WO2014109667A1 - Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса - Google Patents
Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014109667A1 WO2014109667A1 PCT/RU2013/000388 RU2013000388W WO2014109667A1 WO 2014109667 A1 WO2014109667 A1 WO 2014109667A1 RU 2013000388 W RU2013000388 W RU 2013000388W WO 2014109667 A1 WO2014109667 A1 WO 2014109667A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- gas
- chamber
- heat exchanger
- volume
- heat
- Prior art date
Links
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
-
- 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
- F02G2242/00—Ericsson-type engines having open regenerative cycles controlled by valves
- F02G2242/40—Piston-type engines
- F02G2242/44—Piston-type engines having two pistons and reverse flow regenerators
Definitions
- the invention relates to engine building and can be used in thermal power plants, automobiles, refrigerators, heat pumps and other processes for converting thermal energy into mechanical energy and vice versa as a “heat pump”.
- the Stirling thermodynamic cycle is a special case of the Reillys regenerative cycle, and therefore, in the Stirling cycle, the heat recovery inside the cycle is partial and less than the Reillys cycle, which reduces the possible maximum achievable limit of the thermal efficiency of the heat engine.
- the Erickson cycle engine is also known.
- the disadvantage of the Stirling thermodynamic cycle compared to the Reillys cycle is the partial heat recovery in the thermodynamic cycle, which in particular limits the maximum thermal efficiency of the heat engine.
- the technical result of the invention is: 1. The implementation of full heat recovery during the entire working thermodynamic cycle.
- the heat engine consists of two chambers of different volumes, a chamber of the smallest volume 1, a chamber of the largest volume 2, double-acting displacers located inside the chambers, repelling two identical mass portions of gas A and B, moving in the same phases, and connected through the mechanism for converting reciprocating motion into rotational motion to the working shaft with a flywheel, volume
- chambers 1 with a low temperature are connected through a cooling recuperation heat exchanger to a regenerative heat exchanger 1, the volume of a chamber 2 with a high temperature is connected through a heating recuperative heat exchanger to a regenerative heat exchanger 2, the volumes of chambers 1, 2 from the intermediate temperature sides and regenerative heat exchangers 1, 2 are connected to a four-way rotating gas distribution valve, the drive of which through the Maltese mechanism is connected to the working shaft, so that when the working shaft, gas control valve, with the movement of displacers at the moment of pushing out volumes with low and high temperatures, provides in the chamber 1 the flow of a portion of gas 1 from one side of the displacer through the regeneration heat exchanger 1 with the transfer of stored heat from the packing to the gas to the other side, approximately increasing the pressure this portion of gas, at the same time, ensures in the chamber 2 the flow of a portion of gas 2 from one side of the displacer through the regeneration heat exchanger 2 with heat transfer from the gas to the packing on the other side, approximately isochor
- FIG. 1 depicts a heat engine that implements the Railis cycle.
- FIG. Figure 2 shows a variant of the design of a machine that implements the Railis cycle (front view).
- FIG. Figure 3 shows a variant of the design of a machine that implements the Railis cycle (top view).
- FIG. 4 shows a P-V diagram of a thermodynamic cycle.
- the volume of the chamber 1 with a low temperature T1 is connected through a cooling recovery heat exchanger 7 to a regenerative heat exchanger 8, the volume of a chamber 2 with a high temperature T3 is connected through a heating recovery heat exchanger 9 to a regenerative heat exchanger 10, the volumes of chambers 1, 2 on the sides of the intermediate temperature T2 and regenerative heat exchangers 8 , 10 are connected to a four-way gas distribution valve 4, the actuator 16 of which through the Maltese mechanism 17 is connected to the working shaft,
- the invention makes it possible to realize a heat engine operating on a Railis cycle.
- the invention can be applied in engine building, in particular, in thermal power plants, automobiles, refrigerators, heat pumps and other processes for converting thermal energy into mechanical energy and vice versa as a “heat pump”.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для преобразования тепловой энергии в механическую и обратно. Тепловая машина работает по циклу Рейлиса и состоит из камеры 1 меньшего объема и камеры 2 большего объема. Внутри камер расположены вытеснители двухстороннего действия, двигающиеся в одинаковых фазах и присоединенные через механизм преобразования возвратно поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком. Объем камеры 1 с низкой температурой присоединен через охлаждающий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику. Объем камеры 2 с высокой температурой присоединен через греющий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику. Объемы камер со сторон промежуточной температуры и регенеративные теплообменники подсоединены к четырехходовому вращающемуся газораспределительному клапану. При этом обеспечивается изохорное перетекание газа с одной стороны вытеснителя через рекуперативный и регенеративный теплообменники на другую сторону вытеснителя, а также обеспечивается изобарное перетекание газа из объема одной камеры со стороны промежуточной температуры через газораспределительный клапан, регенеративный и рекуперативный теплообменники в объем другой камеры. Изобретение направлено на повышение эффективности тепловой машины.
Description
Тепловая машина, реализующая цикл Рейлиса
Область техники
Изобретение относится к двигателестроении и может быть использовано в тепловых электростанциях, автомобилях, холодильных машинах, тепловых насосах и других процессах для преобразования тепловой энергии в механическую и обратно как «тепловой насос».
Предшествующий уровень техники
Известен двигатель работающий по циклу Стирлига, УОКЕР Г. Двигатели Стерлинга. - М: Машиностроение, 1985.
Термодинамический цикл Стирлинга является частным случаем регенеративного цикла Рейлиса в связи с чем, в цикле Стирлинга регенерация тепла внутри цикла частичная и меньше по сравнению с циклом Рейлиса, что уменьшает возможную максимальную достижимую границу термического КПД тепловой машины.
Известен также Двигатель работающий по циклу Эриксона.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является Двигатель работающий по циклу Стирлига. Описанное устройство принят за прототип изобретения.
Недостатки прототипа:
Недостатком термодинамического цикла Стирлинга по сравнению с циклом Рейлиса является частичная регенерация тепла в термодинамическом цикле, чем в частности ограничивается максимальный предел термического КПД тепловой машины.
Также низкая эффективность процессов теплообмена в нагревателе и холодильнике из-за необходимости труднодостижимого изотермического подвода и отвода теплоты ко всему объему рабочего тела в камерах.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является:
1. Реализация полноценной регенерации тепла в течении всего рабочего термодинамического цикла.
2. Реализация более эффективного теплообмена за счет применения изобарного, точечного подвода и отвода теплоты рабочего тела.
3. Повышение максимально достижимого предела термического КПД тепловых машин.
Технический результат достигается тем, что тепловая машина состоит из двух камер разных объемов, камера наименьшего объема 1, камера наибольшего объема 2, внутри камер расположены вытеснители двухстороннего действия, переталкивающие две одинаковые по массе порции газа А и Б, двигающееся в одинаковых фазах, и присоединенные через механизм преобразования возвратно поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком, объем
камеры 1 с низкой температурой присоединен через охлаждающий рекуперационный теплообменник к регенерационному теплообменнику 1, объем камеры 2 с высокой температурой присоединен через греющий рекуперационный теплообменник к регенерационному теплообменнику 2, объемы камер 1, 2 со сторон промежуточных температур и регенерационные теплообменники 1, 2 подсоединены к четырехходовому вращающемуся газораспределительному клапану, привод которого через мальтийский механизм присоединен к рабочему валу, таким образом, что при вращении рабочего вала, газораспределительный клапан, с движением вытеснителей в момент выталкивания объемов с низкой и высокой температурами, обеспечивает в камере 1 перетекание порции газа 1 с одной стороны вытеснителя через регенерационный теплообменник 1 с отдачей накопленного тепла с набивки к газу на другую сторону, приближенно изохорно повышая давление этой порции газа, одновременно обеспечивает в камере 2 перетекание порции газа 2 с одной стороны вытеснителя через регенерационный теплообменник 2 с отдачей тепла от газа к набивке на другую сторону, приближенно изохорно понижая давление этой порции газа, затем при вращении рабочего вала, с движением вытеснителей в момент выталкивания объемов с промежуточными температурами, обеспечивает перетекание порции газа 2 с камеры 2 через регенерационный теплообменник 1 с отдачей тепла от газа к набивке, изобарно сжимаясь, в камеру 1, одновременно обеспечивает перетекание порции газа 1 с камеры 1 через регенерационный теплообменник 2 с
отдачей накопленного тепла с набивки к газу, изобарно расширяясь, в камеру 2, совершая работу, запасая кинетическую энергию в маховик, далее процесс продолжается за счет накопленной энергии маховика и повторяется заново.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена Тепловая машина реализующая цикл Рейлиса.
На фиг. 2 изображен вариант устройства машины реализующей цикл Рейлиса (вид спереди).
На фиг. 3 изображен вариант устройства машины реализующей цикл Рейлиса (вид сверху).
На фиг. 4 изображена P-V диаграмма термодинамического цикла.
Варианты осуществления изобретения
Тепловая машина, работающая по циклу Рейлиса
состоит (фиг.1) из двух камер разных объемов, камера наименьшего объема 1, камера наибольшего объема 2,
при вращении рабочего вала 3, газораспределительный клапан 4,
с движением вытеснителей 5, 6 в момент выталкивания объемов с низкой Т1 и высокой ТЗ температурами,
обеспечивает в камере 1 перетекание порции газа А с одной стороны вытеснителя 5 через рекуперативный теплообменник охлаждения 7, регенерационный теплообменник 8 с отдачей накопленного тепла Qr2 с набивки к газу на другую сторону, приближенно изохорно повышая давление этой порции газа (процесс 1-2), одновременно
обеспечивает в камере 2 перетекание порции газа Б с одной стороны вытеснителя 6 через рекуперативный теплообменник нагрева 9, регенерационный теплообменник 10
с отдачей тепла Qrl от газа к набивке на другую сторону, приближенно изохорно понижая давление этой порции газа (процесс 3-4),
затем при вращении рабочего вала 3,
с движением вытеснителей 5, 6 в момент выталкивания объемов с промежуточной температурой Т2,
обеспечивает перетекание порции газа Б с камеры 2 через регенерационный теплообменник 8, с отдачей тепла от газа к набивке, рекуперативный теплообменник охлаждения 7 с отдачей тепла Q2, изобарно сжимаясь, в камеру 1 (процесс 4-1), одновременно
обеспечивает перетекание порции газа А с камеры 1 через регенерационный теплообменник 10 с отдачей накопленного тепла с набивки к газу, рекуперативный теплообменник нагрева 9 с отдачей тепла Q1 , изобарно расширяясь, в камеру 2 (процесс 2-3),
совершая работу,
запасая кинетическую энергию в маховик 11 ,
далее процесс продолжается за счет накопленной энергии маховика и повторяется заново.
Для осуществления вышеуказанного цикла (фиг.4) теоретически должно выполнятся следующее соотношение:
V2/V 1 =Р2/Р 1 =(ТЗ -Т2)/(Т2-Т 1 ) ,
где:
VI - Объем камеры 1 ;
V2 - Объем камеры 2;
Р1 - Давление в процессе сжатия рабочего тела;
Р2 - Давление в процессе расширении рабочего тела;
Т1 - Температура рабочего тела в холодильнике;
Т2 - Промежуточная температура;
ТЗ - Температура рабочего тела в нагревателе.
Тепловая машина, работающая по циклу Рейлиса
состоит (фиг. 2, 3)из двух камер разных объемов, камера наименьшего объема 1 , камера наибольшего объема 2,
внутри камер расположены вытеснители 5, 6 двухстороннего действия, переталкивающие две одинаковые по массе порции газа А и Б,
двигающиеся в одинаковых фазах, и присоединенные через механизм преобразования возвратно поступательного движения во вращательное (толкатели 12, 13, шатуны 14, 15, коленчатый вал 3), к рабочему валу с маховиком 1 1 ,
объем камеры 1 с низкой температурой Т1 присоединен через охлаждающий рекуперационный теплообменник 7 к регенерационному теплообменнику 8, объем камеры 2 с высокой температурой ТЗ присоединен через греющий рекуперационный теплообменник 9 к регенерационному теплообменнику 10, объемы камер 1, 2 со сторон промежуточной температуры Т2 и регенерационные теплообменники 8, 10 подсоединены к четырехходовому газораспределительному клапану 4, привод 16 которого через мальтийский механизм 17 присоединен к рабочему валу,
при вращении рабочего вала 3, газораспределительный клапан 4,
с движением вытеснителей 5, 6 в момент выталкивания объемов с низкой Т1 и высокой ТЗ температурами,
обеспечивает в камере 1 перетекание порции газа А с одной стороны вытеснителя 5 через рекуперативный теплообменник охлаждения 7, регенерационный теплообменник 8 с отдачей накопленного тепла Qr2 с набивки к газу на другую сторону, приближенно изохорно повышая давление этой порции газа,
одновременно
обеспечивает в камере 2 перетекание порции газа Б с одной стороны вытеснителя 6 через рекуперативный теплообменник нагрева 9, регенерационный теплообменник 10 с отдачей тепла Qrl от газа к набивке на другую сторону, приближенно изохорно понижая давление этой порции газа,
затем при вращении рабочего вала 3,
с движением вытеснителей 5, 6 в момент выталкивания объемов с промежуточной температурой Т2,
обеспечивает перетекание порции газа Б с камеры 2 через регенерационный теплообменник 8, с отдачей тепла от газа к набивке, рекуперативный теплообменник охлаждения 7 с отдачей тепла Q2, изобарно сжимаясь, в камеру 1,
одновременно
обеспечивает перетекание порции газа А с камеры 1 через регенерационный теплообменник 10 с отдачей накопленного тепла с набивки к газу, рекуперативный теплообменник нагрева 9 с отдачей тепла Q1, изобарно расширяясь, в камеру 2, совершая работу А,
запасая кинетическую энергию в маховик 1 1 ,
далее процесс продолжается за счет накопленной энергии маховика и повторяется заново.
Изобретение позволяет реализовать Тепловую машину, работающую по циклу Рейлиса.
Промышленная применимость
Изобретение может применяться в двигателестроении, в частности, в тепловых электростанциях, автомобилях, холодильных машинах, тепловых насосах и других процессах для преобразования тепловой энергии в механическую и обратно как «тепловой насос».
Claims
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Тепловой машина, работающая по циклу Рейлиса,
характеризующаяся тем, что состоит из двух камер разных объемов, камера наименьшего объема 1 , камера наибольшего объема 2,
внутри камер расположены вытеснители двухстороннего действия,
переталкивающие две одинаковые по массе порции газа А и Б,
двигающееся в одинаковых фазах, и присоединенные через механизм преобразования возвратно поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком, объем камеры 1 с низкой температурой присоединен через охлаждающий
рекуперационный теплообменник к регенерационному теплообменнику 1 ,
объем камеры 2 с высокой температурой присоединен через греющий
рекуперационный теплообменник к регенерационному теплообменнику 2,
объемы камер 1, 2 со сторон с промежуточной температурой и регенерационные теплообменники 1 , 2 подсоединены к четырехходовому вращающемуся
газораспределительному клапану, привод которого через мальтийский механизм присоединен к рабочему валу,
таким образом, что при вращении рабочего вала, газораспределительный клапан, с движением вытеснителей в момент выталкивания объемов с низкой и высокой температурами,
обеспечивает в камере 1 перетекание порции газа А с одной стороны вытеснителя через регенерационный теплообменник 1 с отдачей накопленного тепла с набивки к газу на другую сторону, приближенно изохорно повышая давление этой порции газа, одновременно
обеспечивает в камере 2 перетекание порции газа Б с одной стороны вытеснителя через регенерационный теплообменник 2 с отдачей тепла от газа к набивке на другую сторону, приближенно изохорно понижая давление этой порции газа,
затем при вращении рабочего вала,
с движением вытеснителей в момент выталкивания объемов с промежуточной температурой,
обеспечивает перетекание порции газа Б с камеры 2 через регенерационный теплообменник 1 с отдачей тепла от газа к набивке, изобарно сжимаясь, в камеру 1 , одновременно
обеспечивает перетекание порции газа А с камеры 1 через регенерационный теплообменник 2 с отдачей накопленного тепла с набивки к газу, изобарно расширяясь, в камеру 2,
совершая работу,
запасая кинетическую энергию в маховик,
далее процесс продолжается за счет накопленной энергии маховика и повторяется заново.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013100405 | 2013-01-09 | ||
| RU2013100405/06A RU2553090C2 (ru) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014109667A1 true WO2014109667A1 (ru) | 2014-07-17 |
Family
ID=51167209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2013/000388 WO2014109667A1 (ru) | 2013-01-09 | 2013-05-08 | Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2553090C2 (ru) |
| WO (1) | WO2014109667A1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018035586A1 (pt) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | Associação Paranaense De Cultura - Apc | Motor térmico de ciclo diferencial composto por quatro processos isobáricos, quatro processos isocóricos com regenerador e processo de controle para o ciclo termodinâmico do motor térmico |
| WO2018195619A1 (pt) * | 2017-04-25 | 2018-11-01 | Associação Paranaense De Cultura - Apc | Motor térmico de ciclo diferencial composto por quatro processos isobáricos, quatro processos politrópicos com regenerador e processo de controle para o ciclo termodinâmico do motor térmico |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3751904A (en) * | 1970-09-25 | 1973-08-14 | S Rydberg | Heat engines |
| RU2189481C2 (ru) * | 2000-04-28 | 2002-09-20 | Андреев Виктор Иванович | Устройство и способ работы двигателя андреева |
| RU2189480C2 (ru) * | 2000-02-28 | 2002-09-20 | Андреев Виктор Иванович | Устройство и способ работы двигателя андреева |
-
2013
- 2013-01-09 RU RU2013100405/06A patent/RU2553090C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2013-05-08 WO PCT/RU2013/000388 patent/WO2014109667A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3751904A (en) * | 1970-09-25 | 1973-08-14 | S Rydberg | Heat engines |
| RU2189480C2 (ru) * | 2000-02-28 | 2002-09-20 | Андреев Виктор Иванович | Устройство и способ работы двигателя андреева |
| RU2189481C2 (ru) * | 2000-04-28 | 2002-09-20 | Андреев Виктор Иванович | Устройство и способ работы двигателя андреева |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018035586A1 (pt) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | Associação Paranaense De Cultura - Apc | Motor térmico de ciclo diferencial composto por quatro processos isobáricos, quatro processos isocóricos com regenerador e processo de controle para o ciclo termodinâmico do motor térmico |
| WO2018195619A1 (pt) * | 2017-04-25 | 2018-11-01 | Associação Paranaense De Cultura - Apc | Motor térmico de ciclo diferencial composto por quatro processos isobáricos, quatro processos politrópicos com regenerador e processo de controle para o ciclo termodinâmico do motor térmico |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013100405A (ru) | 2014-07-20 |
| RU2553090C2 (ru) | 2015-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2406485B1 (en) | Heat engine with regenerator and timed gas exchange | |
| US6568169B2 (en) | Fluidic-piston engine | |
| EP1492940B1 (en) | Scroll-type expander having heating structure and steam engine employing the expander | |
| WO2014005229A1 (en) | Temperature management in gas compression and expansion | |
| CA2766027C (en) | Energy transfer machines | |
| WO2006033879A2 (en) | Vapor pump power system | |
| EP2964941B1 (en) | A thermodynamic machine | |
| AU2009302547A1 (en) | Heat engine improvements | |
| US9828942B2 (en) | Thermal energy recovery system | |
| CN1138058C (zh) | 一种超临界回热加热发动机 | |
| KR20160019429A (ko) | 폐열 또는 지열 열을 이용하기 위한 방법 및 그 열 엔진 | |
| US20070234719A1 (en) | Energy conversion device and operation method thereof | |
| WO2014109667A1 (ru) | Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса | |
| JP5620567B1 (ja) | 熱機関 | |
| JP2009198084A (ja) | パルス管型蓄熱機関 | |
| KR100849506B1 (ko) | 스크롤 방식 스털링 사이클 엔진 | |
| KR20060071827A (ko) | 엔진실린더, 재생기와 냉각기가 일체형으로 결합된외연열기관 | |
| WO2005108769A1 (en) | Reciprocating engine with cyclical displacement of working medium | |
| JP2947649B2 (ja) | パルス管式熱機関 | |
| US20100064681A1 (en) | Method for increasing performance of a stirling or free-piston engine | |
| KR20140036888A (ko) | 폐열을 이용한 이젝터-스터링 사이클 장치 | |
| BE1018375A3 (nl) | Verbeterde inrichting voor de omzetting van thermische in mechanische energie. | |
| RU151039U1 (ru) | Энергоустановка с двигателем стирлинга | |
| KR200435918Y1 (ko) | 엔진실린더, 재생기와 냉각기가 일체형으로 결합된외연열기관 | |
| RU2326256C2 (ru) | Тепловая машина "ило", работающая по замкнутому циклу стирлинга |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 13870977 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 13870977 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |