пористим металевим покриттям, на зовнішній боковій поверхні камери конденсації розташовані ребра охолодження, а на плунжері виконано кільцевий виступ, причому торець плунжера, частина його циліндричної поверхні до кільцевого виступу і поверхня виступу покриті капілярнопористим матеріалом, а як нагрівник використаний поворотний сонячний концентратор у вигляді конуса або піраміди з кутом розкриття менше 90°, з внутрішньою дзеркальною поверхнею, закритий склом або скляною лінзою Френеля. Комп’ютерна верстка О. Гергіль Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3