Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса



Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса
Тепловая машина, реализующая цикл рейлиса

 


Владельцы патента RU 2553090:

Поспелов Сергей Вячеславович (RU)

Изобретение относится к двигателестроению. Тепловая машина реализует цикл Рейлиса и состоит из двух камер разных объёмов, внутри которых расположены вытеснители двухстороннего действия. Вытеснители присоединены через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком. Объём камеры с низкой температурой присоединён через охлаждающий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику. Объём камеры с высокой температурой присоединён через греющий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику. Объёмы камер со сторон промежуточной температуры и регенеративные теплообменники подсоединены к четырёхходовому газораспределительному клапану. Клапан присоединён через механизм, преобразующий равномерное вращательное движение в прерывистое вращательное движение, и кинематически соединён с рабочим валом. В результате обеспечивается изохорное перетекание газа с одной стороны вытеснителя через рекуперативный, регенеративный теплообменники на другую сторону вытеснителя. Также обеспечивается изобарное перетекание газа из объёма одной камеры со стороны промежуточной температуры через газораспределительный клапан, регенеративный и рекуперативный теплообменники в объём другой камеры в процессе сжатия или расширения. Техническим результатом является повышение КПД тепловой машины. 2 ил.

 

Изобретение относится к отрасли энергомашиностроения, а конкретно к двигателестроению, и может быть использовано для разработки высокоэкономичных, экологически чистых двигателей.

Предложенное изобретение может быть использовано в тепловых электростанциях, автомобилях, холодильных машинах, тепловых насосах и т.д.

Известен двигатель, работающий по циклу Стирлинга (Уокер Г. Двигатели Стирлинга. - М.: Машиностроение, 1985).

Термодинамический цикл Стирлинга является частным случаем регенеративного цикла Рейлиса, в связи с чем в цикле Стирлинга регенерация тепла внутри цикла частичная и меньше по сравнению с циклом Рейлиса, что уменьшает возможную максимальную достижимую границу термического КПД тепловой машины.

Недостатком термодинамического цикла Стирлинга по сравнению с циклом Рейлиса является частичная регенерация тепла в термодинамическом цикле, чем, в частности, ограничивается максимальный предел термического КПД тепловой машины.

Наиболее близким аналогом является изобретение (US 3751904 опубл. 14.08.1973) тепловая машина, работающая по циклу Стирлинга (частный случай цикла Рейлиса), состоящая из двух камер разных объёмов. Внутри камер расположены вытеснители двухстороннего действия, присоединённые через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком.

Существенным недостатком этого изобретения является низкая эффективность процесса преобразования тепла в работу и обратно, которое происходит из-за отсутствия разделения изохорного и изобарного процессов в ходе отвода и подвода тепла к рабочему телу (газу).

Технической задачей изобретения является повышение КПД путём полноценной регенерации тепла в течение всего рабочего термодинамического цикла, а также более эффективного теплообмена за счёт разделения изохорного и изобарного процессов в ходе отвода и подвода тепла к рабочему телу.

Технический результат достигается тем, что тепловая машина, реализующая цикл Рейлиса, состоящая из двух камер разных объёмов, внутри которых расположены вытеснители двухстороннего действия, присоединённые через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком, имеет то, что объём камеры с низкой температурой присоединён через охлаждающий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику, объём камеры с высокой температурой присоединён через греющий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику, а объёмы камер со стороны промежуточной температуры и регенеративные теплообменники подсоединены к четырёхходовому газораспределительному клапану. Клапан присоединён через механизм, преобразующий равномерное вращательное движение в прерывистое вращательное движение, и кинематически соединён с рабочим валом, что обеспечивает изохорное перетекание газа с одной стороны вытеснителя через рекуперативный, регенеративный теплообменники на другую сторону вытеснителя, а также обеспечивается изобарное перетекание газа из объёма одной камеры со стороны промежуточной температуры через газораспределительный клапан, регенеративный и рекуперативный теплообменники в объём другой камеры в процессе сжатия или расширения.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема тепловой машины, реализующей цикл Рейлиса.

Тепловая машина, работающая по циклу Рейлиса, состоит из двух камер разных объемов, камеры меньшего объема 1 и большего объема 2, рабочего вала 3, газораспределительного клапана 4 и вытеснителей 5 и 6, рекуперативного теплообменника охлаждения 7, регенеративного теплообменника 8 с отдачей тепла, рекуперативного теплообменника нагрева 9, регенеративного теплообменника 10 с отдачей тепла, маховика 11, механизма преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное 12, механизма преобразования равномерно-вращательного движения в прерывистое 13 и кинематической связи с рабочим валом 14.

Изобретение предназначено для преобразования тепловой энергии в механическую и обратно. Тепловая машина работает по циклу Рейлиса и состоит из камеры 1 меньшего объёма и камеры 2 большего объёма. Внутри камер расположены вытеснители 5 и 6 двухстороннего действия, двигающиеся в одинаковых фазах и присоединённые через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное 12 к рабочему валу 3 с маховиком 11. Объём камеры 1 с низкой температурой присоединён через охлаждающий рекуперативный теплообменник 7 к регенеративному теплообменнику 8. Объём камеры 2 с высокой температурой присоединён через греющий рекуперативный теплообменник 9 к регенеративному теплообменнику 10. Объём камер 1 и 2 со стороны промежуточной температуры и регенеративные теплообменники подсоединены к четырёхходовому вращающемуся газораспределительному клапану 4. При этом обеспечивается изохорное перетекание газа с одной стороны вытеснителей 5 и 6 через рекуперативный и регенеративный теплообменники на другую сторону вытеснителя, а также обеспечивается изобарное перетекание газа из объёма одной камеры со стороны промежуточной температуры через газораспределительный клапан 4, регенеративный и рекуперативный теплообменники в объём другой камеры. Газораспределительный клапан 4 соединен через кинематическую связь 14 и механизм преобразования равномерно-вращательного движения в прерывистое 13 с рабочим валом 3.

На фиг.2 изображена диаграмма термодинамического цикла Рейлиса в Р-V координатах, где:

Q1 - подвод тепла в рекуперативный теплообменник 9;

Qrl - тепло, регенерируемое в регенеративном теплообменнике 10;

Qr2 - тепло, регенерируемое в регенеративном теплообменнике 8;

Q2 - отвод тепла из рекуперативного теплообменника 7.

Для осуществления вышеуказанного цикла должно выполняться следующее соотношение:

V2/V1=Р2/Р1=(ТЗ-Т2)/(Т2-Т1),

где:

VI - Объем камеры 1;

V2 - Объем камеры 2;

Р1 - Давление в процессе сжатия рабочего тела;

Р2 - Давление в процессе расширении рабочего тела;

Т1 - Температура рабочего тела в холодильнике;

Т2 - Промежуточная температура;

ТЗ - Температура рабочего тела в нагревателе.

Изобретение направлено на повышение КПД тепловых машин.

Тепловая машина, реализующая цикл Рейлиса, состоящая из двух камер разных объёмов, внутри которых расположены вытеснители двухстороннего действия, присоединённые через механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком, отличающаяся тем, что объём камеры с низкой температурой присоединён через охлаждающий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику, объём камеры с высокой температурой присоединён через греющий рекуперативный теплообменник к регенеративному теплообменнику, а объёмы камер со сторон промежуточной температуры и регенеративные теплообменники подсоединены к четырёхходовому газораспределительному клапану, который присоединён через механизм, преобразующий равномерное вращательное движение в прерывистое вращательное движение, и кинематически соединён с рабочим валом, что обеспечивает изохорное перетекание газа с одной стороны вытеснителя через рекуперативный, регенеративный теплообменники на другую сторону вытеснителя, а также обеспечивается изобарное перетекание газа из объёма одной камеры со стороны промежуточной температуры через газораспределительный клапан, регенеративный и рекуперативный теплообменники в объём другой камеры в процессе сжатия или расширения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к тепловой энергетике. Тепловая машина с внешним подводом тепла содержит четыре сильфона на горячей стороне машины, соединенные с нагревателями, и четыре сильфона на холодной стороне машины, соединенные с охладителями.

Изобретение относится к энергетике. Двигатель с подводом теплоты содержит цилиндр с головкой и поршнем, средство подвода теплоты - нагреватель, средство отвода теплоты - холодильник и распределительный механизм с цилиндрическими золотниками.

Изобретение относится к энергетике. Энергетическая установка подводного аппарата содержит тепловой двигатель, систему автоматического управления, впускную систему, образованную ресивером-смесителем и регенератором тепла отработанных газов, последовательно соединенные с ним охладитель отработанных газов, фильтр-влагоотделитель, клапан регулирования рециркуляции.

Изобретение относится к двигателестроению. Двигатель внешнего нагрева содержит систему управления с блоком управления, систему нагрева и охлаждения, цилиндр с торцовой и боковой стенками.

Изобретение относится к роторно-поршневой машине, включающей корпус, два рабочих вала, центральное неподвижное зубчатое колесо и выходной вал с эксцентриком. Рабочие валы оснащены лопастными поршнями и рычагами.

Изобретение относится к энергетике. Генерирующая установка содержит двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, систему охлаждения двигателя Стирлинга и нагреватель двигателя Стирлинга.

Изобретение относится к способу преобразования теплоты в работу в тепловом двигателе. Способ включает выполнение рабочего тела теплового двигателя в виде смеси веществ, между которыми протекает обратимая химическая реакция.

Изобретение относится к машиностроению. .

Изобретение относится к тепловым машинам роторного типа. .

Изобретение относится к энергетическим установкам, функционирующим без связи с атмосферой и предназначенным для глубоководных аппаратов и подводных лодок. Энергетическая установка содержит в качестве рабочего тела для парового контура органическую жидкость, паровой контур снабжен установленным между паровой турбиной и конденсатором пара теплообменником-рекуператором и теплообменником-испарителем, через который проходит магистраль для отвода отработанных газов из камеры сгорания, при этом магистраль для отвода отработанных газов снабжена байпасной линией с регулирующим клапаном, соединенной через эжектор с магистралью отработанных газов перед теплообменником-испарителем и отходящей от магистрали для отвода отработанных газов после теплообменника-испарителя. Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность работы энергетической установки при небольшой мощности паровой турбины, а также снизить стоимость и массогабаритные характеристики энергетической установки в целом. 1 ил.

Изобретение относится к двигателям внешнего сгорания. Техническим результатом изобретения является увеличение мощности на единицу массы двигателя и, как следствие, повышение экономической эффективности. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель включает нагреватель, рабочий цилиндр с поршнем, штоком и шатуном; цилиндр компрессора с поршнем, штоком и шатуном; коленчатый вал, регенератор надпоршневого пространства, регенератор подпоршневого пространства, охладитель, впускной клапан надпоршневого пространства, впускной клапан подпоршневого пространства, выпускной перекидной клапан надпоршневого пространства, выпускной перекидной клапан подпоршневого пространства. Рабочий цилиндр может иметь также нагрев, а цилиндр компрессора - охлаждение. Диаметр рабочего цилиндра больше диаметра цилиндра компрессора. Заявляемый двигатель - двойного действия с замкнутым тепловым циклом, подобным циклу классического двигателя Эриксона с теоретическим коэффициентом полезного действия до 70%. Замкнутый тепловой цикл позволяет использовать в качестве рабочего тела азот, диоксид углерода, инертные газы, их смеси и другие газы. Нагрев рабочего тела производится в общем котле-нагревателе и рабочем цилиндре, а охлаждение в общем охладителе и цилиндре компрессора по замкнутому тепловому циклу с начальным давлением рабочего тела, газа выше атмосферного. 1 ил.

Изобретение относится к энергетическим установкам, функционирующим без связи с атмосферой и предназначенным для глубоководных аппаратов и подводных лодок. Паровая энергетическая установка снабжена промежуточным контуром с диатермическим маслом и насосом для его циркуляции, при этом в качестве рабочего тела для парового контура использована органическая жидкость, камера сгорания выполнена в виде масляного котла, паровой контур снабжен теплообменником-рекуператором, теплообменником-испарителем и насосом, а промежуточный контур с диатермическим маслом расположен между масляным котлом и паровым контуром и проходит через топочное пространство масляного котла и теплообменник-испаритель парового контура, причем магистраль для отвода отработанных газов снабжена байпасной линией с регулирующим клапаном для подачи части отработанных газов в топочное пространство масляного котла и дожимным компрессором для подачи части отработанных газов непосредственно в емкость для растворения отработанных газов в забортной воде, а магистраль забортной воды последовательно проходит через конденсатор пара парового контура и емкость для растворения отработанных газов в забортной воде. Изобретение позволяет повысить эффективность работы энергетической установки при небольшой мощности паровой турбины, надежность и долговременность работы энергетической установки в целом, а также снизить видимость следа при движении подводного технического средства. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Техническим результатом является повышение эффективности. Сущность изобретения заключается в том, что тепловой двигатель содержит цилиндр с головкой и поршнем, нагреватель, холодильник, вытеснительную полость и газораспределительный механизм. Головка и поршень образуют рабочую камеру, связанную с вытеснительной полостью газоходным каналом-соплом. Газоходный канал-сопло при входе в рабочую камеру образует завихритель газа. Нагреватель выполнен в виде внутренней рубашки цилиндра, конструктивно объединенной с головкой цилиндра. Холодильник выполнен в виде внешней рубашки цилиндра. Вытеснительная полость расположена в теле обечайки цилиндра между внутренней и коаксиально посаженной на нее внешней рубашками цилиндра. Газораспределительный механизм выполнен в виде завихрителя рабочего газа, образованного тангенциальной направленностью газоходного канала-сопла при входе в вытеснительную полость. Тепловой двигатель с бесклапанным газораспределением дополнительно содержит активатор - средство подвода плазмообразующей энергии активации рабочего газа в рабочей камере, который позволяет осуществлять замкнутый внутренний цикл «активной» регенерации теплоты сжатия. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх