Тепловой двигатель
HEAT ENGINE

Изобретение относится к теплоэнергетике, использующей источники тепла окружающей среды, в частности лучистую солнечную энергию, и может быть применено для привода различных устройств.
Известен преобразователь тепловой энергии в механическую, содержащий ротор, расположенные по окружности ротора теплообменные камеры, заполненные рабочим веществом, и силовые цилиндры, поршни которых связаны с кривошипно-шатунным механизмом преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение ротора (а.с. СССР 1180551, опубл. 23.09.1985).
Недостатками этого преобразователя является его сложность и невозможность работы при подводе тепловой энергии сверху, например от лучистой солнечной энергии.
Известен тепловой двигатель, содержащий ротор, по окружности которого расположены заполненные рабочим веществом теплообменные камеры с нагревательными поверхностями, имеющие отверстия, выполненные с возможностью соединения теплообменных камер с рабочими камерами, содержащими рабочие элементы, взаимодействующие с рабочим веществом и с подвижными упорами, взаимодействующими с неподвижно установленными относительно ротора кулачками (патентный документ RU 2451829 С2, опубл, 27.05.2012).
Недостатком этого теплового двигателя является то, что нагревательные поверхности теплообменных камер на значительном пути своего кругового движения при вращении ротора находятся под острым углом к солнечным лучам, что снижает эффективность нагрева теплообменных камер и находящегося в них рабочего вещества, а это, в итоге, снижает эффективность работы теплового двигателя.
Сущность изобретения заключается в том, что в тепловом двигателе, содержащим ротор, по окружности которого расположены теплообменные камеры с нагревательными поверхностями и отверстиями, заполненные рабочим веществом, рабочие элементы, взаимодействующие с рабочим веществом, нагревательные поверхности выполнены на элементах, имеющих возможность поворота и расположенных внутри теплообменных камер, отверстия выполнены с возможностью соединения теплообменных камер с окружающей средой, а рабочие элементы содержат прозрачный участок.
Это позволяет повысить эффективность работы теплового двигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлен тепловой двигатель - общий вид; на фиг. 2 - то же, вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2.
Тепловой двигатель содержит ротор 1 с расположенными по окружности четырьмя теплообменными камерами (далее - камера) 2, 3, 4, 5 (количество камер может отличаться от четырех), заполненными рабочим веществом - воздухом и закрепленными на консолях 6, жестко связанных с валом 7, к свободным концам которого могут подсоединяться приводимые в движение устройства, например, электрогенератор. С целью меньшего затенения камерами друг друга при освещении солнечными лучами и вращении ротора 1, они размещены в разных плоскостях, например, камеры 2, 4 находятся в одной плоскости, а камеры 3, 5 - в другой. Камеры 2, 3, 4, 5 содержат фланец 8 с установленным на нем рабочим элементом - герметично закрепленной по периметру мембраной 9 с прозрачной стенкой, образующей полость 10. Во фланце 8 выполнено отверстие 11, соединяющее полость 10 с окружающей средой - атмосферным воздухом. Отверстие 11 может быть закрыто или открыто запорным элементом - подвижным шариком 12, движение которого ограничено крестовиной 13, закркпленной на фланце 8. На крестовине 13 неподвижно установлена вилка 14, несущая на двух пальцах 15 имеющий возможность поворота элемент - подвеску 16 (например, из меди), на которой выполнена нагревательная поверхность 17. Сверху подвески 16 установлена линза 18 (одна или несколько), причем, центр тяжести подвески 16 с линзой 18 расположен ниже оси поворота подвески 16, в связи с чем, нагревательная поверхность 17 обращена вверх, На валу 7 установлено с возможностью поворота коромысло 19, на одном плече которого закреплен экран 20, закрывающий от солнечных лучей зону на правой (по фиг. 1) стороне ротора 1, а на другом - установлен с возможностью радиального перемещения противовес 21, причем, общий центр тяжести коромысла 19, экрана 20 и противовеса 21 расположен эксцентрично относительно оси вала 7. Радиальное перемещение противовеса 21 дает возможность смещать общий центр тяжести и, тем самым, дает возможность экрану 20 смещаться под действием общего центра тяжести по окружности и занимать оптимальное положение относительно солнечных лучей.
Тепловой двигатель работает следующим образом.
В состоянии покоя теплового двигателя, когда он не освещается солнечными лучами, нагревательная поверхность 17 подвески 16 камер 2, 3, 4, 5 обращена вверх, а мембрана 9 находится в сжатом состоянии и охватывает подвеску 16, отверстие 11 в камере 2 закрыто шариком 12 под действием собственного веса, в камере 4 отверстие 11 открыто и шарик 12 под действием своего веса упирается в крестовину 13, в камерах 3, 5 шарик 12 находится в нейтральном положении и отверстия 11 приоткрыты, экран 20 закрывает сверху зону на правой стороне ротора 1.
При действии на тепловой двигатель солнечных лучей, они проходят через прозрачную стенку мембраны 9 камеры 2 и, воздействуя через линзу 18 на нагревательную поверхность 17, нагревают подвеску 16, от которой тепло передается находящемуся в закрытой полости 10 воздуху. Нагреваясь, воздух расширяется и растягивает мембрану 9 (показано штрихпунктирными линиями на фиг. 1, 3), увеличивая при этом объем полости 10, вследствие чего возникает подъемная сила, действующая на камеру 2 и создающая вращающий момент на роторе 1, в результате чего ротор 1 начинает поворачиваться по часовой стрелке (по фиг. 1), и камера 2 движется вверх по окружности. Одновременно с движением камеры 2, камера 3 перемещается на правую сторону ротора 1 и с камерой 4 движется вниз по окружности в затененной экраном 20 зоне, а камера 5 перемещается на левую, открытую для солнечных лучей, сторону и движется вверх по окружности, при этом, в определенный момент в камере 3 шарик 12 под действием своего веса передвигается к крестовине 13 и отверстие 11 становится полностью открытым, а в камере 5 шарик 12 под действием своего веса передвигается к отверстию 11 и закрывает его, после чего, при нагреве солнечными лучами подвески и воздуха в полости 10, в камере 5, так же, как и в камере 2, возникает подъемная сила, создающая вращающий момент на роторе 1, в дополнение к вращающему моменту от камеры 2. При дальнейшем вращении ротора 1 камера 2 достигает верхней точки своего кругового движения и, перейдя на правую сторону ротора 1, движется вниз по окружности в затененной экраном 20 зоне, при этом шарик 12, преодолев своим весом силу прижатия его к отверстию 11 давлением воздуха в полости 10, открывает отверстие 11 и находящийся в полости 10 камеры 2 нагретый воздух под действием упругих сил мембраны 9 устремляется через отверстие 11 наружу, вследствие чего создается реактивная сила, которая направлена в сторону вращения ротора 1 и, действуя на камеру 2, создает вращающий момент на роторе 1, в дополнение к вращающему моменту от подъемной силы камеры 5. Одновременно с переходом камеры 2 на правую сторону ротора 1, камера 4, пройдя нижнюю точку своего кругового движения, переходит на левую сторону ротора 1 и движется вверх по окружности, при этом в камере 4 протекают такие же процессы, как я в камере 5 при ее перемещении на левую сторону ротора 1. После выхода воздуха из полости 10 камеры 2, ее мембрана 9 возвращается в сжатое состояние, и наружный, более холодный воздух через отверстие 11 (или через дополнительное отверстие на фланце 8 с запорным устройством - на чертежах не показано) попадает в полость 10 охлаждающейся камеры 2, продолжающей свое круговое движение вниз на правой стороне ротора 1.
Во время вращения ротора 1 экран 20 с противовесом 21 находятся в неизменном положении и не препятствуют вращению ротора 1, а камеры 2, 3, 4, 5, совершая круговое движение и переходя с одной стороны ротора 1 на другую, обеспечивают непрерывную работу теплового двигателя, при этом положение нагревательных поверхностей 17 подвесок 16 остается неизменным, а сами подвески 16 поворачиваются относительно камер и перемешивают воздух в полостях 10, что способствует теплообмену между подвесками 16 и воздухом.
На фланце 8 может быть установлена наружная прозрачная оболочка для защиты мембраны 9 от внешних воздействий, причем, в оболочке должно быть выполнено отверстие для возможности движения воздуха через это отверстие при растяжении или сжатии мембраны 9.
Вместо мембраны 9 в камерах 2, 3, 4, 5 возможно использование сильфона, содержащего прозрачную часть.
Заявленное изобретение позволяет повысить эффективность работы теплового двигателя.