PL198217B1

PL198217B1 - Maszyna z tłokiem obrotowym

Info

Publication number: PL198217B1
Application number: PL343676A
Authority: PL
Inventors: Ian Weslake-Hill
Original assignee: Ceres Ipr Ltd At Northern Tech
Priority date: 1998-04-25
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2008-06-30
Also published as: CN1307666A; GB9808780D0; US6352063B1; WO1999056013A1; CA2367056C; IN2000KN00533A; KR100624550B1; CN1113163C; DE69914738T2; DE69914738D1; EP1075595A1; EP1075595B1; JP2002513114A; CA2367056A1; BR9909924A; AU3717899A; ATE259467T1; KR20010071176A; JP4249904B2; PL343676A1

Abstract

1. Maszyna z t lokiem obrotowym, pracuj aca na ciecz lub par e, obejmuj aca dwie jednostki o zmiennej obj eto sci, przy czym ka zda z nich posiada obrotow a komor e ograniczon a wieloma krzywymi epitrocho- idalnymi i wieloboczny t lok obrotowy kszta ltuj acy w niej wiele pojedynczych podkomór w procesie wspó ldzia lania z obrze zem przynale znej komory, a ilo sc (n + 1) boków t loka jest wi eksza ni z ilo sc (n) luków epitrochoidalnych, znamienna tym, ze ma- szyna zawiera element przenoszenia ruchu, korzyst- nie w postaci sprz eg la z ebatego (20), usytuowanego mi edzy komorami do wymuszenia obrotu odpowied- nich dwóch komór (3, 6) jednostek o zmiennej obj e- to sci (1, 4), z pierwsz a wspóln a predko sci a, wokó l pierwszej wspólnej osi rzeczywistej, i tym, ze zawie- ra dwa t loki (2, 5) poruszaj ace si e jednocze snie z drug a wspóln a pr edko sci a, wokó l drugiej osi rze- czywistej, a stosunek pierwszej do drugiej wspólnej pr edko sci wynosi n + 1: n, przy czym ka zda komora (3, 6) posiada (n) spe lniaj acych podwójn a funkcj e otworów, umo zliwiaj acych po laczenie mi edzy komo- rami (3, 6) poprzez przewody (11, 12), w której to maszynie ka zdy z przewodów zawiera regenerator. PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiot wynalazku dotyczy maszyny z tłokiem obrotowym. Zwłaszcza może on dotyczyć adaptacji silników pracujących na zasadzie silnika Stirlinga, wyposażonego w wieloboczne tłoki obrotowe pracujące w komorach ograniczonych krzywymi epitrochoidalnymi, przy czym ciecz robocza lub para realizuje zamknięty obieg termodynamiczny. Maszyna ta może pracować jako silnik albo pompa ciepła.

W opisie US 3763649 przedstawiono konstrukcję maszyny z tłokiem obrotowym, zawierającej nieruchome komory, przy czym trójkątny tłok wyposażony w trzy pręty uszczelniające podparty jest obrotowo na powierzchni mimośrodowej mimośrodowego wałka i obraca się w tym samym kierunku co wałek mimośrodowy w znany sposób.

Przedmiotem wynalazku jest maszyna z obrotowym tłokiem, pracująca na ciecz lub parę, obejmująca dwie jednostki o zmiennej objętości. Każda z tych jednostek posiada obrotową komorę, ograniczoną wieloma krzywymi epitrochoidalnymi i wieloboczny tłok obrotowy, kształtujący w niej wiele pojedynczych podkomór w procesie współdziałania z obrzeżem przynależnej komory. Ilość „n +1 boków tłoka jest większa niż ilość „n łuków epitrochoidalnych.

Istota wynalazku polega na tym, że maszyna zawiera element przenoszenia ruchu, korzystnie w postaci sprzęgła zębatego, usytuowanego między komorami do wymuszenia obrotu odpowiednich dwóch komór jednostek o zmiennej objętości, z pierwszą wspólną prędkością, wokół pierwszej wspólnej osi rzeczywistej. Poza tym maszyna zawiera dwa tłoki poruszające się jednocześnie z drugą wspólną prędkością, wokół drugiej osi rzeczywistej, a stosunek pierwszej do drugiej wspólnej prędkości wynosi „n + 1: „n, przy czym każda komora posiada n spełniających podwójną funkcję otworów, umożliwiających połączenie między komorami poprzez przewody, w której to maszynie każdy z przewodów zawiera regenerator.

Korzystnie, maszyna według wynalazku zawiera środki grzewcze wprowadzone do jednostki o zmiennej objętości, która realizuje proces rozprężania, przy czym środki grzewcze wprowadzone są między każdy z regeneratorów i tę jednostkę o zmiennej objętości.

Maszyna ta zawiera również środki chłodzące wprowadzone do jednostki o zmiennej objętości, która realizuje proces sprężania, przy czym środki chłodzące wprowadzone są między każdy z regeneratorów i jednostkę o zmiennej objętości, która realizuje procesy sprężania.

Zgodnie z korzystnym rozwiązaniem konstrukcji maszyny według wynalazku, liczba „n = 2, tak, że występują tu tłoki o trzech bokach pracujące w komorach ograniczonych dwoma krzywymi.

Rozwiązanie zaproponowane w przedmiotowym zgłoszeniu, polegające na współosiowym usytuowaniu komór i wirników, znacznie upraszcza konstrukcję maszyny. Ale teoretycznie mogą one być usytuowane wzdłuż różnych osi, jednak są połączone aby mogły się wspólnie obracać. Określenie rzeczywista odnosi się do obu przypadków.

Elementy podgrzewające są wprowadzone do urządzenia, po to, aby jednostka o zmiennej objętości, która realizuje proces rozprężania mogła dalej realizować ten proces, gdy inne elementy podgrzewające są zainstalowane między regeneratorem i tą jednostką.

Dla każdej jednostki o zmiennej objętości można również zastosować elementy chłodzące, przy czym jednostka ta realizuje procesy sprężania i mogłyby tu być zastosowane inne elementy chłodzące między regeneratorem i jednostką o zmiennej objętości, która realizuje proces sprężania.

Jednostka rozprężania, która wprawdzie niekoniecznie, ale może być podgrzewana, może mieć tak rozmieszczone otwory, że uformowane w niej komory zwiększają swą objętość głównie wtedy gdy nie są połączone z otworem i zmniejszają swą objętość, wtedy gdy komory te są połączone z otworem.

Inna z jednostek, to znaczy jednostka sprężania, która może ale nie musi być chłodzona może mieć tak rozmieszczone te otwory, że kształtowane w niej komory zmniejszają głównie wtedy swą objętość, gdy nie są połączone z otworem i zwiększają swą objętość głównie wtedy, gdy komory są połączone z otworem. W ten sposób obieg pracy realizowany jest w komorach odizolowanych od otworów, podczas gdy przenoszenie cieczy roboczej lub pary realizowane jest między parą komór, które są połączone z otworami prowadzącymi do wspólnego przewodu. Jeżeli proces wysokotemperaturowego przenoszenia ciepła jest realizowany za pomocą czynnika roboczego lub pary przepływającej do, z lub znajdującej się w jednostce rozprężania, to niskotemperaturowe przenoszenie ciepła jest realizowane za pomocą cieczy roboczej lub pary przepływającej do, z lub zawartej w jednostce sprężania, a maszyna zachowuje się jak silnik, z którego odbiera

PL 198 217 B1 się moc mechaniczną. Jeżeli energia mechaniczna jest przykładana do obrotowych elementów maszyny ale niskotemperaturowe przenoszenie ciepła jest dokonywane w obszarze jednostki rozprężnej, podczas gdy wysokotemperaturowe przenoszenie ciepła zachodzi z obszaru jednostki sprężania, maszyna zachowuje się jak pompa ciepła lub chłodziarka.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1, 2, 3, 4 i 5 przedstawiają schematyczny układ wzajemnych pozycji jednostek rozprężania i sprężania maszyny z tłokiem obrotowym w przerwach między cyklami obrotu i fig. 6 przedstawia przekrój wzdłużny przez korzystny przykład wykonania maszyny.

Jednostka rozprężania 1 posiada tłok obrotowy 2 usytuowany w komorze 3, a jednostka sprężania 4 posiada tłok obrotowy 5 usytuowany w komorze 6. Każdy tłok 2 i 5 jest płaskim zasadniczo równobocznym trójkątnym elementem, ale każdy z boków stanowi łukowatą wypukłość. Każda z komór 3 i 6 jest również płaska i dokładnie zamyka lico tłoka a poza tym posiada kształt ograniczony dwoma krzywymi epitrochoidalnymi. W ten sposób komory posiadają rzeczywistą i teoretyczną oś, które to osie przecinają się pod kątem prostym w ich środku. Dwie jednostki 1 i 4 połączone są sztywno i obracają się wokół wspólnej osi przechodzącej przez ich środki w tym samym kierunku i z tą samą prędkością, przy czym osie rzeczywiste komory 3 i 6 są usytuowane w stosunku do siebie pod kątem 90°. Obydwa obrotowe tłoki 2 i 5 są również sztywno połączone i obracają się wokół wspólnych osi, przechodzących przez ich środki, w tym samym kierunku i z tą samą prędkością, co daje dwie potrójnie stopniowane prędkości obrotu komór 3 i 6. Łukowate boki 2a, 2b i 2c tłoka 2 są ustawione pod kątem 180° do odpowiadających im boków 5a, 5b i 5c drugiego tłoka 5. Boki tłoków 2 i 5 współdziałają z profilami odpowiednich komór 3 i 6 tworząc podkomory 3a, 3b i 3c i 6a, 6b i 6c zmienne pod względem objętości i kształtu, jak to opisano poniżej.

Otwory 7 i 8 znajdujące się w jednostce rozprężnej 1 są usytuowane osiowo-przeciwnie względem siebie i przesunięte o 30° w kierunku obrotu (zgodnie ze wskazówkami zegara jak to przedstawiono na fig. 1 do 5) od teoretycznej osi komory 3. Odpowiadające im otwory 9 i 10 są podobnie usytuowane w jednostce sprężania, ale przesunięte o 30° w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu od teoretycznej osi komory 6. Takie usytuowanie otworów zapewnia, że podczas działania maszyny otwór 7 albo 8 jest otwarty w kierunku podkomory, gdy podkomora ta ma maksymalną objętość w jednostce rozprężania 1. Podobnie otwór 9 albo 10 nie ma połączenia z podkomorą, kiedy podkomora ma maksymalną objętość w jednostce sprężania 4. Otwór 7 jednostki rozprężania jest połączony przez przewód łączący 11 z otworem 9 jednostki sprężania położonym osiowo przeciwnie odpowiednio do osi obrotu jednostek 1 i 4, podczas gdy otwór 8 jednostki rozprężania jest podobnie połączony poprzez przewód łączący 12 z otworem 10 jednostki sprężania. Każdy z tych przewodów zawiera regenerator (niepokazany).

Sekwencje działania maszyny przebiegają w sposób następujący:

Według fig. 1 podgrzana ciecz robocza lub para zajmuje podkomorę 3a, która ma minimalną objętość i jest połączona poprzez otwór 8 z przewodem 12. Podkomora 3b jest w tym czasie izolowana i zwiększa swą objętość. Podkomora 3c zmniejsza swą objętość przez co ciecz robocza lub para jest usuwana poprzez otwór 7 i przewód 11. W ten sposób zwiększa się ilość cieczy lub pary w przypadku silnika lub zmniejsza się w przypadku pompy ciepła i podgrzewa regenerator znajdujący się w przewodzie 11. Ochłodzona ciecz robocza lub para zajmuje komorę 6a, która posiada maksymalną objętość jest izolowana i zaczyna w nim zachodzić cykl sprężania. Podkomora 6b znajduje się teraz w cyklu sprężania, zmniejsza swą objętość i jest izolowana. Podkomora 6c zwiększa swą objętość i poprzez otwór 9 jest połączona z przewodem 11. W ten sposób ciecz robocza lub para wydostaje się z podkomory 3c. Otwór 10 jest zamknięty tłokiem 5.

Według fig. 2 tłoki 2 i 5 obróciły się zgodnie ze wskazówkami zegara o kąt 30°, a komory 3 i 6 o kąt 45°. Podkomora 3a zwiększa swą objętość i wpływa do niej ciecz robocza lub para poprzez otwór 8 z przewodu 12 i z podkomory 6b, która w dalszym ciągu zmniejsza swą objętość i połączona jest teraz z otworem 10. Podkomora 3b w dalszym ciągu zwiększa swą objętość, przy czym izolowana i podgrzewana w niej ciecz robocza lub para rozpręża się, podczas gdy w dalszym ciągu kontynuowane jest przenoszenie cieczy roboczej lub pary z podkomory 3c do podkomory 6c poprzez otwór 7, przewód 11 i otwór 9. Ochłodzona ciecz robocza lub para w podkomorze 6a jest w dalszym ciągu izolowana i sprężana, gdy zmniejsza się objętość podkomory.

Według fig. 3 tłoki obróciły się o 60° w stosunku do ich pozycji początkowych a komory o 90°, w stosunku do ich pozycji wyjściowych. Podkomora 3a w dalszym ciągu zwiększa swą objętość,

PL 198 217 B1 ale tłok 2 zamyka otwór 8 i w ten sposób ogranicza napływ cieczy roboczej lub pary pod wpływem czego rozpoczyna się proces rozprężania w tej podkomorze. Podkomora 3b osiągnęła swą maksymalną objętość i podgrzana ciecz robocza znajdująca się w niej osiągnęła, zakończenie procesu rozprężania, podczas gdy podkomora 3c w dalszym ciągu zmniejsza swą objętość wraz z ubywaniem cieczy roboczej lub pary poprzez otwór 7, przewód 11 i otwór 9 do jednostki sprężania 4. Ochłodzona ciecz robocza w dalszym ciągu jest sprężana w izolowanej podkomorze 6a, gdy objętość jej jest zmniejszana. Podkomora 6b ma teraz minimalną objętość i jest połączona poprzez otwór 10 z przewodem 12, ale ciecz robocza lub para powoduje przepływ również aż do zamknięcia otworu 8. Podkomora 6c w dalszym ciągu zwiększa swą objętość i napływa do niej ciecz robocza lub para poprzez otwór 9 z podkomory 3c.

Według fig. 4 tłoki 2 i 5 obróciły się w drugą stronę o 30° a komory 3 i 6 o 45°. Podkomora 3a jest izolowana i zwiększa swą objętość a podgrzewana, znajdująca się w niej ciecz robocza w dalszym ciągu jest rozprężana. Podkomora 3b jest połączona teraz z otworem 8, który teraz nie jest zasłonięty przez tłok 2 i jak długo ta podkomora zmniejsza swą objętość, ciecz robocza lub para znajdująca się w niej jest wypychana do przewodu 12. Podkomora 3c w dalszym ciągu zmniejsza swą objętość i kontynuowane jest przenoszenie cieczy roboczej lub pary poprzez otwór 7, przewód 11 i otwór 9 do jednostki sprężania 4. Podkomora 6a w dalszym ciągu jest izolowana i zmniejsza swą objętość a chłodzona ciecz robocza lub para znajdująca się w niej w dalszym ciągu jest sprężana. Teraz podkomora 6b zwiększa swą objętość i jest połączona z otworem 10 i następuje przepływ cieczy roboczej lub pary z podkomory 3b przez przewód 12. Podkomora 6c w dalszym ciągu zwiększa swą objętość i kontynuowany jest napływ cieczy roboczej lub pary poprzez otwór 9 i przewód 11 z jednostki rozprężania 1.

Według fig. 5 tłoki znajdują się w pozycji przesuniętej o 120° z ich położenia wyjściowego a komory przesunięte są o 180° w stosunku do nich. Podkomora 3a w dalszym ciągu zwiększa swą objętość a izolowany w niej płyn roboczy w dalszym ciągu rozpręża się. Podkomora 3b w dalszym ciągu zmniejsza swą objętość a ciecz robocza lub para przechodzi przez otwór 8 przewód 12 i otwór 10 do podkomory 6b, która zwiększa swą objętość. Podkomora 3c ma teraz minimalną objętość i jest połączona poprzez otwór 7 z przewodem 11, ale tłok 5 jednostki sprężania zamknął otwór 9 i w ten sposób wymusił przepływ cieczy roboczej lub pary. Podkomora 6a jest już izolowana i zmniejsza swą objętość i kończy się proces sprężania ochłodzonej cieczy roboczej, znajdującej się w niej. Podkomora 6b w dalszym ciągu przyjmuje ciecz roboczą lub parę przenoszoną z jednostki rozprężania 1. Podkomora 6c jest teraz izolowana ze względu na zamknięcie otworu 9 i ma maksymalną objętość, i zaczyna się proces sprężania płynu roboczego znajdującego się w niej. Sytuacja, w której znajduje się maszyna jest podobna do tej jak na fig. 1, chociaż różne ilości cieczy roboczej lub pary zajmują inne przestrzenie niż przedstawione na tej figurze.

Rozważmy zawartość chłodzonego płynu roboczego w podkomorze 6a według fig. 1 w momencie rozpoczęcia procesu sprężania. Gdy jednostki 1 i 4 obracają się o kąt 180° a tłoki obrotowe 2 i 5 obracają się o 120°, relatywny obrót wirnika następuje o kąt 60° w przeciwnym kierunku. W tym momencie w podkomorze 6a kończy się proces sprężania płynu roboczego w podobnej sytuacji do tej, w jakiej znajduje się ciecz robocza lub para w podkomorze 6b według fig. 1. Po przemieszczeniu o 30° w relatywnym obrocie wirnika (odpowiednio do pozycji według fig. 3), podkomora 6a będzie miała minimalną objętość i podstawowa proporcja cieczy roboczej lub pary, która była w niej jest przenoszona do podkomory 3c poprzez otwór 9, przewód 11 i otwór 7, przy czym następuje zjawisko absorpcji w przypadku silnika i zjawisko resorpcji w przypadku pompy ciepła a ciepło jest w czasie tego procesu przenoszone przez przewód 11. W tym punkcie, gdzie całkowity względny obrót wirnika wynosi 90°, tłok 2 minął otwór 7. Podkomora rozprężacza 3c pozwala na rozprężanie podgrzanej cieczy roboczej lub pary znajdującej się w niej, aż nastąpi dalszy relatywny obrót wirnika o 60° (tworząc całkowity kąt 150°), gdy podkomora 3c ma maksymalną objętość. Dalszy obrót odsłania otwór 8 pozwalający na przepływ podgrzanej cieczy roboczej lub pary przez przewód 12, w którym jest on chłodzony w przypadku silnika lub podgrzewany w przypadku pompy ciepła. Przepływa on teraz do podkomory 6c poprzez otwór 10, a proces przenoszenia trwa podczas obrotu o dalsze 90° w relatywnym obrocie wirnika, co tworzy całkowity kąt 240°, gdy podkomora 3c będzie miała minimalną objętość. Tłok 5 przykrywa teraz otwór 10 i cykl termodynamiczny obejmujący konkretne ilości cieczy roboczej lub pary jest powtarzany.

Procesy te mogą być stabilizowane obejmując 360° relatywnego obrotu wirnika, odpowiadającego 720° obrotu tłoka i 1080° obrotu komory, jak to zostało przedstawione w tabeli 1.

PL 198 217 B1

Zamknięty obieg termodynamiczny opisany powyżej jest realizowany i powtarzany w fazie przemieszczania obejmując cztery główne ilości cieczy roboczej lub pary. Według fig. 1 płyn ten jest zlokalizowany w podkomorze 6a i rozpoczyna proces sprężania, w komorze 6b następuje koniec procesu sprężania, w podkomorze 3c i 6c oraz w przewodzie 11 realizowane jest przenoszenie ciepła przy wykorzystaniu zjawiska regeneracji, a w podkomorze 3b realizowane jest zjawisko rozprężania. Resztki cieczy roboczej lub pary pozostałe w podkomorze 3a są następnie mieszane z główną częścią cieczy roboczej lub pary w podkomorze 6b. Należy zwrócić uwagę, że procesy pracy w obydwu jednostkach rozprężania i sprężania przebiegają w tym samym czasie, mianowicie podczas obrotu o 60° w relatywnym obrocie wirnika. Regeneracyjne przenoszenie cieczy roboczej lub pary z jednostki sprężania 4 do jednostki rozprężania 1 ma zawsze inne znaczenie dla podkomory, to znaczy z podkomory 6a do 3c z 6b do 3a i z 6c do 3b i trwa krócej, mianowicie podczas obrotu o 30° w relatywnym obrocie wirnika. Przenoszenie regeneracyjne cieczy roboczej lub pary z jednostki rozprężania 1 do jednostki sprężania 4 następuje zawsze do podkomory o podobnym oznaczeniu, to znaczy z podkomory 3a do 6a, 3b do 6b i 3c do 6c i trwa dłużej, mianowicie podczas obrotu o 90° w relatywnym obrocie wirnika. Jeżeli jednostki 1 i 4 mają te same wymiary, co nie jest wymagane, geometria zapewnia, że ostatnio omówione przenoszenie płynu następuje przy stałej zsumowanej objętości.

Regeneracyjne przenoszenie jakiejkolwiek, lub podstawowej ilości cieczy roboczej lub pary jest zawsze dokonywane alternatywnie między dwoma przewodami 11 i 12. Oznacza to, że przenoszenie z jednej jednostki do drugiej przez jeden przewód następuje zawsze poprzez odwrotne przenoszenie przez inny przewód. Ponieważ podczas tego przenoszenia następuje parowanie podkomór, każda główna ilość cieczy roboczej lub pary może być ewentualnie przetransportowana przez każdą podkomorę maszyny, pozwalając na szybkie osiągnięcie obciążenia energetycznego cieczy roboczej lub pary.

Droga przepływu głównej ilości cieczy roboczej lub pary może być stabilizowana podczas obrotu o 720° w relatywnym obrocie wirnika, odpowiadającym 1440° obrotu tłoka i 2160° obrotu obudowy, jak to zostało przedstawione poniżej w tabeli 2.

Podstawową ilością cieczy roboczej lub pary według tej tabeli jest ta, która pojawia się w podkomorze 6a na fig. 1 w momencie rozpoczynania jej procesu sprężania. Można to zauważyć podczas realizacji trzech kompletnych obiegów termodynamicznych zanim płyn powróci do tej podkomory 6a, po przejściu przez wszystkie inne podkomory maszyny. Druga główna ilość cieczy roboczej lub pary, która pojawia się w podkomorze 6b według fig. 1, realizując proces sprężania, przepływa wzdłuż identycznej drogi jak to przedstawiono w tabeli 2 obejmując fazę przemieszczenia o kąt +360° w relatywnym obrocie wirnika, jak to zostało przedstawione w tabeli 2. Trzecia główna ilość cieczy roboczej lub pary, która pojawia się w podkomorze 6b według fig. 1, przy czym proces sprężania w tej komorze kończy się, przepływa podobną drogę, ale przewody zmieniają się w międzyczasie, tak, że jednostka rozprężania przenosi do jednostki sprężania poprzez przewód 11 a przepływ powrotny realizowany jest przez przewód 12 w fazie przemieszczenia o kąt +180° w relatywnym obrocie wirnika, jak to przedstawiono w tabeli 2. Czwarta główna ilość cieczy roboczej lub pary, która pojawia się w podkomorach 3c i 6 c oraz w przewodzie 11, według fig. 1 realizując regeneracyjne przenoszenia ciepła do jednostki sprężania, przepływa wzdłuż identycznej drogi jak trzecia główna ilość cieczy lub pary w fazie przemieszczania o kąt -180° w relatywnym obrocie wirnika, jak to zostało przedstawione w tabeli 2. Tym sposobem maszyna realizuje całkowicie dwanaście obiegów termodynamicznych podczas okresu określonego przez 1440° obrotu tłoka, odpowiadającego 2160° obrotu komory i 720° w relatywnym obrocie wirnika.

Należy zwrócić uwagę, że każdy indywidualny obieg termodynamiczny realizowany jest w okresie zdefiniowanym przez 240° w relatywnym obrocie wirnika, to znaczy obrocie o 480° tłoka i o 720° w przypadku komory. Którykolwiek ze składników, czy to połączone tłoki 2 i 5 lub połączone jednostki 1 i 4 pracują jako silnik na medium zewnętrzne lub pompa ciepła na medium wewnętrzne, przy czym obiegi termodynamiczne trwają dłużej niż w konwencjonalnych tłokowych silnikach cieplnych o posuwisto-zwrotnym ruchu tłoka, lub w pompach ciepła o posuwisto-zwrotnym ruchu tłoka to musi być zrealizowane podczas obrotu o 360° wału wyjściowego lub wejściowego. Ta cecha maszyny z tłokiem obrotowym opisana powyżej pozwala na zwiększenie wymiany ciepła, pozwalając na przybliżoną realizację teoretycznego idealnego obiegu termodynamicznego. Według fig. 6 dwie jednostki 1 i 4 są sztywno połączone za pomocą pustego wewnątrz wału 13 ułożyskowanego w punkcie 14 i 15 w obudowie mocującej 16. Tłoki 2 i 5 są zamo6

PL 198 217 B1 cowane na wspólnym wale 17 ułożyskowanym w punktach 18 i 19 obudowy 16. Otwory 7, 8, 9 i 10 są wykonane w płaskich promieniowych bokach komór 3 i 6 w pobliżu ich bocznych krawędzi i są otwierane i zamykane przez płaskie powierzchnie czołowe tłoków 2 i 5. Sprzęgło zębate 20, znajdujące się między wałami 13 i 17 zapewnia to, że jednostki 1 i 4 obracają się względem tłoków 2 i 5 w opisany tu sposób.

Jednostki 1 i 4 mogą być odizolowane lub wyposażone w bandaż, aby uzyskać wyższą lub niższą temperaturę otoczenia wokół nich, przy czym każda z jednostek zajmuje dużą powierzchnię aby mogła zachodzić efektywna wymiana ciepła. Obrót tych jednostek powoduje prawie stałą temperaturę pracy.

Wracając do rozważań dotyczących różnicy temperatur między jednostką 1 i 4 można zastosować dodatkowe środki grzewcze lub chłodzące dla przewodów 11 i 12 aby na przykład poprzez adaptację izolacji lub bandaża odsłonić zakończenia przewodów. Dalsze środki grzewcze mogą być zastosowane między regeneratorami i jednostką 1, podczas gdy inne środki chłodzące mogą być zastosowane między regeneratorami i jednostką 4.

Figura 6 przedstawia dla ułatwienia dwie obrotowe izolowane konstrukcje. Może tu istnieć połączenie między tymi jednostkami aby uzyskać energię w przypadku silnika i aby można było doprowadzić energię w przypadku pompy. Wały 13 i 17 mogą być odpowiednio adaptowane.

Zrozumiałe jest to, że został opisany prosty przykład wykonania obejmujący trójkątne tłoki, pracujące w komorach ograniczonych dwiema krzywymi, ale można oczywiście zastosować urządzenie posiadające n+1 (n > 2) - boczne tłoki i komory ograniczone n - krzywymi, połączone poprzez odpowiednią liczbę przewodów z regeneratorami. Stosunek wielkości prędkości obrotu komór do prędkości tłoka wynosi jak „n + 1 : „n.

PL 198 217 Β1 dd fc 4 § £

	M	n
0	CU	(U
ci	A C	A £
φ	^Τ CU	^T (U
tn	tn	tn
cu	CU	(U
Cl	S-l	Cl

(to (to

Οι (to (to (to

>1
Cl
CO
ito	fO
	•H
dd	st
ti	fO
	•N
	CU
ti	i-l
cd	Gi
>n	CO
Hd
Gl	CZ)
	(U
3	O
>,	o
rH	c-i
Gi	Gi
(U
N	1
(-1
Gi
	CU
>1	-H
r*d	sd
CO	co
4->	N
ω	d>
	M
	(to
1	ω

CU
sd	>1
T3	(d
CU-	o
1-1	Cl
tn dd
N	o
&

	>,
4-1	Cl
o	o
C4	£
dd	o
O	oz

	(0
	-H
	cd
	fO
	N
	CU-
	CI
	Gi
dd	N
o	O
to	C4
-H
c	CZ)
Gi	CU
O	U
+J	O
CZ)	Cl
	Gl
3
ti
4->
0
Cl
dd	•Ń
O	CU-
	CI
	Gl
4-1	N
rrf	o
	Od

-»Regener.· Regeneracja - przenoszenie z rozprężacza do sprężarki —»Regener: Regeneracja - przenoszenie ze sprężarki do rozprężacza.

PL 198 217 B1 (ciąg dalszy)

| Komora sprężania |

o k0

wlot

o 2

o r—1 3

wlot

•N CD* k4 co

spręż.

wylot

1

wlot

' wlot

•N Q> Lł CU to

4-J O Ϋ

1

wlot

wlot I

wlot

spręż.

spręż,

spręż.

•N Q> μ CU w

rd kO

spręż.

•N <łh ν- α

•tN <]> k-1 CU to

•N μ CU to

•N Q> M CU to

wylot

1

wlot

•N Φ μ CU cn

Przewód

12

-> regener.

M O o cn φ

-* regener.

μ o A C ^T Φ cn o μ

I

£ CD i C ¹ CD Cr Φ ku

1

μ CD A £ ¹ <D Cr Φ k-ł

-> regener.

kł ω A £ ^r Φ Cr Φ Cł

-> regener.

μ φ A £ ¹ Φ Cr CD μ

1

r-H

1

¢- regener.

1

Cł Φ Λ £ ¹ CD tn CD k-ł

regener.

μ Φ ¹ CD Cr Φ Cł

k-ł Φ ł £ ^τ Φ tn Φ k-ł

c Φ κ C ^Γ CD Cr Φ μ

1

Cł Φ 1 £ * φ Cr Φ Cł

1

regener.

μ ω . £ ' CD cn φ μ

Komora sprężania |

o cn

wylot

I

wlot

rozpręż.

wylot

n cn

rozpręż.

rozpręż „

rozpręż.

wylot

wlot

rozpręż.

_; 3a

t

wlot

rozpręż.

•N φ· k-ł CU N O Cl

rozpręż.

wylot

1

Względne obrony I wirnika

o co i—1

195

210

225

240

un n CN

o r- CN

un oo CN

300

315

330

n •n cn

360

Obroty komory

540

Lf) OO un

o m <o

tn Γ-

720

n <D r-

810

UO lT> CO

o o C7\

LT) ^P

990

m cn o T“i

o co o :—1

Obroty tłoka

360

390

o CN ^p

o Lf) śr

o 00 sr

510

540

570

600

630

660

o cn k£>

o CN r~~-

PL 198 217 B1

CM

Π5 I—I ω

Λ rcs

Η

'N

Ir»

&

rO σ' o


I	cO t oł 1
	+ 0 to
)	k
Oh 0	O
<3	cO
	(
/ o?	\ ó O + 5
$	a /
	k

•r* sr &

liczby oznaczają obroty tłoka następujące po odpowiednim obrocie komory w stopniach.

Spręż: proces sprężania.regener.: proces regeneracyjnego przenoszenia ciepła Rozpr.: proces rozprężania. 3a, 3b, 3c: określenie komory rozprężania, 6a, 6b, 6c: określenie komory sprężania.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Maszyna z tłokiem obrotowym, pracująca na ciecz lub parę, obejmująca dwie jednostki o zmiennej objętości, przy czym każda z nich posiada obrotową komorę ograniczoną wieloma krzywymi epitrochoidalnymi i wieloboczny tłok obrotowy kształtujący w niej wiele pojedynczych podkomór w procesie współdziałania z obrzeżem przynależnej komory, a ilość (n + 1) boków tłoka jest większa niż ilość (n) łuków epitrochoidalnych, znamienna tym, że maszyna zawiera element przenoszenia ruchu, korzystnie w postaci sprzęgła zębatego (20), usytuowanego między komorami do wymuszenia obrotu odpowiednich dwóch komór (3, 6) jednostek o zmiennej objętości (1, 4), z pierwszą wspólną prędkością, wokół pierwszej wspólnej osi rzeczywistej, i tym, że zawiera dwa tłoki (2, 5) poruszające się jednocześnie z drugą wspólną prędkością, wokół drugiej osi rzeczywistej, a stosunek pierwszej do drugiej wspólnej prędkości wynosi n + 1: n, przy czym każda komora (3, 6) posiada (n) spełniających podwójną funkcję otworów, umożliwiających połączenie między komorami (3, 6) poprzez przewody (11, 12), w której to maszynie każdy z przewodów zawiera regenerator.
2. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera środki grzewcze wprowadzone do jednostki (1) o zmiennej objętości, która realizuje proces rozprężania.
3. Maszyna według z^^ti^^. 2, znamienna tym, że zawiera środki grzewcze między każdy z regeneratorów i jednostkę (1) o zmiennej objętości, która realizuje proces rozprężania.
4. Maszyna według z^^sr^. 1albo 2, albo 3, znamienna tym, żezawieraśrodki chłodzącewprowadzone do jednostki (4) o zmiennej objętości, która realizuje proces sprężania.
5. Maszyna według zas^z. 4, znamienna tym, ze zawiera środki między każdy z regeneratorów i jednostkę (4) o zmiennej objętości, która realizuje procesy sprężania.
6. Maszyna według zastrz. 1, znamienna tym, że n = 2.