RU2274756C2 - Способ работы теплового двигателя и двигатель романова - Google Patents
Способ работы теплового двигателя и двигатель романова Download PDFInfo
- Publication number
- RU2274756C2 RU2274756C2 RU2002116338/06A RU2002116338A RU2274756C2 RU 2274756 C2 RU2274756 C2 RU 2274756C2 RU 2002116338/06 A RU2002116338/06 A RU 2002116338/06A RU 2002116338 A RU2002116338 A RU 2002116338A RU 2274756 C2 RU2274756 C2 RU 2274756C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- volumes
- inter
- blade
- minimum
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретения относятся к объемным тепловым двигателям с внешним подводом теплоты, работающим по термодинамическому циклу Стерлинга, и могут быть использованы в различных областях машиностроения для привода объектов, работающих автономно и в обычных атмосферных условиях. Двигатель содержит, по меньшей мере, одну кольцевую цилиндрическую камеру, ротор, выполненный в виде планшайбы с кольцевым цилиндрическим выступом, делящим полосы камеры на внутреннюю и наружную эксцентрические полости. В продольных прорезях ротора лопасти установлены на шарнирах. В камере выполнено два перепускных канала, один из которых проходит через рекуперативный теплообменник и сообщает межлопастные объемы лопастей. Второй перепускной канал сообщает межлопастные объемы полостей при их минимальных величинах и проходит через рекуперативный теплообменник и внешний нагреватель. Приведен способ работы двигателя. Изобретения позволяют осуществить непрерывное превращение тепловой энергии в механическую с максимальным соответствием циклу Стирлинга. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к двигателестроению, а именно к тепловым двигателям объемного расширения с внешним подводом тепла, и может быть использовано для мобильных и стационарных силовых установок с использованием любых источников тепловой энергии, а также в холодильной технике.
Известны тепловые машины с внешним подводом тепла и с замкнутым рабочим контуром циркуляции рабочего тела. Однако ни один из способов, реализуемых при осуществлении рабочего процесса в известных машинах, не обеспечивает работу в соответствии с наиболее эффективным термодинамическим циклом Стерлинга и соответственно не обеспечивает достижение высоких термического и эффективного КПД.
Наиболее близким аналогом заявленного способа и двигателя является двигатель, содержащий овалообразную камеру, в которой, эксцентрично на валу, установлен сплошной цилиндрический ротор, делящий полость камеры на две диаметрально противоположные полости переменного окружного сечения, в продольных прорезях ротора установлены лопасти, делящие полости на межлопастные рабочие объемы, при этом двигатель снабжен внешним нагревателем и рекуперативными теплообменниками (Патент США №4357800 - прототип).
При осуществлении рабочего процесса в известном двигателе не обеспечивается изотермичности процессов расширения и сжатия, процесс регенерации не является изохронным, так как осуществляется не при максимальном и постоянном объеме рабочего тела, а рабочие полости расширения и сжатия, содержащие впускные и выпускные окна, расположенные в диаметральной плоскости, не обеспечивают эффективности процессов расширения и сжатия. Кроме того, рабочая полость камеры используется не эффективно, т.к. основной объем занимает сплошной ротор, при этом цилиндрическая поверхность ротора и лопасти, периодически перемещаясь из горячей полости расширения в холодную полость сжатия, переносят тепло из горячей в холодную, а из холодной в горячую, снижая эффективность процессов расширения и сжатия и соответственно тепловой и эффективный КПД.
Задача изобретения - создание способа работы теплового двигателя, полностью соответствующего термодинамическому циклу Стирлинга, и двигателя, работающего по указанному способу и обеспечивающего максимально возможные тепловой и эффективный КПД.
Задача решается тем, что в способе работы теплового двигателя, включающем расширение нагретого рабочего тела, перепуск через рекуперативный теплообменник с последующим сжатием, охлаждением внешним охладителем, перепуск через рекуперативный теплообменник и нагрев внешним нагревателем, процессы сжатия и расширения осуществляют в двух эксцентрических полостях, образованных множеством изменяющихся по величине межлопастных объемов, при этом в несообщающихся и увеличивающихся от минимальных до максимальных объемах одной полости рабочее тело расширяют, продолжая подводить тепло от внешнего нагревателя, после расширения в зоне уменьшения от максимальных до минимальных объемов перепускают через рекуперативный теплообменник в пропорционально увеличивающиеся от минимальных до максимальных и охлаждаемые внешним охладителем межлопастные объемы второй, после чего, продолжая охлаждение, сжимают в уменьшающихся, от максимальных до минимальных объемах второй, перепускают через рекуперативный теплообменник и внешний нагреватель в межлопастные объемы первой при минимальных межлопастных объемах и внешний нагреватель в первую полость также при минимальных ее межлопастных объемах.
При реализации способа в качестве рекуперативного теплообменника может быть использована тепловая труба, испаритель которой размещают в перепускном канале, сообщающем уменьшающиеся от максимальных до минимальных межлопастные объемы одной полости с пропорционально увеличивающимися от минимальных до максимальных другой, а конденсатор размещают в перепускном канале, сообщающем минимальные межлопастные объемы полостей.
Задача создания двигателя, реализующего предложенный способ, решена тем, что в двигателе, содержащем камеру, в которой эксцентрично на валу установлен ротор, делящий полость камеры на две полости и в продольных прорезях которого установлены лопасти, делящие полости на межлопастные объемы, внешний нагреватель, рекуперативный теплообменник и внешний охладитель, содержится, по меньшей мере одна кольцевая цилиндрическая камера, ротор выполнен в виде планшайбы с кольцевым цилиндрическим выступом, делящим полость камеры на две, внутреннюю и наружную, полости расширения и сжатия, лопасти установлены в прорезях на шарнирах, в камере выполнено два перепускных канала, один из которых проходит через рекуперативный теплообменник, сообщая межлопастные объемы полостей в зоне уменьшения от максимальных до минимальных межлопастных объемов одной и пропорционального увеличения от минимальных до максимальных межлопастных объемов другой, а второй перепускной канал сообщает межлопастные объемы полостей при их минимальных величинах и проходит через рекуперативный теплообменник и внешний нагреватель. Внешний нагреватель выполнен контактирующим со стенками камеры в зоне расширения.
В качестве расширительной полости может использоваться как наружная, так и внутренняя полости, при этом в качестве полости сжатия используется внутренняя или наружная.
При использовании в двигателе в качестве рекуперативного теплообменника тепловой трубы ее испаритель размещается в перепускном канале, сообщающем уменьшающиеся и увеличивающиеся межлопастные объемы полостей, а конденсатор - в перепускном канале, сообщающем минимальные межлопастные объемы полостей.
Для изменения мощности двигателя путем уменьшения или увеличения количества, находящегося в рабочих полостях рабочего тела, в камере выполнен канал для подачи и сброса рабочего тела.
На фиг.1 представлена совмещенная принципиальная схема предложенного способа и рабочего процесса двигателя; на фиг.2 - индикаторная диаграмма двигателя; где Qвн - внешний нагреватель, qво - внешний охладитель, qр - рекуперативный теплообменник; на фиг.3 - общий вид; на фиг.4 - сечение А-А фиг.3.
Двигатель (фиг.3, 4) содержит кольцевую цилиндрическую камеру 1, в которой эксцентрично на валу 2 установлен ротор 3, выполненный в виде планшайбы с кольцевым цилиндрическим выступом, входящим в полость камеры 1 и делящим ее на две эксцентрические с изменяющимся сечением в окружном направлении полости. В продольных прорезях выступа ротора 3 на шарнирах 4 установлены рабочие лопасти 5, делящие полости на множество межлопастных объемов, изменяющихся по величине при движении с ротором 3 по кольцевой камере 1 от максимальных до минимальных и от минимальных до максимальных, при этом внешняя полость выполняет функцию расширительной ("горячей"), а внутренняя - полости сжатия ("холодной").
С внешней стороны камеры 1 у стенок, образующих наружную полость, установлен внешний нагреватель 6, а у стенок камеры, образующих внутреннюю полость, установлен внешний охладитель 7. Камера 1 снабжена также двумя перепускными каналами 8 и 9, проходящими через рекуперативный теплообменник 10. Канал 8 сообщает между собой наружную и внутреннюю полости в зоне уменьшающихся от максимальных до минимальных межлопастных объемов первой и пропорционального увеличения от минимальных до максимальных межлопастных объемов второй. В стенке камеры выполнен канал 11 для подачи в рабочие полости рабочего тела и сброса его из полости с целью изменения мощности двигателя.
Двигатель, реализующий предложенный способ, работает следующим образом.
Нагретое в рекуператоре 10 и внешнем нагревателе 6 рабочее тело непрерывно поступает в перемещающиеся друг за другом межлопастные объемы наружной полости. Расширяясь с продолжением нагревания в увеличивающихся не сообщающихся между собой межлопастных объемах полости, рабочее тело передает усилие на лопасти 5, которые, передавая усилие через шарниры 4 выступу ротора 3, обеспечивают его вращение вместе с валом 2. На фиг.1, 2 этой фазе соответствует процесс I-II (изотермическое расширение).
После увеличения межлопастных объемов до максимальных рабочее тело из них через перепускной канал 8, проходящий через рекуператор 10, поступает в смежные (радиально) увеличивающиеся межлопастные объемы внутренней полости, охлаждаясь в рекуператоре 10, и затем внешним охладителем 7 с одновременным снижением давления и температуры. На фиг.1, 2 этой фазе соответствует II-III (изохорное охлаждение).
При дальнейшем движении межлопастные объемы, не сообщающиеся между собой, уменьшаются по величие до минимальных, при этом рабочее тело в них продолжает охлаждаться внешним охладителем 7. Этой фазе на фиг.1, 2 соответствует процесс III-IV (изотермическое сжатие).
При достижении межлопастных объемов минимального значения рабочее тело из них по каналу 9, проходящему по рекуператору 10, и через внешний нагреватель 6, нагретое поступает в межлопастные объемы первой полости в момент их увеличения.
Этой фазе на фиг.1, 2 соответствует процесс IV-I (изохорный нагрев). Предложенный способ работы теплового двигателя с внешним подводом тепла и реализующий его двигатель обеспечивают осуществление рабочего процесса в полном соответствии с термодинамическим циклом Стирлинга и достижение максимальных термического и эффективного КПД.
Конструкция двигателя отличается от известных простотой, минимальной длиной общего тракта циркуляции рабочего тела и улучшенными удельными габаритно-весовыми характеристиками.
Claims (5)
1. Способ работы теплового двигателя, включающий расширение нагретого рабочего тела, перепуск через рекуперативный теплообменник с последующим сжатием, охлаждением внешним охладителем, перепуск через рекуперативный теплообменник и нагрев внешним нагревателем, отличающийся тем, что процессы сжатия и расширения осуществляют в двух эксцентрических полостях, образованных множеством изменяющихся по величине межлопастных объемов, при этом в несообщающихся и увеличивающихся от минимальных до максимальных объемах одной полости рабочее тело расширяют, продолжая подводить тепло от внешнего нагревателя, после расширения в зоне уменьшения от максимальных до минимальных объемов перепускают через рекуперативный теплообменник в пропорционально увеличивающиеся от минимальных до максимальных и охлаждаемые внешним охладителем межлопастные объемы второй, после чего, продолжая охлаждение, сжимают в уменьшающихся от максимальных до минимальных объемах второй, перепускают через рекуперативный теплообменник и внешний нагреватель в межлопастные объемы первой при минимальных межлопастных объемах обеих полостей.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рекуперативного теплообменника используют тепловую трубу, испаритель которой размещают в перепускном канале, сообщающем уменьшающиеся от максимальных до минимальных межлопастные объемы одной полости с пропорционально увеличивающимися от минимальных до максимальных другой, а конденсатор размещают в перепускном канале, сообщающем минимальные межлопастные объемы полостей.
3. Двигатель, содержащий камеру, в которой эксцентрично на валу установлен ротор, делящий полость камеры на две полости и в продольных прорезях которого установлены лопасти, делящие полости на межлопастные объемы, внешний нагреватель, рекуперативный теплообменник, внешний охладитель, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, одну кольцевую цилиндрическую камеру, ротор выполнен в виде планшайбы с кольцевым цилиндрическим выступом, делящим полость камеры на внутреннюю и наружную полости расширения и сжатия, лопасти установлены в прорезях на шарнирах, в камере выполнено два перепускных канала, один из которых проходит через рекуперативный теплообменник и сообщает межлопастные объемы полостей в зоне уменьшения от максимальных до минимальных межлопастных объемов одной и пропорционального увеличения от минимальных до максимальных межлопастных объемов другой, а второй перепускной канал сообщает межлопастные объемы полостей при их минимальных величинах и проходит через рекуперативный теплообменник и внешний нагреватель.
4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что внешний нагреватель выполнен контактирующим со стенками камеры в зоне расширения.
5. Двигатель по любому из пп.3 или 4, отличающийся тем, что в качестве рекуперативного теплообменника использована тепловая труба, испаритель которой размещен в перепускном канале, сообщающем уменьшающиеся и увеличивающиеся межлопастные объемы полостей, а конденсатор размещен в перепускном канале, сообщающем минимальные межлопастные объемы полостей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002116338/06A RU2274756C2 (ru) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | Способ работы теплового двигателя и двигатель романова |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002116338/06A RU2274756C2 (ru) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | Способ работы теплового двигателя и двигатель романова |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002116338A RU2002116338A (ru) | 2003-12-27 |
RU2274756C2 true RU2274756C2 (ru) | 2006-04-20 |
Family
ID=35833556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002116338/06A RU2274756C2 (ru) | 2002-06-17 | 2002-06-17 | Способ работы теплового двигателя и двигатель романова |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2274756C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2587506C2 (ru) * | 2013-06-19 | 2016-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Высокие технологии инжиниринг" | Способ работы роторно-лопастной машины (варианты) и роторно-лопастная машина |
RU2801167C2 (ru) * | 2021-12-10 | 2023-08-02 | Юрий Михайлович Горбачёв | Способы увеличения эффективности теплообменных процессов в двигателе стирлинга |
-
2002
- 2002-06-17 RU RU2002116338/06A patent/RU2274756C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2587506C2 (ru) * | 2013-06-19 | 2016-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Высокие технологии инжиниринг" | Способ работы роторно-лопастной машины (варианты) и роторно-лопастная машина |
RU2801167C2 (ru) * | 2021-12-10 | 2023-08-02 | Юрий Михайлович Горбачёв | Способы увеличения эффективности теплообменных процессов в двигателе стирлинга |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002116338A (ru) | 2003-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5239833A (en) | Heat pump system and heat pump device using a constant flow reverse stirling cycle | |
EP1492940B1 (en) | Scroll-type expander having heating structure and steam engine employing the expander | |
US4446698A (en) | Isothermalizer system | |
US2799253A (en) | Elastic fluid actuated power systems | |
US4753073A (en) | Stirling cycle rotary engine | |
US7726129B2 (en) | Stirling cycle engine | |
US3830059A (en) | Heat engine | |
CA2765439C (en) | Heat exchanger and associated method employing a stirling engine | |
US20100287936A1 (en) | Thermodynamic machine, particular of the carnot and/or stirling type | |
RU2274756C2 (ru) | Способ работы теплового двигателя и двигатель романова | |
JP2008163931A (ja) | スクロール式外燃機関 | |
KR102001123B1 (ko) | 로터리 스터링-사이클 장치 및 그 방법 | |
JP2006038251A (ja) | 振動流再生型熱機関 | |
KR100454814B1 (ko) | 스털링 엔진 또는 냉동기로 활용할 수 있는 스크롤형 열교환 시스템 | |
RU2553090C2 (ru) | Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса | |
KR100849506B1 (ko) | 스크롤 방식 스털링 사이클 엔진 | |
Abdulhamid o‘g‘li | Stirling Engine and Principle of Operation | |
US4512150A (en) | Constant temperature element | |
RU2255235C1 (ru) | Роторный двигатель с внешним подводом теплоты | |
RU2326256C2 (ru) | Тепловая машина "ило", работающая по замкнутому циклу стирлинга | |
WO2004031539A1 (en) | Rotary positive displacement machine with orbiting piston | |
RU2220308C2 (ru) | Роторный двигатель (ргк) | |
WO2021259401A1 (en) | Stirling engine | |
RU2043530C1 (ru) | Роторно-поршневой двигатель стирлинга | |
JPS5857627B2 (ja) | カイテンガタスタ−リングキカン |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20050425 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20051011 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |