ЭКСПЕДИЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР
EXPEDITION GENERATOR

Изобретение относится к системам двигатель-генератор, а именно к генераторам переменного тока, приводимым в движение двигателем с замкнутым циклом, то есть двигателем внешнего сгорания.
Из уровня техники известна система двигатель-генератор переменного электрического тока [Аткинс Б. Общая теория электронных машин. Пер. с англ. И.В. Антика. Государственное энергетическое издательство. М.-Л., 1960. 272 с.], в которой для возбуждения ЭДС в силовых обмотках статора якорь совершает вращательное движение. Зачастую в этой системе в качестве двигателя используют двигатель внутреннего сгорания [Мировое судовое дизелестроение. Конструкции конструирования, анализ международного опыта: Учебн. пособие / Г.А. Конке, В.А. Лашко. - М.: Машиностроение, 2005. 512 с.].
Недостатком такой системы является сложность преобразования с помощью кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательного движения поршней двигателя во вращательное движение коленчатого вала, присоединенного к якорю генератора.
Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению являются Преобразователь тепловой энергии в электрическую с двигателем Стерлинга [Уокер Г. Двигатели Стерлинга. М.: Машиностроение., 1985, с. 215-217, рис. 9.13], указанный преобразователь содержит герметичный цилиндр с рабочим поршнем из постоянного магнита, вытеснительным поршнем и рабочей средой, обмоток возбуждения, нагревателя, регенератора, холодильника и функциональных элементов, необходимых для работы преобразователя, а также Электрический генератор переменного тока с двигателем Стерлинга (Патент RU №2315686), содержащий цилиндр, разделяемый подвижным вытеснительным поршнем на холодную и горячую полости, рабочий поршень, подвижно установленный в холодной полости, холодильник, регенератор и нагреватель, последовательно расположенные и соединяющие холодную и горячую полости, а также кольцевую электрическую обмотку на цилиндре, отличающийся тем, что рабочий поршень жестко соединен со штоком, выполненным из магнитного материала, сердечники электрической обмотки имеют двутавровое сечение, по обеим сторонам сердечников вдоль оси штока расположены кольцевые магниты, обращенные друг к другу разноименными полюсами, на штоке поршня выполнены кольцевые канавки, заполненные немагнитным материалом, а на цилиндре у вытеснительного поршня установлен датчик положения поршня, последовательно электрически соединенный через микропроцессор с регулировочным клапаном на трубопроводе между нагревателем и холодной полостью.
Недостатком двух последних решений является значительное внутреннее пространство, занимаемое вытеснителем и буферной емкостью, роль которой в первом случае выполняет газовая подушка.
Технической задачей предлагаемого решения является улучшение массогабаритных показателей при одновременном сохранении рабочего объема и рабочего давления рабочего тела.
Указанная задача решается за счет того, что двигатель-генератор содержит теплообменный корпус, выполненный в виде полого герметичного цилиндра, вдоль продольной оси которого, с внутренней стороны, находятся генератор переменного тока, рабочий цилиндр с поршнем и вытеснитель.
При этом вытеснитель выполнен в виде полого цилиндра, причем одна его торцевая стенка глухая и повторяет по форме торцевую стенку корпуса, а другая имеет цилиндрическое углубление, повторяющее рабочий цилиндр, и в самой глубокой части этого углубления стенка вытеснителя имеет отверстия для обмена рабочим телом между рабочим цилиндром и буферной емкостью, которая располагается внутри вытеснителя.
Положительным техническим результатом, совпадающим с технической задачей, достигаемым совокупностью конструктивных признаков, а именно расположением рабочего цилиндра внутри теплообменного корпуса и расположением буферной емкости внутри вытеснителя, является снижение габаритов и массы устройства при том же рабочем объеме и рабочем давлении рабочего тела.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена механическая часть экспедиционного генератора в разрезе; на фиг. 2 - изометрия генератора, разрезанного вдоль продольной оси в объемном виде; на фиг. 3 - изометрическая проекция генератора в разрезе; на фиг. 4 - внешний вид генератора в изометрии.
Экспедиционный генератор устроен следующим образом.
Экспедиционный генератор состоит из теплообменного корпуса 1, выполненного в виде полого герметичного цилиндра, вдоль продольной оси которого, с внутренней стороны, находятся рабочий цилиндр 2, поршень 3, вытеснитель 4, а также генератор переменного тока, статор которого размещен внутри стенок рабочего цилиндра, и состоит из магнитопровода 5 и катушки с обмоткой 6, а магнитный якорь генератора переменного тока интегрирован в поршень, шток 7 которого с противоположного конца соединен с вытеснителем, с люфтом, примерно равным половине рабочего хода поршня. Кроме того, имеются боковые отверстия 8 в рабочем цилиндре со стороны его глухого конца, с которого он соединен с теплообменным корпусом, а также отверстия 9 в вытеснителе со стороны открытого конца рабочего цилиндра. Между вытеснителем и теплообменным корпусом имеется диаметральный зазор.
В качестве рабочего тела целесообразно использовать сжатый под давлением газ с большой теплопроводностью и текучестью. Например, гелий.
Рабочий цилиндр целесообразно изготавливать из материала с высокой магнитной проницаемостью.
Вытеснитель должен быть термостойким, легким и жестким.
Поршень предпочтительно должен иметь уплотнительную часть и намагниченную часть в виде магнитопрочных вставок.
Двигатель-генератор работает следующим образом.
Левый торец теплообменного корпуса 1, а именно тот, со стороны которого на фигуре 1 закреплен рабочий цилиндр 2 с генератором, необходимо охлаждать. Противоположный торец - нагревать. Рабочее тело, находящееся в правой части теплообменного корпуса, при нагревании начнет расширяться и проникать через диаметральный зазор между теплообменным корпусом 1 и вытеснителем 4 в левую часть теплообменного корпуса, а затем через отверстия 8 - в рабочий цилиндр 2. Поршень начнет перемещаться в сторону вытеснителя и после того, как шток поршня упрется в вытеснитель, вытеснитель переместится из левого в правое положение. Рабочее тело, соответственно, переместится в левое положение, после чего начнет охлаждаться и сжиматься. При сжатии рабочего тела поршень 3 со штоком 7 начнет двигаться влево, шток, выбрав весь свой свободный ход, своим расширенным концом потянет за собой вытеснитель 4. Вытеснитель вернется влево, а рабочее тело, соответственно, вытиснится вправо. Далее цикл может повторяться, пока будет обеспечиваться достаточный перепад температуры между левым и правым торцами теплообменного корпуса. При этом во время движения поршня будут двигаться и магнитные полюса, вырабатывая электрический ток в обмотке катушки 6 статора. Для того чтобы подключить генератор к нагрузке сквозь теплообменный корпус наружу должны быть выведены провода с фазами. На фигурах они не изображены. В некоторых случаях может потребоваться выпрямление сгенерированного электрического тока. Электрическая схема выпрямителя на фигурах также отсутствует.