WO2018203766A1 - Direct and inverse stirling cycle having controlled heat transfer conditions in regenerator - Google Patents

Direct and inverse stirling cycle having controlled heat transfer conditions in regenerator Download PDF

Info

Publication number
WO2018203766A1
WO2018203766A1 PCT/RU2017/000283 RU2017000283W WO2018203766A1 WO 2018203766 A1 WO2018203766 A1 WO 2018203766A1 RU 2017000283 W RU2017000283 W RU 2017000283W WO 2018203766 A1 WO2018203766 A1 WO 2018203766A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cycle
heat
working fluid
regenerator
heat transfer
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000283
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Юрий Евгеньевич ВИНОГРАДОВ
Олег Валентинович ВИГДОРЧИКОВ
Original Assignee
Юрий Евгеньевич ВИНОГРАДОВ
Олег Валентинович ВИГДОРЧИКОВ
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 Юрий Евгеньевич ВИНОГРАДОВ, Олег Валентинович ВИГДОРЧИКОВ filed Critical Юрий Евгеньевич ВИНОГРАДОВ
Priority to PCT/RU2017/000283 priority Critical patent/WO2018203766A1/en
Publication of WO2018203766A1 publication Critical patent/WO2018203766A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/044Hot 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 having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output

Definitions

  • the invention relates to the field of “Steam engine”, since a gas acting as a working fluid of a heat engine is a vapor of a certain substance (liquid air, argon, neon, helium, etc.).
  • An analogue of the invention is the thermodynamic cycle of the Stirling engine, source of information: [J. Keenan, “Thermodynamics”, translated from English by A.F. Kotina edited by M.P. Vukalovich, State Energy Publishing House, Moscow-Leningrad, 1963, page 94, total 280].
  • thermodynamic cycle of the Stirling engine involves the regeneration of heat from the spent working fluid into a heated working fluid.
  • the heat exchange is provided in a heat exchanger-heat regenerator, in which, when it is hot-blown by an exhausted working fluid, heat is accumulated, and during reverse cold purge by a heated working fluid, heat is transferred from the regenerator to the heated-working fluid.
  • Figure 1 shows the change in the volume V r over the main piston, and the volume V x over the displacing piston, i.e., the dynamics of the volume (V r ) of the hot cylinder and the dynamics of the volume (V x ) of the cold cylinder, which follows from the corresponding source of information: [http://rosavto42.ru/content/termodinamika/dvig stirling.html. Electronic resource, Article on the Internet, “Stirling Engine”, Fig. 10.23.].
  • stage 1 2 of the thermodynamic process this is the stage of compression of a cold working fluid and moving it through a heat exchanger-regenerator (hereinafter referred to as the regenerator) into a hot cylinder.
  • the regenerator a heat exchanger-regenerator
  • thermodynamic process proceeds with an increase in pressure under conditions of a decrease in volume above the displacing piston and some increase in volume above the working piston.
  • the volume V r does not change (almost), and the volume V x decreases.
  • Step 2 3 shown in FIG. 1 is a working move. Isothermal expansion occurs and useful work is done.
  • the volume above the displacing piston (V x ) does not change (almost), and the volume (V r ) above the working piston increases.
  • Stage 3 4 - at this stage the displacing cylinder sucks the spent body, because its volume (Vx) increases.
  • the pressure in an increasing volume drops, because the working fluid enters the cold cylinder, where the density of the working fluid increases.
  • Stage 3 4 is the stage of starting the hot purge of the regenerator, and at this stage the specific heat C P acts.
  • the working fluid (gas) of the heat engine passes through the regenerator in an increasing volume mode with a pressure drop.
  • the gas exhibits a specific heat capacity ⁇ ⁇ and with the corresponding heat capacity of the materials of the regenerator, the gas can leave a significant amount of heat in the regenerator.
  • thermodynamic cycle starting from stage 1 2 and further according to the above algorithm.
  • the working fluid can take less heat (in the same temperature range) from the heat that is transferred to the regenerator of the heat engine.
  • K REG The theoretical coefficient of regeneration (K REG ) of heat (without taking into account the heat pressure in the heat transfer) cannot be more than the value:
  • the technical problem solved by the present invention is to increase (increase) the efficiency of a heat engine that performs (implements) a direct Sterling cycle in engine mode, as well as increase (increase) the refrigeration coefficient of a heat engine that performs (implements) a reverse Sterling cycle in heat pump mode, by performing (implementing) a heat engine, respectively, a direct or reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator.
  • the technical result is achieved by the fact that in the claimed direct and reverse Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, consisting of thermodynamic processes of heating and compressed working fluid, expansion and cooling of the working fluid, heat transfer from the spent working fluid to the heated working fluid, cooled working fluid and the heated working fluid is transferred to the regenerator of the heat engine under conditions when both working fluids, heated and cooled, are in a constant volume state.
  • the technical result is achieved by the fact that in the claimed direct and reverse Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, to compensate for heat losses in the regenerator of the heat engine, arising due to the non-zero value of the temperature head during the transfer of thermal power (during hot purging) heat capacity the material that accumulates heat in the regenerator, set the maximum possible, and with cold blowing of the regenerator, the heat capacity of the heat storage substance in the regenerator is set pour the lowest possible.
  • thermodynamic processes are carried out simultaneously with the working fluid in the first and second devices for changing the volume of the working fluid — expanders, which are structural elements (working technical units) of the Sterling engine, namely:
  • the working fluid in the first expander, the working fluid is isochorically heated, and in the second expander, the working fluid is isochorically cooled;
  • the working fluid is expanded in the first expander to obtain useful work, and the working fluid is compressed in the second expander to obtain useful work;
  • the working fluid isochorically heated in the second expander, and the working fluid isochorically cooled in the first expander;
  • the working fluids are moved towards each other in the heat exchanger, preventing them mutual penetration, but at the same time create conditions so that heat flows from the working fluid previously heated in the previous cycle to the working fluid previously cooled in the previous cycle, provided that the working fluid previously heated in the previous cycle process and passed the heat exchanger is additionally cooled to a lower temperature in the cycle, and the working fluid, previously cooled in the previous process of the cycle, is additionally heated to the upper temperature in the cycle.
  • the cooling coefficient of such a heat pump that performs (implements) the declared reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator will be several times larger than the cooling coefficient of a heat pump implementing the reverse Stirling cycle with a traditional regenerator installed between the working and displacing cylinder, which will be shown below.
  • the claimed Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, performed (sold) by a heat engine operating in engine mode, allows to reduce to zero the amount of waste heat that is traditionally transferred from the heat engine to the environment.
  • the specified technical result of a significant reduction in the amount of waste heat, which is traditionally transferred from the heat engine to the environment, is achieved by the fact that in a heat engine operating on a direct Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, the working fluid after the end of the working stroke (at the cooling stage in a cycle), sent to a cold heat pump regenerator, which is paired with the temperatures of the cold and hot regenerator, respectively, with the temperatures of the waste heat and melting heat in the cycle, and the working fluid in the cycle, the heating step of the Stirling cycle heat transfer with controlled conditions in the regenerator, not heated only by supplying heat, but they are also heated in a hot regenerator of the aforementioned conjugate heat pump.
  • thermodynamic cycle can almost always be clearly illustrated by a graph that displays the parameters of the working substance (working fluid) at specific points of the cycle, and the transition paths (processes - steps) that connect these specific points of the thermodynamic cycle.
  • the schedule of the thermodynamic cycle helps in the disclosure of the invention and in its usefulness and significance.
  • thermodynamic Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator allows you to efficiently convert low-temperature heat into mechanical work with an efficiency that is much higher than the efficiency of the Carnot cycle (efficiency) -
  • the claimed Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator consists of several stages (thermodynamic processes) performed in the claimed cycle in the following order:
  • thermodynamic cycle provides for the regeneration of heat from the spent working fluid into a heated working fluid.
  • the Stirling cycle is known, where the regenerator stores heat during hot purging in its heat capacity. During cold blowing, the working fluid takes away part of the heat from the regenerator, and the rest of the heat from the regenerator must be emitted, transferred to the environment.
  • the Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator it is possible either to switch the regenerator from the purge in step 2 of the 3 cycle to the purge in the opposite direction in step 4 of the 1 cycle, as shown in FIG. 2, but it’s simpler, without switching the regenerator, to transfer the heat of the spent fluid from stage 2 3 of the cycle to the stage of heating of the working fluid 4 of 1 cycle, but in a different cylinder volume, where the claimed Stirling cycle is also carried out with controlled heat transfer conditions in the regenerator, but with a shift working procedures of the thermodynamic cycle in time.
  • step 4 1 is performed in the second cycle.
  • the work in step 3 4 is performed in the second cycle.
  • a different volume used for the implementation of the cycle is formed above the reverse side of the double-acting piston, then in the first volume, in stage 1-2 of the cycle, for example, the next stage of the cycle is performed, which produces useful mechanical work, and in the second volume, on the other side of the piston, stage 3-4 is performed.
  • this is the compression stage, and in the mathematical evaluation of the work performed, a sign is obtained for this work that is opposite to the work sign in stage 1 2 of the cycle, but in fact, the previously discharged working fluid is compressed, in which pressure reduced from the average level is obtained by isochoric cooling.
  • the piston is drawn into this second volume, and the pulling force works against external forces, increasing useful work.
  • the isochoric cooling step 2 3 cycles and the isochoric heating 4 1 cycle shown in FIG. 2, is provided by the transfer of heat from step 2 of the 3 cycle to step 4 of the 1 cycle using a heat regenerator (heat exchanger for exchanging heat with the working fluid of another thermodynamic cycle).
  • the regenerator at the stage 2 3 of the cycle hot purge
  • at the stage 4 of the 1 cycle cold purge
  • the temperature Thol 300 ° K is selected above the typical value of the temperature of the natural reservoir for waste heat from the operation of heat engines.
  • CCGT combined cycle plants
  • the pressure above the piston and under the piston is equal to the initial pressure P 0 , the volume matters - V 0 , the temperature matters - T 0 , namely:
  • the pressure (Pg) at point 3 of the cycle is determined according to the law of Klaiperon-Mendeleev:
  • the entropy parameters of points 1 and 3 of the cycle are determined by interpolation from the values of entropy obtained from the information source [1], from the corresponding pressure and temperature values closest to points 1 and 3 of the cycle, namely:
  • Si5o_3oo 5.343 kJ / kg * deg.
  • the volume Vi at point 1 of the cycle is calculated as:
  • the volume V3 at point 3 of the cycle is calculated as:
  • thermodynamic process when they are calculated, they necessarily examine the heat that the thermodynamic process is able to transfer, and they examine the situation to see if all the transferred heat has a temperature higher than the temperature of the working fluid at the heating stage.
  • step 4 1 (Q 4 j ) is calculated as:
  • step 2 3 (Q 2 3) is calculated as:
  • thermodynamic cycle Only useful work is derived from the claimed thermodynamic cycle
  • thermodynamic cycle The efficiency of the thermodynamic cycle of a heat engine operating in engine mode is determined as the ratio of useful mechanical work to all the energy output (C> output) from the thermodynamic cycle:
  • Ovod is the energy derived from the cycle, calculated as the sum of the useful mechanical work (CYCLE) and the waste heat (Q B poc)
  • KPTTEORET In percent
  • the thermal power of the selected regenerator can also be reduced by half, but if the regenerator is left the same, then the temperature incursion in the regenerator will also be reduced by half. Reducing the temperature rise in pressure in the regenerator leads to an increase in the efficiency of the thermodynamic cycle due to the reduction of losses in the regenerator.
  • the efficiency of the declared real cycle (efficiency at) of Stirling with the real temperature incursion (dT) during controlled heat transfer in the regenerator according to the declared cycle is determined by the following ratio:
  • dT is the temperature (thermal) pressure in the regenerator when transmitting the necessary heat power.
  • KPDKARNO 100 * (Tgor - cold) / T GO p
  • Table 1 presents the values of the efficiency of the direct cycle of the prototype, the same for all three rows of Table 1.
  • the refrigeration coefficient (K X OL_PROTOTYPE) of a heat pump operating in the reverse Carnot cycle (prototype) is calculated by the inverse Carnot formula as follows:
  • Table 1 presents the values of the refrigeration coefficient of the reverse cycle of the prototype (CHOL ⁇ PROTOTYPE), the same for all three rows of Table 1.
  • the refrigeration coefficient (Khol_t . N at) of a heat pump made according to the declared real reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator with the corresponding heat head (dT) is determined by the following relation:
  • Khol_T H_dT Prototype Prototype * EFF_t.N_ ⁇ YY
  • Table 1 Column 5 presents the values of the refrigeration coefficient (K X ol of the declared cycle in the heat pump mode at different values of the thermal head (dT).
  • Increased cost factor (Kudrrozh_ (1t) is proportional to the total work cycle and the heat drive pump to work cycle with natural refrigerator.
  • Carnot operation of the heat pump drive (M t n) entraining the entire junk heat from - under the cycle to the heater, it is determined by the estimate (with an overestimation of the necessary work) as a percentage of the heat input to the cycle, as follows:
  • K UD orozh_at the cost of equipment
  • Table 1 presents the values of the coefficients of appreciation mono-temperature converter of heat into mechanical work (without taking into account the savings usually allocated for the construction of a cooling tower).
  • a heat pump made according to the reverse Stirling cycle does not depend on the condensation temperature of freon and generally does not require freons and freon-like working fluids, designed strictly for certain temperatures.
  • Source of information [Tanklevsky V.I., Gruzman P.M., Kirillov N.G., Sudar Yu.M. “Decentralized heat supply systems with heat pumps operating on the reverse Stirling cycle”, Heat-energy-efficient technologies, Information Bulletin, N 1, S-Pb., 1997, p. 38-40].
  • thermodynamic and statistical formulations of the second law of thermodynamics which consists in the fact that the statistical statement of the second law of thermodynamics claims that in a closed system processes accompanied by an increase in entropy are the most probable, while the thermodynamic statement of the second law of thermodynamics considers such processes to be the only possible ones. .
  • thermodynamic formulation of the second law of thermodynamics not only does not deny, but, on the contrary, suggests the possibility of processes as a result of which the system passes from more probable states to less probable, with a decrease in entropy, while the thermodynamic formulation of the second law of thermodynamics completely excludes the possibility similar processes.
  • Figure 1 presents graphs of the dynamics of changes in volume V r (hot cylinder) and changes in volume V x (cold cylinder) in a Stirling engine.
  • FIG. 2 presents one of the possible graphs of the thermodynamic cycle of a heat engine, made taking into account the claims, according to paragraph 1.
  • FIG. 3 A graphical illustration is presented of an engine device with two oblique washers satisfying the method of claim 1. 4.4.
  • FIG. 4 presents the dynamics of changes in the working volumes of a cylinder with a double-acting piston in a heat to work converter arranged within the framework of the requirements of paragraph 1 of the method of the claims.
  • FIG. 5 shows a pneumatic block diagram of a device according to paragraph 1 of the method of the claims.
  • nanoscale magnetite in magnetic fluids in the temperature range (336 ° K + 340 ° K) undergoes an order-to-order magnetic phase transition
  • the magnetic field in the material of the regenerator (in the material that stores heat) should be reduced to zero when the regenerator is hot-blown and the magnetic field in the regenerator material should be increased during cold-blown.
  • the temperature of the material of the regenerator will increase, which will allow transferring all the heat stored by the regenerator to the working fluid of the Stirling engine, despite the fact that the specific heat of the working fluid in the regime of cold purging is reduced.
  • the property of changing the heat capacity of the working agent with a change in pressure is used.
  • the liquid agent evaporates at the temperature of the freezer and exhibits an increased specific heat, and at increased pressure the gas goes into the liquid phase, condensation heat is released at an increased temperature in the cooling radiator located on the rear wall of the refrigerator. If the evaporation of the regenerator agent is carried out during the hot purge of the regenerator, and the condensation of the regenerator substance is carried out at the time of the cold purge of the regenerator, then the heated working fluid of the Sterling engine will absorb all the heat previously accumulated by the regenerator substance.
  • the engine with a slanting washer is a piston machine without a crankshaft.
  • the piston, cylinder and piston rod are cylindrical and coaxial, and the rod has the ability to move along itself in the guides of the heads, if the piston is double-acting.
  • the output shaft is located outside the cylinder, in the immediate vicinity of the cylinder.
  • the output shaft has the ability to rotate around its axis in angular contact bearings, a washer is fixed to the shaft, and some part of the plane of the washer is not perpendicular to the axis of the shaft.
  • the piston rod abuts against the washer and during the stroke of the piston with the rod, the rod affects the oblique portion of the washer and the washer together with the shaft rotates around the axis of the output shaft.
  • a feature of the engine is the fact that the mass of the working fluid in the cylinder is always enclosed in the volume between the piston and the corresponding cylinder head. After the working stroke, the temperature of the working fluid remains high (too little internal energy is converted into mechanical work). And, despite the fact that the working fluid is considered to be spent in one part of the cylinder, the spent working fluid will always be hotter than the working fluid in another part of the cylinder, and if the heat from the spent is transferred to this, another part of the cylinder, and this gas volume is slightly cooled. , then there will be forces that will return the piston to its original state and at the same time will work against external forces.
  • FIG. 3 is a graphic illustration of the engine with two oblique washers.
  • Pistons 1 and 1a are located on rods 2 and 2a.
  • two washers 4 lev and 4 right are placed, and between them the rods and pistons are located so that the ends of the rods 2 and 2a touch the surfaces of the two washers 4 lev and 4 rights on tracks 5 and 6, the plane of tracks 6 is perpendicular to the axis of the shaft Za-3 .
  • FIG. Figure 4 shows the dynamics of changes in the working volume of the cylinders: between the piston and the left cylinder head and between the piston and the right cylinder head (when the output shaft rotates with an angular speed of ⁇ / s).
  • the lower group of graphs shows the change in the volume of the cylinder left and right of the piston 1a.
  • FIG. 5 The pneumatic structural diagram of a device operating according to the claimed cycle is shown in FIG. 5.
  • the piston engine is shown in FIG. 5 by cylinder 7, piston 1, rod 2 and cylinder heads 8 left and 8 right with guides for rod 2.
  • FIG. 5 the position of the stem and the slanting washers of 4 levs and 4 rights is displayed, in which the ends of the stem 2 abut against the non-inclined part of the washers of 4 levs and 4 rights, i.e. in surface 6 (see FIG. 3 for more details).
  • the piston may be hollow with an internal baffle.
  • the piston cavity to the right of the septum, the cylinder volume Vnp and the right stem cavity are communicating vessels.
  • the right cavity of the rod in addition, communicates with external pipelines through connector x.
  • the piston cavity to the left of the septum, the cylinder volume Ulev and the left stem cavity are communicating vessels.
  • the left cavity of the rod in addition, communicates with external pipelines through the connector u.
  • the cylinder head can move the partition - the curtain, respectively 9left and 9right.
  • the drives for moving these partitions along the stem are not reflected (the technical solutions of the drive are infinitely many), however, the drives move the partitions from the piston to the head after making a stroke in this part of the cylinder and in the phase of piston suction from the head to the piston.
  • the shaft and washers rotate so that the stem begins to slide along the oblique part of the active washer 4right and to do the useful work of rotating the shaft under the action of expanding gas on the left side of the cylinder and a pulling force on the piston into the reduced pressure region on the right side of the cylinder.
  • the rod is fixed in the achieved state between the non-inclined parts of the washer, the position of the piston and the volumes in the right and left parts are fixed (although they turn out to be unequal) and the movement of the curtain-partitions begins back side that is accompanied heat transfer from a hot working fluid through a non-return valve 16 to a regenerator 10 and then to a cold working fluid flowing through a non-return valve 16 to a heat exchanger 11 for pre-heating the heated working fluid in a heat exchanger 11, and the process of moving the curtain-partitions is accompanied by the removal of excess heat (not transferred to the regenerator 10) from the cooled working fluid in the heat exchanger pre-cooler 12.
  • the curtain-partition moving from right to left (purge Pr1), causes gas to move in the heat exchangers, but the check valve 17 prevents the passage of gas through the on channel of the heat exchanger 12.
  • the check valve 18 makes the working fluid move through the channel n about the heat exchanger 12 and transfer to this heat exchanger the remnants of waste heat from that heat that was not transferred to the heated body in the regenerator 1 0.
  • Check valves 19 and 20 are designed to implement similar procedures when heating and cooling the working fluid on the right side of the cylinder to prevent movement of the working fluid through channel c_p in the heating process of the working fluid on the right side of the cylinder.
  • thermodynamic processes of compression and expansion increases the overall efficiency of the heat engine.
  • efficiency also increases if the nature of the thermodynamic processes of compression and expansion of the working fluid in the heat engine is close to the isothermal nature of the implementation of thermodynamic processes.
  • the main components of the working units of the engine made according to the structural diagram shown in FIG. 5 is a piston machine and a regenerator (heat exchanger).
  • a heat engine operating according to the declared cycle will have to pass less than six liters through its working volume per kilogram of air.
  • the diameter of each cylinder (d ⁇ m) of the engine will amount to no more than 150 mm.
  • Cylinders around one shaft with oblique washers can accommodate more than one cylinder - for example, eight cylinders.
  • the volume filling factor of the metal is not more than 25%, and the packing density of the engine elements is 0.5.
  • V da dz full volume (V da dz) engine working cycle according to the claimed, will be a value Udaig ⁇ 100 liters, and its mass will be a value mi ⁇ 300 kg.
  • V-GEPLOOBM The volume of heat exchangers (V-GEPLOOBM) must not exceed the value:
  • VTEIDIOOEM ⁇ 48 / 30,000 0.0016 m 3
  • the parameters of the claimed cycle shown in FIG. 2 correspond, inter alia, to a device, which may have the name: “Low-grade waste heat converter”.
  • Such low-temperature sources of heat include heat transferred to cooling towers of power plants, heat of cooling of powerful compressors and internal combustion engines, parasitic heat of powerful computer centers, heat of metallurgical plants, heat from collectors of exhaust ventilation of the subway, hotels and industrial premises, etc. etc., which is advisable to use, in other words, disposed of with the receipt of mechanical work.
  • a distinctive feature of such a converter utilizing low-temperature waste (low-potential) heat is the small temperature difference between the temperature of the heat supply to the converter, made on the basis of a heat engine with an external heat input, and the temperature of the cold tank into which the heat engine is forced to discharge waste heat from the spent working heat body.
  • the temperature of the waste heat will be higher than the typical value of the environment (for example, water in a natural reservoir) and this will ensure the operability of such a converter.
  • typical value of the environment for example, water in a natural reservoir
  • conventional compressed air is used as the working fluid in the "Low-potential-heat waste converter"
  • the average air pressure in the cycle equal to 20.0 MPa was chosen.
  • a small change in pressure in the cycle makes it easier to meet the requirements for the reliability of the membrane that separates heat-exchanging media from each other, and a small coefficient of pressure change provides a low temperature difference in the heat supply and removal.
  • the combination of parameters in the cycle may be different, as well as the type of the selected working fluid, for example, air, argon, neon, helium.
  • the heat engine is airtight, but there can be no high requirements to the structure for its tightness, in the case of using air as a working fluid, because the working fluid is easily replenished by a small capacity compressor built into the machine.
  • a low-temperature heat converter operating according to the declared thermodynamic cycle allows efficiently processing low-temperature waste heat into mechanical work with an efficiency much higher than the efficiency of the Carnot cycle.

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

In hot purging of a Stirling cycle regenerator, a spent working medium is under constant pressure (having a high specific heat capacity), while in cold purging of a regenerator, when a working medium is heated, the working medium is in a constant volume state (having a low specific heat capacity). As a result, in the case of cold purging, a portion of the heat of the spent working medium inevitably is not required by the heated working medium from the regenerator, and said portion of the heat has be removed from the cycle to the heat engine cooler. The efficiency of the cycle drops lower than that to be expected in the case of the complete regeneration of heat in a regenerator. A technical solution is proposed which eliminates the deficiencies of a direct Stirling cycle, including a technical solution for improving the efficiency of an inverse Stirling cycle. As a result, the efficiency of the direct Stirling cycle is maximized, making it possible to use the present invention to create a multi-temperature heat-to-work converter, and to significantly increase cooling efficiency, in particular, in the case of heat engines using the inverse Stirling cycle.

Description

Прямой и обратный цикл Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе.  Forward and reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator.
1. Область техники, к которой относится изобретение.  1. The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к области «Паровая машина», поскольку газ, выполняющий функции рабочего тела тепловой машины - это пар некого вещества (жидкого воздуха, аргона, неона, гелия и т.п.).  The invention relates to the field of “Steam engine”, since a gas acting as a working fluid of a heat engine is a vapor of a certain substance (liquid air, argon, neon, helium, etc.).
2. Уровень техники.  2. The prior art.
Аналогом изобретения является термодинамический цикл двигателя Стирлинга, источник информации: [Дж.Кинан, «Термодинамика», перевод с английского А.Ф. Котина под редакцией М.П. Вукаловича, Государственное энергетическое издательство, Москва- Ленинград, 1963 г, страница 94, всего 280].  An analogue of the invention is the thermodynamic cycle of the Stirling engine, source of information: [J. Keenan, “Thermodynamics”, translated from English by A.F. Kotina edited by M.P. Vukalovich, State Energy Publishing House, Moscow-Leningrad, 1963, page 94, total 280].
Термодинамический цикл двигателя Стирлинга предполагает регенерацию теплоты из отработавшего рабочего тела в нагреваемое рабочее тело.  The thermodynamic cycle of the Stirling engine involves the regeneration of heat from the spent working fluid into a heated working fluid.
Теплообмен обеспечивается в теплообменнике-регенераторе теплоты, в котором, при его горячей продувке отработавшим рабочим телом, теплота накапливается, а при обратной холодной продувке нагреваемым рабочим телом, теплота из регенератора передаётся нагреваемому рабочему телу.  The heat exchange is provided in a heat exchanger-heat regenerator, in which, when it is hot-blown by an exhausted working fluid, heat is accumulated, and during reverse cold purge by a heated working fluid, heat is transferred from the regenerator to the heated-working fluid.
На фиг.1 представлено изменение объёма Vr над основным поршнем, и объема Vx над вытесняющим поршнем, т.е., динамика изменения объёма (Vr) горячего цилиндра и динамика изменения объёма (Vx) холодного цилиндра, что следует из соответствующего источника информации: [http://rosavto42.ru/content/termodinamika/dvig stirling.html. Электронный ресурс, Статья в Интернете, «Двигатель Стирлинга», Рис. 23.10.]. Figure 1 shows the change in the volume V r over the main piston, and the volume V x over the displacing piston, i.e., the dynamics of the volume (V r ) of the hot cylinder and the dynamics of the volume (V x ) of the cold cylinder, which follows from the corresponding source of information: [http://rosavto42.ru/content/termodinamika/dvig stirling.html. Electronic resource, Article on the Internet, “Stirling Engine”, Fig. 10.23.].
На фиг. 1 представлен этап 1 2 термодинамического процесса - это этап сжатия холодного рабочего тела и перемещение его через теплообменник-регенератор (далее именуемый - регенератор) в горячий цилиндр.  In FIG. 1 presents stage 1 2 of the thermodynamic process - this is the stage of compression of a cold working fluid and moving it through a heat exchanger-regenerator (hereinafter referred to as the regenerator) into a hot cylinder.
Это так называемая холодная продувка регенератора. Термодинамический процесс идёт с увеличением давления в условиях уменьшения объёма над вытесняющим поршнем и некоторым увеличением объёма над рабочим поршнем. Объем Vr не меняется (почти), а объем Vx падает. This is the so-called cold purge of the regenerator. The thermodynamic process proceeds with an increase in pressure under conditions of a decrease in volume above the displacing piston and some increase in volume above the working piston. The volume V r does not change (almost), and the volume V x decreases.
В таких условиях рабочее тело (газ) тепловой машины демонстрирует теплоёмкость Cv, такую, что выполняются соотношения: Under such conditions, the working fluid (gas) of the heat engine demonstrates the heat capacity C v such that the following relations are satisfied:
Су ^ Ср , Су = Ср / г, где г - показатель адиабаты газа. Cy ^ Cp, Cy = Cp / g, where r is the adiabatic index of the gas.
При малой удельной теплоёмкости Су газ не может забрать из регенератора всю теплоту при том же перепаде температур, т.е. самую ту теплоту, которую в регенераторе, при тех же значениях перепадов температур, оставил отработавший газ при горячей продувке регенератора. Этап 2 3, представленный на фиг. 1 - это рабочий ход. Происходит изотермическое расширение и совершается полезная работа. At a low specific heat capacity, Su gas cannot take all the heat out of the regenerator at the same temperature difference, i.e. the very heat that in the regenerator, at the same temperature differences, was left by the exhaust gas during the hot purge of the regenerator. Step 2 3 shown in FIG. 1 is a working move. Isothermal expansion occurs and useful work is done.
Объём над вытесняющим поршнем (Vx) не меняется (почти), а объём (Vr) над рабочим поршнем увеличивается. The volume above the displacing piston (V x ) does not change (almost), and the volume (V r ) above the working piston increases.
Этап 3 4 - на этом этапе вытесняющий цилиндр отсасывает отработавшее тело, поскольку его объём (Vx) возрастает. Кроме того, давление в возрастающем объёме падает, ибо рабочее тело попадает в холодный цилиндр, где увеличивается плотность рабочего тела.  Stage 3 4 - at this stage, the displacing cylinder sucks the spent body, because its volume (Vx) increases. In addition, the pressure in an increasing volume drops, because the working fluid enters the cold cylinder, where the density of the working fluid increases.
Этап 3 4 - это этап начала горячей продувки регенератора, и на этом этапе действует удельная теплоёмкость СР. Stage 3 4 is the stage of starting the hot purge of the regenerator, and at this stage the specific heat C P acts.
Таким образом, рабочее тело (газ) тепловой машины проходит через регенератор в режиме увеличивающегося объёма при падении давления. В таких условиях газ проявляет удельную теплоёмкость СР и при соответствующей теплоёмкости материалов регенератора газ может оставить в регенераторе значительное количество теплоты. Thus, the working fluid (gas) of the heat engine passes through the regenerator in an increasing volume mode with a pressure drop. Under such conditions, the gas exhibits a specific heat capacity С Р and with the corresponding heat capacity of the materials of the regenerator, the gas can leave a significant amount of heat in the regenerator.
Этап 4 1 - на этом этапе рабочее тело выдавливается из главного цилиндра через регенератор - происходит продолжение горячей продувки в режиме постоянного давления, ибо рабочее тело, хоть и попадает в малый объём над вытесняющим поршнем, но умещается там при постоянном давлении, так как при охлаждении плотность рабочего тела увеличивается, и единица массы рабочего тела занимает меньший объём.  Stage 4 1 - at this stage, the working fluid is squeezed out of the master cylinder through the regenerator - the hot purge continues in constant pressure mode, because the working fluid, although it falls into a small volume above the displacing piston, but fits there at a constant pressure, since during cooling the density of the working fluid increases, and the unit mass of the working fluid occupies a smaller volume.
На этом этапе также проявляется удельная теплоёмкость рабочего тела в его значении Ср. At this stage, the specific heat of the working fluid is also manifested in its value Cf.
Далее следует повторение термодинамического цикла, начиная с этапа 1 2 и далее по представленному выше алгоритму. Then follows the repetition of the thermodynamic cycle, starting from stage 1 2 and further according to the above algorithm.
Получается, что, с учётом понимания состояния удельной теплоёмкости рабочего тела, при горячей и холодной продувках регенератора, из регенератора рабочее тело может забрать теплоты (в одинаковом интервале температур) меньше, чем теплоты, которая выносится в регенератор тепловой машины.  It turns out that, taking into account the understanding of the specific heat capacity of the working fluid, with hot and cold purges of the regenerator, the working fluid can take less heat (in the same temperature range) from the heat that is transferred to the regenerator of the heat engine.
Теоретический коэффициент регенерации (КРЕГ) теплоты (без учёта теплового напора на теплообмене) не может быть больше, чем величина:The theoretical coefficient of regeneration (K REG ) of heat (without taking into account the heat pressure in the heat transfer) cannot be more than the value:
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000004_0001
Для одноатомных газов, например, гелия,  For monatomic gases, such as helium,
КрЕГ_ГЕЛИЙ = 1 / г = 1 / 1.66 = 0.6.  HELIUM CREG = 1 / g = 1 / 1.66 = 0.6.
Значит, 40% бросовой теплоты после рабочего термодинамического цикла - обязательно нужно из цикла удалять, и тогда КПД двигателя Стерлинга (КПДСТИРЛИНГ) ограничивается в следующих пределах: This means that 40% of the waste heat after a working thermodynamic cycle must be removed from the cycle, and then the efficiency of the Stirling engine (Efficiency STIRLING ) is limited to the following limits:
КПДСТИРЛИНГ ~ 60%.  KPDSTIRLING ~ 60%.
В реально происходящих термодинамических процессах эффективность цикла Стерлинга будет еще меньше, в том числе, из-за потерь энергии в регенераторе за счёт не нулевого температурного напора между обменивающимися теплом рабочими телами. 3. Раскрытие изобретения. In the actual thermodynamic processes, the effectiveness of the Stirling cycle will be even less, including due to energy losses in the regenerator due to the non-zero temperature pressure between the working fluids exchanging heat. 3. Disclosure of the invention.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение (увеличение) КПД тепловой машины, выполняющей (реализующей) прямой цикл Стерлинга в режиме двигателя, а также повышение (увеличение) холодильного коэффициента тепловой машины, выполняющей (реализующей) обратный цикл Стерлинга в режиме теплового насоса, посредством выполнения (реализации) тепловой машиной, соответственно, прямого или обратного цикла Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе.  The technical problem solved by the present invention is to increase (increase) the efficiency of a heat engine that performs (implements) a direct Sterling cycle in engine mode, as well as increase (increase) the refrigeration coefficient of a heat engine that performs (implements) a reverse Sterling cycle in heat pump mode, by performing (implementing) a heat engine, respectively, a direct or reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator.
Технический результат достигается тем, что в заявленном прямом и обратном цикле Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, состоящим из термодинамических процессов нагрева и сжатая рабочего тела, расширения и охлаждения рабочего тела, передачи теплоты из отработавшего рабочего тела в нагреваемое рабочее тело, охлаждаемое рабочее тело и нагреваемое рабочее тело перемещают в регенератор тепловой машины в условиях, когда оба рабочих тела, нагреваемое и охлаждаемое, находятся в состоянии постоянного объёма.  The technical result is achieved by the fact that in the claimed direct and reverse Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, consisting of thermodynamic processes of heating and compressed working fluid, expansion and cooling of the working fluid, heat transfer from the spent working fluid to the heated working fluid, cooled working fluid and the heated working fluid is transferred to the regenerator of the heat engine under conditions when both working fluids, heated and cooled, are in a constant volume state.
Кроме того, технический результат достигается тем, что в заявленном прямом и обратном цикле Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, для компенсации потерь теплоты в регенераторе тепловой машины, возникающих за счет не нулевого значения температурного напора при передаче тепловой мощности (при горячей продувке) теплоемкость материала, накапливающего теплоту в регенераторе, устанавливают максимально возможную, а при холодной продувке регенератора, теплоемкость вещества-накопителя теплоты в регенераторе устанавливают минимально возможную.  In addition, the technical result is achieved by the fact that in the claimed direct and reverse Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, to compensate for heat losses in the regenerator of the heat engine, arising due to the non-zero value of the temperature head during the transfer of thermal power (during hot purging) heat capacity the material that accumulates heat in the regenerator, set the maximum possible, and with cold blowing of the regenerator, the heat capacity of the heat storage substance in the regenerator is set pour the lowest possible.
Технический результат по одному из вариантов реализации цикла Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе достигается также тем, что  The technical result of one of the options for implementing the Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator is also achieved by the fact that
- на каждом из четырех чередующихся друг за другом этапов цикла осуществляют одновременно два дополняющих друг друга термодинамических процесса с рабочим телом в первом и во втором устройствах изменения объема рабочего тела - детандерах, являющихся конструктивными элементами (рабочими техническими узлами) двигателя Стерлинга, а именно:  - at each of the four alternating stages of the cycle, two complementary thermodynamic processes are carried out simultaneously with the working fluid in the first and second devices for changing the volume of the working fluid — expanders, which are structural elements (working technical units) of the Sterling engine, namely:
- на первом этапе цикла в первом детандере рабочее тело изохорно нагревают, а во втором детандере рабочее тело изохорно охлаждают;  - at the first stage of the cycle, in the first expander, the working fluid is isochorically heated, and in the second expander, the working fluid is isochorically cooled;
- на втором этапе цикла в первом детандере расширяют рабочее тело с получением полезной работы, а во втором детандере сжимают рабочее тело и также с получением полезной работы;  - at the second stage of the cycle, the working fluid is expanded in the first expander to obtain useful work, and the working fluid is compressed in the second expander to obtain useful work;
- на третьем этапе цикла во втором детандере изохорно нагревают рабочее тело, а в первом детандере изохорно охлаждают рабочее тело;  - at the third stage of the cycle, the working fluid isochorically heated in the second expander, and the working fluid isochorically cooled in the first expander;
- на четвертом этапе цикла во втором детандере расширяют рабочее тело с получением полезной работы, а в первом детандере сжимают рабочее тело и также с получением полезной работы,  - at the fourth stage of the cycle in the second expander expand the working fluid to obtain useful work, and in the first expander compress the working fluid and also to obtain useful work,
кроме того, в изохорных процессах нагрева/охлаждения рабочего тела первого и третьего этапов цикла рабочие тела перемещают в теплообменнике навстречу друг другу, предотвращая их взаимное проникновение, но при этом создают условия для того, чтобы из рабочего тела, ранее нагретого в предыдущем цикле, в рабочее тело, ранее охлаждённое в предыдущем цикле, перетекала теплота, при условии, что рабочее тело, ранее нагретое в предыдущем процессе цикла и прошедшее теплообменник, дополнительно охлаждают до нижней температуры в цикле, а рабочее тело, ранее охлаждённое в предыдущем процессе цикла, дополнительно нагревают до верхней температуры в цикле. in addition, in isochoric processes of heating / cooling the working fluid of the first and third stages of the cycle, the working fluids are moved towards each other in the heat exchanger, preventing them mutual penetration, but at the same time create conditions so that heat flows from the working fluid previously heated in the previous cycle to the working fluid previously cooled in the previous cycle, provided that the working fluid previously heated in the previous cycle process and passed the heat exchanger is additionally cooled to a lower temperature in the cycle, and the working fluid, previously cooled in the previous process of the cycle, is additionally heated to the upper temperature in the cycle.
Технический результат достигается также тем, что в прямом и обратном цикле Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе тепловой машины, при реализации заявленного термодинамического цикла изоэнтропы сжатия и расширения рабочего тела приближены к изотермам, что значительно повышает эффективность традиционного прямого и обратного термодинамического цикла Стирлинга, в которых условия для передачи теплоты не управляются способом, предлагаемым настоящим изобретением.  The technical result is also achieved by the fact that in the direct and reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator of the heat engine, when the claimed thermodynamic cycle is realized, the compression and expansion isoentropes are close to the isotherms, which significantly increases the efficiency of the traditional direct and reverse Stirling thermodynamic cycle, in which conditions for the transfer of heat are not controlled by the method proposed by the present invention.
В газовых регенеративных машинах с целью выполнения (реализации) тепловых насосов, криогенных машин и машин умеренного холода, используют обратный цикл Стирлинга.  In gas regenerative machines, in order to perform (implement) heat pumps, cryogenic machines and moderate cold machines, the reverse Stirling cycle is used.
Технический результат по реализации обратного цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе достигается тем, что, по аналогии с обратным циклом Стирлинга с традиционным регенератором теплоты, в заявленном цикле Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, этапы цикла (последовательность операций с рабочим телом тепловой машины) выполняют в обратном порядке (в обратной последовательности), реализуя (выполняя), тем самым, на базе заявленного цикла тепловой насос.  The technical result of the implementation of the reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator is achieved by the fact that, by analogy with the reverse Stirling cycle with the traditional heat regenerator, in the claimed Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, the stages of the cycle (sequence of operations with the working fluid of the heat engine ) perform in the reverse order (in reverse order), realizing (performing), thereby, on the basis of the stated cycle, the heat pump.
Холодильный коэффициент такого теплового насоса, выполняющего (реализующего) заявленный обратный цикл Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, будет в несколько раз больше, чем холодильный коэффициент теплового насоса, реализующего обратный цикл Стирлинга с традиционным регенератором, установленным между рабочим и вытесняющим цилиндром, что будет показано ниже.  The cooling coefficient of such a heat pump that performs (implements) the declared reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator will be several times larger than the cooling coefficient of a heat pump implementing the reverse Stirling cycle with a traditional regenerator installed between the working and displacing cylinder, which will be shown below.
Заявленный цикл Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, выполняемый (реализуемый) тепловой машиной, работающей в режиме двигателя, позволяет свести до нуля количество бросовой теплоты, которую традиционно перемещают из тепловой машины в окружающую среду.  The claimed Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, performed (sold) by a heat engine operating in engine mode, allows to reduce to zero the amount of waste heat that is traditionally transferred from the heat engine to the environment.
Указанный технический результат по значительному уменьшению количества бросовой теплоты, которую традиционно перемещают из тепловой машины в окружающую среду, достигается тем, что в тепловой машине, работающей по прямому циклу Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, рабочее тело после окончания рабочего хода (на этапе охлаждения в цикле), направляют в холодный регенератор теплового насоса, который сопряжен по температурам холодного и горячего регенератора, соответственно, с температурами бросовой теплоты и питающей теплоты в цикле, а рабочее тело в цикле, на этапе нагрева цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, нагревают не только питающей теплотой, но нагревают также и в горячем регенераторе указанного выше, сопряженного теплового насоса. The specified technical result of a significant reduction in the amount of waste heat, which is traditionally transferred from the heat engine to the environment, is achieved by the fact that in a heat engine operating on a direct Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, the working fluid after the end of the working stroke (at the cooling stage in a cycle), sent to a cold heat pump regenerator, which is paired with the temperatures of the cold and hot regenerator, respectively, with the temperatures of the waste heat and melting heat in the cycle, and the working fluid in the cycle, the heating step of the Stirling cycle heat transfer with controlled conditions in the regenerator, not heated only by supplying heat, but they are also heated in a hot regenerator of the aforementioned conjugate heat pump.
Термодинамический цикл почти всегда можно наглядно проиллюстрировать графиком, отображающим параметры рабочего вещества (рабочего тела) в особых точках цикла, и пути перехода (процессы - этапы), которые связывают эти особые точки термодинамического цикла.  The thermodynamic cycle can almost always be clearly illustrated by a graph that displays the parameters of the working substance (working fluid) at specific points of the cycle, and the transition paths (processes - steps) that connect these specific points of the thermodynamic cycle.
Если параметры особых точек цикла выбраны из условий полезной значимости цикла, то график термодинамического цикла помогает в раскрытии изобретения и в его полезности и значимости.  If the parameters of the special points of the cycle are selected from the conditions of useful value of the cycle, then the schedule of the thermodynamic cycle helps in the disclosure of the invention and in its usefulness and significance.
Заявленный термодинамический цикл Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе позволяет эффективно перерабатывать низкотемпературную теплоту в механическую работу с КПД, много выше, чем КПД цикла Карно (КПДкдрно)- The claimed thermodynamic Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator allows you to efficiently convert low-temperature heat into mechanical work with an efficiency that is much higher than the efficiency of the Carnot cycle (efficiency) -
Заявленный цикл Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, график которого представлен на фиг. 2, состоит из нескольких этапов (термодинамических процессов), выполняемых в заявленном цикле в следующем порядке: The claimed Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, the graph of which is presented in FIG. 2, consists of several stages (thermodynamic processes) performed in the claimed cycle in the following order:
1 2 - этап расширения рабочего тела;  1 2 - stage of expansion of the working fluid;
2 3 - этап изохорного охлаждения рабочего тела;  2 3 - stage of isochoric cooling of the working fluid;
3 4 - этап сжатия рабочего тела за счёт всасывания поршня в объём цилиндра, в котором рабочее тело перед этим подверглось охлаждению (температурному сжатию);  3 4 - the stage of compression of the working fluid due to the suction of the piston into the cylinder volume, in which the working fluid was previously cooled (thermal compression);
4 1 - этап изохорного нагрева.  4 1 - stage of isochoric heating.
В термодинамическом цикле предусматривается регенерация теплоты из отработавшего рабочего тела в нагреваемое рабочее тело.  The thermodynamic cycle provides for the regeneration of heat from the spent working fluid into a heated working fluid.
Известен цикл Стерлинга, где регенератор запасает теплоту во время горячей продувки в своей теплоёмкости. При холодной продувке рабочее тело отнимает часть теплоты у регенератора, а остальную теплоту из регенератора приходится выбрасывать, перемещать в окружающую среду.  The Stirling cycle is known, where the regenerator stores heat during hot purging in its heat capacity. During cold blowing, the working fluid takes away part of the heat from the regenerator, and the rest of the heat from the regenerator must be emitted, transferred to the environment.
Известно также, что в двигателе Стирлинга конструктивными элементами (рабочими техническими узлами) являются детандеры - два цилиндра и два поршня - рабочий и вытесняющий, а объёмы над поршнями соединены через регенератор.  It is also known that in the Stirling engine, the structural elements (working technical units) are expanders - two cylinders and two pistons - working and displacing, and the volumes above the pistons are connected through a regenerator.
По циклу Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе можно либо переключать регенератор из продувки на этапе 2 3 цикла к продувке в обратную сторону на этапе 4 1 цикла, как это представлено на фиг. 2, но проще, не переключая регенератор, передавать теплоту отработавшего тела с этапа 2 3 цикла на этап нагрева рабочего тела 4 1 цикла, но в другом объёме цилиндра, где также выполняется заявленный цикл Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, но со сдвигом выполняемых рабочих процедур термодинамического цикла во времени.  According to the Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, it is possible either to switch the regenerator from the purge in step 2 of the 3 cycle to the purge in the opposite direction in step 4 of the 1 cycle, as shown in FIG. 2, but it’s simpler, without switching the regenerator, to transfer the heat of the spent fluid from stage 2 3 of the cycle to the stage of heating of the working fluid 4 of 1 cycle, but in a different cylinder volume, where the claimed Stirling cycle is also carried out with controlled heat transfer conditions in the regenerator, but with a shift working procedures of the thermodynamic cycle in time.
Когда в первом цикле выполняется этап 2 3, то во втором цикле выполняется этап 4 1. When step 2 3 is performed in the first cycle, step 4 1 is performed in the second cycle.
Когда в первом цикле выполняется работа на этапе 1 2, то во втором цикле выполняется работа на этапе 3 4. Если применяемый для реализации цикла другой объём формируется над обратной стороной поршня двухстороннего действия, то в первом объёме, на этапе 1 2 цикла выполняется, например, очередной этап цикла, на котором получается полезная механическая работа, а во втором объёме, на другой стороне поршня, выполняется этап 3-4 цикла. Формально это этап сжатия, и при математической оценке произведенной работы получается для этой работы знак, противоположный знаку работы на этапе 1 2 цикла, но на самом деле, сжимается ранее разряженное рабочее тело, в котором при изохорном охлаждении получено давление, сниженное от среднего уровня. В таком случае, на этапе цикла такого сжатия рабочего тела, поршень втягивается в этот, второй объём, и сила втягивания работает против внешних сил, увеличивая полезную работу. When the work in step 1 2 is performed in the first cycle, then the work in step 3 4 is performed in the second cycle. If a different volume used for the implementation of the cycle is formed above the reverse side of the double-acting piston, then in the first volume, in stage 1-2 of the cycle, for example, the next stage of the cycle is performed, which produces useful mechanical work, and in the second volume, on the other side of the piston, stage 3-4 is performed. Formally, this is the compression stage, and in the mathematical evaluation of the work performed, a sign is obtained for this work that is opposite to the work sign in stage 1 2 of the cycle, but in fact, the previously discharged working fluid is compressed, in which pressure reduced from the average level is obtained by isochoric cooling. In this case, at the stage of the cycle of such compression of the working fluid, the piston is drawn into this second volume, and the pulling force works against external forces, increasing useful work.
Этап изохорного охлаждения 2 3 цикла и изохорного нагрева 4 1 цикла, представленный на фиг. 2, обеспечивается передачей теплоты из этапа 2 3 цикла на этап 4 1 цикла при помощи регенератора теплоты (теплообменника для обмена теплотой с рабочим телом другого термодинамического цикла). Регенератор на этапе 2 3 цикла (горячая продувка) забирает теплоту, а на этапе 4 1 цикла (холодная продувка) отдаёт теплоту в нагреваемое рабочее тело.  The isochoric cooling step 2 3 cycles and the isochoric heating 4 1 cycle shown in FIG. 2, is provided by the transfer of heat from step 2 of the 3 cycle to step 4 of the 1 cycle using a heat regenerator (heat exchanger for exchanging heat with the working fluid of another thermodynamic cycle). The regenerator at the stage 2 3 of the cycle (hot purge) takes the heat, and at the stage 4 of the 1 cycle (cold purge) gives the heat to the heated working fluid.
3.1. Параметры воздуха в особых точках цикла Стирлинга с управляемыми 3.1. Air parameters at specific points of the Stirling cycle with controllable
условиями теплопередачи в регенераторе.  heat transfer conditions in the regenerator.
График термодинамического цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе представлен на фиг. 2., где температура подвода питающей теплоты ТГОр = Tj = 340°К, а температура отвода бросовой теплоты ТХОл = Т3 = 300°К. A graph of the Stirling thermodynamic cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator is shown in FIG. 2., where the temperature of the supply of heat supply T GO p = Tj = 340 ° K, and the temperature of the removal of waste heat T XO l = T 3 = 300 ° K.
Температура Тхол = 300°К выбрана выше типового значения температуры природного резервуара для бросовой теплоты от работы тепловых машин. The temperature Thol = 300 ° K is selected above the typical value of the temperature of the natural reservoir for waste heat from the operation of heat engines.
Температура ТГОр = 340°К выбрана на основе параметров бросовой теплоты от парогазовых установок (ПГУ) из соображений целесообразности преобразования низкопотенциальной бросовой теплоты технологических процессов, которую, например, ПГУ выбрасывают в градирни или в водоёмы, в полезную механическую работу. При низкой температуре теплоносителя (70°С), циркулирующего во вторичном контуре охлаждения конденсатора паровой турбины ПГУ, такой теплоноситель не используется для отопления зданий и сооружений, и теплоту из такого теплоносителя передают окружающей среде посредством градирен или водоёмов с большой площадью зеркала водоёма. The temperature T GO p = 340 ° K was selected on the basis of the waste heat parameters from combined cycle plants (CCGT) for reasons of expediency of converting low-grade waste heat of technological processes, which, for example, CCGTs are emitted into cooling towers or in reservoirs, into useful mechanical work. At a low temperature of the coolant (70 ° C) circulating in the secondary cooling circuit of the CCGT steam turbine condenser, such a coolant is not used for heating buildings and structures, and the heat from such a coolant is transferred to the environment by means of cooling towers or reservoirs with a large area of the reservoir mirror.
Далее будет показано, что бросовую теплоту ПГУ можно с достаточно высоким коэффициентом преобразовать в полезную механическую работу.  It will be shown below that the CCGT waste heat can be converted with a sufficiently high coefficient into useful mechanical work.
В настоящих расчётах для работы и теплоты на этапах заявленного термодинамического цикла, в обсуждаемом интервале температур работы тепловой машины (ТГОР + ТХол)> представлены параметры воздуха, как рабочего тела тепловой машины, которые следуют из сведений таблиц, представленных в источнике информации [1]: [«Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей», Н.Варгафтик, Наука, Физматлит, Москва, 1972г., «Воздух», стр. 596-597]. In these calculations for work and heat at the stages of the declared thermodynamic cycle, in the temperature range of the heat engine under discussion (T G OR + T X ol) > air parameters are presented as the working fluid of the heat engine, which follow from the information in the tables presented in the information source [1]: ["Reference for thermophysical properties of gases and liquids ”, N. Vargaftik, Nauka, Fizmatlit, Moscow, 1972,“ Air ”, pp. 596-597].
В этой связи, в соответствие с численными значениями V - объема, и Т - температуры, зафиксированными для точек 2 и 4 цикла на графике, представленном на фиг. 2, имеем для точек 2 и 4 цикла из источника информации [1] числовые значения энтропии S2 и S4 для воздуха, а именно: In this regard, in accordance with the numerical values of V - volume, and T - temperature, fixed for points 2 and 4 of the cycle in the graph presented in Fig. 2, for points 2 and 4 of the cycle from the source of information [1] the numerical values of the entropy S 2 and S 4 for air, namely:
- для точки 2 цикла - объем V2 = 5.167 л/кг, температура Т2 = 340°К - for point 2 of the cycle - volume V2 = 5.167 l / kg, temperature T 2 = 340 ° K
соответствует значение энтропии S2 = 5.392 кДж/кг*град; corresponds to the value of entropy S 2 = 5.392 kJ / kg * deg;
- для точки 4 цикла - объем V4 = 4.446 л/кг, температура Т4 = 300°К - for point 4 of the cycle - volume V4 = 4.446 l / kg, temperature T 4 = 300 ° K
соответствует значение энтропии S4 = 5.238 кДж/кг*град. corresponds to the value of entropy S 4 = 5.238 kJ / kg * deg.
В исходном состоянии тепловой машины имеем следующие начальные условия:  In the initial state of the heat engine, we have the following initial conditions:
давление над поршнем и под поршнем равно начальному давлению Р0, объем имеет значение - V0, температура имеет значение - Т0, а именно: the pressure above the piston and under the piston is equal to the initial pressure P 0 , the volume matters - V 0 , the temperature matters - T 0 , namely:
- давление Р0 = 20.0 МПа = 200.0 бар, - pressure P 0 = 20.0 MPa = 200.0 bar,
- температура То = 320°К,  - temperature To = 320 ° K,
- объем V0 = 4.810 л кг. - volume V 0 = 4.810 l kg.
Давление (Pi) в точке 1 цикла определяется по закону Клайперона-Менделеева:  The pressure (Pi) at point 1 of the cycle is determined according to the law of Kliperon-Mendeleev:
Pi = Р0 * Ti / Т0 = 20.0 * 340 / 320 = 21.25 МПа = 212.5 бар. Pi = P 0 * Ti / T 0 = 20.0 * 340/320 = 21.25 MPa = 212.5 bar.
Давление (Рз) в точке 3 цикла определяется по закону Клайперона-Менделеева:  The pressure (Pg) at point 3 of the cycle is determined according to the law of Klaiperon-Mendeleev:
Рз = Ро * Т3 / Т0 = 20.0 * 300 / 320 = 18.75 МПа = 187.5 бар, Pb = Po * T 3 / T 0 = 20.0 * 300/320 = 18.75 MPa = 187.5 bar,
где Ti = 340° иТ3 =300°К - температура, соответственно, в точках 1 и 3 цикла. where Ti = 340 ° and T 3 = 300 ° K is the temperature, respectively, at points 1 and 3 of the cycle.
Параметры энтропии точек 1 и 3 цикла определены интерполяцией по значениям энтропии, полученных из источника информации [1], по соответствующим значениям давления и температуры, ближайшим для точек 1 и 3 цикла, а именно:  The entropy parameters of points 1 and 3 of the cycle are determined by interpolation from the values of entropy obtained from the information source [1], from the corresponding pressure and temperature values closest to points 1 and 3 of the cycle, namely:
- для точки 1 цикла соответствуют: температура Т340 = 340°К и давление Pi = 21.25 МПа, при этом ближайшему сечению «температура-давление» при температуре Т340 = 340°К и при давлении Р30о = 300.0 бар = 30.0 МПа соответствует значение энтропии для воздуха S30o 340 , а именно: - for point 1 of the cycle correspond: temperature T340 = 340 ° K and pressure Pi = 21.25 MPa, while the closest section “temperature-pressure” at temperature T340 = 340 ° K and at pressure P 30 about = 300.0 bar = 30.0 MPa corresponds to entropies for air S 30 o 340, namely:
S3oo_34o = 5.247 кДж/кг*град;  S3oo_34o = 5.247 kJ / kg * deg;
- для точки 3 цикла соответствуют: температура Т300 = 300°К и давление Рз =18.75 МПа, при этом ближайшему сечению «температура- давление» при температуре Т300 = 300°К и при давлении Р = 150.0 бар = 15.0 МПа соответствует значение энтропии для воздуха Si5o 300 , а именно: - for point 3 of the cycle correspond: temperature T300 = 300 ° K and pressure Pz = 18.75 MPa, while the closest cross-section “temperature-pressure” at temperature T300 = 300 ° K and pressure P = 150.0 bar = 15.0 MPa corresponds to the value of entropy for air Si 5 o 300, namely:
Si5o_3oo = 5.343 кДж/кг*град.  Si5o_3oo = 5.343 kJ / kg * deg.
Пояснение: в таблицах источника информации [1] отсутствуют сечения «температура- давление» по давлению и температуре для параметров воздуха, более приближенных к параметрам заявленного цикла.  Explanation: in the tables of the information source [1] there are no “temperature-pressure” sections for pressure and temperature for air parameters that are closer to the parameters of the declared cycle.
Исходя из этого, имеем следующие результаты:  Based on this, we have the following results:
- после интерполяции для точки 1 цикла имеем следующие значения: при давлении Pi = 21.25 МПа и температуре Тз40 = 340°К, результат энтропии (Si = S21.25J40) должен быть близкий к значению энтропии S2 = 5.392 кДж/кг*град, (учитывая, что Рзоо = 300.0 бар при Тз4о = 340°К) [1], а именно: - after interpolation for point 1 of the cycle we have the following values: at pressure Pi = 21.25 MPa and temperature Tz 40 = 340 ° K, the result of entropy (Si = S21 . 25J40) should be close to the value of entropy S 2 = 5.392 kJ / kg * deg, (taking into account that Pzoo = 300.0 bar at Tz4o = 340 ° K) [1], namely:
S21.25.340 = S2 - (S2 - S300j4o) * 1 ·25 / (Рзоо - Ро) = 5.392 - (5.392 - 5.247) *1.25 / (300.0 - 200.0) = S21.25 . 340 = S 2 - (S 2 - S 300 j4o) * 1 · 25 / (Rzoo - Po) = 5.392 - (5.392 - 5.247) * 1.25 / (300.0 - 200.0) =
= 5.392 - 0.145 * 1.25 /100 = 5.392 - 0.002 = 5.390 кДж/кг*град,  = 5.392 - 0.145 * 1.25 / 100 = 5.392 - 0.002 = 5.390 kJ / kg * deg,
Si = S2i 25j4o = 5.390 кДж/кг*град; Si = S 2 i 25j4o = 5.390 kJ / kg * deg;
- после интерполяции для точки 3 цикла имеем следующие значения:  - after interpolation for point 3 of the cycle we have the following values:
при давлении Рз = 18.75 МПа и температуре Т300 = 300°К, результат энтропии (S3 = S18.75J00) должен быть близкий к значению энтропии S4 = 5.238 кДж/кг*град, (учитывая, что Р = 150.0 бар при Т300 = 300° ) [1], а именно: at a pressure of Pz = 18.75 MPa and a temperature of T300 = 300 ° K, the result of entropy (S 3 = S18.75J00) should be close to the value of entropy S4 = 5.238 kJ / kg * deg, (given that P = 150.0 bar at T300 = 300 °) [1], namely:
Si8.75_3oo = S4 + (S,5o_3oo - S4) * 1.25 / (Po - Piso) = 5.238 + (5.343 - 5.238) * 1.25 / (200.0 - 150.0) = Si8 . 75_3oo = S 4 + (S, 5o_3oo - S 4 ) * 1.25 / (Po - Piso) = 5.238 + (5.343 - 5.238) * 1.25 / (200.0 - 150.0) =
= 5.238 + 0.105 * 1.25 / 50 = 5.238 + 0.002 = 5.240 кДж/кг*град.  = 5.238 + 0.105 * 1.25 / 50 = 5.238 + 0.002 = 5.240 kJ / kg * deg.
S3 = Si8.75_3oo = 5.240 кДж/кг*град. S3 = Si 8 .75_3oo = 5.240 kJ / kg * deg.
Энтропия для воздуха в точках 1 , 2, 3, 4 цикла, соответственно, имеет следующие значения: Entropy for air at points 1, 2, 3, 4 of the cycle, respectively, has the following meanings:
Si = 5.390 кДж/кг*град; S2 = 5.392 кДж/кг*град; S3 = 5.240 кДж/кг*град; S4 = 5.238 кДж/кг*град. Si = 5.390 kJ / kg * deg; S 2 = 5.392 kJ / kg * deg; S 3 = 5.240 kJ / kg * deg; S 4 = 5.238 kJ / kg * deg.
3.2. Расчёт работы этапов заявленного цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе. 3.2. Calculation of the stages of the claimed Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator.
На графике фиг. 2, на рабочем ходе этапа 1 2 из тепловой энергии вырабатывается механическая работа Li-2 . In the graph of FIG. 2, at the working stage of stage 1 2, mechanical work Li -2 is generated from thermal energy.
Для вычисления работы нужно знать изменение объёма рабочего тела и изменение давления на этапе термодинамического цикла.  To calculate the work, you need to know the change in the volume of the working fluid and the change in pressure at the stage of the thermodynamic cycle.
Коэффициент изменения давления при расширении (КРдсш) на этапе 1 2 цикла и коэффициент изменения давления при сжатии - всасывании (КСЖАТ) на этапе 3 4 цикла несколько отличаются друг от друга, а именно:The coefficient of change in pressure during expansion (K R dssh) at stage 1 2 of the cycle and the coefficient of change in pressure during compression - suction (CSJAT) at stage 3 of 4 cycles are slightly different from each other, namely:
РАСШ = Pi / Ро = 21.25 / 20 = 1.062  EXT = Pi / Po = 21.25 / 20 = 1.062
КСЖАТ = Ро / Рз = 20 / 18.75 = 1.066  XJAT = Po / Rz = 20 / 18.75 = 1.066
Объём Vi в точке 1 цикла рассчитывается, как:  The volume Vi at point 1 of the cycle is calculated as:
Vi = V2 / КРАСШ = 5.167 / 1.062 = 4.865 л/кг. Vi = V 2 / KRASH = 5.167 / 1.062 = 4.865 l / kg.
Объём V3 в точке 3 цикла рассчитывается, как:  The volume V3 at point 3 of the cycle is calculated as:
V3 = V4 * КСЖАТ = 4.446 * 1.066 = 4.739 л/кг. V 3 = V 4 * XJAT = 4.446 * 1.066 = 4.739 l / kg.
Работа расширения (LpAcin) рабочего тела по давлению от Р] до давления Р0 с коэффициентом расширения по давлению КРАсш = 1 062 рассчитывается по формулам из источника информации: [М.П.Вукалович, И.И.Новиков, «Техническая термодинамика», Энергия, Москва, 1968г.], а именно: The work of expansion (Lp A cin) of the working fluid with pressure from P] to pressure P 0 with a coefficient of expansion with pressure K RA ssh = 1,062 is calculated according to the formulas from the information source: [M.P. Vukalovich, I.I. Novikov, “ Technical thermodynamics ”, Energy, Moscow, 1968], namely:
V2 5.167  V2 5.167
LpAcm = J ((const, / ) - P )dX = J ((4.865 * 21.25 / X) - 20.0)dX = 0.1835 ~ 0.184 кДж/кг, v, 4.865 где: const ] = V1 * P1; Р0= 20.0 МПа; Pi = 21.25 МПа - начальное давления расширения; Vi = 4.865 л/кг - начальный объем расширения. LpAcm = J ((const, /) - P) dX = J ((4.865 * 21.25 / X) - 20.0) dX = 0.1835 ~ 0.184 kJ / kg, v, 4.865 where: const] = V 1 * P 1 ; P 0 = 20.0 MPa; Pi = 21.25 MPa — initial expansion pressure; Vi = 4.865 l / kg - initial volume of expansion.
Работа всасывания поршня (LBCAC) ПО давлению от Рз до давления Ро в объем, предварительно разряженный в коэффициент КСЖАТ = 1 066 раз, рассчитывается, как:The piston suction work (L B CAC) according to the pressure from P3 to the pressure P0 into the volume previously discharged in the coefficient of CSF = 1,066 times, is calculated as:
4 4.446  4 4.446
LBCAC = J ((const- /ЛГ) - Po)dX = j ((4.739 * 18.75 IX) -2ΰ.ϋ)άΧ = 0.1892 - 0.189 кДж/кг, ν3 4.739 LBCAC = J ((const- / LH) - Po) dX = j ((4.739 * 18.75 IX) -2ΰ.ϋ) άΧ = 0.1892 - 0.189 kJ / kg, ν 3 4.739
где: const 2 = V3 * Р3; Р0= 20.0 МПа; Р3 = 18.75 МПа; V3 = 4.739 л/кг. where: const 2 = V 3 * P 3 ; P 0 = 20.0 MPa; P 3 = 18.75 MPa; V 3 = 4.739 l / kg.
С учётом того, что всасывание и расширение создаёт силы, действующие в одну сторону (на поршне двойного действия), полная работа хода поршня ЬХОДА = ЬЦИКЛА равна сумме: Taking into account the fact that suction and expansion creates forces acting in one direction (on a double-acting piston), the full work of the piston stroke L X ODE = L is equal to the sum:
ЬЦИКЛА = I LpAciu I + I LBCAC \, ЦИ CYCLE = I LpAciu I + I LBCAC \,
где полная работа хода поршня равна сумме работ этапов цикла, взятых по модулю: where the full work of the piston stroke is equal to the sum of the work of the stages of the cycle, taken modulo:
ЬЦИКЛА = I 0.184 I + I 0.189 I = 0.373 кДж/кг.  L cycle = I 0.184 I + I 0.189 I = 0.373 kJ / kg.
В регенеративных циклах при их расчёте обязательно исследуют теплоту, которую в состоянии передать термодинамический процесс, и исследуют ситуацию на предмет того, а вся ли передаваемая теплота имеет температуру выше, чем температура рабочего тела на этапе нагрева.  In regenerative cycles, when they are calculated, they necessarily examine the heat that the thermodynamic process is able to transfer, and they examine the situation to see if all the transferred heat has a temperature higher than the temperature of the working fluid at the heating stage.
Без учёта потерь теплота на этапах 4 1 и 2 3 цикла подводится в количестве ОЦИКЛА = Q4 1 + + hj = 0.373 кДж/кг, а энергия из цикла на этапах 1 2 и 3 4 отводится в виде механической работы в количестве ЬЩЖЛА = _i + = 0.373 кДж/кг., т.е. >ЦИКЛА = ЬЦИКЛА- Without taking into account the losses, the heat at stages 4 1 and 2 3 of the cycle is supplied in the amount of CYCLE = Q4 1 + + h j = 0.373 kJ / kg, and the energy from the cycle at stages 1 2 and 3 4 is removed in the form of mechanical work in the amount of + = 0.373 kJ / kg., I.e. > CYCLE = CYCLE-
3.3. Расчёт теплоты этапов цикла Стирлинга с управляемыми условиями 3.3. Calculation of the heat of the stages of the Stirling cycle with controlled conditions
теплопередачи в регенераторе.  heat transfer in the regenerator.
Из графика, представленного на фиг. 2, следует, что теплота ( Q ) каждого этапа заявленного термодинамического цикла может быть оценена через энтропию точек 1, 2, 3, 4 цикла, учитывая, что показатель адиабаты для воздуха г = 1.41.  From the graph shown in FIG. 2, it follows that the heat (Q) of each stage of the declared thermodynamic cycle can be estimated through the entropy of points 1, 2, 3, 4 of the cycle, given that the adiabatic index for air is r = 1.41.
Теплота на этапе 4 1 (Q4 j) рассчитывается, как: The heat in step 4 1 (Q 4 j ) is calculated as:
Q4J = 0.5 * (Si - S4) * (Ti + T4) / г = 0.5 * (S21 25 340- S4) * (Т,+Т4) / г = = 0.5 * (5.390 - 5.238) * (340 + 300) / 1.41 = 0.5 * 0.152 * 640 /1.41 = 34.496 кДж/кг. Q 4J = 0.5 * (Si - S 4 ) * (Ti + T 4 ) / g = 0.5 * (S 21 25 340 - S 4 ) * (T, + T 4 ) / g = 0.5 * (5.390 - 5.238 ) * (340 + 300) / 1.41 = 0.5 * 0.152 * 640 /1.41 = 34.496 kJ / kg.
Теплота на этапе 2 3 (Q2 3) рассчитывается, как: The heat in step 2 3 (Q 2 3) is calculated as:
Q2 з = 0.5 * (S2 - S3) * (Т2 + Т3) / г = 0.5 * (S2- S„.75_30o) * (Т2 + Т3) / г = = 0.5 * (5.392 - 5.24) * (340+300) / 1.41 = 0.5 * 0.152 * 640 / 1.41 = 34.496 кДж/кг. Q 2 s = 0.5 * (S2 - S3) * (T 2 + S 3 ) / g = 0.5 * (S 2 - S „.75_30o) * (T 2 + T 3 ) / g = 0.5 * (5.392 - 5.24) * (340 + 300) / 1.41 = 0.5 * 0.152 * 640 / 1.41 = 34.496 kJ / kg.
Вывод: теплоёмкость этапа 4 1 и этапа 2 3 полностью совпала.  Conclusion: the heat capacity of stage 4 1 and stage 2 3 completely coincided.
Q4 1 = Q2 j = 34.496 кДж/кг. Q 4 1 = Q 2 j = 34.496 kJ / kg.
Без учёта потерь в регенераторе, бросовая теплота на этапе 2 3 цикла отсутствует - она вся поглощается этапом нагрева 4 1.  Without taking into account losses in the regenerator, there is no waste heat at the stage 2 3 of the cycle - it is completely absorbed by the heating stage 4 1.
Из заявленного термодинамического цикла выводится только полезная работа  Only useful work is derived from the claimed thermodynamic cycle
3.4. Оценка эффективности прямого и обратного цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе. Известно, что тепловые машины, работающие по прямому и по обратному циклу Стерлинга, применяются, соответственно, как при конструировании двигателей, так и при конструировании тепловых насосов. 3.4. Evaluation of the efficiency of the direct and reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator. It is known that heat engines operating on the forward and reverse Sterling cycles are used, respectively, both in the design of engines and in the design of heat pumps.
Оценить эффективность заявленного прямого и обратного цикла Стерлинга для одинаковых интервалов температур подвода и отвода теплоты в прямом и обратном циклах, можно путем количественного сравнения соответствующих значений параметров цикла прототипа - тепловой машины, выполненной (работающей) по прямому и по обратному циклу Карно.  To evaluate the effectiveness of the claimed direct and reverse Sterling cycles for the same temperature ranges of heat supply and removal in the direct and reverse cycles, it is possible by quantitative comparison of the corresponding values of the prototype cycle parameters - a heat engine made (working) on the direct and reverse Carnot cycle.
3.4.1. Оценка КПД и эффективности заявленного реального прямого цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе тепловой машины, выполненной (работающей) в режиме двигателя. 3.4.1. Evaluation of the efficiency and effectiveness of the claimed real direct Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator of a heat engine made (working) in engine mode.
КПД термодинамического цикла тепловой машины, работающей в режиме двигателя, определяется, как отношение полезной механической работы ко всей выводимой энергии (С>вывод) из термодинамического цикла:  The efficiency of the thermodynamic cycle of a heat engine operating in engine mode is determined as the ratio of useful mechanical work to all the energy output (C> output) from the thermodynamic cycle:
QjBblBOfl = Ьциклд + QEPOC QjBblBOfl = bcyclde + QEPOC
где Овывод - выводимая из цикла энергия, исчисляемая, как сумма полезной механической работы (ЬЦИКЛА) И бросовой теплоты (QBpoc) where Ovod is the energy derived from the cycle, calculated as the sum of the useful mechanical work (CYCLE) and the waste heat (Q B poc)
Проведенный выше расчёт цикла показал, что при отсутствии потерь в регенераторе, из цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, бросовая теплота не выводится, так как вся она (теплота) передается внутри цикла в нагреваемое рабочее тело. Из цикла выводится энергия только в виде механической работы, т.е. бросовая теплота в цикле отсутствует, а в цикле остается только полезная работа.  The above calculation of the cycle showed that in the absence of losses in the regenerator, from the Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, waste heat is not removed, since all of it (heat) is transferred inside the cycle to the heated working fluid. Energy is removed from the cycle only in the form of mechanical work, i.e. there is no waste heat in the cycle, and only useful work remains in the cycle.
Таким образом, теоретический КПД цикла (КПДТЕОРЕТ), В процентах, равен:  Thus, the theoretical cycle efficiency (KPTTEORET), In percent, is equal to:
КПДТЕОРЕТ = ЮО * ЬЦИКЛА / ОВЬШОД = 100 * 0.373 / 0.373 = 100%.  EFFICIENCY = YuO * ЦИ CYCLE / OVSHOD = 100 * 0.373 / 0.373 = 100%.
КПДТЕОРЕТ = Ю0%.  Efficiency = 10%.
В реальных условиях из цикла должна выводиться теплота, которая в регенераторе не передана нагреваемому рабочему телу из отработавшего рабочего тела, и эта теплота тем больше, чем больший по величине температурный (тепловой) напор требуется для применяемого регенератора, чтобы передать количество теплоты (ОРЕГЕН) ДЛЯ приведенного выше примера расчета цикла:  Under real conditions, heat should be removed from the cycle, which is not transferred to the heated working fluid from the spent working fluid in the regenerator, and this heat is all the more, the greater the temperature (thermal) pressure required for the used regenerator in order to transfer the amount of heat (OREGEN) FOR the above example of loop calculation:
QpErEH = Q4_i = Q2j = 34.496 кДж/кг. QpErEH = Q 4 _i = Q 2 j = 34.496 kJ / kg.
Регенератор должен иметь тепловую мощность QPEEEH = 34.496 кДж на каждый килограмм обращающегося в цикле рабочего тела. The regenerator must have a thermal power Q PEEEH = 34.496 kJ per kilogram of circulating working fluid.
При уменьшении объёма рабочего цилиндра от начального объема Vo = 4.81 литра, например, в два раза, тепловая мощность выбираемого регенератора может также сокращаться в два раза, но, если оставить регенератор прежний, то тогда температурный набег в регенераторе также сократится в два раза. Сокращение величины температурного набега-напора в регенераторе приводит к увеличению КПД термодинамического цикла за счёт сокращения потерь в регенераторе. If the volume of the working cylinder decreases from the initial volume Vo = 4.81 liters, for example, by half, the thermal power of the selected regenerator can also be reduced by half, but if the regenerator is left the same, then the temperature incursion in the regenerator will also be reduced by half. Reducing the temperature rise in pressure in the regenerator leads to an increase in the efficiency of the thermodynamic cycle due to the reduction of losses in the regenerator.
КПД заявленного реального цикла (КПД ат) Стирлинга с реальным температурным набегом (dT) при управляемой теплопередаче в регенераторе по заявленному циклу определяется следующим соотношением:  The efficiency of the declared real cycle (efficiency at) of Stirling with the real temperature incursion (dT) during controlled heat transfer in the regenerator according to the declared cycle is determined by the following ratio:
КПД JT = ЬЦИКЛА/ (ЬЦИКЛА + Q<t_i * dT / (ТГОР - Тхол)), Efficiency JT = ЦИ CYCLE / (ЦИ CYCLE + Q <t_i * dT / (T GO P - Thol)),
где dT - температурный (тепловой) напор в регенераторе при передаче необходимой тепловой мощности. where dT is the temperature (thermal) pressure in the regenerator when transmitting the necessary heat power.
Например, для температурного напора dT = 0.5 градуса, значение для коэффициента полезного действия (
Figure imgf000013_0001
цикла составляет следующее значение:
For example, for the temperature head dT = 0.5 degrees, the value for the efficiency (
Figure imgf000013_0001
The cycle is the following value:
КПД_(}т= 0 5 = 0.373 / (0.373 + 34.496 * 0.5 / 40) = 0.373 / (0.373 + 0.431) = 0.373 / 0.804 = 0.4639, где: Q4 , = 34.496 кДж; (ТГ0Р - Тхол) = (340°К - 300°К) = 40°К.Efficiency _ (} m = 0 5 = 0.373 / (0.373 + 34.496 * 0.5 / 40) = 0.373 / (0.373 + 0.431) = 0.373 / 0.804 = 0.4639, where: Q 4 , = 34.496 kJ; (T Г0Р - Т Hall ) = (340 ° K - 300 ° K) = 40 ° K.
Figure imgf000013_0002
Figure imgf000013_0002
Аналогично рассчитаны КПД заявленного реального прямого цикла Стирлинга при других значениях теплового напора (dT), и эти значения КПД представлены в Таблице 1., столбец 2., а именно:  The efficiency of the declared real direct Stirling cycle is calculated similarly for other values of the thermal head (dT), and these efficiency values are presented in Table 1., column 2., namely:
КПД DT= 1 = 30.20 % и КПД DT= 2 = 17.79 % Efficiency DT = 1 = 30.20% and Efficiency DT = 2 = 17.79%
Коэффициент полезного действия прототипа
Figure imgf000013_0003
прямого цикла в рассматриваемом диапазоне температур (ТГОр ^ ТХол) оценивается по формуле Карно:
The efficiency of the prototype
Figure imgf000013_0003
direct cycle in the considered temperature range (T GO p ^ T X ol) is estimated by the Carnot formula:
КПДКАРНО = 100 * (Тгор - хол) / ТГОрKPDKARNO = 100 * (Tgor - cold) / T GO p
ЩПРОТОТИПА = 100 * (ТГОр - Тхол) / ТГОр = 100 * (340- 300) / 340 = 11.76 % SCHROTOTYPE = 100 * (T GO p - T cold ) / T GO p = 100 * (340-300) / 340 = 11.76%
КПД_ Г1РОТОТИПА = 11.76 % Efficiency_G1ROTOTYPE = 11.76%
В Таблице 1., столбец 3, представлены значения КПД прямого цикла прототипа, одинаковые для всех трех строк Таблицы 1.  Table 1., column 3, presents the values of the efficiency of the direct cycle of the prototype, the same for all three rows of Table 1.
С учётом проведенных выше оценок коэффициента полезного действия (КПД_ат) заявленного реального прямого цикла Стерлинга, и расчета коэффициента полезного действия прямого цикла прототипа (КПД_ПЮТОТИПА)> МОЖНО количественно оценить эффективность (ЭФФ _двиг_(1т) заявленного реального прямого цикла Стерлинга, тепловой машины, работающей в режиме двигателя, для конкретного температурного напора (dT) в регенераторе в сравнении с коэффициентом полезного действия прототипа (КПД_ПЮТОТИПА)5 определяемую по следующему соотношению:Taking into account the above estimates of the efficiency (efficiency_at) of the declared real direct Sterling cycle, and the calculation of the efficiency of the direct prototype cycle (KPD_PYUTOTYPE A ) > it is possible to quantify the efficiency (EFF _motor (1t) of the declared real direct Sterling cycle, a heat engine running in engine mode, for a specific temperature head (dT) in the regenerator in comparison with the efficiency of the prototype (EFFICIENCY) 5 determined by the following ratio:
Figure imgf000013_0004
Figure imgf000013_0004
Например, для теплового напора dT = 0.5 градуса, согласно данному соотношению, коэффициент полезного действия заявленного реального прямого цикла Стирлинга, как показано выше, составляет КПД_ т = 0.5 = 0.4639, откуда значение эффективности (ЭФФ_цвиг_ат= 0 5) заявленного прямого цикла при тепловом напоре dT = 0.5 определяется, как:For example, for the heat pressure dT = 0.5 degrees, according to this ratio, the efficiency of the declared real direct Stirling cycle, as shown above, is efficiency_t = 0.5 = 0.4639, whence the efficiency value (EFF_wig_at_at = 0 5) of the declared direct cycle with thermal pressure dT = 0.5 is defined as:
Figure imgf000013_0005
0.5 / КПД_П ТОТИПА = 0.4639 / 0.1 176 = 3.945 раз. 3.4.2. Оценка холодильного коэффициента и эффективности заявленного реального обратного цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе тепловой машины, выполненной (работающей) в режиме теплового насоса.
Figure imgf000013_0005
0.5 / KPT_P TOTYPE = 0.4639 / 0.1 176 = 3.945 times. 3.4.2. Evaluation of the refrigeration coefficient and efficiency of the claimed real reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator of a heat engine made (working) in the heat pump mode.
Исходя из условий обратимости термодинамических процессов, следует считать, что эффективность (ЭФФ_Т Н T) обратного цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе тепловой машины, выполненной (работающей) в режиме теплового насоса, будет эквивалентна эффективности (ЭФФ_^иг_ат) прямого цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе тепловой машины, выполненной (работающей) в режиме двигателя, а именно: Based on the conditions of reversibility of thermodynamic processes, it should be assumed that the efficiency (EFF_T N T) of the reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the heat generator regenerator made (operating) in the heat pump mode will be equivalent to the efficiency (EFF_ ^ ig_at) of the direct Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator of the heat engine, made (working) in the engine mode, namely:
ЭФФ т н dT = ЭФФ _двиг_()т  EFF t n dT = EFF _motor _ () t
При dT = 0.5 эффективность заявленного цикла Стирлинга в режиме теплового насоса имеет следующее значение:  When dT = 0.5, the efficiency of the claimed Stirling cycle in the heat pump mode has the following value:
ЭФФ_т н_<гг= о.5 = ЭФФ _jjBHT_dT= 0 5 = 3.945 раз. EFF_ t n _ <yy = o.5 = EFF _jjBHT_dT = 0 5 = 3.945 times.
Соответственно, для теплового напора dT = 1 эффективность заявленного цикла Стирлинга в режиме теплового насоса составляет:  Accordingly, for the thermal pressure dT = 1, the efficiency of the claimed Stirling cycle in the heat pump mode is:
ЭФФ T H_dT= i = 2.568 раз,  EFF T H_dT = i = 2.568 times,
а для теплового напора dT = 2, эффективность заявленного обратного цикла Стирлинга составляет: and for the thermal pressure dT = 2, the efficiency of the claimed reverse Stirling cycle is:
ЭФФ _T H_dT= 2 ~ 1. 13 раз. EFF _T H_dT = 2 ~ 1.13 times.
Холодильный коэффициент (КХОЛ_ПРОТОТИПА) теплового насоса, работающего по обратному циклу Карно (прототип), рассчитывается по обратной формуле Карно следующим образом:The refrigeration coefficient (K X OL_PROTOTYPE) of a heat pump operating in the reverse Carnot cycle (prototype) is calculated by the inverse Carnot formula as follows:
Figure imgf000014_0001
ТХОл / (ТГОР - Тхол) = 300 / (340 - 300) = 7.5.
Figure imgf000014_0001
T XO l / (TGOR - Thol) = 300 / (340 - 300) = 7.5.
В Таблице 1., столбец 4, представлены значения холодильного коэффициента обратного цикла прототипа (КХОЛ^ПРОТОТИПА), одинаковые для всех трех строк Таблицы 1. Table 1., column 4, presents the values of the refrigeration coefficient of the reverse cycle of the prototype (CHOL ^ PROTOTYPE), the same for all three rows of Table 1.
Холодильный коэффициент (Кхол_т.н ат) теплового насоса, выполненного по заявленному реальному обратному циклу Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе при соответствующем тепловом напоре (dT) определяется следующим соотношением: The refrigeration coefficient (Khol_t . N at) of a heat pump made according to the declared real reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator with the corresponding heat head (dT) is determined by the following relation:
КхоЛ_Т H_dT = Кход ПРОТОТИПА * ЭФФ_т.Н_<ГГ Khol_T H_dT = Prototype Prototype * EFF_t.N_ <YY
Для теплового напора dT = 0.5, имеем следующее значение холодильного коэффициента For the thermal head dT = 0.5, we have the following value of the refrigeration coefficient
(Кхол Т H_dT= 0.5) ·(Khol T H_dT = 0.5)
хол_т.н_<1Т= о.5 = Кхол ^ПРОТОТИПА * ЭФФ_т.н_(1Т= о.5 = 7.5 * 3.945 = 29.59 раз. Аналогично рассчитаны холодильные коэффициенты заявленного реального обратного цикла Стирлинга для тепловых напоров dT = 1 и dT = 2, соответственно: chill_tn <1T = o.5 = Khol ^ PROTOTYPE * EFF_tn_ (1T = o.5 = 7.5 * 3.945 = 29.59 times. The cooling coefficients of the declared real reverse Stirling cycle for thermal heads dT = 1 and dT = 2 are calculated similarly , respectively:
Kxcm_T.H_dT= 1 = КХОЛ_ПЮТОТИПА * ЭФФ_т.н_ат= ι = 7.5 * 2.568 = 1 .26Kxcm_T.H_dT = 1 = CHOL_PUTOTYPE * EFF_t.n_at = ι = 7.5 * 2.568 = 1 .26
КХол Т.Н dT= 2 = Кхол_ПРОТОТИПА * ЭФФ т H_dT= 2 = 7.5 * 1.5 13 = 1 1 .35K H ol T.N dT = 2 = Khol_PROTOTYPE * EFF t H_dT = 2 = 7.5 * 1.5 13 = 1 1 .35
В Таблице 1 ., столбец 5, представлены значения холодильного коэффициента (КХол заявленного цикла в режиме теплового насоса при различных значениях теплового напора (dT). В Таблице 1. представлены параметры тепловых устройств, реализуемых на базе прямого и обратного цикла Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе при наибольшей температуре в заявленном цикле (ТГОР = 340°К), и при наименьшей температуре в цикле (Тхол = 300°К) при соответствующих значениях температурного напора (dT) в регенераторе. Table 1., Column 5, presents the values of the refrigeration coefficient (K X ol of the declared cycle in the heat pump mode at different values of the thermal head (dT). Table 1. presents the parameters of thermal devices implemented on the basis of the direct and reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator at the highest temperature in the declared cycle (T G RR = 340 ° K), and at the lowest temperature in the cycle (Thol = 300 ° K) at the corresponding temperature head (dT) in the regenerator.
Таблица 1.  Table 1.
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
На базе теплового двигателя и теплового насоса, выполненного по пункту 6 способа формулы изобретения, можно создать монотемпературный преобразователь теплоты в работу. On the basis of a heat engine and a heat pump, made according to paragraph 6 of the method of the claims, it is possible to create a mono-temperature converter of heat to work.
Но добавление теплового насоса к тепловому двигателю удорожает стоимость такого преобразователя теплоты в работу.  But the addition of a heat pump to a heat engine increases the cost of such a heat converter in the work.
Чем больше выходная мощность тепловой машины с естественным холодильником (без теплового насоса) по отношению к величине работы, затрачиваемой на привод теплового насоса (Мт н ), тем выше эффективность цикла.  The greater the output of a heat engine with a natural refrigerator (without a heat pump) in relation to the amount of work spent on the heat pump drive (Mt n), the higher the cycle efficiency.
Чем выше эффективность цикла, тем меньше удорожание оборудования при введении в него (в конструкцию оборудования) теплового насоса.  The higher the efficiency of the cycle, the lower the cost of equipment when a heat pump is introduced into it (into the equipment design).
Коэффициент удорожания (Кудррож_(1т) пропорционален отношению суммарной работы цикла и работы привода теплового насоса к работе цикла с естественным холодильником. При оценке работы привода теплового насоса по обратной формуле Карно, работа привода теплового насоса (Мт н ), выносящего всю бросовую теплоту из-под цикла в нагреватель, определяется оценкой (с завышением необходимой работы) в процентах к подводимой теплоте к циклу, следующим образом: Increased cost factor (Kudrrozh_ (1t) is proportional to the total work cycle and the heat drive pump to work cycle with natural refrigerator. In evaluating the heat pump of the drive on the reverse formula Carnot operation of the heat pump drive (M t n) entraining the entire junk heat from - under the cycle to the heater, it is determined by the estimate (with an overestimation of the necessary work) as a percentage of the heat input to the cycle, as follows:
Мт.н ^ЮО - КЩ т / Кхол ПРОТОТИПА M so- called ^ YuO - KSh t / Khol PROTOTYPE
Тогда коэффициент удорожания оборудования (КУДорож_ат) можно определить как: Then the cost of equipment (K UD orozh_at) can be determined as:
Кудр м = (Мт н. + КПД ат) / КПД dT = Kudr m = (M t n. + Efficiency atm) / d T = efficiency
= ((100 - КПД dT) / Кхол ПРОТОТИПА) + КПД т) / КПД dT. Для цикла с тепловым напором dT = 0.5 градуса и КПД ат= 0.5 = 46.39 %, коэффициент удорожа= ((100 - efficiency dT) / K cold PROTOTYPE) Efficiency + m) / efficiency dT. For a cycle with thermal pressure dT = 0.5 degrees and efficiency at = 0.5 = 46.39%, rise rate
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
((100 - 46.39) /7.5 + 46.39) / 46.39 = (53.61 / 7.5 + 46.39) / 46.39 =  ((100 - 46.39) /7.5 + 46.39) / 46.39 = (53.61 / 7.5 + 46.39) / 46.39 =
= (7.15 + 46.39) / 46.39 = 53.54 / 46.39 = 1.15.  = (7.15 + 46.39) / 46.39 = 53.54 / 46.39 = 1.15.
Для цикла с тепловым напором dT = 1.0 градуса и КПД_(П-=1.о = 30.20 %, коэффициент удорожания соответственно формуле составляет: For a cycle with a thermal pressure dT = 1.0 degrees and efficiency_ (П- = 1.о = 30.20%, the appreciation coefficient according to the formula is:
Figure imgf000016_0002
(69.8 / 7.5 + 30.20) / 30.20 = (9.31 + 30.20) / 30.20 = 39.51 / 30.20 = 1.31 . Для цикла с тепловым напором dT = 2.0 градуса и КПД ат=2 0 = 17.79 %, коэффициент удорожани составляет:
Figure imgf000016_0002
(69.8 / 7.5 + 30.20) / 30.20 = (9.31 + 30.20) / 30.20 = 39.51 / 30.20 = 1.31. For a cycle with thermal pressure dT = 2.0 degrees and efficiency at = 2 0 = 17.79%, the cost factor is:
Figure imgf000016_0003
82.21 / 7.5 + 17.79) / 17.79 = (10.96 + 17.79) / 17.79 = 28.75 / 17.79 = 1.62. В Таблице 1 , столбец 6, представлены значения коэффициентов удорожания
Figure imgf000016_0004
монотемпературного преобразователя теплоты в механическую работу (без учёта экономии средств, обычно выделяемых на строительство градирни).
Figure imgf000016_0003
82.21 / 7.5 + 17.79) / 17.79 = (10.96 + 17.79) / 17.79 = 28.75 / 17.79 = 1.62. Table 1, column 6, presents the values of the coefficients of appreciation
Figure imgf000016_0004
mono-temperature converter of heat into mechanical work (without taking into account the savings usually allocated for the construction of a cooling tower).
Поскольку коэффициенты удорожания (КУд0рож_-т) не приближаются к бесконечности, то следует признать, что все варианты заявленного цикла Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, представленные в Таблице 1., являются гарантированно реализуемыми. Since the rise in price coefficients (K U d 0 ry__t) do not approach infinity, it should be recognized that all variants of the claimed Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, presented in Table 1., are guaranteed to be realized.
Реализуемости монотемпературных преобразователей содействует заявленный цикл Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, который обеспечивает высокое значение КПД при малом перепаде температур подвода и отвода теплоты в цикле.  The feasibility of monotemperature converters is facilitated by the claimed Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, which provides a high value of efficiency with a small temperature difference in the heat supply and removal in the cycle.
При таких малых перепадах температур у холодного и горячего регенератора теплового насоса эффективность самого теплового насоса будет очень высокая.  With such small temperature differences in the cold and hot heat pump regenerator, the efficiency of the heat pump itself will be very high.
В качестве теплового насоса в настоящее время все чаще применяют тепловую машину, работающую по обратному циклу Стерлинга, вал которой вращают внешней силой в сторону, противоположную его вращению в тепловой машине, выполненной в режиме двигателя. Тепловой насос, выполненный по обратному циклу Стерлинга, не зависит от температуры конденсации фреона и вообще не требует фреонов и фреоно-подобных рабочих тел, рассчитанных строго на определённые температуры. Источник информации: [Танклевский В.И., Грузман P.M., Кириллов Н.Г., Сударь Ю.М. «Децентрализованные системы теплоснабжения с тепловыми насосами, работающими по обратному циклу Стирлинга», Теплоэнергоэффективные технологии, Информационный бюллетень, N 1 , С-Пб., 1997, стр. 38-40].  As a heat pump, a heat engine operating according to the reverse Stirling cycle, the shaft of which is rotated by an external force in the direction opposite to its rotation in a heat engine made in the engine mode, is increasingly being used today. A heat pump made according to the reverse Sterling cycle does not depend on the condensation temperature of freon and generally does not require freons and freon-like working fluids, designed strictly for certain temperatures. Source of information: [Tanklevsky V.I., Gruzman P.M., Kirillov N.G., Sudar Yu.M. “Decentralized heat supply systems with heat pumps operating on the reverse Stirling cycle”, Heat-energy-efficient technologies, Information Bulletin, N 1, S-Pb., 1997, p. 38-40].
С другой стороны, и саму эффективность такого теплового насоса также можно значительно увеличить, если в тепловой машине (тепловом насосе), работающей по обратному циклу Стирлинга, применить (использовать) заявленный обратный цикл Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе.  On the other hand, the efficiency of such a heat pump itself can also be significantly increased if, in a heat engine (heat pump) operating on the reverse Stirling cycle, the declared reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator is applied (used).
Применение заявленного обратного цикла Стерлинга с управляемым теплообменом в регенераторе для теплового насоса монотемпературных преобразователей теплоты в работу уменьшит коэффициент удорожания монотемпературных преобразователей (по отношению к оборудованию с использованием естественного резервуара для сброса теплоты из отработавшего рабочего тела преобразователя теплоты в работу). The use of the claimed reverse Stirling cycle with controlled heat transfer in a regenerator for a heat pump of mono-temperature heat converters to work will reduce the cost increase of mono-temperature converters (in relation to equipment using a natural reservoir for discharging heat from the spent working fluid of the heat converter to work).
Вывод о возможности построения монотемпературных преобразователей с использованием обратного цикла Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе не противоречит законам физики и второму началу термодинамики в его современной вероятностной формулировке, приведенной в источнике информации [2]: [М.П.Вуколович, И.И.Новиков, «Техническая термодинамика», Энергия, Москва, 1968г., Учебник для высших учебных заведений].  The conclusion about the possibility of constructing mono-temperature converters using the inverse Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator does not contradict the laws of physics and the second law of thermodynamics in its modern probabilistic formulation given in the information source [2]: [M.P. Vukolovich, I.I. Novikov, “Technical Thermodynamics”, Energy, Moscow, 1968, Textbook for higher educational institutions].
Стр. 97, [2]: «Второе начало термодинамики по современным представлениям не является точным законом природы, подобным законам сохранения количества движения или сохранения энергии. Второе начало термодинамики имеет, как подробно будет показано в § 3-9, статистический характер и поэтому выполняется лишь «в среднем».  Page 97, [2]: “The second law of thermodynamics, according to modern concepts, is not an exact law of nature, similar to the laws of conservation of momentum or conservation of energy. The second law of thermodynamics has, as will be shown in detail in § 3–9, a statistical character and therefore it is only “average”.
В термодинамической и статистической формулировках второго начала термодинамики существует различие, которое состоит в том, что статистическая формулировка второго начала термодинамики утверждает, что в замкнутой системе процессы, сопровождающиеся возрастанием энтропии, являются наиболее вероятными, тогда как термодинамическая формулировка второго начала термодинамики считает такие процессы единственно возможными.  There is a difference in the thermodynamic and statistical formulations of the second law of thermodynamics, which consists in the fact that the statistical statement of the second law of thermodynamics claims that in a closed system processes accompanied by an increase in entropy are the most probable, while the thermodynamic statement of the second law of thermodynamics considers such processes to be the only possible ones. .
Это различие весьма существенное: статистическая формулировка второго начала термодинамики не только не отрицает, но и напротив, предполагает возможность процессов, в результате которых система переходит из более вероятных состояний в менее вероятные, при уменьшении энтропии, тогда как термодинамическая формулировка второго начала термодинамики полностью исключает возможность подобных процессов.  This difference is very significant: the statistical formulation of the second law of thermodynamics not only does not deny, but, on the contrary, suggests the possibility of processes as a result of which the system passes from more probable states to less probable, with a decrease in entropy, while the thermodynamic formulation of the second law of thermodynamics completely excludes the possibility similar processes.
Стр. 98, [2]: «В природе наряду с рассеянием энергии всегда происходят обратные процессы, в результате которых из «рассеянной» энергии возникают новые виды энергии, например энергия электрических зарядов, энергия вихрей и торнадо, энергия возбуждения и распада атомов и др.».  Page 98, [2]: "In nature, along with the dissipation of energy, reverse processes always occur, as a result of which new types of energy arise from" scattered "energy, for example, the energy of electric charges, the energy of vortices and tornadoes, the energy of excitation and decay of atoms, etc." .
Стр. 56, [2]: «Исходя из закона сохранения энергии, допустимо считать, что любой мыслимый процесс, который не противоречит закону сохранения энергии, принципиально возможен и мог бы иметь место в природе».  Page 56, [2]: "Based on the law of conservation of energy, it is acceptable to assume that any conceivable process that does not contradict the law of conservation of energy is fundamentally possible and could take place in nature."
4. Краткое описание чертежей.  4. A brief description of the drawings.
4.1. На фиг.1 представлены графики динамики изменения объёма Vr (горячего цилиндра) и изменения объёма Vx (холодного цилиндра) в двигателе Стерлинга. 4.1. Figure 1 presents graphs of the dynamics of changes in volume V r (hot cylinder) and changes in volume V x (cold cylinder) in a Stirling engine.
4.2. На фиг. 2 представлен один из возможных графиков термодинамического цикла тепловой машины, выполненной с учётом формулы изобретения, по пункту 1.  4.2. In FIG. 2 presents one of the possible graphs of the thermodynamic cycle of a heat engine, made taking into account the claims, according to paragraph 1.
4.3. На фиг. 3. представлена графическая иллюстрация к устройству двигателя с двумя косыми шайбами, удовлетворяющего способу по пункту 1 формулы изобретения. 4.4. На фиг. 4 представлена динамика изменения рабочих объёмов цилиндра с поршнем двойного действия в преобразователе теплоты в работу, устроенного в рамках требований пункта 1 способа формулы изобретения. 4.3. In FIG. 3. A graphical illustration is presented of an engine device with two oblique washers satisfying the method of claim 1. 4.4. In FIG. 4 presents the dynamics of changes in the working volumes of a cylinder with a double-acting piston in a heat to work converter arranged within the framework of the requirements of paragraph 1 of the method of the claims.
4.5. На фиг. 5 представлена пневматическая структурная схема устройства по пункту 1 способа формулы изобретения.  4.5. In FIG. 5 shows a pneumatic block diagram of a device according to paragraph 1 of the method of the claims.
5. Осуществление изобретения.  5. The implementation of the invention.
5.1. Реализация устройства по способу пункта 2 формулы изобретения.  5.1. The implementation of the device according to the method of paragraph 2 of the claims.
Известно, что экспериментально исследован магнитокалорический эффект (МКЭ) и теплоемкость магнетиков в температурном диапазоне (298°К 353° ) и в магнитных полях с индукцией магнитного поля в диапазоне (0.0 Тл 1.0 Тл).  It is known that the magnetocaloric effect (FEM) and the heat capacity of magnets in the temperature range (298 ° K to 353 °) and in magnetic fields with magnetic field induction in the range (0.0 T 1.0 T) are experimentally investigated.
В соответствующих работах по теплоемкости магнетиков впервые было установлено, что для наноразмерного стабилизированного магнетита в магнитных жидкостях, величина магнитокалорического эффекта превышает величину МКЭ магнетита в микрогетерогенном состоянии:  In the corresponding works on the heat capacity of magnets, it was first established that for nanoscale stabilized magnetite in magnetic fluids, the magnitude of the magnetocaloric effect exceeds the magnitude of the FEM of magnetite in the microheterogeneous state:
• наноразмерный магнетит в магнитных жидкостях в температурном диапазоне (336°К + 340°К) претерпевает магнитный фазовый переход «порядок-порядок»;  • nanoscale magnetite in magnetic fluids in the temperature range (336 ° K + 340 ° K) undergoes an order-to-order magnetic phase transition;
• теплоемкость наноразмерного магнетита в магнитных жидкостях в нулевом поле превышает теплоемкость магнетита в микрогетерогенном состоянии;  • the heat capacity of nanoscale magnetite in magnetic fluids in a zero field exceeds the heat capacity of magnetite in a microheterogeneous state;
• нестабилизированный высокодисперсный магнетит в ходе окислительного процесса переходит в гематит;  • unstabilized fine magnetite passes into hematite during the oxidation process;
• теплоемкость магнетика сильно зависит от величины магнитного поля.  • the heat capacity of a magnet strongly depends on the magnitude of the magnetic field.
Источник информации: [Арефьев Игорь Михайлович, «Магнитокалорический эффект и теплоемкость высокодисперсных магнетиков», 02.00.04 - физическая химия, Автореферат диссертации].  Source of information: [Arefyev Igor Mikhailovich, “Magnetocaloric effect and heat capacity of highly dispersed magnets”, 02.00.04 - Physical Chemistry, Abstract of the dissertation].
В соответствии с принципом магнитокалорического эффекта, следует уменьшать до нуля магнитное поле в материале регенератора (в материале, который запасает теплоту) при горячей продувке регенератора и увеличивать магнитное поле в материале регенератора при холодной продувке. В режиме холодной продувки температура материала регенератора увеличится, что позволит передать всю запасённую регенератором теплоту рабочему телу двигателя Стирлинга, несмотря на то, что удельная теплоёмкость рабочего тела в режиме холодной продувки уменьшается.  In accordance with the principle of the magnetocaloric effect, the magnetic field in the material of the regenerator (in the material that stores heat) should be reduced to zero when the regenerator is hot-blown and the magnetic field in the regenerator material should be increased during cold-blown. In the regime of cold purging, the temperature of the material of the regenerator will increase, which will allow transferring all the heat stored by the regenerator to the working fluid of the Stirling engine, despite the fact that the specific heat of the working fluid in the regime of cold purging is reduced.
5.1.2. Реализации иного варианта устройства по способу пункта 2 формулы  5.1.2. The implementation of another variant of the device according to the method of paragraph 2 of the formula
изобретения.  inventions.
В бытовых холодильниках используют свойство изменения теплоёмкости рабочего агента при изменении давления. При малом давлении жидкий агент испаряется при температуре морозильной камеры и демонстрирует повышенную удельную теплоёмкость, а при повышенном давлении газ переходит в жидкостную фазу, выделяется теплота конденсации при повышенной температуре в радиаторе охлаждения, расположенном на задней стенке холодильника. Если процедуру испарения агента регенератора производить при горячей продувке регенератора, а процедуру конденсации вещества регенератора проводить в момент холодной продувки регенератора, то нагреваемое рабочее тело двигателя Стерлинга поглотит всю ранее накопленную веществом регенератора теплоту. In household refrigerators, the property of changing the heat capacity of the working agent with a change in pressure is used. At low pressure, the liquid agent evaporates at the temperature of the freezer and exhibits an increased specific heat, and at increased pressure the gas goes into the liquid phase, condensation heat is released at an increased temperature in the cooling radiator located on the rear wall of the refrigerator. If the evaporation of the regenerator agent is carried out during the hot purge of the regenerator, and the condensation of the regenerator substance is carried out at the time of the cold purge of the regenerator, then the heated working fluid of the Sterling engine will absorb all the heat previously accumulated by the regenerator substance.
5.2. Реализации устройства в режиме прямого цикла Стирлинга по способу пункта 1 формулы изобретения. 5.2. Implementations of the device in the direct Stirling cycle mode according to the method of paragraph 1 of the claims.
Проще всего показать работоспособность заявленного термодинамического цикла по пункту 1 формулы изобретения на примере двигателя с косой шайбой.  The easiest way to show the operability of the claimed thermodynamic cycle according to paragraph 1 of the claims on the example of an engine with a slanting washer.
Двигатель с косой шайбой - это поршневая машина без коленчатого вала. Чаще всего в такой машине поршень, цилиндр и шток поршня являются цилиндрическими и коаксиальными, а шток имеет возможность перемещаться вдоль самого себя в направляющих конструктива головок, если поршень двухстороннего действия. Кроме того, снаружи цилиндра, в непосредственной близости от цилиндра, размещён выходной вал. Выходной вал имеет возможность вращаться вокруг своей оси в радиально упорных подшипниках, на валу закреплена шайба, а некоторая часть плоскости шайбы не перпендикулярна оси вала. При этом шток поршня упирается в шайбу и при рабочем ходе поршня со штоком, шток оказывает воздействие на косой участок шайбы и шайба вместе с валом проворачивается вокруг оси выходного вала.  The engine with a slanting washer is a piston machine without a crankshaft. Most often, in such a machine, the piston, cylinder and piston rod are cylindrical and coaxial, and the rod has the ability to move along itself in the guides of the heads, if the piston is double-acting. In addition, the output shaft is located outside the cylinder, in the immediate vicinity of the cylinder. The output shaft has the ability to rotate around its axis in angular contact bearings, a washer is fixed to the shaft, and some part of the plane of the washer is not perpendicular to the axis of the shaft. In this case, the piston rod abuts against the washer and during the stroke of the piston with the rod, the rod affects the oblique portion of the washer and the washer together with the shaft rotates around the axis of the output shaft.
Особенностью двигателя является тот факт, что масса рабочего тела в цилиндре всегда заключена в объёме между поршнем и соответствующей головкой цилиндра. После рабочего хода температура рабочего тела остаётся высокой (слишком малое количество внутренней энергии преобразуется в механическую работу). И, несмотря на то, что рабочее тело считается отработавшим в одной части цилиндра, отработавшее рабочее тело всегда будет горячее рабочего тела в другой части цилиндра, а если теплоту из отработавшего передать в эту, другую часть цилиндра, и немного до-охладить этот объём газа, то появятся силы, которые вернут поршень в исходное состояние и при этом будут работать против внешних сил.  A feature of the engine is the fact that the mass of the working fluid in the cylinder is always enclosed in the volume between the piston and the corresponding cylinder head. After the working stroke, the temperature of the working fluid remains high (too little internal energy is converted into mechanical work). And, despite the fact that the working fluid is considered to be spent in one part of the cylinder, the spent working fluid will always be hotter than the working fluid in another part of the cylinder, and if the heat from the spent is transferred to this, another part of the cylinder, and this gas volume is slightly cooled. , then there will be forces that will return the piston to its original state and at the same time will work against external forces.
Внешний вид некоторых узлов такого двигателя, предназначенного для реализации заявленного термодинамического цикла, представлен на фиг. 3., что являет собой графическую иллюстрацию к устройству двигателя с двумя косыми шайбами.  The appearance of some components of such an engine, designed to implement the claimed thermodynamic cycle, is shown in FIG. 3., which is a graphic illustration of the engine with two oblique washers.
Поршни 1 и 1а расположены на штоках 2 и 2а. На выходной оси За-3 размещены две шайбы 4лев и 4прав, а между ними расположены штоки и поршни так, что концы штоков 2 и 2а касаются поверхностей двух шайб 4лев и 4прав на дорожках 5 и 6, плоскость дорожек 6 перпендикулярна оси вала За-3. Взаимное расположение штока 2а с поршнем 1а и шайб, как это представлено на фиг. 3, такое, что концы штока упираются в ту часть профиля поверхностей шайб, 5, что имеет наклонную плоскость по отношению к оси вращения выходного вала За-3.  Pistons 1 and 1a are located on rods 2 and 2a. On the Za-3 output axis, two washers 4 lev and 4 right are placed, and between them the rods and pistons are located so that the ends of the rods 2 and 2a touch the surfaces of the two washers 4 lev and 4 rights on tracks 5 and 6, the plane of tracks 6 is perpendicular to the axis of the shaft Za-3 . The relative position of the rod 2a with the piston 1a and the washers, as shown in FIG. 3, such that the ends of the rod abut against that part of the profile of the surfaces of the washers, 5 that has an inclined plane with respect to the axis of rotation of the output shaft ZA-3.
При вращении выходного вала За-3 в направлении ω (при таком расположении штоков и шайб), положение поршня 1 и штока 2 не меняется (поршень со штоком не могут смещаться вдоль оси штока), а шток 2а с поршнем 1а вынуждено перемещаются в направлении силы F. На поршнях чередуются направление приложения силы F на противоположное и, поскольку шток также действует на косые поверхности противоположной кривизны двух шайб, то усилия, возникающие на поршне во время рабочего хода, вращают вал всегда в одну сторону. When the output shaft Za-3 rotates in the direction ω (with this arrangement of rods and washers), the position of the piston 1 and rod 2 does not change (the piston with the rod cannot move along the axis of the rod), and the rod 2a with the piston 1a is forced to move in the direction of force F. The direction of the application of force F is opposite on the pistons and, since the rod also acts on the oblique surfaces of the opposite curvature of the two washers, the forces arising on the piston during the working stroke always rotate the shaft in one direction.
При движении поршней меняются рабочие объёмы между поршнем и головками цилиндров (на фиг. 3 головки не представлены, но направляющие в головках и штоки выполнены соосно и головки размещены между поршнем и косыми шайбами).  When the pistons move, the working volumes between the piston and the cylinder heads change (the heads are not shown in Fig. 3, but the guides in the heads and rods are aligned and the heads are placed between the piston and the oblique washers).
На фиг. 4 представлены графики динамики изменения рабочего объёма цилиндров: между поршнем и левой головкой цилиндра и между поршнем и правой головкой цилиндра (при вращении выходного вала с угловой скоростью ω/сек).  In FIG. Figure 4 shows the dynamics of changes in the working volume of the cylinders: between the piston and the left cylinder head and between the piston and the right cylinder head (when the output shaft rotates with an angular speed of ω / s).
На верхней группе графиков - изменение объёма цилиндра левого и правого от поршня 1. On the upper group of graphs is the change in the volume of the cylinder left and right of the piston 1.
На нижней группе графиков - изменение объёма цилиндра левого и правого от поршня 1а.The lower group of graphs shows the change in the volume of the cylinder left and right of the piston 1a.
При непрерывном вращении выходного вала с шайбами описанного профиля, объёмы под левой и правой головкой цилиндра будут изменяться. With continuous rotation of the output shaft with washers of the described profile, the volumes under the left and right cylinder heads will change.
И, наоборот, при должном чередовании нагрева и охлаждения рабочего тела в оговоренных объёмах - будут возникать силы, заставляющие вращаться непрерывно вал двигателя.  And, on the contrary, with proper alternation of heating and cooling of the working fluid in the agreed volumes, forces will arise that cause the motor shaft to rotate continuously.
Пневматическая структурная схема устройства, работающего по заявленному циклу, представлена на фиг. 5.  The pneumatic structural diagram of a device operating according to the claimed cycle is shown in FIG. 5.
Поршневая машина представлена на фиг. 5 цилиндром 7, поршнем 1, штоком 2 и головками цилиндра 8лев и 8прав с направляющими для штока 2. На фиг. 5. отображено такое положение штока и косых шайб 4лев и 4прав, при котором концы штока 2 упираются в не наклонную часть шайб 4лев и 4прав, т.е. в поверхности 6 (подробнее смотри фиг. 3).  The piston engine is shown in FIG. 5 by cylinder 7, piston 1, rod 2 and cylinder heads 8 left and 8 right with guides for rod 2. In FIG. 5. the position of the stem and the slanting washers of 4 levs and 4 rights is displayed, in which the ends of the stem 2 abut against the non-inclined part of the washers of 4 levs and 4 rights, i.e. in surface 6 (see FIG. 3 for more details).
Поршень может быть полый, с внутренней перегородкой. Полость поршня справа от перегородки, объём цилиндра Vnp и правая полость штока - сообщающиеся сосуды. Правая полость штока, кроме того, сообщается с внешними трубопроводами через разъём х. Аналогично, полость поршня слева от перегородки, объём цилиндра Улев и левая полость штока - сообщающиеся сосуды. Левая полость штока, кроме того, сообщается с внешними трубопроводами через разъём щ.  The piston may be hollow with an internal baffle. The piston cavity to the right of the septum, the cylinder volume Vnp and the right stem cavity are communicating vessels. The right cavity of the rod, in addition, communicates with external pipelines through connector x. Similarly, the piston cavity to the left of the septum, the cylinder volume Ulev and the left stem cavity are communicating vessels. The left cavity of the rod, in addition, communicates with external pipelines through the connector u.
В головках цилиндра 8лев и 8прав, предусмотрены окна и соответствующие разъёмы ч а ш - для подключения внешних трубопроводов.  In the cylinder heads there are 8 levs and 8 rights, windows and corresponding connectors are provided for connecting external pipelines.
Вдоль по штоку, в объёмах, под левой 8лев, и под правой 8прав, головками цилиндра может перемещаться перегородка - шторка, соответственно 9лев и 9прав. На структурной схеме фиг. 5 не отражены приводы для перемещения этих перегородок вдоль штока (технических решений привода бесконечно много), однако, приводы обеспечивают перемещение перегородок от поршня к головке после совершения рабочего хода в этой части цилиндра и в фазе всасывания поршня - от головки к поршню.  Along the stem, in volumes, under the left 8left, and under the right 8leight, the cylinder head can move the partition - the curtain, respectively 9left and 9right. In the block diagram of FIG. 5, the drives for moving these partitions along the stem are not reflected (the technical solutions of the drive are infinitely many), however, the drives move the partitions from the piston to the head after making a stroke in this part of the cylinder and in the phase of piston suction from the head to the piston.
При перемещении перегородок не возникает существенного перепада давления рабочего тела тепловой машины на сторонах перегородок, поскольку конструкция устройства по схеме фиг. 5 предусматривает свободное перетекание рабочего тела из объёма перед перегородкой (из объёма, в сторону которого движется перегородка) в освободившийся объём за перегородкой. Рабочее тело перетекает через соответствующие полости теплообменников 10 (теплообменник- регенератор), 11 (теплообменник до-нагрева) и 12 (теплообменник до-охлаждения) в режиме постоянного объёма, но с синхронно изменяющимся давлением перед и после перегородки. When moving the partitions, there is no significant pressure difference between the working fluid of the heat engine on the sides of the partitions, since the design of the device according to the circuit of FIG. 5 provides for free flow of the working fluid from the volume in front of the partition (from the volume, towards which the partition moves) into the vacant volume behind the partition. The working fluid flows through the corresponding cavities of the heat exchangers 10 (heat exchanger-regenerator), 11 (pre-heating heat exchanger) and 12 (pre-cooling heat exchanger) in a constant volume mode, but with a synchronously changing pressure before and after the partition.
На фиг. 5 зафиксировано такое состояние и положение поршня, которому предшествовала процедура нагрева рабочего тела в правой части цилиндра и процедура охлаждения рабочего тела в левой части цилиндра. При этом даже после окончания рабочего хода, давление слева и справа от поршня стало одинаковым, но даже при смещении поршня влево от среднего положения в цилиндре после рабочего хода, температура рабочего тела в левой части цилиндра меньше, чем температура рабочего тела в правой части цилиндра.  In FIG. 5, the state and position of the piston is fixed, which was preceded by the heating of the working fluid in the right part of the cylinder and the cooling of the working fluid in the left part of the cylinder. Moreover, even after the end of the working stroke, the pressure to the left and right of the piston became the same, but even when the piston shifted to the left from the middle position in the cylinder after the working stroke, the temperature of the working fluid in the left side of the cylinder is lower than the temperature of the working fluid in the right side of the cylinder.
Чтобы организовать следующий рабочий ход нужно, чтобы рабочее тело в левой части цилиндра нагрелось и там увеличилось давление, а температура в правой части цилиндра упала и там бы давление уменьшилось. Процедуры нагрева и охлаждения протекают тогда, когда поршень зафиксирован в крайнем положении (когда концы штоков оказались не на наклонных поверхностях косой шайбы).  To organize the next working stroke, it is necessary that the working fluid on the left side of the cylinder is heated and there the pressure increases, and the temperature on the right side of the cylinder drops and there the pressure decreases. The heating and cooling procedures occur when the piston is locked in the extreme position (when the ends of the rods are not on the inclined surfaces of the oblique washer).
Итак, поршень и шток зафиксирован, а перегородки-шторки 9лев и 9прав перемещаются справа налево, в направлении стрелок Пр1 «продувка 1».  So, the piston and the rod are fixed, and the curtain-partitions 9left and 9th right move from right to left, in the direction of arrows Pr1 “purge 1”.
При продувке Пр1, в правой, части цилиндра с нагретым рабочим телом, газ перемещается от разъёма J , через обратный клапан 13 к штуцеру д регенератора 10, далее через штуцер г к штуцеру р теплообменника 12. С выхода теплообменника 12 (штуцер с) рабочее тело поступает в освободившийся объём за шторкой 9прав, но поступает уже при низшей температуре в цикле.  When blowing Pr1, in the right part of the cylinder with a heated working fluid, the gas moves from the connector J, through the check valve 13 to the nozzle d of the regenerator 10, then through the nozzle r to the fitting p of the heat exchanger 12. From the outlet of the heat exchanger 12 (fitting c) enters the vacant volume behind the curtain 9 rights, but enters already at the lowest temperature in the cycle.
При продувке Пр1, в левой, части цилиндра с охлаждённым рабочим телом, газ перемещается от разъёма ч, к штуцеру о теплообменника 12, далее через штуцер и к штуцеру а теплообменника 10. С выхода теплообменника 12 (штуцер б) рабочее тело поступает в освободившийся объём за шторкой 9лев, но поступает через обратный клапан 14 и канал ж_е теплообменника 11 и уже при самой высокой температуре в цикле.  When blowing Pr1, in the left part of the cylinder with a cooled working fluid, the gas moves from the connector h to the nozzle about the heat exchanger 12, then through the nozzle and to the nozzle a of the heat exchanger 10. From the output of the heat exchanger 12 (nozzle b), the working fluid enters the freed volume Behind the curtain 9left, but enters through the check valve 14 and channel w_e of the heat exchanger 11 and already at the highest temperature in the cycle.
К окончанию движения шторок-перегородок 9лев и 9прав, к окончанию процесса охлаждения рабочего тела (в правой части цилиндра) и нагрева рабочего тела (в левой части цилиндра), вал и шайбы проворачиваются так, что шток начинает скользить по косой части активной шайбы 4прав и совершать полезную работу вращения вала, под действием расширяющегося газа в левой части цилиндра и втягивающего усилия на поршне в область пониженного давления в правой части цилиндра.  By the end of the movement of the curtain-partitions 9left and 9th right, by the end of the process of cooling the working fluid (on the right side of the cylinder) and heating the working fluid (on the left side of the cylinder), the shaft and washers rotate so that the stem begins to slide along the oblique part of the active washer 4right and to do the useful work of rotating the shaft under the action of expanding gas on the left side of the cylinder and a pulling force on the piston into the reduced pressure region on the right side of the cylinder.
Так совершается рабочий ход поршня в двигателе. По мере совершения рабочего хода разность давлений в левой и правой части цилиндра падает.  So the working stroke of the piston in the engine. As the stroke progresses, the pressure difference in the left and right parts of the cylinder drops.
В момент выравнивания давления на сторонах поршня 1 наклонная часть косой шайбы заканчивается, шток фиксируется в достигнутом состоянии между не наклонными частями шайбы, положение поршня и объёмы в правой и левой части фиксируются (хоть они и оказываются не равными) и начинается движение шторок-перегородок в обратную сторону, что сопровождается перемещением тепла из горячего рабочего тела через обратный клапан 16 в регенератор 10 и далее в холодное рабочее тело, поступающее через обратный клапан 16 в теплообменник 11 до-нагрева нагреваемого рабочего тела в теплообменнике 11, и процесс перемещения шторок-перегородок сопровождается отводом лишнего тепла (не переданного в регенераторе 10) из охлаждаемого рабочего тела в теплообменнике до-охладителе 12. At the time of equalization of pressure on the sides of the piston 1, the inclined part of the oblique washer ends, the rod is fixed in the achieved state between the non-inclined parts of the washer, the position of the piston and the volumes in the right and left parts are fixed (although they turn out to be unequal) and the movement of the curtain-partitions begins back side that is accompanied heat transfer from a hot working fluid through a non-return valve 16 to a regenerator 10 and then to a cold working fluid flowing through a non-return valve 16 to a heat exchanger 11 for pre-heating the heated working fluid in a heat exchanger 11, and the process of moving the curtain-partitions is accompanied by the removal of excess heat (not transferred to the regenerator 10) from the cooled working fluid in the heat exchanger pre-cooler 12.
При процедуре нагрева рабочего тела, например, в левой части цилиндра, шторка- перегородка, перемещаясь справа-налево (продувка Пр1), вызывает движение газа в теплообменниках, но обратный клапан 17 препятствует прохождению газа через канал o n теплообменника 12. При процедуре охлаждения рабочего тела в левой части цилиндра, обратный клапан 18 заставляет двигаться рабочее тело через канал п о теплообменника 12 и передавать этому теплообменнику остатки бросовой теплоты от той теплоты, которая не была перемещена в нагреваемое тело в регенераторе 10.  In the process of heating the working fluid, for example, on the left side of the cylinder, the curtain-partition, moving from right to left (purge Pr1), causes gas to move in the heat exchangers, but the check valve 17 prevents the passage of gas through the on channel of the heat exchanger 12. During the cooling of the working fluid on the left side of the cylinder, the check valve 18 makes the working fluid move through the channel n about the heat exchanger 12 and transfer to this heat exchanger the remnants of waste heat from that heat that was not transferred to the heated body in the regenerator 1 0.
Обратные клапаны 19 и 20 предназначены для реализации аналогичных процедур при нагреве и охлаждении рабочего тела в правой части цилиндра для исключения перемещения рабочего тела через канал с_р в процедуре нагрева рабочего тела в правой части цилиндра.  Check valves 19 and 20 are designed to implement similar procedures when heating and cooling the working fluid on the right side of the cylinder to prevent movement of the working fluid through channel c_p in the heating process of the working fluid on the right side of the cylinder.
С учётом изложенного, если правильно рассчитаны тепловые сопротивления теплообменников 11 и 12, то на входе сумматора (смесителя), от штуцеров и и н теплообменника 11 и от штуцера ф теплообменника 12, теплоноситель будет иметь одинаковую температуру и эта температура (на выходе 22 сумматора (смесителя) 21), будет иметь температуру (в случае реализации цикла, представленного на фиг.2) на ΔΤ = 40 градусов ниже, чем температура теплоносителя на входе 23.  Based on the foregoing, if the thermal resistances of heat exchangers 11 and 12 are correctly calculated, then at the inlet of the adder (mixer), from the fittings and n of the heat exchanger 11, and from the fitting f of the heat exchanger 12, the heat carrier will have the same temperature and this temperature (at the output 22 of the adder ( mixer) 21), will have a temperature (in the case of the cycle shown in figure 2) ΔΤ = 40 degrees lower than the temperature of the coolant at the inlet 23.
Описанное устройство любым, технически-целесообразным способом, можно конструктивно сопрягать (подключать) с существующими электрическими генераторами с целью преобразования тепловой энергии в механическую работу и, далее, в электрическую энергию.  The described device in any technically feasible way, you can constructively pair (connect) with existing electrical generators in order to convert thermal energy into mechanical work and, further, into electrical energy.
Если сделать расстояние между двумя шайбами несколько больше, чем это нужно для цилиндра выбранного объёма, то на каждом штоке можно разместить поршень двухстороннего действия и поместить его в цилиндр насоса гидравлического привода, а гидропривод часто привлекательнее, чем электропривод из соображений выигрыша гидравлического мотора (гидравлического двигателя) у электрического двигателя по критерию удельной массы.  If you make the distance between the two washers slightly larger than is necessary for the cylinder of the selected volume, then on each rod you can place a double-acting piston and place it in the cylinder of the hydraulic drive pump, and the hydraulic drive is often more attractive than the electric drive for reasons of winning the hydraulic motor (hydraulic motor ) for an electric motor according to the specific gravity criterion.
5.3. Реализация способа по пункту 4 формулы изобретения. 5.3. The implementation of the method according to paragraph 4 of the claims.
Известно, что приближение характера термодинамических процессов сжатия и расширения к изотермическому процессу, повышает общий КПД тепловой машины. В заявленном прямом и обратном цикле Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе также увеличивается КПД, если характер термодинамических процессов сжатия и расширения рабочего тела, происходящих в тепловой машине, близок к изотермическому характеру осуществления термодинамических процессов.  It is known that the approximation of the nature of the thermodynamic processes of compression and expansion to the isothermal process increases the overall efficiency of the heat engine. In the claimed direct and reverse Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, the efficiency also increases if the nature of the thermodynamic processes of compression and expansion of the working fluid in the heat engine is close to the isothermal nature of the implementation of thermodynamic processes.
5.4. Реализация способа по пункту 5 формулы изобретения. Известно, что цикл Стерлинга может осуществляться в обратную сторону, т.е. если вращать выходной вал тепловой машины, работающей по циклу Стерлинга, внешним усилием в обратную сторону, то термодинамические процессы в цикле будут происходить в обратной последовательности, реализуя цикл теплового насоса. Принимая во внимание тенденцию развития тепловых насосов в сторону использования тепловой машины Стерлинга и опубликованные сведения в источнике информации: [Танклевский В.И., Грузман P.M., Кириллов Н.Г., Сударь Ю.М. «Децентрализованные системы теплоснабжения с тепловыми насосами, работающими по обратному циклу Стерлинга», «Теплоэнергоэффективные технологии», Информационный бюллетень, N 1, СПб., 1997, стр. 38-40], целесообразно и реализуемо для получения тепловых насосов, криогенных машин и машин умеренного холода с повышенным (увеличенным) их общим холодильным коэффициентом, использовать обратный цикл Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, где последовательность операций (чередование этапов цикла) с рабочим телом в термодинамическом цикле выполняется в обратном порядке. 5.4. The implementation of the method according to paragraph 5 of the claims. It is known that the Stirling cycle can be carried out in the opposite direction, i.e. if we rotate the output shaft of a heat engine operating according to the Sterling cycle with an external force in the opposite direction, then the thermodynamic processes in the cycle will occur in the reverse sequence, realizing the heat pump cycle. Taking into account the development trend of heat pumps towards the use of the Sterling heat engine and published information in the source of information: [Tanklevsky V.I., Gruzman PM, Kirillov N.G., Sudar Yu.M. “Decentralized heat supply systems with heat pumps operating on the reverse Sterling cycle”, “Heat-energy-efficient technologies”, Information Bulletin, N 1, St. Petersburg, 1997, pp. 38-40], it is expedient and feasible to obtain heat pumps, cryogenic machines and machines moderate cold with increased (increased) their overall refrigeration coefficient, use the reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, where the sequence of operations (alternating stages of the cycle) with a working fluid in thermodynamics cycle is performed in the reverse order.
5.5. Реализация способа по пункту 6 формулы изобретения. 5.5. The implementation of the method according to paragraph 6 of the claims.
В цикле Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе по пункту 1 формулы изобретения, при использовании тепловой машины, работающей по прямому циклу Стерлинга, отработавшее на этапе рабочего хода в цикле рабочее тело направляют в холодный регенератор теплового насоса, сопряжённого по температурам холодного и горячего регенератора, соответственно с температурами бросовой теплоты и питающей теплоты в цикле, а рабочее тело в цикле, на этапе нагрева рабочего тела в цикле Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, нагревают не только питающей теплотой, но и в горячем радиаторе указанного выше сопряжённого теплового насоса.  In a Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator according to paragraph 1 of the claims, when using a heat engine operating on a direct Sterling cycle, the working fluid spent at the stage of the working stroke in the cycle is sent to the cold regenerator of the heat pump, mated by the temperatures of the cold and hot regenerator, respectively, with the temperatures of the waste heat and the supply heat in the cycle, and the working fluid in the cycle, at the stage of heating the working fluid in the Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, it is heated not only by supply heat, but also in a hot radiator of the aforementioned conjugate heat pump.
5.6. Оценка удельной массы двигателя, выполненного по циклу Стирлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе. 5.6. Estimation of the specific gravity of the engine performed according to the Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator.
Основные комплектующие рабочие узлы двигателя, выполненного по структурной схеме, представленной на фиг. 5 - это поршневая машина и регенератор (теплообменник).  The main components of the working units of the engine, made according to the structural diagram shown in FIG. 5 is a piston machine and a regenerator (heat exchanger).
Известны решения регенераторов, которые имеют тепловую мощность более Рмощн > 30 ООО кВт в объёме одного кубического метра при тепловом напоре не более dT = 1 градуса между теплообменивающимися средами.  Solutions of regenerators are known that have a thermal power of more than Rmoshch> 30 000 kW in the volume of one cubic meter with a heat head of not more than dT = 1 degree between heat-exchanging media.
В расчётах, предложенных выше, тепловой двигатель, работающий по заявленному циклу, на каждый килограмм воздуха должен будет пропустить через свой рабочий объём менее шести литров. Диаметр каждого цилиндра (d^m) двигателя будет составлять величину, не более ёцил— 150 мм.  In the calculations proposed above, a heat engine operating according to the declared cycle will have to pass less than six liters through its working volume per kilogram of air. The diameter of each cylinder (d ^ m) of the engine will amount to no more than 150 mm.
Цилиндров вокруг одного вала с косыми шайбами можно разместить, более чем один цилиндр - например, восемь цилиндров. При работе такого двигателя, за один проход штока в одну сторону работа, вырабатываемая одним штоком, составит величину Ьцикла = 0.373 кДж кг, но за один оборот вала, каждый шток совершает двойной ход и возвращается в исходное состояние. Cylinders around one shaft with oblique washers can accommodate more than one cylinder - for example, eight cylinders. During the operation of such an engine, in one pass of the rod in one direction, the work produced by one rod will amount to L cycle = 0.373 kJ kg, but in one revolution of the shaft, each rod makes a double stroke and returns to its original state.
Следовательно, на периоде обращения вала с косой шайбой каждым штоком выработается двойная работа (L2), т.е. L2= 2 * Ьцикла = 0.373 * 2 = 0.746 кДж/кг.  Therefore, during the period of rotation of the shaft with the oblique washer, each rod will develop double work (L2), i.e. L2 = 2 * L cycle = 0.373 * 2 = 0.746 kJ / kg.
А если цилиндров в двигателе по количеству восемь единиц, то за один оборот вала выработается общая суммарная работа (Ъсумм), а именно:  And if there are eight units in the engine in the number of cylinders, then for one revolution of the shaft, the total total work (сsumm) will be developed, namely:
Ьсумм = 8 * L2 = 8 * 0.746 = 5.968 кДж.  Bsumm = 8 * L2 = 8 * 0.746 = 5.968 kJ.
При далеко не предельной нагрузке двигателя, при частоте (f) оборотов выходного вала f = 6000 об/мин (100 об/сек), все восемь цилиндров за секунду выработают общую суммарную работу 596.8 кДж/сек, что соответствует их суммарной мощности Рмощн = 596.8 кВт. With a far from maximum engine load, at a frequency (f) of the output shaft speed f = 6000 rpm (100 rpm), all eight cylinders per second will produce a total total work of 596.8 kJ / s, which corresponds to their total power Р Power = 596.8 kW
Объём восьми цилиндров двигателя будет равен Vg = 48 литров. Коэффициент заполнения объёма металлом не более 25%, а показатель плотности упаковки элементов двигателя равен 0.5.  The volume of eight engine cylinders will be equal to Vg = 48 liters. The volume filling factor of the metal is not more than 25%, and the packing density of the engine elements is 0.5.
Значит, полный объём (Удаиг) двигателя, работающего по заявленному циклу, будет составлять величину Удаиг < 100 литров, а его масса будет составлять величину mi < 300 кг. Hence, the full volume (V da dz) engine working cycle according to the claimed, will be a value Udaig <100 liters, and its mass will be a value mi <300 kg.
Объём теплообменников (V-ГЕПЛООБМ) не должен превышать величины:  The volume of heat exchangers (V-GEPLOOBM) must not exceed the value:
VTEIDIOOEM < 48 / 30 000 = 0.0016 м3 VTEIDIOOEM <48 / 30,000 = 0.0016 m 3
Допустим, что выбран не самый лучший теплообменник, и тогда, если этот теплообменник хуже эффективного теплообменника, например, в десять раз, то его объём составит не более величины: УТЕПЛООБМ < 16 литров.  Suppose that not the best heat exchanger is selected, and then, if this heat exchanger is ten times worse than an effective heat exchanger, for example, its volume will be no more than: UTEPLOOBM <16 liters.
Коэффициент заполнения металлом теплообменника - не более 25%, это значит, что масса его будет составлять около т2 = 50 килограмм. The fill factor of the heat exchanger with metal is not more than 25%, this means that its mass will be about t 2 = 50 kilograms.
С учётом объёма и массы двигателя, включая теплообменник, а также с учётом необходимого холодильника, объём агрегата мощностью Рмощн = 596.8 кВт будет составлять, соответственно: Taking into account the volume and mass of the engine, including the heat exchanger, as well as taking into account the necessary refrigerator, the volume of the unit with a power of Rmoshch = 596.8 kW will be, respectively:
- по объему V = V-ГЕПЛООБМ + Удаиг = 100 + 16 = 1 16 литров, - by volume V = V-GEPLOOBM + Udaig = 100 + 16 = 1 16 liters,
- по массе М = nil + m2 = 350 кг. - by mass M = ni l + m 2 = 350 kg.
Тогда его удельная масса (Муд) составит: Then its specific gravity (M beats ) will be:
Муд = М / Рмощн = 350 / 596.8 = 0.586 кг/кВт, M beats = M / PM power = 350 / 596.8 = 0.586 kg / kW,
а удельный объём будет составлять:  and the specific volume will be:
Ууд = V / Рмощн = 1 16 / 596.8 = 0.194 литр / кВт. U beats = V / Рmoshchn = 1 16 / 596.8 = 0.194 liter / kW.
Т.е. имеем следующие удельные параметры двигателя по массе и объему:  Those. we have the following specific engine parameters by weight and volume:
Муд = 0.586 кг/кВт, и Ууд= 0.194 литр / кВт. Mood = 0.586 kg / kW, and U beats = 0.194 liter / kW.
*** Аналогичные удельные параметры силовой установки самолёта Боинг 737 (вместе с запасом топлива) - составляют значения:  *** Similar specific parameters of the power plant of the Boeing 737 aircraft (together with the fuel supply) - are the values:
Муд = 2.6 кг / кВт, и УуД = 1.1 литр / кВт. Mood = 2.6 kg / kW, and Uy D = 1.1 liter / kW.
6. Промышленная применимость. Параметры заявленного цикла, представленного на фиг. 2, соответствуют, в том числе, устройству, которое может иметь наименование: «Преобразователь бросовой низкопотенциальной теплоты». 6. Industrial applicability. The parameters of the claimed cycle shown in FIG. 2 correspond, inter alia, to a device, which may have the name: “Low-grade waste heat converter”.
К таким низкотемпературным источникам теплоты относится теплота, передаваемая в градирни электростанций, теплота охлаждения мощных компрессоров и двигателей внутреннего сгорания, паразитное тепло мощных компьютерных центров, теплота металлургических производств, теплота из коллекторов вытяжной вентиляции метрополитена, гостиниц и производственных помещений и т.д. и т.п., которую целесообразно использовать, иными словами - утилизировать с получением механической работы.  Such low-temperature sources of heat include heat transferred to cooling towers of power plants, heat of cooling of powerful compressors and internal combustion engines, parasitic heat of powerful computer centers, heat of metallurgical plants, heat from collectors of exhaust ventilation of the subway, hotels and industrial premises, etc. etc., which is advisable to use, in other words, disposed of with the receipt of mechanical work.
Отличительной особенностью такого преобразователя, утилизирующего низкотемпературную бросовую (низкопотенциальную) теплоту, является малая разница температур между температурой подвода теплоты к преобразователю, выполненному на базе тепловой машины с внешним подводом тепла, и температурой холодного резервуара, в который тепловая машины вынуждена сбрасывать бросовую теплоту из отработавшего рабочего тела.  A distinctive feature of such a converter utilizing low-temperature waste (low-potential) heat is the small temperature difference between the temperature of the heat supply to the converter, made on the basis of a heat engine with an external heat input, and the temperature of the cold tank into which the heat engine is forced to discharge waste heat from the spent working heat body.
При создании преобразователя низкопотенциальной теплоты по заявленному термодинамическому циклу, у бросовой теплоты температура будет выше типового значения окружающей среды (например, воды в естественном водоеме) и это обстоятельство обеспечит работоспособность такого преобразователя. Из соображений упрощения конструкции и эксплуатации преобразователя низкопотенциальной теплоты в работу, в качестве рабочего тела в «Преобразователе бросовой низкопотенциальной теплоты» применяется обычный сжатый воздух, а с целью уменьшения удельных объёмных характеристик выбрано среднее давление воздуха в цикле, равное 20.0 МПа.  When creating a low-potential heat converter according to the declared thermodynamic cycle, the temperature of the waste heat will be higher than the typical value of the environment (for example, water in a natural reservoir) and this will ensure the operability of such a converter. For reasons of simplifying the design and operation of the low-potential-heat converter to work, conventional compressed air is used as the working fluid in the "Low-potential-heat waste converter", and in order to reduce the specific volumetric characteristics, the average air pressure in the cycle equal to 20.0 MPa was chosen.
Малое изменение давления в цикле облегчает выполнение требований по надёжности мембраны, отделяющей друг от друга теплообменивающиеся среды, и малый коэффициент изменения давления обеспечивает низкий перепад температур подвода и отвода теплоты.  A small change in pressure in the cycle makes it easier to meet the requirements for the reliability of the membrane that separates heat-exchanging media from each other, and a small coefficient of pressure change provides a low temperature difference in the heat supply and removal.
Реально сочетание параметров в цикле может быть другим, как и вид выбранного рабочего тела, например, воздух, аргон, неон, гелий.  Actually, the combination of parameters in the cycle may be different, as well as the type of the selected working fluid, for example, air, argon, neon, helium.
Тепловая машина по заявленному термодинамическому циклу герметична, но высоких требований к конструкции по её герметичности, в случае применения воздуха в качестве рабочего тела, можно не предъявлять, ибо рабочее тело легко пополняется от встроенного в машину компрессора небольшой производительности.  According to the declared thermodynamic cycle, the heat engine is airtight, but there can be no high requirements to the structure for its tightness, in the case of using air as a working fluid, because the working fluid is easily replenished by a small capacity compressor built into the machine.
Таким образом, преобразователь низкотемпературной теплоты, работающий по заявленному термодинамическому циклу, позволяет эффективно перерабатывать низкотемпературную бросовую теплоту в механическую работу с КПД намного выше, чем КПД цикла Карно.  Thus, a low-temperature heat converter operating according to the declared thermodynamic cycle allows efficiently processing low-temperature waste heat into mechanical work with an efficiency much higher than the efficiency of the Carnot cycle.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Прямой и обратный цикл Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, состоящий из термодинамических процессов нагрева и сжатия рабочего тела, расширения и охлаждения рабочего тела, передачи теплоты из отработавшего рабочего тела в нагреваемое рабочее тело, отличающийся тем, что охлаждаемое рабочее тело и нагреваемое рабочее тело перемещают в регенератор в условиях, когда оба рабочих тела, нагреваемое и охлаждаемое, находятся в состоянии постоянного объёма. 1. Forward and reverse Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, consisting of thermodynamic processes of heating and compression of the working fluid, expansion and cooling of the working fluid, heat transfer from the spent working fluid to the heated working fluid, characterized in that the cooled working fluid and heated the working fluid is transferred to the regenerator under conditions when both working fluids, heated and cooled, are in a constant volume state.
2. Прямой и обратный цикл Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, по пункту 1, отличающийся тем, что охлаждаемое рабочее тело и нагреваемое рабочее тело перемещают в регенератор тепловой машины в таких условиях, когда при горячей продувке регенератора теплоёмкость материала, накапливающего теплоту в регенераторе, устанавливают максимально возможную, а при холодной продувке регенератора, теплоёмкость вещества-накопителя теплоты в регенераторе устанавливают минимально возможную.  2. Forward and reverse Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, according to paragraph 1, characterized in that the cooled working fluid and the heated working fluid are transferred to the regenerator of the heat engine under such conditions that when the regenerator is hot-blown, the heat capacity of the material that accumulates heat in the regenerator , set the maximum possible, and with a cold purge of the regenerator, the heat capacity of the heat storage substance in the regenerator sets the minimum possible.
3. Цикл Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе тепловой машины, по пункту 1, отличающийся тем, что  3. The Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator of the heat engine, according to paragraph 1, characterized in that
на каждом из четырёх чередующихся друг за другом этапов цикла осуществляют одновременно два дополняющих друг друга термодинамических процесса с рабочим телом в первом и втором устройствах изменения объёма рабочего тела - детандерах, а именно:  on each of the four stages of the cycle alternating one after another, two complementary thermodynamic processes are carried out simultaneously with the working fluid in the first and second devices for changing the volume of the working fluid - expanders, namely:
на первом этапе цикла в первом детандере рабочее тело изохорно нагревают, а во втором детандере рабочее тело изохорного охлаждают;  at the first stage of the cycle, in the first expander, the working fluid is isochorically heated, and in the second expander, the working fluid isochoric is cooled;
на втором этапе цикла в первом детандере расширяют рабочее тело с получением полезной работы, а во втором детандере сжимают рабочее тело и также с получением полезной работы; на третьем этапе цикла во втором детандере изохорно нагревают рабочее тело, а в первом детандере изохорно охлаждают рабочее тело;  at the second stage of the cycle, in the first expander, the working fluid is expanded to obtain useful work, and in the second expander, the working fluid is compressed and also to obtain useful work; at the third stage of the cycle, the working fluid is isochorically heated in the second expander, and the working fluid isochorically cooled in the first expander;
на четвёртом этапе цикла во втором детандере расширяют рабочее тело с получением полезной работы, а в первом детандере сжимают рабочее тело и также с получением полезной работы;  at the fourth stage of the cycle, the working fluid is expanded in the second expander to obtain useful work, and the working fluid is compressed in the first expander and also to obtain useful work;
кроме того, в изохорных процессах нагрева / охлаждения рабочего тела первого и третьего этапов цикла, рабочие тела перемещают в регенераторе навстречу друг другу, предотвращая их взаимное проникновение, но создают условия для того, чтобы из рабочего тела, ранее нагретого в предыдущем цикле, в рабочее тело, ранее охлаждённое в предыдущем цикле, перетекала теплота, при условии, что рабочее тело, ранее нагретое в предыдущем процессе цикла и прошедшее регенератор, дополнительно охлаждают до нижней температуры в цикле, а рабочее тело, ранее охлаждённое в предыдущем процессе цикла, дополнительно нагревают до верхней температуры в цикле. in addition, in isochoric processes of heating / cooling of the working fluid of the first and third stages of the cycle, the working fluids are moved in the regenerator towards each other, preventing their mutual penetration, but create conditions so that from the working fluid previously heated in the previous cycle, into the working the heat that was previously cooled in the previous cycle flowed, provided that the working fluid, previously heated in the previous process of the cycle and passed through the regenerator, was additionally cooled to a lower temperature in the cycle, and the working fluid was previously cooled what was expected in the previous cycle process is additionally heated to the upper temperature in the cycle.
4. Прямой и обратный цикл Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе тепловой машины, по пункту 1, пункту 3, отличающийся тем, что на этапах расширения и сжатия рабочего тела в соответствующих детандерах расширяют или сжимают рабочее тело изотермически. 4. Forward and reverse Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator of the heat engine, according to paragraph 1, paragraph 3, characterized in that at the stages of expansion and compression of the working fluid in the respective expanders expand or compress the working fluid isothermally.
5. Цикл Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе тепловой машины, по пункту 1 , отличающийся тем, что с целью получения теплового насоса, выполненного по обратному циклу Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, операции с рабочим телом в тепловой машине выполняют в обратном порядке.  5. The Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator of the heat engine, according to paragraph 1, characterized in that in order to obtain a heat pump made according to the reverse Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, operations with the working fluid in the heat engine are performed in the reverse order .
6. Цикл Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе по пункту 1 , отличающийся тем, что при использовании тепловой машины, выполняющей прямой цикл Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, отработавшее на этапе рабочего хода в цикле рабочее тело направляют в холодный регенератор теплового насоса, сопряжённого по температурам холодного и горячего регенератора, соответственно с температурами бросовой теплоты и питающей теплоты в цикле, а рабочее тело в выполняемом цикле, на этапе нагрева рабочего тела в цикле Стерлинга с управляемыми условиями теплопередачи в регенераторе, нагревают не только питающей теплотой, но и в горячем радиаторе указанного выше сопряжённого теплового насоса.  6. The Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator according to paragraph 1, characterized in that when using a heat engine performing a direct Sterling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, the working fluid spent at the stage of the stroke in the cycle is sent to the cold heat pump regenerator, associated with the temperatures of the cold and hot regenerator, respectively, with the temperatures of the waste heat and the supply heat in the cycle, and the working fluid in the cycle being performed, at the stage of heating the worker about the body in the Stirling cycle with controlled heat transfer conditions in the regenerator, they are heated not only by the supply heat, but also in the hot radiator of the aforementioned conjugate heat pump.
PCT/RU2017/000283 2017-05-02 2017-05-02 Direct and inverse stirling cycle having controlled heat transfer conditions in regenerator WO2018203766A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000283 WO2018203766A1 (en) 2017-05-02 2017-05-02 Direct and inverse stirling cycle having controlled heat transfer conditions in regenerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000283 WO2018203766A1 (en) 2017-05-02 2017-05-02 Direct and inverse stirling cycle having controlled heat transfer conditions in regenerator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018203766A1 true WO2018203766A1 (en) 2018-11-08

Family

ID=64016512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000283 WO2018203766A1 (en) 2017-05-02 2017-05-02 Direct and inverse stirling cycle having controlled heat transfer conditions in regenerator

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018203766A1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DZH. KINAN, TERMODINAMIKA, 1963, pages 94 *
G.UOKER ET AL., MASHINOSTROENIE, 1985, pages 17 - 19 , 21-22 , 95 , 360-363 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gifford et al. Pulse-tube refrigeration
US5239833A (en) Heat pump system and heat pump device using a constant flow reverse stirling cycle
EP2549090B1 (en) Method for converting heat into hydraulic energy and apparatus for carrying out said method
US6164073A (en) Method and apparatus for adapting steady flow with cyclic thermodynamics
CA2765439C (en) Heat exchanger and associated method employing a stirling engine
CN1502953A (en) Multistage pulse tube refrigeration system for high temperature superconductivity
CN101087981B (en) Low frequency pulse tube system with oil-free drive
RU2604408C2 (en) Generator
Knoke et al. On the design of heat exchanger equipment for novel-type isobaric expansion engines
Cirillo et al. The energy performances of an elastocaloric device for air conditioning through numerical investigation
JPH025766A (en) Method of utilizing heat energy of environmental fluid
Li et al. Energy distributing and thermodynamic characteristics of a coupling near-isothermal compressed air energy storage system
US4815290A (en) Heat recovery system
Ameel et al. Countercurrent heat exchangers with both fluids subjected to external heating
EP3978841B1 (en) Refrigerator appliance with a thermal heat pump hydraulic system
Prieto et al. A new equation representing the performance of kinematic Stirling engines
WO2018203766A1 (en) Direct and inverse stirling cycle having controlled heat transfer conditions in regenerator
CN106247661A (en) A kind of multi-stage pulse tube refrigeration machine
Kazimierski et al. Comparison of the externally heated air valve engine and the helium Stirling engine
Shoureshi Analysis and design of Stirling engines for waste-heat recovery
US20100011760A1 (en) Hydraulic heat engine utilizing heat of compression and having independent control loop
Brzeski et al. Experimental investigations of the externally heated valve engine model
KR100849506B1 (en) Scroll-type stirling cycle engine
KR20160132736A (en) Nothing fuel heating and freeze equipment system used heat of the atmosphere
RU2162161C2 (en) Low-temperature heat energy-to-mechanical work conversion method

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: 17908149

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: 17908149

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1