ДВИГАТЕЛЬ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ
EXTERNAL COMBUSTION ENGINE

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано, в частности, в качестве двигателя летательного аппарата (Л.А.).
Известно устройство под названием двигателя Стирлинга, преобразующее тепловую энергию в механическую энергию вращения вала [1].
К недостаткам указанного изобретения следует отнести сложность устройства, обусловленную использованием четырехзвенного кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
В качестве прототипа выбрано устройство по патенту РФ №2056606 под названием "Преобразователь тепловой энергии в механическую работу" [2].
К недостаткам устройства-прототипа следует отнести большие массогабаритные характеристики, обусловленные низкоэффективной системой отвода тепла из конденсатора.
Целью настоящего изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик двигателя, а также расширение его функциональных возможностей.
Суть изобретения заключается в следующем.
Для повышения эффективности теплообмена в районе конденсатора содержатся радиально установленные стержни, жестко закрепленные с корпусом двигателя. На стержни жестко крепятся конусные тарелки как внутри, так и снаружи герметичного корпуса. Конусные тарелки выполнены с развитой поверхностью теплообмена, например волнообразные. Со стороны вершины усеченного конуса установлен винт. Стержни и конусные тарелки выполнены из меди, или сплавов на ее основе.
Предложенное техническое решение значительно увеличивает эффективность отвода тепла от конденсатора, уменьшает его размеры, что в конечном виде приводит к достижению поставленной цели.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг.1 представлен внешний вид двигателя (в разрезе).
На Фиг.2 представлен герметичный корпус со стержнями и конусными тарелками.
На Фиг.3 изображена конусная тарелка.
На Фиг.4 представлена турбина двигателя (увеличено).
На Фиг.5 изображен профиль конусной тарелки.
На Фиг.6 представлен вариант двигателя с использованием солнечной энергии.
Устройство двигателя внешнего сгорания.
Двигатель внешнего сгорания содержит герметичный корпус 1 в форме усеченного конуса, частично заполненный теплоносителем. Корпус содержит испаритель 2 и конденсатор 3. В корпусе содержится теплоизоляционное кольцо 4, являющееся элементом корпуса и жестко скрепленное как с испарительным участком 5, так и с конденсационным участком 6 корпуса двигателя. К теплоизоляционному кольцу жестко крепятся рабочие колеса 7 турбины с рабочими лопатками 8, охваченные ободом 9. Рабочие колеса турбины жестко крепятся к валу 10 двигателя. На вал установлены колеса 11 турбины с направляющими лопатками 12, охваченными ободом 13, представляющим собою внутренний кольцевой магнит. Ободья всех колес установлены с образованием кольцевого зазора 14 с корпусом. Колеса с направляющими лопатками установлены с возможностью вращения по отношению к валу - на подшипниках 15. Над внутренним кольцевым магнитом установлен внешний кольцевой магнит 16, жестко связанный с кожухом (корпусом) 17 Л.А. На вал двигателя жестко крепится винт 18. В корпусе двигателя, в зоне конденсации, содержатся стержни 19, на которых жестко закреплены конусные тарелки 20 волнообразного профиля, при этом как с внутренней, так и с наружной стороны корпуса. Вокруг испарителя расположена 2-х спиральная камера сгорания 21 с оппозитно расположенными форсунками 22.
При стационарном варианте применения двигателя, с использованием солнечной энергии, двигатель снабжен защитным кожухом 23, защищающим конденсатор от нагревания, спицами 24 для крепления кожуха, а также генератором 25. При этом винт выполняет функции и компрессора, и вентилятора.
С целью наглядности и упрощения рисунка, на Фиг.1 и на Фиг.6 внутренние и внешние конусные тарелки со стержнями не показаны.
Работа двигателя
При подаче топлива к форсункам 22, а также сжатого воздуха в 2-х спиральную камеру сгорания 21, происходит нагрев и испарение теплоносителя в испарителе 2. Пар под давлением поступает на рабочие лопатки 8 и направляющие лопатки 12 многоступенчатой турбины. Поскольку ободья 13 колес с направляющими лопатками зафиксированы от вращения с помощью магнитов 13 и 16, а рабочие колеса 7 жестко соединены (винтами) с корпусом 1, двигатель приходит во вращение. Теплоноситель в парообразном состоянии, пройдя через турбину, поступает в конденсатор 3, где охлаждается и переходит в жидкую фазу. Охлаждение происходит как за счет корпуса конденсатора, так и посредством внутренних конусных тарелок 20, жестко закрепленных на стержнях 19. Тепловой поток через стержни передается внешним конусным тарелкам, омываемым потоком воздуха, нагнетаемым винтом 18 в спиральную камеру сгорания 21.
Перейдя в жидкую фазу на внутренних конусных тарелках, теплоноситель осаждается на внутренней стенке конденсатора 3 и в виде тонкой пленки, под действием центробежных сил, возвращается в испаритель 2. Для этой цели между корпусом 1 и ободьями колес турбины 9 и 13 предусмотрен зазор 14. В испарителе теплоноситель вновь переходит в парообразное состояние и поступает на колеса турбин. Цикл замыкается.
Достоинства предложенного технического решения.
Любой тепловой двигатель должен содержать как минимум четыре устройства: 1. Источник энергии. 2. Тепловую машину. 3. Конденсатор. 4. Насос.
Обычно все эти устройства существуют самостоятельно, занимают большие площади и объем и соединены между собою сложной системой коммуникаций. В предложенном техническом решении все необходимые устройства объединены в одном мобильном агрегате, а функции насоса исполняет сам двигатель, корпус которого выполнен в виде конуса.
1. Задав необходимое значение конусности корпуса (угол α), а также число оборотов двигателя, можно гарантированно обеспечить надежный проход теплоносителя со встречными направлениями. А именно: в газообразном состоянии - из испарителя в конденсатор, проходя через турбину, а обратно, в жидком состоянии - из конденсатора в испаритель. При этом Л.А. с подобным двигателем, работа которого не зависит от ориентации в пространстве, может совершать любые фигуры высшего пилотажа.
2. Двигатель - всеядный, т.е. нетребовательный к качеству топлива. Форсунку можно настроить на любой вид топлива, при этом в жидком или газообразном виде. Двигатель может работать на солнечной энергии.
3. Высокая надежность двигателя обеспечивается его конструкцией, поскольку все подвижные детали заключены в герметичный корпус. Наличие двух оппозитно расположенных форсунок и 2-х спиральной камеры сгорания также способствует увеличению надежности работы Л.А.
4. Высокий КПД, поскольку тепло, перешедшее от конденсатора к внешним конусным тарелкам, утилизируется и дополнительно нагревает воздух, поступающий в камеру сгорания.
Источники информации
1. Политехнический словарь. Издательство "Советская энциклопедия", Москва, 1980 г. С.500-501. Ст."Стирлинга двигатель".
2. Патент РФ №2056606 с приоритетом от 21.01.93 г.