Двигатель внешнего нагревания

Полезная модель относится к области силовых установок и двигателей объемного вытеснения, в частности, к двигателям, работающим по принципу преобразования объемного расширения и сжатия рабочего тела (жидкости или газа) во вращательное или возвратно-поступательное механическое движение. Двигатель внешнего нагревания содержит цилиндр с поршнем, кривошипно-шатунный механизм, соединенный с поршнем, камеру, трубопровод подачи теплоносителя в камеру, управляемый клапан, трубопровод подачи холодного теплоносителя и трубопровод подачи горячего теплоносителя, которые соединены с трубопроводом подачи теплоносителя в камеру через управляемый клапан, при этом, камера заполнена рабочим телом, которое находится в непосредственном контакте с трубопроводом подачи теплоносителя в камеру, выполненном в виде змеевика, и соединена с цилиндром трубопроводом подачи рабочего тела в цилиндр с поршнем для обеспечения контакта рабочего тела с поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом. В предложении достигается требуемый технический результат, заключающийся в упрощении устройства. 1 п.ф., 1 ил.

Полезная модель относится к области силовых установок и двигателей объемного вытеснения, в частности, к двигателям, работающим по принципу преобразования объемного расширения и сжатия рабочего тела (жидкости или газа) во вращательное или возвратно-поступательное механическое движение.

Известен двигатель Стирлинга - преобразователь энергии прямого цикла с внешним подводом теплоты, включающий камеру сгорания и холодильник [Г.Ридер, Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М.: Мир, 1986, стр.55].

Недостатком этого двигателя является относительно низкий к.п.д.

Известно также устройство, включающее преобразователь прямого цикла (двигатель) с электрогенератором на одном валу, линию подачи топлива, теплообменник-утилизатор тепла высокотемпературных отработанных газов двигателя, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя, систему охлаждения двигателя, связанную через теплообменник с системой внешнего теплоснабжения, а также снабжено в качестве преобразователя прямого цикла двигателем Стирлинга, теплообменником-утилизатором высокотемпературных отработанных газов двигателя Стирлинга, выполненным в виде парогенератора, пароводяным насосом - подогревателем, теплообменником - утилизатором низкотемпературных отработанных газов двигателя Стирлинга, теплообменником-охладителем, а также магистралью водопровода с регулирующим клапаном, разделяющуюся на линию с регулирующим клапаном, проходящую через теплообменник-охладителем в парогенератор, и линию с регулирующим клапаном, проходящую через теплообменник-утилизатор низкотемпературных отработанных газов двигателя Стирлинга в пароводяной насос-подогреватель, магистралью пара высокого давления, идущей от парогенератора к пароводяному насосу-подогревателю, и магистралью системы горячего водоснабжения, идущую от пароводяного насоса-подогревателя, при этом магистраль отработанных газов двигателя Стирлинга последовательно проходит сначала через парогенератор, а затем через теплообменник-утилизатор низкотемпературных отработанных газов [RU (11) 2187680 (13) C1 (51) МПК 7 F02G 1/04, B63G 8/36, 2006].

Недостатком устройства также является относительно низкий к.п.д.

Кроме того, известен двигатель внешнего нагревания (альфа-модификация двигателя Стирлинга), содержащий коленчатый вал горячей группы и коленчатый вал холодной группы, группу горячих цилиндров с поршнями и соответствующую ему группу шатунов, соединенных с одной стороны с горячими поршнями, а с другой стороны - с коленчатым валом горячей группы, группу холодных цилиндров с поршнями и соответствующую ему группу шатунов, соединенных с одной стороны с холодными поршнями, с другой стороны - с коленчатым валом холодной группы, группу трубок, соединяющих попарно холодные и горячие цилиндры и содержащих устройство регенерации тепла, трансмиссию, соединяющую коленчатый вал горячей группы с коленчатым валом холодной группы, камеру сгорания, компрессор подачи воздуха в камеру сгорания и теплообменник [Двигатель шотландского пастора. «Двигатель», 5, 2005. www.engine.aviaport.ru/issues /3 9/ page 26. html].

Недостатком этого двигате6ля также является относительно низкий к.п.д.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двигатель внешнего нагревания, содержащий коленчатый вал горячей группы и коленчатый вал холодной группы, группу горячих цилиндров с поршнями и соответствующую ему группу шатунов, соединенных с одной стороны с горячими поршнями, а с другой стороны - с коленчатым валом горячей группы, группу холодных цилиндров с поршнями и соответствующую ему группу шатунов, соединенных с одной стороны с холодными поршнями, с другой стороны - с коленчатым валом холодной группы, группу трубок, соединяющих попарно холодные и горячие цилиндры и содержащих устройство регенерации тепла, трансмиссию, соединяющую коленчатый вал горячей группы с коленчатым валом холодной группы, камеру сгорания, компрессор подачи воздуха в камеру сгорания и теплообменник, топливный насос, при этом, размеры горячих цилиндров группы и холодных цилиндров группы выбираются из заданного соотношения [RU 2332582, C1, F02G 1/043, 27.08.2008].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно высокая сложность, вызванная наличием, по крайней мере, двух цилиндров - горячего и холодного, и устройства регенерации тепла.

Требуемый технический результат заключается в упрощении устройства.

Требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее цилиндр с поршнем, кривошипно-шатунный механизм, соединенный с поршнем, и камеру, ведены трубопровод подачи теплоносителя в камеру, управляемый клапан, трубопровод подачи холодного теплоносителя и трубопровод подачи горячего теплоносителя, которые соединены с трубопроводом подачи теплоносителя в камеру через управляемый клапан, при этом, камера заполнена рабочим телом, которое находится в непосредственном контакте с трубопроводом подачи теплоносителя в камеру, выполненном в виде змеевика, и соединена с цилиндром трубопроводом подачи рабочего тела в цилиндр с поршнем для обеспечения контакта рабочего тела с поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом.

На чертеже представлена конструкция двигателя внешнего нагревания.

На чертеже обозначены: трубопровод 1 подачи теплоносителя в камеру, рабочее тело 2, управляемый клапан 3, трубопровод 4 подачи холодного теплоносителя, трубопровод 5 подачи горячего теплоносителя, камера 6, цилиндр 7 с поршнем, кривошипно-шатунный механизм 8, трубопровод 9 подачи рабочего тела в цилиндр, поршень 10.

В двигателе внешнего нагревания трубопровод 4 подачи холодного теплоносителя и трубопровод 5 подачи горячего теплоносителя соединены с трубопроводом 1 подачи теплоносителя в камеру через управляемый клапан 3, камера 6 заполнена рабочим телом 2 (газом или жидкостью), которое находится в непосредственном контакте с трубопроводом 1 подачи теплоносителя в камеру, выполненном в виде змеевика, а камера 6 соединена с цилиндром 7 трубопроводом 9 подачи рабочего тела в цилиндр с поршнем для обеспечения контакта рабочего тела с поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом 8.

Работает двигатель внешнего нагревания следующим образом.

Преобразование энергии производиться с помощью поршня 10 и кривошипно-шатунного механизма 8. Конструкция камеры 6 предполагает, что основной объем занимает рабочее тело 2 (газ или жидкость), а внутри камеры 6 расположен трубопровод 1 подачи теплоносителя в камеру, по которому попеременно подается горячий и холодный теплоноситель. Управляемый клапан 3 (средства управления на чертеже не показаны), регулирующий попеременную подачу холодного и горячего теплоносителей вынесены за пределы камеры. Управление клапаном 3 может осуществляться механически от кривошипно-шатунного механизма или быть электронным. Подача теплоносителя может быть как принудительной, так и с помощью конвекции. Пуск (остановка) двигателя внешнего нагревания и управление режимами работы осуществляется уменьшением (увеличением) подачи тепла.

При поступлении теплоносителя нагреваются (охлаждается) рабочее тело 2, которое через трубопровод 9 поступает в цилиндр 7 и взаимодействует с поршнем 10. Прохождение "мертвой" точки обеспечивается за счет маховика в одноцилиндровой машине или за счет других цилиндров в многоцилиндровой машине. При прохождении кривошипно-шатунным механизмом 8 "мертвой" точки происходит переключение управляемого клапана 3. При переключении управляемого клапана 3 завершается поступление теплоносителя из трубопровода 5 подачи горячего теплоносителя нагревания и начинается подача холодного теплоносителя из трубопровода 4 подачи холодного теплоносителя. Рабочее тел 2 сжимается, что приводит к движению поршня 10 в обратную сторону. Двигатель внешнего нагревания имеет два рабочих хода за цикл. Он может быть реализован в многоцилиндровом варианте

Таким образом, благодаря тому что вместо по крайней мере, двух цилиндров используется только один цилиндр с поршнем, который соединен с кривошипно-шатунным механизмом, и исключена необходимость в устройстве регенерации тепла достигается достижение требуемого технического результата, заключающегося в упрощении устройства.

Двигатель внешнего нагревания, содержащий цилиндр с поршнем, кривошипно-шатунный механизм, соединенный с поршнем, и камеру, отличающийся тем, что введены трубопровод подачи теплоносителя в камеру, управляемый клапан, трубопровод подачи холодного теплоносителя и трубопровод подачи горячего теплоносителя, которые соединены с трубопроводом подачи теплоносителя в камеру через управляемый клапан, при этом камера заполнена рабочим телом, которое находится в непосредственном контакте с трубопроводом подачи теплоносителя в камеру, выполненном в виде змеевика, и соединена с цилиндром трубопроводом подачи рабочего тела в цилиндр с поршнем для обеспечения контакта рабочего тела с поршнем, соединенным с кривошипно-шатунным механизмом.