Двигатель стирлинга с радиационной камерой сгорания

 

Использование: энергетика и транспорт. Сущность изобретения: в двигателе Стирлинга нагреватель выполнен в виде двух концентрическх труб с кольцевым зазором между ними. Внутри и снаружи нагревателя соосно располагаются цилиндрические перфорированные элементы, повышающие эффективность использования тепла. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике, а конкретнее к двигателям Стирлинга (ДС).

Известен двигатель (патент США N 3854290, кл.60-524).

Известен ДС, содержащий по меньшей мере одну пару цилиндров с поршневой группой, охладитель, подключенный к одному из цилиндров, нагреватель, подсоединенный к другому цилиндру, регенератор, сообщающий внутренние полости нагревателя и охладителя, камеру сгорания с нагревателем, выполненным в виде двух вертикальных концентричных труб, кольцевая щель между которыми сообщена с полостью регенератора и с одним из цилиндров, жаростойкий элемент, выполненный в виде керамического пористого стакана, установленный внутри нагревателя днищем вверх с образованием кольцевого зазора, топливовоздушный смеситель, выполненный в виде инжектора и подключенный вовнутрь керамического стакана, подогреватель подводимого воздуха, обрамляющий двигатель.

Однако такой ДС не развивает достаточной мощности из-за проскока пламени.

Предлагается жаростойкий элемент выполнить в виде системы первого, второго, третьего и четвертого перфорированных цилиндров, установленных снаружи нагревателя, вовнутрь нагревателя устанавливается металлический стакан вверх дном с перфорированной образующей, окруженный первой металлической перфорированной обечайкой, причем все цилиндры, стакан и обечайки равновысоки с нагревателем, отношение внутреннего диаметра кольцевого зазора между нагревателем и стаканом к его наружному выполнено равным 0,7-0,9, вторая обечайка расположена в середине кольцевого зазора. Край отверстия, выполненного в центре днища камеры сгорания, является опорой стакана. Первый цилиндр расположен на расстоянии 30-100 мм от стенки камеры сгорания, второй установлен на расстоянии 5-15 мм от первого цилиндра. Отверстия второго цилиндра и образующей стакана выполнены с диаметром, не превышающим диаметр отверстий первого цилиндра. Третий цилиндр расположен на расстоянии 1-3 мм от второго цилиндра, отверстия третьего цилиндра и первой обечайки выполнены с превышением размера отверстий первого цилиндра в 5-15 раз. Четвертый цилиндр расположен на расстоянии 5-12 мм от третьего цилиндра, отверстия четвертого цилиндра и второй обечайки выполнены с размером, превышающим размер отверстий первого цилиндра в 20-60 раз. Степени перфораций составляют 30-50% На чертеже изображена схема двигателя.

ДС содержит цилиндропоршневую группу с приводным механизмом 1, охладитель 2, регенератор 3, нагреватель 4 с камерой сгорания, образованной системой перфорированных первого, второго, третьего и четвертого цилиндров 5, установленных соосно снаружи нагревателя и обрамленных стенкой (корпусом) 6. Инжектор 7 с соплом 8 направляют топливовоздушную смесь на днище 9, замыкающее систему перфорированных цилиндров и отделяющее топливовоздушную смесь от продуктов сгорания. Днище имеет отверстие в центре, на края которого опирается образующая стакана 10, окруженная первой металлической перфорированной обечайкой 11. В середине кольцевого зазора располагается вторая перфорированная металлическая обечайка 12. Инжектор установлен так, что его входное отверстие 13 находится в полости 14, образованной между корпусом камеры сгорания 6 и кожухом 15, а выходное отверстие 16, соединенное с корпусом по периметру, расположено по оси камеры сгорания. Поверхность кожуха теплоизолирована, на выходе продуктов сгорания установлена обечайка 17 с защитной крышкой 18 и запальное устройство 19.

Двигатель работает следующим образом.

Рабочее тело циклически перемещается во внутреннем контуре ДС. В нагревателе к рабочему телу подводится энергия от радиационных элементов камеры сгорания, представляющих перфорированные металлические поверхности как снаружи нагревателя система цилиндров 5, так и внутри поверхности 10, 11, 12, раскаленных сгоранием топлива, истекающего из сопла 8 и инжектирующего подогретый (обечайки 17, корпус 6, кожух 15) атмосферный воздух. Топливовоздушная смесь попадает в камеру сгорания на систему цилиндров 5 и в стакан, через перфорации которого проистекает, создавая при включении запального устройства мощный поток радиации, направленный на внутреннюю и наружную поверхности нагревателя, который оказывается как бы в нее погруженным. Теплота от продуктов сгорания передается поступающему атмосферному воздуху, увеличивая КПД двигателя Стирлинга.

Формула изобретения

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА С РАДИАЦИОННОЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ, содержащий цилиндропоршневую группу с приводным механизмом, охладитель, регенератор, нагреватель, выполненный в виде двух концентрических труб с кольцевым зазором между ними, камеру сгорания с жаростойким элементом, выполненным в виде керамического пористого стакана, инжектор и подогреватель подводимого воздуха, отличающийся тем, что жаростойкий элемент выполнен в виде комбинации первого, второго, третьего и четвертого перфорированных цилиндров, установленных снаружи нагревателя, внутрь нагревателя вверх дном установлен металлический стакан с перфорированной образующей, окруженный первой металлической перфорированной обечайкой, в середине кольцевого зазора размещена вторая обечайка, при этом все цилиндры, стакан и обечайки равновысоки с нагревателем, отношение внутреннего диаметра кольцевого зазора между нагревателем и стаканом к его наружному диаметру выполнено равным 0,7 0,9, край отверстия, выполненного в центре днища камеры сгорания, служит опорой для стакана, первый цилиндр расположен на расстоянии 30 100 мм от стенки камеры сгорания, второй цилинр установлен на расстоянии 5 15 мм от первого, отверстия второго цилиндра и образующей стакана выполнены с диаметром, не превышающим диаметр отверстий первого цилиндра, третий цилиндр расположен на расстоянии 1 3 мм от второго цилиндра, отверстия его и первой обечайки выполнены с превышением размера отверстий первого цилиндра в 5 15 раз, четвертый цилиндр расположен на расстоянии 5 12 мм от третьего цилиндра, отверстия четвертого цилиндра и второй обечайки выполнены с размером, превышающим размер отверстий первого цилиндра в 20 60 раз, относительный размер перфораций составляет 30 50% а инжектор расположен в подогревателе воздуха снаружи камеры сгорания.

РИСУНКИ

Рисунок 1