Двигатели стирлинга

ДВИГАТЕЛИ ИА СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Этот неиссякаемый, но в то же время нерегулярный, источ­ник энергии в последнее время вновь привлек внимание иссле­дователей, использующих для самых различных его применений различные устройства. Обычно конечной целью является вы­работка электрической энергии, которую можно использовать разными способами, даже в пилотируемом космическом полете. Солнечной энергией нагревают воду, которую затем можно ис­пользовать в системах промышленного и коммунального тепло­снабжения или в виде пара непосредственно для привода па­ровой турбины (цикл Ренкина), а также для нагрева рабочего тела в теплообменнике газовой турбины (цикл Брайтона), хотя вода представляется наиболее подходящей рабочей средой. От дополнительного теплоносителя можно отказаться, если приме­нить двигатель Стирлинга, на нагреватель которого с помощью системы линз Френеля можно сфокусировать солнечные лучи. Эта идея не нова. Так, еще в XIX в. был предложен аппарат, в котором использовался этот принцип [27]. Тем не менее пред­ставляется, что первую серьезную попытку в этом направлении предприняло отделение «Эллисон» фирмы «Дженерал моторе», разработавшее солнечную космическую установку мощностью 3 кВт для военно-воздушных сил США. Результаты докумен­тально оформлены в десятитомном отчете [28], первый и деся­тый тома которого в основном поевншены установкам с жидко - металлическими теплоносителями.

Последняя работа, выполненная в США, была нацелена на разработку наземных установок типа показанной на рис. 1.146. В отличие от программы по автомобильным двигателям Стир­линга программа по двигателям Стирлинга всех типов, работаю­щим на солнечной энергии, обеспечивается самыми большими правительственными субсидиями. Сам двигатель Стирлинга, как и для автомобильной программы, является разработанной фир­мой «Юнайтед Стирлинг» моделью Р-40. Вся система в целом разрабатывается Лабораторией реактивных двигателей в Па­садене. В ней используются параболические приемники солнеч­ного излучения диаметром 15 м фирмы «Фэрчайлд стрэтос» [22]. В блоке приемника имеется генератор, и обший расчетный КПД составляет 35 %. Для обеспечения непрерывной работы системы в периоды прекращения поступления солнечной энер­гии предусмотрено сжигание газа в камере сгорания (рис. 5.8). Испытания установки должны были состояться в пустыне

Мохаве летом 1981 г. Наряду с демонстрационными установками, созданными фирмой «Санпауэр», были разработаны наземные солнечные установки с двигателем Стирлинга, описание которых содержится в «Трудах конференции IECEC по солнечной энер­гии». В случае успешных испытаний установки Лаборатории ре­активных двигателей предполагалось сооружение 23 установок с двигателем Р-75, что позволило бы получить общую выходную мощность всей системы около 1 МВт.

В показанных на рис. 1.146 и 1.148 установках двигатель Стирлинга расположен в фокусе коллектора приемника сол­нечного излучения. Можно доказать, однако, что выгоднее вы­двинуть двигатель из фокуса и разместить там жидкометалли - ческий контур для аккумулирования и переноса тепла к двига­телю. При этом отпадает необходимость в специальной системе подвески и перемещения двигателя в соответствии с движением солнца, но приходится вводить промежуточную теплопередаю - щую жидкость. Кроме того, неясно, можно ли использовать в данном случае аккумулятор тепловой энергии.

Основную часть стоимости такой системы с двигателем Стир­линга составляет стоимость приемника солнечной энергии. В последнее время фирмой «Санпауэр» выдвинута идея созда­ния небольших систем мощностью 1 кВт, в которых стоимость коллекторов пренебрежимо мала. Такая система состоит из воз­духонепроницаемого полиэтиленового листа в деревянной раме с размещенной под ним фольгой. При попадании солнечных лу­чей на лист давление воздуха поднимается, вызывая расшире­ние листа, ограниченного по периметру жесткой рамой. В ре­зультате образуется линза выпуклой формы, которая начинает действовать как отражатель.

Для работы двигателя Стирлинга на солнечной энергии его необходимо несколько модифицировать, что касается в основ­ном нагревательной головки. Эффективность всей системы бо­лее зависит от характеристик приемника, чем от характеристик двигателя Стирлинга, которые в последнее время существенно улучшены, что делает всю такую систему достаточно перспек­тивной.