ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ДВИГАТЕЛЕМ СТИРЛИНГА ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2005 года по МПК F02G1/43 

Изобретение относится к области энергетики и газовых регенеративных машин, работающих по циклу Стирлинга, и предназначено для получения механической и электрической энергии в транспортных средствах.

Известны технические решения по использованию природного газа в качестве топлива автомобильного транспорта с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), включающие в себя двигатель и емкость с природным газом. Однако переход на природный газ в ДВС приводит к падению кпд и ухудшению пусковых свойств двигателей (Кершенбаум В.Я., Фальк В.Э. Горизонты транспортной техники. М.: Транспорт, 1988. - стр.109).

Известна энергетическая установка с двигателем Стирлинга и низкотемпературным топливом, включающая в себя емкость с сжиженным газом, двигатель Стирлинга, линию подачи газа в камеру сгорания с теплообменником, через который проходит система охлаждения двигателя Стирлинга для снижения нижней температуры цикла двигателя (Патент РФ №2166704, Бюл. №13 от 10.05.2001). Однако в данной установке используется сжиженный природный газ - криогенная жидкость, что приводит к удорожанию топливной системы и сокращению срока бездренажного хранения топлива до 5 суток за счет теплопритоков к криогенной жидкости.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в снижении стоимости топливной системы транспортного средства, увеличении срока хранения природного газа в топливных емкостях и повышении кпд энергетической установки.

Для достижения этого технического результата энергетическая установка с двигателем Стирлинга для специальных транспортных средств, включающая в себя емкость с природным газом, двигатель Стирлинга, линию подачи газа в камеру сгорания двигателя с теплообменником, через который проходит система охлаждения двигателя Стирлинга для снижения нижней температуры цикла двигателя, систему охлаждения двигателя с теплообменником-охладителем, через который проходит линия с охлаждающей средой, снабжена емкостями для компримированного (сжатого) природного газа, линией подачи воздуха в камеру сгорания двигателя с теплообменником, через который проходит магистраль отработанных газов, электрогенератором, расположенным на одном валу с двигателем, а также запорными клапанами и дроссельным вентилем в линии подачи газа, расположенными между емкостями с компримированным природным газом и теплообменником.

Введение в состав энергетической установки с двигателем Стирлинга для специальных транспортных средств емкостей для компримированного природного газа, дроссельного вентиля в линии подачи газа, линии подачи воздуха с теплообменником, через который проходят отработанные газы двигателя, позволяет получить новое свойство, заключающееся в использовании теплоты отработанных газов и эффекта дросселирования сжатого газа для повышения кпд двигателя Стирлинга, а также снижение стоимости топливной системы и увеличение срока бездренажного хранения природного газа за счет замены криогенных емкостей для сжиженного природного газа на емкости для хранения компримированного (сжатого) газа.

На чертеже изображена энергетическая установка с двигателем Стирлинга для специальных транспортных средств.

Энергетическая установка включает с себя двигатель Стирлинга 1, емкости с компримированным природным газом 2, линию подачи природного газа 3 в двигатель Стирлинга 1, линию подачи воздуха 4. Двигатель Стирлинга 1 включает в себя холодильник 5, камеру сгорания 6 и систему охлаждения 7, состоящую из теплообменника-охладителя 8, связанного с окружающей средой и насоса 9.

Линия подачи газа 3 включает в себя запорные клапаны 10, дроссельный вентиль 11 и теплообменник 12, через который проходит система охлаждения 7 двигателя 1. Линия подачи воздуха 4 в двигатель 1 включает в себя заборное устройство 13 и теплообменник 14, через который проходит магистраль отработанных газов 15. На одном валу с двигателем Стирлинга 1 расположен электрогенератор 16.

Энергетическая установка с двигателем Стирлинга для специальных транспортных средств работает следующим образом.

Из емкостей с компримированным природным газом 2 газ с высоким давлением через запорные клапаны 10 поступает в линию подачи топлива 3. Проходя через дроссельный вентиль 11, газ дросселируется с понижением температуры и давления и поступает в теплообменник 12, где охлаждает жидкость из системы охлаждения 7 двигателя 1, после этого газ поступает в камеру сгорания 6 двигателя 1.

Отработанные газы по магистрали 15 подаются в теплообменник 14, где передают теплоту воздуху, подаваемому в двигатель 1, и после охлаждения выбрасываются в окружающую среду. Воздух забирается из атмосферы через устройство 13 и подается в двигатель Стирлинга 1 по линии подачи 4.

С целью охлаждения двигателя Стирлинга 1 предусмотрена система охлаждения 7. По этой системе нагретая от рабочего тела двигателя 1 охлаждающая жидкость из холодильника 5 с помощью насоса 9 подается сначала в теплообменник-охладитель 8, где происходит теплообмен с окружающей средой (например, атмосферным воздухом), при этом жидкость охлаждается до температуры окружающей среды. Затем охлаждающая жидкость подается в теплообменник 12, где она охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды за счет теплообмена с холодным после дросселирования природным газом, и поступает вновь в холодильник 5. За счет теплообмена охлаждающей жидкости с низкой температурой и рабочим телом двигателя 1 происходит снижение нижней температуры цикла двигателя Стирлинга 1, что приводит к увеличению кпд.

Для выработки электроэнергии на одном валу с двигателем Стирлинга 1 расположен электрогенератор 16.

Источники информации, принятые во внимание

1. Кершенбаум В.Я., Фальк В.Э. Горизонты транспортной техники. М.: Транспорт, 1988. - стр.109.

2. Патент РФ №2166704, Бюл. №13 от 10.05.2001 - прототип.

Изобретение относится к области энергетики и газовых регенеративных машин, работающих по циклу Стирлинга, предназначено для получения механической и электрической энергии в транспортных средствах. Достигаемый технический результат - снижение стоимости топливной системы транспортного средства, увеличение срока хранения природного газа в топливных емкостях и повышение кпд энергетической установки. Из емкостей с компримированным природным газом газ с высоким давлением поступает в линию подачи топлива. Проходя через дроссельный вентиль, газ дросселируется с понижением температуры и давления и поступает в теплообменник, где охлаждает жидкость из системы охлаждения двигателя, после этого газ поступает в камеру сгорания двигателя. Отработанные газы по магистрали подаются в теплообменник, где передают теплоту воздуху, подаваемому в двигатель, и после охлаждения выбрасываются в окружающую среду. Воздух забирается из атмосферы через устройство и подается в двигатель Стирлинга по линии подачи. Для выработки электроэнергии на одном валу с двигателем Стирлинга расположен электрогенератор. 1 ил.

Энергетическая установка с двигателем Стирлинга для транспортных средств, включающая в себя емкость с природным газом, двигатель Стирлинга, линию подачи газа в камеру сгорания двигателя с теплообменником, через который проходит система охлаждения двигателя Стирлинга для снижения нижней температуры цикла двигателя, систему охлаждения двигателя с теплообменником-охладителем, через который проходит линия с охлаждающей средой, отличающаяся тем, что снабжена емкостями для компримированного (сжатого) природного газа, линией подачи воздуха в камеру сгорания двигателя с теплообменником, через который проходит магистраль отработанных газов, электрогенератором, расположенным на одном валу с двигателем, а также запорными клапанами и дроссельным вентилем на линии подачи газа, расположенными между емкостями с компримированным природным газом и теплообменником.