RU117509U1

RU117509U1 - HEAT ENGINE

Info

Publication number: RU117509U1
Application number: RU2012106036/06U
Authority: RU
Inventors: Леонид Борисович Куликов
Original assignee: Леонид Борисович Куликов
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2012-06-27

Abstract

1. Тепловой двигатель для преобразования тепловой энергии в механическую, использующий в качестве рабочего тела газ, состоящий из последовательно соединенных между собой камеры сжатия рабочего тела, камеры нагрева рабочего тела, камеры расширения рабочего тела и камеры охлаждения рабочего тела, выполненный в виде вращающегося корпуса, имеющего радиальные каналы и каналы, расположенные ближе к периферии корпуса, при этом радиальные каналы, идущие от оси вращения к периферии корпуса, служат камерой сжатия рабочего тела, каналы, расположенные ближе к периферии корпуса, служат камерой нагрева рабочего тела, каналы, идущие от периферии к оси вращения корпуса, служат камерой расширения рабочего тела, причем сжатие и расширение рабочего тела в радиальных каналах вращающегося корпуса происходит в поле центробежных сил, отличающийся тем, что рабочее тело вводится в радиальные каналы вращающегося корпуса, идущие от оси вращения к периферии, на более удаленном расстоянии от оси вращения, чем выводится из радиальных каналов вращающегося корпуса, идущих от периферии к оси вращения, проходя между выходом и входом через холодильник, служащий камерой охлаждения рабочего тела. ! 2. Тепловой двигатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела применен газ с большой молярной массой, например ксенон или фторид серы (элегаз). ! 3. Тепловой двигатель по п.1, отличающийся тем, что нагрев рабочего тела в периферийных каналах осуществляется тепловым излучением от нагревателя, размещенного с зазором вокруг вращающегося корпуса. ! 4. Тепловой двигатель по п.1, отличающийся тем, что нагрев рабочего тела в периферийных канала 1. A heat engine for converting thermal energy into mechanical energy, using gas as a working fluid, consisting of a working fluid compression chamber, a working fluid heating chamber, a working fluid expansion chamber and a working fluid cooling chamber, made in the form of a rotating body, having radial channels and channels located closer to the periphery of the body, while the radial channels going from the axis of rotation to the periphery of the body serve as a compression chamber of the working fluid, the channels located closer to the periphery of the body serve as a heating chamber for the working fluid, channels running from the periphery to the axis of rotation of the body, serve as a chamber for the expansion of the working fluid, and the compression and expansion of the working fluid in the radial channels of the rotating body occurs in the field of centrifugal forces, characterized in that the working fluid is introduced into the radial channels of the rotating body, going from the axis of rotation to the periphery, for more farther from the axis of rotation than the pin is generated from the radial channels of the rotating body, going from the periphery to the axis of rotation, passing between the outlet and the inlet through the refrigerator, which serves as a cooling chamber for the working fluid. ! 2. The heat engine according to claim 1, characterized in that a gas with a large molar mass, for example xenon or sulfur fluoride (SF6), is used as the working fluid. ! 3. The heat engine according to claim 1, characterized in that the heating of the working fluid in the peripheral channels is carried out by thermal radiation from a heater placed with a gap around the rotating body. ! 4. The heat engine according to claim 1, characterized in that the heating of the working fluid in the peripheral channel

Description

Полезная модель относится к устройствам, преобразующим тепловую энергию в механическую энергию.The utility model relates to devices that convert thermal energy into mechanical energy.

Известен тепловой двигатель (см. Крутов В.И. Теплотехника, М., Машиностроение, 1986, с.192-198, рис.4.17), содержащий контур сжатия, выполненный в виде многоступенчатого лопастного компрессора, камеру сгорания топлива и контур расширения - в виде многоступенчатой лопастной турбины.A heat engine is known (see Krutov V.I. Heat engineering, M., Mechanical Engineering, 1986, p.192-198, Fig.4.17), containing a compression circuit made in the form of a multi-stage vane compressor, a fuel combustion chamber and an expansion circuit - in the form of a multi-stage blade turbine.

Основным недостатком данной конструкции является низкий механический КПД, обусловленный большими механическими потерями в лопастных машинах, которые многократно преобразуют скоростной напор газа в потенциальную энергию его сжатия и обратно. Соответственно, общий КПД преобразования тепловой энергии в механическую тоже оказывается невысоким. Например, в наиболее часто применяемых в газотурбинных двигателях многоступенчатом осевом компрессоре механический КПД составляет 0.85, а в многоступенчатой осевой турбине - тоже около 0,85. Следовательно, общий механический КПД газотурбинного двигателя будет равен: 0,85×0,85=0,72, что, даже при достаточно высоком термодинамическом КПД=0,5, дает общий КПД газотурбинного двигателя не более 0,36.The main disadvantage of this design is the low mechanical efficiency, due to the large mechanical losses in the blade machines, which repeatedly convert the high-speed pressure of the gas into the potential energy of its compression and vice versa. Accordingly, the overall efficiency of converting thermal energy into mechanical energy is also low. For example, in the multistage axial compressor most often used in gas turbine engines, the mechanical efficiency is 0.85, and in the multistage axial turbine it is also about 0.85. Therefore, the total mechanical efficiency of the gas turbine engine will be equal to: 0.85 × 0.85 = 0.72, which, even with a sufficiently high thermodynamic efficiency = 0.5, gives the total efficiency of the gas turbine engine no more than 0.36.

Наиболее близким тепловым двигателем является тепловой двигатель для преобразования тепловой энергии в механическую (см. RU 2084666, кл. F02C 3/16, 20.07.1977), использующий в качестве рабочего тела газ, состоящий из последовательно соединенных между собой камеры сжатия рабочего тела, камеры нагрева рабочего тела, камеры расширения рабочего тела и камеры охлаждения рабочего тела, выполненный в виде вращающегося корпуса, имеющего радиальные каналы и каналы, расположенные ближе к периферии корпуса, при этом радиальные каналы, идущие от оси вращения к периферии корпуса, служат камерой сжатия рабочего тела, каналы, расположенные ближе к периферии корпуса служат камерой нагрева рабочего тела, каналы, идущие от периферии к оси вращения корпуса служат камерой расширения рабочего тела, причем сжатие и расширение рабочего тела в радиальных каналах вращающегося корпуса происходит в поле центробежных сил.The closest heat engine is a heat engine for converting heat energy into mechanical energy (see RU 2084666, class F02C 3/16, 07/20/1977), using gas as a working fluid, consisting of compression chambers of the working fluid, chambers connected in series heating the working fluid, the expansion chamber of the working fluid and the cooling chamber of the working fluid, made in the form of a rotating casing having radial channels and channels located closer to the periphery of the casing, with radial channels extending from the axis of rotation to ne iferes of the casing serve as a compression chamber of the working fluid, channels located closer to the periphery of the casing serve as a heating chamber of the working fluid, channels extending from the periphery to the axis of rotation of the casing serve as an expansion chamber of the working fluid, and compression and expansion of the working fluid in the radial channels of the rotating casing field of centrifugal forces.

Недостатком известного теплового двигателя для преобразования тепловой энергии в механическую является недостаточно высокий КПД.A disadvantage of the known heat engine for converting thermal energy into mechanical energy is not high enough efficiency.

Задачей полезной модели является устранение отмеченного недостатка.The objective of the utility model is to eliminate the noted drawback.

Технический результат, на достижение которого направлена данная полезная модель, заключается в повышении КПД двигателя.The technical result, which this utility model is aimed at, is to increase the engine efficiency.

Задача решается, а указанный технический результат достигается тем, что в тепловом двигателе для преобразования тепловой энергии в механическую, использующем в качестве рабочего тела газ, выполненным из последовательно соединенных между собой камеры сжатия рабочего тела, камеры нагрева рабочего тела, камеры расширения рабочего тела и камеры охлаждения рабочего тела, в виде вращающегося корпуса, имеющего радиальные каналы и каналы, расположенные ближе к периферии корпуса, при этом радиальные каналы, идущие от оси вращения к периферии корпуса, служат камерой сжатия рабочего тела, каналы, расположенные ближе к периферии корпуса, служат камерой нагрева рабочего тела, каналы, идущие от периферии к оси вращения корпуса, служат камерой расширения рабочего тела, причем сжатие и расширение рабочего тела в радиальных каналах вращающегося корпуса происходит в поле центробежных сил, рабочее тело вводится в радиальные каналы вращающегося корпуса, идущие от оси вращения к периферии, на более удаленном расстоянии от оси вращения, чем выводится из радиальных каналов вращающегося корпуса, идущих от периферии к оси вращения, проходя между выходом и входом через холодильник, служащий камерой охлаждения рабочего тела.The problem is solved, and the specified technical result is achieved by the fact that in a heat engine for converting thermal energy into mechanical energy, using gas as a working fluid, made from a compression chamber of the working fluid, a heating chamber of the working fluid, an expansion chamber of the working fluid and a chamber cooling of the working fluid, in the form of a rotating casing having radial channels and channels located closer to the periphery of the casing, with radial channels extending from the axis of rotation to the periphery of casing, serve as a compression chamber of the working fluid, channels located closer to the periphery of the housing serve as a heating chamber of the working fluid, channels extending from the periphery to the axis of rotation of the housing serve as a expansion chamber of the working fluid, and compression and expansion of the working fluid in the radial channels of the rotating housing in the field of centrifugal forces, the working fluid is introduced into the radial channels of the rotating body, going from the axis of rotation to the periphery, at a more remote distance from the axis of rotation than is derived from the radial channels of the rotating core whiskers extending from the periphery toward the rotation axis, passing between the outlet and the inlet via a cooler serving cooling chamber working fluid.

Указанный технический результат достигается также тем, что в тепловом двигателе для преобразования тепловой энергии в механическую в качестве рабочего тела применен газ с большой молярной массой, например, ксенон или фторид серы (элегаз).The specified technical result is also achieved by the fact that in a heat engine, a gas with a large molar mass, for example, xenon or sulfur fluoride (SF6), is used as a working fluid in the heat engine.

Указанный технический результат достигается также тем, что в тепловом двигателе для преобразования тепловой энергии в механическую нагрев рабочего тела в периферийных каналах осуществляется тепловым излучением от нагревателя, размещенного с зазором вокруг вращающегося корпуса.The specified technical result is also achieved by the fact that in the heat engine for converting thermal energy into mechanical heating of the working fluid in the peripheral channels is carried out by thermal radiation from a heater placed with a gap around the rotating case.

Указанный технический результат достигается также тем, что в тепловом двигателе для преобразования тепловой энергии в механическую нагрев рабочего тела в периферийных каналах осуществляется в теплообменнике, имеющем тепловой контакт с периферийными каналами, посредством теплопередачи от нагретого вещества-теплоносителя.The indicated technical result is also achieved by the fact that in a heat engine for converting thermal energy into mechanical heating of the working fluid in the peripheral channels, it is carried out in a heat exchanger having thermal contact with the peripheral channels through heat transfer from the heated coolant.

Указанный технический результат достигается также тем, что в тепловом двигателе для преобразования тепловой энергии в механическую в качестве вещества-теплоносителя применен газ с небольшой молярной массой, например, водород или гелий.The indicated technical result is also achieved by the fact that in a heat engine, gas with a small molar mass, for example, hydrogen or helium, is used as a heat carrier substance to convert thermal energy into mechanical energy.

Указанный технический результат достигается также тем, что в тепловом двигателе для преобразования тепловой энергии в механическую в качестве рабочего тела применен атмосферный воздух, его нагрев в периферийных каналах осуществляется за счет тепла, выделяемого при впрыске и сгорании топлива в периферийных каналах, а в качестве камеры охлаждения рабочего тела используют атмосферу.The indicated technical result is also achieved by the fact that atmospheric air is used as a working medium in the heat engine to convert thermal energy into mechanical energy, its heating in the peripheral channels is carried out due to the heat generated during fuel injection and combustion in the peripheral channels, and as a cooling chamber working fluid use the atmosphere.

Указанный технический результат достигается также тем, что в тепловом двигателе для преобразования тепловой энергии в механическую в качестве холодильника рабочего тела используют неподвижный охлаждаемый теплообменник, связанный через уплотнительные устройства и трубопроводы с входными и выходными каналами вращающегося корпуса.The indicated technical result is also achieved by the fact that in the heat engine, a stationary cooled heat exchanger connected through sealing devices and pipelines with the input and output channels of the rotating casing is used as a cooler of the working fluid in the heat engine.

На фиг.1 изображен тепловой двигатель, в котором рабочий газ получает нагрев от нагревателя путем теплового излучения.Figure 1 shows a heat engine in which the working gas receives heat from the heater by thermal radiation.

На фиг.2 изображен тепловой двигатель, в котором рабочий газ получает нагрев от вещества-теплоносителя.Figure 2 shows a heat engine in which the working gas receives heat from a coolant.

На фиг.3 изображен тепловой двигатель в котором рабочий газ получает нагрев от продуктов сгорания топливной смеси в каналах теплообменника.Figure 3 shows a heat engine in which the working gas receives heat from the combustion products of the fuel mixture in the channels of the heat exchanger.

На фиг.4 изображен вариант исполнения теплового двигателя, в котором в качестве рабочего тела применен атмосферный воздух, получающий нагрев за счет теплоты сгорания топлива.Figure 4 shows an embodiment of a heat engine in which atmospheric air is used as a working fluid, which is heated by the heat of combustion of the fuel.

Тепловой двигатель, изображенный на фиг.1, выполнен в виде вращающегося цилиндрического корпуса 1 с подшипниками 2. Внутри корпуса 1 размещены радиальные каналы 3, идущие от оси вращения к периферии корпуса 1, периферийные каналы 4, расположенные вблизи от наружной цилиндрической поверхности корпуса 1, и радиальные каналы 5, идущие от периферии к оси вращения корпуса 1. Подвод рабочего тела, например, газа ксенона, в радиальные каналы 3 корпуса 1 производится через уплотнительное устройство 6, центробежный нагнетатель 7 и входные каналы 8. Отвод рабочего тела из вращающегося корпуса 1 производится через уплотнительное устройство 9, которое трубопроводами через теплообменник 10 соединено с уплотнительным устройством 6, служащим для входа газа во вращающийся цилиндрический корпус 1. Входные каналы 8 расположены на большем удалении от оси вращения корпуса 1, чем уплотнительное устройство 9, служащее выходным каналом рабочего тела. Центробежный нагнетатель 7 может иметь возможность независимого вращения внутри корпуса 1 от какого-либо дополнительного привода. Концентрично наружной цилиндрической поверхности корпуса 1 размещен нагреватель 11.The heat engine shown in figure 1 is made in the form of a rotating cylindrical housing 1 with bearings 2. Inside the housing 1 there are radial channels 3 extending from the axis of rotation to the periphery of the housing 1, peripheral channels 4 located close to the outer cylindrical surface of the housing 1, and radial channels 5, going from the periphery to the axis of rotation of the housing 1. The supply of the working fluid, for example, xenon gas, into the radial channels 3 of the housing 1 is made through a sealing device 6, a centrifugal supercharger 7 and input channels 8. The outlet The body of the rotary body 1 is made through a sealing device 9, which is connected via pipelines through a heat exchanger 10 to a sealing device 6, which serves for gas entry into the rotating cylindrical body 1. The inlet channels 8 are located at a greater distance from the axis of rotation of the housing 1 than the sealing device 9 serving as the output channel of the working fluid. The centrifugal supercharger 7 may be able to independently rotate inside the housing 1 from any additional drive. Concentric to the outer cylindrical surface of the housing 1, a heater 11 is placed.

Тепловой двигатель, изображенный на фиг.1, работает следующим образом.The heat engine shown in figure 1, operates as follows.

Перед началом работы теплового двигателя корпус 1 раскручивается от какого-либо источника вращательного движения (стартера) до высоких оборотов, а крыльчатка центробежного нагнетателя 7 также раскручивается в том же направлении вращения, что и корпус 1, но до более высоких оборотов. За счет избыточного давления, создаваемого центробежным нагнетателем 7, через уплотнительное устройство 6 рабочее тело (в дальнейшем тексте - газ) при начальном (минимальном) давлении Р0 и начальной (минимальной) температуре Т0 начинает поступать по оси вращения в центробежный нагнетатель 7 и, далее, через входные каналы 8 газ поступает в радиальные каналы 3. Проходя через радиальные каналы 3 от оси вращения к периферии корпуса 1 газ под действием центробежной силы адиабатически сжимается до давления Р₁, при этом его температура возрастает до значения Т₁. Далее газ проходит по периферийным каналам 4, где под действием теплового излучения нагревателя 11 нагревается изобарически при давлении P₁ до температуры Т₂. После прохождения периферийных каналов 4 сжатый и нагретый газ поступает в радиальные каналы 5. Соотношение длины радиальных каналов 3 и 5 и расстояние входа в каналы 3 по отношению к расстоянию выхода из каналов 5 относительно оси вращения корпуса 1 подобраны таким образом, что в каналах 5 газ адиабатически расширяется до давления Р₀, охлаждаясь при этом до температуры Т₃. Из формул адиабатического закона следует, что Т₀<Т₂. Через уплотнительное устройство 9 газ при Р₀ и Т₂ по трубопроводу поступает на вход теплообменника 10, проходя через который при давлении Р₀ изобарически охлаждается до температуры То, и вновь возвращается к входному уплотнительному устройству 6. После возникновения самоподдерживающейся циркуляции газа через все контуры теплового двигателя вращение центробежного нагнетателя 7 останавливают, и он в дальнейшем принимает участие в работе лишь в качестве направляющего аппарата для потока рабочего газа. При адиабатном сжатии газа в радиальных каналах 3 от давления P₀ до давления P₁ и от температуры T₀ до температуры T₁ необходимо затратить работу сжатия A_c. Работа A_c производится над газом центробежными силами, а за счет сил Кориолиса, к вращающемуся корпусу 1 будет приложен тормозной момент. При адиабатном расширении газа в радиальных каналах 5 от давления P₁ до давления P₀ и от температуры T₂ до температуры T₃ производится работа расширения A_p. Работа A_p производится газом против центробежных сил, а за счет сил Кориолиса, к вращающемуся корпусу 1 будет приложен вращающий момент.Before starting the operation of the heat engine, the housing 1 is untwisted from any source of rotational motion (starter) to high revolutions, and the impeller of the centrifugal supercharger 7 is also untwisted in the same direction of rotation as the housing 1, but to higher revolutions. Due to the excess pressure created by the centrifugal supercharger 7, through the sealing device 6, the working fluid (hereinafter the gas) at the initial (minimum) pressure P0 and initial (minimum) temperature T0 begins to flow along the axis of rotation to the centrifugal supercharger 7 and, further, via input channels 8 gas enters the radial channels 3. Passing through the radial channels 3 from the rotation axis towards the periphery of the housing 1 the gas by centrifugal force is compressed adiabatically to a pressure P _1, with its temperature increased to The values of T _1. Then the gas passes through the peripheral channels 4, where under the action of thermal radiation of the heater 11 is heated isobarically at a pressure P ₁ to a temperature T ₂ . After passing through the peripheral channels 4, the compressed and heated gas enters the radial channels 5. The ratio of the length of the radial channels 3 and 5 and the distance of entry into the channels 3 with respect to the distance of the exit from the channels 5 with respect to the axis of rotation of the housing 1 are selected so that the gas in the channels 5 expands adiabatically to a pressure of P ₀ , while cooling to a temperature of T ₃ . From the formulas of the adiabatic law it follows that T ₀ <T ₂ . Through the sealing device 9, the gas at P ₀ and T ₂ is piped to the inlet of the heat exchanger 10, passing through which at pressure P _{0 it is} isobarically cooled to the temperature To, and again returns to the inlet sealing device 6. After the occurrence of self-sustaining gas circulation through all the heat circuits the rotation of the centrifugal supercharger 7 is stopped, and it subsequently takes part in the work only as a guiding apparatus for the flow of the working gas. With adiabatic compression of the gas in the radial channels 3 from pressure P ₀ to pressure P ₁ and from temperature T ₀ to temperature T _1, it is necessary to spend the compression work A _c . Work A _{c is} performed on the gas by centrifugal forces, and due to the Coriolis forces, braking torque will be applied to the rotating housing 1. When the gas expands adiabatically in the radial channels 5 from pressure P ₁ to pressure P ₀ and from temperature T ₂ to temperature T ₃ , expansion work A _{p is} performed. The work A _{p is} carried out by gas against centrifugal forces, and due to the Coriolis forces, torque will be applied to the rotating housing 1.

Согласно адиабатному закону термодинамики работа A_c, необходимая для сжатия холодного газа от P₀до P₁ при конечной температуре T₁, меньше A_p - работы расширения горячего газа от P₁ до P₀ при начальной температуре T₂, так как T₁<T₂. Следовательно, вращающий момент, приложенный к корпусу 1, больше по величине, чем приложенный к нему же тормозной момент. Таким образом, корпус 1 теплового двигателя получает принудительное вращение, которое передается на потребителей механической энергии. В предлагаемом тепловом двигателе нет многократного преобразования кинетической энергии газа в потенциальную энергию его сжатия и обратно, влекущее за собой большие потери, как в газовой турбине, поэтому при одинаковых исходных, промежуточных и максимальных значениях температур, КПД предлагаемого теплового двигателя выше, чем у газовой турбины. Для повышения удельной мощности начальное давление P₀ следует выбирать максимально высоким.According to the adiabatic law of thermodynamics, the work A _c needed to compress cold gas from P ₀ to P ₁ at a final temperature T ₁ is less than A _p is the work of expansion of hot gas from P ₁ to P ₀ at an initial temperature T ₂ , since T ₁ < T ₂ . Therefore, the torque applied to the housing 1 is larger in magnitude than the braking torque applied to it. Thus, the housing 1 of the heat engine receives forced rotation, which is transmitted to consumers of mechanical energy. In the proposed heat engine there is no multiple conversion of the kinetic energy of the gas into the potential energy of its compression and vice versa, entailing large losses, as in a gas turbine, therefore, at the same initial, intermediate and maximum temperatures, the efficiency of the proposed heat engine is higher than that of a gas turbine . To increase the specific power, the initial pressure P ₀ should be selected as high as possible.

Для повышения КПД преобразования тепловой энергии в механическую следует применять газ с высокой молярной массой и показателем адиабаты, например, ксенон или фторид серы (элегаз), а также поддерживать максимально высокую окружную скорость вращающегося цилиндрического корпуса, что влечет за собой больший перепад давлений и температур. Поскольку нагреватель никак не связан с подвижными деталями теплового двигателя, то его нагрев до высокой температуры можно осуществлять любыми известными в технике способами, что повышает утилитарность предлагаемого теплового двигателя.To increase the efficiency of converting thermal energy into mechanical energy, a gas with a high molar mass and adiabatic index, for example, xenon or sulfur fluoride (SF6), should be used, as well as maintaining the highest peripheral speed of the rotating cylindrical body, which entails a greater pressure and temperature difference. Since the heater is in no way connected with the moving parts of the heat engine, it can be heated to a high temperature by any methods known in the art, which increases the utility of the proposed heat engine.

Расчеты показывают, что при применении ксенона с молярной массой M=0,131 кг/моль в качестве рабочего тела, и при окружной скорости V=300 м/с, повышение температуры газа при его сжатии составит:Calculations show that when using xenon with a molar mass of M = 0.131 kg / mol as a working fluid, and at a peripheral speed of V = 300 m / s, an increase in gas temperature during its compression will be:

dT=M×V×V/(2×Cp)=M×V×V/(2×2,5×R)=0,131×300×300/(2×2,5×8,31)=283 град K.dT = M × V × V / (2 × Cp) = M × V × V / (2 × 2.5 × R) = 0.131 × 300 × 300 / (2 × 2.5 × 8.31) = 283 degrees K.

Соответственно, термический КПД, при начальной температуре T₀=300 град K, составит:Accordingly, thermal efficiency, at an initial temperature T ₀ = 300 deg K, will be:

КПД=dT/(To+dT)=283/(300+283)=0,48=48%.Efficiency = dT / (To + dT) = 283 / (300 + 283) = 0.48 = 48%.

При окружной скорости V=400 м/с dT будет равно 504 град K, а КПД=63%.At a peripheral speed of V = 400 m / s, dT will be equal to 504 degrees K, and efficiency = 63%.

При окружной скорости V=500 м/с dT уже будет равно 788 град K, а КПД=72%.At a peripheral speed of V = 500 m / s, dT will already be equal to 788 degrees K, and efficiency = 72%.

Тепловой двигатель, изображенный на фиг.2 состоит из цилиндрического корпуса 1, вращающегося в подшипниках 2. Внутри корпуса 1 размещены радиальные каналы 3, идущие от оси вращения к периферии корпуса 1, периферийные каналы 4, расположенные вблизи от наружной цилиндрической поверхности корпуса 1, и радиальные каналы 5, идущие от периферии к оси вращения корпуса 1. Подвод рабочего тела, например, газа ксенона, в радиальные каналы 3 корпуса 1 производится через уплотнительное устройство 6, центробежный нагнетатель 7 и входные каналы 8. Отвод рабочего тела из вращающегося корпуса 1 производится через уплотнительное устройство 9, которое трубопроводами через теплообменник 10 соединено с уплотнительным устройство 6, служащим для входа газа во вращающийся цилиндрический корпус 1. Входные каналы 8 расположены на большем удалении от оси вращения корпуса 1, чем уплотнительное устройство 9, служащее выходным каналом рабочего тела. Центробежный нагнетатель 7 имеет возможность независимого вращения внутри корпуса 1 от какого-либо дополнительного привода. Внутри корпуса 1 размещен также теплообменник 11, каналы которого находятся в тепловом контакте с периферийными каналами 4, в которых циркулирует рабочий газ. Через уплотнительные устройства 12 и 13 вещество-теплоноситель подводится к теплообменнику 11 и отводится от него. Вещество-теплоноситель нагревается перед подачей в теплообменник 11 в отдельном удаленном теплообменнике (на чертеже не показан) за счет любого известного в технике источника тепловой энергии.The heat engine shown in FIG. 2 consists of a cylindrical housing 1 rotating in bearings 2. Inside the housing 1 there are radial channels 3 extending from the axis of rotation to the periphery of the housing 1, peripheral channels 4 located close to the outer cylindrical surface of the housing 1, and radial channels 5, going from the periphery to the axis of rotation of the housing 1. The supply of the working fluid, for example, xenon gas, to the radial channels 3 of the housing 1 is made through a sealing device 6, a centrifugal supercharger 7 and inlet channels 8. bodies from the rotating housing 1 is made through a sealing device 9, which is connected via pipelines through a heat exchanger 10 to a sealing device 6, which serves for gas entry into the rotating cylindrical housing 1. The inlet channels 8 are located at a greater distance from the axis of rotation of the housing 1 than the sealing device 9, serving as the output channel of the working fluid. The centrifugal blower 7 has the ability to independently rotate inside the housing 1 from any additional drive. A heat exchanger 11 is also placed inside the housing 1, the channels of which are in thermal contact with the peripheral channels 4, in which the working gas circulates. Through sealing devices 12 and 13, the heat-transfer agent is supplied to and removed from the heat exchanger 11. The coolant is heated before being fed to the heat exchanger 11 in a separate remote heat exchanger (not shown in the drawing) due to any source of thermal energy known in the art.

Тепловой двигатель, изображенный на фиг.2 работает точно так же, как двигатель, изображенный на фиг.1 (что описано выше), за исключением того, что рабочий газ в периферийных каналах 4 нагревается не за счет теплового излучения от удаленного нагревателя, а путем теплообмена с веществом-теплоносителем в каналах теплообменника 11. В качестве вещества-теплоносителя целесообразно применять газ с низкой молярной массой, например, водород или гелий. Также в качестве вещества-теплоносителя могут непосредственно служить нагретые газы, образующиеся в какой-либо камере сгорания, что поможет отказаться от удаленного теплообменника для нагрева вещества-теплоносителя.The heat engine shown in FIG. 2 works exactly the same as the engine shown in FIG. 1 (as described above), except that the working gas in the peripheral channels 4 is heated not by thermal radiation from a remote heater, but by heat exchange with the coolant in the channels of the heat exchanger 11. As a coolant, it is advisable to use gas with a low molar mass, for example, hydrogen or helium. Also, heated gases generated in a combustion chamber can directly serve as a heat carrier substance, which will help to abandon a remote heat exchanger for heating a heat carrier substance.

Тепловой двигатель, изображенный на фиг.3 состоит из цилиндрического корпуса 1, вращающегося в подшипниках 2. Внутри корпуса 1 размещены радиальные каналы 3, идущие от оси вращения к периферии корпуса 1, периферийные каналы 4, расположенные вблизи от наружной цилиндрической поверхности корпуса 1, и радиальные каналы 5, идущие от периферии к оси вращения корпуса 1. Подвод рабочего тела, например, газа ксенона, в радиальные каналы 3 корпуса 1 производится через уплотнительное устройство 6, центробежный нагнетатель 7 и входные каналы 8. Отвод рабочего тела из вращающегося корпуса 1 производится через уплотнительное устройство 9, которое трубопроводами через теплообменник 10 соединено с уплотнительным устройством 6, служащим для входа газа во вращающийся цилиндрический корпус 1. Входные каналы 8 расположены на большем удалении от оси вращения корпуса 1, чем уплотнительное устройство 9, служащее выходным каналом рабочего тела. Центробежный нагнетатель 7 имеет возможность независимого вращения внутри корпуса 1 от какого-либо дополнительного привода. Внутри корпуса 1 размещены также радиальные каналы 14, в которых атмосферный воздух сжимается под действием центробежных сил, камера сгорания 15, в которую по топливопроводам 16 впрыскивается топливо и сгорает в ней, находящаяся в тепловом контакте с периферийными каналами 4, в которых циркулирует рабочий газ, радиальные каналы 17, в которых происходит расширение продуктов сгорания против центробежных сил, выходные осевые каналы 18 для вывода продуктов сгорания в атмосферу, и центробежный нагнетатель воздуха 19 с осевыми каналами 20 для входа воздуха из атмосферы. Центробежный нагнетатель 19 имеет возможность независимого вращения внутри корпуса 1 от какого-либо дополнительного привода.The heat engine shown in FIG. 3 consists of a cylindrical housing 1 rotating in bearings 2. Inside the housing 1 there are radial channels 3 extending from the axis of rotation to the periphery of the housing 1, peripheral channels 4 located close to the outer cylindrical surface of the housing 1, and radial channels 5, going from the periphery to the axis of rotation of the housing 1. The supply of the working fluid, for example, xenon gas, to the radial channels 3 of the housing 1 is made through a sealing device 6, a centrifugal supercharger 7 and inlet channels 8. bodies from the rotating housing 1 is made through a sealing device 9, which is connected by pipelines through a heat exchanger 10 to a sealing device 6, which serves for gas entry into the rotating cylindrical housing 1. The inlet channels 8 are located at a greater distance from the axis of rotation of the housing 1 than the sealing device 9, serving as the output channel of the working fluid. The centrifugal blower 7 has the ability to independently rotate inside the housing 1 from any additional drive. Inside the housing 1 there are also radial channels 14, in which atmospheric air is compressed by centrifugal forces, a combustion chamber 15, into which fuel is injected through the fuel lines 16 and burns therein, which is in thermal contact with peripheral channels 4, in which the working gas circulates, radial channels 17, in which the expansion of combustion products against centrifugal forces occurs, output axial channels 18 for outputting combustion products into the atmosphere, and a centrifugal air blower 19 with axial channels 20 for entering air from the atmosphere. The centrifugal supercharger 19 has the possibility of independent rotation inside the housing 1 from any additional drive.

Тепловой двигатель, изображенный на фиг.3, работает следующим образом.The heat engine shown in figure 3, operates as follows.

Перед началом работы теплового двигателя корпус 1 раскручивается от какого-либо источника вращательного движения (стартера) до высоких оборотов, а крыльчатка центробежного нагнетателя 7 также раскручивается в том же направлении вращения, что и корпус 1, но до более высоких оборотов. За счет избыточного давления, создаваемого центробежным нагнетателем 7, через уплотнительное устройство 6 рабочее тело (в дальнейшем тексте - газ) при начальном (минимальном) давлении Р₀ и начальной (минимальной) температуре Т₀ начинает поступать по оси вращения в центробежный нагнетатель 7 и, далее, через входные каналы 8 газ поступает в радиальные каналы 3. Проходя через радиальные каналы 3 от оси вращения к периферии корпуса 1 газ под действием центробежной силы адиабатически сжимается до давления Р₁, при этом его температура возрастает до значения Т₁. Далее газ проходит по периферийным каналам 4, где за счет теплообмена с горячими продуктами сгорания в камере сгорания 15, нагревается изобарически при давлении P₁ до температуры Т₂. После прохождения периферийных каналов 4 сжатый и нагретый газ поступает в радиальные каналы 5. Соотношение длины радиальных каналов 3 и 5 и расстояние входа в каналы 3 по отношению к расстоянию выхода из каналов 5 относительно оси вращения корпуса 1 подобраны таким образом, что в каналах 5 газ адиабатически расширяется до давления Р₀, охлаждаясь при этом до температуры Т₃. Из формул адиабатического закона следует, что Т₀<Т₃. Через уплотнительное устройство 9 газ при Р₀ и Т₃ по трубопроводу поступает на вход теплообменника 10, проходя через который при давлении Р₀, изобарически охлаждается до температуры Т₀, и вновь возвращается к входному уплотнительному устройству 6. После возникновения самоподдерживающейся циркуляции газа через все контуры теплового двигателя вращение центробежного нагнетателя 7 останавливают, и он в дальнейшем принимает участие в работе лишь в качестве направляющего аппарата для потока рабочего газа. При адиабатном сжатии газа в радиальных каналах 3 от давления Р₀ до давления Р₁ и от температуры Т₀ до температуры T₁ необходимо затратить работу сжатия А_с. Работа А_с производится над газом центробежными силами, а за счет сил Кориолиса, к вращающемуся корпусу 1 будет приложен тормозной момент. При адиабатном расширении газа в радиальных каналах 5 от давления P₁ до давления Р₀ и от температуры Т₂ до температуры Т₃ производится работа расширения А_р. Работа А_р производится газом против центробежных сил, а за счет сил Кориолиса, к вращающемуся корпусу 1 будет приложен вращающий момент.Before starting the operation of the heat engine, the housing 1 is untwisted from any source of rotational motion (starter) to high revolutions, and the impeller of the centrifugal supercharger 7 is also untwisted in the same direction of rotation as the housing 1, but to higher revolutions. Due to the excess pressure created by the centrifugal blower 7, through the sealing device 6, the working fluid (hereinafter the gas) at the initial (minimum) pressure P ₀ and the initial (minimum) temperature T ₀ begins to flow along the axis of rotation into the centrifugal blower 7 and, further, through the inlet channels 8, the gas enters the radial channels 3. Passing through the radial channels 3 from the axis of rotation to the periphery of the housing 1, the gas adiabatically compresses adiabatically to a pressure P ₁ under the action of centrifugal force, while its temperature rises to values of T ₁ . Next, the gas passes through the peripheral channels 4, where due to heat exchange with hot combustion products in the combustion chamber 15, is heated isobarically at a pressure P ₁ to a temperature T ₂ . After passing through the peripheral channels 4, the compressed and heated gas enters the radial channels 5. The ratio of the length of the radial channels 3 and 5 and the distance of entry into the channels 3 with respect to the distance of the exit from the channels 5 with respect to the axis of rotation of the housing 1 are selected in such a way that gas expands adiabatically to a pressure of P ₀ , while cooling to a temperature of T ₃ . From the formulas of the adiabatic law it follows that T ₀ <T ₃ . Through the sealing device 9, the gas at P ₀ and T ₃ is piped to the inlet of the heat exchanger 10, passing through which at a pressure of P ₀ , isobarically cooled to the temperature T ₀ , and again returns to the inlet sealing device 6. After the occurrence of self-sustaining gas circulation through all the contours of the heat engine, the rotation of the centrifugal supercharger 7 is stopped, and in the future it takes part in the work only as a guiding apparatus for the flow of the working gas. With adiabatic compression of the gas in the radial channels 3 from pressure P ₀ to pressure P ₁ and from temperature T ₀ to temperature T _1, it is necessary to spend the work of compression And _with . Work A _with gas is carried out by centrifugal forces, and due to the Coriolis forces, braking torque will be applied to the rotating housing 1. When the adiabatic expansion of the gas in the radial channels 5 from pressure P ₁ to pressure P ₀ and from temperature T ₂ to temperature T ₃ , the work of expansion A _p . The work A _{p is} performed by gas against centrifugal forces, and due to the Coriolis forces, torque will be applied to the rotating housing 1.

Согласно адиабатному закону термодинамики работа А_с, необходимая для сжатия холодного газа от Р₀ до Р₁ при конечной температуре Т₁, меньше А_р - работы расширения горячего газа от Р1 до Р₀ при начальной температуре Т₂, так как T₁<T₂. Следовательно, вращающий момент, приложенный к корпусу 1, больше по величине, чем приложенный к нему же тормозной момент. Таким образом, корпус 1 теплового двигателя получает принудительное вращение, которое передается на потребителей механической энергии. Также во вращающемся корпусе 1 происходят: ввод атмосферного воздуха, его сжатие, впрыск топлива и его сгорание, расширение продуктов сгорания и вывод их в атмосферу. Эти процессы осуществляются следующим образом. При первоначальном пуске двигателя центробежный нагнетатель 19 раскручивается до высоких оборотов от какого-либо привода. За счет разрежения, создаваемого во входном осевом канале 20 центробежного нагнетателя 19, атмосферный воздух поступает в радиальные каналы 14, где сжимается адиабатически под действием центробежных сил. Далее сжатый воздух поступает в камеру сгорания 15, где производится впрыск и сгорание топлива. При этом нагретые продукты сгорания путем теплообмена передают большую часть своего тепла рабочему газу, находящемуся в каналах 4. Далее продукты сгорания поступают в радиальные каналы 17, где они адиабатно расширяются и через осевой канал 18 выводятся в атмосферу. При возникновении самопроизвольной циркуляции воздуха в каналах 14, 17 и в камере сгорания 15 центробежный нагнетатель 19 останавливают и он принимает участие в дальнейшей работе двигателя лишь в качестве направляющего аппарата для подвода воздуха. Поскольку каналы 14 для входа воздуха расположены на большем расстоянии от оси вращения, чем каналы 17, то, аналогично описанному выше для рабочего газа, за счет сил Кориолиса к вращающемуся корпусу 1 будет приложен дополнительный вращающий момент. В этом варианте исполнения центробежного теплового двигателя работа производится не только нагретым рабочим газом, но и нагретыми продуктами сгорания. Кроме того, данная конструкция двигателя позволяет исключить отдельный неподвижный теплообменник для нагрева вещества-теплоносителя, который присутствует в варианте исполнения двигателя, изображенным на фиг.2.According to the adiabatic law of thermodynamics, the work A _c , necessary for compressing cold gas from P ₀ to P ₁ at a final temperature T ₁ , is less than A _p , the work of expanding hot gas from P1 to P ₀ at an initial temperature T ₂ , since T ₁ <T ₂ . Therefore, the torque applied to the housing 1 is larger in magnitude than the braking torque applied to it. Thus, the housing 1 of the heat engine receives forced rotation, which is transmitted to consumers of mechanical energy. Also in the rotary housing 1 occur: the introduction of atmospheric air, its compression, fuel injection and combustion, expansion of the combustion products and their release into the atmosphere. These processes are carried out as follows. At the initial start of the engine, the centrifugal supercharger 19 is untwisted to high speeds from any drive. Due to the rarefaction created in the axial inlet channel 20 of the centrifugal blower 19, atmospheric air enters the radial channels 14, where it is adiabatically compressed by centrifugal forces. Next, the compressed air enters the combustion chamber 15, where fuel is injected and burned. In this case, the heated combustion products by heat transfer most of their heat to the working gas located in the channels 4. Next, the combustion products enter the radial channels 17, where they expand adiabatically and are discharged through the axial channel 18 into the atmosphere. When spontaneous air circulation occurs in the channels 14, 17 and in the combustion chamber 15, the centrifugal supercharger 19 is stopped and it takes part in the further operation of the engine only as a guide apparatus for supplying air. Since the air inlet channels 14 are located at a greater distance from the axis of rotation than the channels 17, then, similarly as described above for the working gas, due to the Coriolis forces, an additional torque will be applied to the rotating housing 1. In this embodiment of a centrifugal heat engine, work is performed not only by heated working gas, but also by heated combustion products. In addition, this engine design eliminates the need for a separate stationary heat exchanger for heating the heat-transfer agent, which is present in the engine embodiment depicted in FIG. 2.

В предлагаемом тепловом двигателе нет многократного преобразования кинетической энергии газа в потенциальную энергию его сжатия и обратно, влекущее за собой большие потери, как в газовой турбине, поэтому при одинаковых исходных, промежуточных и максимальных значениях температур, КПД предлагаемого теплового двигателя выше, чем у газовой турбины. Для повышения удельной мощности начальное давление Р₀ следует выбирать максимально высоким. Для повышения КПД преобразования тепловой энергии в механическую следует применять газ с высокой молярной массой и показателем адиабаты, например, ксенон, а также поддерживать максимально высокую окружную скорость вращающегося цилиндрического корпуса, что влечет за собой больший перепад давлений и температур.In the proposed heat engine there is no multiple conversion of the kinetic energy of the gas into the potential energy of its compression and vice versa, entailing large losses, as in a gas turbine, therefore, at the same initial, intermediate and maximum temperatures, the efficiency of the proposed heat engine is higher than that of a gas turbine . To increase the specific power, the initial pressure P ₀ should be chosen as high as possible. To increase the efficiency of converting thermal energy into mechanical energy, a gas with a high molar mass and adiabatic index, for example, xenon, should be used, as well as maintaining the highest possible peripheral speed of the rotating cylindrical body, which entails a greater pressure and temperature difference.

Тепловой двигатель, изображенный на фиг.4, состоит из корпуса 1, вращающегося в подшипниках 2. Внутри корпуса 1 размещены радиальные каналы воздуха 14, идущие от оси вращения к периферии корпуса 1, периферийные каналы 4, расположенные вблизи от наружной поверхности корпуса 1, и радиальные каналы газов 17, идущие от периферии к оси вращения корпуса 1. Подвод воздуха из атмосферы в радиальные каналы 14 корпуса 1 производится через осевой канал 20 и центробежный нагнетатель 19. Отвод воздуха (газов) из корпуса 1 в атмосферу производится через осевой канал 18. Вход воздуха в радиальные каналы 14 происходит на большем удалении от оси вращения корпуса 1, чем выход газов из радиальных каналов 17 по осевому каналу 18. Центробежный нагнетатель 19 имеет возможность независимого вращения внутри корпуса 1 от какого-либо дополнительного привода. По топливопроводу 16 топливо подается в периферийные каналы 4, где происходит его распыление и сгорание.The heat engine shown in Fig. 4 consists of a housing 1 rotating in bearings 2. Inside the housing 1 there are radial air channels 14 extending from the axis of rotation to the periphery of the housing 1, peripheral channels 4 located close to the outer surface of the housing 1, and radial gas channels 17 extending from the periphery to the axis of rotation of the housing 1. Air is supplied from the atmosphere to the radial channels 14 of the housing 1 through an axial channel 20 and a centrifugal supercharger 19. The air (gases) from the housing 1 are drawn into the atmosphere through an axial channel 18. The entry of air into the radial channels 14 occurs at a greater distance from the axis of rotation of the housing 1 than the exit of gases from the radial channels 17 along the axial channel 18. The centrifugal blower 19 has the ability to independently rotate inside the housing 1 from any additional drive. Through the fuel line 16, fuel is supplied to the peripheral channels 4, where it is sprayed and burned.

Тепловой двигатель, изображенный на фиг.4, работает следующим образом.The heat engine shown in figure 4, operates as follows.

Перед началом работы двигателя корпус 1 раскручивается от какого-либо источника вращательного движения (стартера) до высоких оборотов, а крыльчатка центробежного нагнетателя 19 также раскручивается в том же направлении вращения, что и корпус 1, но до более высоких оборотов. За счет разрежения, создаваемого центробежным нагнетателем, через осевой канал 20 воздух при начальном (атмосферном) давлении Р0 и начальной (атмосферной) температуре Т0 начинает поступать по оси вращения в центробежный нагнетатель 19 и далее - в радиальные каналы 14. Проходя через радиальные каналы 14 от оси вращения к периферии корпуса воздух под действием центробежной силы адиабатически сжимается до давления Р₁ при этом его температура возрастает до значения Т₁. Далее воздух проходит по периферийным каналам 4, куда по топливопроводу 16 впрыскивается и поджигается топливо. За счет теплоты сгорания топлива воздух в периферийных каналах 4 нагревается изобарически при давлении P₁ до температуры Т₂. После прохождения периферийных каналов 4 сжатый и нагретый воздух вместе с продуктами сгорания топлива поступает в радиальные каналы 17. Соотношение длины радиальных каналов 14 и 17 и расстояние входа в каналы по отношению к расстоянию выхода из каналов относительно оси вращения корпуса 1 подобраны таким образом, что в каналах 17 газ адиабатически расширяется до давления Р₂, охлаждаясь при этом до температуры Т₃. Через осевой канал 18 газы при давлении Р₂ и температуре Т₃ выходят в атмосферу, где изобарически охлаждаются до Т₀. Теоретически Р₂ может быть равно Р₀, но, для возникновения самоподдерживающейся циркуляции воздуха в каналах предлагаемого двигателя, Р₂ должно быть немного выше, чем Р₀. Из формул адиабатического закона следует, что Т₀<Т₂. После возникновения самоподдерживающейся циркуляции воздуха через все каналы теплового двигателя вращение центробежного нагнетателя останавливают, и он в дальнейшем принимает участие в работе лишь в качестве направляющего аппарата для потока воздуха. При адиабатном сжатии воздуха в радиальных каналах от давления Р₀ до давления P₁ и от температуры Т₀ до температуры Т₁ необходимо затратить работу сжатия А_с. Работа А_с производится над воздухом центробежными силами, а за счет сил Кориолиса, к вращающемуся корпусу 1 будет приложен тормозной момент. При адиабатном расширении газов в радиальных каналах 17 от давления Р₁ до давления Р₀ и от температуры Т₂ до температуры Т3 производится работа расширения А_р. Работа А_р производится газами против центробежных сил, а за счет сил Кориолиса, к вращающемуся корпусу 1 будет приложен вращающий момент.Before the engine starts, housing 1 is untwisted from any source of rotational motion (starter) to high revolutions, and the impeller of the centrifugal supercharger 19 is also untwisted in the same direction of rotation as housing 1, but to higher revolutions. Due to the vacuum created by the centrifugal supercharger, through the axial channel 20, air at the initial (atmospheric) pressure P0 and initial (atmospheric) temperature T0 begins to flow along the axis of rotation into the centrifugal supercharger 19 and then into the radial channels 14. Passing through the radial channels 14 from the axis of rotation to the periphery of the housing, the air under the action of centrifugal force adiabatically compresses to a pressure of P ₁ while its temperature rises to a value of T ₁ . Further, the air passes through the peripheral channels 4, where fuel is injected and ignited through the fuel line 16. Due to the heat of combustion of the fuel, the air in the peripheral channels 4 is heated isobarically at a pressure P ₁ to a temperature T ₂ . After the passage of the peripheral channels 4, the compressed and heated air together with the combustion products of the fuel enters the radial channels 17. The ratio of the length of the radial channels 14 and 17 and the distance of the entrance to the channels with respect to the distance of the exit from the channels relative to the axis of rotation of the housing 1 are selected so that channels 17, the gas adiabatically expands to a pressure of P ₂ , while cooling to a temperature of T ₃ . Through the axial channel 18, gases at a pressure of P ₂ and a temperature of T ₃ go into the atmosphere, where they are isobarically cooled to T ₀ . Theoretically, P ₂ may be equal to P ₀ , but, for self-sustaining air circulation in the channels of the proposed engine, P ₂ should be slightly higher than P ₀ . From the formulas of the adiabatic law it follows that T ₀ <T ₂ . After the occurrence of self-sustaining air circulation through all channels of the heat engine, the rotation of the centrifugal supercharger is stopped, and in the future it takes part only as a guiding apparatus for air flow. When adiabatic compression of air in radial channels from pressure P ₀ to pressure P ₁ and from temperature T ₀ to temperature T _1, it is necessary to spend the work of compression And _with . Work A _{with is} carried out over the air by centrifugal forces, and due to the Coriolis forces, braking torque will be applied to the rotating housing 1. With the adiabatic expansion of gases in the radial channels 17 from pressure P ₁ to pressure P ₀ and from temperature T ₂ to temperature T3, expansion work A _{p is} performed. The work A _{p is} carried out by gases against centrifugal forces, and due to the Coriolis forces, torque will be applied to the rotating housing 1.

Согласно адиабатному закону термодинамики работа А_с, необходимая для сжатия холодного воздуха от Р₀ до Р₁ при конечной температуре T₁ меньше А_р - работы расширения горячего воздуха от Р₁ до Р₀ при начальной температуре Т₂, так как Т₁<Т₂. Следовательно, вращающий момент, приложенный к корпусу 1, больше по величине, чем приложенный к нему же тормозной момент. Таким образом, корпус 1 теплового двигателя получает принудительное вращение, которое передается на потребителей механической энергии. В предлагаемом тепловом двигателе нет многократного преобразования кинетической энергии газа в потенциальную энергию его сжатия и обратно, влекущее за собой большие механические потери, как в газовой турбине, поэтому механический КПД предлагаемого теплового двигателя выше, чем у газовой турбины. Для повышения удельной мощности и теплового КПД преобразования тепловой энергии в механическую следует поддерживать максимально высокую окружную скорость вращающегося цилиндрического корпуса, что влечет за собой больший перепад давлений и температур.According to the adiabatic law of thermodynamics, the work A _s necessary for compressing cold air from P ₀ to P ₁ at a final temperature T _{1 is} less than A _p is the work of expanding hot air from P ₁ to P ₀ at an initial temperature T ₂ , since T ₁ <T ₂ . Therefore, the torque applied to the housing 1 is larger in magnitude than the braking torque applied to it. Thus, the housing 1 of the heat engine receives forced rotation, which is transmitted to consumers of mechanical energy. In the proposed heat engine there is no multiple conversion of the kinetic energy of the gas into the potential energy of its compression and vice versa, entailing large mechanical losses, as in a gas turbine, therefore, the mechanical efficiency of the proposed heat engine is higher than that of a gas turbine. To increase the specific power and thermal efficiency of the conversion of thermal energy into mechanical energy, the maximum peripheral speed of the rotating cylindrical body should be maintained, which entails a greater pressure and temperature difference.

Расчеты показывают, что при применении воздуха с молярной массой М=0,029 кг/моль в качестве рабочего тела, и при окружной скорости V=400 м/с, повышение температуры воздуха при его сжатии составит:Calculations show that when using air with a molar mass of M = 0.029 kg / mol as a working fluid, and at a peripheral speed of V = 400 m / s, an increase in air temperature during its compression will be:

dT=M×V×V/(2×Cp)=M×V×V/(2×3,5×R)=0,029×400×400/(2×3,5×8,31)=80 град К.dT = M × V × V / (2 × Cp) = M × V × V / (2 × 3.5 × R) = 0.029 × 400 × 400 / (2 × 3.5 × 8.31) = 80 deg TO.

Соответственно, термический КПД, при начальной температуре То=300 град К, составит:Accordingly, the thermal efficiency, at an initial temperature of To = 300 degrees K, will be:

КПД=dТ/То+dТ=80/(300+80)=0,21=21%.Efficiency = dT / To + dT = 80 / (300 + 80) = 0.21 = 21%.

При окружной скорости V=500 м/с dT будет равно 124 град К, а КПД=29%.At a peripheral speed of V = 500 m / s, dT will be equal to 124 degrees K, and efficiency = 29%.

При окружной скорости V=600 м/с dT будет равно 179 град K, а КПД=37%.At a peripheral speed of V = 600 m / s, dT will be equal to 179 degrees K, and efficiency = 37%.

При окружной скорости V=700 м/с dT уже будет равно 244 град K, а КПД=45%.At a peripheral speed of V = 700 m / s, dT will already be equal to 244 degrees K, and efficiency = 45%.

Claims

1. A thermal engine for converting thermal energy into mechanical energy, using gas as a working fluid, consisting of a compression chamber for the working fluid, a heating chamber for the working fluid, an expansion chamber for the working fluid and a cooling chamber for the working fluid, made in the form of a rotating body, having radial channels and channels located closer to the periphery of the housing, while radial channels extending from the axis of rotation to the periphery of the housing serve as a compression chamber of the working fluid, the channels are located closer to the periphery of the casing, serve as a heating chamber of the working fluid, channels going from the periphery to the axis of rotation of the casing serve as a expansion chamber of the working fluid, and the compression and expansion of the working fluid in the radial channels of the rotating casing takes place in a centrifugal force field, characterized in that the working fluid the body is introduced into the radial channels of the rotating body extending from the axis of rotation to the periphery, at a more remote distance from the axis of rotation than is derived from the radial channels of the rotating body extending from the periphery to the axis of rotation, passing between the outlet and the entrance through the refrigerator, which serves as a cooling chamber of the working fluid.

2. The heat engine according to claim 1, characterized in that a gas with a large molar mass, for example xenon or sulfur fluoride (SF6), is used as a working fluid.

3. The heat engine according to claim 1, characterized in that the heating of the working fluid in the peripheral channels is carried out by thermal radiation from a heater placed with a gap around the rotating housing.

4. The heat engine according to claim 1, characterized in that the heating of the working fluid in the peripheral channels is carried out in a heat exchanger having thermal contact with the peripheral channels, through heat transfer from the heated coolant.

5. The heat engine according to claim 4, characterized in that a gas with a small molar mass, for example hydrogen or helium, is used as a heat carrier substance.

6. The heat engine according to claim 1, characterized in that atmospheric air is used as a working fluid, its heating in the peripheral channels is due to the heat generated by the injection and combustion of fuel in the peripheral channels, and the atmosphere is used as a cooling chamber of the working fluid .

7. The heat engine according to claim 1, characterized in that a stationary cooled heat exchanger connected through sealing devices and pipelines to the input and output channels of the rotating casing is used as a working medium refrigerator.