ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Автомобильные двигатели с тепловыми аккумуляторами из "Двигатели Стирлинга " Известно, что двигатели Стирлинга могут работать от любого источника теплоты. Одна из возможностей применения двигателей Стирлинга для автомобилей состоит в использовании теплового аккумулятора, подзаряженного через определенные промежутки времени (обычно в ночное время) от обычной газовой горелки или, что удобнее, от электронагревателя. [c.307] В 1970 г. Мейер опубликовал обзорную статью, в которой содержались результаты обширных исследований, проведенных фирмой Филипс , рассматривающих применение двигателей Стирлинга на автомобилях. Часть материала статьи была посвящена системам с двигателем Стирлинга и тепловым аккумуляторам, предназначенным для различных наземных транспортных средств. [c.308] Одна из этих систем схематически представлена на рис. 14.2. Тепловой аккумулятор состоит из тонкостенных герметичных контейнеров, заполненных фторидом лития, находящимся под небольшим избыточным давлением аргона, обусловливающим предотвращение сплющивания контейнеров при затвердевании расплавленной соли. Температура плавления фторида лития, равная 848 °С, в сочетании с высокой теплотой плавления, равной 250 Вт-ч/кг, предопределяла его выбор в качестве теплоаккумулирующего материала для системы нагрева двигателя Стирлинга. [c.308] Зависимость массовой энергоемкости QQ фторида лития от температуры нагрева с началом отсчета от 550 °С показана на рис. 14.3. Энергоемкость твердого фторида лития монотонно возрастает до тех пор, пока при температуре 848 С не начнется процесс плавления, увеличивающий тепловую энергию. [c.308] КПД двигателя зависит от температуры нагрева и уменьшается с ее понижением. Возможное изменение коэффициента преобразования системы 1 0 показано на рис. 14.3. Нижняя кривая характеризует потенциальную полезную работу двигателя W Со Пс)- Из графика видно, что полезная работа в расчете на 1 кг фторида лития при понижении его температуры с 850 до значения, равного 220 Вт-ч. [c.309] Соединение теплового аккумулятора с двигателем Стирлинга осуществлялось с помощью тепловой трубы (см. рис. 14.2). При работе двигателя жидкий натрий испарялся на горячих поверхностях контейнеров со фторидом лития и конденсировался на трубках нагревателя и головке цилиндра двигателя с эффективной передачей теплоты рабочему телу двигателя. Аккумулятор и соединительные трубопроводы полностью теплоизолированы, поэтому пары натрия конденсировались только на нагревательных элементах двигателя потери теплопроводностью были минимальными. [c.309] Применение систем тепловых труб с процессами испарения и конденсации теплоносителя является весьма эффективным способом передачи теплоты. Фактически температуры подвода и отвода теплоносителя в этом случае одинаковы, а тепловые потоки могут быть величинами более высоких порядков, чем при обычном процессе передачи теплоты теплопроводностью. Другое важное преимущество такой системы в случае ее использования для двигателя Стирлинга состоит в том, что конденсирующиеся на трубках нагревателя и головке цилиндра двигателя пары жидкометаллического теплоносителя обеспечивают постоянную температуру. При этом не возникает локальных точек перегрева, которые практически неизбежны в системах с непосредственным нагревом рабочего тела продуктами сгорания топлива. В результате средняя температура нагревателя может повышаться до величины, ограниченной допустимым пределом материала трубок нагревателя. Это повышение обычно составляет примерно 75 °С при соответствующем увеличении мощности и КПД двигателя. [c.309] Кроме того, тепловые потоки конденсирующихся паров натрия весьма значительны, поэтому размеры трубок нагревателя можно уменьшать до предела, обусловленного теплопроводностью их материала и внутренним теплообменом между трубками и рабочим телом. Это дает возможность использовать короткие трубки нагревателя, что позволяет значительно уменьшить мертвый объем и повысить мощность и КПД двигателя. [c.310] Рассмотренная система косвенного (непрямого) нагрева с помощью тепловых труб применима не только для двигателей Стирлинга с тепловым аккумулятором. Ока в равной степени пригодна и для двигателей с обычной системой сгорания топлива. Приведенные на рис. 14.4 зависимости позволяют сравнить характеристик и двигателей Стирлинга с прямым и косвенным способами нагрева для двух рабочих тел (водорода и гелия). Следует отметить, что для обоих рабочих тел с повышением частоты вращения мощгюсть и КПД двигателей с косвенным способом нагрева значительно выше, чем при прямом. [c.310] Аналогичная работа о системе нагрева двигателей Стирлинга с помощью тепловых труб опубликована и фирмой Юнайтед Стирлинг [202]. Что касается фирмы Филипс , то проведенные ею широкие исследования по тепловым трубам относились не только к двигателям Стирлинга фирмой опубликованы содержательные обзоры об основах технологии и областях применения тепловых труб [35, 36]. [c.310] В работе фирмы Филипс приведены результаты расчетов по определению основных параметров шести типов автомобилей с силовой установкой, состоящей из двигателя Стирлинга и теплоаккумулирующей системы. Расчеты сделаны в предположении, что тепловой аккумулятор заряжается ежедневно один раз в сутки и что дальность пробега автомобиля такая же, как и у автомобиля с бензиновым двигателем образца 1968 г. Исходные данные автомобилей, приведенные в табл. 14.1, были приняты аналогично тем, что использовались при исследовании автомобильной электросиловой установки. [c.311] Результаты расчетов обобщены в табл. 14.2. Сравнение приведенных в таблицах результатов показывает, что двигатель Стирлинга с теплоаккумулирующей системой обладает весьма благоприятными характеристиками при применении его на автомобилях. На основании этих данных установлено, что все-таки возможна эксплуатация городского автобуса, такси, легкового автофургона или легкового автомобиля в течение всего дня без шума, без использования бензина и без выброса отработавших газов. Более того, теплоаккумулирующая система допускает обогрев салона автомобиля. В автомобилях с электросиловой установкой выполнить эту задачу сложно, особенно в условиях холодного климата. [c.311] Вопросу применения теплоаккумулирующих систем с двигателем Стирлинга для автомобилей был посвящен и ряд более поздних работ и, в частности, работа [38], где подобная ситуация рассматривалась применительно к компактному легковому автомобилю. Обсуждению различных схем автомобильных силовых установок с использованием аналогичного принципа нагрева посвящена и работа [128], в которой авторы пришли к выводу о том, что двигатель Стирлинга имеет значительные преимущества по сравнению / с двигателями, работающими по циклу Брайтона или Ренкина. Вопросы надежности высокотемпературных теплоаккумулирующих систем, проанализированные на основании экспериментальных данных, накопленных фирмой Филипс , рассмотрены в работе [61]. [c.311] В перспективе для оптимального использования затрачиваемых в настоящее время средств и времени, по-видимому, следует разрабатывать в качестве автомобильных силовых установок двигатели Стирлинга с теплоаккумулирующими системами, позволяющими получить экономию электроэнергии. Высококачественные очищенные топлива дефицитны. Электроэнергию будут получать при сгорании угля, в термоядерных реакторах за счет атомного распада, а в XXI в. с помощью фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии и термоядерного синтеза. [c.313] Возможно, что из-за сложившихся обстоятельств в вопросе экономии электроэнергии двигатели Стирлинга с теплоаккумулирующими системами станут основным типом автомобильных силовых установок. [c.313] Вернуться к основной статье