ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ
THERMAL ENGINE

Изобретение относится к теплоэнергетике, использующей, в частности, лучистую энергию Солнца, и может быть использовано для привода различных машин, в том числе транспортных средств, перемещающихся по суше или по воде.
Известна гелиоустановка, содержащая концентратор, контротражатель и тепловой двигатель, выполненный в виде двух цилиндров (а.с. СССР 868111, кл. F03G 7/02, опубл. 30.09.81).
Недостатком этой гелиоустановки является то, что она может работать только в ясную погоду, причем тогда, когда Солнце находится на оптической оси концентратора и его лучи направлены параллельно этой оси. Если же Солнце будет смещено в сторону от этой оси (по причине вращения Земли), то работа гелиоустановки будет малоэффективной или даже невозможной.
Известно устройство для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее корпус, в котором установлен ротор с расположенными по его окружности термочувствительными секциями, заполненными легкоиспаряющейся жидкостью и размещенными между венцами составного сателлита первой ступени планетарного редуктора, вторая ступень которого размещена в камере корпуса со сферической поверхностью и содержит сателлит, установленный на кривошипе выходного вала (а.с. СССР 1671956 А1, кл. F03G 7/00, опубл. 23.08.1991).
Недостатками этого устройства являются сложность изготовления, что связано с наличием сложных деталей планетарного редуктора, в том числе со сферическими поверхностями, и недостаточная эффективность работы устройства ввиду отсутствия возможности непосредственного нагрева солнечными лучами термочувствительных секций, находящихся внутри корпуса и закрытых составными частями устройства, а также ввиду того, что при работе устройства вращающийся ротор перемешивает нагретые и охлажденные слои воздуха в замкнутой полости корпуса, что ведет к выравниванию температур термочувствительных секций и рассогласованию действий последних.
Целью заявленного изобретения является повышение эффективности работы и расширение эксплуатационных возможностей теплового двигателя.
Сущность изобретения заключается в том, что в тепловом двигателе, содержащем основание, установленный на основании с возможностью вращения ротор с расположенными по его окружности теплообменными камерами, заполненными рабочим веществом, рабочие элементы, взаимодействующие с рабочим веществом и имеющие возможность поступательного движения, преобразователь поступательного движения рабочих элементов во вращательное движение ротора, содержащий колесо, размещенное на роторе и взаимодействующее с закрепленным на основании колесом, теплообменные камеры выполнены в виде трубок, ротор содержит стаканы, полости которых соединены с трубками и с рабочими элементами, между трубками выполнены перемычки и, кроме того, тепловой двигатель снабжен колесами для перемещения по суше.
Это позволяет повысить эффективность работы и расширить эксплуатационные возможности 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.1; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.4; на фиг.6 - вариант исполнения рабочих элементов, разрез Г-Г на фиг.4.
Тепловой двигатель содержит основание 1 с двумя стойками 2, в которых на валах 3 установлен с возможностью вращения ротор 4. Ротор 4 включает два барабана 5 и четыре теплообменные камеры 6 (количество теплообменных камер может быть другим), представляющие собой заполненные рабочим веществом трубки (например, алюминиевые) 7, 8, 9, загнутые концы которых герметично введены в полость 10 стаканов 11, установленных герметично на торцах барабанов 5. Между трубками 7, 8, 9 выполнены перемычки (например, из алюминиевого листа) 12, а между стаканами 11 и торцами барабанов 5 установлены гибкие мембраны 13, соединенные своим центром со штоком 14, свободно установленным в расточке барабана 5 и имеющим возможность продольного движения вместе с толкателями 15, 16, закрепленными на выступе 17, выполненном на штоке 14. На свободном конце толкателей 15, 16 выполнены зубья в виде зубчатой рейки. В барабанах 5 напротив каждого стакана 11 установлен с возможностью вращения вал 18, несущий закрепленное на нем коническое зубчатое колесо 19 и две обгонные муфты 20, 21. На обоймах обгонных муфт 20, 21 по окружности выполнены зубья, которые взаимодействуют с зубьями соответствующих толкателей 15, 16. Зубчатые колеса 19 находятся в зацеплении с соответствующим коническим зубчатым колесом 22, неподвижно установленным на каждой стойке 2 соосно с осью вращения ротора 4.
На фиг.6 представлен вариант исполнения рабочих элементов-толкателей 15, 16, выполненных в виде плунжеров(поршней), цилиндры которых сообщаются с полостью 10 стакана 11.
Тепловой двигатель работает следующим образом.
При нагреве лучами Солнца трубок 7, 8, 3 и перемычек 12, расположенных в верхней части ротора 4, находящееся в трубках рабочее вещество, например воздух, нагревается и под действием возрастающего давления в трубках и полости 10 мембрана 13 выгибается вправо (по фиг.3), передвигая шток 14 с толкателями 15, 16 вперед (вправо по фиг.3), при этом толкатель 15, взаимодействуя своими зубьями с зубьями муфты 20, вращает ее, а через нее - вал 18 с зубчатым колесом 19 по часовой стрелке (по фиг.5), а толкатель 16, передвигаясь вперед и взаимодействуя с муфтой 21, вращает ее в сторону, обратную вращеню вала 18, не препятствуя этому вращению. Находясь в зацеплении с неподвижным зубчатым колесом 22, колесо 19, вращаясь, обкатывается вокруг колеса 22 и поворачивается вместе с ротором 4 вокруг его оси, при этом нагретая лучами Солнца теплообменная камера (трубки 7, 8, 9) входит в нижнюю теневую зону(закрытую от лучей телом ротора), где температура ниже, чем в верхней, освещаемой Солнцем зоне, вследствие чего воздух в трубках 7, 8, 9 охлаждается и снижается его давление, в связи с чем мембрана 13 выгибается в обратную сторону (влево по фиг.3) и передвигает шток с толкателями 15, 16 назад, при этом толкатель 16, взаимодействуя с муфтой 21, вращает ее, а через нее - вал 18 с зубчатым колесом 19 в том же направлении - по часовой стрелке (по фиг.5). При этом толкатель 15, передвигаясь назад и взаимодействуя с муфтой 20, вращает ее в сторону, обратную вращению вала 18, не препятствуя этому вращению. Вращаясь, зубчатое колесо 19 обкатывается вокруг колеса 22 и поворачивается вместе с ротором 4 в прежнем направлении, в результате чего охлажденная в теневой зоне теплообменная камера входит в освещенную зону, а очередная нагретая вверху теплообменная камера заходит в теневую зону, таким образом происходит последовательный нагрев и охлаждение теплобменных камер, чем обеспечивается вращение ротора 4.
Для более эффективной работы теплового двигателя наружная поверхность трубок 7, 8, 9 и перемычек 12 может иметь покрытие темного цвета.
В случае выполнения толкателей 15, 16 в виде плунжеров (фиг.6) они будут совершать поступательное движение от непосредственного воздействия на них рабочего вещества, его давления, при этом процесс вращения ротора 4 будет аналогичен описанному выше.
Вместо мембраны в тепловом двигателе может быть использован сильфон или шток 14, выполненный в виде поршня, цилиндр которого соединен с полостью 10 стакана 11, а вместо механизма с двумя обгонными муфтами 20, 21 может быть использован известный в технике храповой механизм, содержащий храповое колесо, неподвижно закрепленное на валу 18 и взаимодействующее с двумя собачками - прямой и обратной, установленными на соответствующих толкателях 15, 16.
В случае небольшой длины теплового двигателя, когда расстояние между стойками 2 небольшое, ротор может быть выполнен не с двумя барабанами 5, а с одним и соответственно с одним зубчатым колесом, 22, закрепленным на одной из стоек 2 и взаимодействующим с зубчатыми колесами 19 этого барабана.
Работа теплового двигателя возможна не только тогда, когда лучи Солнца направлены на него сверху, но и при действии лучей сбоку, когда Солнце отклонено от зенита.
Если снабдить тепловой двигатель колесами 23, закрепленными на концах валов 3, то тепловой двигатель может быть использован как транспортное средство, перемещающееся по суше.
В качестве охлаждающей среды для работы теплового двигателя может быть использована вода 24 какого-либо водоема (фиг.2). В этом случае тепловой двигатель может работать не только в ясную погоду, но и в пасмурную, при этом температура окружающего воздуха должна отличаться от температуры воды в водоеме.
В случае, если основание 1 будет обладать плавучестью, то тепловой двигатель может быть использован как водное транспортное средство, при этом трубки 7, 8, 9 при вращении ротора 4 должны проходить ниже уровня воды и на них могут быть выполнены дополнительные выступы (лопасти).
Работа теплового двигателя возможна и при использовании тепла сточных и сбросовых вод.
Заявленное изобретение позволяет повысить эффективность работы и расширить эксплуатационные возможности теплового двигателя.