Двигатель Стирлинга Советский патент 1991 года по МПК F02G1/43 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании двигателей, работающих по циклу Стирлин- га.

Цель изобретения - увеличение мощности двигателя путем уменьшения работы сжатия и увеличения работы расширения газа в буферной полости.

На фиг. 1 представлена зависимость работы газа в буферной полости известного двигателя; на фиг. 2 - принципиальная схема предлагаемого двигателя Стирлинга; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг, 4 - зависимость работы газа в буферной полости предлагаемого двигателя.

Двигатель Стирлинга содержит полый цилиндр 1 с верхней крышкой 2. вытесни- тельный поршень 3 со штоком 4, рабочий поршень 5 со штоком 6, первый конценгрич- но расположенный отсек рубашки 7, где циркулирует холодный теплоноситель, и второй концентрично расположенный отсек рубашки 8, где циркулирует горячий теплоноситель, размещенные внутри цилиндра 1 таким образом, что разбивают его объем на четыре полости: полость расширения 9, полость сжатия 10, верхняя часть 11 и нижняя часть 12 буферной полости, причем первый и второй концентрично расположенные отсеки имеют каналы, соединяющие верхнюю и нижнюю части буферной полости, камеру сгорания 13,-нагреватель 14, регенератор 15, холодильник 16, первый радиатор 17 с холодным теплоносителем, насос 18 для прокачивания холодного теплоносителя, первую группу рекуперативных теплообменников 19, которые расположены в каналах первого отсека рубашки 7 с обратными выпускными клапанами 20 на их входе и выходе, вторую группу рекуперативных теплообменников 21, которые расположены в каналах второго отсека рубашки 8, с обратными впускными клапанами 22 на их входе и выходе, штоковое уплотнение 23, картер 24, в котором расположен приводной механизм 25, второй радиатор 26 с горячим теплоносителем и насос 27 для прокачивания горячего теплоносителя.

Двигатель Стирлинга работает следую щим образом.

В результате теплофизических процессов, а именно процесса подвода теплоты к газу в наг ревателе 14. регенерации теплоты в регенераторе 15. отвода теплоты от газа в холодильнике 16 и процессов сжатия и расширения газа в полостях 10 и 9 рабочий поршень 5, соединенный через шток ( с приводным механизмом 25. расположенным в картере 24, совершает возпрлтно-поступательное движение в цилиндре 1 с верхней крышкой 2. Энергия возвратно-поступательного движения рабочего поршня 5 передается через приводной механизм 25.

Вытеснительный поршень 3, соединенный через шток 4 с приводным механизмом 25, опережает рабочий поршень 5 по перемещению на некоторый фазовый угол, переталкивая газ из полости сжатия 10 в полость

0 расширения 9 и наоборот через нагреватель 1-1, регенератор 15 и холодильник 16. В нагреватель 14 поступает теплота продуктов сгорания топлива, а в холодильнике 16 отбирается теплота холодным теплоносителем,

5 поступающим из первого радиатора 17.

При передвижении рабочего поршня 5 вниз происходит сжатие газа в буферной полости. При этом открываются обратные выпускные клапаны 20, и газ перетекает из

0 верхней части 11 в нижнюю часть 12 буферной полости через каналы и первую группу рекуперативных теплообменников 19, в которых происходит отвод теплоты от газа холодным теплоносителем, циркулирующим в

5 первом отсеке рубашки 7, куда он поступает после холодильника 16. Так как процесс сжатия газа в буферной полости сопровож- дается отводом от газа теплоты, то происходит уменьшение работы сжатия.

0 При передвижении рабочего поршня 5 вверх происходит расширение газа в буферной полости. При этом открываются обратные впускные клапаны 21 и газ перетекает из нижней части 12 в верхнюю часть 11

5 буферной полости через каналы и вторую группу рекуперативных теплообменников 21, в которых происходит подвод теплоты к газу от горячего теплоносителя, циркулирующего во втором отсеке рубашки 8, куда он

0 поступает из второго радиатора 26. Так как процесс расширения газа в буферной полости сопровождается подводом к газу теплоты, то происходит увеличение работы расширения. Для подогрева горячего тепло5 носителя во втором радиаторе 26 дополнительно используется тепловая -энергия продуктов сгорания топлива в камере сгорания 13.

Насос 18 прокачивает холодный тепло0 носитель по замкнутому контуру: первый радиатор 17 - холодильник 16 - первый отсек рубашки 7 - первый радиатор 17. Насос 27 прокачивает горячий теплоноситель по замкнутому контуру, второй радиатор 26 - вто5 рой отсек рубашки 8 - второй радиатор 26. Для уменьшения тепловых потерь боковые и торцовые поверхности второго отсека рубашки 8, а также поверхности части трубоп- роводов с горячим теплоносителем, проходящих через первый отсек рубашки 7,

покрываются теплоизоляционным материалом

Уменьшение работы сжатия газа в буферной полости за счет отвода теплоты от сжимаемого газа и увеличение работы рас- ширения газа в буферной полости за счет подвода к нему теплоты позволяет увеличить мощность двигателя.

Формулаизобретения

Двигатель Стирлинга, содержащий полый цилиндр с верхней крышкой, вытесни- тельный и рабочий поршни, размещенные внутри цилиндра и разделяющие его объем на полость расширения, полость сжатия и буферную полость, картер, отделенный от буферной полости штоковым уплотнением, приводной механизм, установленный в картере и соединенный с поршнями через штоки, нагреватель, регенератор, холодильник, установленные последовательно в магистрали, соединяющей полость расширения и полость сжатия, камеру сгорания, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности двигателя путем уменьшения ра- боты сжатия и увеличения работы расширения газа в буферной полости, он снабжен первым радиатором, рубашкой, первой и второй группами рекуперативных теплообменников, обратными впускными и выпускными клапанами и нторым радиатором, причем рубашка установлена в буферной полости с разделением его объема на верхнюю и нижнюю части и выполнена в виде первого и второго концентрично расположенных отсеков, имеющих каналы, соединяющие верхнюю и нижнюю части, в каналах установлены обратные клапаны и рекуперативные теплообменники, в каналах первого отсека рубашки последовательно расположены обратные выпускные клапаны и первая группа рекуперативных теплообменников, причем первый отсек рубашки соединен с первым радиатором, связанным с холодильником, в каналах второго отсека рубашки последовательно расположены обратные впускные клапаны и вторая группа рекуперативных теплообменников, причем второй отсек рубашки соединен с вторым радиатором, а последний установлен на выпуске продуктов сгорания из камеры сгорания.

Изобретение может быть использовано при создании двигателей, работающих по циклу Стирлинга, и выполнено с целью увеличения мощности двигателя путем уменьшения работы сжатия и увеличения работы расширения газа в буферной полости. Двигатель содержит полый цилиндр 1, вытесни- тельный 3 и рабочий 5 поршни, размещенные внутри цилиндра и разделяющие его объем на полость расширения 9, полость сжатия 10 и буферную полость. Двигатель снабжен первым радиатором 17, рубашкой, первой 19 и второй 21 группами рекуперативных теплообменников, обратными впускными 22 и выпускными 20 клапанами и вторым радиатором 26. причем рубашка установлена в буферной полости с разделением ее объема на верхнюю 11 и нижнюю 12 части и выполнена в виде первого 7 и второго 8 концентрично расположенных отсеков, имеющих каналы, соединяющие верхнюю и нижнюю части, в каналах установлены обратные клапаны и рекуперативные теплообменники. При сжатии газа в буферной полости открываются обратные выпускные клапаны 20, газ перетекает через каналы и первую группу рекуперативных теплообменников 19, в которых происходит отвод теплоты от газа холодным теплоносителем, циркулирующим в первом отсеке рубашки 7,При расширении газа в буферной полости открываются обратные впускные клапаны 21, и газ перетекает через каналы и вторую группу рекуперативных теплообменников 21, в которых происходит подвод теплоты к газу от горячего теплоносителя, циркулирующего во втором отсеке 8 рубашки. Уменьшение работы сжатия газа в буферной полости за счет отвода теплоты от сжимаемого газа и увеличение работы расширения газа в буферной полости за счет подвода к нему теплоты приводит к увеличению мощности двигателя. 4 ил. (Л С XI О Ю О CJ

Риг./

п5

Фи. Ц

го

Фиг.З

Vty