RU2099562C1

RU2099562C1 - Stirling engine

Info

Publication number: RU2099562C1
Application number: RU96103688A
Authority: RU
Inventors: Николай Геннадьевич Кириллов
Original assignee: Николай Геннадьевич Кириллов
Priority date: 1996-02-21
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 1997-12-20

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has no heater and heat is supplied in expansion phase through corrugated walls 13 of hot space 5. Fuel nozzles 6 are arranged radially in the bottom portion of combustion chamber 10, which is provided with separating shield 11 causing exhaust gases and air to counterflow to heat air. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области газовых регенеративных машин, работающих по циклу Стирлинга. The invention relates to the field of gas regenerative machines operating on the Stirling cycle.

Известна криогенная холодильная машина, содержащая встроенный в цилиндр машины холодильник. [1]
Недостатком данной машины является увеличение габаритных размеров за счет выноса остальных теплообменых аппаратов за пределы цилиндра.Known cryogenic refrigeration machine containing a refrigerator built into the cylinder of the machine. [one]
The disadvantage of this machine is an increase in overall dimensions due to the removal of the remaining heat exchangers outside the cylinder.

Известно устройство двигателя Стирлинга, включающее камеру сгорания, топливную форсунку, нагреватель, горячую полость, регенератор, вытеснитель, рабочий поршень, холодильник, холодную полость, цилиндр и привод. [2]
Недостатком данного устройства является сложное конструктивное исполнение нагревателя, большое "мертвое пространство" машины, невысокая эффективность работы камеры сгорания.A device of the Stirling engine is known, including a combustion chamber, a fuel nozzle, a heater, a hot cavity, a regenerator, a displacer, a working piston, a refrigerator, a cold cavity, a cylinder and a drive. [2]
The disadvantage of this device is the complex design of the heater, the large "dead space" of the machine, the low efficiency of the combustion chamber.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении "мертвого пространства", повышении эффективности цикла, уменьшении элементов базы и упрощении конструкции двигателей. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to reduce the "dead space", increase the efficiency of the cycle, reduce the elements of the base and simplify the design of the engines.

Для достижения этого технического результата двигатель Стирлинга, включающий в себя камеру сгорания с топливной форсункой, рабочий поршень, вытеснитель, встроенные в цилиндр регенератор и холодильник, привод, снабжен камерой сгорания цилиндрической формы с разделяющим экраном, обеспечивающим подогрев подаваемого воздуха, и радиально расположенными топливными форсунками в нижней части камеры, а также вытеснителем, соединенным с цилиндром с помощью гофрированного эластичного, теплостойкого материала, образующего стенки горячей полости, имеющие шток, проходящий через регенератор и холодильник. To achieve this technical result, the Stirling engine, which includes a combustion chamber with a fuel nozzle, a working piston, a displacer, a regenerator and a refrigerator built into the cylinder, a drive, is equipped with a cylindrical combustion chamber with a dividing screen for heating the supplied air and radially arranged fuel nozzles in the lower part of the chamber, as well as a displacer connected to the cylinder using a corrugated elastic, heat-resistant material forming the walls of the hot strips and having a rod extending through the regenerator and refrigerator.

Введение в состав двигателя Стирлинга камеры сгорания с разделяющим экраном и радиально расположенными форсунками, а также вытеснителя, соединенного с цилиндром машины с помощью гофрированного теплостойкого материала, позволяет получить новое средство, заключающееся в повышении термодинамической эффективности двигателя за счет подогрева подаваемого в камеру сгорания воздуха, равномерного интенсивного прогрева рабочего тела, заключенного в горячей полости, исключения такого элемента как нагреватель, а, следовательно, и его "мертвого пространства", что позволяет повысить к.п.д. двигателя. The introduction of a combustion chamber with a separating screen and radially arranged nozzles into the composition of the Stirling engine, as well as a displacer connected to the cylinder of the machine using corrugated heat-resistant material, allows to obtain a new tool consisting in increasing the thermodynamic efficiency of the engine by heating the air supplied to the combustion chamber, uniform intensive heating of the working fluid enclosed in a hot cavity, the exclusion of such an element as a heater, and, consequently, its "dead" space "that allows you to improve efficiency engine.

На чертеже изображен двигатель Стирлинга. The drawing shows a Stirling engine.

Двигатель имеет цилиндр 1, внутри которого расположен рабочий поршень 2, холодильник 3 с патрубком для циркуляции охлаждающей жидкости 16, ренегератор 4. Вытеснитель 12 соединен с цилиндром 1 с помощью гофрированного эластичного и теплостойкого материала 13, который вместе с вытеснителем 12 и верхней частью регенератора 4 образует горячую полость 5 двигателя. Шток 14 вытеснителя 12 проходит через регенератор 4 и холодильник 3. Камера сгорания 10 имеет разделительный экран 11, патрубки для подачи воздуха 8, канал 7 для движения воздуха и канал 9 для удаления отработавших газов. В нижней части камеры сгорания 10 радиально расположены топливные форсунки 6. Камера сгорания 10 выполнена с теплоизоляцией 15. Двигатель имеет холодную полость 17, ограниченную верхней поверхностью рабочего поршня 2, нижней частью холодильника 3 и стенками цилиндра 1. Для герметизации рабочих полостей 5, 17, все двигающиеся элементы снабжены уплотнениями 18. The engine has a cylinder 1, inside which there is a working piston 2, a refrigerator 3 with a nozzle for circulating coolant 16, a renegator 4. The displacer 12 is connected to the cylinder 1 using corrugated elastic and heat-resistant material 13, which together with the displacer 12 and the upper part of the regenerator 4 forms a hot cavity 5 of the engine. The rod 14 of the displacer 12 passes through the regenerator 4 and the refrigerator 3. The combustion chamber 10 has a dividing screen 11, nozzles for supplying air 8, a channel 7 for air movement and a channel 9 for removing exhaust gases. Fuel nozzles 6 are radially located in the lower part of the combustion chamber 10. The combustion chamber 10 is thermally insulated 15. The engine has a cold cavity 17 bounded by the upper surface of the working piston 2, the lower part of the refrigerator 3 and the walls of the cylinder 1. To seal the working cavities 5, 17, all moving elements are provided with seals 18.

Двигатель Стирлинга работает следующим образом. Stirling engine operates as follows.

В камеру сгорания 10 подается через патрубки 8 по каналу 7 воздух, подогреваемый отработанными газами, двигающимися в противоположном направлении и удаляемыми через канал 9. Потоки воздуха и отработанных газов разделены экраном 11. Для образования горючей смеси в камеру сгорания 10, через радиально расположенные топливные форсунки 6 подается топливо. In the combustion chamber 10, air is supplied through the nozzles 8 through the channel 7, heated by exhaust gases moving in the opposite direction and removed through the channel 9. The air and exhaust gases are separated by a screen 11. To form a combustible mixture into the combustion chamber 10, through radially arranged fuel nozzles 6 fuel is supplied.

Вытеснитель 12 находится в нижней мертвой точке (НМТ), плотно прижав сложенные гофры стенки 13 к нижней части камеры сгорания 10. Рабочий поршень 2, двигаясь, вверх сжимает рабочий газ, под действием внешних сил газ сжимается в полости 17 и "мертвых" объемах холодильника 3 и регенератора 4. В холодильнике 3 поступающая через патрубок 16 охлажденная жидкость забирает тепло от сжимаемого рабочего тела. При достижении определенного уровня рабочего поршня 2 процесс сжатия заканчивается, и вытеснитель 12 начинает движение вверх, одновременно с продолжающим движение рабочим поршнем 2, перемещая, при постоянном объеме, рабочий газ через холодильник 3, регенератор 4 и горячую полость 5. Сложенные гофры стенки 13 растягиваются, увеличивая объем горячей полости 5. Рабочее тело получает тепло от регенератора 4. Рабочий поршень 2 заканчивает свое движение вверх, в верхней мертвой точке (ВМТ). Теперь рабочий газ в горячей полости 5, где за счет воспламенения топлива, подаваемого через форсунки 6, нагревается через гофрированные стенки 13, увеличивается его давление, что приводит к движению вытеснителя 12 вверх, а рабочего поршня 2 вниз. Данный процесс приводит к совершению положительной работы. Вытеснитель 12 достигает своей ВМТ, подача тепла прекращается, и начинает двигаться вниз, одновременно с рабочим поршнем 2, переталкивая рабочий газ через регенератор 4, где отдает ему свое тепло, холодильник 3 в холодную полость 17. Рабочий поршень 2 достигает своей НМТ и начинает двигаться вверх, навстречу вытеснителю 12. Начинается процесс сжатия. В холодильнике 3 поступающая через патрубок 16 охлаждающая жидкость забирает тепло от сжимаемого рабочего тела. Вытеснитель достигает своей НМТ, плотно прижимая сложенные гофры стенки 13 горячей полости к нижнему торцу камеры сгорания 10. Цикл повторяется. The displacer 12 is located at the bottom dead center (НМТ), firmly pressing the folded corrugations of the wall 13 to the lower part of the combustion chamber 10. The working piston 2, moving upward, compresses the working gas, under the action of external forces, the gas is compressed in the cavity 17 and the "dead" volumes of the refrigerator 3 and regenerator 4. In the refrigerator 3, the cooled liquid entering through the pipe 16 takes heat from the compressible working fluid. Upon reaching a certain level of the working piston 2, the compression process ends, and the displacer 12 begins to move upward, simultaneously with the working piston 2 continuing to move, moving, with a constant volume, the working gas through the refrigerator 3, the regenerator 4 and the hot cavity 5. The folded corrugations of the wall 13 are stretched , increasing the volume of the hot cavity 5. The working fluid receives heat from the regenerator 4. The working piston 2 ends its upward movement, at top dead center (TDC). Now the working gas in the hot cavity 5, where due to the ignition of the fuel supplied through the nozzles 6, is heated through the corrugated walls 13, its pressure increases, which leads to the movement of the displacer 12 up and the working piston 2 down. This process leads to the completion of positive work. The displacer 12 reaches its TDC, the heat supply stops, and begins to move downward, simultaneously with the working piston 2, pushing the working gas through the regenerator 4, where it transfers its heat to the refrigerator 3 into the cold cavity 17. The working piston 2 reaches its BDC and starts to move up, towards the displacer 12. The compression process begins. In the refrigerator 3, the coolant flowing through the pipe 16 takes heat from the compressible working fluid. The displacer reaches its BDC, tightly pressing the folded corrugations of the wall 13 of the hot cavity to the lower end of the combustion chamber 10. The cycle repeats.

Источники информации. Sources of information.

1. Заявка Великобритании N 1483356 (заявлена в 1974). 1. British application N 1483356 (declared in 1974).

2. Г.Ридер. Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М. Мир, 1986, стр. 55. - прототип. 2. G. Reeder. C. Hooper. Stirling engines. M. Mir, 1986, p. 55. - prototype.

Claims

The Stirling engine, including a combustion chamber with a fuel nozzle, a working piston, a displacer, a regenerator, a refrigerator, an actuator, characterized in that the combustion chamber is equipped with a separating screen for heating the supply air and radially arranged fuel nozzles in the lower part of the chamber, and the displacer, rod which passes through the regenerator and the refrigerator, is connected to the cylinder of the engine using a corrugated elastic, heat-resistant material that forms the walls of the hot cavity.