ТЕПЛОВАЯ МАШИНА, РЕАЛИЗУЮЩАЯ ЦИКЛ РЕЙЛИСА Российский патент 2015 года по МПК F02G1/04 

Изобретение относится к отрасли энергомашиностроения, а конкретно к двигателестроению, и может быть использовано для разработки высокоэкономичных, экологически чистых двигателей.

Предложенное изобретение может быть использовано в тепловых электростанциях, автомобилях, холодильных машинах, тепловых насосах и т.д.

Известен двигатель, работающий по циклу Стирлинга (Уокер Г. Двигатели Стирлинга. - М.: Машиностроение, 1985).

Термодинамический цикл Стирлинга является частным случаем регенеративного цикла Рейлиса, в связи с чем в цикле Стирлинга регенерация тепла внутри цикла частичная и меньше по сравнению с циклом Рейлиса, что уменьшает возможную максимальную достижимую границу термического КПД тепловой машины.

Недостатком термодинамического цикла Стирлинга по сравнению с циклом Рейлиса является частичная регенерация тепла в термодинамическом цикле, чем, в частности, ограничивается максимальный предел термического КПД тепловой машины.

Наиболее близким аналогом является изобретение (US 3751904 опубл. 14.08.1973) тепловая машина, работающая по циклу Стирлинга (частный случай цикла Рейлиса), состоящая из двух камер разных объёмов. Внутри камер расположены вытеснители двухстороннего действия, присоединённые через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком.

Существенным недостатком этого изобретения является низкая эффективность процесса преобразования тепла в работу и обратно, которое происходит из-за отсутствия разделения изохорного и изобарного процессов в ходе отвода и подвода тепла к рабочему телу (газу).

Технической задачей изобретения является повышение КПД путём полноценной регенерации тепла в течение всего рабочего термодинамического цикла, а также более эффективного теплообмена за счёт разделения изохорного и изобарного процессов в ходе отвода и подвода тепла к рабочему телу.

Технический результат достигается тем, что тепловая машина, реализующая цикл Рейлиса, состоящая из двух камер разных объёмов, внутри которых расположены вытеснители двухстороннего действия, присоединённые через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком, имеет то, что объём камеры с низкой температурой присоединён через охлаждающий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику, объём камеры с высокой температурой присоединён через греющий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику, а объёмы камер со стороны промежуточной температуры и регенеративные теплообменники подсоединены к четырёхходовому газораспределительному клапану. Клапан присоединён через механизм, преобразующий равномерное вращательное движение в прерывистое вращательное движение, и кинематически соединён с рабочим валом, что обеспечивает изохорное перетекание газа с одной стороны вытеснителя через рекуперативный, регенеративный теплообменники на другую сторону вытеснителя, а также обеспечивается изобарное перетекание газа из объёма одной камеры со стороны промежуточной температуры через газораспределительный клапан, регенеративный и рекуперативный теплообменники в объём другой камеры в процессе сжатия или расширения.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема тепловой машины, реализующей цикл Рейлиса.

Тепловая машина, работающая по циклу Рейлиса, состоит из двух камер разных объемов, камеры меньшего объема 1 и большего объема 2, рабочего вала 3, газораспределительного клапана 4 и вытеснителей 5 и 6, рекуперативного теплообменника охлаждения 7, регенеративного теплообменника 8 с отдачей тепла, рекуперативного теплообменника нагрева 9, регенеративного теплообменника 10 с отдачей тепла, маховика 11, механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное 12, механизма преобразования равномерно-вращательного движения в прерывистое 13 и кинематической связи с рабочим валом 14.

Изобретение предназначено для преобразования тепловой энергии в механическую и обратно. Тепловая машина работает по циклу Рейлиса и состоит из камеры 1 меньшего объёма и камеры 2 большего объёма. Внутри камер расположены вытеснители 5 и 6 двухстороннего действия, двигающиеся в одинаковых фазах и присоединённые через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное 12 к рабочему валу 3 с маховиком 11. Объём камеры 1 с низкой температурой присоединён через охлаждающий рекуперативный теплообменник 7 к регенеративному теплообменнику 8. Объём камеры 2 с высокой температурой присоединён через греющий рекуперативный теплообменник 9 к регенеративному теплообменнику 10. Объём камер 1 и 2 со стороны промежуточной температуры и регенеративные теплообменники подсоединены к четырёхходовому вращающемуся газораспределительному клапану 4. При этом обеспечивается изохорное перетекание газа с одной стороны вытеснителей 5 и 6 через рекуперативный и регенеративный теплообменники на другую сторону вытеснителя, а также обеспечивается изобарное перетекание газа из объёма одной камеры со стороны промежуточной температуры через газораспределительный клапан 4, регенеративный и рекуперативный теплообменники в объём другой камеры. Газораспределительный клапан 4 соединен через кинематическую связь 14 и механизм преобразования равномерно-вращательного движения в прерывистое 13 с рабочим валом 3.

На фиг.2 изображена диаграмма термодинамического цикла Рейлиса в Р-V координатах, где:

Q1 - подвод тепла в рекуперативный теплообменник 9;

Qrl - тепло, регенерируемое в регенеративном теплообменнике 10;

Qr2 - тепло, регенерируемое в регенеративном теплообменнике 8;

Q2 - отвод тепла из рекуперативного теплообменника 7.

Для осуществления вышеуказанного цикла должно выполняться следующее соотношение:

V2/V1=Р2/Р1=(ТЗ-Т2)/(Т2-Т1),

где:

VI - Объем камеры 1;

V2 - Объем камеры 2;

Р1 - Давление в процессе сжатия рабочего тела;

Р2 - Давление в процессе расширении рабочего тела;

Т1 - Температура рабочего тела в холодильнике;

Т2 - Промежуточная температура;

ТЗ - Температура рабочего тела в нагревателе.

Изобретение направлено на повышение КПД тепловых машин.

Изобретение относится к двигателестроению. Тепловая машина реализует цикл Рейлиса и состоит из двух камер разных объёмов, внутри которых расположены вытеснители двухстороннего действия. Вытеснители присоединены через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком. Объём камеры с низкой температурой присоединён через охлаждающий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику. Объём камеры с высокой температурой присоединён через греющий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику. Объёмы камер со сторон промежуточной температуры и регенеративные теплообменники подсоединены к четырёхходовому газораспределительному клапану. Клапан присоединён через механизм, преобразующий равномерное вращательное движение в прерывистое вращательное движение, и кинематически соединён с рабочим валом. В результате обеспечивается изохорное перетекание газа с одной стороны вытеснителя через рекуперативный, регенеративный теплообменники на другую сторону вытеснителя. Также обеспечивается изобарное перетекание газа из объёма одной камеры со стороны промежуточной температуры через газораспределительный клапан, регенеративный и рекуперативный теплообменники в объём другой камеры в процессе сжатия или расширения. Техническим результатом является повышение КПД тепловой машины. 2 ил.

Тепловая машина, реализующая цикл Рейлиса, состоящая из двух камер разных объёмов, внутри которых расположены вытеснители двухстороннего действия, присоединённые через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком, отличающаяся тем, что объём камеры с низкой температурой присоединён через охлаждающий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику, объём камеры с высокой температурой присоединён через греющий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику, а объёмы камер со сторон промежуточной температуры и регенеративные теплообменники подсоединены к четырёхходовому газораспределительному клапану, который присоединён через механизм, преобразующий равномерное вращательное движение в прерывистое вращательное движение, и кинематически соединён с рабочим валом, что обеспечивает изохорное перетекание газа с одной стороны вытеснителя через рекуперативный, регенеративный теплообменники на другую сторону вытеснителя, а также обеспечивается изобарное перетекание газа из объёма одной камеры со стороны промежуточной температуры через газораспределительный клапан, регенеративный и рекуперативный теплообменники в объём другой камеры в процессе сжатия или расширения.