ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА Советский патент 1994 года по МПК F02G1/43 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям, работающим по циклу Стирлинга.

Цель изобретения - повышение КПД двигателя Стирлинга.

На фиг.1 изображен двигатель Стирлинг, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - элемент двигателя с ребрами в кольцевых газовых каналах и во внутренних отверстиях втулок.

Двигатель Стирлинга содержит по меньшей мере один цилиндр 1 с верхней крышкой. Вытеснительный 2 и рабочий 3 поршни размещены внутри цилиндра 1 и отделяют в его объеме горячую 4 и холодную 5 полости. Рубашка 6 охлаждения охватывает цилиндр 1 в зоне холодной полости 5 и заключена в оболочку 7 с патрубками для подвода 8 и отвода 9 охлаждающей жидкости. Нагреватель 10, регенератор 11 и охладитель 12 последовательно установлены в магистрали 13, соединяющей горячую 4 и холодную 5 полости. Охладитель 12 выполнен в виде кольцевых каналов, образованных при помощи втулок 14, вставленных в равномерно расположенные по диаметру цилиндра 1 отверстия 15. Рубашка охлаждения 6 снабжена нижним 16 и верхним 17 кольцевыми коллекторами, подключенными соответственно к патрубкам подвода 8 и отвода 9 охлаждающей жидкости. Кольцевые коллекторы 16 и 17 сообщены между собой через внутренние отверстия 18 во втулках 14, радиальный зазор 19, выполненный в рубашке охлаждения 6 у ее периферии между оболочкой 7 и цилиндром 1, и пазы 20, выполненные между втулками 14. Охладитель 12 выполнен по типу "труба в трубе", при этом внутренние отверстия 18 во втулках 14, пазы 20 и радиальный зазор 19 заполнены охлаждающей жидкостью, а кольцевые каналы - рабочим телом. Рабочий поршень 3 снабжен штоком 21 для передачи движения приводному механизму (не показан). Для увеличения теплообменной поверхности внутреннего контура двигателя на внутренних поверхностях отверстий 15 выполнены ребра 22 и на наружных поверхностях втулок 14 выполнены ребра 23 (фиг.3). Для увеличения теплообменой поверхности внешнего контура двигателя во внутренних отверстиях 18 втулок 14 выполнены ребра 24 (фиг.3). Причем для упрощения технологии изготовления ребра 22, 23 и 24 выполнены в виде рифлений или в виде резьбы. Для упрощения сборки двигателя в цилиндре 1 установлена гильза 25.

Двигатель Стирлинга работает следующим образом.

Теплота подводится к нагревателю 10 и горячей полости 4 и отводится от охладителя 12 и холодной полости 5 охлаждающей жидкостью, поступающей через патрубок 8 в коллектор 16. Затем жидкость через отверстия 18, радиальный зазор 19 и пазы 20 поступает в коллектор 17 и выходит через патрубок 9. При движении вытеснительного поршня 2 вверх рабочее тело из горячей полости 4 через нагреватель 10, регенератор 11 и кольцевые каналы охладителя 12 перемещается в холодную полость 5 и охлаждается. Давление в цилиндре 1 при этом снижается и рабочий поршень 3 за счет усилия, действующего на шток 21 от приводного механизма (не показан), перемещается в верхнее положение, осуществляя сжатие рабочего тела. После реверса вытеснительный поршень 2 перемещается вниз. При этом рабочее тело из холодной полости 5 через охладитель 12, регенератор 11 и нагреватель 10 перемещается в горячую полость 4 и прогревается. В результате нагрева рабочего тела давление в цилиндре 1 повышается и воздействует на рабочий поршень 3, который под действием этого давления начинает двигаться к нижнему положению, совершая расширение рабочего тела и полезную работу, передаваемую через шток 21 приводному механизму. После реверса вытеснительного поршня 2 к верхнему положению цикл повторяется.

За счет выполнения охладителя в виде кольцевых каналов и их оребрения, т. е. за счет увеличения теплообменной поверхности внутреннего контура при тех же габаритах двигателя уменьшено проходное сечение охладителя и тем самым уменьшен вредный объем магистрали и внутреннего контура двигателя, что позволило повысить степень сжатия, а следовательно, и КПД двигателя Стирлинга. Наличие внутренних отверстий во втулках и их оребрения, пазов между втулками и радиального зазора у периферии рубашки охлаждения приводит к увеличению теплообменной поверхности внешнего контура двигателя, увеличению перепада давления в цилиндре, а следовательно, и к повышению КПД двигателя Стирлинга.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям, работающим по циклу Стирлинга, и позволяет повысить КПД двигателя. Двигатель Стирлинга содержит цилиндр 1 и размещенные в нем вытеснительный 2 и рабочий 3 поршни, которые отделяют в цилиндре горячую и холодную 5 полости. Охладитель содержит рубашку 6 охлаждения с патрубками 8 и 9 для подвода и отвода охлаждающей воды. Рубашка охлаждения снабжена нижним 16 и верхним 17 коллекторами. Нагреватель 10, регенератор 11 и охладитель 12 установлены в магистрали, соединяющей горячую и холодную полости. Охладитель выполнен в виде кольцевых каналов, образованных при помощи втулок 14, вставленных в отверстия 15. Работа двигателя осуществляется под действием теплофизических процессов. Выполнение охладителя в виде кольцевых каналов и их оребрение позволяет увеличить теплообменную поверхность, уменьшить проходное сечение охладителя, что повышает КПД двигателя. Наличие внутренних отверстий во втулках и их оребрения, пазов между втулками и радиального зазора у периферии рубашки охлаждения также приводит к увеличению теплообменной поверхности и к повышению КПД двигателя. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА, содержащий по меньшей мере один цилиндр с верхней крышкой, вытеснительный и рабочий поршни, размещенные внутри цилиндра и разделяющие его объем на горячую полость, холодную полость и буферную полость, нагреватель, регенератор, охладитель, установленные последовательно в магистрали, соединяющей горячую и холодную полости, причем охладитель содержит рубашку охлаждения с патрубками для подвода и отвода охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД двигателя, охладитель выполнен в виде кольцевых каналов, образованных при помощи втулок с внутренними отверстиями, расположенными равномерно по диаметру цилиндра в рубашке охлаждения, рубашка охлаждения снабжена нижним и верхним кольцевыми коллекторами, подключенными соответственно к патрубкам подвода и отвода охлаждающей жидкости и сообщенными между собой через внутренние отверстия во втулках, через пазы, выполненные между втулками, и радиальный зазор, образованный в рубашке охлаждения у ее периферии, причем охладитель выполнен по типу "труба в трубе", при этом внутренние отверстия во втулках, пазы и радиальный зазор в рубашке охраждения заполнены охлаждающей жидкостью, а кольцевые каналы - рабочим телом. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в кольцевых каналах охладителя выполнены ребра. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на внутренних отверстиях втулок выполнены ребра. 4. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что ребра в кольцевых каналах охладителя выполнены наклонными по отношению к их образующим. 5. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, ребра в кольцевых каналах охладителя выполнены в виде рифлений. 6. Двигатель по пп. 1, 2 и 3, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, ребра в кольцевых каналах охладителя и во внутренних отверстиях втулок выполнены в виде резьбы.