MD679Z

MD679Z - Thermal machine based on the Stirling cycle

Info

Publication number: MD679Z
Application number: MDS20130039A
Authority: MD
Inventors: Юрий САИНСУС; Алексей КОНЕВ; Юрий РУССЕВ
Original assignee: ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-04-30
Also published as: MD679Y

Abstract

The invention relates to propulsion engineering, particularly to engines operating on the Stirling cycle, and can be used in mechanical engineering.The Stirling cycle-based heat engine includes a hot cylinder (1) with a piston (2) and a cold cylinder (9) with a piston (8). The cylinder (1) via a pipeline (3), located in its upper part, communicates with a heat exchanger (4). On the opposite side the heat exchanger (4) is connected to a regenerator, consisting of a housing (5), a regenerative material (13) and a layer (11) of thermally insulating material of a thickness of 1…5 mm, placed on the inner surface of the housing (5). The opposite side of the regenerator via a pipeline (6) communicates with a cooler (7), placed in the upper part of the cylinder (9). The outer surface of the pipeline (3) and the upper part of the cylinder (1) are covered with a layer (10) of thermally insulating material of a thickness of 1…5 mm.

Description

Invenţia se referă la construcţia motoarelor, în special la motoarele, care lucrează conform ciclului Stirling, şi poate fi utilizată în industria constructoare de maşini. The invention relates to the construction of engines, in particular to engines operating according to the Stirling cycle, and can be used in the machine building industry.

Este cunoscut motorul Stirling, care conţine doi cilindri cu compactoare, un schimbător de căldură, un regenerator şi un răcitor [1]. The Stirling engine is known, which contains two cylinders with compressors, a heat exchanger, a regenerator and a cooler [1].

Dezavantajul acestui motor constă în pierderile de energie termică mari în conducta dintre schimbătorul de căldură şi cilindrul fierbinte, în cilindrul fierbinte şi în regenerator. The disadvantage of this engine is the high thermal energy losses in the pipe between the heat exchanger and the hot cylinder, in the hot cylinder and in the regenerator.

Este cunoscut motorul Stirling, care conţine doi cilindri separaţi, în care este amplasat câte un piston cu etanşări. Volumele variabile ale gazelor fierbinte şi rece se formează independent unul faţă de altul, în procesul de mişcare a pistoanelor corespunzătoare [2]. The Stirling engine is known, which contains two separate cylinders, each containing a piston with seals. The variable volumes of hot and cold gases are formed independently of each other, in the process of movement of the corresponding pistons [2].

Dezavantajul acestui motor constă în pierderile de energie termică mari. The disadvantage of this engine is the high thermal energy losses.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în majorarea randamentului motorului şi micşorarea pierderilor de energie termică. The problem solved by the present invention consists in increasing engine efficiency and reducing thermal energy losses.

Maşina termică în baza ciclului Stirling, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include un cilindru fierbinte cu un piston şi un cilindru rece cu un piston. Cilindrul prin intermediul unei conducte, amplasată în partea de sus a lui, comunică cu un schimbător de căldură. Din partea opusă schimbătorul de căldură este unit cu un regenerator, format dintr-un corp, un material regenerator şi un strat din material termoizolant cu grosimea de 1…5 mm, amplasat pe suprafaţa interioară a corpului. Partea opusă a regeneratorului prin intermediul unei conducte comunică cu un răcitor, amplasat în partea de sus a cilindrului. Suprafaţa exterioară a conductei şi partea de sus a cilindrului sunt acoperite cu un strat din material termoizolant cu grosimea de 1…5 mm. The heat engine based on the Stirling cycle, according to the invention, eliminates the above-mentioned disadvantages by including a hot cylinder with a piston and a cold cylinder with a piston. The cylinder communicates with a heat exchanger through a pipe located at its top. On the opposite side, the heat exchanger is connected to a regenerator consisting of a body, a regenerator material and a layer of heat-insulating material with a thickness of 1…5 mm, located on the inner surface of the body. The opposite side of the regenerator communicates with a cooler located at the top of the cylinder through a pipe. The outer surface of the pipe and the upper part of the cylinder are covered with a layer of heat-insulating material with a thickness of 1…5 mm.

Invenţia se explică prin desenul din figură, care reprezintă schema maşinii termice în baza ciclului Stirling. The invention is explained by the drawing in the figure, which represents the diagram of the heat engine based on the Stirling cycle.

Maşina termică în baza ciclului Stirling include un cilindru fierbinte 1 cu un piston 2 şi un cilindru rece 9 cu un piston 8. Cilindrul 1 prin intermediul unei conducte 3, amplasată în partea de sus a lui, comunică cu un schimbător de căldură 4. Din partea opusă schimbătorul de căldură 4 este unit cu un regenerator, format dintr-un corp 5, un material regenerator 13 şi un strat 11 din material termoizolant cu grosimea de 1…5 mm, amplasat pe suprafaţa interioară a corpului 5. Partea opusă a regeneratorului prin intermediul unei conducte 6 comunică cu un răcitor 7, amplasat în partea de sus a cilindrului 9. Suprafaţa exterioară a conductei 3 şi partea de sus a cilindrului 1 sunt acoperite cu un strat 10 din material termoizolant cu grosimea de 1…5 mm. The heat engine based on the Stirling cycle includes a hot cylinder 1 with a piston 2 and a cold cylinder 9 with a piston 8. The cylinder 1, through a pipe 3, located at its top, communicates with a heat exchanger 4. From the opposite side, the heat exchanger 4 is connected to a regenerator, consisting of a body 5, a regenerator material 13 and a layer 11 of thermal insulation material with a thickness of 1…5 mm, located on the inner surface of the body 5. The opposite side of the regenerator, through a pipe 6, communicates with a cooler 7, located at the top of the cylinder 9. The outer surface of the pipe 3 and the top of the cylinder 1 are covered with a layer 10 of thermal insulation material with a thickness of 1…5 mm.

Maşina termică în baza ciclului Stirling funcţionează în felul următor. The heat engine based on the Stirling cycle works as follows.

Agentul termic gazos 12 circulă între cilindrul fierbinte 1 şi cilindrul rece 9, trecând consecutiv prin schimbătorul de căldură 4, materialul regenerator 13 şi răcitorul 7. Această mişcare se datorează mişcării pistonului 2 din cilindrul fierbinte 1 şi a pistonului 8 din cilindrul rece 9. The gaseous heat agent 12 circulates between the hot cylinder 1 and the cold cylinder 9, passing consecutively through the heat exchanger 4, the regenerative material 13 and the cooler 7. This movement is due to the movement of the piston 2 in the hot cylinder 1 and the piston 8 in the cold cylinder 9.

Stratul din material termoizolant 10 de pe suprafaţa exterioară a conductei 3 şi partea de sus a cilindrului 1 micşorează transmiterea energiei termice a agentului termic gazos 12 în exterior. Totodată stratul din material termoizolant 11 micşorează transmiterea energiei termice a agentului termic gazos 12, care circulă prin materialul regenerator 13 către corpul 5 al regeneratorului şi mai departe în exterior. The layer of thermal insulation material 10 on the outer surface of the pipe 3 and the upper part of the cylinder 1 reduces the transmission of thermal energy of the gaseous heat carrier 12 to the outside. At the same time, the layer of thermal insulation material 11 reduces the transmission of thermal energy of the gaseous heat carrier 12, which circulates through the regenerator material 13 to the body 5 of the regenerator and further to the outside.

Eficienţa şi puterea maşinii termice în baza ciclului Stirling este cu atât mai mare, cu cât este mai mare diferenţa de temperaturi la intrarea şi ieşirea materialului regenerator 13 din corpul 5 al regeneratorului şi cu cât este mai mare diferenţa de temperaturi în cilindrul fierbinte 1 şi cilindrul rece 9. Deoarece stratul din material termoizolant cu grosimea de 1,00 mm duce la o scădere de temperatură de cel puţin 20°C, atunci acoperirea cu straturi termoizolante cu grosimea de 1…5 mm duce la o scădere de temperatură de la 20°C până la 100°C, iar temperatura agentului termic gazos 12 în schimbătorul de căldură 4 atinge valoarea de 650°C. Prin urmare, se obţine o creştere a randamentului maşinii termice în baza ciclului Stirling de circa 1,5%. The efficiency and power of the heat engine based on the Stirling cycle is the greater, the greater the temperature difference at the inlet and outlet of the regenerator material 13 from the regenerator body 5 and the greater the temperature difference in the hot cylinder 1 and the cold cylinder 9. Since the layer of thermal insulation material with a thickness of 1.00 mm leads to a temperature drop of at least 20°C, then the coating with thermal insulation layers with a thickness of 1…5 mm leads to a temperature drop from 20°C to 100°C, and the temperature of the gaseous heat carrier 12 in the heat exchanger 4 reaches the value of 650°C. Therefore, an increase in the efficiency of the heat engine based on the Stirling cycle of about 1.5% is obtained.

În baza cercetărilor a fost elaborată o construcţie a acestei maşini. S-au făcut teste de laborator, care au arătat că în cazul utilizării straturilor termoizolante în maşina termică în baza ciclului Stirling, cantitatea de energie termică necesară este mai mică. Based on the research, a design of this machine was developed. Laboratory tests were conducted, which showed that when using thermal insulation layers in a thermal machine based on the Stirling cycle, the amount of thermal energy required is lower.

1. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. Москва, Мир, 1986, с. 31 - 33 1. Ryder Г., Хупер Ч. Stirling engines. Moscow, Mir, 1986, p. 31 - 33

2. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. Москва, Мир, 1986, с. 213 2. Ryder Г., Хупер Ч. Stirling engines. Moscow, Mir, 1986, p. 213

Claims

Heat engine based on the Stirling cycle, which includes a hot cylinder (1) with a piston (2) and a cold cylinder (9) with a piston (8); the cylinder (1) communicates with a heat exchanger (4) through a pipe (3) located at its top; from the opposite side, the heat exchanger (4) is connected to a regenerator, consisting of a body (5), a regenerator material (13) and a layer (11) of heat-insulating material with a thickness of 1…5 mm, located on the inner surface of the body (5); the opposite side of the regenerator communicates with a cooler (7) located at the top of the cylinder (9); the outer surface of the pipe (3) and the upper part of the cylinder (1) are covered with a layer (10) of heat-insulating material with a thickness of 1…5 mm.