Двигатель с внешним подводомтеплоты

 

(71) Заявитель (54) ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ

2 вытеснителя по отношению к движению поршня на фазовый угол Г21 .

Однако при выполнении элемента согласования движения вытеснителя с поршнем в виде упругой связи в из-. вестных двигателях, фазовый угол -4переменный и в значительной части цикла отрицательный, вследствие чего известным двигателям присуща низкая экономичность.

Известные двигатели работают по. ,.циклу Стирлинга, одним из условий осуществления которого, является необходимость опережения движения

Изобретение относится-к тепловым двигателям, в частности к двигателям с внешним подводом теплоты, и может использоваться в различных областях народного хозяйства на объектах небольшой мощности, работающих автономно.

Известны двигатели с внешним подводом теплоты, содержащие 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, и элемент согласования движения вытеснителя с поршнем выполненным в виде упругой связи 11.

Цель изобретения — повышение КПД путем улучшения согласования движения поршня и вытеснителя и улучшение теплоотвода.

Для достижения поставленной цели 1 в известных двигателях горячая полость размещена между поршнем и вытеснителем, а холодная — между вытеснителем и цилиндром, причем поршень выполнен в виде части цилиндра, связанной с его основанием при помощи гибкого герметичного элемента.

1О

40, 45

3 84

Упругая связь выполнена в виде плоской пружины, а регенератор раэмещен в вытеснителе.

На чертеже показана конструктивная схема предлагаемого двигателя, разрез.

Двигатель с внешним подводом теплоты содержит по меньшей мере один цилиндр, верхняя часть 1 которого выполнена подвижной и играет роль рабочего поршня и соединена с ниж- ней неподвижной частью 2 (основанием) цилиндра при помощи гибкого герметичного элемента 3 (типа сильфон) . Части цилиндра 1 и 2 и элемент 3 образуют герметичную рабочую камеру, заполненную рабочим телом (водород, гелий и др.) и разделенную вытесни- телем 4 на две полости: горячую 5, примыкающую к подвижной части I цилиндра и к источнику 6 тепла, и холодную 7, примыкающую к основанию 2 цилиндра и теплоотводящим поверхностям 8. Вытеснитель 4 соединен с подвижной частью 1 цилиндра (с рабочим поршнем) при помощи плоской пружины

9, а внутри него размещен регенератор 10 с верхней подвижной частью

1 цилиндра (рабочим поршнем) соединена также полезная нагрузка 11 (линейный электрогенератор, насос и др.).

Неподвижное положение теплоотводящих поверхностей 8 основания 2 цилиндра, примыкающих к холодной полости 7 имеет то преимущество, что дает возможность организовать теплоотвод в окружающее пространство при помощи тепловых труб 12 и радиатора 13, а теплопередача с "горячей" стороны не вызывает затруднений в связи с относительно .высокой температурой источника 6 тепла. Источник 6 тепла (например, радиоизотопный) расположен около подвижной части 1 цилиндра (рабочего поршня) с зазором, обеспечивающим перемещение последнего.

Теплоиэоляция 14 служит для уменьшения утечек тепла. Вытеснитель 4 для уменьшения утечек тепла из горячей полости 5 в холодную 7 выполнен в виде оболочки, внутри которой пространство вокруг регенератора 10 заполнено теплоизоляцией 15.

Двигатель работает следующим образом.

Тепло источника 6 передается излучением на поршень 1, проходит через камеру двигателя, где частично !

2209 4 преобразуется в механическую энергиЮ колебаний поршня !, которая (за вычетом потерь и энергии, затрачиваемой на привод вытеснителя) передается на полезную нагрузку 11. Непреобразованное тепло передается на основание 2 цилиндра, а оттуда при помощи тепловых труб 12 и радиатора 13 отводится в окружающее пространство.

Преобразование в камере двигателя тепловой энергии в механическую, как и в других двигателях, работающих по циклу Стирлинга, обусловлено тем, что при колебательном движении поршня 1 газ в камере подвергается поочередно сжатию и расширению, а вытеснитель своим колебательным движением перемещает газ в камере через регенератор !0 таким образом, что при сжатии основное количество газа находится в холодной полости 7, а при расширении — в горячей полости

5. Полезная механическая энергия колебаний поршня 1 образуется при этом как разность работ расширения и сжатия. Частота колебаний поршня 1 близка к собственной частоте, определяемой его массой и упругостью газа в камере. Вытеснитель приводится в колебания с той же частотой за счет передачи ему части энергии поршня 1 при помощи пружины 9. Требуемые для реализации цикла Стирлинга амплитуда и фазовый угол колебаний вытеснителя достигаются соответствующим выбором массы вытеснителя, упругости пружины 9 и зависят также от потерь энергии на вязкое трение при перетекании газа из,одной полости в другую.

Таким образом, упругая связь поршня и вытеснителя, дающая отрицательный фазовый угол — 4 в сочетании с измененным расположением горячей и холодной полостей в двигателе, которое можно представить как дополнительный угол 180, обеспечивают угол сдвига фазы вытеснителя по отношению к поршню 180-4, который при соответствующим выборе динамических . параметров (массы вытеснителя упругости пружины, коэффициента демпфирования) может иметь требуемое оптимальное значение для обеспечения максимального КПД двигателя.

Формула изобретения

1. Двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий по меньшей мере

5 - 842209 б один цилиндр, образующий при помощи связанной с его основанием при помо" поршня рабочую камеру, разделенную -. щи гибкого герметичного элемента. вытеснителем на две полости: горячую, 2. Двигатель по л.l, о т л а " примыкающую к источнику тепла, и хо- ч а ю шийся тем, что упругая лодную, примыкающую к теплоотводящим связь выполнена в виде плоской пруповерхностям, сообщенные между собой жины. через регенератор и элемент согласо- 3. Двигатель по пп. 1 и 2, о т -. вания движения вытеснителя с поршнем, л и ч а ю шийся тем,что регенеравыполненний в виде упругой связи, тор размещен в вытеснителе. отличающийся тем, что, 10 Источники информации с целью повышения КПД путем улучшения принятые во внимание при экспертизе согласования движения поршня и вытес- l. Авторское свидетельство СССР нителя и улучшения теплоотвода, ro- по заявке Р 2568071/25-06, рячая полость размещена между поршнем кл. F 02 Я 1/04, )978., и вытеснителем, а холодная — между 15 2. Двигатели Стирлинга. Под ред. вытеснителем и цилиндром,. причем пор- M.Ã. Круглова, М., "Машиностроение", шень выполнен в виде части цилиндра, 1977, с ° 14,15 и 29.

8 7 .Составитель С. Амандыков

Редактор Ю. Ковач Техред М. Коштура Корректор А, Гриценко

Заказ 5006 30 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