Тепловая машина с внешним подводом тепла

 

Использование: изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению. Сущность изобретения: предложенная конструкция обеспечивает повышение ресурса и КПД машины за счет того, что компрессор и расширитель выполнены в виде маслонаполненных винтовых роторов, объемы которых соединены общим замкнутым контуром циркуляции рабочей среды. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, холодильной технике и тепловым насосам.

Известны тепловые машины с внешним подводом тепла - двигатели Стирлинга, в которых компрессор и расширитель выполнены в виде роторов Ванкеля.

Уплотнительные и золотниковые элементы, обязательные в этой конструкции, не позволяют добиться большого ресурса работы машины. Подвод и отвод тепла через стенки теплообменников не позволяют реализовать изотермический цикл Стирлинга, характеризуемый высоким КПД.

Задачей изобретения является повышение ресурса и КПД машины и упрощение ее конструкции.

Указанная задача достигается тем, что компрессор и расширитель тепловой машины выполнены в виде маслонаполненных винтовых роторов, размещенных на одном валу, и работающих в обратном режиме.

Сущность изобретения состоит в том, что маслонаполненные винтовые роторы позволяют использовать масло не только для уплотнения зазора между винтами и их смазки, но и для подвода тепла в расширитель и отвода в компрессоре. Отсутствие фазового перехода делает простой задачу сепарации масла от рабочего тела, а одинаковость теплоносителя в компрессоре и расширителе не предъявляют высоких требований по глубине сепарации. Замкнутый контур циркуляции рабочего тела в машине исключает потерю теплоносителя.

Преимуществом предложенного устройства по сравнению с известными является то, что предложенная тепловая машина простая по конструкции с большим механическим ресурсом, каким обладают винтовые роторы, позволяют повысить КПД и удельную мощность благодаря замкнутому циркулированию рабочего тела.

Перечисленные признаки, отличающие заявляемое устройство от известных, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "Новизна" и "Изобретательский уровень".

На чертеже изображена тепловая машина.

Тепловая машина содержит размещенные на одном валу с потребителем механической энергии расширитель 1, выполненный в виде винтовой маслонаполненной машины, и компрессор 2, выполненный также в виде винтовой маслонаполненной машины и рекуперативного теплообменника 3, имеющего два встречных хода для газового теплоносителя разделенного теплообменной поверхностью.

При этом выхлопное отверстие расширителя 1 через трубопровод 4, теплообменник 3 и трубопровод 5 соединено с входным отверстием компрессора 2, а выхлоп компрессора 2 трубопроводами 6,7 через теплообменник 3 соединен с входом в расширитель 1.

На выходе из компрессора 2 и расширителя 1 стоят сепараторы 8 и 9, которые частично или полностью отделяют масло от рабочего тела.

В состав машины входит также воздушный холодильник 10, который трубопроводами 11 и 12 связан с компрессором 2 и сепаратором 8, и нагреватель 13, который трубопроводами 14 и 15 связан с расширителем 1 и сепаратором 9. В этом контуре расположен масляный насос 16 с внешним приводом (не показан).

Вал расширителя 1 имеет выходной конец 17.

Тепловая машина работает следующим образом.

Жидкий теплоноситель - высокотемпературное масло, например тетракрезилоксисилан, температура кипения которого выше 700 К, нагревают в нагревателе 13 до температуры порядка 700 К и впрыскивают по трубопроводу 14 на вход расширителя 1. Смесь рабочего тела и горячего теплоносителя расширяется, совершая механическую работу, часть которой расходуется на привод компрессора, а другая часть отводится потребителю через вал 17. В процессе расширения в рабочем объеме расширителя 1 происходит постепенная отдача тепла от распыленного теплоносителя к газообразному рабочему телу, благодаря чему процесс расширения оказывается близок к изотермическому.

После расширителя 1 теплоноситель отделяют от рабочей смеси в сепараторе 9 и по трубопроводу 15 подают в нагреватель 13, а газ направляют в рекуперативный теплообменник 3, где он отдает свое тепло встречному потоку и поступает по трубопроводу 5 на вход в компрессор 2. Также на вход в компрессор 2 по трубопроводу 11 подается такой же теплоноситель, что и в расширитель 1, но предварительно охлажденный в холодильнике 10. Смесь рабочего тела и теплоносителя снижается в компрессоре, а выделяемое при этом тепло поглощается теплоносителем, благодаря чему процесс протекает почти изотермически.

После сжатия смесь поступает в сепаратор 8, где теплоноситель отделяется и по трубопроводу 11 направляется в холодильник, а рабочее тело по трубопроводу 6 направляется в теплообменник 3, после чего по трубопроводу 7 на вход в расширитель. При этом рабочее тело воспринимает тепло встречного потока, и таким образом утилизуют выхлопное тепло расширителя.

Формула изобретения

ТЕПЛОВАЯ МАШИНА С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА, содержащая компрессор и расширитель, расположенные на общем валу, холодильник, подогреватель и рекуператор, отличающаяся тем, что компрессор и расширитель выполнены в виде маслонаполненных винтовых роторов, объемы которых соединены общим замкнутым контуром циркуляции рабочей среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1