ТЕПЛОТРУБНЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
HEAT-PIPE JET ENGINE

Предлагаемое изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в механическую.
Известен воздушно-реактивный двигатель, содержащий диффузор, камеру смешения, камеру сгорания, канал забора воздуха, выходное реактивное сопло (Патент РФ №1828512, МПК F02K 7/00, 1993).
Недостатками известного двигателя являются невозможность его эксплуатации при использования вторичных и природных тепловых энергоресурсов.
Более близким к предлагаемому изобретению является паровой реактивный двигатель, содержащий теплообменник, источник тепла, подающий трубопровод с насосом, соединенный с забортной водой (устройство подачи холодной среды), выхлопной трубопровод (выходное сопло), погруженный в забортную воду (холодную среду), в котором вода в теплообменнике нагревается до кипения и в виде потока пара отводится через выхлопной трубопровод в окружающую воду, сообщая транспортному средству реактивную тягу (А.с. СССР №918479, МПК F02K 7/00, 1982).
Основными недостатками известного парового реактивного двигателя являются невозможность утилизации вторичных и природных тепловых энергоресурсов, необходимость стационарного источника тепла и насоса, обусловленная этим громоздкость конструкции, что снижает его эффективность.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности реактивного двигателя.
Технический результат реализуется в теплотрубном реактивном двигателе, включающем источник тепла, теплообменник, устройство подачи холодной среды, выходное сопло, где источник тепла и теплообменник представляют собой испаритель, боковые стенки корпуса которого изнутри покрыты фитилем, сообщающимся с кольцевым коллектором конденсата, соединенным паропроводом и конденсатопроводом с конденсатором, боковые стенки корпуса которого изнутри также покрыты фитилем, сообщающимся с кольцевым коллектором конденсата, а с наружной стороны кольцевым кожухом с образованием заборной кольцевой щели, сообщающейся с размещенной за торцевой стенкой корпуса конденсатора расширительной камерой, соединенной с выходным соплом, причем испаритель и конденсатор соединены с перемещаемым объектом.
На фиг.1 представлен предлагаемый теплотрубный двигатель (ТТРД). На фиг.2 представлено сечение А-А ТТРД.
ТТРД состоит из испарителя 1, боковые стенки корпуса которого изнутри покрыты фитилем 2, сообщающимся с кольцевым коллектором 3, соединенным паропроводом 4 и конденсатопроводом 5 с конденсатором 6, боковые стенки корпуса которого изнутри также покрыты фитилем 7, сообщающимся с кольцевым коллектором 8, а с наружной стороны кольцевым кожухом 9 с образованием заборной кольцевой щели 10, сообщающейся с размещенной за торцевой стенкой корпуса конденсатора 6 расширительной камерой 11, соединенной с соплом 12, причем испаритель 1 и конденсатор 6 соединены с перемещаемым объектом (на фиг.1, 2 не показан).
В основе работы предлагаемого ТТРД лежит закон импульсов, согласно которому величина реактивной силы прямо пропорциональна произведению секундного расхода газов, вытекающих из сопла, на разность скоростей выхода газов из сопла и скорости движения объекта и эффект эжекции (И.Н.Сушкин. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, с.96, 395), а также высокая эффективность передачи теплоты в тепловых трубах, которые делятся на три участка: зона испарения (подвода теплоты), адиабатная зона (переноса теплоты) и зона конденсации (отвода теплоты), покрытых изнутри фитилем и частично заполненных рабочей жидкостью-переносчиком теплоты, в качестве которой используются вода, спирты, хладоны, жидкие металлы и т.д. (В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с.106), причем в контурных тепловых трубах зоны испарения и конденсации выполнены отдельно и соединены между собой паропроводом и конденсатопроводом (Ю.Ф.Майданик. Достижения и перспективы развития контурных тепловых труб: Труды четвертой Российской национальной конференции по теплообмену, Т.1. - М.: изд. МЭИ, 2006, с.84).
Предлагаемый ТТРД работает следующим образом.
Предварительно, перед началом работы, из полости испарителя 1, конденсатора 6, паропровода 4 и конденсатопровода 5 ТТРД удаляют воздух и заполняют рабочей жидкостью, которую выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред (штуцеры для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1, 2 не показаны), в количестве, достаточном для заполнения объема пор фитилей 2, 7 и конденсатопровода 5, после чего ТТРД устанавливают таким образом, чтобы испаритель 1 контактировал с горячей средой, а конденсатор 6 с холодной. В результате теплообмена с горячей средой стенки испарителя 1, являющегося вторичным источником тепла для холодной среды, нагреваются, происходит испарение рабочей жидкости, образуется пар, создается давление в испарителе 2 и полученный пар через паропровод 4 адиабатно попадает в конденсатор 6, конденсируется там за счет контакта наружной поверхности стенок корпуса конденсатора 6 с холодной средой, после чего образовавшийся конденсат всасывается порами фитиля 7 под воздействием капиллярных сил и через кольцевой коллектор 8 конденсатора 6 и конденсатопровод 5 адиабатно поступает в кольцевой коллектор 3 испарителя 1, откуда всасывается фитилем 2, и цикл повторяется. В то же время тепло конденсации паров рабочей жидкости передается через стенки конденсатора 6 холодной среде, которая в результате этого нагревается, расширяется, смешивается в расширительной камере 11 с менее нагретыми частицами, передавая им свое тепло, и выбрасывается через выходное сопло 12 в окружающую холодную среду, создавая при этом реактивную силу, направленную по нормали к торцевой стенке конденсатора 6, обеспечивающую движение перемещаемого объекта. Параллельно этому процессу вследствие эффекта эжекции и поступательного движения конденсатора 6 в зону нагрева у боковых и торцевой стенок конденсатора 6 и расширительную камеру 11 постоянно поступают свежие порции холодной среды, обеспечивая непрерывность работы тепловой трубы и движения перемещаемого объекта в пространстве.
Таким образом, предлагаемый ТТРД обеспечивает возможность получения механической энергии за счет утилизации вторичных и природных тепловых энергоресурсов различных источников (энергии солнца, воды и т.д.), что обеспечивает его высокую эффективность.