Двигатель с внешним подводомтеплоты

 

<>829997

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 23,07.79 (21) 2801204/25-06 с присоединением заявки М (51)М. Кл.з

F 02 G 1/043 (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 150581.Бюллетень t49 18

Дата опубликования описания 150581 (53) УДК621. 41 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Б. Н, Маркарьян и P. Н. Тушев

l 1 с1е ъ (71) За.:.".: нтель (54) ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ

Изобретение относится к тепловым двигателям с внешним подводом теплоты и может быть использовано в различньтх областях народного хозяйства на объектах небольшой мощности, работающих автономно. . Известны двигатели с внешним подводом теплоты, содержащие корпус, на котором установлен по меньшей мере один цилиндр, образующий при помощи поршня рабочую камеру, разделенную вытеснителем на две полости . — горячую, примыкающую к источнику тепла, и холодную, примыкающую к теплоотводящим поверхностям, сообщенные между собой через регенератор, причем вытеснитель связан с цилиндром при помощи пружины, и элемент согласования движения вытеснителя с поршнем I1).

В данных двигателях элемент согласования выполнен в виде упругого рычага, соединенного по концам на шарнирах с поршнем и через шток с вытеснителем, а в середине — с корпусом, и по мере износа штока и поршня и других пар трений происходит отклонение действительного фазового угла поршня от оптимального, что ведет к снижению экономичности. Кроме того, ЗО наличие пар трений сами по себе способствуют снижению КПД.

Цель изобретения — повышение КПД путем улучшения согласования движения поршня и вытеснителя и уменьшение потерь на трение.

Для достижения поставленной цели элемент согласования выполнен в виде, по меньшей мере, двух постоянных магнитов, установленных на поршне и вытеснителе с зазором в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра,и обращенных один к другому одноименными полюсами.

На чертеже представлена конструктивная схема двигателя в разрезе.

Двигатель содержит корпус 1, на котором неподвижно установлен по меньшей мере один цилиндр 2, образующий при помощи рабочего поршня 3 рабочую камеру, заполненную рабочим телом (водород, гелий и др.,). Рабочая камера разделена вытеснителем 4, связанным со стенками цилиндра 2 при помощи плоской пружины 5 на две полости — горячую б, примыкающую к источнику 7 тепла, и холодную 8, примыкающую к теплоотводящим.поверхностям. Вытеснитель 4 представляет собой, оболочку, внутри которого раз829997 мешен регенератор 9. Пространство 10 вокруг регенератора 9 внутри оболочки заполнено теплоизоляцией 11. Постоянные магниты 12 и 13 служат для приведения в движение вытеснителя 4. Магнит 12, выполненный в виде кольца, закреплен на поршне 3 в плоскости, перпендикулярной оси двигателя, а магнит 13, выполненный в виде диска, соединен при помощи штока 14 с вытеснителем 4 и установлен внутри маг- нита 12, в той же плоскости с минимальным кольцевым зазором, Иагниты

12 и 13 намагничены так, что кольцевой зазор между ними образован одноименными полюсами. Теплоотвод от холодной полости 8 осуществляется посредством теплообменника, помещенного внутри поршня 3, через который при помощи гибких трубопроводов 15 прокачивается.газообразный или жидкий теплоноситель. С поршнем 3 также 20 соединена полезная нагрузка 16 {линейный электрогенератор, насос и т.д).

Теплоподвод осуществляется от источника 7 тепла излучением. Теплоизоляции 17 и 11 служат для уменьше- 25 ния утечек тепла от источника 7 и горячей полости 6.

Двигатель работает следующим образом.

Тепло источника 7 проходит через стенки цилиндра двигателя, где частично преобразуется в механическую энергию колебаний поршня 3, которая (за вычетом потерь и энергии, затрачиваемой на привод вытеснителя 4) передается полезной нагрузке 16.

Непреобразованное тепло отводится от поршня 3 теплоносителем, подающимся по гибким трубопроводам 15.

Преобразование в камере двигателя тепловой энергии в механическую, 40 как и в других двигателях, работающих по циклу Стирлинга, обусловлено тем, что при колебательном движении поршня 3 газ в камере подвергается поочередно сжатию и расширению, а вытеснитель 4 своим колебательным движением перемещает газ в цилиндре через регенератор 9 таким образом, что при сжатии основное количество газа находится в холодной полости 8, а при расширении — в горячей полости 6. Полезная механическая энергия колебаний поршня 3 образуется при этом как разность работ расширения и сжатия. Частота колебаний поршня 3 близка к собственной частоте, определяемой его массой и уйругостью газа в камере.

В результате взаимодействия магнитов 12 и 13 часть энергии колебаний поршня передается выстенителю 4, 60

Возможность получения положительного фазового угла колебаний вытеснителя 4, необходимого для реализации цикла Стирлинга, обусловлена характером взаимодействия магнитов 12, 65

13, которые действуют как "отрицательная пружина", т.е. усилие отталкивания магнитов, приложенное к вытеснителю, противоположно по направлению перемещения поршня 3 от нейтрального положения, вызвавшему зто усилие.

Возможны и другие схемы установки магнитов, дающие эффект "отрицательной пружины". Например, два полюсных наконечника магнита 13 на вытеснителе расположены не в одной плоскости с кольцевым магнитом 12, а со смещением в обе стороны по оси на величину взаимного перемещения поршня

3 и вытеснителя 4. При этом зазор между магнитами 12 и 13 должен быть образован разноименными полюсами.

При использовании для связи вытеснителя 4 и поршня 3 обычной пружины направление усилия и перемещения совпадают, вследствие чего требуемый положительный фазовый угол вытеснителя не может быть получен.

При определенных массе вытеснителя 4, амплитуде его перемещения и величине необратимых потерь энергии, затрачиваемой на его привод, путем соответствующего выбора упругости пружины 5 и характеристик магнитов

12 и 13 можно получить любое значение фазового угла, в том числе оптимальное 90-110, требуемое для наилучшей реализации цикла Стирлинга.

Бесконтактный привод вытеснителя в предлагаемом двигателе позволяет уменьшить механические потери энергии, увеличить надежность и ресурс работы за счет отсутствия износа деталей привода.

Формула изобретения

Двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий корпус, .на котором установлен по меньшей мере один цилиндр, образующий при помощи поршня рабочую камеру, разделенную вытесзителем на две полости — горячую, примыкающую к источнику тепла, и холодную, примыкающую к теплоотводящим поверхностям, сообщенные между собой через регенератор, причем вытеснитель связан с цилиндром при помощи пружины и элемент согласования движения вытеснителя с поршнем, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия двигателя путем улучшения согласования движения поршня и вытеснителя и уменьшения потерь . на трение, элемент согласования выполнен в виде по меньшей мере двух постоянных магнитов, установленных на поршне и вытеснителе с зазором в плоскости перпендикулярной оси цилиндра, и обращенных один к другому одноименными полюсами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2769853/25-06, кл. F 02 G 1/04, 24.05.1979.

829997

Составитель С. Амандыков

Редактор О.Персиянцева Техред С. Мигунова Корректор В. Синицкая

Заказ 3697/77 Тираж 581 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4