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

(54) ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕИМИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ

Изобретение относится к тепловым двигателям, в частности к двигателя с внешним подводом теплоты, и может использоваться в различных областях народного хозяйства на объектах небольшой мощности, работакицих автономно. Известны двигатели с внешним под водом теплоты, содержащие по меньше мере один цилиндр, образунщий при помощи поршня рабочзгю камеру, разделенную вытеснителем на две полост горячую, примыкающую к источнику тепла,, и холодную, примыкающую к те лоот водящим поверхностям, сообщенные между собой через регенератор , и элемент согласования движения вытеснителя с поршнем, выполненным в виде упругой связи и Известные двигатели работают по .циклу Стирлинга, одним из условий осуществления которого, является необходимость опережения движения вытеснителя по отношению к движению поршня на фазовый угол Г2. Однако при вьтолнении элемента согласования движения вытеснителя с поршнем в виде з ругой связи в из-, вестных двигателях,фазовый угол -4переменный и в значительной части цикла отрицательный, вследствие чего известным двигателям присуща низкая экономичность. Цель изобретения - повышение КПД путем улучшения согласования движения поршня и вытеснителя и улучшение теплоотвода. . Для достижения поставленной цели | в известных двигателях горячая по- : лость 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. Упругая связь выполнена в виде плоской пружины, а регенератор размещен 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 нижней неподвижной частью 2 (основанием цилиндра при помощи гибкого герметич ного 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 вытеснителем 4 на две полости: горячую 5, при1Ф1кающую к подвижной части 1 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 Ю, 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 ци линдра, примыкающих к холодной поло ти 7 имеет то преимущество, что дае 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 о носительно высокой температурой источника 6 тепла. Источник 6 тепла (например, радиоизотопный) расположен около подвижной части 1 цилиндр (рабочего поршня) с зазором, обеспёчивающим перемещение последнего. Теплоизоляция 14 служит для уменьшения утечек тепла. Вытеснитель 4 для уменьшения утечек тепла из горячей полости 5 в холодную 7 выполнен в ви де оболочки, внутри которой простра ство вокруг регенератора 10 заполне теплоизоляцией 15. Двигатель работает следующим образом. Тепло источника 6 передается излучением на поршень 1, проходит через камеру двигателя, где частично преобразуется в механическую энерги|о колебаний поршня I, которая (за вычетом потерь и энергии, затрачиваемой на привод вытеснителя) передается на полезную нагрузку П. Непреобразованное тепло передается на основание 2 цилиндра, а оттуда при помощи тепловых труб 12 и радиатора 13 отводится Вокружающее 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 10 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 энер.гии поршня 1 при помощи пружины 9. Требуемые для реализации цикла Стирлинга амплитуда и фазовый угол колебаний вытесните- . ля 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 отнощению к поршню 180-4°, которьй при соответствуюпщм 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