ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения эффективности работы двигателей с внешним подводом теплоты, в частности - двигателя Стирлинга.
Известна и широко распространена конструктивная схема двигателя Стирлинга (Уокер Г. Двигатели Стирлинга. - М.: Машиностроение, 1985. - С.85, рис.4.2.), содержащая: полость расширения, полость сжатия, регенератор, нагреватель и холодильник.
Недостатками этой конструктивной схемы двигателя Стирлинга являются:
значительные затраты мощности на преодоление гидравлического сопротивления в регенераторе (что приводит к снижению эффективной мощности двигателя и увеличивает «мертвые объемы» в нем);
значительный отвод теплоты от рабочего тела в холодильнике и существенные внешние затраты энергии на организацию охлаждения рабочего тела в холодильнике;
существенные затраты энергии на сжатие рабочего тела в полости сжатия.
Данная конструктивная схема двигателя Стирлинга является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективной мощности и экономичности двигателя Стирлинга за счет:
полного исключения затрат части мощности на преодоление гидравлического сопротивления в регенераторе в результате исключения данного устройства из конструкции двигателя;
снижения потерь энергии рабочего тела при отводе теплоты от него в холодильнике и снижения внешних затрат энергии на организацию охлаждения рабочего тела в холодильнике;
снижения затрат энергии на сжатие в полости сжатия за счет уменьшения количества сжимаемого в нем рабочего тела;
предварительного подогрева в тепловом накопителе сжатого холодного рабочего тела перед его поступлением в нагреватель.
Решение поставленной задачи достигается тем, что из полости расширения рабочее тело направляется в вихревую трубку (трубку Ранка), где поток рабочего тела разделяется на два - холодный, который направляется вначале в холодильник, а затем в полость сжатия, и горячий, который направляется в тепловой накопитель и нагревает находящееся там теплоаккумулирующее вещество, и где осуществляется предварительный нагрев холодного сжатого рабочего тела перед его поступлением в нагреватель.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображена принципиальная схема предлагаемого двигателя Стирлинга.
Предлагаемый двигатель Стирлинга содержит: горячую 1 и холодную 2 полости, нагреватель 3, холодильник 4, тепловой накопитель 5 с аккумулирующим эффектом, вихревую трубку (трубку Ранка) 6 и работает следующим образом:
После расширения в горячей полости 1 рабочее тело направляется в вихревую трубку (трубку Ранка) 6 (принцип действия которой описан в статье Гуцол А.Ф. Эффект Ранка / А.Ф.Гуцол // Успехи физических наук, 1997. - Т.167. - №6. - С.665-687), где поток рабочего тела разделяется на два - холодный, который направляется вначале в холодильник 4, а затем в полость сжатия 2, и горячий, который направляется в тепловой накопитель 5, где часть его энергии передается в форме теплоты теплоаккумулирующему веществу, нагревая его. В тепловой накопитель 5 поступает и та часть холодного рабочего тела, которая была сжата в полости сжатия 2. В тепловом накопителе 5 холодное рабочее тело нагревается от горячего теплоаккумулирующего вещества, смешивается с потоком горячего рабочего тела, поступившего из вихревой трубки (трубки Ранка) 6, после чего объединенный поток рабочего тела направляется в нагреватель 3. Здесь рабочее тело дополнительно получает энергию с потоком теплоты, поступающим от внешнего источника, и направляется в полость расширения 1, где в процессе расширения внутренняя энергия рабочего тела преобразуется в механическую работу.
По сравнению с прототипом в предлагаемом двигателе Стирлинга обеспечивается повышение эффективной мощности и экономичности за счет:
полного исключения затрат части мощности на преодоление гидравлического сопротивления в регенераторе;
снижения потерь энергии рабочего тела при отводе теплоты от него в холодильнике и снижения внешних затрат энергии на организацию охлаждения рабочего тела в холодильнике;
снижения затрат энергии на сжатие в полости сжатия за счет уменьшения количества сжимаемого в нем рабочего тела;
предварительного подогрева в тепловом накопителе сжатого холодного рабочего тела перед его поступлением в нагреватель.