Тепловой двигатель

(51)03 7/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Минич Вячеслав Александрович Минич Олег Александрович(72) Авторы Минич Александр Александрович Минич Олег Александрович Минич Вячеслав Александрович(73) Патентообладатели Минич Вячеслав Александрович Минич Олег Александрович(57) Тепловой двигатель, содержащий рабочий поршень и цилиндр с поршнем для подачи рабочей жидкости, связанный системой трубопроводов с нагревателем, теплообменником,холодильником и емкостью для рабочей жидкости, отличающийся тем, что рабочий поршень установлен соосно в полости поршня цилиндра для подачи рабочей жидкости и снабжен подпружиненными фиксаторами его положения в верхней и нижней мертвых точках, выполненными в виде шариков, взаимодействующих с кольцевыми канавками 8154 1 2006.06.30 полости поршня, теплообменник содержит две отдельные камеры высокого и низкого давления, объем каждой из которых больше объема цилиндра, причем нижняя часть камеры высокого давления через закрытый клапан связана с холодной зоной цилиндра, а верхняя ее часть через закрытый клапан - с горячей зоной цилиндра, нижняя часть камеры низкого давления связана с холодильником и через открытый клапан - с холодной зоной цилиндра, а верхняя ее часть связана последовательно с нагревателем и емкостью для рабочей жидкости, а через открытый клапан - с горячей зоной цилиндра. Изобретение относится к области теплотехники, в частности к жидкостным двигателям с внешним подводом теплоты и циркулирующей рабочей жидкостью в замкнутой системе. Известен тепловой двигатель, содержащий рабочий поршень и цилиндр с поршнем,для подачи рабочей жидкости, связанные системой трубопроводов с нагревателем, теплообменником, холодильником и емкостью для рабочей жидкости 1. Известный тепловой двигатель имеет низкий коэффициент полезного действия вследствие потерь энергии в мертвом объеме системы двигателя. Задача заключается в повышении коэффициента полезного действия за счет исключения мертвого объема в цилиндре. Задача решается тем, что в тепловом двигателе, содержащем рабочий поршень и цилиндр с поршнем, для подачи рабочей жидкости, связанный системой трубопроводов с нагревателем, теплообменником, холодильником и емкостью для рабочей жидкости, рабочий поршень установлен соосно в полости поршня цилиндра для подачи рабочей жидкости и снабжен подпружиненными фиксаторами его положения в верхней и нижней мертвых точках, выполненными в виде шариков, взаимодействующих с кольцевыми канавками полости поршня, теплообменник содержит две отдельные камеры высокого и низкого давления, объем каждой из которых больше объема цилиндра, причем нижняя часть камеры высокого давления через закрытый клапан связана с холодной зоной цилиндра, а верхняя его часть через закрытый клапан - с горячей зоной цилиндра, нижняя часть камеры низкого давления связана с холодильником и через открытый клапан - с холодной зоной цилиндра, а верхняя ее часть связана последовательно с нагревателем и емкостью для рабочей жидкости, а через открытый клапан - с горячей зоной цилиндра. Такое выполнение теплового двигателя обеспечивает исключение мертвого объема в цилиндре за счет обеспечения равенства давлений в цилиндре и камере высокого давления теплообменника при расположении рабочего поршня в верхней мертвой точке. Предлагаемый тепловой двигатель схематически изображен на чертеже. Тепловой двигатель содержит цилиндр 1 с размещенным внутри его поршнем 2, внутри которого соосно скользяще установлен рабочий поршень 3, связанный с шатуннокривошипным механизмом 4, а также механизмом управления клапанами и приводом (на чертеже не показаны). Рабочий поршень 3 снабжен подпружиненными пружиной 5 фиксаторами 6 его положения в верхней и нижней мертвых точках, выполненными в виде шариков, взаимодействующими с кольцевыми канавками 7 и 8 полости поршня 2. Цилиндр 1 снабжен открытым клапаном К 1 с обратным клапаном К 01 и закрытым клапаном К 3 в верхней его части, открытым клапаном К 2, обратным клапаном К 02 с закрытым клапаном К 4 в нижней его части. Теплообменник 11 имеет две отдельные камеры камеру 12 высокого давления и камеру 13 низкого давления, объем каждой из которых больше объема цилиндра 1. Нижняя часть камеры 12 высокого давления соединена трубопроводом 14 через закрытый клапан К 4 с холодной зоной 10 цилиндра 1, а верхняя ее часть соединена трубопроводом 15 через закрытый клапан К 3 с горячей зоной 9 цилиндра, которая через 2 8154 1 2006.06.30 открытый клапан К 1 соединена трубопроводом 16 с емкостью 17. Емкость 17 соединена трубопроводом 18 с нагревателем 19, который соединен трубопроводом 20 с верхней частью камеры 13 низкого давления теплообменника 11, нижняя часть которого соединена трубопроводом 21 с холодильником 22. Холодильник 22 соединен трубопроводом 23 через открытый клапан К 2 с холодной зоной 10 цилиндра 1. Тепловой двигатель работает следующим образом. Емкость 17 двигателя заправляют рабочей жидкостью, включают нагреватель 19 и холодильник 22. Посредством привода приводят в действие шатунно-кривошипный механизм 4, который перемещает рабочий поршень 3 с поршнем 2 и рабочая жидкость поступает из горячей зоны 9 цилиндра 1 через открытый клапан К 1 в емкость 17, которая по трубопроводу 18 поступает в нагреватель 19. Рабочая жидкость из нагревателя 19 поступает по трубопроводу 20 в верхнюю часть камеры 13 низкого давления теплообменника 11 и перемещается к ее нижней части, изобарно охлаждается в результате теплообмена с камерой 12 высокого давления и по трубопроводу 21 поступает в холодильник 22. Рабочая жидкость из холодильника 22 по трубопроводу 23 поступает через открытый клапан К 2 в холодную зону 10 цилиндра 1. Поршень 2 подходит до верхней стенки цилиндра 1, механизм управления клапанами закрывает клапан К 2, поршень 2 останавливается, а рабочий поршень 3 продолжает перемещение, при этом фиксаторы 6 выходят из кольцевой канавки 7. Рабочий поршень 3 выталкивает рабочую жидкость из полости поршня 2 через открытый клапан К 1 в емкость 17. При достижении массы рабочей жидкости, вытолкнутой из горячей зоны 9 цилиндра 1 и полости поршня 2 через открытый клапан К 1 в емкость 17, равной массе рабочей жидкости, поступившей из холодильника 22 через открытый клапан К 2 в холодную зону 10, механизм управления клапанами закрывает клапан К 1. Таким образом, обеспечивается низкое и постоянное давление в камере 13 низкого давления теплообменника 11. Оставшаяся рабочая жидкость в полости поршня 2 под воздействием рабочего поршня 3 поступает в горячую зону 9 цилиндра 1, воздействует на поршень 2,который перемещается вниз. Происходит политропное сжатие рабочей жидкости в холодной зоне 10 цилиндра 1. При достижении в холодной зоне 10 цилиндра 1 давления большего, чем в камере 12 высокого давления теплообменника 11 в результате перепада давления открывается клапан К 02 и часть рабочей жидкости из холодной зоны 10 поступает по трубопроводу 14 в нижнюю часть камеры 12, давление рабочей жидкости в которой увеличивается. Рабочий поршень 3 перемещается вверх, фиксаторы 6 заходят в кольцевую канавку 8 поршня 2 и таким образом, осуществляется его фиксация в верхней мертвой точке, давление в цилиндре 1 устанавливается равным давлению в камере 12 высокого давления теплообменника 11, клапан К 02 закрывается. Под воздействием механизма управления клапанами открываются клапаны К 3 и К 4. Рабочий поршень 3 с поршнем 2 перемещается вниз, выталкивая оставшуюся рабочую жидкость в холодной зоне 10 цилиндра 1 через открытый клапан К 4 в нижнюю часть камеры 12 высокого давления теплообменника 11, а из ее верхней части рабочая жидкость поступает по трубопроводу 15 через открытый клапан К 3 в горячую зону 9. В камере 12 высокого давления теплообменника 11 рабочая жидкость перемещается от ее нижней части к верхней, нагревается в процессе теплообмена с камерой 13 низкого давления, при этом давление в камере 12 увеличивается. Поршень 2 перемещается к нижней стенке цилиндра 1, клапаны К 3 и К 4 закрываются, поршень 2 останавливается, фиксаторы 6 выходят из кольцевой канавки 8 поршня 2, рабочий поршень 3 продолжает перемещаться к нижней мертвой точке. Происходит политропное расширение рабочей жидкости в горячей зоне 9 цилиндра 1. Давление в горячей зоне 9 уменьшается и при достижении его ниже давления в емкости 17 в результате перепада давления открывается клапан К 01, рабочая жидкость из емкости 17 поступает в горячую зону 9 цилиндра 1. Рабочий поршень 3 доходит до нижней мертвой точки,3 8154 1 2006.06.30 фиксаторы 6 заходят в кольцевую канавку 7, давление в цилиндре 1 устанавливается равным давлению в емкости 17, клапан К 01 закрывается. Механизм управления клапанами открывает клапаны К 1 и К 2, рабочий поршень 3 с поршнем 2 перемещается вверх. Таким образом совершается один полный цикл. При последующих циклах работы двигателя давление рабочей жидкости в камере 12 высокого давления теплообменника 11 увеличивается, доходит до номинального, а так как масса рабочей жидкости, поступившей из верхней части камеры 12 в горячую зону 9 цилиндра 1 через открытый клапан К 3 равна постоянной массе рабочей жидкости, поступившей из холодной зоны 10 через открытый клапан К 4 в ее нижнюю часть, обеспечивается постоянное номинальное давление в камере 12 высокого давления. Двигатель вышел на номинальный режим работы и привод отключают. Для увеличения мощности двигателя устанавливают параллельно два и более цилиндров. Источники информации 1.19751050 А 1, 1999. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4