Электрический генератор с двигателем Стирлинга
ELECTRIC GENERATING SET WITH STIRLING ENGINE

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор.
Известна система двигатель-генератор [1], в которой для возбуждения ЭДС в силовых обмотках статора якорь совершает вращательное движение. В этой системе в качестве двигателя используется поршневой двигатель внутреннего сгорания. Недостатком такой системы является сложность преобразования с помощью кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательного движения поршней двигателя во вращательное движение коленчатого вала, соединенного с валом электрического генератора.
Известен двигатель с внешним подводом теплоты [2], работающий по термодинамическому циклу Стирлинга, содержащий генератор, выполненный по технологии сверхпроводимости и вращаемый механизмом качающейся шайбы в теплоизолированной камере. Недостатком такого двигателя является сложность привода вала электрического генератора.
Известна энергетическая установка на основе двигателя Стирлинга [3], являющаяся наиболее близкой к предлагаемому техническому решению, включающая в себя двигатель Стирлинга и электрогенератор, связанный с двигателем.
Недостатком этой силовой установки, принятой за прототип, является сложность конструкции и малый ресурс работы.
Известен также двигатель Стирлинга типа Флюидайн [4, стр. 43], основой которого являются две U-образные трубы, заполненные жидкостью и связанные с горячей и холодной рабочими полостями, соединенными между собой каналом, по которому перемещается горячий газ. В U-образных трубах перемещаются столбы жидкости, один из которых является вытеснительным поршнем, а другой - рабочим поршнем. Работа двигателя производится в виде колебаний столба жидкости, являющегося рабочим поршнем.
Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение ресурса работы электрического генератора с двигателем Стирлинга. Указанная цель достигается тем, что электрический генератор с двигателем Стирлинга (ЭГДС) включает в себя двигатель Стирлинга типа Флюидайн и линейный электрический генератор. В качестве рабочей жидкости вытеснительного поршня используется вода, а в качестве рабочей жидкости рабочего поршня используется ферромагнитная жидкость. Горячая полость охватывает верхнюю часть одного конца U-образной трубы вытеснительного поршня, а холодная полость охватывает верхнюю часть второго конца U-образной трубы вытеснительного поршня и верхнюю часть одного колена U-образной трубы рабочего поршня. При работе двигателя между горячей и холодной полостями по каналу перемещается горячий газ. На свободном колене U-образной трубы рабочего поршня расположен кольцевой постоянный магнит. Линейный электрический генератор размещен концентрично снаружи U-образной трубы рабочего поршня в зоне перемещения рабочего поршня внутри магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом.
Новым в электрическом генераторе с двигателем Стирлинга является установка на свободном колене U-образной трубы рабочего поршня кольцевого постоянного магнита и размещение линейного электрического генератора концентрично снаружи свободного колена U-образной трубы рабочего поршня в зоне перемещения рабочего поршня внутри магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Новым в электрическом генераторе с двигателем Стирлинга является также использование в качестве рабочей жидкости рабочего поршня ферромагнитной жидкости.
На чертеже представлена схема ЭГДС. ЭГДС содержит две U-образные трубы 1 и 2, внутри которых находятся вытеснительный 3 и рабочий 4 поршни в виде столбов жидкости, горячую 5 и холодную 6 полости; канал 7, их соединяющий. Обмотка 8 линейного электрического генератора установлена снаружи свободного колена U-образной трубы 2 рабочего поршня 4. Верхние части U-образной трубы 1 вытеснительного поршня 3 герметично соединены между собой и с верхней частью одного колена U-образной трубы 2 рабочего поршня 4 каналом 7. Концентрично обмотке 8 линейного электрического генератора расположен кольцевой постоянный магнит 9. В U-образной трубе 1 вытеснительного поршня 3 находится вода, а в U-образной трубе 2 рабочего поршня 4 находится ферромагнитная жидкость.
ЭГДС работает следующим образом.
Двигатель Стирлинга типа Флюидайн производит работу в виде колебаний столба жидкости в свободном колене U-образной трубы 2 рабочего поршня 4, в которой находится ферромагнитная жидкость. Кольцевой постоянный магнит 9 создает магнитное поле вокруг свободного колена U-образной трубы 2 рабочего поршня 4. Колебания столба ферромагнитной жидкости в магнитном поле создают ЭДС в обмотке 8 линейного электрического генератора, снимаемую с электрического разъема (на чертеже не показан).
ЭГДС характеризуется тем, что ферромагнитная жидкость используется на водяной или масляной основе.
ЭГДС характеризуется тем, что в качестве постоянного магнита используется сплав на основе неодим-железо-бора.
ЭГДС характеризуется тем, что в качестве материала U-образных труб используется стекло или керамика.
Так как работа двигателя и генератора осуществляется за счет колебаний столбов жидкости и не сопровождается движением механических деталей, система двигатель-генератор будет иметь простую конструкцию и минимальные износы, что повышает ресурс ее работы.
Использование предлагаемого технического решения способствует упрощению конструкции и повышению ресурса работы электрического генератора с двигателем Стирлинга.
Литература
1. Аткинс Б. Общая теория электрических машин. Пер. с англ. И.В. Антика. Государственное энергетическое издательство. М. - Л., 1960. - 272 с.
2. Двигатель с внешним подводом теплоты. Патент РФ №2200863 С2, опубл. 20.03.2003 г.
3. Энергетическая установка на основе двигателя Стирлинга. Патент РФ №2258826 С1, опубл. 20.08.2005 г.
4. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. Пер. с англ. - М: Мир, 1986. - 464 с.