RS20170331A1 - Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima motora - Google Patents

Abstract

Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima (11, 12) motora, ostvaruje povećanu efikasnost u pretvaranju toplotne energije u mehaničku zbog toga što je topli blok (12) fizički razdvojen od hladnog bloka (11) i obložen termoizolacionim materijalima (6, 14), tako da je izbegnut čak i neželjeni gubitak toplotne energije u spoljašnji prostor. Topli blok (12) i hladni blok (11) imaju zajedničku radilicu (20). Kolena (41-44) zajedničke radilice (20) u toplom bloku (12) ugaono prednjače za devedeset stepeni u odnosu na kolena (45-48), gledano u smeru obrtanja zajedničke radilice (20). Transfer toplotne energije sa toplog bloka (12) na hladni blok (11) se u najvećoj meri obavlja pomoću radnih gasova (71-74). Radni gasovi (71-74) su međusobno potpuno odvojeni.

Description

STIRLINGOV MOTOR SA TERMIČKI RAZDVOJENIM BLOKOVIMA

MOTORA

Oblast tehnike na koju se odnosi

Pronalazak pripada oblasti mehanike uopšte, a odnosi se na motore sa spoljašnjim izvorom toplopne energije.

Prema međunarodnoj klasifikaciji patenata (MKP) oznaka je: F02Gl/043

Tehnički problem

Kako povećati stepen korisnog dejstva Stirlingovog motora alfa tipa pri pretvaranju toplotne energije u mehaničku.

Stanje tehnike

Stanje tehnike na kome se zasniva ovaj pronalazak je: Stirlingov motor alfa tipa, motor sa unutrašnjim sagorevanjem, dizel motor, dizel motor sa opozitim klipovima.

Izlaganje suštine pronalaska

Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima motora radi na principu Stirlingovog motora alfa tipa pri čemu ima posebne, fizički i termički razdvojene blokove motora od kojih je jedan topli blok a drugi hladni blok. Oba bloka motora imaju zajedničku radilicu i pričvršćeni su za zajednički nosač motora. Svaki blok motora ima zasebnu glavu motora i sopstvenu termoizolaciju sa spoljašnje strane bloka i glave motora. Topli fluid koji je zagrejan od spoljašnjeg izvora toplotne energije sruji kroz topli blok motora i predaje mu toplotu energiju. Kako je toplotno razdvojen od hladnog bloka motora nema neželjenog gubitka toplotne energije ka hladnom bloku motora što rezultira povećanjem stepena iskorišćenja u pretvaranju toplotne energije u mehaničku. Svaki od dva bloka može imati više cilindara, najčešće po četiri. Svaki cilindar toplog bloka je pomoću cevi i regeneratora povezan sa svojim uparenim cilindrom hladnog bloka tako da se vrši razmena radnog gasa. Polovina zajedničke radilice u toplom bloku motora fazno prednjači za devedeset stepeni (Pi pola radijana) u odnosu na polovinu radilice u hladnom bloku motora. Tako svaki topli klip fazno prednjači za devedeset stepeni (Pi pola radjana) u odnosu na hladni klip sa kojim je uparen preko otvora na glavi motora pomoću cevi i pripadajućeg regeneratora.

Kratak opis slika nacrta

Pronalazak je detaljno opisan na primeru izvođenja prikazanom na nacrtu u kome:

Slika 1 - predstavlja uzdužni presek stirlingovog motora sa termički razdvojenim blokovima motora.

Slika 2 - predstavlja blok shemu povezivanja stirlingovog motora sa termički razdvojenim blokovima motora na eksterni izvor toplotne energije sa jedne strane i na eksterni rashladni sistem sa druge strane.

Slika 3 - predstavlja uzdužni presek stirlingovog motora sa termički razdvojenim blokovima motora primenom varijantnog rešenja stirlingovog motora sa opozitim klipovima u svakom cilindra kako toplog tako i hladnog bloka.

Slika 4 - Predstavlja blok shemu toplotnog povezivanja toplog bloka i hladnog bloka stirlingovog motora sa opozitim klipovima.

Detaljan opis pronalaska

a) Na slici 1 je predstavljen stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima 12 i 11. Topli blok 12 i hladni blok 11 su povezani zajedničkom radilicom. 20. Zajednička radilica 20 je takve konstrukcije da su kolena 41, 42, 43 i 44 pomerena za plus devedeset stepeni ( odnosno Pi pola radijana) u odnosu na kolena 45, 46, 47 i 48 gledano u smeru rotacije zajedničke radilice 20. Dakle, kolena 41, 42, 43 i 44 koja se nalaze u toplom bloku 12, ugaono prednjače za devedeset stepeni u odnosu na kolena 45, 46, 47 i 48 a nalaze se u hladnom bloku 11 stirlingovog motora. Klipnjače 49, 50, 51 I 52 povezuju klipove 1, 2, 3 i 4 sa zajedničkom radiliceom 20 u toplom bloku 12 stirlingovog motora. Klipnjače 53, 54, 55 i 56 povezuju klipove 7, 8, 9 i 10 sa zajedničkom radilicom 20 u hladnom bloku 11 stirlingovog motora. Klipovi 1, 2, 3 i 4 konstrukciono prednjače u poziciji i smeru kretanja u odnosu na klipove 7, 8, 9 i 10 za jedan takt, odnosno jednu četvrtinu ciklusa rada stirlingovog motora. Klip 1 je uparen sa klipom 7. Klip 2 je uparen sa klipom 8. Klip 3 je uparen sa klipom 9. Klip 4 je uparen sa klipom 10. Cilindri 61, 62, 63, i 64 su u unutrašnjem delu toplog bloka 12. Cilindri 65, 66, 67 i 68 su u unutrašnjem delu hladnog bloka 11. Klip 1 i cilindar 61 su pomoću cevi 31, regeneratora 15, radnog gasa 71, i cevi 35 povezani sa klipom 7 i cilindrom 65, čineći jednu funkcionalnu celinu. Stirlingov motor može pokretati najmanje jedna funkcionalna celina. Klip 2 i cilindar 62 su pomoću cevi 32, regeneratora 16, radnog gasa 72, i cevi 36 povezani sa klipom 8 i cilindrom 66, čineći dragu funkcionalnu celinu. Klip 3 i cilindar 63 su pomoću cevi 33, regeneratora 17, radnog gasa 73, i cevi 37 povezani sa klipom 9 i cilindrom 67, obrazujući treću funkcionalnu celinu. Klip 4 i cilindar 64 su pomoću cevi 34, regeneratora 18, radnog gasa 74, i cevi 38 povezani sa klipom 10 i cilindrom 68 u četvrtu funkcionalnu celinu. Topli blok 12 i topla glava 69 stirlingovog motora su obuhvaćeni termoizolacionim materijalom 14 sa spoljašnjih strana. Topli blok 12 motora je sa donje strane naslonjen na termoizolacioni materijal 6. Na taj način je obezbeđena termička izolacija toplog bloka

12 u odnosu na spoljašnju sredinu. Hladni blok 11 i hladna glava 70 stirlingovog motora su obuhvaćeni temioizolacionim materijalom 5 sa spoljašnjih strana. Hladni blok 11 motora je sa donje strane naslonjen na termoizolacioni materijal 13. Tako je obezbeđena termička izolacija hladnog bloka 11 u odnosu na spoljašnju sredinu. Topla glava 69 je šrafovima 21, 22, 23, 24 i 25 pričvršćena za topli blok 12 stirlingovog motora. Hladna glava 70 je šrafovima 26, 27, 28, 29 i 30 pričvršćena za hladni blok 11 stirlingovog motora. Pritisak radnih gasova 71 i 74 je izjednačen u svakom trenutku. Pritisak radnih gasova 72 i 73 je izjednačen u svakom trenutku vremena. Prva i četvrta funkcionalna celina rade sinhrono. Druga i treća funkcionalna celina su sinhrone. Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima ima četiri takta ekspanziju, transfer, kontrakciju i transfer identično kao i stirlingov motor alfa tipa. Prva i četvrta funkcionalna celina prednjače za dva takta u odnosu na drugu i treću funkcionalnu celinu. Kada su prva i četvrta funkcionalna celina u taktu ekspanzije, druga i treća funkcionalna celina su u taktu kontrakcije i obrnuto. Kada su prva i četvrta funkcionalna celina u taktu transfera niskog pritiska, druga i treća su u taktu transfera visokog potiska i obrnuto.

Topli blok 12 je šrafovima 57 i 58 pričvrščen za zajednički nosač 19 motora. Hladni blok 11 je šrafovima 59 i 60 pričvršćen za zajednički nosač 19 motora. Radilica 20 je konstruktivno izvedena na takav način da je koleno 41 pomereno za devedeset stepeni unapred odnosu na koleno 45 u smem okretanja radilice 20, a koleno 42 je pomereno za devedeset stepeni unapred u odnosu na koleno 46, dok je koleno 43 pomereno za devedeset stepeni unapred u odnosu na koleno 47 i koleno 44 je za devedeset stepeni pomereno unapred u odnosu na koleno 48.

Na nosač motora 19 je sa jedne strane ušrafljen topli blok 12 stirlingovog motora šrafovima 57 i 58 dok na draugu stranu nosača 19 ušrafljen hladni blok 11 stirlingovog motora šrafovima 59 i 60, na takav način da su ose rotacije kroz topli blok 12 i hladni blok 11, obe polovine zajedničke radilice 20 u idealnoj kolinearnosti..

Na slici 2 je predstavljena blok shema povezivanja stirlingovog motora sa termički razdvojenim blokovima 12 i 11 motora na eksterni izvor 172 toplotne energije sa jedne strane i na eksterni rashladni sistem 173 sa drage strane. Topli blok 12 je povezan na izlaz pumpe 174, koja je svojim ulazom povezana na eksterni izvor 172 toplotne energije, dok je, hladni blok 11 povezan na izlaz pumpe 175, koja je svojim ulazom povezana na eksterni rashladni sistem 173.

b) Na slici 3 je predstavljen uzdužni presek stirlingovog motora sa termički razdvojenim blokovima 12 i 11 motora primenom varijantnog rešenja stirlingovog motora sa opozitim klipovima 76, 77, 78 i 79 u svakom cilindru 92, 93, 94 i 95 toplog bloka 12 i opozitim klipovima 80, 81, 82 i 83 u svakom cilindru 96, 97, 98 i 99 hladnog bloka 11.

Topli blok 12 ima cilindre 92, 93, 94 i 95 u kojima su opozito pozicionirani klipovi 1 i 76 u cilindra 92, klipovi 2 i 77 u cilindru 93, klipovi 3 i 78 u cilindra 94 i klipovi 4 i 79 u cilindru 95. Hladni blok 11 ima cilindre 96, 97, 98 i 99 u kojima cu opozito pozicionirani klipovi 7 i 80 u cilindru 96, klipovi 8 i 81 u cilindru 97, klipovi 9 i 82 u cilindru 98 i klipovi 10 i 83 u cilindru 99. Cilindri 92, 93, 94 i 95 toplog bloka 12 imaju u svojim središnjim pozicijama otvore 100, 101, 102 i 103 za cirkulaciju radnih gasova 71, 72, 73 i 74, dok sa druge strane cilindri

96, 97, 98 i 99 hladnog bloka 11 imaju u svojim središnjim pozicijama otvore 104, 105, 106 i 107 za cirkulaciju radnih gasova 71, 72, 73 i 74.

Kolenasto vratilo 84 koje se nalazi u toplom bloku 12 je pomoću zupčanika 89 i 88 povezano sa radilicom 20 na takav način da kolena 108, 109, 110 i 111 imaju suprotan položaj od kolena 41, 42, 43 i 44.

Kolenasto vratilo 84 je pomoću klipnjača 116, 117, 118 i 119 povezano sa opozitim klipovima 76, 77, 78 i 79 toplog bloka 12.

Kolenasto vratilo 84 se okreće u suprotnom smera od radilice 20.

Kolenasto vratilo 85 koje se nalazi u hladnom bloku l 1 j e pomoću zupčanika 91 i 90 povezano sa zajedničkom radilicom 20 na takav način da kolena 112, 113, 114 i 115 imaju suprotan položaj od kolena 45, 46, 47 i 48.

Kolenasto vratilo 85 je pomoću klipnjača 120, 121, 122 i 123 povezano sa opozitim klipovima 80, 81, 82 i 83 hladnog bloka 11.

Kolenasto vratilo 85 se okreće u suprotnom smera od radilice 20.

Termoizolacioni materijal 87 termički izoluje zupčanike 88 i 89 od spoljašnje sredine, a termoizolaciom materijal 86 termički izoluje zupčanike 90 i 91 od spoljašnje sredine.

Na slici 4 je prikazana blok shema toplotnog povezivanja toplog bloka 12 i hladnog bloka 11 stirlingovog motora sa opozitim klipovima 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82 i 83.

Radni gas 71 cirkuliše između cilindara 92 i 96 pomoću cevi 31 regeneratora 15 i cevi 35. Radni gas 72 cirkuliše između cilindara 93 i 97 pomoću cevi 32 regeneratora 16 i cevi 36. Radni gas 73 cirkuliše između cilindara 94 i 98 pomoću cevi 33 regeneratora 17 i cevi 37. Radni gas 74 cirkuliše između cilindara 95 i 99 pomoću cevi 34 regeneratora 18 i cevi 38.

Claims (10)

Patentni zahtevi

1. Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) motora, naznačen time, što su topli blok (12) i hladni blok (11) povezani zajedničkom radilicom (20).

2. Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) motora, prema zahtevu 1, naznačen time, što je radilica (20) konstruktivno izvedena na takav način da j e koleno (41) pomereno za devedeset stepeni unapred odnosu na koleno (45) u smeru okretanja radilice (20), a koleno (42) je pomereno za devedeset stepeni unapred u odnosu na koleno (46), dok je koleno (43) pomereno za devedeset stepeni unapred u odnosu na koleno (47) i koleno (44) je za devedeset stepeni pomereno unapred u odnosu na koleno (48).

3. Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) motora, prema zahtevu 1, naznačen time, što je na nosač motora (19) sa jedne strane ušrafljen topli blok (12) stirlingovog motora šrafovima (57) i (58) dok na drugu stranu nosača (19) ušrafljen hladni blok (11) stirlingovog motora šrafovima (59) i (60), na takav način da su ose rotacije kroz topli blok (12) i hladni blok (11), obe polovine zajedničke radilice (20) u idealnoj kolinearnosti.

4. Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) motora, prema zahtevu 1, naznačen time, što su topli blok (12) i topla glava (69) stirlingovog motora obuhvaćeni termoizolacionim materijalom (14) sa spoljašnjih strana, pri čemu je topli blok (12) motora sa donje strane naslonjen na termoizolacioni materijal (6), dok su hladni blok (11) i hladna glava (70) stirlingovog motora obuhvaćeni termoizolacionim materijalom (5) sa spoljašnjih strana, pri čemu je hladni blok (11) motora sa donje strane naslonjen na termoizolacioni materijal (13).

5. Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) motora, prema zahtevu 1, naznačen time, što je topli blok (12) povezan na izlaz pumpe (174), koja je svojim ulazom povezana na eksterni izvor (172) toplotne energije, dok je, hladni blok (11) povezan na izlaz pumpe (175), koja je svojim ulazom povezana na eksterni rashladni sistem (173).

6. Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) motora prema zahtevu 1 u varijanti stirlingovog motora sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) sa opozitim klipovima (76), (77), (78), (79), (80), (81), (82), i (83), naznačen time, što topli blok (12) ima cilindre (92), (93), (94) i (95) u kojima su opozito pozicionirani klipovi (1) i (76) u cilindra (92), klipovi (2) i (77) u cilindra (93), klipovi (3) i (78) u cilindra (94) i klipovi (4) i (79) u cilindra (95).

7. Stirlmgov motor sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) motora prema prethodnim zahtevima, naznačen time, što hladni blok (11) ima cilindre (96), (97), (98) i (99) u kojima cu opozito pozicionirani klipovi (7) i (80) u cilindru (96), klipovi (8) i (81) u cilindru (97), klipovi (9) i (82) u cilindru (98) i klipovi (11) i (83) u cilindru (99).

8. Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) motora prema prethodnim zahtevima, naznačen time, što cilindri (92), (93), (94) i (95) toplog bloka (12) imaju u svojim središnjim pozicijama otvore (100), (101), (102) i (103) za cirkulaciju radnih gasova (71), (72), (73) i (74), dok sa druge strane cilindri (96), (97), (98) i (99) hladnog bloka (11) imaju u svojim središnjim pozicijama otvore (104), (105), (106) i (107) za cirkulaciju radnih gasova (71), (72), (73) i (74).

9. Stirlingov motor sa termički razdvojemin blokovima (12) i (11) motora prema prethodnim zahtevima, naznačen time, što je kolenasto vratilo (84) koje se nalazi u toplom bloku (12) pomoću zupčanika (89) i (88) povezano sa radilicom (20) na takav način da kolena (108), (109), (110) i (111) imaju suprotan položaj od kolena (41), (42), (43) i (44).

10. Stirlingov motor sa termički razdvojenim blokovima (12) i (11) motora prema prethodnim zahtevima, naznačen time, što je kolenasto vratilo (85) koje se nalazi u hladnom bloku (11) je pomoću zupčanika (91) i (90) povezano sa radilicom (20) na takav način da kolena (112), (113), (114) i (115) imaju suprotan položaj od kolena (45), (46), (47) i (48).