| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Ринок технологій / Актуальні винаходи і моделі / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2122125
СПОСІБ І ПРИСТРІЙ ОДЕРЖАННЯ ЕНЕРГІЇ В ДВС З виділенням ХОЛОДУ
Ім'я заявника: Понуровский Олексій Олексійович
Ім'я винахідника: Понуровский Олексій Олексійович
Ім'я патентовласника: Понуровский Олексій Олексійович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1994.02.24
Винахід відноситься до поршневих і газотурбінних двигунів. Спосіб отримання енергії взаємодії вуглецю, водню і кисню при надмірному тиску здійснюється шляхом поєднання рідкого вуглеводневого палива або води зі скрапленим газом у камері взаємодії поршневого або газотурбінного двигуна. Поєднання здійснюють імпульсним дозуванням, причому паливо перед суміщенням підігрівають або використовують перегріту воду, а в якості зрідженого газу використовують повітря або інший скраплений газ. Запропоновано двигун, який реалізує даний спосіб. Технічний результат полягає в підвищенні ефективності роботи двигуна.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до галузі енергетики, зокрема до пристроїв для отримання енергії в процесі роботи поршневих і газотурбінних двигунів.
Відомий спосіб отримання енергії взаємодією вуглецю, водню і кисню при надмірному тиску шляхом поєднання рідкого вуглеводневого палива або води зі скрапленим газом у камері взаємодії поршневого або газотурбінного двигуна (). см. заявку Франції N 2313553, кл. F 01 K 27/00, 1977
З вищевказаного джерела інформації відомий двигун поршневого або газотурбінного принципу роботи, що містить камеру взаємодії двигуна, в якій відбувається поєднання рідкого вуглеводневого палива або води зі скрапленим газом.
Відомо, що хімічні реакції як з виділенням теплоти, так і з виділенням холоду (трактуються з поглинанням теплоти) супроводжуються енергетичним процесом.
Енергетичний процес окислення палив горінням супроводжується виділенням теплоти. Причиною ж утворення енергетичного процесу, горінням палив, є формування палива і кисню повітря різнотемпературних стану при температурі палива вища за температуру кисню повітря. З огляду на, що виділення енергії вибухом є енергетичний процес горіння в більш короткий відрізок часу, то потужність енергетичного процесу пропорційна його швидкості.
Швидкість енергетичного процесу взаємодіючих палив з киснем повітря залежить від різниці температур і величини надлишкового тиску системи, в якій утворюється енергетичний процес.
Відомо, що енергія при спалюванні палив в топках виділяється менше, ніж від використання такої ж кількості палива в поршневих двигунах.
Причиною малого коефіцієнта корисної дії (ККД) у випадках спалювання палив є низька швидкість енергетичного процесу горіння в умовах системи з тиском, близьким до атмосферного.
Іншою причиною низького ККД енергетичного процесу горіння палив є обмеження величини різниці температур між нагрітим паливом і більш холодним киснем повітря.
Ці два фактори - надлишковий тиск системи і різниця температури між нагрітим паливом і більш холодним киснем повітря і визначають швидкість енергетичного процесу, що протікає взаємодією вуглецю, водню і кисню в енергоустановках.
Наприклад, при окисленні твердих палив горінням в зону високотемпературного палива надходить з повітрям більш холодний кисень, який, піддаючись тепловому випромінюванню розпеченого палива, нагрівається їм ще до утворення енергетичного процесу, і різниця їх температури знижується.
Причому, чим вище температура розпеченого палива, тим швидше зрівнюється їх температура, і отримати різницю температури вище тієї, якої визначається потужність енергетичного процесу / відомого тепловим еквівалентом палива /, практично неможливо. Бо, знизивши температуру кисню, при малому тиску в системі неможливо збільшити швидкість енергетичного процесу, тому що нагріте паливо охолоджується, що і призводить до зниження різниці температури між паливом і киснем повітря.
Причиною зародження енергетичного процесу взаємодіючих палива і кисню повітря в двигунах внутрішнього згоряння є різниця їх температур. При стисненні паливної суміші виділяється теплота, якої нагріваються паливо і кисень повітря. Паливо нагрівається швидше, а кисень повітря повільніше, чим і досягається різниця їх температур. Але як би повільніше не нагрівається повітря, він все одно нагріється, отже, отримати високу різницю їх температур неможливо. Для цього необхідно збільшувати стиск паливної суміші, але з її збільшенням збільшується швидкість енергетичного процесу, що при виникненні більшої величини різниці температур між паливом і киснем повітря призводить до мимовільного енергетичного процесу, відомому явищем детонації палива.
Ось і "ловлять" момент іскрового запалення паливної суміші при надмірному її тиску в камері взаємодії двигуна, щоб отримувати стійкий, керований енергетичний процес.
Та ж закономірність енергетичного процесу і в дизельних двигунах, т. Е. Паливо нагрівається вище температури кисню стисненого повітря, що за законами термодинаміки неприпустимо, бо вважається, що не можна нагріти холодну паливо розпорошену в стислий склад нагрітого повітря вище його температури. Але це справедливо лише при атмосферному тиску, де енергетичні процеси мають найнижчими швидкостями.
В системі з надлишковим тиском все відбувається інакше.
При розпилюванні палива в стислий склад високотемпературного повітря паливо нагрівається вище температури нагрітого повітря тому, що внутрішня енергія палива має родинний зв'язок з теплотою, а кисню повітря - з холодом. У момент розпилювання рідкого палива в стислий склад нагрітого повітря між ними відбувається обмін теплотою і холодом, які переходять у відповідність станів їх внутрішніх енергій, холоду - у внутрішню енергію будови кисню, а теплоти - у внутрішню енергію речовини палива.
Обмін теплотою і холодом між киснем повітря і паливом протікає миттєво, що можна порівняти зі швидкістю світла.
Якби не було цього явища, рідина вуглеводнів при її розпилюванні в систему з надлишковим тиском миттєво сконденсувалася б. Цього не відбувається тому, що пилові фракції вуглеводнів миттєво поглинають теплоту системи, стаючи начебто отримані їх нагріванням, а кисень повітря при цьому охолоджується.
Таким шляхом в дизельному двигуні досягається різниця температур між нагрітим паливом вище температури раніше нагрітого кисню повітря, що і є причиною утворення між ними енергетичного процесу. Однак, і в дизельному двигуні неможливо отримати різницю температур палива і кисню повітря вища за ту, яка формується, бо і в дизельному двигуні має місце зрівняння температур різнотемпературних мас речовини явищем теплообміну.
Хоча швидкість переходу теплоти і холоду у внутрішній стан енергії палива і кисню повітря і миттєва, розпилювання ж палива в стислий склад нагрітого повітря не миттєво. За цей період і відбувається зрівнювання температур шляхом теплообміну, причому зі швидкістю, пропорційною різниці температури між паливом і киснем повітря.
Ось чому при подальшому збільшенні стиснення повітря в двигуні утворюється межа збільшення його потужності. Температура повітря зі збільшенням його стиснення збільшується і при одній і тій же температурі розпилюючим палива збільшується різниця їх температур.
Отже, збільшується і швидкість зрівняння їх температур теплообміном, досягаючи швидкості переходу теплоти і холоду в стан внутрішніх енергій палива і кисню повітря. Подальше збільшення ступеня стиснення дизельного двигуна не має сенсу.
Отже, існуючі способи отримання енергії з виділенням теплоти не дозволяє досягати ефекту безперервного зростання різниці температури між нагрітим паливом і більш холодним киснем повітря, отже, обмежена можливість отримання більшої кількості енергії від одного і того ж їх кількості.
Завданням винаходу є отримання енергії з виділенням холоду.
Поставлена задача вирішується тим, що спосіб отримання енергії взаємодією вуглецю, водню і кисню при надмірному тиску здійснюється шляхом поєднання рідкого вуглеводневого палива або води зі скрапленим газом у камері взаємодії поршневого або газотурбінного двигуна, причому поєднання здійснюють імпульсним дозуванням, паливо перед суміщенням підігрівають, для суміщення використовують підігріту воду, а в якості зрідженого газу використовують повітря або інший скраплений газ.
Різнотемпературні маси робочого тіла переважно можуть бути суміщені в рідкій фазі.
Поставлена задача і вирішується тим, що двигун внутрішнього взаємодії поршневого або газотурбінного принципу роботи містить камеру взаємодії, яка забезпечена форсункою для імпульсної дозованої подачі підігрітого палива або підігрітої води і дозатором для зрідженого повітря або іншого скрапленого газу, причому камера взаємодії відокремлена від порожнини над поршнем або від порожнини над лопатками газової турбіни, зворотним клапаном.
Камера взаємодії поршневого двигуна може бути виконана з можливістю заповнення її скрапленим газом під надлишковим тиском незалежно від тиску над поршнем, а поршні поршневого двигуна можуть бути виконані з композитних матеріалів з малим коефіцієнтом теплового розширення без компресійних кілець.
Надмірний тиск умовної ступеня стиснення робочого тіла в камері взаємодії двигуна може бути врівноважено зусиллям поворотної пружини зворотного клапана.
Двигун додатково може бути оснащений посудиною Дьюара з можливістю утримання в ньому під надлишковим тиском рідкого газу, і надходження його в камеру взаємодії через електромагнітний клапан, електричний насос рідкого газу і дозатор, останній може бути виконаний з можливістю наповнення камери взаємодії поршневого двигуна рідким газом за час руху поршня з нижньої до верхньої мертвої точки.
Пропонований спосіб отримання енергії від взаємодії кисню рідкого повітря з вуглеводневим паливом вигідно відрізняється від відомих тим, що їм надається необмежена можливість створення будь-якої необхідної температури між нагрітим паливом і більш холодним киснем повітря при їх суміщенні в камері взаємодії двигуна.
Дійсно, при заповненні камери взаємодії двигуна рідким повітрям не збільшується його температура тією величиною тиску, яка відома існуючими ступенями стиснення двигунами / а буде потрібно і на порядок менше /, бо рідини не стискаються так, як гази. Тому температура кисню повітря зберігається до температури рідкого повітря до суміщення його з підігрітими вуглеводнями / паливом /.
Імпульсне розпорошення палива в стислий склад рідкого повітря має на меті отримання високої швидкості, їх поєднання, яка виключає можливість зрівняння їх температури теплообміном.
Контактування різнотемпературних і різнорідних мас речовини супроводжується електричним енергетичним процесом, що є причиною високої швидкості енергетичного процесу, що протікає з виділенням енергії.
Холод, що міститься в обсязі рідкого повітря або в обсязі рідкого гелію, при їх взаємодії з вуглеводнями або з перегрітої водою виділяється в кількості, пропорційній швидкості енергетичного процесу, який протікає дисоціацією взаємодіючих речовин на атоми їх хімічних елементів. Отже, кількість виробленого при цьому холоду буде отримано більше, ніж його виділиться випаровуванням рідкого повітря або рідкого гелію, на величину збільшення швидкості їх переходу в газоподібний стан енергетичним процесом.
З вищевикладеного зрозуміло, що факторів обмеження швидкості енергетичного процесу вирівнюванням температури палива і кисню повітря до виникнення між ними енергетичного процесу не існує. Отже, від одного і того ж кількості палива і кисню повітря можна отримати будь-яку кількість енергії, що виділяється / її потужність /, причому в керованому режимі її виділення в ДВС.
Наприклад, при існуючих способах отримання енергії в ДВС існують чинники багатою і бідною паливної суміші. У пропонованому способі це явище відсутня повністю. Відомо, що розпилювання вуглеводнів в стислий склад газоподібного технічного кисню, при будь-яких / найменших / дозах вуглеводнів і при великих масах стисненого кисню супроводжується вибухом.
Кисень в складі рідкого повітря значно активніше кисню у вільному газоподібному стані.
Відомо, що деревна тирса, просочені рідким киснем, використовуються у вигляді вибухової речовини, який активується електричної іскрою.
Кисень в складі рідкого повітря не вимагає активації при поєднанні з підігрітим паливом, застосовуваним рідкими вуглеводнями / мазут / подібно, як і при поєднанні з перегрітої водою.
Тому поєднання будь-якого, самого малого кількості вуглеводнів з рідким повітрям, супроводжується утворенням енергетичного процесу, потужність якого може регулюватися величиною стиснення двигуна і кількістю дозованих вуглеводнів, що виконують роль активатора енергії кисню.
Таким чином, роботу двигуна можна виконувати енергією, що виділяється киснем, а вуглеводні застосовувати його активатором.
Найбільш перспективним для отримання енергії є рідкий гелій, який активується при надмірному тиску перегрітої водою.
У перспективі це самий енергоємний носій енергії. Причому витрати енергії на отримання рідкого повітря перекриваються тією кількістю енергії, яка виділяється взаємодією. Баланс енергії є позитивним.
Позитивним в отриманні енергії з виділенням холоду є і те, що в складі відпрацьованих газів не утворюється шкідливих речовин для навколишнього середовища, тому що азот повітря не взаємодіє з киснем при негативних температурах / величина яких може досягти мінус 90 o C, мінус 100 o C /. Чи не утворюється при цих температурах і чадний газ. Крім того, енергетичний процес від суміщення при надмірному тиску рідкого повітря або рідкого гелію з перегрітої водою протікає енергетичної дисоціацією суміщаються речовин на атоми їх хімічних елементів. Подібні енергетичні процеси відомі при підживленні пароводогрійних котлів "сирий" / непідігрітому / водою.
Енергетична дисоціація води на водень і кисень відрізняється від її дисоціації теплотою тим, що виділення холоду виключає оборотність процесу дисоціації. Атоми водню і кисню, що утворилися при значних негативних температурах, не можуть утворити молекул води і переходять в газоподібний стан власним газом, що є отриманням водородо-кисневої суміші, тобто енергетичного палива для ДВС.
Тому цим способом можливо досягти роботи ДВС на одному робочому тілі в замкнутому циклі. Отримуючи енергію від взаємодії з перегрітої водою, утворюються "відпрацювали" гази складу водородо-кисневої суміші, які потім можна використовувати в ДВС робочим тілом відомим способом, тобто з виділенням теплоти.
При цьому пар перегрітої води і виділяється холод можна використовувати в технологіях як при отриманні енергії, так і при отриманні рідкого повітря.
Фіг. 1 показана схема поршневого двигуна
Фіг. 2 - схема газотурбінного двигуна
Заявлений спосіб роботи показаний на прикладі роботи двигуна поршневого або газотурбінного принципу роботи.
Пристрій, зображене на фіг. 1 і 2, складається з традиційних поршневого двигуна A або газотурбінного двигуна A 1, що містять камеру взаємодії B, яка відокремлена від порожнини над поршнем або від порожнини над лопатками турбіни зворотним клапаном C.
Двигуни A, A 1 додатково оснащені посудиною Дьюара 1, заповненим зрідженим повітрям, або рідким гелієм, який повідомлений з камерою взаємодії B газотрубопроводом через електромагнітний клапан 2, насос рідкого газу 3 і дозатор рідкого газу 4.
Крім того, двигуни A, A 1 оснащені традиційним паливним баком 5, паливним електронасосом 6, підігрівачем палива 7 і паливної форсункою 8.
Робота поршневого двигуна A здійснюється в двотактному режимі з відведенням відпрацьованих газів через вікна в гільзах (на схемі не вказані), а робота газотурбінного двигуна A 1 досягається попеременной роботою кількох камер взаємодії B.
Робота двигуна A, (A 1) здійснюється традиційним їх запуском, обертанням колінчастого вала або вала турбіни.
Одночасно з початком обертання валу двигуна A (A 1) подається електроживлення на котушку електромагнітного клапана 2, електродвигунів насосів рідкого газу 3 і паливного насоса 6, підігрівнику палива 7.
Впускні і випускні клапани в двигуні A відсутні.
Роль впускного клапана відведена роботі дозатора зрідженого повітря 3 і паливної форсунки 8. Роль випускного клапана виконують вікна в циліндрах двигуна, які відкриваються при досягненні поршнем двигуна A нижньої мертвої точки / на схемі вікна не вказані /.
При русі поршня холостим ходом, а це можливо лише при запуску двигуна A, його зворотний клапан B, підпружинений поворотною пружиною, закритий.
При русі поршня на такт "стиснення" їм стискаються гази (при роботі двигуна відпрацювали, залишкового їх складу, після відведення через вікна в гільзах двигуна, а при запуску залишилися в затискають обсязі або надійшли назад через вікна, якщо над поршнем утворюється розрідження), наявні над поршнем.
У момент початку руху поршня на такт "стиснення" в порожнину камери взаємодії B надходить зріджений повітря з посудини Дьюара 1 по теплоізольовані газотрубопроводу через відкритий електромагнітний клапан 2, через насос рідкого повітря 3 і дозатор рідкого повітря 4, який дозволяє наповнювати рідким газом порожнину камери взаємодії B лише при русі поршня на такт "стиснення".
Заповнення камери взаємодії B здійснюється надлишковим тиском, яке врівноважується зворотною пружиною зворотного клапана C.
При досягненні поршнем верхньої мертвої точки дозатор рідкого повітря 4 закривається і в камеру взаємодії B, що містить рідкий повітря, впорскується підігріті вуглеводні / або перегріта вода /, що надходять з паливної ємності 5 по паливопроводу під дією паливного насоса 6, через підігрівач палива 7, паливну форсунку 8.
Поєднання в камері взаємодії B рідкого повітря з підігрітими вуглеводнями або з перегрітої водою навіть при незначному надлишковому тиску супроводжується виділенням енергії, що протікає дисоціацією як речовини рідкого повітря, так і вуглеводнів / або води / вибуховим процесом. Вибуховий характер дисоціації цих речовин супроводжується утворенням газів з виділенням холоду і високого їх тиску, яким відкривається зворотний клапан C і надлишковий тиск цих робочих газів, подолавши зусилля пружини зворотного клапана C, передають свій тиск на поршень двигуна A, або на лопатки турбіни A 1.
Двигун збільшує обороти. При русі поршня робочим ходом відпрацьовані гази відводяться через вікна в гільзах, а залишковий їх склад повторно стискається поршнем, які при подальшому надходженні робочих газів працюють єдиним пружним тілом.
При русі поршня на такт "стиснення" в камері взаємодії B тим же шляхом набирається рідке повітря, а при досягненні поршнем верхньої мертвої точки в стислий склад рідкого повітря дозується підігріте вуглеводневе паливо або перегріта вода, і двигуни A, A 1 продовжують свою роботу вищеописаним способом .
Обороти двигуна регулюються кількістю що надходить в камеру взаємодії / B / рідкого повітря і підігрітого палива шляхом зміни обертів електродвигунів їх перекачувальних насосів. Збільшенням або зниженням обсягу робочого тіла, що надійшов в камеру взаємодії B, формується умовна ступінь стиснення двигуна, яка не впливає на сформовану різницю температури між киснем рідкого повітря і підігрітими вуглеводнями. Таким чином можна досягати будь-якої оптимальної величини швидкості енергетичного процесу робочого тіла.
Отримання енергії з виділенням холоду дозволяє поршні виконати з композитних матеріалів / вуглепластик / без поршневих кілець, а колінчастий вал виконати з автономної низькотемпературної мастилом.
Композитні матеріали вигідно відрізняються від існуючих своїм малим коефіцієнтом теплового розширення і не вимагають мастила при роботі ковзанням в циліндрі двигуна A.
Винятком високотемпературних робочих газів, отриманням енергії з виділенням в робочих газах холоду повністю виключаються теплові перевантаження на деталі двигуна, що дуже важливо для газотурбінних двигунів літальних апаратів.
Крім того, можливість отримання більшої кількості енергії від одного і того ж кількості робочого тіла дозволить і ракетні двигуни перевести працювати на більш енергоємних енергоносіях, ніж водень і кисень, це звичайна вода і рідкий гелій. Застосування їх пропонованим способом дозволить знизити витрати в космічній техніці.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб отримання енергії взаємодією вуглецю, водню і кисню при надмірному тиску шляхом поєднання рідкого вуглеводневого палива або води зі скрапленим газом у камері взаємодії поршневого або газотурбінного двигуна, що відрізняється тим, що поєднання здійснюють імпульсним дозуванням, паливо перед суміщенням підігрівають, для суміщення використовують перегріту воду, причому в якості зрідженого газу використовують повітря або інший скраплений газ.
Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що різнотемпературні маси робочого тіла суміщені в рідкій фазі.
Двигун внутрішнього взаємодії поршневого або газотурбінного принципу роботи, що містить камеру взаємодії двигуна, що відрізняється тим, що камера взаємодії забезпечена форсункою для імпульсної дозованої подачі підігрітого палива або перегрітої води і дозатором для зрідженого повітря або іншого скрапленого газу, а камера взаємодії відокремлена від порожнини над поршнем або від порожнини над лопатками газової турбіни, зворотним клапаном.
Двигун по п.3, що відрізняється тим, що камера взаємодії поршневого двигуна виконана з можливістю заповнення її скрапленим газом під надлишковим тиском незалежно від тиску над поршнем.
Двигун по п.3, що відрізняється тим, що надлишковий тиск умовної ступеня стиснення робочого тіла в камері взаємодії двигуна врівноважено зусиллям поворотної пружини зворотного клапана.
Двигун по п.3, що відрізняється тим, що поршні поршневого двигуна виконані з композитних матеріалів з малим коефіцієнтом теплового розширення без компресійних кілець.
Двигун по п.3, що відрізняється тим, що він додатково оснащений посудиною Дьюара з можливістю утримання в ньому під надлишковим тиском газу і надходження його в камеру взаємодії через електромагнітний клапан, електричний насос рідкого газу і дозатор.
Двигун по п.3, що відрізняється тим, що дозатор рідкого газу виконаний з можливістю наповнення камери взаємодії поршневого двигуна рідким газом за час руху поршня з нижньої до верхньої мертвої точки.
Версія для друку
Дата публікації 14.11.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.