СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВС

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателе-строению и может быть использовано для получения дополнительной эффективной мощности в силовой установке, включающей двигатель внутреннего сгорания и свободнопоршневой пневматический термоэлектрогенератор двойного действия для утилизации теплоты отработавших газов две.
Известны двигатели 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 свободнопоршневого парового термоэлектрогенератора 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)., содержащий цилиндр, нагреваемый извне отработавшими газами ДВС, в надпоршневую полость которого под высоким давлением через пневматическую форсунку подается воздух и за счет нагрева воздуха от стенок и его расширения происходит перемещение поршня-якоря от верхнего крайнего положения к нижнему крайнему положению. Пространство под поршнем-якорем образует буферную полость, обеспечивающую возврат
поршня-якоря в верхнее крайнее положение после расширения воздуха в надпоршневом объеме и выталкивание воздуха в атмосферу через выпускной клапан. Возвратно-поступательное движение поршня-якоря, который является постоянным магнитом, приводит к образованию ЭДС в обмотке, расположенной на внешней стороне цилиндра в нижней его части. За счет части образовавшейся ЭДС приводится в действие компрессор с электрическим приводом, который обеспечивает поддержание высокого давления в воздушной системе, а другая часть выработанной электроэнергии может быть использована любыми потребителями.
Недостатками этого утилизационного двигателя являются:
- существенные затраты энергии расширяющегося в надпоршневой части воздуха для сжатия воздуха в буферной полости соответственно повышенный расход электроэнергии на обеспечение работы компрессора, что уменьшает количество электроэнергии, которая может быть использована потребителями;
- неравномерность перемещения поршня (что отрицательно сказывается на количестве и качестве вырабатываемой электрической энергии), обусловленная тем, что его перемещение вниз осуществляется за счет расширения сильно сжатого воздуха, а возвращение в верхнее положение происходит за счет значительно меньшего давления в буферной полости.
Данная конструкции двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является повышение эффективности свободно-поршневого пневматического термоэлектрогенератора для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в пневматическом термоэлектрогенераторе, содержащем цилиндр, закрытый сверху и снизу крышками, в котором перемещается поршнь-якорь, каждая крышка содержит пневматическую форсунку, обеспечивающую впуск сжатого воздуха попеременно то в надпоршневую, то в подпоршневую полости. В каждой крышке имеется по одному выпускному клапану, которые обеспечивают выпуск рабочего тела. На наружной части цилиндра расположена электрическая обмотка для выработки электрической энергии.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство свободнопоршневого пневматического термоэлектрогенератора двойного действия для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.
Предлагаемый свободнопоршневой пневматический термоэлектрогенератор двойного действия для утилизации теплоты отработавших газов содержит: цилиндр 1, верхняя и нижняя части которого окружены полостями 2 и 3 для прохода отработавших газов ДВС, а крышки оборудованы выпускным клапаном 4 и 5 и пневматическими форсунками 6 и 7 с электромагнитными клапанами 8 и 9. Форсунки 6 и 7 впускными магистралями 10 и 11
соединены с ресивером 12. Внутри цилиндра 1 размещен поршень-якорь 13. На средней части наружной стороны цилиндра 1 расположена электрическая обмотка 14 для выработки электрической энергии. Выработанная электрическая энергия через соединительную панель 15 поступает на питание потребителей и компрессора 16, имеющего электрический привод. Компрессор 16 соединен нагнетательной магистралью 17 с ресивером 12.
Предлагаемый свободнопоршневой пневматический термоэлектрогенератор двойного действия для утилизации теплоты отработавших газов ДВС работает следующим образом.
При нахождении поршня-якоря в крайнем верхнем положении в цилиндр 1 через форсунку 6 из ресивера 12 по впускной магистрали 10 в надпоршневую полость подается воздух под давлением. Здесь он расширяется в условиях нагрева от стенок цилиндра 1, который обогревается извне отработавшими газами ДВС, проходящими через полость 2, и совершает работу по перемещению поршня-якоря 13 вниз. В этот момент начала движения поршня-якоря 13 вниз открывается выпускной клапан 5 и происходит выпуск воздуха из подпоршневого пространства. При достижении поршнем-якорем 13 крайнего верхнего положения клапан 5 закрывается
После достижения поршнем-якорем 13 крайнего нижнего положения в подпоршневую полость цилиндра 1 через форсунку 5 из ресивера 12 по впускной магистрали 11 подается воздух под давлением. Здесь он расширяется в условиях нагрева от стенок цилиндра 1, который обогревается извне отработавшими газами ДВС, проходящими через полость 3, и совершает
работу по перемещению поршня-якоря 13 вверх.
В этот момент открывается выпускной клапан 4 и происходит выпуск воздуха из надпоршневого пространства. При достижении поршнем-якорем 13 крайнего верхнего положения клапан 4 закрывается и рабочий цикл повторяется.
В процессе совершения описанного рабочего цикла в цилиндре 1 поршень-якорь 13 перемещается внутри обмотки 14 и возбуждает в ней ЭДС, действуя по принципу линейного генератора. Выработанная электрическая энергия через соединительную панель 15 поступает на питание потребителей и компрессора 16, имеющего электрический привод от электродвигателя.
По сравнению с прототипом в предлагаемом свободнопоршневом пневматическом термоэлектрогенераторе двойного действия для утилизации теплоты отработавших газов ДВС нет затрат энергии на сжатие воздуха в подпоршневой (в прототипе - буферной) полости, что исключает повышенный расход электроэнергии на обеспечение работы компрессора, и увеличивает количество электроэнергии, которая может быть использована потребителями; практически отсутствует неравномерность перемещения поршня, так как и вниз и вверх поршень-якорь перемещается под воздействием одинакового давления воздуха, поступающего из одного и того же ресивера.
В связи со сказанным в предлагаемом двигателе полностью отсутствуют недостатки, свойственные прототипу.