MD680Z

MD680Z - Knot for the thermal machine based on the Stirling cycle

Info

Publication number: MD680Z
Application number: MDS20130049A
Authority: MD
Inventors: Юрий САИНСУС; Анатол СИДОРЕНКО; Алексей КОНЕВ; Юрий РУССЕВ; Валентин ЛЯПИН
Original assignee: ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-04-30
Also published as: MD680Y

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям, работающим на базе цикла Стирлинга, и может быть использовано в машиностроении.Узел для тепловой машины на базе цикла Стирлинга включает горячий цилиндр (4) с поршнем, загерметизированным посредством уплотнителей (7). Поршень снабжен слоем из термоизоляционного материала толщиной 1…5 мм, расположенным на его днище (2). Цилиндр (4) снабжен охладителем (5), расположенным снаружи, с открытой стороны цилиндра (4).The invention relates to engine building, in particular to engines operating on the basis of the Stirling cycle, and can be used in mechanical engineering. The node for a thermal machine based on the Stirling cycle includes a hot cylinder (4) with a piston sealed by means of seals (7). The piston is equipped with a layer of heat-insulating material with a thickness of 1 ... 5 mm located on its bottom (2). The cylinder (4) is equipped with a cooler (5) located outside, on the open side of the cylinder (4).

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 cilindrul cu piston de tip Heiland, care are o formă semisferică şi permite de a micşora diametrul tijei cilindrului [1]. The Heiland type piston cylinder is known, which has a hemispherical shape and allows the diameter of the cylinder rod to be reduced [1].

Dezavantajul acestui nod constă în pierderile mari de energie termică în piston şi cilindru, iar etanşarea pistonului nu rezistă la temperaturile mari ale agentului termic gazos. The disadvantage of this node is the high thermal energy losses in the piston and cylinder, and the piston seal does not withstand the high temperatures of the gaseous heat carrier.

Mai este cunoscut motorul Stirling, în care schimbul de căldură în faza de dilatare se efectuează prin intermediul pereţilor ondulaţi ai camerei fierbinţi. Pentru transmiterea omogenă şi eficace a căldurii către agentul termic din motorul Stirling, injectoarele de combustibil sunt amplasate radial în partea de jos a camerei de ardere, care este dotată, la rândul său, cu un ecran, care formează un contracurent al gazelor arse şi al aerului, cu scopul încălzirii prealabile a aerului [2]. The Stirling engine is also known, in which the heat exchange in the expansion phase is carried out through the corrugated walls of the hot chamber. For the homogeneous and effective transmission of heat to the thermal agent in the Stirling engine, the fuel injectors are located radially at the bottom of the combustion chamber, which is equipped, in turn, with a screen, which forms a countercurrent of the exhaust gases and air, for the purpose of preheating the air [2].

Dezavantajul acestui motor constă în construcţia sofisticată a camerei fierbinţi, totodată executarea pereţilor ondulaţi din camera fierbinte necesită folosirea membranelor metalice, ce au o fiabilitate joasă. The disadvantage of this engine lies in the sophisticated construction of the hot chamber, while the execution of the corrugated walls of the hot chamber requires the use of metal membranes, which have low reliability.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în majorarea randamentului motorului termic în baza ciclului Stirling şi folosirea etanşărilor, ce funcţionează la temperaturi ridicate în cilindrul fierbinte. The problem solved by the present invention consists in increasing the efficiency of the heat engine based on the Stirling cycle and using seals that operate at high temperatures in the hot cylinder.

Nodul pentru maşina termică în baza ciclului Stirling, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include un cilindru fierbinte cu un piston, ermetizat prin intermediul unor etanşări. Pistonul este dotat cu un strat din material termoizolant cu grosimea de 1…5 mm, amplasat pe capul lui. Cilindrul este dotat cu un răcitor, amplasat pe exterior, din partea deschisă a cilindrului. The unit for 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, hermetically sealed by means of seals. The piston is equipped with a layer of heat-insulating material with a thickness of 1…5 mm, located on its head. The cylinder is equipped with a cooler, located on the outside, on the open side of the cylinder.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1 - 2, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in Fig. 1 - 2, which represent:

- fig. 1, schema nodului pentru maşina termică în baza ciclului Stirling cu poziţia pistonului în partea de jos a cilindrului; - Fig. 1, diagram of the node for the heat engine based on the Stirling cycle with the piston position at the bottom of the cylinder;

-.fig. 2, schema nodului pentru maşina termică în baza ciclului Stirling cu poziţia pistonului în partea de sus a cilindrului. -.fig. 2, node diagram for the heat engine based on the Stirling cycle with the piston positioned at the top of the cylinder.

Nodul pentru maşina termică în baza ciclului Stirling include un cilindru fierbinte 4 cu un piston, ermetizat prin intermediul unor etanşări 7. Pistonul este dotat cu un strat din material termoizolant 3 cu grosimea de 1…5 mm, amplasat pe capul lui 2. Cilindrul 4 este dotat cu un răcitor 5, amplasat pe exterior, din partea deschisă a cilindrului 4. Ultimul este unit cu nodurile maşinii prin conducta 8, prin care circulă agentul termic gazos 6. The unit for the heat engine based on the Stirling cycle includes a hot cylinder 4 with a piston, sealed by means of seals 7. The piston is equipped with a layer of thermal insulation material 3 with a thickness of 1…5 mm, located on its head 2. The cylinder 4 is equipped with a cooler 5, located on the outside, on the open side of the cylinder 4. The latter is connected to the machine units through the pipe 8, through which the gaseous heat carrier 6 circulates.

Nodul pentru maşina termică în baza ciclului Stirling funcţionează în felul următor. The Stirling cycle heat engine node works as follows.

Sub acţiunea agentului termic gazos 6 are loc deplasarea pistonului în cilindrul 4 din poziţia de sus (fig. 2) în poziţia de jos (fig. 1). În poziţia de jos a pistonului, stratul din material termoizolant 3 protejează etanşarea 7 de temperatura mare a agentului termic gazos 6, care se află în partea de sus a cilindrului 4, şi conducta 8. Răcitorul 5 disipează căldura agentului termic gazos 6, care se transmite în partea de sus a pereţilor cilindrului 4. În poziţia de sus a pistonului în cilindrul 4, pistonul şi etanşarea 7 se află în zona de răcire, iar agentul termic gazos 6 se află în conducta 8. Între etanşarea 7 şi agentul termic gazos 6, pe capul 2 al pistonului, este situat stratul din material termoizolant 3. Prin urmare, stratul din material termoizolant 3 cu grosimea de 1…5 mm formează o diferenţă de temperatură de la 20°C până la 60°C şi are loc protejarea etanşării 7 în ambele poziţii extreme ale pistonului. Răcitorul 5, amplasat pe exterior, din partea deschisă a cilindrului 4, unde agentul termic 6 nu pătrunde, răceşte pereţii cilindrului 4 în zona etanşărilor 7, totodată are loc efectul concomitent de protejare termică a etanşării 7 de temperatura ridicată a agentului termic 6 şi introducerea a mai multă căldură în ciclul maşinii termice în baza ciclului Stirling. Under the action of the gaseous heat agent 6, the piston in the cylinder 4 moves from the upper position (fig. 2) to the lower position (fig. 1). In the lower position of the piston, the layer of heat-insulating material 3 protects the seal 7 from the high temperature of the gaseous heat carrier 6, which is located in the upper part of the cylinder 4, and the pipe 8. The cooler 5 dissipates the heat of the gaseous heat carrier 6, which is transmitted to the upper part of the walls of the cylinder 4. In the upper position of the piston in the cylinder 4, the piston and the seal 7 are in the cooling zone, and the gaseous heat carrier 6 is in the pipe 8. Between the seal 7 and the gaseous heat carrier 6, on the piston head 2, the layer of heat-insulating material 3 is located. Therefore, the layer of heat-insulating material 3 with a thickness of 1…5 mm forms a temperature difference from 20°C to 60°C and protection of the seal 7 occurs in both extreme positions of the piston. The cooler 5, located on the outside, on the open side of the cylinder 4, where the heat carrier 6 does not penetrate, cools the walls of the cylinder 4 in the area of the seals 7, at the same time having the simultaneous effect of thermally protecting the seal 7 from the high temperature of the heat carrier 6 and introducing more heat into the heat engine cycle based on the Stirling cycle.

O aşa construcţie permite de a introduce mai multă căldură în ciclul maşinii termice în baza ciclului Stirling şi de a proteja etanşările de temperaturile ridicate ale agentului termic gazos. Such a construction allows to introduce more heat into the heat engine cycle based on the Stirling cycle and to protect the seals from the high temperatures of the gaseous heat carrier.

În baza cercetărilor a fost elaborată o construcţie a acestui nod. S-au făcut teste de laborator, care au arătat că cantitatea de energie termică necesară pentru obţinerea puterii necesare este mai mică în cazul depunerii pe piston a unui strat din material termoizolant. Based on the research, a design of this node was developed. Laboratory tests were conducted, which showed that the amount of thermal energy required to obtain the required power is lower in the case of depositing a layer of thermal insulation material on the piston.

1. Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. Москва, Мир, 1986, с. 354 - 355 1. Ридер Г., Хупер Ч. Stirling engines. Moscow, Mir, 1986, p. 354 - 355

2. RU 2099562 C1 1997.12.20 2. RU 2099562 C1 1997.12.20

Claims

A unit for a heat engine based on the Stirling cycle, which includes a hot cylinder (4) with a piston, sealed by means of seals (7); the piston is equipped with a layer of thermal insulation material with a thickness of 1…5 mm, located on its head (2); the cylinder (4) is equipped with a cooler (5), located on the outside, on the open side of the cylinder (4).