Энергетическая установка с двигателем стирлинга и теплоаккумулирующим веществом

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в качестве энергетической установки для объектов специального назначения, например для специальных фортификационных сооружений, подводных технических средств и мобильных комплексов. Достигаемый технический результат - повышение надежности работы, упрощение конструкции и уменьшение массогабаритных характеристик энергетической установки с двигателем Стирлинга и тепловым аккумулятором. В зависимости от условий работы двигателя Стирлинга (продолжительности непрерывной работы, необходимой мощности и т.д.) периодически заряжается одна или несколько секций теплового аккумулятора, для этого тепловой аккумулятор разделен на секции. Зарядка секций теплового аккумулятора происходит за счет энергии, подводимой через нагревательные устройства к теплоаккумулирующему веществу. После зарядки в режиме автономной работы выделяющаяся теплота от теплоаккумулирующего вещества через стенки аккумулятора передается стенкам нагревателя двигателя Стирлинга для его пуска и работы. При работе двигателя Стирлинга механическая энергия преобразуется в электрическую с помощью электрогенератора. Для охлаждения двигателя Стирлинга используется холодильник, через который подается охлаждающая среда. 1 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в качестве энергетической установки для объектов специального назначения, например для специальных фортификационных сооружений, подводных технических средств и мобильных комплексов.

Известно устройство двигателя Стирлинга, состоящего из нагревателя, регенератора, холодильника и поршневой группы (Батырев А.Н., Кошеваров В.Д., Лейкин О.Ю. Корабельные ядерные энергетические установки зарубежных стран. - СПб.: Судостроение, 1994. стр.205).

Известна энергоустановка с двигателем Стирлинга и водородосодержащим топливом, включающая в себя двигатель Стирлинга и теплоиспользующую холодильную машину (Патент РФ №2169319, F 25 В 27/02, Бюл. №17 от 20.06.2001). Однако в данной установке используются дорогостоящие водородное топливо и камера сгорания с катализатором.

Известна энергохолодильная система с двигателем Стирлинга, использующая в качестве источника теплоты реакцию окисления магния (Патент РФ №2214566, F 25 В 27/02, Бюл. №29 от 20.10.2003). Однако для начала реакции окисления магния и выделения теплоты требуется наличие окислителя, а в результате реакции образуются окислы магния, которые необходимо удалять.

Известны тепловые аккумуляторы с различными теплоаккумулирующими веществами (TAB), например, твердыми, плавящимися и т.д. (Левенберг В.Д., Ткач М.Р., Гольстрем В.А. Аккумулирование тепла. - Киев.: Техника, 1991. - стр.49-59). Состав TAB выбирается в зависимости от вида энергии, предназначенной для зарядки теплоаккумулирующего вещества.

Известна энергетическая установка с двигателем Стирлинга и аккумулятором с теплоаккумулирующим веществом (Левенберг В.Д., Ткач М.Р., Гольстрем В.А. Аккумулирование тепла. - Киев.: Техника, 1991. - стр.38-41). Однако использующийся в этой установке тепловой аккумулятор (ТА) соединен с двигателем Стирлинга через тепловую трубу, что значительно усложняет конструкцию и увеличивает массогабаритные характеристики установки в целом.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении надежности работы, упрощении конструкции и уменьшении массогабаритных характеристик энергетической установки с двигателем Стирлинга.

Для достижения данного технического результата энергетическая установка с двигателем Стирлинга и теплоаккумулирующим веществом, включающая в себя двигатель Стирлинга и источник теплоты в виде аккумулятора с теплоаккумулирующим веществом и нагревательным устройством, снабжена электрогенератором на одном валу с двигателем Стирлинга, тепловой аккумулятор состоит из секций, а нагревательное устройство размещено в каждой секции, которые теплоизолированы друг от друга, при этом для зарядки аккумулятора могут быть использованы различные виды энергии, например электрическая или тепловая.

Введение в состав энергетической установки с двигателем Стирлинга секционного теплового аккумулятора, установленного непосредственно на нагреватель двигателя Стирлинга, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности регулирования тепловой нагрузки на двигатель и более эффективной передачи теплоты от аккумулятора к двигателю без промежуточных звеньев.

На чертеже изображена энергетическая установка на основе двигателя Стирлинга с тепловым аккумулятором.

Энергетическая установка в своем составе имеет двигатель Стирлинга 1 с нагревателем 2 (нагревательная головка двигателя) и холодильником 3, тепловой аккумулятор 4 (источник тепловой энергии) и электрогенератор 5. Тепловой аккумулятор 4 состоит из секций 6 и 7, в которых размещены заряды теплоаккумулирующего вещества 8, 9 и нагревательные элементы 10 и 11. Корпус теплового аккумулятора 4 конструктивно связан с нагревательной головкой 2 двигателя Стирлинга 1.

Энергетическая установка с двигателем Стирлинга работает следующим образом.

В зависимости от условий работы двигателя Стирлинга (продолжительности непрерывной работы, необходимой мощности и т.д.) периодически заряжается одна или несколько секций теплового аккумулятора 4, для этого тепловой аккумулятор 4 разделен на секции 6 и 7. Зарядка секций 6 и 7 теплового аккумулятора 4 происходит за счет энергии, подводимой через нагревательные устройства 10 и 11 к теплоаккумулирующему веществу 8 и 9. После зарядки в режиме автономной работы выделяющаяся теплота от теплоаккумулирующего вещества 8, 9 через стенки аккумулятора 4 передается стенкам нагревателя 2 двигателя Стирлинга 1, что приводит к постепенному повышению температуры нагревателя 2 и, соответственно, нагреву рабочего тела, используемого в самом двигателе Стирлинга 1. С повышением температуры рабочего тела в головке двигателя происходит постепенное повышение давления в рабочем контуре и, в том числе, в рабочем цилиндре. Это, в свою очередь, вызывает перемещение рабочего поршня двигателя и, в конечном итоге, его пуск. При работе двигателя Стирлинга 1 механическая энергия преобразуется в электрическую с помощью электрогенератора 5. Для охлаждения двигателя Стирлинга 1 используется холодильник 3, через который подается охлаждающая среда.

Источники информации

1. Батырев А.Н., Кошеваров В.Д., Лейкин О.Ю. Корабельные ядерные энергетические установки зарубежных стран. - СПб.: Судостроение, 1994. стр.205.

2. Патент РФ №2169319, F 25 В 27/02, Бюл. №17 от 20.06.2001.

3. Патент РФ №2214566, F 25 В 27/02, Бюл. №29 от 20.10.2003.

4. Левенберг В.Д., Ткач М.Р., Гольстрем В.А. Аккумулирование тепла. - Киев.: Техника, 1991. - стр.49-59.

5. Левенберг В.Д., Ткач М.Р., Гольстрем В.А. Аккумулирование тепла. - Киев.: Техника, 1991. - стр.38-41 - прототип.

Энергетическая установка с двигателем Стирлинга и теплоаккумулирующим веществом, включающая в себя двигатель Стирлинга и источник теплоты в виде аккумулятора с теплоаккумулирующим веществом и нагревательным устройством, отличающаяся тем, что снабжена электрогенератором на одном валу с двигателем Стирлинга, тепловой аккумулятор состоит из секций, а нагревательное устройство размещено в каждой секции, которые теплоизолированы друг от друга, при этом для зарядки аккумулятора могут быть использованы различные виды энергии, например, электрическая или тепловая.