RU13396U1 - Генератор переменного потока горячего газа - Google Patents

Abstract

1. Генератор переменного потока горячего газа, содержащий цилиндр с поршнем, имеющим шток и образующим две полости - поршневую и штоковую, теплообменник с подводом тепла, теплообменник с отводом тепла, рекуператор и механический аккумулятор, отличающийся тем, что он снабжен вторым таким же цилиндром, установленным оппозитно первому, и его шток жестко связан со штоком первого цилиндра, поршневая полость каждого цилиндра связана со своей штоковой полостью через последовательно установленные теплообменник с подводом тепла, рекуператор, выполненный в виде теплового аккумулятора, и теплообменник с отводом тепла, а механический аккумулятор связан с поршневой группой цилиндров, при этом площадь поршня со стороны поршневой полости каждого цилиндра больше площади поршня со стороны штоковой полости.2. Генератор переменного потока горячего газа по п.1, отличающийся тем, что механический аккумулятор выполнен в виде маховика с кривошипно-шатунным механизмом или пружинного ограничителя хода.

Description

ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ШТОКА ГОРЯЧЕГО

Полезная модель относится к области маииностроений, в частности, к генераторам переменного потока, которые могут бвть использованы S качестве динейных двигателей и в качестве традиционного двигателя с враща ощимся выходным валом.

Известен генератор переменного потока горячего газа, принятый в качестве прототипа, содержагрй цилиндр с поршнем, имеющим шток, и образующим две полости - поршневую и штоковую, теплообменник с подводом тепла, теплообменник с отводом тепла, рекуператор, механический аккумулятор,вытеснительный поршень, (см. кн. Г.Ридер, Ч.Хупер,Двигатели Стирлинга,М. Мир, 1986г., стр.21)

Недостатками известного устройства являются низкий КПД за счет последовательного прохождения процессов предварительного сжатия холодного заряда и расширения горячего заряда, а также сложность конструкции механической части ДВС. Кроме того, в известном устройстве необходима дополнительная герметиза1|ия вытеснительного и рабочего поршней.

Технической задачей, на решение которой направлено данное предложение, является повышение КПД устройства путем смещения фазы сжатия расширения заряда1 на 90° за счет использования второго цилиндра, истановленного оппозитно первому, а также упрощение конст| кции механической части. Кроме того, вопрос герметичности поршня в предложенном устройстве некритичен. ГАЗА

026 1/04 1/40

с поршней, имеющим шток, и образующим две полости - поршневую и штоковую, теплообменник с подводом тепла, теплообменник с отводом тепла, рекуператор, и механическиИ аккумулятор, снабжен вторым таким же цилиндром, установленным оппозитно первому, и его шток жестко связан со штоком первого цилиндра, поршневая полость каждого цилиндра связана со своей штоковой полостью через последовательно установленные теплообменник с подводом тепла, рекуператор, выполненный в виде теплового аккумулятора, и теплообменник с отводом тепла, а механический аккумулятор связан с поршневой группой цилиндров, при этом площадь поршня со стороны поршневой полости каждого цилиндра больше площади поршня со стороны штоковой полости. того, механический аккумулятор выполнен в виде маховика с кривошипно-шатунным механизмом или в виде пружинного ограничителя хода.

Таким образом, благодаря оснащению генератора переменного потока горячего газа вторым цилиндром, установленным оппозитно первому, со штоком,жестко связанным со штоком первого цилиндра, появляетсявозможность провести процессы предварительного сжатия холодного заряда и расширения горячего заряда одновременно. Так как нет перепада давления в полостях цилиндров, то вопрос ге1 1етичности поршней некритичен. Кроме того, отсутствие в устройстве вытеснительного по1шня позволяет упростить конструкцию генератора.

На рис.1 представлена принципиальная схема генератора переменного потока горячего газа.

На рис.2 - принципиальная схема маховика с кривошипно-шатушшм механизмом.

Генератор переменного потока горячего газа содержит цилиндр I с поршнем 2, имеющим шток 3, и образующим две полости - поране ую 4 и ятоковую 5, теплообменник б с подюдом тепла, теплообменник 7 с отводом тепла, и рекператор 8, выполненный в виде теплового ак кумулятора. Генератор снабжен вторым цилиндром 9, установленным оппозитно первому, с поршнем 10, имеющим шток II, и образующим две полости - поршневую 12 и штоковую 13, теплообменник 14 с подподом тепла, теплообменник 15 с отводом тепла, и рекуператор 16, выполненный в виде теплового аккумулятора. Механический аккумулятор 17 связан с поршневой группой 16, образованной двумя поршнями 2,10 со штоками 3,11, жестко связанными между собой. Механический аккумулятор 17 может быть выполнен в виде маховика с кривошипно-шатушшм механизмом, имеющего шатун 19, кривошип 20, маховик 21.

Механический аккумулятор 17 также может быть выполнен в виде пружинного ограничителя хода, имеющего ползун 22, пружины 23,24, упорн 25,26.

Аккумулятор 17 связан с поршневой группой 18 при помощи механической связи 27.

Генератор переменного потока горячего газа работает следующим образом:

В генераторе происходит преобразование тепловой энергии в механическую посредством сжатия постояннного количества рабочего тела при низкой температуре и последующего его расширения при

высокой температуре. Поскольку работа, затрачиваемая на сжатие

jga6o4ero холода бгд тёла меньше работы, которую получают при расширении

горячего рабочего тела« генератор вырабатывает полезную механическую энергию в виде 1диклического изменения давлений в цилиндрах I и 9, вызывшэщих циклические перемещения поршневой группы 18.

При подведении тепла к теплообменникам 6,14 и отведении тепла от теплообменников 7,15, а также обеспечении движения поршневой группы 18 цилиндров 1,9, например, пусковым устройством (на черт, не попоказано) через мехнический аккумулятор 17 рабочее тело в одном цилиндре ,например, I (при движении поршневой группы 18 вле во) сжимается, а в цилиндре 9 расширяется за счет внедрения штока 3 в цилиндр I и выхода штока II из полости цилиндра 9. При этом организуется циркуляция рабочего тела из поршневой полости 4 в штоковую полость 5 цилиндра I и последовательно через теплообменнникбс подводом тепла ,рекуператор 8 (где рабочее тело отдает тепло тепловому аккумулятору - предварительное охлаждение) и затем теплообменник 7 с отводом тепла. Как видно, большая часть рабочего тела становится холодной, в то время как в цилиндре 9 большая часть рабочего тела становится горячей, что и вызывает расширение рабочего тела и,следовательно, перемещение поршневой

группы 18 влево до конца за счет появившейся силы

/ //Ь eJ./v7 где QJ/ / площадь штока

перепад давления в контурах цилиндров 9 и I среднее (эффективное) давление в цилиндре 9 Г) - среднее (эффективное) давление в цилиндре I

7/-7

Причем: Рд -/0, .

/ р / /о fj-f

здесь / - средняя (эффективная) температура рабочего тела цилиндра 9 (в градусах Кельвина)

/о - температура рабочего тела при зарядке уО, - давление зарядки рабочего тела

где Л/ / /V разница температур (средних )рабочего тела в

контурах цилиндров I и 9

Данная сила (iM UQ мере перемещения порщневоИ группы 18 влево HenpejpuBHo увеличивается, т.к. все большая часть рабочего тела в контуре цилиндра I охлаждается а в контуре цилиндра 9 нагре вается. Следовательно, перемещение поршневой группы 18 будет происходить влево до конца. При этом механический аккумулятор 17, соединенный через механическую связь 27 с поршневой группой 18 накапливает энергию движения, часть которой расходуется на реверсирование движения поршневой группы 18 при достижении крайнего левого положения. Так при использовании кривошипно-шатунного механизма с маховиком 21 в качестве механического аккумулятора 17 процесс реверса движения поршневой группы 18 происходит следующим образом; движение поршневой группы 18 (влево) через механическую связь 27 передается шатуну 19 и через кривошип 20 маховику 21.При достижении крайнего левого положения (Н.М.Т.) маховик 21 по инерции продолжит вращение по стрелке и шатун 19 через механическую связь 27 заставит перемещаться поршневую группу 18 вправо. Аналогишшм образом работает механический аккумулятор 17 в виде пружищого ограничителя хдда в крайних точках Движение поршевой группы 18 (обладающей массой) передается через механическую связь 27 ползуну 22, который в конце хода влево сжимает пружину 24, запасая энергию движения и за счет упругих сил изменяет движение поршневой группы на 18 на противоположное. При этом меняется направление циркуляции рабочего тела в контурах цилиндров I и 9 и возникает сила противоположного направления и фазы работы генератора начинают протекать аналогично рассмотренному, но при движении по|Ш1евой группы 18 вправо.

Claims (2)

1. Генератор переменного потока горячего газа, содержащий цилиндр с поршнем, имеющим шток и образующим две полости - поршневую и штоковую, теплообменник с подводом тепла, теплообменник с отводом тепла, рекуператор и механический аккумулятор, отличающийся тем, что он снабжен вторым таким же цилиндром, установленным оппозитно первому, и его шток жестко связан со штоком первого цилиндра, поршневая полость каждого цилиндра связана со своей штоковой полостью через последовательно установленные теплообменник с подводом тепла, рекуператор, выполненный в виде теплового аккумулятора, и теплообменник с отводом тепла, а механический аккумулятор связан с поршневой группой цилиндров, при этом площадь поршня со стороны поршневой полости каждого цилиндра больше площади поршня со стороны штоковой полости.

2. Генератор переменного потока горячего газа по п.1, отличающийся тем, что механический аккумулятор выполнен в виде маховика с кривошипно-шатунным механизмом или пружинного ограничителя хода.