ТЕПЛОВАЯ МАШИНА МУРАНОВА Российский патент 1998 года по МПК F25B9/14 

Изобретение относится к машиностроению, позволяет применить смешанное рабочее тело и повысить удельную мощность двигателя с внешним подводом теплоты и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства.

Известен двигатель, имеющий нагреватель с оребрением, холодильник, рабочий поршень, вытеснитель и полость расширения. Недостатком является малая удельная мощность (Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга, Энергия, 1978, с. 91, рис. 8-5).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является двигатель, имеющий корпус, вытеснитель, рабочий поршень, нагреватель с оребренной головкой, рубашку охлаждения с оребрением и механизм привода рабочего и вытеснительного поршней.

Недостатком этого двигателя является малая удельная мощность, кроме того, конструкция не позволяет эффективно применять смешанные рабочие тела, так как конденсат скапливается либо в регенераторе, либо в рабочей полости, а при наклоне двигателя конденсат перетекает в нагреватель, вызывая резкое неконтролируемое повышение давления в двигателе [1]
Для устранения указанных недостатков и для обеспечения возможности применения многофазных рабочих тел и диссоциирующих газов в качестве изобретения предлагается тепловая машина, содержащая вытеснитель, шток вытеснителя, регенератор, выполненный в виде кольцевого зазора, заполненного набивкой, нагреватель, выполненный в виде цилиндрической полости с оребрением, рабочий поршень, шток рабочего поршня, рубашку охлаждения, выполненную в виде кольцевой цилиндрической полости с оребрением, механизм привода, который обеспечивает необходимое возвратно-поступательное движение вытеснителя и поршня, а вытеснитель для обеспечения циркуляции конденсата из регенератора в холодильник и из холодильника в нагреватель дополнительно к возвратно-поступательному движению совершает еще и колебательные движения вокруг своей оси, при этом вытеснитель выполнен в виде концентричных цилиндрических колец, закрепленных на верхней и нижней частях корпуса вытеснителя, в средней же части корпуса вытеснителя расположен регенератор, сообщенный каналами с полостями между кольцами нагревателя и холодильника, в регенераторе установлены чашеобразные сборники конденсата, выполненные из термоизолирующего материала и снабженные направляющими ребрами для обеспечения перемещения конденсата в холодильник под действием центробежных сил, а нагреватель и холодильник выполнены в виде цилиндрических тел, имеющих цилиндрические концентричные полости, обеспечивающие вхождение в них вытеснителя, а в теле нагревателя и холодильника имеются каналы для прохождения разогретого газообразного или жидкого теплоносителя и охлаждающей жидкости соответственно, при этом кольцевые полости холодильника для выравнивания уровня сконденсированной жидкости выполнены в виде сообщающихся сосудов, соединенных каналами с полостью поршневого насоса, подающего сконденсированную жидкость в нагреватель синхронизированно с движением вытеснителя.

На чертеже представлен общий вид двигателя.

Предложенная машина содержит корпус 1, герметически заполненный газообразным двухфазным и по крайней мере двухкомпонентным рабочим телом, нагреватель 2, вытеснитель 3, регенератор 4, холодильник 5, шток вытеснителя 6, рабочую полость 7, рабочий поршень 8, шток рабочего поршня 9, механизм привода 10, насос 11, кольцевую полость насоса 12, поршень насоса 13, каналы для выравнивания уровней сконденсированной жидкости и прохождения жидкости из холодильника в полость насоса 14, каналы для циркуляции охлаждающейся жидкости 15, кольцевые полости холодильника 16, холодные кольца вытеснителя 17, каналы, соединяющие холодильник с регенератором 18, чашеообразные сборники конденсата 19, ребра на сборниках конденсата 20, термоизолирующие каналы для прохождения сконденсированной жидкости из насоса в нагреватель 21, каналы, соединяющие нагреватель с регенератором 22, горячие кольца вытеснителя 23, терморегулирующие прокладки в вытеснителе 24.

При возвратно-поступательном движении вытеснителя 3 снизу вверх рабочее тело вытесняется из нагревателя 2 и через каналы 22 попадает в регенератор 4, при этом в регенераторе, охлажденном на предыдущей стадии работы, начинает конденсироваться парообразная составляющая рабочего тела, а поскольку вытеснитель 3, кроме возвратно-поступательного движения, совершает еще и колебательные движения вокруг своей оси, конденсат отбрасывается на чашеобразные сборники 19 и по ребрам сборника 20 стекает в холодильник 5. Проходя через регенератор 4 и отдавая ему тепло, газ и частично сконденсированный пар поступают через каналы 18 в холодильник 5, где происходят дальнейшее охлаждение газа и окончательная конденсация пара, причем сконденсированная жидкость собирается в кольцевых полостях холодильника 16 и по каналам 14 перетекает в полость насоса 12, дополнительно подсасываемая поршнем 13, поскольку он движется вверх, затем в соответствии с необходимым запаздыванием на угол альфа рабочий поршень 8 сжимает охлажденное рабочее тело (газообразную составляющую) при сниженном давлении в рабочей полости. При этом регенератор 4 уже находится в разогретом состоянии, а рабочее тело разделено на фазы: сконденсировавшуюся жидкость, находящуюся в донной части кольцевых полостей холодильника 16 и в полости насоса 12, и газ, заполняющий остальное пространство холодильника и рабочую полость. При движении вытеснителя 3 вниз происходит вытеснение газообразной составляющей через каналы 18 в регенератор, где происходит предварительное подогревание газообразной составляющей рабочего тела, а поршень 13 начинает подавать через термоизолирующие каналы 21 жидкую составляющую рабочего тела в нагреватель 2. Попадая на разогретую поверхность, жидкость интенсивно испаряется, отбирая тепло от нагревателя, и при этом резко увеличивается давление рабочей полости 7, а в этот момент рабочий поршень 8 проходит верхнюю мертвую точку и начинает движение вниз вместе с вытеснителем 3, совершая при этом работу, а жидкость, поданная насосом 11 в нагреватель 2 полностью переходит в парообразное состояние и далее цикл повторяется.

Машина может работать и по обратному циклу: в режиме холодильника при вращении рабочего вала в противоположную сторону и при отборе выделяемого тепла из нагревателя. При этом теплоноситель, протекающий через холодильник, используется для охлаждения какой-либо среды.

Использование: в машиностроении, позволяет применить смешанное рабочее тело и повысить удельную мощность двигателя. Может найти применение в различных областях народного хозяйства. Сущность изобретения: тепловая машина содержит вытеснитель, регенератор, нагреватель, рабочий поршень, холодильник, механизм привода. При этом вытеснитель обеспечивает циркуляцию конденсата из регенератора в холодильник, а из холодильника в нагреватель дополнительно к возвратно-поступательному движению совершает еще и колебательные движения вокруг своей оси и выполнен в виде концентричных цилиндрических колец, закрепленных на верхней и нижней частях корпуса вытеснителя. В средней части вытеснителя расположен регенератор, в котором установлены чашеобразные сборники конденсата. Нагреватель и холодильник выполнены в виде ответной части из цилиндрических концентричных колец, в теле которых имеются каналы для прохождения разогретого газообразного или жидкого теплоносителя и охлаждающей жидкости соответственно, при этом кольцевые полости холодильника для выравнивания уровня сконденсированной жидкости выполнены в виде сообщающихся сосудов, соединенных каналами с полостью поршневого насоса, подающего сконденсированную жидкость в нагреватель синхронизированно с движением вытеснителя. 1 ил.

Тепловая машина, содержащая вытеснитель, шток вытеснителя, регенератор, выполненный в виде кольцевого зазора, заполненного набивкой, нагреватель, выполненный в виде цилиндрической полости с оребрением, рабочий поршень, шток рабочего поршня, рубашку охлаждения, выполненную в виде кольцевой цилиндрической полости с оребрением, механизм привода, который обеспечивает необходимое возвратно-поступательное движение вытеснителя и поршня, отличающаяся тем, что вытеснитель для обеспечения циркуляции конденсата из регенератора в холодильник, а из холодильника в нагреватель дополнительно к возвратно-поступательному движению совершает еще и колебательные движения вокруг своей оси, при этом вытеснитель выполнен в виде концентричных цилиндрических колец, закрепленных на верхней и нижней частях корпуса вытеснителя, а в средней части корпуса вытеснителя расположен регенератор, сообщенный каналами с полостями между кольцами нагревателя и холодильника, в регенераторе установлены чашеобразные сборники конденсата, выполненные из термоизолирующего материала и снабженные направляющими ребрами для обеспечения перемещения конденсата в холодильник под действием центробежных сил, нагреватель и холодильник выполнены в виде цилиндрических тел, имеющих цилиндрические концентричные полости, обеспечивающие вхождение в них вытеснителя, а в телах нагревателя и холодильника имеются каналы для прохождения разогретого газообразного или жидкого теплоносителя и охлаждающей жидкости соответственно, при этом кольцевые полости холодильника для выравнивания уровня сконденсированной жидкости выполнены в виде сообщающихся сосудов, соединенных каналами с полостью поршневого насоса, подающего сконденсированную жидкость в нагреватель синхронизированно с движением вытеснителя.