RU2754571C1 - Охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором - Google Patents
Охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754571C1 RU2754571C1 RU2020134425A RU2020134425A RU2754571C1 RU 2754571 C1 RU2754571 C1 RU 2754571C1 RU 2020134425 A RU2020134425 A RU 2020134425A RU 2020134425 A RU2020134425 A RU 2020134425A RU 2754571 C1 RU2754571 C1 RU 2754571C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electromagnet
- housing
- channels
- engine
- linear generator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/053—Component parts or details
- F02G1/055—Heaters or coolers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
- H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергомашиностроению и может применяться в двигателях Стирлинга с линейным генератором, содержащих охладитель. Совокупностью существенных признаков охладителя свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором 1 являются корпус 2, концентрично расположенный на наружной поверхности цилиндра 3 двигателя с выполненными в корпусе каналами, сообщенными с регенеративным теплообменником 22, и рубашку охлаждения 4, охватывающую корпус. Охладитель дополнительно содержит постоянный магнит 6 и электромагнит 7, выполненные в форме колец, и две распределительные кольцевые полости 8, 9, выполненные в корпусе 2 со стороны полости охлаждения двигателя 10. Каналы разделены концентрично относительно оси цилиндра на две группы 11, 12, каждая группа каналов сообщена соответственно с одной из кольцевых полостей 8, 9, каждая кольцевая полость соответственно через свое выходное окно 13, 14 сообщена с полостью охлаждения, постоянный магнит 6 расположен с возможностью осевого перемещения в кольцевой проточке 15, выполненной с внутренней стороны корпуса 2 в зоне выходных окон 13, 14. Северный и южный полюса постоянного магнита 6 ориентированы соответственно на каждой торцевой поверхности кольца. Электромагнит 7 расположен концентрично относительно оси цилиндра и один из торцов электромагнита совмещен с торцевой поверхностью кольцевой проточки, при этом полюса электромагнита ориентированы на его торцах, а сам электромагнит подключен к линейному генератору 1. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы двигателя Стирлинга путем организации движения газа в сквозных каналах в зависимости от направления движения поршня-вытеснителя, что приводит к повышению эффективности термодинамического цикла двигателя Стирлинга. 3 ил.
Description
Изобретение относится к энергомашиностроению и может применяться в свободнопоршневых двигателях Стирлинга с линейным генератором, содержащих охладитель.
Известен охладитель двигателя Стирлинга, содержащий корпус, концентрично расположенный на наружной поверхности цилиндра двигателя, в корпусе выполнены сквозные каналы, равномерно расположенные параллельно оси цилиндра, рубашку охлаждения охватывающую корпус, в цилиндре расположены с возможностью свободного осевого перемещения поршень-вытеснитель и поршень-якорь, размещенный в зоне взаимодействия линейного генератора, при этом между поршнем-вытеснителем и поршнем-якорем в цилиндре образована полость охлаждения, сообщенная через сквозные каналы, регенератор и нагреватель с полостью нагрева [Уокер Г. Двигатели Стирлинга / Сокр. Пер. с англ. Б.В. Сутугина и Н.В. Сутугина. - М.: Машиностроение, 1985. Рис. 9.13. стр. 217]. Общими признаками заявленного изобретения с наиболее близким аналогом являются охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором, содержащий корпус, концентрично расположенный на наружной поверхности цилиндра двигателя с выполненными в корпусе каналами, сообщенными с регенеративным теплообменником, и рубашку охлаждения охватывающую корпус. Недостатком данного охладителя свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором является несовершенство расположения каналов относительно рубашки охлаждения и снижение коэффициента теплоотдачи от газа к стенке канала в момент перехода изменения направления возвратно-поступательного движения газа в этих каналах.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является устранение указанных выше недостатков прототипа.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы двигателя Стирлинга путем повышения теплоотдачи от газа к стенке сквозных каналов и далее к охлаждающей жидкости охладителя в момент перетекании газа из полости охлаждения в полость нагрева и снижении теплоотдачи от предварительно нагретого газа в момент его перетекании из полости нагрева в полость охлаждения, что приводит к повышению к.п.д. термодинамического цикла двигателя Стирлинга.
Технический результат достигается за счет того, что охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором, содержащий корпус, концентрично расположенный на наружной поверхности цилиндра двигателя с выполненными в корпусе каналами, сообщенными с регенеративным теплообменником, и рубашку охлаждения охватывающую корпус, при этом дополнительно содержит постоянный магнит и электромагнит, выполненные в форме колец, и две распределительные кольцевые полости, выполненные в корпусе со стороны полости охлаждения двигателя при этом, каналы разделены на две группы, каждая группа каналов сообщена соответственно с одной из кольцевой полостью, каждая кольцевая полость соответственно через свое выходное окно сообщена с полостью охлаждения, постоянный магнит расположен с возможностью осевого перемещения в кольцевой проточке, выполненной с внутренней стороны корпусе в зоне выходных окон, северный и южный полюса постоянного магнита ориентированы соответственно на каждой торцевой поверхности кольца, электромагнит расположен концентрично относительно оси цилиндра и один из торцов электромагнита совмещен с торцевой поверхностью кольцевой проточки, при этом полюса электромагнита ориентированы на его торцах, а сам электромагнит подключен к линейному генератору.
Изобретение поясняется чертежом, где на фигуре 1 показан продольный разрез охладителя свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором в момент перетекании газа из полости охлаждения в полость нагрева, на фигуре 2 - фрагмент продольного разреза охладителя в момент перетекании предварительно нагретого газа из полости нагрева в полость охлаждения, на фигуре 3 - фрагмент размещения электромагнита в кольцевой проточке.
Заявленный охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором 1 содержит корпус 2, концентрично расположенный на наружной поверхности цилиндра 3 двигателя В корпусе 2 выполнены каналы. Корпус 2 охватывает рубашка охлаждения 4 с входным и выходным патрубками 5. Охладитель содержит постоянный магнит 6 и электромагнит 7, выполненные в форме колец. В корпусе 2 выполнены две распределительные кольцевые полости 8 и 9 со стороны полости охлаждения 10 двигателя. Каналы разделены на две группы 11 и 12. Каждая группа 11 и 12 каналов сообщена соответственно с одной из кольцевой полостью 8 и 9. Каждая кольцевая полость 8 и 9 соответственно через свое выходное окно 13 и 14 сообщены с полостью охлаждения 10. Постоянный магнит 6 расположен с возможностью осевого перемещения в кольцевой проточке 15, выполненной с внутренней стороны корпуса 2 в зоне выходных окон 13 и 14. Северный полюс N и южный полюс S ориентированы соответственно на каждом торце 16 и 17 постоянного магнита 6. Электромагнит 7 расположен концентрично относительно оси цилиндра 3 и один из торцов 18 электромагнита 7 совмещен с торцевой поверхностью 19 кольцевой проточки 15, при этом полюса электромагнита 7 ориентированы на его торцах, а сам электромагнит 7 подключен к линейному генератору 1. В цилиндре 3 расположены с возможностью свободного осевого перемещения поршень-вытеснитель 20 и поршень-якорь 21, размещенный в зоне взаимодействия линейного генератора 1. Каналы 11 и 12 сообщены с регенеративным теплообменником 22 двигателя. Между поршнем-вытеснителем 20 и поршнем-якорем 21 в цилиндре 3 образована полость охлаждения 10, сообщенная через сквозные каналы 11 и 12, регенеративный теплообменник 22 и нагреватель 23 с полостью нагрева 24.
Устройство работает следующим образом.
Во время работы двигателя Стирлинга поршень-вытеснитель 20 совершает свободное возвратно-поступательное движение в цилиндре 3. В момент движения поршня-вытеснителя 20 вверх через газ в полости охлаждения 10 перемещает поршень-якорь 21 также вверх. При этом линейный генератор 1 вырабатывает электрический ток, который, проходя через катушку электромагнита 7, генерирует магнитное поле, полюс N которого становится одноименным полюсу N постоянного магнита 6. Вследствие чего магнит 6, отталкиваясь от электромагнита 7, занимает крайне отдаленное положение в кольцевой проточке 15, перекрывает входное окно 14 и открывает входное окно 13, через которое газ поступает в кольцевую полость 8 и далее через сквозные каналы 11, расположенные по периферии корпуса 2 охладителя, регенеративный теплообменник 22 и нагреватель 23 поступает в полость нагрева 24. Теплота горячего газа через стенки каналов 11 отводится проточной жидкостью в рубашке охлаждения 4. Вследствие охлаждения газа его давление падает и в полости охлаждения 10 на верхней торцевой поверхности поршня-вытеснителя 20 результирующая сила газа уменьшается. Газ после нагрева в нагревателе 23 расширяется и воздействует на нижнюю торцевую поверхность поршня-вытеснителя 20 совершая полезную работу. В момент возвратного движения поршня-вытеснителя 20 поршень-якорь 21 также меняет свое направление движения и ток от линейного генератора 1, проходя через катушку электромагнита 7, генерирует магнитное поле, полюс S которого становится противоположным полюсу N постоянного магнита 6. Вследствие чего магнит 6, притягивается к электромагниту 7, занимает верхнее положение в кольцевой проточке 15, перекрывает входное окно 13 и открывает входное окно 14, через которое газ поступает из расположенных концентрично ближе к оси цилиндра 3 каналы 12. При этом газ из полости нагрева 24 через нагреватель 23, регенеративный теплообменник 22, каналы 12, кольцевую полость 9 и окно 14 поступает в полость охлаждения 10. Так как каналы 12 относительно каналов 11 расположены дальше от рубашки охлаждения 4, то теплоотдача от газа к проточной жидкости будет меньше, чем в каналах 11.
Таким образом, организация движения газа в каналах 11 и 12 в зависимости от направления движения поршня-вытеснения 20 создает условия максимального отвода теплоты газа в охладителе и при движении поршня-вытеснения 20 вверх и максимальная теплоизоляция газа в охладителе при движении поршня-вытеснителя 20 вниз, что приводит к повышению эффективности термодинамического цикла работы двигателя Стирлинга.
Claims (1)
- Охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором, содержащий корпус, концентрично расположенный на наружной поверхности цилиндра двигателя, с выполненными в корпусе каналами, сообщенными с регенеративным теплообменником, и рубашку охлаждения, охватывающую корпус, отличающийся тем, что дополнительно содержит постоянный магнит и электромагнит, выполненные в форме колец, и две распределительные кольцевые полости, выполненные в корпусе со стороны полости охлаждения двигателя, при этом каналы разделены на две группы, каждая группа каналов сообщена соответственно с одной из кольцевых полостей, каждая кольцевая полость соответственно через свое выходное окно сообщена с полостью охлаждения, постоянный магнит расположен с возможностью осевого перемещения в кольцевой проточке, выполненной с внутренней стороны корпуса в зоне выходных окон, северный и южный полюса постоянного магнита ориентированы соответственно на каждой торцевой поверхности кольца, электромагнит расположен концентрично относительно оси цилиндра и один из торцов электромагнита совмещен с торцевой поверхностью кольцевой проточки, при этом полюса электромагнита ориентированы на его торцах, а сам электромагнит подключен к линейному генератору.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020134425A RU2754571C1 (ru) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020134425A RU2754571C1 (ru) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2754571C1 true RU2754571C1 (ru) | 2021-09-03 |
Family
ID=77670213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020134425A RU2754571C1 (ru) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2754571C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3508689A1 (de) * | 1985-03-12 | 1986-10-16 | Bomin-Solar GmbH & Co KG, 7850 Lörrach | Waermekraftmaschine |
US4623808A (en) * | 1985-04-04 | 1986-11-18 | Sunpower, Inc. | Electromechanical transducer particularly suitable for a linear alternator driven by a free-piston Stirling engine |
US20040189105A1 (en) * | 2003-03-25 | 2004-09-30 | Twinbird Corporation | Fixation framework for ring-shaped permanent magnet |
RU2383759C2 (ru) * | 2005-10-18 | 2010-03-10 | Риннай Корпорейшн | Когенерационная система |
JP2010148342A (ja) * | 2008-12-19 | 2010-07-01 | Sango Co Ltd | リニア式電磁装置における筒状永久磁石の固定構造および固定方法 |
JP2010213431A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Aisin Seiki Co Ltd | リニア電磁装置 |
-
2020
- 2020-10-20 RU RU2020134425A patent/RU2754571C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3508689A1 (de) * | 1985-03-12 | 1986-10-16 | Bomin-Solar GmbH & Co KG, 7850 Lörrach | Waermekraftmaschine |
US4623808A (en) * | 1985-04-04 | 1986-11-18 | Sunpower, Inc. | Electromechanical transducer particularly suitable for a linear alternator driven by a free-piston Stirling engine |
US20040189105A1 (en) * | 2003-03-25 | 2004-09-30 | Twinbird Corporation | Fixation framework for ring-shaped permanent magnet |
RU2383759C2 (ru) * | 2005-10-18 | 2010-03-10 | Риннай Корпорейшн | Когенерационная система |
JP2010148342A (ja) * | 2008-12-19 | 2010-07-01 | Sango Co Ltd | リニア式電磁装置における筒状永久磁石の固定構造および固定方法 |
JP2010213431A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Aisin Seiki Co Ltd | リニア電磁装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4656840B2 (ja) | 電気直線駆動部を有するフリーピストン装置 | |
US4745749A (en) | Solar powered free-piston stirling engine | |
CN101375018A (zh) | 电耦合热循环系统及方法 | |
EP2805404B1 (en) | A linear electrical machine | |
US9677794B2 (en) | Heat pump with electromechanically-actuated displacers | |
US6968688B2 (en) | Two-cycle hot-gas engine | |
SE437406B (sv) | Fram- och atergaende varmgasmaskin | |
CN103382902B (zh) | 一种用于发电的集成式斯特林发动机 | |
US4785209A (en) | Reciprocating liquid metal magnetohydrodynamic generator | |
RU2754571C1 (ru) | Охладитель свободнопоршневого двигателя Стирлинга с линейным генератором | |
US8096118B2 (en) | Engine for utilizing thermal energy to generate electricity | |
JP2001289119A (ja) | フリーピストン形スターリングエンジン | |
WO2018011693A1 (en) | Magnetic switch heat engine | |
EP3413447B1 (en) | Heat engine having magnetically actuated pistons | |
US6865887B2 (en) | Stirling engine | |
RU2629588C1 (ru) | Электрический генератор с двигателем Стирлинга | |
JP6106102B2 (ja) | スターリングエンジン | |
CN110971143A (zh) | 热磁发电装置 | |
RU2660236C1 (ru) | Способ смазки пары трения цилиндр-поршень и охлаждения поршня тепловой машины внешнего сгорания с линейным электрогенератором | |
US8677745B1 (en) | Annular stirling cycle engine | |
JP2003138986A (ja) | スターリングエンジン | |
SU964212A1 (ru) | Двигатель с внешним подводом теплоты | |
GB2426553A (en) | Stirling machine cooling circuit | |
AU588331B2 (en) | Reciprocating liquid metal magnetohydrodynamic generator | |
JPS5510002A (en) | Stirling engine with spirally gilled heating surface |