УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕХАНИЧЕСКОЙЭНЕРГИИ И ХОЛОДА Советский патент 1974 года по МПК F25B29/00 

1

Изобретение относится к области энергетики и холодильной техники.

Известны установки для производства механической энергии и холода, содержащие цилиидро-поршневую группу с кривошипным меха низмом, регенератор тепла между прямым и обратным потоками рабочего тела (газа), подогреватель для подвода тепла к газу и охладитель для отвода тепла в о кружающую среду.

Предлагаемая установка отличается от известных тем, что на линиях связи охладителя с регенератором и цилиндро-поршневой группой установлены переключающие клапаны, имеющие кинематическую связь с кривошипным механизмом, и охладитель выполнен ввиде автономного аппарата, вынесенного за пределы рабочих элементов установки; цилпндропоршневая группа сделана в виде соединенных штоком поршней, размещенных в сопряженных цилиндрах, охладитель - двухсекционный с различным давлением газа в каждой секции, подсоединевной к пространству между поршнями с помощью обратных клапанов, имеющих кинематическую связь с кривошипным механизмом.

Цилиндро-поршневая группа включает установленную на валу поворотную крыльчатку, размещенную в цилиндре, и образующую с ним по обе стороны рабочие отсеки сегментной формы; цилиндро-поршневая группа содержит несколько например четыре, параллельно работающих цилиндра, подключенных к общим подогревателю и охладителю.

Кинематическая связь кривошипного механизма с клапанами осуществляется с элементом переменной длины д.ля отсечки потоков рабочего тела на заданной величине хода поршня; охладителем служит окружающая

среда, а подогревателем - потребитель холода, подсоединенный параллельно регенератору к цилиндро-поршневой группе через клапан, имеющий кинематическую связь с кривошипным механизмом; регенератор - двухсекционный; межсекцнонное пространство регенератора подключено через клапан, нмеющий кинематическую связь с кривошипным механизмом, к обратному потоку потребителя холода; цилиндро-поршневая группа - трехступенчатая, и межсекционное пространство регенератора подключено к цилиндру второй ступени; секции регенератора созданы с возможностью вращения для сепарации и удаления капельной влаги под действием центробежных сил.

Такое выполнение установки позволяет повысить экономичность и удобство эксплуатации, повысить компактность, использовать ее в качестве двигателя на автомашине, осуществить в ней разомкнутый холодильный цикл и

обеспечить работу па влажном воздухе.

На фиг. 1 схематично представлена олисываемая установка; на фиг.- 2-установка с двухсекционным регенератором; на фиг. 3 - установка с цили«дро-поршневой группой, выполненной в виде поворотной крыльчатки, размещенной в цилиндре; па фиг. 4-установка для использования в качестве двигателя на автомашине; на фиг. 5 - установка для осуществления разомкнутого холодильного цикла; на фпг. 6 - установка с дву.хсекц 101П1ым регенератором для осуществления разомкнутого холодильного цикла; па фиг. 7 - установка в трехступенчатом исполнении для осуществления разомкнутого холодильного цикла; па фиг. 8-установка с вращающимися регенераторами для работы в холодильном режиме на влаж-ном воздухе.

Топливо подается в камеру 1, в которую одновременно ноступает воздух, предварительно нагретый в теплообменнике 2 обратным нотоком отходящих газов из подогревателя .3. Последовательно с подогревателем включен регенератор 4, охладитель 5 и цилиндро-поршневая груопа 6, состоящая из поршней 7 и 8, размещенных на одном штоке 9 и помещенных в сопряженные цилиндры 10 и 11.

Подогреватель, цилиндро-поршневая группа 6, регенератор и охладитель заполнены рабочим газом, осуществляющим силовой цикл установки. На линиях связи 12 п 13 охладителя с регенератором и цилиндром 11 установлен двухходовой переключающий клапан 14, а на линии связи 15 одноходовой клапан 16.

Клапаны имеют кинематическую связь с кривопиым механизмом 17, приводимым з действие поршнями, перемещающими в цилиндрах 10 и 11.

Рабочий газ, нагретый в регенераторе и теплообменнике, поступает в цплипдр 10, клапап 14 в это время соединяет охладитель с регенератором; затем рабочий газ выталкивается поршнем 7 н движется в обратном направлении через подогреватель и регенератор, подогревая последний, и ноступает в цилиндр 11 (клапан 14 в это время отключает охладитель 5 от регенератора 4, н соединяет последний с цилиндром //.

Далее газ выталкивается поршнем 8 в охладитель (клапан 16 в это время открыт, -а клапан 14 отключает цилиндр 11 от охладителя и соединяет последний с регенератором 4).

На этом рабочий цикл рабочего газа заканчивается, и процесс начинается снова в онисаппом направлении. Вследствне того, что работа расширения значительно больше, чем работа сжатия, установка производит меха|НИческую энергию, которая передается через кривошипный механизм потребителю.

Охладитель 5 может быть выполнен двухсекционным (см. фиг. 2). В этом случае секция 18 и секция 19 находятся под различными давлениями рабочего газа и межсекционное

пространство через обратные клапаны 20 и 21 подсоединено к нространст-ву между поршнями.

Сдвоенная установка (см. фиг. 3) имеет поворотную крыльчатку 22, размещенную в цилиндре и образующую Сним по обе стороны рабочие отсеки 23, 24, 25 и 26. Отсеки явля отся рабочими цилиидрами, а каждая стороi:a крыльчатки выполняет функцию поршня.

Отсеки 23 и 25 имеют свой подогреватель 27, регенератор 28 и переключающие клапаны 29 и 30, а отсеки 24 и 26 имеют подогреватель 31, регенератор 32 и переключающие клапаны 33 и 34.

Таким образом, здесь объединены две установки, работа каждой из которых протекает аналогично описанной (см. фиг. 1), имеющих общий охладитель 35. Качающие движения расположенной на валу 36 крыльчатки с номощью соответствующего механизма превращаются во вращательное движение и передаются в виде механической энергии потребителю.

Для использования установки в качестве

двигателя на автомашине (см. фпг. 4) цилиндро-поршневая группа содержит, например, четыре, параллельно работающих цилиндра 37, 38, 39 и 40, поршни 41, 42, 43 и 44 которых передают усилия на один коленчатый

вал 45. Каждый цилиндр имеет свой регенератор 46, 47, 48 и 49 и переключающие клапаны 50, 51, 52 и 53.

Подогреватель 54 и охладитель 55 являются общими для всех цилиндров. Для осуществления в установке разомкнутого холодильного цикла (см. фиг. 5), с использованием в качестве рабочего тела атмосферного воздуха, охладителем служит окружающая среда, а подогревателем потребитель холода. Для осуществления цикла к поршням подводится механическая эпергия. Холодный поток направляется к потребителю через клапан 56, имею1ЦКЙ кинематическую с кривошипным механнз.мом.

Установка для осуществления разомкнутого холодильного цикла с двухсекционным регенератором (см. фиг. 6) имеет дополнительный клапан 57, имеющий также кинематическую связь с кривошипны.м .механизмом. Через клапан 57 холодный поток от потребителя частично возвращается в устаиовку. В этом случае этот поток используется для дополнительного охлаждения секции 58 регенератора, который выполнен из двух секций 58 и 59.

Установка для осуществления разомкнутого холодильного цикла, у которой цилиндропоршневая группа выполнена трехступенчатой, а регенератор двухсекциониым (см. фиг. 7), имеет дополнительную линию

связи 60, соединяющую межсекционное простраство регенератора с цилиндром 61 второй ступени.

HapyjKHbm воздух засасывается цилиндром первой 62 и цилиндром второй 61 ступенью, охлаждается при этом в секциях регенератора, расширяется в указанных ступенях и понижает свою температуру. При выталкивании воздуха из первой и второй ступеней он охлаждает потребителя холода 63, затем обе секции регенератора и подается в третью ступень 64, в которой расширяется, а затем при обратном движении поршня выталкивается обратно в атмосферу.

При осуществлении холодильного цикла на влажном (см. фиг. 8) воздухе секции регенератора 65 и 66 укреплены с помощью кронштейНа 67 на приводном валу 68 и на выходе снабжены обратными клапанами 69 и 70. При вращении вала влага, выпадающая из воздуха, выбрасывается в атмосферу за счет возникающих центробежных сил.

Предмет изобретения

1.Установка для производства механической энергии и холода, содержащая цилиндро-поршневую группу с кривошипным механизмом, регенератор тепла между прямым и обратным потоками рабочего тела (газа), подогреватель для подвода тепла к газу и охладитель для отвода тепла в окружающую среду, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и удобства эксплуатации, на линиях связи охладителя с регенератором и цилиндро-порш«евой группой установлены переключающие клапаны, имеющие кинематическую связь с кривошипным механизмом, и охладитель выполнен в виде автоно,много аппарата, вынесенного за пределы рабочих элементов установки.

2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндро-поршневая группа выполнена в виде соединенных штоком поршней, размещенных в сопряженных цилиндрах.

3.Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что охладитель выполнен двухсекционным с различным давлением газа в каждой секции, подсоединенных к пространству между поршнями с помощью обратных клапанов, имеющих кинематическуЕО связь с кривошипным механизмом.

4.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения компактности, цилиндро-поршневая группа включает установленную на валу поворотную крыльчатку, размещенную в цилиндре и образующую с ним по обе стороны рабочие отсеки сегментной формы.

5.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что при использовании ее в качестве двигателя авто.машины, цилиндро-поршневая группа содержит несколько, например четыре, параллельно работающих цилиндра, подключенных к общим подогревателю и охладителю.

6.Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью регулирования величины вы.кодной мощности, кинематическая связь кривошипного механизма с клапанами выполнена с элементом переменной длины для отсечки потоков рабочего тела на заданной величине хода поршня.

7.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что при осуществлении в ней разомкнутого холодильного цикла, отхладителем служит окружающая среда, а подогревателем - потребитель холода, подсоединенный параллельно регенератору к цилиндро-поршневой группе через клапан, имеющий кинематическую связь с кривошипным механизмом.

8.Установка по п. 7, отличающаяся тем, что регенератор выполнен дву.хсекционны-м.

9.Установка по пп. 7 и 8, отличающаяся тем, что межсекционное пространство регенератора подключено через клапан, имеющий кинематическую связь с кривошипным механизмом, к обратному потоку потребителя холода.

10.Установка по пп. 7 и 8, отличающаяся тем, что цилиндро-поршневая группа выполнена трехступенчатой и межсекционное пространство регенератора подключено к цилиндру второй ступени.

11.Установка по. п. 8, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения работы на влажном воздухе, секции регенератора выполнены с

возможностью вращения для сепарации и удаления капельной влаги под действием центробежных сил.

Фиг 1

19

0

I

.„

zzz . 1

;:1

ь

L . :.. ,л ,,;

t

у

г v:, ./////А Ш:: 2:лг773 1 ..,. -- N :tr / / f;

.OxV--5f//,j

,. . p,.V 7: V- :. AV ../

v/%W o /..,. V.--/yXV 4ш«

.ii.- 2

. I

,-u.-- ч .

fj

жЗ

Фиг. 8