CS242465B1 - Teploplynový stroj s rotačným pohybom piestov - Google Patents

Abstract

Účelom vynálezu je zlepšenie využitia zastávaného priestoru, zjednodušenie 'konštrukcie, zvačšenie rýchlobežnosti, zlepšenie vyvážiteínosti, vylúčenie potřeby odíahčovacieho priestoru, ale najmá dosiahnutie samočinného presúvania pracovného plynu vlastným pracovným piestom a praktické uskutočnenie Izochorickej změny stavu plynu pri přívode a odvode tepla v oběhu. Tento účel sa dosahuje teploplynovým strojom pozostávajúcom z valcovej skrine, na ktorú je napojený ohrievač a chladič a v ktorej je súoso uložený rotor s najmenej dvomi piestami. V stene skrine sú tri posúvače. Samočinné presúvanie pracovného plynu a praktické uskutočnenie izochorickej změny stavu plynu vedúce k vysokej tepelnej účinnosti sa dosahuje tým, že ohrievač je na vnútorný priestor skrine napojený medzi predným a žádným posúvačom tak, že vstupný koniec je pri zadnom posúvači a výstupný koniec pri prednom posúvači. Chladič je na vnútorný priestor skrine napojený vstupným koncom z jednej strany a výstupným koncom z druhej strany rozdeíovacieho posúvača. V ohrievači može byť vložený ventil. Vynález je možné použiť ako motor, chladlaci stroj alebo ako tepelné čerpadlo.

Description

Vynález sa týká teploplynového stroja s rotačným pohybom piestov, u ktorého sa rieši usporiadanie ohrievača a chladiča.

Doteraz známe teploplynové stroje, používané vačšinou ako motory a známe pod označením Stirling, sú vyhotovené ako stroje s vratným translačným pohybom piestov. Je známe vyhotovenie s dvomi piestami v jednom válci, pričom jeden piest je pracovný a druhý premiestňuje pracovný plyn.

Nevýhodou takého riešenia je zložitý hlukový mechanizmus, vrtaná piestnica a velká stavebná výška, ktorú ešte zvyšuje odlahčovací priestor pod pracovným piestom. V inom známom vyhotovení je stroj viacvalcový s dvojčinnými piestami. Nadpiestové a podpiestové priestory susedných valcov sú přepojené kanálmi a pohyby piestov v susedných valcoch sú fázovo posunuté.

Nevýhodou takého riešenia je nutnost viacvalcového usporiadania, Čo je zložité. Doteraz nebolo pre Stirlingov oběh použité iné usporiadanie piestového stroja. V podstatě je možné pre tento oběh využit všetky známe vyhotovenia použité pre spatovacie motory s vnútorným spalováním a parné stroje, napr. křížový Parsonsov motor, resp. křížový motor s hypocykloidným klukovým mechanizmom, alebo motor s homokineticky protibežne rotujúcim valcom a piestom.

Pre zjavné výhody, ako menší zastavený priestor, váčšiu rýchlobežnosť a lepšiu vyvážiteTnosť, je výhodné použiť pre Stirlingov oběh najmá známe usporiadania motorov s krúživým pohybom piesta, napr. Wankelov motor, a s rotačným pohybom piesta, napr. Clarkov alebo tiež Kolettiho motor.

Nevýhody uvedené u doteraz známých vyhotovení piestových strojov pre Stirlingov oběh sú odstránené teploplynovým strojom podlá tohto vynálezu, ktorý vychádza z Kolettiho motora. Pozostáva z valcovej skrine, na ktorú je napojený ohrievač a chladič a v ktorej je súoso uložený rotor s najmenej dvomi piestami. V stene skrine sú tri, například radiálně posúvače.

Podstatou vynálezu je, že ohrievač je na vnútorný priestor skrine napojený medzi predným a žádným posúvačom tak, že jeho vstupný koniec je pri zadnom posúvači a výstupný koniec pri prednom posúvači. Chladič je na vnútorný priestor skrine napojený vstupným koncom z jednej strany a výstupným koncom z druhej strany rozdeíovacieho posúvača. V ohrievači může byt vložený ventil.

Uvedeným usporiadaním teploplynového stroja s rotačným pohybom piestov podía tohto vynálezu sa docieli kompaktnejšia a jednoduchšia konštrukcia, malý zastavaný priestor v porovnaní s pracovným priestorom, váčšia rýchlobežnosť, lepšia vyvážitel'nosť a ostatně výhody vlastně všetkým usporiadaniam motorov s rotačným pohybom piestov.

Pre teploplynový stroj, resp. Stirlingov obeh je zvlášť výhodné to, že rotor je zaťažovaný iba silami od rozdielu tlakov teplého a studeného plynu a nie silou od absolútneho tlaku plynovej náplně, ktorý je vysoký, pričom nie je potřebný další vyrovnávací priestor, nutný u známého usporiadania.

Výhodou a novým účinkom stroja podl'a tohto vynálezu je, že presúvanie pracovného plynu cez ohrievač i cez chladič sa uskutečňuje samočinné, to jest vlastným pracovným piestom bez potřeby ďalšieho pomocného presúvacieho piesta, resp. bez nutnosti viacvalcového usporiadania.

Novým účinkom stroja podlá tohto vynálezu a jeho výhodou je tiež to, že presúvanie pracovného plynu cez ohrievač i cez chladič sa uskutečňuje pri stálom objeme plynu, to jest izochoricky. Tým je možné sa v praxi přiblížit najvýhodnejšiemu teoretickému tepelnému oběhu, zloženému z dvoch izochorických zmien stavu plynu (přívodu a odvodu tepla] a z dvoch izotermických zmien (kompresie a expanzie) viac než doteraz známými usporiadaniami a dosiahnuť najvyššiu možnú tepelná účinnost, za předpokladu regenerácie tepla rovnú účinnosti Carnotovho oběhu.

V každom případe sa praktickým uskutečněním izochorického přívodu a odvodu tepla v oběhu dosiahne vždy najvyššia tepelná účinnost zo všetkých ostatných obehov, v ktorých sa přívod a odvod tepla neuskutočňuje izochoricky.

Na priloženom výkrese je znázorněný příklad vyhotovenia teploplynového stroja s rotačným pohybom piestov podlá tohto vynálezu. Na obr. 1 je zobrazený priečny rez teploplynovým strojom vo funkčnej polohe před ukončením kompresného zdvihu s naznačeným případným použitím ventila v ohrievači a na obr. 2 je priečny rez v polohe, keď pracovný plyn je pretláčaný cez ohrievač. Nie je zakreslené utesnenie, mazanie, ovládanie posúvačov, zdroj tepla, regenerátor tepla atd.

Vo valcovej skrini 1 je súoso uložený rotor 2 s prvým piestom 4 a druhým piestom 3. V stene skrine 1 sú tri radiálně posúvače, rozdělovači posúvač 5, predný posúvač 6 a zadný posúvač 7.

Posúvače rozdelujú vnútorný priestor skrine spolu s piestami na niekolko priestorov vzájomne utěsněných, nasávací priestor 8, kompresný priestor 9, expanzný priestor 10, výtlačný priestor li, teplý priestor 12 a horúci priestor 13.

Ohrievač 14 je na vnútorný priestor skrine 1 napojený medzi predným posúvačom 6 a žádným posúvačom 7. Vstupný koniec ohrievača 14 je v blízkosti žádného posúvača 7 a výstupný koniec pri prednom posúvači 6. Výstupný koniec ohrievača 14 je vzdialený od predného posúvača 6 tak, aby ho zadná hrana prvého piesta 4 odkryla až potom, ked sa predný posúvač 6 uzavrie.

V inom případe může byť výstupný koniec ohrievača 14 v tesnej blízkosti prédné242465 ho posúvača 6, pričom je do ohrievača 14 vložený ventil 16, ktorý sa otvorí až po uzavretl predného posúvača 6. Chladič 15 je na vnútorný priestor skrine 1 napojený vstupným koncom z jednej strany a výstupným koncom z druhej strany rozdelovacieho posúvača 5.

Pracovný plyn je žádnou stranou prvého piesta 4 nasávaný z chladiča 15 do nasávacieho priestoru 8. Prednou stranou je v predošlom cykle nasatý plyn stláčaný v kompresnom priestore 9.

Prvý piest 4 přejde otvoreným predným posúvačom 6, ktorý sa potom zatvorí. Po odkrytí výstupného konca ohrievača 14 pretláča prvý piest 4 plyn za stálého objemu, t. j. izochoricky z teplého priestoru 12, kde má plyn teplotu po kompresii, cez ohrievač 14 do horúceho priestoru 13.

Plyn přitom příjme teplo Qi. Plyn potom expanduje v expanznom priestore 10 a vykonává prácu, to v případe motora. V nasledujúcom cykle je plyn izochoricky pretláčaný z výtlačného priestoru 11 cez chladič 15 do nasávacieho priestoru 8. Plynu je přitom odobraté teplo Q2.

Teploplynový stroj s rotačným pohybom piestov podl'a tohto vynálezu je možné použil ako spalovací motor s vonkajším spalováním, alebo ako tepelný motor napojený na iný tepelný zdroj, alebo tepelný akumulátor. Je možné tento stroj tiež použil pri jeho pasívnom pretáčaní ako chladiaci stroj, alebo ako tepelné čerpadlo.

Claims (3)

1. PREDMET

   1. Teploplynový stroj s rotačným pohybom piestov pozostávajúci z valcovej skrine, na ktorú je napojený ohrievač a chladič a v ktorej je súoso uložený rotor s najmenej dvomi piestami, pričom v stene skrine sú tri posúvače, vyznačený tým, že ohrievač (14) je na vnútorný priestor skrine (lj napojený vstupným koncom pri zadnom posúvači (7) a výstupným koncom pri prednom posúvači (6), pričom obidva konce ohrievača (14) sa nachádzajú medzi predným posúvačom (6) a žádným posúvačom (7), chladič (15 j je na vnútorný priestor skrine (1) napojený vstupným koncom z jednej

   YNÁLEZU strany a výstupným koncom z druhej strany rozdelovacieho posúvača (5).
2. 2. Teploplynový stroj s rotačným pohybom piestov podlá bodu 1, vyznačený tým, že výstupný koniec ohrievača (14) je od predného posúvača (6) vzdialený najmenej o dížku oblúka opísaného žádnou hranou prvého piesta (4) od predného posúvača (6) v okamihu uzavretia predného posúvača (6).
3. 3. Teploplynový stroj s rotačným pohybom piestov podlá bodu 1, vyznačený tým, že v ohrievači (14) je vložený ventil (16).