RU2014481C1 - Thermal engine with outside source of heat - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: compressor and expander are made in form of oil-filled screw rotors whose volumes are connected by means of common closed working medium circulating loop. EFFECT: increased service life and enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, холодильной технике и тепловым насосам. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building, refrigeration and heat pumps.

Известны тепловые машины с внешним подводом тепла - двигатели Стирлинга, в которых компрессор и расширитель выполнены в виде роторов Ванкеля. Heat machines with external heat supply are known - Stirling engines, in which the compressor and expander are made in the form of Wankel rotors.

Уплотнительные и золотниковые элементы, обязательные в этой конструкции, не позволяют добиться большого ресурса работы машины. Подвод и отвод тепла через стенки теплообменников не позволяют реализовать изотермический цикл Стирлинга, характеризуемый высоким КПД. Sealing and spool elements, mandatory in this design, do not allow to achieve a long service life of the machine. The supply and removal of heat through the walls of the heat exchangers do not allow to realize the isothermal Stirling cycle, characterized by high efficiency.

Задачей изобретения является повышение ресурса и КПД машины и упрощение ее конструкции. The objective of the invention is to increase the resource and efficiency of the machine and simplify its design.

Указанная задача достигается тем, что компрессор и расширитель тепловой машины выполнены в виде маслонаполненных винтовых роторов, размещенных на одном валу, и работающих в обратном режиме. This task is achieved by the fact that the compressor and the expander of the heat engine are made in the form of oil-filled screw rotors located on the same shaft and operating in the reverse mode.

Сущность изобретения состоит в том, что маслонаполненные винтовые роторы позволяют использовать масло не только для уплотнения зазора между винтами и их смазки, но и для подвода тепла в расширитель и отвода в компрессоре. Отсутствие фазового перехода делает простой задачу сепарации масла от рабочего тела, а одинаковость теплоносителя в компрессоре и расширителе не предъявляют высоких требований по глубине сепарации. Замкнутый контур циркуляции рабочего тела в машине исключает потерю теплоносителя. The essence of the invention lies in the fact that oil-filled screw rotors allow the use of oil not only for sealing the gap between the screws and their lubrication, but also for supplying heat to the expander and removal in the compressor. The absence of a phase transition makes the task of separating oil from the working fluid a simple task, and the same coolant in the compressor and expander does not make high demands on the depth of separation. A closed circulation circuit of the working fluid in the machine eliminates the loss of coolant.

Преимуществом предложенного устройства по сравнению с известными является то, что предложенная тепловая машина простая по конструкции с большим механическим ресурсом, каким обладают винтовые роторы, позволяют повысить КПД и удельную мощность благодаря замкнутому циркулированию рабочего тела. The advantage of the proposed device in comparison with the known ones is that the proposed heat engine is simple in design with a large mechanical resource, which screw rotors possess, can increase the efficiency and specific power due to the closed circulation of the working fluid.

Перечисленные признаки, отличающие заявляемое устройство от известных, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "Новизна" и "Изобретательский уровень". The listed features that distinguish the claimed device from the known, are not identified in other technical solutions when studying this technical field and, therefore, provide the claimed solution with the criteria of "Novelty" and "Inventive step".

На чертеже изображена тепловая машина. The drawing shows a heat engine.

Тепловая машина содержит размещенные на одном валу с потребителем механической энергии расширитель 1, выполненный в виде винтовой маслонаполненной машины, и компрессор 2, выполненный также в виде винтовой маслонаполненной машины и рекуперативного теплообменника 3, имеющего два встречных хода для газового теплоносителя разделенного теплообменной поверхностью. The heat engine contains an expander 1 located on the same shaft as the consumer of mechanical energy, made in the form of a screw oil-filled machine, and a compressor 2, also made in the form of a screw oil-filled machine and a regenerative heat exchanger 3, which has two opposing passages for the gas coolant separated by a heat-exchange surface.

При этом выхлопное отверстие расширителя 1 через трубопровод 4, теплообменник 3 и трубопровод 5 соединено с входным отверстием компрессора 2, а выхлоп компрессора 2 трубопроводами 6,7 через теплообменник 3 соединен с входом в расширитель 1. In this case, the exhaust outlet of expander 1 through conduit 4, heat exchanger 3 and conduit 5 is connected to the inlet of compressor 2, and the exhaust of compressor 2 by pipelines 6.7 through heat exchanger 3 is connected to the inlet to expander 1.

На выходе из компрессора 2 и расширителя 1 стоят сепараторы 8 и 9, которые частично или полностью отделяют масло от рабочего тела. At the outlet of the compressor 2 and expander 1 are separators 8 and 9, which partially or completely separate the oil from the working fluid.

В состав машины входит также воздушный холодильник 10, который трубопроводами 11 и 12 связан с компрессором 2 и сепаратором 8, и нагреватель 13, который трубопроводами 14 и 15 связан с расширителем 1 и сепаратором 9. В этом контуре расположен масляный насос 16 с внешним приводом (не показан). The machine also includes an air cooler 10, which is connected via pipelines 11 and 12 to compressor 2 and separator 8, and a heater 13, which is connected by pipelines 14 and 15 to expander 1 and separator 9. An oil pump 16 with an external drive is located in this circuit ( not shown).

Вал расширителя 1 имеет выходной конец 17. The shaft of the expander 1 has an output end 17.

Тепловая машина работает следующим образом. Thermal machine operates as follows.

Жидкий теплоноситель - высокотемпературное масло, например тетракрезилоксисилан, температура кипения которого выше 700 К, нагревают в нагревателе 13 до температуры порядка 700 К и впрыскивают по трубопроводу 14 на вход расширителя 1. Смесь рабочего тела и горячего теплоносителя расширяется, совершая механическую работу, часть которой расходуется на привод компрессора, а другая часть отводится потребителю через вал 17. В процессе расширения в рабочем объеме расширителя 1 происходит постепенная отдача тепла от распыленного теплоносителя к газообразному рабочему телу, благодаря чему процесс расширения оказывается близок к изотермическому. A heat transfer fluid is a high-temperature oil, for example, tetracresyloxysilane, the boiling point of which is higher than 700 K, is heated in a heater 13 to a temperature of the order of 700 K and injected through a pipe 14 to the inlet of the expander 1. The mixture of the working fluid and hot heat carrier expands, performing mechanical work, some of which is spent to the compressor drive, and the other part is allocated to the consumer through the shaft 17. In the process of expansion in the working volume of the expander 1 there is a gradual heat transfer from the atomized coolant to the gas shaped working fluid, due to which the expansion process is close to isothermal.

После расширителя 1 теплоноситель отделяют от рабочей смеси в сепараторе 9 и по трубопроводу 15 подают в нагреватель 13, а газ направляют в рекуперативный теплообменник 3, где он отдает свое тепло встречному потоку и поступает по трубопроводу 5 на вход в компрессор 2. Также на вход в компрессор 2 по трубопроводу 11 подается такой же теплоноситель, что и в расширитель 1, но предварительно охлажденный в холодильнике 10. Смесь рабочего тела и теплоносителя снижается в компрессоре, а выделяемое при этом тепло поглощается теплоносителем, благодаря чему процесс протекает почти изотермически. After the expander 1, the coolant is separated from the working mixture in the separator 9 and fed through the pipe 15 to the heater 13, and the gas is sent to a regenerative heat exchanger 3, where it gives its heat to the oncoming stream and enters through the pipe 5 to the inlet to the compressor 2. Also at the inlet to the compressor 2 is supplied through pipeline 11 with the same coolant as in the expander 1, but pre-cooled in the refrigerator 10. The mixture of the working fluid and coolant is reduced in the compressor, and the heat generated is absorbed by the coolant, so the process proceeds almost isothermally.

После сжатия смесь поступает в сепаратор 8, где теплоноситель отделяется и по трубопроводу 11 направляется в холодильник, а рабочее тело по трубопроводу 6 направляется в теплообменник 3, после чего по трубопроводу 7 на вход в расширитель. При этом рабочее тело воспринимает тепло встречного потока, и таким образом утилизуют выхлопное тепло расширителя. After compression, the mixture enters the separator 8, where the coolant is separated and sent through the pipe 11 to the refrigerator, and the working fluid is sent through the pipe 6 to the heat exchanger 3, and then through the pipe 7 to the inlet of the expander. In this case, the working fluid perceives the heat of the oncoming flow, and in this way the exhaust heat of the expander is utilized.

Claims (1)

ТЕПЛОВАЯ МАШИНА С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА, содержащая компрессор и расширитель, расположенные на общем валу, холодильник, подогреватель и рекуператор, отличающаяся тем, что компрессор и расширитель выполнены в виде маслонаполненных винтовых роторов, объемы которых соединены общим замкнутым контуром циркуляции рабочей среды. A HEATING MACHINE WITH EXTERNAL HEAT CONNECTION, containing a compressor and an expander located on a common shaft, a refrigerator, a heater and a recuperator, characterized in that the compressor and expander are made in the form of oil-filled screw rotors, the volumes of which are connected by a common closed loop of the working medium circulation.

Images