Способ управления газораспределительным клапаном тепловой машины внешнего сгорания Российский патент 2018 года по МПК F02C1/04 F02C5/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известные схемы двигателей Стирлинга («Двигатели Стирлинга» Г. Ридер, Ч. Хупер, Издательство «Мир» Москва, 1986), преобразующих тепловую энергию в электроэнергию, имеют один существенный недостаток. Частота вращения ротора электрогенератора зависит от интенсивности подвода теплового потока к рабочему телу. Максимальная эффективность преобразования кинетической энергии ротора любого электрогенератора в электроэнергию наблюдается при условии совпадения частоты ротора с резонансной частотой электромагнитного контура электрогенератора.

Цель заявленного изобретения - обеспечить управление газораспределительным клапаном при трансформации тепловой энергии тепловой машины внешнего сгорания в электроэнергию.

СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сущность заявленного изобретения поясняется описанием принципа действия тепловой машины внешнего сгорания с теплообменником, турбиной электрогенератора, компрессора и электрогенератором, трансформирующей тепловую энергию в электроэнергию при неравномерной подаче тепла к теплообменнику.

Тепловая энергия нагревает рабочее тело, воздух, во внутренней полости теплообменника 1 любым видом тепловой энергии - радиацией солнца, газообразным, жидким или твердым топливом. Воздух из теплообменника 1 поступает в полость привода газораспределительного клапана 2 (поршневого или сильфонного типа). Фиксатор положения газораспределительного клапана 3 (пружинного, биметаллического или иного типа) и пружина привод газораспределительного клапана 4 настроены на срабатывание при пределе максимального допустимого давления воздуха в теплообменнике 1, которое выбирается по соображениям прочностных характеристик материала теплообменника 1. В момент времени, когда давление воздуха в теплообменнике 1 достигнет предела максимально допустимого давления, поступающий в полость привода газораспределительного клапана 2 воздух переводит газораспределительный клапан 5 в положение, при котором поступающий из теплообменника 1 воздух приводит во вращение турбину электрогенератора 6. Турбина электрогенератора 6 соединена валом 7 с ротором электрогенератора 8 и компрессором 9. Под действием поступающего на турбину электрогенератора 6 воздуха из теплообменника 1 ротор электрогенератора 8 получает импульс кинетической энергии вращения, соответствующий кинетической энергии поступающего на турбину электрогенератора 6 потока воздуха. Отработавший в турбине электрогенератора 6 воздух выбрасывается в атмосферу. Компрессор 9 забирает воздух из атмосферы и через обратный клапан компрессора 10 подает воздух в пневмоаккумулятор 11. После того как ротор электрогенератора 8 получит импульс кинетической энергии вращения, давление воздуха в теплообменнике 1 уменьшится до величины, при которой пружина привода газораспределительного клапана 4 возвращает привод газораспределительного клапана 2 в исходное положение. В результате доступ воздуха из теплообменника 1 на турбину электрогенератора 6 перекрывается, а доступ воздуха из пневмоаккумулятора 11 через обратный клапан теплообменника 12 в теплообменник 1 открывается и начинается очередной цикл нагрева воздуха в теплообменнике 1 и накопления кинетической энергии вращения ротором электрогенератора 8. В момент времени, когда при очередной подаче воздуха на турбину электрогенератора 6 прекращается увеличение кинетической энергии вращения ротором электрогенератора 8, система управления подключает электрогенератор 8 к нагрузке, например к аккумулятору. Затем циклы генерирования электроэнергии электрогенератором 8 повторяются, чем обеспечивается максимальная эффективность трансформации тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к воздуху в теплообменнике 1 тепловой машины внешнего сгорания.

РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В способе управления газораспределительным клапаном тепловой машины внешнего сгорания, включающем теплообменник, привод газораспределительного клапана, фиксатор положения газораспределительного клапана, газораспределительный клапан, турбину электрогенератора, компрессор, обратный клапан компрессора и обратный клапан теплообменника, согласно изобретению тепловая энергия нагревает воздух во внутренней полости теплообменника, который поступает в полость привода газораспределительного клапана, фиксатор положения газораспределительного клапана и привод газораспределительного клапана настроены на срабатывание при пределе максимального допустимого давления воздуха в теплообменнике, поступающий в полость привода газораспределительного клапана воздух переводит газораспределительный клапан в положение, при котором воздух из теплообменника приводит во вращение турбину электрогенератора, турбина электрогенератора соединена валом с ротором электрогенератора и компрессором, ротор электрогенератора получает импульс кинетической энергии вращения, отработавший в турбине электрогенератора воздух выбрасывается в атмосферу, компрессор забирает воздух из атмосферы и через обратный клапан компрессора подает воздух в пневмоаккумулятор, после того как ротор электрогенератора получит импульс кинетической энергии вращения, давление воздуха в теплообменнике уменьшится до величины, при которой привод газораспределительного клапана возвращается в исходное положение, при этом доступ воздуха из теплообменника на турбину электрогенератора перекрывается, а доступ воздуха из пневмоаккумулятора через обратный клапан теплообменника в теплообменник открывается и начинается очередной цикл нагрева воздуха в теплообменнике.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Затраты на НИОКР и производство тепловой машины внешнего сгорания с теплообменником, турбиной электрогенератора, турбиной компрессора и электрогенератором не могут существенно отличаться от таковых при проектировании и производстве классического ДВС.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Чертеж. Принципиальная схема тепловой машины внешнего сгорания с теплообменником, турбиной электрогенератора, турбиной компрессора и электрогенератором.

1 - теплообменник; 2 - привод газораспределительный клапана; 3 - фиксатор положения газораспределительного клапана; 4 - пружина привод газораспределительного клапана; 5 - газораспределительный клапан; 6 - турбина электрогенератора; 7 - вал; 8 - электрогенератор; 9 - компрессор; 10 - обратный клапан компрессора; 11 - пневмоаккумулятор; 12 - обратный клапан теплообменника.

Изобретение относится к тепловым машинам, а именно к двигателям с внешней камерой сгорания. Техническим результатом является повышение надежности управления двигателем. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют нагрев воздух во внутренней полости теплообменника. Воздух из теплообменника поступает в полость привода газораспределительного клапана. Фиксатор положения газораспределительного клапана и пружина привода газораспределительного клапана настроены на срабатывание при пределе максимально допустимого давления воздуха в теплообменнике. В момент времени, когда давление воздуха в теплообменнике достигнет предельно допустимой величины, воздух, поступающий в полость привода газораспределительного клапана, открывает его, и воздух, поступающий из теплообменника, приводит во вращение турбину, соединенную валом с ротором электрогенератора и компрессором. Отработавший в турбине воздух выбрасывается в атмосферу. Компрессор забирает воздух из атмосферы и через обратный клапан подает воздух в пневмоаккумулятор. После того как ротор электрогенератора получит импульс кинетической энергии вращения, давление воздуха в теплообменнике уменьшится до величины, при которой привод газораспределительного клапана возвращается в исходное положение. Доступ воздуха из теплообменника на турбину перекрывается, а доступ воздуха из пневмоаккумулятора через обратный клапан в теплообменник открывается и начинается очередной цикл нагрева воздуха в теплообменнике. 1 ил.

Способ управления газораспределительным клапаном тепловой машины внешнего сгорания, включающей теплообменник, привод газораспределительного клапана, фиксатор положения газораспределительного клапана, газораспределительный клапан, турбину электрогенератора, компрессор, обратный клапан компрессора и обратный клапан теплообменника, отличающийся тем, что тепловая энергия нагревает воздух во внутренней полости теплообменника, который поступает в полость привода газораспределительного клапана, фиксатор положения газораспределительного клапана и привод газораспределительного клапана настроены на срабатывание при пределе максимально допустимого давления воздуха в теплообменнике, поступающий в полость привода газораспределительного клапана воздух переводит газораспределительный клапан в положение, при котором воздух из теплообменника приводит во вращение турбину электрогенератора, турбина электрогенератора соединена валом с ротором электрогенератора и компрессором, ротор электрогенератора получает импульс кинетической энергии вращения, отработавший в турбине электрогенератора воздух выбрасывается в атмосферу, компрессор забирает воздух из атмосферы и через обратный клапан компрессора подает воздух в пневмоаккумулятор, после того как ротор электрогенератора получит импульс кинетической энергии вращения, давление воздуха в теплообменнике уменьшится до величины, при которой привод газораспределительного клапана возвращается в исходное положение, при этом доступ воздуха из теплообменника на турбину электрогенератора перекрывается, а доступ воздуха из пневмоаккумулятора через обратный клапан теплообменника в теплообменник открывается и начинается очередной цикл нагрева воздуха в теплообменнике.