Двигатель с внешним подводом теплоты

 

ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОД ВОДОМ ТЕПЛОТЫ, содержащий, по меньшей мере один цилиндр с горячим и хо (Л со лодным объемами, камеру сгорания с полостью сгорания топливного факела и нагреватель , образованный сборным коллектором и рядом трубок, расположенных по окружности , размещенных в полости сгорания и подключенных через одну к горячему объему и регенератору, отличающийся тем, что, с целью повыщения КПД, нагреватель дополнительно снабжен двумя коакс.иально расположенными кожухами с торцевыми сетками, размещенными в полости сгорания и охватывающими трубки нагревателя, причем объем между кожухами заполнен гранулированным катализатором. ;/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИК зш F 02 G 1055

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3605441/25-06 (22) 15.06.83 (46) 30,.08.84. Бюл. № 32 (72) В. А. Звонов, П. В. Сергеев, В. Н. Даниличев и В. В. Ставицкий (71) Ворошиловградский машиностроительный институт (53) 621.41.056 (088.8) (56) 1. Заявка Великобритании № 1346927, кл. F 1 S, 1974. (54) (57) ДВИГАТЕЛЬ С ВНЕШНИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОТЪ|, содержащий, по меньшей мере один цилиндр с горячим и хо„„SU„„1110917 A лодным объемами, камеру сгорания с полостью сгорания топливного факела и нагреватель, образованный сборным коллектором и рядом трубок, расположенных по окружности, размещенных в полости сгорания и подключенных через одну к горячему объему и регенератору, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, нагреватель дополнительно снабжен двумя коаксиально расположенными кожухами с торцевыми сетками, размещенными в полости сгорания и охватывающими трубки нагревателя, причем объем между кожухами заполнен гранулированным катализатором.

11!0917

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано при создании двигателей с внешним подводом теплоты, предназначенных для работы с повышенными требованиями к уровню токсичности про5 дуктов сгорания топлива.

Известен двигатель с внешним подводом теплоты, содержащий цилиндр с горячим и холодным объемами, камеру сгорания с полостью. сгорания топливного факела и 10 нагреватель, образованный сборным коллектором и рядами трубок, расположенных по окружности, размещенных в полости сгорания и подключенных через одну к горячему объему и регенератору (1).

К недостаткам известного двигателя от15 носят большую неравномерность нагрева трубок нагревателя по высоте, в связи с этим подвод тепла к рабочему телу внутреннего контура двигателя ограничен зоной местного перегрева и, следовательно, КПД двигателя меньше, чем если бы трубки имели по высоте одинаковую температуру. Кроме того, токсичность продуктов сгорания и полнота сгорания топлива у этих двигателей не может быть удовлетворительной при их работе в плохо проветриваемых карьерах, шахтах и т. д.

Целью изобретения является повышение равномерности нагрева трубок нагревателя и увеличение полноты сгорания топлива, что приводит к повышению КПД двигателя с внешним подводом теплоты.

Указанная цель достигается тем, что в двигателе с внешним подводом теплоты, содержащем по меньшей мере один цилиндр с горячим и холодным объемами, камеру сгорания с полостью сгорания топливного факела и нагреватель, образованный сборным коллектором и рядом трубок, расположенных по окружности, размещенных в полости сгорания и подключенных через одну к горячему объему и регенератору, нагреватель дополнительно снабжен двумя 40 коаксиально расположенными кожухами с торцевыми сетками, размещенными в полости сгорания и охватывающими трубки нагревателя, причем объем между кожухами заполнен гранулированным катализатором.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого двигателя.

В цилиндре 1 двигателя размещены поршни 2 и 3, разделяющие внутреннюю полость цилиндра на горячий 4 и холодный 5 объемы, соединенные между собой через нагреватель, образованный сборным коллектором 6 и расположенными по окружности трубками 7, регенератор 8 и холодильник 9. Нагреватель размещен в полости 10 сгорания топливного факела, образованного камерой сгорания 11, и заключен в коаксиально расположенные 55 кожухи 12 и 13 с торцевыми сетками 14 и гранулированным катализатором 15. Кожухи окружены рекуперативным теплообменником 16 с каналами 17 для прохода свежего воздуха и каналами 18 для прохода продуктов сгорания.

Двигатель работает следующим образом.

С помощью электрической свечи накаливания поджигается топливо в камере сгорания 11 и начинается процесс прогрева гранулированного катализатора 15 до нужной температуры с помощью факельного сжигания топлива в полости 10 сгорания. После достижения необходимой температуры процесс факельного сжигания топлива прекращается и топливо, проходя вместе с воздуvoM через сетки 14 и гранулированный катализатор 15, вступает в химическую реакцию, образуя вместе с тем псевдокипящий слой катализатора, что обеспечивается расстоянием между сетками 14 и высотой слоя катализатора. Горение идет с очень высокой скоростью, поэтому теплонапряженность каталитического реактора выше, чем в обычных камерах сгорания факельного типа.

Гранулы катализатора и продукты сгорания топлива соприкасаются с внешней поверхностью трубок 7 нагревателя, рабочее тело через .стенки нагревателя получает тепло, его давление возрастает и передается через регенератор 8 и холодильник 9 в холодный объем 5, где воздействует на рабочий поршень 2. Поршень 2 начинает двигаться вниз, а порщень 3 вверх, вытесняя из горячего объема рабочее тело, которое проходит через регенератор 8 и холодильник, 9 с отводом теплоты. Величина холодного объема увеличивается и давление рабочего тела падает.

При движении поршня 2 вверх, а поршня 3 вниз происходит сжатие рабочего тела и переталкивание его через холодильник 9 с отдачей теплоты и регенератор 8 с подводом теплоты в нагреватель, где рабочее тело получает добавочное тепло и цикл повторяется. Продукты сгорания поступают в рекуперативный теплообменник 16, где отдают оставшееся тепло свежему заряду воздуха.

Предварительный подогрев катализатора может быть осуществлен с помощью электронагревательного элемента, расположенного в полости 10 или непосредственно в катализаторе. Можно также установить на двигателе дополнительный каталитический подогреватель с электронагревом, используемый только для прогрева основного катализатора 15. В этом случае вместо камеры сгорания 11 можно использовать распылители топлива, расположенные непосредственно под слоем катализатора.

Наличие исевдокииящего слоя катализатора приводит к более полному окислению углеводородного топлива в зоне реакции при относительно низких температурах и более равномерному распределению температуры по длине трубок нагревателя, что увеличивает КПД двигателя.