Криогенная техника

ГИБРИДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА С  МЕХАНИЗМОМ ДИСКРЕТНОГОДВИЖЕНИЯ ВЫТЕСНИТЕЛЯ-РЕГЕНЕРАТОРА
Двигатель или ожижитель воздуха, работающий по циклу Стирлинга, это устройство с замкнутым термодинамическим регенеративным циклом. Циклические процессы сжатия и расширения, в котором происходят при различных уровнях температуры. Тепло подводимое от внешнего источника превращается в работу. И наоборот, подводя работу, мы можем отводить тепло, например, от окружающего воздуха и переводить его в жидкое состояние. Идеальный цикл  Стирлинга показан на рис.1. 
рис.1.

Он состоит из четырех процессов: 1-2 – процесс изотермического сжатия, теплота от рабочего тела (например, гелия) с температурой Тмин передается окружающей среде; 2-3 –процесс при постоянном объеме, теплота от насадки регенератора передается рабочему телу; 3-4 – процесс изотермического расширения, теплота от внешнего источника с температурой Тмакс  передается рабочему телу; 4-1 – процесс при постоянном объеме, теплота от рабочего тела передается насадке регенератора. Чтобы выполнить эти условия  рабочий поршень и вытеснитель должны двигаться дискретно. Например, поршень двигается, а вытеснитель стоит. Затем оба двигаются одновременно или поршень стоит, а вытеснитель двигается (см. рис.2.).  

рис.2.

Цикл Стирлинга это идеализированный термодинамический цикл. В реальном двух цилиндровом двигателе существенное отклонение от идеальности происходит в следствии непрерывного движения поршня и вытеснителя, наличия больших мертвых объемов соединительных каналов, отверстий, гидравлического сопротивления и т.д.. В результате цикл в Р,V- диаграмме видоизменяется и превращается (примерно) в плавную замкнутую кривую (см. рис.1) с площадью полезной работы значительно меньшей, чем в идеальном цикле. Поэтому реальный К.П.Д. двигателей составляет 35-45 %. Мной предлагается одноцилиндровый гибридный двигатель, в котором эти недостатки частично устранены, за счет дискретного движения вытеснителя-регенератора в полной согласованности с движением рабочего поршня, который двигается по гармоническому закону. Подобный двигатель был сконструирован и испытан в университете Калгари ( Уокер Г., Машины работающие по циклу Стирлинга: Пер. с англ.: - М.: Энергия, 1978. – 152 с.,ил.). Двигатель был сделан на базе картера обычного двигателя внутреннего сгорания. Но вытеснитель двигался за счет разницы давлений между буферной и рабочей полостями, как в свободнопоршневом двигателе Била. В результате испытаний было отмечено нарушение фазового смешения поршня и вытеснителя после нескольких оборотов, не удовлетворительные характеристики при останове в одном направлении и повторном пуске в другом. Несмотря на это работы в этом направлении продолжаются, т.к. этот двигатель прост по конструкции и позволяет использовать обычные узлы (картер, поршень и кривошипно-шатунный механизм) двигателей внутреннего сгорания  Предлагаемый мной двигатель работает следующим образом. Первоначальное положение вытеснителя-регенератора и рабочего поршня показано на рис.3 (а). 
рис.3.

Подведя высокотемпературное тепло (700-900 градусов по Цельсию) с помощь маховика прокручиваем вал двигателя. При движении рабочего поршня из нижней мертвой точки рабочее тело  (гелий)  сжимается, а вытеснитель переходит в верхнее крайнее положение (б). При достижения рабочим поршнем верхней мертвой точки вытеснитель быстро движется к поршню до соприкосновения с ним (в). Затем поршень и вытеснитель двигаются вместе до нижней мертвой точки поршня (г), где происходит резкий отрыв вытеснителя и перемещение его в крайнее верхнее положение (д). В дальнейшем это положение является началом всех последующих циклов.  Примерная схема гибридного двигателя и стенда для проверки его работоспособности показаны на рис.4. 
Рис.4.

Механизм обеспечивающий дискретное движение вытеснителя-регенератора не показан. Он расположен внутри вытеснителя-регенератора (2). Испытания макета дискретного механизма показали, что он обеспечивает полную согласованность движения рабочего поршня с движением вытеснителя в цилиндре и возможность  регулирования фазового смещения. Двигатель может работать при любом положении в пространстве и направлении. Для проверки работоспособности необходимо сделать опытный образец, который можно собрать на базе картеров небольшого компрессора или двигателя внутреннего сгорания. Предлагаю совместную работу по его изготовлению, оформлению документов на авторские свидетельства, а при  удачных испытаниях, на патент. Такой двигатель представляет большой интерес при небольших мощностях (0.2-1,0 кВт) для автономной работы в отдаленных районах в течении длительного времени.  Изготовление опытного образца и стенда для испытаний, примерно, обойдется примерно в 1.5- 2 тыс. долларов.  Могу просто передать идею и предварительные наработки. Есть и другие разработки по криогенной технике, требующие экспериментальной проверки.        
Коротко о себе. 1948 г. рождения. Закончил Одесский технологический институт холодильной промышленности, специализация- «Криогенная техника», кандидат технических наук, водолаз 1 класса, водолазный специалист. Имею 30 авторских свидетельств (автономные водолазные и газотеплозащитные криогенные системы жизнеобеспечения). В настоящее время пенсионер.    
С уважением, Анатолий Витюк.