Двигатель с внешним подводом тепла Советский патент 1978 года по МПК F02G1/04 

I

Изобретение относится к области двигателестроения в частности к регенеративным двигателям с внешним подводом тепла, а именно к миниатюрным двигателям с внешним подводом тепла,, предназначенным для выработки энергаи для приведения в действие аппарата Искусственное сердце.

Известны двигатели с внешним под- элдом тепла, содержащие корпус с цилиндром, в котором размещен поршень, связанный с механизмом задания закона движения и разделяющий внутреннее прост- ,ранствО| цилиндра на нагреваемую и охлаждаемую 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 регулирования передачи тепла к нагреваемой полости .

Эти двигатели позволяют использовать тепловьзделение радиактивных ис- точников энергии. Однако для приведения

в Действие такого оборудования как насосы аппарата Искусственное сердце , продолжительность работы для кс торых яЬляется определяющим параметром, при регулировании мощности двигателя требуется применение дополнительных устройств для воздействия на клапан регулирования расхода теплоносителя в тепловой трубе. В результате этого снижается надежность работы устройства, увеличиваются его размеры и усложняется конструкция. Двигатель невозможно устанавливать вблизи тела пациента.

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

Лель изобретения - повышение надежности двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что устройство регулирования выполнено

виде дополнительной тепловой трубы, дин конец которой подключен к нагревамой полости, а другой - к охлаждаемой. Кроме того, дополнительную тепловую рубу выполняют в виде спирали, размеенной на наружной поверхности циливдра. 5

Дополнительную тепловую трубу эаполняют цезиевой рабочей жидкостью в комбинации с газообразным ксеноном.

Охватывающий кожух выполняют в ЁИ-, де цилиндрической оболочки из теплопередающего материала, например из быстрорежущей стали.

Внут1)еннюю полость под цилиндрической оболочкой заполняют фтористыми или углекислыми солями легких щелочных метал- лов.

На фиг. 1 схематически показан предлагаемый двигатель, на фиг, 2 представлена тепловая часть двигателя; на фиг. 3 дан разрез тепловой масти двигателя.

Двигатель с внещним подводом тепла содержит корпус с цили1адром 1, в котором разметен порщень 2, связанный с механизмом задания закона движения, например, через шток 3 с кулисой 4, под- соединенной к кривошипу 5 или через шток 3 подпружиненный пневматическим буфером, камерой 6,

Поршень 2 разделяет внутреннее пространство цилиндра на нагреваемую 7 и охлаяодаемую 8 полости, сообщенные между

собой 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 11, например, из вспененного тантала, и подключен к нагреваемой полости 7 при ппмощи тепловой трубы 12, выполненной в виде охватывающего капсулу 10 кожуха

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

В двигателе для аппарата Искусственное сердце охватывающий кожух выполнен в виде цилиндрической оболочки 15 из теплопрбводящего И жаростойкого материала, например из-быстрорежущей стали. Во внутренней полости под оболочкой 15 размещен жидкостный аккумулятор 13 выполненный в видегащеобразного резервуара 16, заполненного фтористыми или углекислыми солями легких щелочных металлов, ёыбор которых определяется, например, по следующей таблице:

В качес1ве рабочей жидкости тепловой трубы 12 возможно применение жидкого калия ИЛИ поташа.

Резервуар 16 теплоизолирован слоем фольги 17 и низкотемпературной тепловой трубой 18. На наружной части оболочки 15 разметен охлаждаюгшй виток 19, а к наружной периферии цилннд;-.а 1 .может быть прикреплен экран 2О, выполненный в виде кольцевых ребер, для защиты 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 предусмотрено термокомпенсациопное пр ранство 22. Дополнительную тепловую трубу 14 изготавливают в виде спирали, размеще ной на наружной поверхности цилиндра и заполненной цеоиевой рабочей жидкос в комбинации с газообразным ксеноном В нижней части цилиндра имеются впускной 23 и выпускной 24 клапаны, сообщающие охлаждаемую полость 8 с газовыми емкостями 25 и 26 низкого и высокого дав/тения . соответственно. Е кости 25 и 26 сообщены между собой разветвленным трубопроводом, одна ве 27 которого подключена через обратные клапаны 28 к камере 6, другая ветвь 2 содер жит дроссельную заслонку ЗО, а третья ветвь 31 подключена к пневмоци линдру 32 насоса аппарата Искусствен ное сердце . Во время работы двигателя рабочий газ (гелий) перемещается 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 В подпитывается из газовой емкости 25. При это давление в цилиндре 1 двигателя остает ся практически постоянным. Во время обратного хода поршня 2, т.е. при увеличении объема нагреваемой полости 7, происходит увеличение давления в цилиндре 1 до величины, определяющей открытие Выпускного клапана 24.Происходит процесс заполнения емкости 26 газом высокого давления, который используют для привода насоса аппарата Искусственное сердце , подавая газ в пневмоцилиндр 32, нз которого отработавший газ поступает в т азовую емкость 25 низкого давления. Перемещение поршня во время уменьшения объема нагреваемой полости 7 про исходит за счет махового момента инерции механизма задания закона движения. Переходные режимы двигателя осуществляют регулированием количества ис пользуемого в пневмоцилиндре 32 газа высокого давления при помощи дроссельной заслонки ЗО. Для исключения остановки насоса пре дусмотрены обратные клапаны 28, при помощи KOTOjJbrx иск; К 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 тепла. изобретения о р м у л а 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 охлаждаемую 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 регулирования передачи тепла к нагреваемой полости, отличающийся тем, что, с целью повышения надеяаюсти, устройство регулирования выполнено в виде дополнительной тепловой трубьг, один конец которой подключен к нагреваемой Полости, а другой - к охлаждаемой, 2.Двигатель по п. 1, отлича ющ и и с я тем, что дополнительная тепловая труба выполнена в виде спирали, размещенной на наружной поверхности цилиндра. 3.Двигатель по пп. 1и 2, отличающийся тем, что дополнительная тепловая труба заполнена цезиеьой рабочей жидкостью в комбинации с газообразным ксеноном. 4.Двигатель по пп. 1-3,- отличающийся трм, что охватывающий кожух выполнен в виде цилиндрической оболочки из теплопроводящего материала, например из быстрорежущей стали. 5.Двигатель по п. 4, о т л и ч а ющ и и с я тем, что внутренняя полость под цилиндрической оболочкой заполнена фтористыми или углекислыми солями лег ких щедочных металлов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: l.P.O.Meijet-.P rospecis of the erfdmes fof vehicufaf proput.5ton., Techrnca Review, 1970, 31, № 5/6, p. 172-173, ф. 1У.

фиъ. 1

fpi/s.2

17

12

22

16

;/

Ю

f8

14

1if

7

-1

21

21