Область техники

Изобретение относится к двигателестроении и может быть использовано в тепловых электростанциях, автомобилях, холодильных машинах, тепловых насосах и других процессах для преобразования тепловой энергии в механическую и обратно как «тепловой насос».

Предшествующий уровень техники

Известен двигатель работающий по циклу Стирлига, УОКЕР Г. Двигатели Стерлинга. - М: Машиностроение, 1985.

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

Известен также Двигатель работающий по циклу Эриксона.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является Двигатель работающий по циклу Стирлига. Описанное устройство принят за прототип изобретения.

Недостатки прототипа:

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

Также низкая эффективность процессов теплообмена в нагревателе и холодильнике из-за необходимости труднодостижимого изотермического подвода и отвода теплоты ко всему объему рабочего тела в камерах.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является: 1. Реализация полноценной регенерации тепла в течении всего рабочего термодинамического цикла.

2. Реализация более эффективного теплообмена за счет применения изобарного, точечного подвода и отвода теплоты рабочего тела.

3. Повышение максимально достижимого предела термического КПД тепловых машин.

Технический результат достигается тем, что тепловая машина состоит из двух камер разных объемов, камера наименьшего объема 1, камера наибольшего объема 2, внутри камер расположены вытеснители двухстороннего действия, переталкивающие две одинаковые по массе порции газа А и Б, двигающееся в одинаковых фазах, и присоединенные через механизм преобразования возвратно поступательного движения во вращательное к рабочему валу с маховиком, объем

камеры 1 с низкой температурой присоединен через охлаждающий рекуперационный теплообменник к регенерационному теплообменнику 1, объем камеры 2 с высокой температурой присоединен через греющий рекуперационный теплообменник к регенерационному теплообменнику 2, объемы камер 1, 2 со сторон промежуточных температур и регенерационные теплообменники 1, 2 подсоединены к четырехходовому вращающемуся газораспределительному клапану, привод которого через мальтийский механизм присоединен к рабочему валу, таким образом, что при вращении рабочего вала, газораспределительный клапан, с движением вытеснителей в момент выталкивания объемов с низкой и высокой температурами, обеспечивает в камере 1 перетекание порции газа 1 с одной стороны вытеснителя через регенерационный теплообменник 1 с отдачей накопленного тепла с набивки к газу на другую сторону, приближенно изохорно повышая давление этой порции газа, одновременно обеспечивает в камере 2 перетекание порции газа 2 с одной стороны вытеснителя через регенерационный теплообменник 2 с отдачей тепла от газа к набивке на другую сторону, приближенно изохорно понижая давление этой порции газа, затем при вращении рабочего вала, с движением вытеснителей в момент выталкивания объемов с промежуточными температурами, обеспечивает перетекание порции газа 2 с камеры 2 через регенерационный теплообменник 1 с отдачей тепла от газа к набивке, изобарно сжимаясь, в камеру 1, одновременно обеспечивает перетекание порции газа 1 с камеры 1 через регенерационный теплообменник 2 с отдачей накопленного тепла с набивки к газу, изобарно расширяясь, в камеру 2, совершая работу, запасая кинетическую энергию в маховик, далее процесс продолжается за счет накопленной энергии маховика и повторяется заново.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображена Тепловая машина реализующая цикл Рейлиса.

На фиг. 2 изображен вариант устройства машины реализующей цикл Рейлиса (вид спереди).

На фиг. 3 изображен вариант устройства машины реализующей цикл Рейлиса (вид сверху).

На фиг. 4 изображена P-V диаграмма термодинамического цикла.

Варианты осуществления изобретения

Тепловая машина, работающая по циклу Рейлиса

состоит (фиг.1) из двух камер разных объемов, камера наименьшего объема 1, камера наибольшего объема 2,

при вращении рабочего вала 3, газораспределительный клапан 4,

с движением вытеснителей 5, 6 в момент выталкивания объемов с низкой Т1 и высокой ТЗ температурами,

обеспечивает в камере 1 перетекание порции газа А с одной стороны вытеснителя 5 через рекуперативный теплообменник охлаждения 7, регенерационный теплообменник 8 с отдачей накопленного тепла Qr2 с набивки к газу на другую сторону, приближенно изохорно повышая давление этой порции газа (процесс 1-2), одновременно

обеспечивает в камере 2 перетекание порции газа Б с одной стороны вытеснителя 6 через рекуперативный теплообменник нагрева 9, регенерационный теплообменник 10 с отдачей тепла Qrl от газа к набивке на другую сторону, приближенно изохорно понижая давление этой порции газа (процесс 3-4),

затем при вращении рабочего вала 3,

с движением вытеснителей 5, 6 в момент выталкивания объемов с промежуточной температурой Т2,

обеспечивает перетекание порции газа Б с камеры 2 через регенерационный теплообменник 8, с отдачей тепла от газа к набивке, рекуперативный теплообменник охлаждения 7 с отдачей тепла Q2, изобарно сжимаясь, в камеру 1 (процесс 4-1), одновременно

обеспечивает перетекание порции газа А с камеры 1 через регенерационный теплообменник 10 с отдачей накопленного тепла с набивки к газу, рекуперативный теплообменник нагрева 9 с отдачей тепла Q1 , изобарно расширяясь, в камеру 2 (процесс 2-3),

совершая работу,

запасая кинетическую энергию в маховик 11 ,

далее процесс продолжается за счет накопленной энергии маховика и повторяется заново.

Для осуществления вышеуказанного цикла (фиг.4) теоретически должно выполнятся следующее соотношение:

V2/V 1 =Р2/Р 1 =(ТЗ -Т2)/(Т2-Т 1 ) ,

где:

VI - Объем камеры 1 ;

V2 - Объем камеры 2;

Р1 - Давление в процессе сжатия рабочего тела;

Р2 - Давление в процессе расширении рабочего тела;

Т1 - Температура рабочего тела в холодильнике;

Т2 - Промежуточная температура;

ТЗ - Температура рабочего тела в нагревателе.

Тепловая машина, работающая по циклу Рейлиса

состоит (фиг. 2, 3)из двух камер разных объемов, камера наименьшего объема 1 , камера наибольшего объема 2, внутри камер расположены вытеснители 5, 6 двухстороннего действия, переталкивающие две одинаковые по массе порции газа А и Б,

двигающиеся в одинаковых фазах, и присоединенные через механизм преобразования возвратно поступательного движения во вращательное (толкатели 12, 13, шатуны 14, 15, коленчатый вал 3), к рабочему валу с маховиком 1 1 ,

объем камеры 1 с низкой температурой Т1 присоединен через охлаждающий рекуперационный теплообменник 7 к регенерационному теплообменнику 8, объем камеры 2 с высокой температурой ТЗ присоединен через греющий рекуперационный теплообменник 9 к регенерационному теплообменнику 10, объемы камер 1, 2 со сторон промежуточной температуры Т2 и регенерационные теплообменники 8, 10 подсоединены к четырехходовому газораспределительному клапану 4, привод 16 которого через мальтийский механизм 17 присоединен к рабочему валу,

при вращении рабочего вала 3, газораспределительный клапан 4,

с движением вытеснителей 5, 6 в момент выталкивания объемов с низкой Т1 и высокой ТЗ температурами,

обеспечивает в камере 1 перетекание порции газа А с одной стороны вытеснителя 5 через рекуперативный теплообменник охлаждения 7, регенерационный теплообменник 8 с отдачей накопленного тепла Qr2 с набивки к газу на другую сторону, приближенно изохорно повышая давление этой порции газа,

одновременно

обеспечивает в камере 2 перетекание порции газа Б с одной стороны вытеснителя 6 через рекуперативный теплообменник нагрева 9, регенерационный теплообменник 10 с отдачей тепла Qrl от газа к набивке на другую сторону, приближенно изохорно понижая давление этой порции газа,

затем при вращении рабочего вала 3,

с движением вытеснителей 5, 6 в момент выталкивания объемов с промежуточной температурой Т2,

обеспечивает перетекание порции газа Б с камеры 2 через регенерационный теплообменник 8, с отдачей тепла от газа к набивке, рекуперативный теплообменник охлаждения 7 с отдачей тепла Q2, изобарно сжимаясь, в камеру 1,

одновременно обеспечивает перетекание порции газа А с камеры 1 через регенерационный теплообменник 10 с отдачей накопленного тепла с набивки к газу, рекуперативный теплообменник нагрева 9 с отдачей тепла Q1, изобарно расширяясь, в камеру 2, совершая работу А,

запасая кинетическую энергию в маховик 1 1 ,

далее процесс продолжается за счет накопленной энергии маховика и повторяется заново.

Изобретение позволяет реализовать Тепловую машину, работающую по циклу Рейлиса.

Промышленная применимость

Изобретение может применяться в двигателестроении, в частности, в тепловых электростанциях, автомобилях, холодильных машинах, тепловых насосах и других процессах для преобразования тепловой энергии в механическую и обратно как «тепловой насос».