Двигатель с внешним подводом теплоты Советский патент 1981 года по МПК F02G1/43 

(54) ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОЛОМ ТЕПЛОТЫ

1

Изобретение относится к тепловым двигателям с внешним подводом теплоты и может быть использовано в р зличных 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 прикыкающую к источнику тепла и холодную, примыкающую к теплоотводящим поверхностям, сообщенные между собой через регенератор и элемент согласования движения вытеснителя с поршнем выполненный в виде.упругой связи flj.

Эти двигатели работают по циклу Стирлинга, одним из условий осуществления которого является необходимость опережения движения вытеснителя по отношению к движению поршня на 4 зовый угол Ч t2.

Однако при выполнении элемента согласования движения вытеснителя с поршнем в виде упругой связи, в известных двигагтелях фазовый угол Чпеременный и в значительной части цикла отрицательный, вследствие чего двигателям присуща низкая экономичность .

Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия путем улучшения согласования движения поршня и вытеснителя.

Для достижения поставленной цели, упругая связь выполнена в виде упругого рычага, соединенного по концам

0 с поршнем и вытеснителем, а в середине - с корпусом, а вытеснитель связан с цилиндром при помощи плоской пружины, причем поршень может быть связан с цилиндром при помощи гибкого гер5метичного элемента.

На чертеже представлена конструктивная схема двигателя, разрез.

Двигатель содержит корпус 1, на котором неподвижно установлен по мень0шей мере один цилиндр 2, образующий при помощи рабочего поршня 3 рабочую камеру, заполненную рабочим те- лом (водород, гелий и др.). Рабочая камера разделена вытеснителем 4, свя5занным со стенками цилиндра при помощи плоской пружины 5, на две полости: горячую 6, примыкающую к источнику тепла 7 и холодную 8, примыкающую к теплоотводящим поверхностям. Вытес0нитель 4 представляет собой оболочку, внутри которой размещен регенератор 9. Пространство вокруг регенератора 9 внутри оболочки заполнено теплоизоляцией 10.

. Рабочий поршень 3 соединен со сте -ками цилиндра при помощи гибкого герметичного элемента 11 (типа сильфон) и связан с вытеснителем 4 при помощи рычага 12. Упругий рычаг 12, ислользуемый для приведения в движение вытеснителя 4, через шарнирные опоры 13 и 14 своими концами соединен с поршнем 3 и вытеснителем 4 при помощи штока 15, а в средней точке - через шарнирную опору 16 с корпусом 1.

Теплоотвод от холодной полости 8 осуществляется посредством теплообменника,, помещенного внутри поршня 3, через который при помощи гибких трубопроводов 17 прокачивается газообразный или жидкий теплоноситель. С поршнем 3 соединена также полезная нагрузка 18 (линейный электрогенератор, насос и т. д.), Теплоотвод осуществляется от источника тепла 7 излучением. Теплоизоляции 19 и 10 служат для уменьшения утечек теплл от источника 7 и горячей полости 6.

Двигатель работает следующим об-разом.

Тепло источника 7 проходит через камеру двигателя, где частично преобразуется в механическую энергию колебаний поршня 3, которая (за вычетом потерь и энергии, затрачиваемой на привод вытеснителя) передается полезной нагрузке 18. Непреобразованное тепло отводится от поршня 3 теплоносителем, подающимся по гибким трубопроводам 17. Преобразование в камере двигателя теплово.й энергии в механическую, 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 своим колебательным движением перемещает газ в камере через регенерато 9 таким образом, что при сжатии ос.новиое количество газа находится в холодной полости 8, а при расширениив горячей полости 6. Полезная механическая энергия колебаний поршня 3 образуется при этом как разность работ расширения и сжатия. Частота колебаний поршня 3 близка к собственно частоте, определяемой его массой и

упругостью газа в камере. Для приведения 0 колебание с той же частотой вытеснителя, ему передается часть энергии поршня 3 при помощи упругого рычага 12. При определенной массе выстеснителя, амплитуде его перемещения и велнчине feo6paTHNUx потерь энергии, затрачиваемой на его привод при соответствующем выборе упругости пружины 5 и рычага 12, и соотношения плеч рычага 12, можно получить любое значеЕ ие фазового угла вытеснителя, в числе оптимальное (90-110), требуемое для наилучшей реализации цикла Стирлинга. Поскольку упругий рычаг 12 находится вне камеры и легк доступен при монтаже, он используется как регулировочный элемент, что существенно упрсяцает наладку и регулировку двигателя.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. F 02 G 1/04, 1978.

/7

fS 1 {6 fZ