Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам, которые преобразовывают тепловую энергию в механическую, с возможностью преобразования в электрическую.

Известен водяной двигатель (см. патент РФ 2224134, МПК F03С 1/02, F01В 29/08, F03B 17/00, дата публикации 20.02.2004), включающий рабочую камеру, наполняемую водой, колесо, которое кинематически связано с поршнем через шток и средство преобразования возвратно-поступательного перемещения штока во вращательное движение колеса и исполнительный механизм в виде коленчатого вала.

Недостатком данного технического решения является повышенная трудоемкость монтажа на местности и ограниченная область применения из-за необходимости использования возобновляемого, преимущественно, подземного источника воды.

В качестве ближайшего аналога принято устройство для преобразования тепловой энергии в механическую (см. патент РФ 2189496, МПК F03G 7/06, дата публикации 20.09.2002), содержащее рабочую камеру, заполненную жидким термочувствительным рабочим телом и выполненную с возможностью подвода тепла от внешнего источника, которое чередуют с охлаждением, поршень, расположенный внутри камеры с возможностью возвратно-поступательного перемещения в камере, снабженный штоком и механизмом преобразования его линейного движения во вращательное движение рабочего колеса, выполненного с возможностью передачи вращения на вал генератора электроэнергии.

Недостатком ближайшего аналога является низкая эффективность преобразования тепловой энергии в механическую - расчетный КПД составляет несколько процентов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка надежного и эффективного двигателя, работающего на альтернативных источниках энергии.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении эффективности преобразования тепловой энергии в механическую и расширении области применения за счет возможности использования в качестве источника внешней тепловой энергии установок, работающих на альтернативных источниках энергии.

Поставленная задача решается тем, что тепловой двигатель, содержащий рабочие камеры, заполненные жидким термочувствительным рабочим телом и выполненные с возможностью подвода тепла от внешнего источника, поршни, расположенные внутри рабочих камер с возможностью возвратно-поступательного перемещения в рабочих камерах, снабженные штоками и механизмом преобразования их линейного движения во вращательное движение рабочих колес, выполненных с возможностью передачи вращения на вал генератора электроэнергии, отличающийся тем, что дополнительно содержит внешний источник холода, в составе устройства использованы, по меньшей мере, две рабочие камеры и два рабочих колеса, причем каждая из рабочих камер выполнена в виде вертикального цилиндра из теплопроводящего материала и размещена в полости герметичного кожуха, выполненного с возможностью попеременного подвода в него холодной и горячей жидкости, при этом жидкое термочувствительное рабочее тело имеет коэффициент теплового объемного расширения больший, чем у стенок рабочих камер, кроме того, рабочие колеса выполнены зубчатыми, соосно установлены на соответствующих штоках с возможностью жесткого сцепления с ними при движении штоков вверх из рабочих камер и проворачивания относительно них при движении штоков вниз в рабочие камеры, для чего рабочие колеса связаны со штоками через храповые механизмы, причем зубчатые венцы рабочих колес установлены в зацеплении с вертикальным зубчатым валом, кинематически связанным с валом генератора электроэнергии.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «дополнительно содержит внешний источник холода» позволяет ускорить процесс преобразования тепловой энергии и как итог повысить КПД теплового двигателя.

Признак «в составе устройства использованы, по меньшей мере, две рабочие камеры и два рабочих колеса» позволяет повысить эффективность работы теплового двигателя.

Признак «каждая из рабочих камер выполнена в виде вертикального цилиндра из теплопроводящего материала и размещена в полости герметичного кожуха, выполненного с возможностью попеременного подвода в него холодной и горячей жидкости» позволяет повысить безопасность и надежность эксплуатации, поскольку нагрев и охлаждение жидкого термочувствительного рабочего тела происходит через жидкость-теплоноситель.

Признак «жидкое термочувствительное рабочее тело имеет коэффициент теплового объемного расширения больший, чем у стенок рабочих камер» повышает эффективность передачи или забора тепла от жидкости-теплоносителя и как итог повысить КПД теплового двигателя.

Признак «рабочие колеса выполнены зубчатыми, соосно установлены на соответствующих штоках с возможностью жесткого сцепления с ними при движении штоков вверх из рабочих камер и проворачивания относительно них при движении штоков вниз в рабочие камеры, для чего рабочие колеса связаны со штоками через храповые механизмы» позволяет преобразовывать энергию линейного движения штоков во вращательное движение рабочих колес.

Признак «причем зубчатые венцы рабочих колес установлены в зацеплении с вертикальным зубчатым валом, кинематически связанным с валом генератора электроэнергии» позволяет на конечном этапе преобразовывать кинетическую энергию рабочих колес в электрическую энергию.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез теплового двигателя.

На чертеже показаны рабочие камеры 1, заполненные жидким термочувствительным рабочим телом 2, внешний источник тепла 3, поршни 4, расположенные внутри рабочих камер 1, герметичные кожухи 5 рабочих камер 1, штоки 6 поршней 4, связанные через храповые механизмы 7 с рабочими колесами 8, вращающимися на подшипниках 9, вертикальный зубчатый вал 10, вал генератора электроэнергии 11, внешний источник холода 12, трубопроводы 13 подачи и отвода жидкости-теплоносителя в герметичные кожухи 5 рабочих камер 1 и водяные насосы 14.

В качестве термочувствительного рабочего тела 2 используют жидкость с коэффициентом теплового объемного расширения большим, чем у стенок рабочих камер 1, например, спирт.

В качестве внешнего источника тепла 3 можно использовать как классические печи, работающие на топливе, так и установки на альтернативных источниках энергии, например, солнечные коллекторы.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость-теплоноситель нагревают с помощью внешнего источника тепла 3 и через трубопроводы 13 подают от водяных насосов 14 в герметичные кожухи 5 рабочих камер 1 до полного их заполнения. Далее подводят тепловую энергию жидкости-теплоносителя к жидкому термочувствительному рабочему телу 2 внутри рабочих камер 1. В результате нагрева жидкого термочувствительного рабочего тела 2 поршни 4 начинают двигаться вверх из рабочих камер 1, в результате чего линейное движение штоков 6 с помощью храповых механизмов 7 преобразуется во вращательное движение рабочих колес 8, движущихся на подшипниках 9. Далее за счет сцепления рабочих колес 8 с вертикальным зубчатым валом 10 происходит преобразование кинетической энергии рабочих колес 8 в электрическую энергию вала генератора электроэнергии 11. Затем отводят отработанную жидкость-теплоноситель и вместо нее подают в герметичные кожухи 5 рабочих камер 1 охлажденную с помощью внешнего источника холода 12 жидкость-теплоноситель, в результате чего происходит движение штоков 6 вниз, в рабочие камеры 1 с одновременным проворачиванием рабочих колес 8 относительно штоков 6 и движением вниз поршней 4. После чего цикл повторяется.

Заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность преобразования тепловой энергии в механическую и расширить область применения теплового двигателя за счет возможности использования в качестве источника внешней тепловой энергии установок, работающих на альтернативных источниках энергии.