Двигатель с внешним подводом теплоты Советский патент 1984 года по МПК F02G1/04 

1 Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях с внешним подводом теплоты, Известен двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий по мен шей мере один цилиндр, рабочий поршень, размещенный в цилиндре и огра ничивающий в нем рабочую камеру, Поршень-вытеснитель, .разделяющий камеру на две полости: горячую и холодную, сообщенные между собой через магистраль, и установленные в последней охладитель, примыкающий к холодной полости, регенератор и примыкающий к горячей полости трубчатый нагреватель с каналами, разме щенными в два ряда в виде двух ICOHцентричных цилиндров: внутреннего и наружного, верхние торцы которых сообщены между собой при помощи кол лектора, а нижний торец каждой труб ки одного ряда при помощи первого перепускного канала подключен к горячейполости, а нижний торец каж дой трубки другого ряда при помощи второго перепускного канала f- к регенератору 1 J. Недостатком известного двигателя является прежде всего его низкая удель ная мощность.Кроме того, недостатком этих двигателей является также значительно узкий диапазон температур, в котором работает регенератор, так как нагрев рабочего тела происходит только при его движении из полости регенератора в горячую полость цилиндра, что оказывает отрицательное влияние на степень регенерации теплоты и, следовательно, на термический КПД двигателя. Наличие байпасной линии и клапанных устройств приводит к периодическим остановкам рабочего тела и значительному снижению теплоотдачи от внутренних поверх ностей, что является причиной термических разрушений теплообменных аппа ратов и снижению надежности двигател в целом. Цель изобретения - повьшение КПД двигателя. Для достижения поставленной цели в двигателе с внешним подводом тепло ты, содержащем по меньшей мере один цилиндр, рабочий поршень, размещенны в цилиндре и ограничивающий в нем рабочую камеру, поршень-вытеснитель, разделяющий рабочую камеру на две полости: горячую и холодную, сообщен 89 ные между собой через магистраль, и установленные в последней охладитель, примыкающий к холодной полости, регенератор и примыкающий к горячей полости трубчатый нагреватель с каналами, размещенными в два ряда в виде двух концентричных цилиндров: внутреннего и наружного, верхние торцы которых сообщены между собой при помощи коллектора, а нижний торец каясдой трубки одного ряда при помощи первого перепускного канала подключен к горячей полости,а нижний торец каждой трубки другого ряда при помощи второго перепускного каналд - к регенератору, перепускные каналы трубок разных рядов объединены попарно в один общий канал и в их стыке с реге 4ератором установлено сопло, сужающееся от регенератора к нагревателю и ориентированное в сторону внутреннего цилиндра. На чертеже представлена конструктивная схема двигател с внешним подводом теплоты. Двигатель содержит по меньшей мере один рабочий цилиндр 1, рабочий поршень 2, размещенный в цилиндре 1 и ограничивающий в нем рабочую камеРУ. Поршень-вытеснитель 3 разделяет рабочую камеру на две полости: горячую 4 и холодную 5, сообщенные между собой через магистраль, и установленные в последней охладитель 6, привыкающий к холодной полости 5, регенератор 7 и примыкающий к горячей полости 4 трубчатый нагреватель 8. Нагреватель 8 выполнен с каналами, размещенньми в два ряда в виде двух концентрических цилиндров: внутреннего 9 и наружного .10, верхние торцы которых сообщены между собой при помощи коллектора 11. Нижний торец каждой трубки одного ряда внутреннего цилиндра 9 при помощи первого перепускного канала 12 подключен к горячей полости 4, а нижний торец каждой трубки другого ряда наружного цилиндра при помощи второго перепускного канала 13 - к регенератору 7. Перепускные каналы 12 и 13 трубок разных рядов объединены попарно в один общий канал, и в их стыке с регенератором 7 установлено сопло 14, сужающееся от регенератора к нагревателю и ориентированное в сторону внутреннего цилиндра 9. Двигатель работает следующим образом. При вращении механизма привода (не показан) в рабочем цилиндре 1 перемещаются рабочий поршень 2 и поршень-вытеснитель 3 по синусоидальному закону и со сдвигом по фазе относительно друг друга. При резком (быстром) движении рабочего поршня 2 от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ) и замедленном движении поршня-вытес нителя 3 при приближении к своей ВМ происходит процесс сжатия рабочего тела, находящегося в холодной полос 5 цилиндра 1. Ч Затем происходит процесс подвод теплоты к рабочему телу. При этом поршень 2 совершает замедленное дви жение, приближаясь к своей ВМТ, а поршень-вытеснитель 3 совершает резкое (быстрое) движение к.своей НМТ. За счет этого рабочее тело пер мещается из холодной полости 5 чере охладитель 6, регенератор 7, перепускной канал 13 и сопло 14, внутреннюю полость каналов внутреннего цилиндра 9 нагревателя 8, через коллектор 11 в полость каналов нар ного цилиндра 1Q, ка:нал 12 и в горя полость 4 рабочего цилиндра 1. При прохождении через сопло 14 повышеется скорость протекания рабочего те в нагревателе 8 за счет рециркуляции дополнительной массы рабочего тел из наружного цилиндра 10 во внутренний цилиндр 9. При этом рабочее тело в нагревателе 8 интенсивнее нагревается. Дополнительное количество теплоты обуславливает повышение эффективного давления в цикле двигателя. Избыточное давление рабочего тела действует на рабочий поршень 2, который интенсивно перемещается к своей НМТ. При этом совершается такт расширения (рабочий ход). Затем поршень-вытеснитель 3 быстро перемещается к своей ВМТ. За счет STOj-o рабочее тело перемещается из горячей полости 4 по каналу 12 в наружный цилиндр 10, через коллектор 11 во внутренний цилиндр 9 нагревателя 8, сопло 14 и перепускной канал 13, регенератор 7, охладитель 6 в холодную полость 5. При этом рабочее тело охлаждается до исходной температуры. Система приходит в исходное состояние, и цикл повторяется. Таким образом, за счет эжекцион- ного воздействия струи рабочего тела перетекающего из регенератора 7 через сопло 13 в нагреватель 8, происходит рециркуляция определенной части рабочего тела, вытекающего из наружного цилиндра 10 во внутренний цилиндр 9 нагревателя. За счет этого достигается дополнительный нагрев рабочего тела на такте подвода теплоты, при этом повьш1ается КПД двигателя.

f/

IT

ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЫ, содержащий по меньшей мере один цилиндр, рабочий поршень, размещенный в цилиндре и ограничивающий в нем рабочую камеру, поршень-вытеснитель, разделяющий рабочую камеру на две полости: горячую и холодную, сообщенные между собой через магистраль, и установленные в последней охладитель, примыкающий к холодной полости, регенератор и примыкающий к горячей полости трубчатый нагреватель с каналами, размещенными в два ряда в виде двух концентричных цилиндров: внутреннего и наружного, верхние торцы которьк сообщены между собой при помощи коллектора, нижний торец каждой трубки одного ряда при fпомощи первого перепускного канала ,подключен к горячей полости, а нижний торец каждой трубки другого ряда при помощи второго перепускного йанала - к регенератору, отличающийся тем, что, с целью повыщения КП,Ц, перепускные каналы трубок разных рядов объединены попарно в один общий канал и в их стыке с регенератором установлено сопло, сужающееся от регенератора к нагревателю и ориентированное в сторону внутреннего цилиндра. О со 05 оа 00 со