Двигатель с внешним подводом тепла

 

Союз Советских

Социалистимвских

Республик (11, 626 7О8 - е (61) Дополнительный к патенту—

9 (51} М. Кл. 02 С 1/04 (22) Заявлено 29.01.74 (21) 1991841/25-06 (23) Приоритет- (32) 30.01.73 (31) 32807 5 (ЗЗЪ США (43) Опубликовано30.09.78.Бюллетень № 36 (45) Дата опубликования описания 17.08.78

Государствеииый комитет

Совете Иииистроа СССР по делам изооретеиий и открытий (53) УДК 621.412 (088.8) Иностранцы

Джек Эдвард Ноубп, Питер Риггл, Стюарт Грант Эмиг и Вильям Роджерс Мартини (США) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Правительство Соединенных Штатов А мерики (54) ДВИГАТЕЛЬ С BHEUIHHM ПОДВОДОМ ТЕПЛА

Изобретение относится к области двигателестроения в частности к регенеративным двигателям с внешним подводом тепла, а именно к миниатюрным двигателям с внешним подводом тепла,, предназначен- 5 ным для выработки энергии для приведения в действие аппарата "Искусственное сердце".

Известны двигатели с внешним подводом тепла, содержащие корпус с цилинд- 10 ром, в котором размещен поршень, связанный с механизмом задания закона движения и разделяющий внутреннее прост,I.àíñòâà, цилиндра на нагреваемую и охглаждаемую полости, сообщенные через И нагреватель, регенератор и охладитель, источник тепла, подключенный к нагре" ваемой полости при помощи тепловой трубы, выполненной в виде охватывающего кожуха, жидкостный аккумулятор тепла 20 и устройс!тво регулирования передачи теппе к негревеемой полости I 1$

Эти двигатели позволяют использовать тепловыделение радиактивных источников энергии. Однако для приведения 25 а действие такого обооудования как на=осы аппарата "Искусственное сердце, продолжительность работы для которых является определяющим параметром, при регулировании мощности двигателя требуется применение дополнительных уст ройств дпя воздействия на клапан регулирования расхода теплоносителя в тепловой трубе. В результате этого снижает ся надежность работы устройства, увеличиваются его размеры и усложняется конструкция. Двигатель невозможно устанавливать вблизи тела „пациента.

Кроме того, применение такого двига» теля в иных системах, требующих длительного срока автономной работы с источником тепловой энергии переменной производительности, также предполагают применения сложной контролирующей и управляющей аппаратуры, что снижает надежность двигателя.

Лель изобретения - повышение надежности двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что устройство регулирования выполнено

626708

Материал сть жид« при точке ния, 3

1,94

1,80

1,7

0„468

0,568

0,49

992

848

803 N aP

LiР

3е Р (, Р+(40Ъ)Идp по весу

2,06

0,441

652

1,78

0,370

1,98

0,41 в виде дополнительной тепловой трубы, .один конец которой подключен к нагреваемой полости, а другой — к охлаждаемой.

Кроме того, дополнительную тепловую трубу выполняют в виде спирали, размещенной на наружной поверхности цилиндра.

Дополнительную тепловук трубу заполняют цезиевой рабочей жидкостью в комбинации с газообразным ксеноном.

Охватывающий кожух выполняют в ви-. де цилиндрической оболочки из теплопере- о дающего материала, например из быстрорежущей стали.

Внутреннюю полость под цилиндрической оболочкой заполняют фтористыми или углекислыми солями легких щелочных метал15 лов, На фиг. 1 схематически показан предлагаемый двигатель, на фиг. 2 представлена тепловая часть двигателя; на фиг. 3 дан разреЗ тепловой части двигателя, Двигатель с внешним подводом тепла содержит корпус с цилиндром 1, в котором размещен поршень 2, связанный с механизмом задапия закона движения, например, через шток 3 с кулисой 4, под25 соединенной к кривошипу 5 или через шток 3 подпружиненный пневматическим буфером, камерой 6.

Поршень 2 разделяет внутреннее пространство цилиндра иа нагреваемую 7 и ох30 лаждаемую 8 полости, сообщенные между - Р + (30, 5 с) ., С по весу 500

I.i P+(34 )Z e P .по весу 4 "5

B качестве рабочей жидкости тепловой трубы 12 возможно применение жидкого калия или поташа.

Резервуар 16 теплоизолирован слоем фольги 17 и ниэкотемпературной тепловой трубой 18. На наружной части оболочки 15 размещен охлаждаюг ий виток

19, а к наружной периферии цилиндра 1 может быть прикреплен экран 20, выполсобой через нагреватель, регенератор и охладитель, функции которых выполняют стенка цилиндра 1 и зазор между поршнем 2 и цилиндром 1. Предпочтительная величина зазора 0,18-0,23 мм.

Источник тепла двигателя может быть выполнен в виде радиоактивного элемента 9, например плутония -238, размещенного в капсуле 10 на прокладке 1.1, например, из вспененного тантала, и подключен к нагреваемой полости 7 при имоши тепловой трубы 12, выполненной в виде охватывающего капсулу 10 кожуха.

Тепловая труба 12 сообшает жидкостный аккумулятор тепла 13 с нагреваемой полостью 7 через устройствс регулирования передачи тепла, выполненное в виде дополнительной тепловой трубы 14, один конец которой подключен к нагреваемой полости 7, а другой — к охлаждаемой 8.

B двигателе для аппарата Искусственное сердце" охватывающий кожух выполнен в виде цилиндрической оболочки 15 из теплопроводяшего и жаростойкого материала, например из быстрорежущей стали. Во внутренней полости под оболочкой

15 размещен жидкостный аккумулятор 13, выполненный в виде гашеобразного оезервуара 16, заполненного фтористыми или углекислыми солями легких щелочных металлов, выбор которых определяется, например, по следующей таблице: ненный в виде кольцевых ребер, для зашиты от излучения.

Кроме того, в двигателе устанавливается дополнительно электрический нагреватель 21, выполненный в виде охватывающих витков, подсоединенных к резервуару 16.

Для нормального функционирования жидкостного аккумулятора 13 в резервуаре

626708 предусмотрено термокомпенсационное пространство 22.

Дополнительную тепловую трубу 14 изготавливают в виде спирали, размещенной на наружной поверхности цилиндга 1 и заполненной цеэиевой рабочей жидкостью в комбинации с газообразным ксеноном.

В нижней части цилиндра имеются впускной 23 и выпускной 24 клапаны, сообщающие охлаждаемую голость 8 с газовыми емкостями 25 и 26 низкого и высокого давления. соответственно. EM кости 25 и 26 сообщены между собой разветвленным трубопроводом, одна ветвь

27 которого подключена через обратные клапаны 28 к камере 6, другая ветвь 29 содержит дроссельную заслонку 30, а третья ветвь 31 подключена к пневмоцилиндру 32 насоса аппарата Искусственное сердце

Во время работы двигателя рабочий газ (гелий) перемешается из нагреваемой в охлаждаемую полость через зазор между стенкой цилиндра 1 и поршня 2 что приводит к изменению давления в охлаждаемой полости 8. При понижении давления во время уменьшения объема нагреваемой полости 7 до определенной величины открывается впускной клапан

23, и охлаждаемая полость 8 подпитывается из газовой емкости 25. При этом давление в цилиндре 1 двигателя остается практически постоянным.

Во время обратного хода поршня 2, т.е. при увеличении объема нагреваемой 7 полости 7, происходит увеличение давления в цилиндре 1 до величины, определяющей открытие выпускного клапана

24. Происходит процесс заполнения емкости 26 газом высокого давления, которыи используют для привода насоса о апп рата "Искусственное сердце", пода-. вая гяз в пневмоцилиндр 32, из которого отработавший гаэ поступает в газовую емкость 25 низкого давления.

Перемещение поршня во время уменьшения объема нагреваемой полости 7 происходит за счет маховогО момента инерции механизма задания закона двюкения.

Переходные режимы двигателя осуществляют регулированием количества используемого в пневмоцилиндре 32 газа высокого давления при помон;и дроссельной заслонки 30.

Для исключения остановки насоса пре дусмотрены обратные клапаны 28, при

ilDMoIUH которых исклк.чается превышение давления в емкости 25 над давлением в емкости 26.

Предлагаемый двигатель способен вырабатывать около 7 Вт пневматической энергии от любого радиактивного или электрического источника тепле.

Формула изобретения

1. Двигатель с внешним подводом тепла, содержащий корпус с цилиндром, в котором размещен поршень, связанный с механизмом задания закона движения и разделяющий внутреннее пространство цилиндра .на нагреваемую и охлаждяемую полости, сообщенные через нагреватель, регенератор и охладитель, источник тепла, подключенный к нагреваемой полости при помощи тепловой трубы, выполненной в виде охватывающего кожуха,,жидкостный аккумулятор тепла и устройство регулиоования передачи тепла к нагревяемой полости, отлич аюшийся тем, что, с целью повышения надежности; устройство регулирования выполнено в виде дополнительной тепловой трубы, один конец которой подключен к нагреваемой полости, а другой — к охлаждаемой.

2. Двкгатель по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что дополнительная тепловая труба выполнена в виде спирали, размещенной на наружной поверхности цилиндра.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что дополнительная тепловая труба заполнена цезиеьой рабочей жидкостью в комбинации с газообразным ксеноном.

4. Двигатель по пп. 1-3,- о т л и— ч а ю ш и и с я т м, что охватывающий кожух выполнен в виде цилиндрической оболочки иэ теплопроводяшего материала, например иэ быстрорежушей стали.

5. Двигатель по и. 4, о т л и ч а юшийся тем, что внутренняя полость под цилиндрической оболочкой заполнена фтористыми или углекислыми солями легких щелочных металлов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

<.Л.3. Mei j e v, P vogpecke of < hp

50. бала еиб иев 10 Уев<-га. р ар

Escort, „Рй Жри 7ecb isa F Mevie w, 1970, 31, М 5/6, р. 172-173, р. 1 U.