RU167598U1 - Stirling engine using a liquid-gas phase transition of a working fluid - Google Patents

Stirling engine using a liquid-gas phase transition of a working fluid Download PDF

Info

Publication number
RU167598U1
RU167598U1 RU2016107452U RU2016107452U RU167598U1 RU 167598 U1 RU167598 U1 RU 167598U1 RU 2016107452 U RU2016107452 U RU 2016107452U RU 2016107452 U RU2016107452 U RU 2016107452U RU 167598 U1 RU167598 U1 RU 167598U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
working fluid
cavity
working
heat exchanger
return
Prior art date
Application number
RU2016107452U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Михайлович Онучин
Андрей Андреевич Медяков
Павел Николаевич Анисимов
Анастасия Николаевна Козлова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет"
Priority to RU2016107452U priority Critical patent/RU167598U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU167598U1 publication Critical patent/RU167598U1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details

Abstract

Полезная модель относится к области силовых установок и двигателей объемного вытеснения, в частности к двигателям, работающим при расширении и сжатии массы рабочего газа, который нагревается и охлаждается в одной или нескольких постоянно сообщающихся камерах, например, двигателей, работающих по циклу Стирлинга.Технический результат полезной модели - повышение удельной мощности двигателя на единицу объема рабочего тела при давлении рабочего тела, близком к атмосферному. Указанный технический результат достигается тем, что заявленный двигатель Стирлинга с использованием фазового перехода жидкость-газ рабочего тела, включающий полость возврата, ограниченную стенками холодного цилиндра и вытесняющего поршня, полость расширения, ограниченную стенками горячего цилиндра и рабочего поршня, охладитель, промежуточный теплообменник и нагреватель, установленные в магистралях рабочего тела, соединяющих полость возврата и полость расширения, шатуны, соединяющие рабочий и вытесняющий поршни с коленчатым валом, расположенным в картере, магистрали рабочего тела, соединяющие полость возврата и промежуточный теплообменник в обход охладителя и полость расширения и промежуточный теплообменник в обход нагревателя, а также необходимые для организации направления циркуляции рабочего тела двигателя обратные клапаны, установленные в магистралях рабочего тела непосредственно перед полостями возврата и расширения; содержит рабочее тело, изменяющее свое агрегатное состояние в процессе осуществления рабочего цикла двигателя, причем конденсация рабочего тела происходит в охладителе, а испарение - в нагревателе, объем полостиThe utility model relates to the field of power plants and volume displacement engines, in particular to engines operating during expansion and contraction of the working gas mass, which is heated and cooled in one or several constantly communicating chambers, for example, engines operating according to the Stirling cycle. models - increasing the specific power of the engine per unit volume of the working fluid at a working fluid pressure close to atmospheric. The specified technical result is achieved by the fact that the claimed Stirling engine using a liquid-gas phase transition of the working fluid, including a return cavity bounded by the walls of the cold cylinder and the displacement piston, an expansion cavity bounded by the walls of the hot cylinder and the working piston, a cooler, an intermediate heat exchanger and a heater, installed in the mains of the working fluid connecting the return cavity and the expansion cavity, connecting rods connecting the working and displacing pistons with the crankshaft, located in the crankcase, the working fluid lines connecting the return cavity and the intermediate heat exchanger bypassing the cooler and the expansion cavity and the intermediate heat exchanger bypassing the heater, as well as the check valves necessary for organizing the direction of circulation of the working fluid of the engine, are installed in the working fluid highways immediately before the return cavities and extensions; contains a working fluid that changes its state of aggregation during the implementation of the engine operating cycle, and the condensation of the working fluid occurs in the cooler, and the evaporation in the heater, the volume of the cavity

Description

Полезная модель относится к области силовых установок и двигателей объемного вытеснения, в частности к двигателям, работающим при расширении и сжатии массы рабочего газа, который нагревается и охлаждается в одной или нескольких постоянно сообщающихся камерах, например, двигателей, работающих по циклу Стирлинга.The utility model relates to the field of power plants and volume displacement engines, in particular to engines operating during expansion and contraction of the working gas mass, which is heated and cooled in one or several constantly communicating chambers, for example, engines operating according to the Stirling cycle.

Из существующего уровня техники известен двигатель Стирлинга альфа типа, включающий полость возврата, ограниченную стенками холодного цилиндра и вытеснительного поршня, полость расширения, ограниченную стенками горячего цилиндра и рабочего поршня, охладитель, регенератор и нагреватель, установленные последовательно в газовой магистрали, соединяющей полость возврата и полость расширения, шатуны, соединяющие рабочий и вытеснительный поршень с коленчатым валом, расположенным в картере (см. книга Г. Уокер «Двигатели Стирлинга», М. Машиностроение, 1985, стр. 32).The Stirling engine of the alpha type is known from the prior art, including a return cavity bounded by the walls of the cold cylinder and the displacement piston, an expansion cavity bounded by the walls of the hot cylinder and the working piston, a cooler, a regenerator and a heater installed in series in a gas line connecting the return cavity and the cavity extensions, connecting rods connecting the working and displacement piston to the crankshaft located in the crankcase (see G. Walker's book Stirling Engines, M. Mashino building, 1985, p. 32).

Наиболее близким к заявленному техническому решению является двигатель внешнего нагрева с V-образным расположением поршней, включающий полость возврата, ограниченную стенками холодного цилиндра и вытесняющего поршня, полость расширения, ограниченную стенками горячего цилиндра и рабочего поршня, охладитель, промежуточный теплообменник и нагреватель, установленные последовательно в магистрали рабочего тела, соединяющей полость возврата и полость расширения, шатуны, соединяющие рабочий и вытесняющий поршни с коленчатым валом, расположенным в картере, дополнительные магистрали рабочего тела, соединяющие полость возврата и промежуточный теплообменник в обход охладителя и полость расширения и промежуточный теплообменник в обход нагревателя, а также необходимые для организации направления циркуляции рабочего тела двигателя обратные клапаны, установленные в магистралях рабочего тела непосредственно перед полостями возврата и расширения [Патент РФ 146383, МПК F02G 1/043, F02G 1/053, F01B 1/04, опубл. 10.10.2014. Медяков А.А„ Онучин Е.М., Анисимов П.Н. «Двигатель внешнего нагрева с v-образным расположением поршней»].Closest to the claimed technical solution is an external heating engine with a V-shaped arrangement of pistons, including a return cavity bounded by the walls of the cold cylinder and the displacing piston, an expansion cavity bounded by the walls of the hot cylinder and the working piston, a cooler, an intermediate heat exchanger and a heater installed in series in the working fluid line connecting the return cavity and the expansion cavity, connecting rods connecting the working and displacing pistons with the crankshaft, located to the housing in the crankcase, additional mains of the working fluid connecting the return cavity and the intermediate heat exchanger bypassing the cooler and the expansion cavity and the intermediate heat exchanger bypassing the heater, as well as the check valves necessary for organizing the direction of circulation of the working fluid of the engine, installed in the mains of the working fluid immediately before the return cavities and extensions [RF Patent 146383, IPC F02G 1/043, F02G 1/053, F01B 1/04, publ. 10/10/2014. A. Medyakov “Onuchin E.M., Anisimov P.N. "An external heating engine with a v-shaped arrangement of pistons"].

Недостатком данного технического решения, характерным для двигателей Стирлинга с однофазным рабочим телом, является относительно низкая удельная мощность двигателя на единицу объема рабочего тела при давлении рабочего тела, близком к атмосферному.The disadvantage of this technical solution, characteristic of Stirling engines with a single-phase working fluid, is the relatively low specific power of the engine per unit volume of the working fluid at a working fluid pressure close to atmospheric.

Технический результат полезной модели - повышение удельной мощности двигателя на единицу объема рабочего тела при давлении рабочего тела, близком к атмосферному.The technical result of the utility model is to increase the specific power of the engine per unit volume of the working fluid at a working fluid pressure close to atmospheric.

Указанный технический результат достигается тем, что заявленный двигатель Стирлинга с использованием фазового перехода жидкость-газ рабочего тела, включающий полость возврата, ограниченную стенками холодного цилиндра и вытесняющего поршня, полость расширения, ограниченную стенками горячего цилиндра и рабочего поршня, охладитель, промежуточный теплообменник и нагреватель, установленные в магистралях рабочего тела, соединяющих полость возврата и полость расширения, шатуны, соединяющие рабочий и вытесняющий поршень с коленчатым валом, расположенным в картере, магистрали рабочего тела, соединяющие полость возврата и промежуточный теплообменник в обход охладителя и полость расширения и промежуточный теплообменник в обход нагревателя, а также необходимые для организации направления циркуляции рабочего тела двигателя обратные клапаны, установленные в магистралях рабочего тела непосредственно перед полостями возврата и расширения; содержит рабочее тело, изменяющее свое агрегатное состояние в процессе осуществления рабочего цикла двигателя, причем конденсация рабочего тела происходит в охладителе, а испарение - в нагревателе, объем полости возврата меньше объема полости расширения, рекуператор в качестве промежуточного теплообменника вместо регенератора, в рекуператоре происходит теплообмен между жидкостью и газом.The specified technical result is achieved by the fact that the claimed Stirling engine using a liquid-gas phase transition of the working fluid, including a return cavity bounded by the walls of the cold cylinder and the displacement piston, an expansion cavity bounded by the walls of the hot cylinder and the working piston, a cooler, an intermediate heat exchanger and a heater, installed in the mains of the working fluid connecting the return cavity and the expansion cavity, connecting rods connecting the working and displacing piston to the crankshaft located in the crankcase, the working fluid lines connecting the return cavity and the intermediate heat exchanger bypassing the cooler and the expansion cavity and the intermediate heat exchanger bypassing the heater, as well as the check valves necessary for organizing the direction of circulation of the working fluid of the engine, are installed in the working fluid highways immediately before the return cavities and extensions; contains a working fluid that changes its state of aggregation during the engine’s operating cycle, and the condensation of the working fluid occurs in the cooler and the evaporation in the heater, the volume of the return cavity is less than the volume of the expansion cavity, the heat exchanger instead of the regenerator as an intermediate heat exchanger, heat exchange occurs between the heat exchanger liquid and gas.

Сущность изобретения поясняется рисунком, на котором изображена схема двигателя Стирлинга с использованием фазового перехода жидкость-газ рабочего тела.The invention is illustrated in the figure, which shows a diagram of a Stirling engine using a liquid-gas phase transition of the working fluid.

Двигатель Стирлинга с использованием фазового перехода жидкость-газ рабочего тела состоит из полости расширения 1, которая ограничена стенками горячего цилиндра 2 и рабочим поршнем 3, полости возврата 4, которая ограничена стенками холодного цилиндра 5 и вытесняющим поршнем 6, замкнутой магистрали рабочего тела газ-жидкость 7, которая последовательно соединяет полость расширения 1, рекуператор 8, холодильник 9 и полость возврата 4, магистрали рабочего тела жидкость-газ 10, которая последовательно соединяет полость возврата 4, рекуператор 8, нагреватель 11 и полость расширения 1, шатунов 12, соединяющих рабочий поршень 3 и вытесняющий поршень 6 с коленчатым валом 13, расположенным в картере 14, а также из обратных клапанов 15, установленных в магистралях рабочего тела 7 и 10 непосредственно перед цилиндрами 2 и 5.The Stirling engine using the liquid-gas phase transition of the working fluid consists of an expansion cavity 1, which is limited by the walls of the hot cylinder 2 and the working piston 3, a return cavity 4, which is limited by the walls of the cold cylinder 5 and the displacing piston 6, a closed gas-liquid working fluid 7, which sequentially connects the expansion cavity 1, the recuperator 8, the refrigerator 9 and the return cavity 4, the liquid-gas 10 working fluid line, which sequentially connects the return cavity 4, the recuperator 8, on revatel 11 and cavity extension 1, the connecting rods 12 connecting the working piston 3 and the displacer piston 6 to the crankshaft 13 disposed in the crankcase 14, as well as the check valves 15 installed in the working fluid mains 7 and 10 immediately before the cylinders 2 and 5.

Двигатель Стирлинга с использованием фазового перехода жидкость-газ рабочего тела работает следующим образом: внутреннее пространство магистралей рабочего тела, герметично соединяющих составные части двигателя, частично заполняется рабочим телом в жидком состоянии. Теплота сгорания топлива передается рабочему телу в нагревателе 11, при этом рабочее тело частично или полностью испаряется, температура и давление рабочего тела повышаются. Испарившееся рабочее тело совершает работу, расширяясь в полости расширения 1, и перемещает рабочий поршень 3 вниз. Таким образом, полость расширения увеличивается до максимального объема и заполняется горячим рабочим телом в газообразном состоянии. Далее рабочий поршень двигается вверх и вытесняет рабочее тело из расширительной полости по магистрали рабочего тела 7 в рекуператор 8. Рабочее тело вытесняется в рекуператор 8 в обход нагревателя 11 благодаря обратным клапанам 15, установленным в газовых магистралях 7 и 10. Проходя рекуператор 8, горячее рабочее тело (газ) охлаждается и далее поступает в холодильник 9. В холодильнике 9 температура рабочего тела понижается ниже температуры конденсации с помощью охлаждающей среды и рабочее тело конденсируется. При движении вытесняющего поршня 6 вниз полость возврата увеличивается в объеме и охлажденное рабочее тело (жидкость) заполняет полость возврата. Затем при движении вытесняющего поршня 6 вверх рабочее тело направляется по газовой магистрали 10 в обход холодильника в рекуператор 8, где забирает часть теплоты от газообразного рабочего тела и затем подается в нагреватель 11, и далее цикл повторяется. Таким образом, при использовании рабочего тела, изменяющего свое агрегатное состояние в процессе осуществления рабочего цикла двигателя, когда рабочее тело испаряется при нагреве в нагревателе 11 и конденсируется при охлаждении в холодильнике 9, возможно повышение удельной мощности двигателя на единицу объема рабочего тела при давлении рабочего тела, близком к атмосферному, по сравнению с аналогичными двигателями, использующими газообразное рабочее тело.The Stirling engine using the liquid-gas phase transition of the working fluid works as follows: the internal space of the mains of the working fluid, hermetically connecting the components of the engine, is partially filled with the working fluid in a liquid state. The heat of combustion of the fuel is transferred to the working fluid in the heater 11, while the working fluid partially or completely evaporates, the temperature and pressure of the working fluid increase. The evaporated working fluid does the work, expanding in the expansion cavity 1, and moves the working piston 3 down. Thus, the expansion cavity increases to a maximum volume and is filled with a hot working fluid in a gaseous state. Next, the working piston moves up and displaces the working fluid from the expansion cavity along the main flow of the working fluid 7 to the recuperator 8. The working fluid is displaced into the recuperator 8 bypassing the heater 11 due to check valves 15 installed in the gas lines 7 and 10. Passing the recuperator 8, the hot working the body (gas) is cooled and then goes to the refrigerator 9. In the refrigerator 9, the temperature of the working fluid drops below the condensation temperature with the help of a cooling medium and the working fluid condenses. When the displacing piston 6 moves down, the return cavity increases in volume and the cooled working fluid (liquid) fills the return cavity. Then, when the displacing piston 6 moves upward, the working fluid is directed along the gas line 10, bypassing the refrigerator, into the recuperator 8, where it takes part of the heat from the gaseous working fluid and then is supplied to the heater 11, and then the cycle repeats. Thus, when using a working fluid that changes its state of aggregation during the implementation of the working cycle of the engine, when the working fluid evaporates when heated in the heater 11 and condenses when cooled in the refrigerator 9, it is possible to increase the specific power of the engine per unit volume of the working fluid at the pressure of the working fluid , close to atmospheric, in comparison with similar engines using a gaseous working fluid.

Claims (1)

Двигатель Стирлинга с использованием фазового перехода жидкость-газ рабочего тела, состоящий из полости возврата, ограниченной стенками холодного цилиндра и вытесняющего поршня, полости расширения, ограниченной стенками горячего цилиндра и рабочего поршня, охладителя, промежуточного теплообменника и нагревателя, установленных в магистралях рабочего тела, соединяющих полость возврата и полость расширения, шатунов, соединяющих рабочий и вытесняющий поршни с коленчатым валом, расположенным в картере, магистралей рабочего тела, соединяющих полость возврата с промежуточным теплообменником в обход охладителя и полость расширения с промежуточным теплообменником в обход нагревателя, а также необходимых для организации направления циркуляции рабочего тела двигателя обратных клапанов, установленных в магистралях рабочего тела непосредственно перед полостями возврата и расширения, отличающийся тем, что рабочее тело изменяет свое агрегатное состояние в процессе осуществления рабочего цикла двигателя, причем конденсация рабочего тела происходит в охладителе, а испарение - в нагревателе, объем полости возврата меньше объема полости расширения, содержит рекуператор в качестве промежуточного теплообменника, в рекуператоре происходит теплообмен между жидкостью и газом.A Stirling engine using a liquid-gas phase transition of a working fluid, consisting of a return cavity bounded by the walls of the cold cylinder and the displacing piston, an expansion cavity bounded by the walls of the hot cylinder and the working piston, a cooler, an intermediate heat exchanger, and a heater installed in the mains of the working fluid connecting return cavity and expansion cavity, connecting rods connecting the working and displacing pistons with the crankshaft located in the crankcase, the working fluid lines, connecting connecting the return cavity with an intermediate heat exchanger bypassing the cooler and the expansion cavity with the intermediate heat exchanger bypassing the heater, as well as the check valves necessary for organizing the direction of circulation of the working fluid of the engine installed in the mains of the working fluid immediately before the return and expansion cavities, characterized in that the working fluid changes its state of aggregation during the implementation of the engine operating cycle, and the condensation of the working fluid occurs in the cooler, and evaporation e - in the heater, the volume of the return cavity is less than the volume of the expansion cavity, contains a recuperator as an intermediate heat exchanger, heat exchange between the liquid and gas takes place in the recuperator.
RU2016107452U 2016-03-01 2016-03-01 Stirling engine using a liquid-gas phase transition of a working fluid RU167598U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016107452U RU167598U1 (en) 2016-03-01 2016-03-01 Stirling engine using a liquid-gas phase transition of a working fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016107452U RU167598U1 (en) 2016-03-01 2016-03-01 Stirling engine using a liquid-gas phase transition of a working fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU167598U1 true RU167598U1 (en) 2017-01-10

Family

ID=58452016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016107452U RU167598U1 (en) 2016-03-01 2016-03-01 Stirling engine using a liquid-gas phase transition of a working fluid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU167598U1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2014481C1 (en) * 1992-05-14 1994-06-15 Владимир Иванович Меркулов Thermal engine with outside source of heat
WO2013068778A1 (en) * 2011-11-09 2013-05-16 Moskal Denys Method of production work from thermal exchanging
RU146383U1 (en) * 2014-01-21 2014-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" EXTERNAL HEATING ENGINE WITH V-PISTON POSITION

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2014481C1 (en) * 1992-05-14 1994-06-15 Владимир Иванович Меркулов Thermal engine with outside source of heat
WO2013068778A1 (en) * 2011-11-09 2013-05-16 Moskal Denys Method of production work from thermal exchanging
RU146383U1 (en) * 2014-01-21 2014-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет" EXTERNAL HEATING ENGINE WITH V-PISTON POSITION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8061133B2 (en) Piston steam engine with internal flash vaporization of a work medium
US4148195A (en) Liquid piston heat-actuated heat pump and methods of operating same
RU2673954C2 (en) Reciprocating motor-compressor with integrated stirling engine
NO20110250A1 (en) Thermodynamic cycle and heating machine
RU2010140529A (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH INTERDEPENDENT PISTONS
JP4580247B2 (en) Engine system
US4109468A (en) Heat engine
RU2006146349A (en) FOUR STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH ULTRA EXTENSION
KR101018379B1 (en) External combustion engine and output method thereof
JP3521183B2 (en) Heat engine with independently selectable compression ratio and expansion ratio
RU167598U1 (en) Stirling engine using a liquid-gas phase transition of a working fluid
EP3097280B1 (en) Variable volume transfer shuttle capsule and valve mechanism
RU146383U1 (en) EXTERNAL HEATING ENGINE WITH V-PISTON POSITION
RU2565933C1 (en) Closed-cycle piston engine
RU2284420C1 (en) Method of operation of heat machine and piston engine for implementing the method
RU2549273C1 (en) External combustion engine heat exchange section
RU2189481C2 (en) Engine design and method of operation
RU2269668C1 (en) Heat machine
RU2131532C1 (en) External-combustion engine operating process
RU2611170C1 (en) Piston valveless expasion engine
RU2426912C1 (en) Procedure for conversion of heat energy into mechanical work
RU73400U1 (en) PISTON ENGINE-POWER INSTALLATION
RU2005900C1 (en) Stirling engine
RU36862U1 (en) COMBINED ENGINE
BG4039U1 (en) Low temperature combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20170304