Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором, теплообменником и холодильником

Авторы патента:

H02K7/1884 - Устройства для регулирования механической энергии, конструктивно сопряженные с электрическими машинами, например конструктивно связанные с механическим приводным двигателем или вспомогательным электромашинным генератором тока

H02K7/18 - конструктивное сопряжение электрического генератора с механическим приводным двигателем, например с турбиной (при отличиях, касающихся главным образом приводного двигателя, см. соответствующие подклассы в разделе F, например F03B 13/00)

F02B71/04 - приспосабливание для специальных целей; комбинирование таких двигателей с приводимыми ими устройствами (комбинации, в которых преобладают отличительные признаки приводимых устройств, см. в классах, относящихся к этим устройствам)

Владельцы патента RU 2654689:

Рыбаков Анатолий Александрович (RU)

Изобретение относится к энергомашиностроению. Технический результат состоит в повышении эффективности преобразования тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику. Тепловая энергия от топки подводится к теплообменнику и нагревает газ в его внутренней полости. Система управления отслеживает величину температуры и давления газа в теплообменнике. В момент времени, когда температура и давление газа в теплообменнике достигнет введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры газа, система управления открывает впускные клапаны цилиндра. Газ из теплообменника через впускные клапаны цилиндра поступает в рабочие полости поршней. Под действием давления газа поршни начинают движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения. Из компрессорных полостей поршней через обратные клапаны газ поступает в пневмоаккумулятор. В результате движения якорей линейного электрогенератора площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно изменяется протекающий через якоря и статорный магнит магнитный поток, и в его катушке генерируется импульс электроэнергии. В момент времени прибытия поршней в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны цилиндра и открывает выпускные клапаны цилиндра. Якоря линейного электрогенератора с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение. Отработавший газ из компрессорных полостей поршней через открытые выпускные клапаны цилиндра вытесняется в холодильник, в котором газ охлаждается, а через впускные обратные клапаны газ из холодильника засасывается в компрессорные полости поршней. Воздух из пневмоаккумулятора через обратный клапан поступает в теплообменник, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора. 1 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ближайший прототип заявленного изобретения патент РФ 2550228 «Электрический генератор переменного тока с двигателем стерлинга».

ЦЕЛЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Основной недостаток устройства по патенту РФ 2550228 состоит в том, что частота колебаний рабочего поршня, соединенного со штоком, напрямую зависит от интенсивности подводимого тепла в «горячую» полость цилиндра. Следовательно, и эффективность преобразования кинетической энергии рабочего поршня и штока в электроэнергию также напрямую зависит от интенсивности подводимого тепла в «горячую» полость цилиндра. Цель заявленного изобретения состоит в обеспечении максимальной эффективности трансформации тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику.

СУЩНОСТЬ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором, теплообменником и холодильником состоит в следующем. Тепловая энергия от топки, лучистая энергия солнца и т.д. подводится к теплообменнику 1 и нагревает газ, например гелий, во внутренней полости теплообменника 1. Система управления отслеживает величину температуры и давления газа в теплообменнике 1. В момент времени, когда температура и давление газа в теплообменнике 1 достигнет введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры газа, система управления открывает впускные клапаны цилиндра 2, 3. Максимальная величина давления и температуры газа в теплообменнике 1 выбирается из соображения прочностных характеристик материала теплообменника 1. Газ из теплообменника 1 через впускные клапаны цилиндра 2, 3 поступает в рабочие полости поршней 4, 5. Под действием давления газа поршни 4, 5 начинают движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения. Из компрессорных полостей поршней 4, 5 через обратные клапаны пневмоаккумулятора 6, 7 газ поступает в пневмоаккумулятор 8. Магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора 9 (статорный магнит линейного электрогенератора может быть постоянным магнитом или электромагнитом) замыкается через якоря линейного электрогенератора 10 и 11. В результате движения якорей линейного электрогенератора 10, 11 площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно изменяется протекающий через якоря линейного электрогенератора 10 и 11 и статорный магнит линейного электрогенератора 9 магнитный поток, и в катушке линейного электрогенератора 12 генерируется импульс электроэнергии. В момент времени прибытия поршней 4, 5 в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны цилиндра 2, 3 и открывает выпускные клапаны цилиндра 13, 14. Якоря линейного электрогенератора 10, 11 с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни 4, 5, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение. Отработавший газ из компрессорных полостей поршней 4, 5 через открытые выпускные клапаны цилиндра 13, 14 вытесняется в холодильник 15, где охлаждается, а через впускные обратные клапаны 16, 17 газ из холодильника 15 засасывается в компрессорные полости поршней 4, 5. Воздух из пневмоаккумулятора 8 через обратный клапан пневмоаккумулятора 18 поступает в теплообменник 1, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора 12. Таким образом, обеспечивается максимальная эффективность преобразования тепловой энергии в электроэнергию при неравномерном подводе тепла к теплообменнику 1.

РАСКРЫТИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором, теплообменником и холодильником, включающим теплообменник, систему управления, впускные клапаны цилиндра, поршни, обратные клапаны пневмоаккумулятора, пневмоаккумулятор, статорный магнит линейного электрогенератора, якоря линейного электрогенератора, катушку линейного электрогенератора, выпускные клапаны цилиндра, впускные обратные клапаны и клапан пневмоаккумулятора, отличающийся тем, что тепловая энергия от топки подводится к теплообменнику и нагревает газ во внутренней полости теплообменника, система управления отслеживает величину температуры и давления газа в теплообменнике, в момент времени, когда температура и давление газа в теплообменнике достигнет введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры газа, система управления открывает впускные клапаны цилиндра, газ из теплообменника через впускные клапаны цилиндра поступает в рабочие полости поршней, под действием давления газа поршни начинает движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения, из компрессорных полостей поршней через обратные клапаны пневмоаккумулятора газ поступает в пневмоаккумулятор, магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора замыкается через якоря линейного электрогенератора, в результате движения якорей линейного электрогенератора площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно изменяется протекающий через якоря линейного электрогенератора и статорный магнит линейного электрогенератора магнитный поток, и в катушке линейного электрогенератора генерируется импульс электроэнергии, в момент времени прибытия поршней в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны цилиндра и открывает выпускные клапаны цилиндра, якоря линейного электрогенератора с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение, отработавший газ из компрессорных полостей поршней через открытые выпускные клапаны цилиндра вытесняется в холодильник, в котором газ охлаждается, а через впускные обратные клапаны газ из холодильника засасывается в компрессорные полости поршней, воздух из пневмоаккумулятора через обратный клапан пневмоаккумулятора поступает в теплообменник, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ЗАЯВЛЕННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Затраты на НИОКР заявленного изобретения не могут существенно отличаться от таковых при проектировании классических тепловых машин.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Чертеж. Принципиальная схема двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором, теплообменником и холодильником:

1 - теплообменник; 2, 3 - впускные клапаны цилиндра; 4, 5 - поршень; 6, 7 - обратные клапаны пневмоаккумулятора; 8 - пневмоаккумулятор; 9 - статорный магнит линейного электрогенератора; 10, 11 - якорь линейного электрогенератора; 12 - катушка линейного электрогенератора; 13, 14 - выпускной клапан цилиндра; 15 - холодильник; 16, 17 - впускной обратный клапан; 18 - обратный клапан пневмоаккумулятора.

Способ трансформации тепловой энергии в электроэнергию двухцилиндровым свободнопоршневым энергомодулем с оппозитным движением поршней, линейным электрогенератором, теплообменником и холодильником, включающим теплообменник, систему управления, впускные клапаны цилиндра, поршни, обратные клапаны пневмоаккумулятора, пневмоаккумулятор, статорный магнит линейного электрогенератора, якоря линейного электрогенератора, катушку линейного электрогенератора, выпускные клапаны цилиндра, впускные обратные клапаны и клапан пневмоаккумулятора, отличающийся тем, что тепловая энергия от топки подводится к теплообменнику и нагревает газ во внутренней полости теплообменника, система управления отслеживает величину температуры и давления газа в теплообменнике, в момент времени, когда температура и давление газа в теплообменнике достигнет введенного в систему управления предела максимальной величины давления и температуры газа, система управления открывает впускные клапаны цилиндра, газ из теплообменника через впускные клапаны цилиндра поступает в рабочие полости поршней, под действием давления газа поршни начинают движение из крайних точек схождения в крайние точки расхождения, из компрессорных полостей поршней через обратные клапаны пневмоаккумулятора газ поступает в пневмоаккумулятор, магнитный поток статорного магнита линейного электрогенератора замыкается через якоря линейного электрогенератора, в результате движения якорей линейного электрогенератора площади примыкающих друг к другу их поверхностей уменьшаются, соответственно изменяется протекающий через якоря линейного электрогенератора и статорный магнит линейного электрогенератора магнитный поток, и в катушке линейного электрогенератора генерируется импульс электроэнергии, в момент времени прибытия поршней в крайние точки расхождения система управления закрывает впускные клапаны цилиндра и открывает выпускные клапаны цилиндра, якоря линейного электрогенератора с разноименными полюсами притягиваются друг к другу, и поршни, двигаясь встречно, занимают исходное для генерирования импульса электроэнергии положение, отработавший газ из компрессорных полостей поршней через открытые выпускные клапаны цилиндра вытесняется в холодильник, в котором газ охлаждается, а через впускные обратные клапаны газ из холодильника засасывается в компрессорные полости поршней, воздух из пневмоаккумулятора через обратный клапан пневмоаккумулятора поступает в теплообменник, в котором происходит очередной цикл нагрева воздуха с последующим генерированием очередного импульса электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора.

Изобретение относится к энергомашиностроению. Технический результат состоит в повышении эффективности преобразования.

Электромеханическая система приведения в действие и/или генерирования, содержащая электрическую изоляцию между источником электрического напряжения и нагрузкой // 2645866

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности.

Электрическое устройство для аккумулирования электрической энергии инерционным маховиком // 2643347

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении стабильности и к.п.д.

Колесо с вырабатывающим электроэнергию комбинированным электромеханическим средством, содержащим несколько вспомогательных приводных механизмов // 2640916

Изобретение относится к мотор-колесам. Колесо содержит средство для выработки и передачи энергии, вращающееся кольцо, неподвижную пластину, первый и второй вспомогательные приводные механизмы и колпаки колеса.

Ветро-солнечный генератор со сдвоенным ротором // 2639714

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано для преобразования энергии возобновляемых источников. Технический результат заключается в повышении стабильности параметров.

Электромеханический поворотный привод и способ изготовления такого привода // 2631734

Изобретение относится к конструкциям поворотных приводов. Электромеханический поворотный привод содержит корпус, имеющий первый конец, проходящий до второго конца через промежуточный участок, задающий продольную ось, и внутреннюю полость.

Электрическая машина, в частности насосный агрегат // 2554048

Изобретение относится к электрической машине (1), содержащей кожух (7) машины, статор (11) и ротор (10), который установлен на валу (4) двигателя, который поддерживается на неприводной стороне в подшипниковом узле (14), который содержит комплект шариковых подшипников (21, 22) и расположен внутри кожуха машины (7) радиально упруго и с возможностью незначительного смещения.

Способ работы ветроэлектрогенератора и ветроэлектрогенератор // 2397362

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. .

Электродвигатель // 2360351

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в приводе машин и механизмов. .

Соединение двойного вала и вращающейся машины // 2307440

Изобретение относится к области электромеханики и, в частности, к средствам соединения вала и вращающейся машины. .

Турбинная энергетическая установка // 2654367

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ветроэнергетике. Технический результат – повышение удельной мощности.

Интеллектуальный стартер-генератор с возможностью самодиагностики // 2654209

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для определения скорости вращения и положения ротора электрогенератора, входящего в состав стартер-генератора с возможностью самодиагностики.

Электрическая машина с вентиляторным охлаждением и с компенсацией осевой нагрузки // 2653862

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - снижение осевой нагрузки, создаваемой давлением охлаждающего газа.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности.

Устройство генерирования электрической энергии в двигателе внутреннего сгорания // 2645792

Изобретение относится к приспособлениям поршневых ДВС для получения электроэнергии, питающей электрооборудование автомобиля. Разработано устройство генерирования электрической энергии в двигателе внутреннего сгорания, содержащем рабочий цилиндр, поршень с кольцами, шатун и коленчатый вал, в котором дополнительно в рабочий цилиндр вставлена гильза, в которой заподлицо с зеркальной внутренней поверхностью установлены вставки на высоту хода поршня, содержащие пьезоэлементы, которые с внутренней поверхности покрыты плоскими диэлектрическими пластинками и связаны в электрическую сеть с преобразователем и аккумулятором-накопителем.

Электромеханический генератор и способ для преобразования механической вибрационной энергии в электрическую энергию // 2644573

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания интеллектуальных сенсорных систем, используемых в областях. Техническим результатом является повышение срока службы и уменьшение потерь энергии.

Гибридный ветро-солнечный генератор // 2643522

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, подаваемой на другой ее вход (электрический), в суммарную электрическую энергию переменного тока с возможностью работы как отдельно от каждого источника, так и совместно.

Комбинированная энергетическая установка // 2653872

Изобретение относится к автомобильному транспорту, а именно к его энергетическим установкам, и может быть использовано для установки как на крупнотоннажные грузовые автомобили, так и на магистральные автобусы.