СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВС

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для получения дополнительной эффективной мощности в силовой установке, включающей двигатель внутреннего сгорания и свободнопоршневой пневматический термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Известны свободнопоршневые термоэлектрогенераторы для утилизации теплоты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.
Известен свободнопоршневой паровой термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС (Кукис B.C., Хасанова М.Л. и др. Свободнопоршневой паровой термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС: Свидетельство на полезную модель. RU 26600 U1 7 F 02 G 5/02. 10.12.02. Бюл. №34). Свободнопоршневой паровой термоэлектрогенератор представляет собой паровой двигатель, работающий по двухтактному циклу, содержащий цилиндр, с впускными и выпускными окнами, обеспечивающими периодическую смену рабочего тела. В цилиндре размещены поршень-якорь и форсунка, через которую производится впрыскивание в цилиндр воды из бака. Под поршнем-якорем имеется буферная полость, заполненная воздухом. На
нижней части цилиндра расположена электрическая обмотка для выработки электрической энергии.
Недостатками данной конструкции являются:
большой расход воды, необходимый для производства работы в результате ее испарения, превышающей механические потери в двигателе, что требует организации замкнутого контура циркуляции воды;
значительные затраты энергии на организацию циркуляции воды и создания высокого давления для эффективного ее распыливания в сферической камере;
серьезные проблемы, связанные с необходимостью создания системы очистки воды в замкнутом контуре циркуляции воды.
Известен также свободнопоршневой пневматический термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС (Кукис B.C., Смолин А.Б., Ткаченко А.В. и др. Свободнопоршневой пневматический термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС: Патент на полезную модель. RU 51116 U1 F 02 G 5/02. 27.01.06. Бюл. №03). Свободнопоршневой пневматический термоэлектрогенератор содержит: компрессор, ресивер и цилиндр, верхняя часть которого окружена полостью для прохода отработавших газов ДВС, а крышка оборудована выпускным клапаном и пневматической форсункой с электромагнитным клапаном. В цилиндре размещены поршень-якорь,
под которым имеется буферная полость. На нижней части цилиндра расположена электрическая обмотка.
Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Недостатками прототипа являются:
Недостатками этого двигателя являются:
- значительные колебания температуры в надпоршневом объеме цилиндра, обусловленные существенной разницей температуры отработавших газов ДВС на различных режимах его работы;
- неравномерность нагрева стенок цилиндра, так как горячий газ обдувает ее только с одной стороны. Это приводит к возникновению термических напряжений в стенках цилиндра и ограничивает количество теплоты, которое передается от газов во внутрицилиндровое пространство.
Задачей предложения является повышение эффективности использования теплоты отработавших газов ДВС при ее утилизации и снижение термических напряжений в стенках цилиндра.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в свободнопоршневом пневматическом термоэлектрогенераторе для утилизации теплоты отработавших газов ДВС, содержащем цилиндр, в надпоршневую полость которого под высоким давлением через пневматическую
форсунку подается воздух, наружные стенки цилиндра окружены полостью, заполненной теплоаккумулирующим веществом, и полостью для прохода отработавших газов ДВС, от которых теплота передается теплоаккумулирующему веществу
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство предлагаемого свободнопоршневого пневматического термоэлектрогенератора для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Предлагаемый свободнопоршневой пневматический термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов содержит: цилиндр 1, верхняя часть которого окружена полостью 2 с теплоаккумулирующим материалом и полостью 3 для прохода отработавших газов ДВС, а на нижней части цилиндра 1 расположена электрическая обмотка 4 для выработки электрической энергии. Крышка цилиндра 1 оборудована выпускным клапаном 5 и пневматической форсункой 6 с электромагнитным клапаном 6, которая соединена впускной магистралью 7 с ресивером 8. В цилиндре 1 размещен поршень-якорь 9, под которым имеется буферная полость 10. Электрическая обмотка 4 через соединительную панель 11 соединена с компрессором 12.
Предлагаемый свободнопоршневой пневматический термоэлектрогенератор для утилизации теплоты отработавших газов ДВС работает следующим образом.
При нахождении поршня-якоря 9 в ВМТ в цилиндр 1 через форсунку 6 из ресивера 8 по впускной магистрали 7 подается под давлением воздух. Здесь он расширяется в условиях нагрева от стенок цилиндра 1, который обогревается извне от отработавших газов ДВС, проходящих через полость 6, через промежуточный теплоноситель (теплоаккумулирующий материа), и совершает работу по перемещению поршня-якоря 9. При перемещении поршня-якоря 9 вниз происходит сжатие воздуха в буферной полости 10. После достижения поршнем-якорем 9 НМТ сильно сжатый в буферной полости 10 воздух заставит поршень-якорь 9 перемещаться вверх, в этот момент открывается выпускной клапан 5 и происходит выпуск воздуха из надпоршневого пространства. При достижении поршнем-якорем 5 крайнего верхнего положения клапан 7 закрывается и рабочий цикл повторяется. В процессе совершения описанного рабочего цикла в цилиндре 1 поршень-якорь 9 перемещается внутри обмотки 4 и возбуждает в ней ЭДС, действуя по принципу линейного генератора. Выработанная электрическая энергия через соединительную панель 11 поступает на питание потребителей и компрессора 12, имеющего электрический привод.
По сравнению с прототипом в предлагаемом свободнопоршневом пневматическом термоэлектрогенераторе для утилизации теплоты отработавших газов ДВС в связи с наличием полости с теплоаккумулирующим материалом исключены:
значительные колебания температуры в надпоршневом объеме цилиндра, обусловленные существенной разницей температуры отработавших газов ДВС на различных режимах его работы;
- неравномерность нагрева стенок цилиндра, вызываемая неравномерным его нагревом по периметру, что не вызывает возникновения термических напряжений в стенках цилиндра и не ограничивает количество теплоты, которое передается от отработавших газов ДВС газов во внутрицилиндровое пространство,
в связи с чем в этом двигателе полностью отсутствуют недостатки, характерные для прототипа.