ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ
THERMAL ENGINE

Изобретение относится к энергетике, а точнее к гелиотехнике, и может быть использовано для преобразования тепловой энергии, например солнечной, в механическую, а механической в электрическую, то есть может служить паровой турбиной.
Известно устройство для преобразования тепловой энергии в механическую [1], содержащее корпус и установленный внутри него заполненный жидкостью ротор. По периферии ротора расположены камеры, заполненные термочувствительным рабочим телом. Камеры отделены от жидкости гибкими перегородками. Наружные стенки камер выполнены теплопроводными и расположены в зонах нагрева и охлаждения. Ротор разделен радиальными стенками на отсеки, каждый из которых отделен от смежной камеры ее гибкой перегородкой. Между зонами нагрева и охлаждения установлена теплоизоляционная стенка. Внутри ротора концентрично последнему неподвижно относительно корпуса установлен цилиндрический полый коллектор, разделенный дополнительной теплоизоляционной диаметральной перегородкой на две герметичные полости, нагнетательную и всасывающую. Радиальные стенки каждого отсека примыкают к наружной стенке коллектора с минимальным зазором. Нагнетательная полость гидравлически связана через вырез в наружной стенке коллектора с отсеками, смежными с рабочими камерами, расположенными в зоне нагрева, а всасывающая полость через другой вырез - с отсеками, смежными с рабочими камерами, расположенными в зоне охлаждения. Коллектор выполнен с возможностью его поворота и фиксации его положения относительно корпуса.
Недостатками данного устройства являются ненадежность и нестабильность работы, низкая поглотительная способность солнечной энергии, маломощность и низкий КПД из-за быстрого уравнивания температуры и давления в отсеках с тонкими стенками.
Наиболее близким по технической сущности является тепловой двигатель [2], который содержит кольцевой корпус, на котором укреплены две параллельно соединенные по рабочему телу несимметричные ветви гибкого шланга. Ветви последовательно уложены друг за другом внутри кольца по всей длине его окружности. По центру двигателя расположен вал с укрепленным на нем турникетом и с прижимными роликами. В местах контакта ролика с ветвями гибкого шланга полости последних герметично прижаты. Один конец каждой ветви гибкого шланга соединен с испарительной камерой, другой - с конденсационной камерой. Испарительная и конденсационная камеры соединены металлической трубкой, заполненной пористым веществом. Пористое вещество пропитано летучей жидкостью, например спиртом или эфиром, являющейся теплоносителем. В испарительной и конденсационной камерах пористое вещество уложено с конусообразными углублениями.
Недостатками данного двигателя являются слабая циркуляция теплоносителя по пористому веществу, а значит и низкие КПД и мощность, а также низкая возможность преодоления катками мест соприкосновения ветвей шлангов.
Задача изобретения - повышение КПД и мощности установки, а также комплексное использования установки для тепло- и электроснабжения потребителей от возобновляемых источников энергии.
Технический результат достигается тем, что улучшается циркуляция теплоносителя и облегчается возможность преодоления катками мест соприкосновения ветвей за счет конструктивных изменений.
Сущность изобретения заключается в том, что тепловой двигатель содержит кольцевой корпус, в котором по всей длине последовательно уложены две ветви, с укрепленным к валу по центру турникетом с прижимными роликами на противоположных концах, а по кольцевому корпусу проложена в виде ветвей герметичная непроницаемая тканевая полость, которая соединена с одной стороны с солнечным коллектором, а с другой - с конденсатором, при этом ролики снабжены жесткими вогнутыми лопастями, прижимающими половину диаметра гибкой герметичной полости.
На фиг.1 изображена конструктивная схема предлагаемого двигателя, на фиг.2 изображен прижимной ролик с лопастью.
Тепловой двигатель содержит кольцевой корпус 1, на котором укреплены две параллельно соединенные по рабочему телу несимметричные ветви гибкой герметичной полости 2 и 3. Ветви 2 и 3 последовательно уложены друг за другом внутри кольца корпуса 1 по всей длине его окружности. По центру кольца расположен вал 4 с укрепленным на нем турникетом 5 и с прижимными роликами 6. На оси роликов 6 установлены жесткие вогнутые лопасти 7 так, что они прижимают половину диаметра гибкой герметичной полости. Ролики в местах контакта с ветвями гибкой герметичной полости к корпусу прижаты плотно. Одни концы каждой ветви 2 и 3 гибкой герметичной полости соединены с солнечным коллектором 8, другие - с конденсатором 9 через металлические трубопроводы 10. Солнечный коллектор 8 и конденсатор 9 также соединены металлической трубкой 10 через насос 11 для усиления циркуляции теплоносителя 12 - низкокипящей жидкости, например Фреона-113, водо-аммиачного раствора и т.д. Конденсатор 9 служит для получения горячей воды.
Тепловой двигатель работает следующим образом.
Солнечное излучение (И) проходит через светопрозрачную крышку коллектора 8, нагревает теплоноситель 12 и он переходит в парообразное состояние. Давление паров теплоносителя, идущих по трубопроводу от солнечного коллектора, действует на внутренние стенки ветвей 2 и 3 гибкой полости, ролики 6 перемещаются вдоль ветвей полостей в направлении от их концов, соединенных с солнечным коллектором 8, к концам, соединенным с конденсатором 9. При помощи турникета 5 приводится во вращение вал 4.
Для предупреждения остановки вращения турникета при переходе роликов с одной ветви 2 и 3 гибкой полости на другую точки соприкосновения ветвей 2 и 3 полости расположены так, что когда один ролик 6 находится в точке соприкосновения ветвей 2 и 3 гибкой полости, то другой ролик 6 уже смещен относительно другой точки соприкосновения ветвей 2 и 3 гибкой полости. Это достигается смещением одной точки соприкосновения ветвей 2 и 3 гибкой герметичной полости относительно другой от диаметрального их расположения. Кроме того, вогнутые лопасти 7, жестко закрепленные на оси роликов 6, прижимающие половину диаметра гибких полостей, позволяют роликам легко перейти из одной ветви к другой в точках их соприкосновения. В конденсаторе 9 происходит конденсация теплоносителя, теплота фазового перехода используется для теплоснабжения или получения горячей воды (г.в.), теплоноситель в жидкой фазе насосом 11 через металлические трубы 10 подается в солнечный коллектор 8 для последующего испарения. Далее описанный цикл повторяется.
Предлагаемый тепловой двигатель имеет следующие преимущества:
- обеспечивает использование возобновляемых источников энергии, солнечных лучей;
- повышается КПД и мощность установки за счет использования гибкой герметичной полости, вогнутых лопастей на роликах, повышения разности температур и давлений в солнечном коллекторе и конденсаторе, а также за счет использования циркуляционного насоса;
- используется дополнительно тепловая энергия фазового перехода (конденсации) теплоносителя для теплоснабжения или получения горячей воды.
Источники информации
1. Э.П.Коваленко Устройство для преобразования тепловой энергии в механическую, авторское свидетельство №SU 1302013, F03G 7/06, бюл. №13, 07.04.1987.
2. А.И.Клубочкин, Н.М.Александров Тепловой двигатель, авторское свидетельство №SU 1317178, F03G 7/00, бюл. №22, 15.06.1987.