Свободно-поршневой двигатель компрессор внешним подводом тепла Советский патент 1980 года по МПК F02G1/43 

(54) СВОБОДНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ-КОМПРЕССОР С ВНЕШНИМ

Изобрететшс относится к области машиностроения, а именно к двигателестрое1Шю, и может быть использовано при создании свободно-пор1Ш1свого двигателя, работающего по циклу Стирлинга и предназначенного, например, для жидкостного насоса с пульсирующим давлением нагнетания.

ИзБест1П) свободно-поршневые двигатели с внешним подводом тепла, содержащие цилющр с Д1ШЩЛМИ, свободный поршень, разделяющий о 61)0 м штиндра на горячую и холодную полости, соединенные между собой байпасным трубопроводом с включенным в него регенератором, и нагревательную каме-« ру, подключенную трубопроводом к горячей полости цилиндра 1.

Рабочим телом эт1к двигателей является . газ, например гелнй, который заполняет весь внутреншш объем двигателя.

Рабочее тело, нагрепаясь а нагревательной камере, расишряется, перетекает в горячую полость и вашнает поднимать поршень вверх, давление в полостях растет. Поднимаясь, порПОДВОДОМ ТЕПЛА

шень открывает байпасное отверстне горячей полостн, н рабочее тело перетекает из холодной полости через байпасный трубопровод и регенератор в горячую полость, по пути забирая тепло, накопленное в регенераторе. В объеме горячей полости по мере движения поршня температура и давление рабочего тела увеличиваются. Некоторое количество рабочего тела перед верхней мертвой трчкой поступает и в камеру нагрева. ПоднимаЮясь далее вверх, поршень перекрывает байпасное отверстие в холодной полости, вачитет ся процесс холодной отбнвки поршня, т.е. движение вннз. При этом рабочее т«ло перетекает в холодную полость, отдавая свое

I5 тепло регенератору. Давление в полостях постепенно начинает уменьшаться. При перекрытии горячего отверстия байпаса поршень начи-. нает двигаться вннз н переталкивает рабочее тело в нагревательную камеру, давлете в

20 ней и в горячей полости растет, а в холодной полости падает. Начинается процесс горячей отбивки поршня, т.е. его движение вверх. Процесс повторяется. Таким образом, за счет попеременюго нагрева и охлаждения рабочего тела осуществля ется периодическое движение поришя и .изменение давления в полостях, которое и используется для привода какого-либо i агрегата, .Недостатком известного двигателя, снижаю щим его КПД, является тот факт, что течени рабочего тела из байпасного отверстия горячей полости в камеру нагрева и обратно осуществляется через весь объем горячей полости, в результате чего каждый цикл зна чительное количество рабочего тела из байпасного отверстия не входит в камеру нагрева. Целью изобретения является повышение КГЩ двигателя. Указанная цель достигается тем, что днище со стороны горячей гюлости цилиндра снабжено внутренним выступом с впускным трубопроводом, проходящим через выступ от нагревательной камеры в сторону конца байпаса -горячей полости, а порщень выполнен в форме, позволяющей охватывать высту при блокировании им горячего ко1ща байпаса во время процесса горячей отбивки, кр ме того, выступ может быть выполнен в виде стержня с внутренним каналом, а поверхность поршня, обращенная к горячей полости, иметь чащеобразную форму, причем нагревательная камера снабжена выпускным трубопроводом, проходящим, через выступ в горячую полость, а расстояние между отвер стием горячего конца байпаса и отверстием впускного трубопровода, помещенным в горя чую полость, меньще, чем 0,1 радиуса цилинд На фиг. 1 дана принципиальная схема свободно-поршневого двигателя с внещним подв дом тепла; на фиг 2 - представлен вариант подключения нагревательной камеры к горячей полости цилиндра двигателя. Двигатель содержит цилиндр 1 с дашцем 2 и днищем 3, снабженным выступом 4, образующим со стенкой цилиндра зазор 5, порщень 6 с тонкостенным сегментом 7, свободн заходящим в зазор, холодную 8 и горячую 9 полости цилиндра, разделенные поршнем и соединенга 1е между собой через байпасный трубопровод 10 с холодным концом И, заканчивающимся отверстием 12 в холодной полости, и горячим концом 13, заканчивай щимся отверстием 14 в горячей полости, ХО лодильник 15 и регенератор 16, включенные в байпасный трубопровод, впускной тру бопровод 17 с отверстием 18 в кольцевой зазор горячей полости и выпускной трубопровод 19 с дополнительным патрз ком 20, размещенными в выступе днища и подключенными к нагревательной камере 21, котор одогревается извне штоком или тепловой рубой 22, имеет дисковые нагревательные 23, образующие газовые камеры 24 для нагрева рабочего тела, и содержит гребень 25, расположешай против одного из ребер и проходящий примерно по середине их комплекта, стартерное устройство 26 и патрубок 27 для подключения потребителя . Двигатель работает следующим образоМ. Камера подогрева 21 за счет введенного в нее тепла через трубу 22 передает тепло через ребра 23 рабочему телу, заполняющему внутренний объем далиндра 1, давление начинает расти. Для запуска двигателя поршню б через стартерное устройство 26 дают первоначальный импульс давления, в результате увеличения давления рабочего тела в горячей по: лости 9 .поршень начинает двигаться вверх с энергией достаточной для вытеснения рабочего тела из холодной полости 8 через байпаоный трубопровод 10, холодильник 15 и регенератор 16 в горячий конец 13 байпасного трубопровода. Рабочее тело вытекает из отверстия 14 в виде струи, которая пересекает зазор 5 и вытекает в расположенное напротив отверстия 14, выходное отверстие 18 впускного трубопровода 17 и по нему в камеру 21 нагрева, а нагретый газ свободно течет в горячую полость 9 из камеры 21 подогрева через выпускной трубопровод 19, когда поршень все еще перемещается вверх. В результате нагрева газа в регенераторе и камере нагрева давление возрастает, что заставляет холодньШ газ течь из холодной полости 8 к потребителю через патрубок 27. После того, как поршень перекроет отверстие 12 холодного конца 11 байпасного трубопровода и отверстие патрубка 27, которые ггаходятся на одном уровне, начинается сжатие газа, запертого между днищем 2 и поршнем 6, газ срабатывает как пружина, отбрасывая поршень 6 вниз и не давая ему удариться о днище 2. На этом заканчивается первый процесс 1Щ1сла и наступает холодная отбойная часть цикла, После того, как поршень отбивается книзу, его боковая поверхность разблокирует стие 12 и отверстие Патрубка 27, заканчивается процесс холодной отбивки и начинается процесс второго перемещения в цикле. Во время перемещения порцпм вниз подогретый газ устремляется по байпасному трубопроводу 10 через регенератор 16 и холодильник 15 из горячей полости 9 в холодную полость 8. В результате охлаждения газа в регенераторе и холодильнике давление во внут.реннем контуре падает, это падение давления 5 заставляет холодный газ выходить обратно от нагрузки в холодную полость 8 через патрубок нагрузки 27. Регенератор 16, накапливающий и освобождающий тепло газа в каждом цикле, увеличивает амплитуду колебания давления, увеличивая тем самым КПД цикла. При продолжении движения поришя вниз тонкостенный сегмент 7 поршня 6, входя в зазор S, охватывает выступ 4 днища 3 и блокирует отверстие 14 горячего конца 13 байпаса. Заканчивается второй процесс перемещения в цикле и начинается процесс горячей отбивкн. Горячая отбивка получается за счет зашфания и сжатия поршнем 6 в кольцевом зазоре S н в камере подогрева 21. Камарл подогрева 21 обеспечивает тепловую знертню газу во время горячей отбнвкн псф ня, необходимую шя поддержання возвратн поступательного движения порцшя и привода нагрузки, а наличие выступа 4 в котором проходит впускной трубопровод 17 позволяет снизит потери при перетекании газа из байпаса в камеру подогрева, так как перетекание газа в зтом случае происходит через узкий зазор н струя газа не успевает заметно размыться, что позволяет увеличить КПД двигателя. Формула изобретения L Свободно-порцшевой двигатель-компрессор с внешним подводом тепла, содержащий цилиндр с днищем, свободный поршень, ра деляющий объем шишндра на горячую и холодну1о полости, соединенные между собой байпасным трубопроводом с включенным в него регенератором, н нагревательную камеру, подключенную трубопроводом к горячей полости пилнядра, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД, днище со стороны горяче 1 полости цилиндра снабжено внутренним выступом с впуск1шм трубопроводом, 1ФОХОДЯЩНМ через выступ от нагревательной камеры в сторону конца байпаса горячей полости, а поршень снабжен тонкостенным сегментом, охватывающим выступ при блокировании горячего конца байпаса во время процесса горячей отбнвкн. 2.Двнгатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что выступ выполнен в виде стержня с внутренним каналом. 3.Двигатель 1юп. 1, отличающийс я тем, что поверхность поршня, обращенная к горячей полости, имеет чашеобразную форму. 4.Двигатель по п. 1,отличающийс я тем, что нагревательная камера снабжена выпускным трубопроводом, проходящим через выступ в горячую полость. 5.Двжатель по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что расстояние между отверстием горячего конца байпаса и отверстием впускного трубопровода, помещенным п горячую полость, меньше, чем 0,1 радиуса цилиндра. Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США V 4012910, кл. 60-515, 1977..