1598005352-c8ee7d2a5515e9724b112e615ad75d2e (811199), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Другой формой коллектора является линза Френеля, показанная на рис. 9-5. Она представляет собой большую плоскую пластину из прозрачного материала с пазами на верхней поверхности, прорезанными под различными углами так, что падающие солнечные лучи собираются в общем фокусе. Такие линзы, изготовленные с помощью штампа, подобно тому как делаются граммофонные пластинки, могут быть относительно дешевыми. Одна из них, купленная автором в . 1970 г., имела размеры около 0,76Х0,91 м и стоила 20 долл. К сожалению, линза была сделана из пластика, теряющего прозрачность при сильном солнечном свете.
| При перпендикулярном расПоложении коллектора к солнечным лучам падающая солнечная энергия максимальна. Для поддержания максимальной выходной мощности двигателя в течение возможно большего времени необходим механизм ориентации, Рис. 9-5.
Линза Френеля и нварие- вращающий коллектор в соотвая головиа нилинлра хля Авигателя ветствии с движением Соли а Стирлинга, работающего на солнеч- е нца. иой энергии. Механизм ориентации может приводиться в движение от простого часового механизма с периодической поправкой по широте, учитывающей сезонные изменения в движении Солнца. Типы двигателей могут быть самыми разнообразными — от свободно-поршневого двигателя 1 Била (рабочий объем находится под давлением н герметично уплотнен при изготовлении) до простого двигателя Хейнричи, работающего на воздухе при низком давлении.
Такие двигатели должны быть дешевыми, надежными и нетрудоемкими в производстве при выпуске их в больших количествах. Заслуживает внимания изобретенная Финкельштейном кварцевая головка цилиндра, позволяющая иметь фокус коллектора внутри самого цилиндра. Это дает возможность нагревать рабочее тело до очень высокой температуры без особых требований к высококачественным материалам в горячей замкнутой полости.
114 9-3-3. Новые области применения и использование двигателей Стирлинга в учебных целях В наши дни компьютеров, лазеров, сверхпроводящих систем поражает то, что модель двигателя до сих пор вызывает повышенный интерес. Люди, кажется, испытывают удовольствие, глядя на маховики, кривошипы, штоки. Вероятно, все это является воспоминанием их детства. Во всяком случае, вот, казалось бы, рынок для «форменных забавю Для этой цели подошел бы небольшой двигатель с подводом теплоты ог пламени спиртовки или нагреваемый за счет электрического сопротивления от аккумуляторных батарей. Такой двигатель, если он будет достаточно дешев для широкого распространения, мог бы выполнять полезную образовательную функцию, демонстрируя возможности двигателей Стирлинга как бесшумных, мало загрязняющих окружающую среду машин.
Двигатель может служить также основой,для разработок демонстрационных образцов и показа его в учебных целях. Известно, что единственные двигатели Стирлинга, относящиеся к этой группе, находят в настоящее время коммерческое воплощение в диапазоне от самой простой цилиндрической установки Брэдли (Вгаб1еу) и двигателя Хейнричи, сконструированного Рикардо (К(сатано) и изготовленного фирмой «Кассонс» (Спззопз, 1,(б), до более современных устройств, предлагаемых фирмой «Лейболд — Хирэус» ((.еуЬо1д — Негаеиз). 9-3-Р. Механический привод в аппаратах нискусственное сердце» В 60-е годы искусственное сердце становится предметом внимания инженеров. Аппараты «искусственное сердце» могут быть двух типов: 1) устройства, временно заменяющие функции здорового сердца; 2) устройства, постоянно выполняющие функции здорового сердца.
Устройства, временно заменяющие работу сердца, используются, например, в операционных для поддержания кровообращения во время хирургических операций на сердце. Другим его применением является обеспечение возможности «отдыха» тяжело пораженного сердца во время выздоровления. Во всех этих случаях эти устройства могут быть достаточно большими, тяжелыми, находящимися вне тела пациента и быть фактически постоянно под контролем квалифицированного персонала. Устройств второго типа, полностью выполняющих функции сердца, в настоящее время не существует. Сейчасестьтолько один способ замены человеческого сердца — пересадка сердца другого человека, но имеется ряд изысканий, подтверждающих возможность использования сердца животного или механического искусственного сердца.
Двигатель Стирлинга может быть использован в будущих аппаратах искусственного сердца как механизм, преобразующий тепловую энергию изотопного топлива в механическую работу. Искусственное сердце может быть спроектировано так„чтобы использовать электрическую сеть (или блок аккумуляторов) для ' питания электродвигателя, служащего приводом кровяного насоса..' В настоящее время это невозможно, поскольку нет способов передачи электроэнергии через кожу. Кроме того, необходимость «привязывания» к розетке или к блоку тяжелых аккумуляторных батарей может накладывать, неприемлемые ограничения на подвижность пациента.
Решением вопроса является полностью имплантированный в тело пациента механизм с запасом изотопного топлива, обеспечивающего достаточный ресурс работы (от 3 до 5 лет). Такое механическое устройство должно иметь блок, преобразующий теплоту, выделяемую изотопом, в механическую работу, используемую для привода насоса при перекачиванни крови. В качестве механического преобразователя теплоты может быть применен двигатель Стирлинга.
Идея полностью имплантированного искусственного сердца имеет много привлекательных свойств. В этом случае можно будет избежать этических проблем сегодняшнего дня, связанных с пересадкой сердца от человека к человеку, а выбор легкодоступных механических устройств позволит хирургу действовать по своему усмотрению. Однако главной проблемой является то, что нет никакой альтернативы изотопному топливу. Существует много радиоактивных изотопов, но немногие из них могут быть пригодными для аппарата «искусственное сердце».
Выбор должен ограничиваться изотопами, излучающими и-частицы и требующими минимальной биологической защиты. Другие изотопы, излучающие р-частицы и тем более у-частицы, требуют очень тяжелой защиты. К сожалению, а-изотопы редки и дороги, и в настоящее время не существует достаточного нх запаса. Даже если предположить, что будут предприняты специальные усилия по производству подходящих а-изотопов, то маловероятно, что цена может быть снижена до уровня, доступного разумному количеству людей.
Другая трудность связана с возможностью неожиданной смерти реципиента. Смерть от пожара может настигнуть его в гостинице, автомобиле, он может умереть естественной смертью и быть кремирован до извлечения изотопа. В любом из этих случаев радиоактивные пары 'выделяются в атмосферу. Использование теплозащиты, достаточной, чтобы выдержать кремацию, может привести лищь к практической непригодности радиоизотопного искусственного сердца. Несмотря на все эти факторы, Национальный институт сердца США финансировал исследовательские работы в этой области. Программа исследований была многомасштабной н отражала многие аспекты перспективной техники преобразования энергии и технологии материалов.
Программа включала два независимых направле- 116 нйя по созданию двигателей Стирлинга, о которых сообщалось Баком (Впс1«, 1968 г.) и Мартином (1988 г.), Согласно ранее введенному определению ни один из этих двигателей не является фактически машиной Стирлинга. Скорее это двигатели Эриксона вытеснительного типа с постоянным рабочим объемом и газовыми клапанами. Принципиальное различие этих двигателей состоит в том, что двигатель Бака имеет отдельный неподвижный регенератор, а двигатель Мартини — регенеративный вытеснитель. Работа искусственного сердца с атомным источником питания была описана Хармисоном и др.
(Нагш(зоп е1 а1, 1972 г.), включая и эксперимент по пересадке такого устройства теленку, который был совершенно здоров и не стеснен в движении после пересадки. Преобразование тепловой энеРгии в механическую с 1 ю 6 б у 2 Ф д 3, уо абсолютной надежностью и приемлемой эффективностью является, возможно, реаль- '11~ ' ',И1 ным делом н сводится к инженерным проблемам создания искусственного сердца и с любой точки зрения радио- ис. -6. Схема свободнопоршневого изотопный двигатель Стир- двигателя Стирлиига, разработанного линга представляется силь- Бином, выполняющего роль насоса в ным конкурентом для других аппарате аискусственное сердцез. преобразователей энергии.
г г и. тня; 3 — вмтеснителго 4 — рабочий псрщень; ОДИН ИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПОдХОдОВ 5 — Регенератнвнмй кольцевой канал: «в поРистая изстропиая матрица; 7 — тепловая к решению этой задачи схема- изоляция и радиационная заигита;  — бай. тически продемонстрироВан на пасиаа система аилаждеина; 9 — корпус ци- линдра, являющийся плуижером насоса; Гав рнС 9 8 ' В Э1 ОМ уетрпйетВЕ вмсокое давление в магистрали Физиологичемодифицированный свободно- поршневой двигатель Стирлинга типа двигателя Била работает как простой гидравлический насос плунжерного типа. Радиоизотопный топливный блок, окружающий вытеснитель, соединен с тяжелым рабочим поршнем, образуя кольцеобразный пористый теплообменник с внутренним тепловыделением. Вытеснитель и корпус по сравнению с рабочим поршнем и изотопным нагревателем относительно легкие.
При работе поршень практически неподвижен, а внешний корпус и вытеснитель периодически колеблются, обеспечивая необходимые изменения объемов полостей расширения и сжатия. Для получения приемлемого значения удельной мощности частота их колебаний должна быть относительно высокой (возможно 1000 циклов/мин). Внешний корпус является плунжером гидравлического насоса. При таком оригинальном решении внешние уплотнения не требуются. Двигатель может быть заполнен газом и герметически уплотнен при изготовлении.
Любой газообразный изотоп радона, образующийся при распаде, также будет оставаться внутри корпуса. Вся конструкция у лируетсй, как показано на рис. э-о. Плунжерный насос прокачнвает соответствующую жидкость, возможно, физиологический раствор, которую можно использовать и для охлаждения. Физиологический раствор, выходя из высокочастотного насоса с приводом от двигателя при относительно высоком давлении, поступает в насос низкого давления для крови с гидравлическим приводом. Это должна быть компаундная машина низкой частоты с гибкой диафрагмой для перекачивания потока крови. Проведенные исследования этой схемы недостаточны для установления технических возможностей в вопросах надежности, эффективности и обеспечения длительного ресурса работы. Невозможно сделать на этой стадии важные оценки габаритов, массы и других параметров системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
