HUP0402685A2 - Thermodynamic gas motor - Google Patents
Thermodynamic gas motor Download PDFInfo
- Publication number
- HUP0402685A2 HUP0402685A2 HU0402685A HUP0402685A HUP0402685A2 HU P0402685 A2 HUP0402685 A2 HU P0402685A2 HU 0402685 A HU0402685 A HU 0402685A HU P0402685 A HUP0402685 A HU P0402685A HU P0402685 A2 HUP0402685 A2 HU P0402685A2
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- gas
- thermodynamic
- engine according
- heater
- gas engine
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 35
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims 2
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 claims 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- FNYLWPVRPXGIIP-UHFFFAOYSA-N Triamterene Chemical compound NC1=NC2=NC(N)=NC(N)=C2N=C1C1=CC=CC=C1 FNYLWPVRPXGIIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
f»O4 Ο 2 G 3 5f»O4 Ο 2 G 3 5
KÖZZÉTÉTELI PÉLDÁNYPUBLICATION COPY
TERMODINAMIKUS GÁZMOTORTHERMODYNAMIC GAS ENGINE
Dr. Magai István, H-2051 BiatorbágyDr. István Magai, H-2051 Biatorbágy
Magai Hanna, H-2051 Biatorbágy Feltalálók azonosak a bejelentőkkel.Magai Hanna, H-2051 Biatorbágy Inventors are identical to the applicants.
A találmány tárgya termodinamikus gázmotor, amely egyesíti a belsőégésű motor, külső égésű motor, valamint a gázturbina számos előnyös tulajdonságát, és szakaszosan átáramlott rendszerként a töltőgáz izobár és adiabatikus jellegű állapotváltoztatásai útján állítja elő a hasznos munkát.The subject of the invention is a thermodynamic gas engine, which combines several advantageous features of an internal combustion engine, an external combustion engine and a gas turbine, and produces useful work as a discontinuously flowed system through isobaric and adiabatic state changes of the charge gas.
Mint ismeretes, a külső és a belső égésű motorok, valamint a gázturbinák széles körben elterjedt hőerőgépek. A hőerőgépek fejlődése során először a gőzgépek jelentek meg, melyek külső égésűek voltak. Ezt követték a már biztonságosabb Lenoir, atmoszferikus, Stirling motorok. Nagy fejlődést jelentett az Ottó motor, a Diesel motor, majd a gázturbinák megjelenése.As is known, external and internal combustion engines, as well as gas turbines, are widely used heat engines. During the development of heat engines, steam engines appeared first, which were external combustion engines. This was followed by the safer Lenoir, atmospheric, Stirling engines. The appearance of the Otto engine, the Diesel engine, and then gas turbines represented a great development.
Napjainkban reneszánszát éli a külső égésű motorok fejlesztése. A légi közlekedésben meghatározó a gázturbina alkalmazása, de darabszámát tekintve a belsőégésű motor a legelterjedtebb erőgép, ezért a továbbiakban főként a legelteijedtebb dugattyús kialakítású egy, vagy több hengeres löketdugattyús, illetve forgódugattyús belsőégésű motorokon keresztül ismertetjük a technika jelenlegi állását.Nowadays, the development of external combustion engines is experiencing a renaissance. The use of gas turbines is decisive in aviation, but in terms of number of units, the internal combustion engine is the most widespread power plant, therefore, in the following, we will mainly describe the current state of the art through the most common piston designs, single or multi-cylinder reciprocating piston or rotary piston internal combustion engines.
Ismeretes továbbá, hogy a belsőégésű motorok éghető keverék elégetésével • · i A · ·It is also known that internal combustion engines burn a combustible mixture • · i A · ·
1. Μ· felszabaduló hőenergiából állítják elő a hasznos munkát. A löketdugattyús motorok belső égésterében felszabaduló energiát a nyomás hatására elmozduló dugattyú alakítja hasznos munkává a forgattyús tengelyen.1. Useful work is produced from released thermal energy. The energy released in the internal combustion chamber of reciprocating piston engines is converted into useful work on the crankshaft by the piston moving under the influence of pressure.
Az alábbi szabadalmakat jelöljük meg, mint a technika jelenlegi állását mutató ismert megoldásokat.The following patents are marked as known solutions showing the current state of the art.
Magyar szabadalmak:Hungarian patents:
P0200028, P8701306, P8803673, P9005503, P9007686, P9100111, P9603127 USA szabadalmak:P0200028, P8701306, P8803673, P9005503, P9007686, P9100111, P9603127 US Patents:
US 6,739,307 B2; US 6,578,359 B2; US 6,782,866 B2; US 6,701,708 B2,US 6,739,307 B2; US 6,578,359 B2; US 6,782,866 B2; US 6,701,708 B2,
US 6,786,045 B2; US 5,177,968; US 6,698,200 Bl; US 6,779,334 B2;US 6,786,045 B2; US 5,177,968; US 6,698,200 Bl; US 6,779,334 B2;
US 6,606,849 Bl; US 6,776,136 BlUS 6,606,849 Bl; US 6,776,136 Bl
Szakirodalom:Literature:
PATTANTYÚS GÉPÉSZ-ÉS VILLAMOSMÉRNÖKÖK KÉZIKÖNYVE, Főszerkesztő: Teiplán Zénó Dr., Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1962. 4.kötet 198-375p. A fenti megoldások hátránya, hogy a löketdugattyús belsőégésű motorok esetén az égés csak rövid ideig lehetséges - (például 1-5%) a teljes munkaciklushoz viszonyítva, ezért a vegyi folyamat csak jelentős kompromisszumok árán valósítható meg, illetve a külső égésű (például Stirling motor) esetén a hőcserélők működtetése nehézkessé teszi a szerkezetet, a belsőégésű motorokhoz képest lassabb teljesítményfelíutást tesz lehetővé, és rontja a hatásfokot.HANDBOOK OF MECHANICAL AND ELECTRICAL ENGINEERS, Editor-in-Chief: Dr. Zénó Teiplán, Technical Publishing House, Budapest, 1962. Volume 4, 198-375p. The disadvantage of the above solutions is that in the case of reciprocating internal combustion engines, combustion is only possible for a short time - (for example, 1-5%) compared to the entire working cycle, therefore the chemical process can only be implemented at the cost of significant compromises, and in the case of external combustion (for example, Stirling engine), the operation of the heat exchangers makes the structure difficult, allows for a slower power increase compared to internal combustion engines, and worsens the efficiency.
További hátrány, hogy a belsőégésű motorok esetén a hengerben az indikált középnyomáshoz képest az égési csúcsnyomás 5-10 -szeres értéket is elérhet, és ezzel a szerkezet egyenetlen járását, és a szilárdsági túlméretezési igényét okozza. Hátrányos még, hogy a rövid idejű égés során létrejövő égéstermék / kipufogó gáz lényegesen több környezetet károsító anyagot tartalmaz (kopogást, öngyulladást, krakkolódást gátló adalékok maradványai, valamint CH, CO stb... vegyületek), mint az ugyanolyan hőenergia nyerésére alkalmas, folyamatos, illetve hosszabb szakaszokból álló, kedvező feltételekkel lezajló égés során elégetett üzemanyag füstgáza tartalmazna.Another disadvantage is that in the case of internal combustion engines, the peak combustion pressure in the cylinder can reach 5-10 times the indicated mean pressure, which causes the structure to run unevenly and requires oversizing in terms of strength. Another disadvantage is that the combustion product/exhaust gas produced during short-term combustion contains significantly more environmentally harmful substances (residues of additives that prevent knocking, autoignition, cracking, as well as CH, CO, etc. compounds) than the exhaust gas of fuel burned during continuous or longer-stage combustion under favorable conditions, capable of obtaining the same thermal energy.
További hátrányként jelentkezik a gázturbinák esetén, hogy az üzemi fordulatszámuk és nyomatékük elerése lassú (tipikusan nehány s-tól 1800 s -ig változhat), és az üzemi fordulatszámuk is szűk tartományban változtatható, valamint a szerkezeti megoldásaikAnother disadvantage of gas turbines is that their operating speed and torque are slow to develop (typically from a few s to 1800 s), and their operating speed can also be varied in a narrow range, and their structural solutions
H következtében jelentősen rövidebb élettartamra lehet csak tervezni, mint a löketdugattyús belsőégésű, illetve külső égésű motorokat.As a result, they can only be designed for a significantly shorter lifespan than reciprocating internal combustion or external combustion engines.
Ezen megoldások hátrányos tulajdonságainak kiküszöbölését és előnyös tulajdonságok kialakítását tűztük ki célul találmányunk elé.Our invention aimed to eliminate the disadvantageous properties of these solutions and to develop advantageous properties.
A találmány szerinti megoldás tehát termikus gázmotor hevítővei, motorral, kompresszorral, amely termikus gázmotorban szakaszosan átáramlott rendszer gáznemű közegének izobár és adiabatikus jellegű állapotváltoztatásai útján állítja elő a hasznos munkát.The solution according to the invention is therefore a thermal gas engine with a heater, motor, and compressor, which produces useful work through isobaric and adiabatic state changes of the gaseous medium of a system that flows intermittently through the thermal gas engine.
A találmány lényege, hogy' a gázturbináknál használt Brayton körfolyamathoz hasonló körfolyamatot hozunk létre szakaszosan átáramlott, vagyis térfbgat-kiszorításos termodinamikus gázmotorral. (A Brayton körfolyamat adiabatikus, izobár, adiabatikus és izobár szakaszokból tevődik össze, és folyamatosan átáramlott rendszert alkot.) Ezzel egyesítjük a motorok és a gázturbinák számos előnyét.The essence of the invention is to create a cycle similar to the Brayton cycle used in gas turbines with a discontinuously flowed, i.e., volumetric displacement thermodynamic gas engine. (The Brayton cycle consists of adiabatic, isobaric, adiabatic, and isobaric stages, and forms a continuously flowed system.) In this way, we combine many of the advantages of engines and gas turbines.
Ezek az előnyök a következők:These benefits are as follows:
Rugalmasan változtatható a munkavégzés során az izobár és az adiabatikus szakaszok aránya. Elmarad a belsőégésű motoroknál meglévő égési csúcshő és csúcsnyomás, ezért a mechanikai szerkezetek igénybevétele jelentősen csökken az azonos teljesítményű és geometriájú belsőégésű motorokhoz képest. A munkatérben az egyenletesebb nyomáseloszlás miatt a forgattyús tengely szöghelyzetétől függő nyomatékváltozás kisebb. Az égéskamra alakja független a munkatértől, ezért a tökéletes égés jobban megközelíthető· Az égés időpontja és jellemzői függetlenül szabályozhatók a munkadugattyútól. Nincs szükség a tüzelőanyagba kopogásgátló, gyulladást segítő, és egyéb adalékot adni, mert az égés egyenletesebb, és hosszabb lehet, mint a munkatérben elégetett esetben. Bármely éghető anyag égéshője felhasználható a hevítőben történő hőközlésre célszerűen kialakított hőcserélő alkalmazásával. Napenergia, geotermikus energia, és más sugárzó energiaforrás és azok kombinációja is felhasználható a hevítőben való kőközlésre. Gáz, porlasztóit folyékony, illetve fluid állapotú szemcsés tüzelőanyag elégetésekor a gyújtás egyszerűbb, és biztonságosabb, mint a belsőégésű motoroknál.The ratio of isobaric and adiabatic sections can be flexibly changed during operation. The peak combustion heat and peak pressure of internal combustion engines are absent, therefore the strain on mechanical structures is significantly reduced compared to internal combustion engines of the same power and geometry. Due to the more uniform pressure distribution in the working space, the torque change depending on the angular position of the crankshaft is smaller. The shape of the combustion chamber is independent of the working space, therefore perfect combustion can be more closely approached. The time and characteristics of combustion can be controlled independently of the working piston. There is no need to add anti-knock, ignition aid and other additives to the fuel, because the combustion is more uniform and can last longer than in the case of combustion in the working space. The combustion heat of any combustible material can be used for heat transfer in the heater by using a suitably designed heat exchanger. Solar energy, geothermal energy, and other radiant energy sources and their combinations can also be used for heat transfer in the heater. When burning gas, liquid or fluid particulate fuel, ignition is simpler and safer than in internal combustion engines.
A hevítés (célszerűen égés), a munkaütem és a kompresszió fizikailag is elkülöníthető szerkezetben történik, így a belsőégésű motoroknál szükséges multifúnkciós kompromisszumok elmaradnak. Célszerűen kialakított szelepeléssel az is megvalósítható, hogy az egyes hengerek felváltva motor, illetve kompresszor funkciót lássanak el. Előny még, hogy a termodinamikus gázmotor — szemben a belsőégésű motorokkal, de főként a gázturbinákkal - kis fordulaton (a névleges fordulatszám 100-ad részén) is képes a maximális nyomatékot leadni a célszerűen kialakított hevítő következtében. További előny, hogy a termodinamikus gázmotor kialakítható gázgenerátor feladatra is.Heating (ideally combustion), the working stroke and compression take place in a physically separable structure, so the multi-function compromises required in internal combustion engines are not required. With appropriately designed valve arrangements, it is also possible for individual cylinders to alternately perform the function of engine and compressor. Another advantage is that the thermodynamic gas engine - in contrast to internal combustion engines, but especially gas turbines - is able to deliver maximum torque at low speeds (100th of the nominal speed) due to the appropriately designed heater. Another advantage is that the thermodynamic gas engine can also be designed for gas generator tasks.
Előnyt képez az is, hogy a hatásfok növelése érdekében a motort követően több lépcsőben (célszerűen nyomáslépcsőben) is sorba kapcsolhatók célszerűen kialakított további gázmotorok.Another advantage is that, in order to increase efficiency, additional, appropriately designed gas engines can be connected in series in several stages (preferably in a pressure stage) after the engine.
Előny az is, hogy a visszacsatolt rendszerként működtetett termodinamikus gázmotor energia szivattyu/akkumulatorként is működtethető oly módon, hogy a célszerűen kialakított hevítőben lévő gáztöltés nyomásának célszerű növelésével tárolunk energiát, illetve a nyomásfokozás eredményeként létrehozott gáztöltetet tároljuk egy tároló tartályban későbbi felhasználásra. Ezzel a kialakítással például napenergiával is lehet nagynyomású munkavégzésre alkalmas közeget létrehozni, miközben a hevítő hőenergiát átkonvertáltuk nyomási (mechanikai) energiává.Another advantage is that the thermodynamic gas engine operated as a feedback system can also be operated as an energy pump/accumulator in such a way that energy is stored by appropriately increasing the pressure of the gas charge in a suitably designed heater, or the gas charge created as a result of the pressure increase is stored in a storage tank for later use. With this design, for example, it is possible to create a medium suitable for high-pressure work with solar energy, while converting the heating thermal energy into pressure (mechanical) energy.
A találmányt részletesebben a csatolt rajzok alapján ismertetjük meg, amelyen a találmány szerinti berendezés példaként! kiviteli alakját tüntettük fel.The invention is described in more detail with reference to the attached drawings, which show an exemplary embodiment of the device according to the invention.
1. ábra Termodinamikus gázmotor blokkvázlata, nyitott gáztérrelFigure 1. Block diagram of a thermodynamic gas engine with an open gas space
2. ábra Termodinamikus gázmotor blokkvázlata, zárt (visszacsatolt) gáztérrelFigure 2. Block diagram of a thermodynamic gas engine with a closed (recirculated) gas space
3. ábra Hevítő blokkvázlataFigure 3. Heater block diagram
4. ábra Termodinamikus gázmotor helyettesítő pV diagramjaFigure 4. Equivalent pV diagram of a thermodynamic gas engine
A rajzon a hasonló részleteket az egyszerűség kedvéért azonos hivatkozási számokkal jelöltük.In the drawing, similar parts are designated by the same reference numerals for simplicity.
A találmány szerinti megoldás működését az 1-4. ábrákon mutatjuk be, ahol az 1. ábrán látható célszerűen kialakított 1 hevítőben lévő 15 töltőgázt felmelegítjük a 13 külső hőközléssel, ezzel növeljük a munkavégző képességét (p*V szorzat növelése hőközléssel, ahol p a nyomás, V a gáztérfogat), majd a megnövelt munkavégző képességű 15 töltőgázt a 3 motorba vezetjük a 2 nagynyomású csatlakozáson keresztül (lásd a 24-23 sz. diagrampontok közti szakaszt a 4. ábrán), ahol a 23-19 sz. diagrampontok közötti izobár és a 19-18 sz. diagrampontok közötti adiabatikus állapotváltozások során a 15 töltőgáz expandál, és munkát végez a 3 motorban, mely összeköttetésben van a 4 hajtással. Az expandált 15 töltőgázt kivezetjük a környezetbe a 7 kipufogón át a 18-16 sz. diagrampontok közötti állapotváltozásnak megfelelően, illetve a 2. ábrán látható módon, célszerűen kialakított 11 hőcserélőn keresztül lehűtve az 5 kompresszorba vezetjük. A hőcserélőn keresztül a 15 töltőgázból elvont 12 leadott hőt a környezetbe vezetjük. A 3 motor által hajtott 5 kompresszor a környezetből a 9 szívó berendezésen at szívott, illetve célszerűen a 3 motorból all hőcserélőn át vezetett 15 töltőgázt az 1 hevítőbe nyomja a 6 visszatáplálá-son keresztül, ezzel tölti, illetve újratölti az 1 hevítő tartalmát. A körfolyamat szakaszosan átáramlott rendszerben megy végbe (szemben a gázturbinákkal, ahol folyamatosan átáramlott rendszert találhatunk). A 3 motor, valamint az 5 kompresszor közötti hajtást célszerűen a 4 hajtás biztosítja. A 3. ábrán az 1 hevítőben a 13 külső hőközlésre célszerűen 14 égető berendezést alkalmazunk, amely biztosítja a megfelelő égési folyamatot.The operation of the solution according to the invention is shown in Figures 1-4, where the filling gas 15 in the suitably designed heater 1 shown in Figure 1 is heated by the external heat transfer 13, thereby increasing its working capacity (increasing the product p*V by heat transfer, where p is the pressure, V is the gas volume), then the filling gas 15 with increased working capacity is introduced into the engine 3 through the high-pressure connection 2 (see the section between the diagram points 24-23 in Figure 4), where during the isobar between the diagram points 23-19 and the adiabatic state changes between the diagram points 19-18, the filling gas 15 expands and performs work in the engine 3, which is connected to the drive 4. The expanded 15 charge gas is discharged into the environment through the exhaust 7 in accordance with the change of state between the diagram points 18-16, or as shown in Figure 2, cooled through a suitably designed heat exchanger 11 and fed into the compressor 5. The heat 12 extracted from the charge gas 15 is fed into the environment through the heat exchanger. The compressor 5 driven by the engine 3 pushes the charge gas 15 sucked in from the environment via the suction device 9, or suitably fed from the engine 3 via the heat exchanger, into the heater 1 via the recirculation 6, thereby filling or refilling the contents of the heater 1. The cycle takes place in a discontinuously flow-through system (in contrast to gas turbines, where a continuous flow-through system can be found). The drive between the engine 3 and the compressor 5 is suitably provided by the drive 4. In Figure 3, a combustion device 14 is preferably used for external heat transfer 13 in the heater 1, which ensures the proper combustion process.
A 4. ábrán bemutatott pV diagramon ábrázoltuk a hivatkozott otto körfolyamatot amely a 16, 21, 22,17,16, 24 és 16 sz. diagrampontok összekötéséből áll össze.The pV diagram shown in Figure 4 depicts the referenced Otto cycle, which consists of connecting diagram points 16, 21, 22,17,16, 24 and 16.
Példaként mutatjuk a termodinamikus gázmotor egy adott terhelési szinthez tartozó körfolyamatát ahol a 24-23 sz. diagrampontok közötti szakasz a 15 töltőgáznak a 3 motor munkaterébe történő bejuttatásának kezdetét, a 23-20-19 sz. diagrampontok a 15 töltőgáznak a munkatérbe történő beáramlása melletti izobár szakaszát, a 19-18 sz. diagrampontok közötti adiabatikus állapotváltozás a 3 motor munkaterébe juttatott 15 töltőgáz expanzióját, a 18-16 sz. diagrampontok közötti állapotváltozás a 7 kipufogón keresztül történő üntés kezdetét mutatja. A 16-25-24 sz. Diagrampontok közötti szakasz az expandált 15 töltőgáznak a 7 kipufogón át történő kitolását mutatja.As an example, we show the cycle of a thermodynamic gas engine for a given load level, where the section between diagram points 24-23 represents the beginning of the introduction of the 15 charge gas into the working space of the engine 3, the section between diagram points 23-20-19 represents the isobaric section next to the inflow of the 15 charge gas into the working space, the adiabatic state change between diagram points 19-18 represents the expansion of the 15 charge gas introduced into the working space of the engine 3, the state change between diagram points 18-16 represents the beginning of the blow-off through the exhaust 7. The section between diagram points 16-25-24 represents the expulsion of the expanded 15 charge gas through the exhaust 7.
A gázturbinák munkaciklusának szemléltetésére példaként megadjuk a Brayton körfolyamat diagramját, amelyet a 4. ábra 25, 23, 19, 16, valamint a 25 sz. diagrampontjainak összekötésével nyerünk.To illustrate the working cycle of gas turbines, we give the Brayton cycle diagram as an example, which is obtained by connecting the diagram points 25, 23, 19, 16 and 25 in Figure 4.
Az 5 kompresszor egy példaként! körfolyamatát a 4. ábra 24, 16, 20, 23, 25, 16, valamint a 24 sz. diagrampontjainak összekötésével nyerjük.An exemplary cycle of compressor 5 is obtained by connecting diagram points 24, 16, 20, 23, 25, 16, and 24 in Figure 4.
További célszerű kialakításokat mutatunk az alábbi ábrákon:Further practical designs are shown in the figures below:
5. ábra Termodinamikus gázmotor motorjának célszerű kialakítása 1.Figure 5. Practical design of a thermodynamic gas engine 1.
6. ábra Termodinamikus gázmotor motorjának célszerű kialakítása 2.Figure 6. Practical design of a thermodynamic gas engine 2.
7. ábra Termodinamikus gázmotor motorjának célszerű kialakítása 3.Figure 7. Practical design of a thermodynamic gas engine 3.
8. ábra Termodinamikus gázmotor motorjának célszerű kialakítása 4.Figure 8. Practical design of a thermodynamic gas engine 4.
9. abra Termodinamikus gázmotor moteljának célszerű axonometrikus rajza Célszerűen kialakított kompresszorral és motorral elérhető, hogy a hajtó tengelyről levehető nyomaték időbeni változása kevésbé függ a szögelfordulástól, mint a belsőégés dugattyús motoroknál szokásos. A belsőégésű motoroknál szokásos henger-dugattyú-hajtókarfőtengely erőátvitel kialakítás helyett a gázmotor termodinamikus körfolyamata lehetővé teszi görgős-excenteres erőátvitel kialakítását. Ebben az esetben elmarad az alternáló dugattyú és tartozékai, és az expandáló gáz energiáját mozgási energiává alakító mechanizmus csupán a munkatér hengeres belső falán célszerűen köipályán mozogva legördülő görgőből, valamint excenterrel rendelkező főtengelyből áll.Fig. 9. A practical axonometric drawing of a thermodynamic gas engine motel With a suitably designed compressor and engine, it is possible to achieve that the change in torque from the drive shaft over time depends less on the angular rotation than is usual in internal combustion piston engines. Instead of the cylinder-piston-crankshaft power transmission usual in internal combustion engines, the thermodynamic cycle of the gas engine allows for the design of a roller-eccentric power transmission. In this case, the alternating piston and its accessories are omitted, and the mechanism that converts the energy of the expanding gas into kinetic energy consists only of a roller that rolls down the cylindrical inner wall of the working space, preferably on a circular path, and a crankshaft with an eccentric.
Az 5-9. ábrákon a termodinamikus gázmotor 3 motor, illetve 5 kompresszor részegységeinek egy-egy célszerű kialakítását mutatjuk. Először a 3 motort ismertetjük. A 8. ábrán a görgős expandáló elemmel ellátott 21 excenteres főtengely alaphelyzetben van, amikor a 33 rugó ellenében teljesen lenyomja a 26 elválasztó elemet. Ekkor a 35 expandáló tér és a 36 kipufogó tér elválasztása megszűnik, és az eddig a pontig expandáló 15 töltőgáz kipufogása, és a motorból való kitolása megkezdődik a 28 kiömlő résen át. Ettől a főtengely szöghelyzettől kezdődhet meg a 15 töltőgáznak a 35 expandáló térbe való beáramlása a 30 beömlő résen keresztül. A 21 excenteres főtengely az óramutató járásával egyezően elforgatva 90 fokkal a főtengelyen kialakított excenteren elforgathatóan rögzített 22 görgőt legördíti a 24 hengeres ház belső felületén. A 24 hengeres ház, a 26 elválasztó elem valamint a 22 görgő által bezárt térbe a 30 beömlő nyíláson a 35 expandáló térbe beáramlott 15 töltőgáz nyomása elnyomja maga előtt a 22 görgőt a 23 tömítő gyűrűvel együtt. A 22 görgőre ható nyomóerő a 21 excenteres főtengely excenter karján nyomatéket fejt ki a főtengelyre, amelyen így hasznos munka végzésére alkalmas mechanikai energiát nyerünk. A 22 görgő, valamint a 24 ház közötti palást tömítését a 22 görgőn lazán elforgathatóan elhelyezett 23 tömítő gyűrű oly módon végzi, hogy a 35 expandáló terben uralkodó nyomás a görgőre nyomja a laza 23 tömítő gyűrűt, amely befeszül a 22 görgő, valamint a 24 ház belső fala közé. A hőterhelés okozta dilatáció és a célszerű befeszítés biztosítása érdekében méretezzük a 25 dilatációs rés nagyságát. A 24 házban elforgathatóan csapágyazott 21 excenteres főtengely forgásközéppontját a 31 excenteres főtengely forgáspont mutatja, míg a 32 excenter középpontja a 31 excenteres főtengely forgáspontja körül körpályán mozog. A 26 elválasztó elem a 24 házban elmozgathatóan van elhelyezve olyan módon, hogy a 27 tömítések között gáztömören mozogva a 33 rugó nekinyomja a 23 tömítő gyűrűnek. Ezzel valósítjuk meg a 35 expandáló tér, valamint a 36 kipufogó tér elválasztását.In Figures 5-9, we show a practical design of the components of the thermodynamic gas engine 3, and the compressor 5. First, the engine 3 is described. In Figure 8, the eccentric crankshaft 21 equipped with the roller expanding element is in the basic position when it completely presses the separating element 26 against the spring 33. At this time, the separation of the expanding space 35 and the exhaust space 36 ceases, and the exhaust of the charge gas 15 that has expanded up to this point and its expulsion from the engine begins through the outlet gap 28. From this angular position of the crankshaft, the inflow of the charge gas 15 into the expanding space 35 through the inlet gap 30 can begin. The eccentric crankshaft 21, when rotated 90 degrees clockwise, rolls the roller 22 rotatably fixed on the eccentric formed on the crankshaft down the inner surface of the cylinder housing 24. The pressure of the filling gas 15 flowing into the expanding space 35 through the inlet opening 30 into the space enclosed by the cylinder housing 24, the separating element 26 and the roller 22 presses the roller 22 in front of it together with the sealing ring 23. The compressive force acting on the roller 22 exerts a pressure on the eccentric arm of the eccentric crankshaft 21 on the crankshaft, on which mechanical energy suitable for performing useful work is thus obtained. The sealing of the shell between the roller 22 and the housing 24 is carried out by the sealing ring 23, which is loosely rotatably placed on the roller 22, in such a way that the pressure prevailing in the expanding space 35 presses the loose sealing ring 23 onto the roller, which is tightened between the roller 22 and the inner wall of the housing 24. In order to ensure the dilatation caused by the thermal load and the appropriate tightening, the size of the dilatation gap 25 is dimensioned. The center of rotation of the eccentric main shaft 21, which is rotatably mounted in the housing 24, is shown by the eccentric main shaft rotation point 31, while the center of the eccentric 32 moves in a circular path around the center of rotation of the eccentric main shaft 31. The separating element 26 is movably arranged in the housing 24 in such a way that, moving gas-tightly between the seals 27, the spring 33 presses it against the sealing ring 23. This achieves the separation of the expanding space 35 and the exhaust space 36.
Az expanzió, es ezzel együtt a mechanikai munka előállítása a 22 görgőnek a 8. ábrán latható alapállapotának kivételével a teljes kör megtétele során biztosított a 35 expandáló térben. A 26 elválasztó elem forgathatóságát a 29 tömítő elem forgástengelye biztosítja. Az 5. ábrán a 90 fokkal elforgatott 21 excenteres főtengely látható.The expansion, and thus the production of mechanical work, is ensured by the complete rotation of the roller 22 in the expanding space 35, except for the basic state shown in Figure 8. The rotation of the separating element 26 is ensured by the axis of rotation of the sealing element 29. Figure 5 shows the eccentric main shaft 21 rotated by 90 degrees.
A 6. ábrán a 180 fokkal elforgatott 21 excenteres főtengely látható.Figure 6 shows the 21 eccentric crankshaft rotated 180 degrees.
A 7. ábrán a 270 fokkal elforgatott 21 excenteres főtengely látható.Figure 7 shows the 21 eccentric crankshaft rotated 270 degrees.
Az expanzió és a kipufogás párhuzamosan, egy időben történik. A forgó, illetve legördülő tömegek dinamikus kiegyensúlyozása a 21 excenteres főtengely célszerű kialakításával teljes egészében megvalósítható. A 15 töltőgáznak a motorba való beáramlását a 39 beáramlás iránya, míg a kiáramlást a 40 kiáramlás iránya nyíl mutatja. A 21 excenteres főtengely forgásirányát a 37 főtengely forgásirány nyíl, valamint a görgő forgásirányát a 38 görgő forgásirány nyíl mutatja. A 15 töltőgáznak a 3 motorba történő beáramlását a célszerűen kialakított 2 nagynyomású csatlakozó lezárásával, illetve kinyitásával tudjuk szabályozni. Ezen a módon az 1 hevítőben szabályozni tudjuk a 15 töltőgáz nyomását és mennyiseget. Az 1 hevítőben tárolt 15 töltőgáz energiatartalmának szabályozásával a motor termikus körfolyamatának hatásfokát és üzemi körülményeit tudjuk célszerűen megválasztani. A pillanatnyi teljesítmény igénynek megfelelő mechanikai munka előállítását a 2 nagynyomású csatlakozás kinyitásával, illetve lezárásával tudjuk szabályozni.Expansion and exhaust occur in parallel, at the same time. The dynamic balancing of the rotating and rolling masses can be fully realized by the expedient design of the eccentric crankshaft 21. The inflow of the charge gas 15 into the engine is shown by the inflow direction arrow 39, while the outflow is shown by the outflow direction arrow 40. The direction of rotation of the eccentric crankshaft 21 is shown by the crankshaft rotation direction arrow 37, and the direction of rotation of the roller is shown by the roller rotation direction arrow 38. The inflow of the charge gas 15 into the engine 3 can be controlled by closing or opening the expediently designed high-pressure connector 2. In this way, the pressure and quantity of the charge gas 15 in the heater 1 can be controlled. By controlling the energy content of the charge gas 15 stored in the heater 1, the efficiency and operating conditions of the engine's thermal cycle can be appropriately selected. The production of mechanical work corresponding to the current power demand can be controlled by opening or closing the high-pressure connection 2.
A 3 motor részegység esetében ismertetett berendezés alkalmas a kompresszor feladat ellátására is, amennyiben fordított irányban forgatjuk. A továbbiakban a célszerűen kialakított kompresszor egy lehetséges megoldását ismertetjük az 5-8. ábrák alapján. A kompresszor megvalósításakor a 37 főtengely forgásirány és a 38 göxgő forgásirány a nyíllal ellentétes irányban értelmezendő. A 28 kiömlő résen szív a kompresszor külső levegőt, illetve 15 töltőgázt a 36 kipufogó térbe, amely ebben az esetben szívótér feladatot lát el. A 30 beömlő résen át távozik a kompresszorból az összesűrített 15 töltőgáz. A 39 beáramlás h ánya, illetve a 40 kiáramlás nyíl h ánya is fordítva értelmezendő. A fordítva forgó berendezés esetén a 15 töltőgáz áramlása is megfordul, és a megvalósított termodinamikus körfolyamat körbejárási iránya is ellentétes a motorkénti alkalmazás esetében megvalósította!.The device described in the case of the engine component 3 is also suitable for performing the compressor task, if it is rotated in the opposite direction. A possible solution of the suitably designed compressor is described below based on Figures 5-8. When implementing the compressor, the direction of rotation of the crankshaft 37 and the direction of rotation of the impeller 38 are to be interpreted in the opposite direction to the arrow. The compressor sucks in external air and 15 charge gas into the exhaust space 36 through the outlet gap 28, which in this case serves as a suction space. The compressed charge gas 15 leaves the compressor through the inlet gap 30. The inflow number 39 and the outflow number 40 are also to be interpreted in the opposite direction. In the case of a reversely rotating device, the flow of the charge gas 15 is also reversed, and the direction of the realized thermodynamic cycle is also opposite to that realized in the case of the application as an engine!.
A fent ismertetett 3 motort és az 5 kompresszort célszerűen párban alkalmazzuk. Az egyenletes járás, és a jó indíthatóság érdekében a 3 motor, valamint az 5 kompresszor célszerűen több fokozatot is tartalmazhat.The above-described 3 motors and 5 compressors are preferably used in pairs. In order to ensure smooth running and good startability, the 3 motors and 5 compressors may preferably include multiple stages.
A termodinamikus gázmotor 3 motorja és 5 kompresszora külön - külön, önálló gépként, kompresszorként, illetve szivattyúként is alkalmazható gáz, illetve folyadék szállítására. A 9. ábrán egy célszerűen kialakított görgős 3 motor axonometrikus vázlata látható. Az 5-8. ábráktól eltérően a 26 elválasztó elem alakja itt más, de a funkciója azonos. A 21 excenteres főtengely alakja, illetve az alkalmazott tömítések kialakítása célszerűen a közeg és a nyomásviszonyok függvénye.The engine 3 and the compressor 5 of the thermodynamic gas engine can be used separately as independent machines, compressors or pumps for transporting gas or liquids. Figure 9 shows an axonometric diagram of a suitably designed roller engine 3. Unlike Figures 5-8, the shape of the separating element 26 is different here, but its function is the same. The shape of the eccentric crankshaft 21 and the design of the seals used are suitably a function of the medium and the pressure conditions.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU0402685A HUP0402685A2 (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Thermodynamic gas motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU0402685A HUP0402685A2 (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Thermodynamic gas motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HU0402685D0 HU0402685D0 (en) | 2005-03-29 |
| HUP0402685A2 true HUP0402685A2 (en) | 2006-07-28 |
Family
ID=89985723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU0402685A HUP0402685A2 (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Thermodynamic gas motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| HU (1) | HUP0402685A2 (en) |
-
2004
- 2004-12-30 HU HU0402685A patent/HUP0402685A2/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HU0402685D0 (en) | 2005-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6216462B1 (en) | High efficiency, air bottoming engine | |
| EP0774062B1 (en) | A heat engine and heat pump | |
| CN100339565C (en) | Scroll-type expander having heating structure and scroll-type heat exchange system employing the expander | |
| US8479516B2 (en) | Closed loop scroll expander | |
| JP6916816B2 (en) | Combustion chamber device and system including combustion chamber device | |
| JP2014522938A (en) | Quasi-isothermal compression engine with separate combustor and expander and corresponding system and method | |
| CN102782275A (en) | heat engine | |
| EP2510193B1 (en) | Rotary engine | |
| CN103912324A (en) | Rotor high-low pressure power device and work doing method of rotor high-low pressure power device | |
| CN203892009U (en) | Rotor negative-pressure power equipment | |
| US4693087A (en) | Method of generating power from a vapor | |
| EP2176518A2 (en) | An apparatus for generating rotary power, an engine and a method of generating rotary power | |
| EP1147292B1 (en) | Lever-mechanism motor or pump | |
| HUP0402685A2 (en) | Thermodynamic gas motor | |
| RU2362881C2 (en) | Multicylinder cubical expansion turbine | |
| US20120160209A1 (en) | Turbine having cooperating and counter-rotating rotors in a same plane | |
| WO2000023691A2 (en) | Revolving piston rotary toroidal cylinder internal combustion, water, steam, fluid and quantum engine also pump, metering device and assist units all sizes | |
| CN203892047U (en) | Thermal-energy rotor power device | |
| JPS62501720A (en) | heat-generating engine | |
| KR900002876B1 (en) | Rotary engine | |
| Škorpík | 6. Heat cycles and their realizations | |
| Mitianiec | Proposal of a piston engine with close thermal cycle of working medium | |
| Agarwal | Study on Thermal Storage from Exhaust of a Diesel Engine | |
| JP2011185135A (en) | Energy conversion apparatus | |
| CZ2012202A3 (en) | Operation method of steam engine plant and steam engine plant for making the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FD9A | Lapse of provisional protection due to non-payment of fees |