RU2097627C1 - External combustion engine working in closed ecologically pure and highly-effective cycle - Google Patents
External combustion engine working in closed ecologically pure and highly-effective cycle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2097627C1 RU2097627C1 RU96122835A RU96122835A RU2097627C1 RU 2097627 C1 RU2097627 C1 RU 2097627C1 RU 96122835 A RU96122835 A RU 96122835A RU 96122835 A RU96122835 A RU 96122835A RU 2097627 C1 RU2097627 C1 RU 2097627C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinder
- working
- working fluid
- auxiliary
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/02—Hot gas positive-displacement engine plants of open-cycle type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетическим установкам, преобразующим тепловую энергию в механическую. The invention relates to power plants that convert thermal energy into mechanical energy.
Использование изобретения: в железнодорожных тепловозах, тракторах, комбайнах, тяжелых автомобилях, в кораблестроении, в энергоустановках для вырабатывания электроэнергии, в различных силовых установках для высокоэффективного использования тепла для преобразования его в другие виды энергии. Use of the invention: in railway locomotives, tractors, combines, heavy vehicles, in shipbuilding, in power plants for generating electricity, in various power plants for the highly efficient use of heat to convert it to other types of energy.
Существующие двигатели внутреннего сгорания при высокой степени их технологичности для массового производства и получившие широкое распространение в различных областях применения, имеют ряд существенных недостатков. Главные из них: а) сравнительно невысокий КПД; б) токсичность выхлопов, приводящая к загрязнению окружающей среды (экологически нечистые); в) повышенные шумовые характеристики, создающие в зонах их применения дискомфорт для населения; г) строго определенный вид топлива, на котором они способны работать. Existing internal combustion engines, with a high degree of manufacturability for mass production and widely used in various fields of application, have a number of significant drawbacks. The main ones: a) a relatively low efficiency; b) toxicity of exhausts, leading to environmental pollution (environmentally unclean); c) increased noise characteristics, creating discomfort for the population in the areas of their use; d) a strictly defined type of fuel on which they are able to work.
В значительной степени указанные недостатки имеются у некоторых двигателей с внешним сгоранием, предложенные ранее и работающие по циклам Стирлинга, Эриксона и Брайтона, (например, US N 3867816, US N 3995431, FR N 2512881, FR N 2411301). To a large extent, these drawbacks exist in some external combustion engines proposed earlier and operating according to the Stirling, Erickson and Brighton cycles (for example, US N 3867816, US N 3995431, FR N 2512881, FR N 2411301).
Однако, в указанных двигателях затруднено удовлетворительное конструктивное решение теплообменных аппаратов, так как приходится иметь дело с теплообменниками газ-воздух (рабочим телом является газ, а охлаждающим агентом воздух). Как правило, эффективность таких теплообменников невысока, а размеры громоздки по сравнению с самим двигателем. However, in these engines a satisfactory structural solution to the heat exchangers is difficult, since it is necessary to deal with gas-air heat exchangers (the working fluid is gas, and the cooling agent is air). As a rule, the efficiency of such heat exchangers is low, and the dimensions are bulky compared to the engine itself.
В предложенном изобретении предлагается конструкция двигателя внешнего сгорания, работающего на рабочем теле, претерпевающем в цикле двухфазное превращение жидкость пар жидкость. При этом фазовые переходы рабочего тела происходят в компактном тепловом объемном аккумулятороре-регенераторе со специальным наполнителем. Указанный аккумулятор-регенератор выполняет одновременно функции испарителя и конденсатора. The proposed invention provides the design of an external combustion engine operating on a working fluid, undergoing a two-phase liquid-vapor-liquid conversion in a cycle. In this case, the phase transitions of the working fluid occur in a compact thermal bulk battery-regenerator with a special filler. The specified battery-regenerator performs both the functions of an evaporator and a condenser.
В связи с тем, что рабочие элементы цикла двигателя происходят с фазовыми переходами жидкость пар жидкость и это происходит на протяжении всего цикла, агрегаты получаются компактными, а эффективность цикла высокой. Due to the fact that the working elements of the engine cycle occur with phase transitions, liquid, steam, and liquid, and this happens throughout the cycle, the units are compact, and the cycle efficiency is high.
На фиг. 1 представлена конструктивная схема двигателя, согласно изобретению (поперечный разрез); на фиг. 2 диаграмма рабочего цикла; на фиг. 3 обратный клапан (поз 11 на фиг. 1); на фиг. 4 конструкция вспомогательного поршня; на фиг. 5 кулачок (поз. 10 на фиг. 1). In FIG. 1 is a structural diagram of an engine according to the invention (cross section); in FIG. 2 duty cycle diagram; in FIG. 3 check valve (item 11 in Fig. 1); in FIG. 4 design of the auxiliary piston; in FIG. 5 cam (pos. 10 in Fig. 1).
Конструкция двигателя изображена на фиг. 1. Двигатель состоит из рабочего цилиндра 1 с поршнем 2, механизма, преобразующего поступательное движение поршня во вращательное движение силового вала в данном случае шатуна 3, коленчатого вала 4, картера 5, поддона картера 6, камеры сгорания 7, аккумулятора-регенератора 8, вспомогательного поршня 9, кулачка 10, обратного клапана двойного действия 11, компенсационного бака 12, охлаждающего радиатора 13, паропровода 14, нагревателя 15 крышки рабочего цилиндра, теплообменника-утилизатора 16, воздушного насоса 17, масляного насоса с маслозаборником 18, циркуляционного насоса 19, вентилятора охлаждения 20, искрогасителя-нейтрализатора 21, приводных шестерен вспомогательных агрегатов 22. The engine structure is shown in FIG. 1. The engine consists of a working cylinder 1 with a
Обратный клапан 11 предназначен для двух целей: пополнения рабочим телом аккумулятора-регенератора 8 из компенсационного бака 12 и ограничения максимального давления цикла. Он состоит из корпуса 24, клапана низкого давления 25 с пружиной низкого давления 27 с тарелкой 29 и гайкой 30, клапана высокого давления 26 с пружиной высокого давления 28 и гайкой 33, пятки 31 и рычага 32 пускового режима. The non-return valve 11 is designed for two purposes: replenishing the working fluid of the battery-regenerator 8 from the compensation tank 12 and limiting the maximum pressure of the cycle. It consists of a
Вспомогательный поршень состоит из корпуса 34, золотника 35, гильзы 36 с рычагом 41, опорного ролика 38 с осью 37, уплотняющих колец 39, антифрикционной опорной шайбы 40. The auxiliary piston consists of a
Геометрия кулачка 10 (вариант) состоит из цилиндрической поверхности минимального радиуса Rmin, переходной цилиндрической поверхности подъема m1 m2, выполненной с максимальным радиусом Rmax. Все поверхности стыкуются радиусом стыковки rст 0,25 Rmin. Поверхность спуска ролика вспомогательного поршня n1 n2 выполнена также с максимальным радиусом Rmax.The geometry of the cam 10 (option) consists of a cylindrical surface of a minimum radius R min , a transition cylindrical surface of the lift m 1 m 2 made with a maximum radius R max . All surfaces are joined by the radius of the joint r article of 0.25 R min . The surface of the descent roller of the auxiliary piston n 1 n 2 also made with a maximum radius R max .
Двигатель работает по циклу, изображенному на фиг. 2 в координатах P V. The engine operates in the cycle depicted in FIG. 2 in coordinates P V.
Начало процесса работы двигателя происходит в следующей последовательности. The beginning of the engine operation process occurs in the following sequence.
В начале цикла рабочий поршень 2 находится в верхнем положении, а вспомогательный поршень 9 в нижнем положении и стоит на поверхности кулачка 10 с малым радиусом в начале поверхности подъема по кулачку 10 на большой радиус. Объем над вспомогательным поршнем 9 и нижним торцом наполнителя аккумулятора-регенератора 8 заполнен жидким рабочим телом, поступающим через обратный клапан 11 из компенсационного бака 12. At the beginning of the cycle, the working
Работа клапана 11 ясна из чертежа. Пусковой режим осуществляется за счет поворота рычага 32 против часовой стрелки, нажатия его на пятку 31 и открытия клапана 25, вследствие чего рабочий цилиндр 1 двигателя, нагреватель 15 и аккумулятор-регенератор 8 соединяются с компенсационным баком 12 до входа на оптимальный режим по температуре. После достижения требуемой температуры рычаг 32 поворачивается по часовой стрелке и двигатель готов к работе. The operation of the valve 11 is clear from the drawing. The starting mode is carried out by turning the
Когда рабочий поршень 1 начинает свое движение вниз, кулачок 10 поворачивается и вспомогательный поршень 9 быстро поднимается по поверхности кулачка на большой радиус, подавая порцию жидкого рабочего тела в аккумулятор-регенератор 8. Наполнитель аккумулятора-регенератора 8 имеет температуру в нижней зоне, равной нижнему пределу температуры, т.е. холодную, а в верхней зоне близко к верхнему пределу, т.е. горячую. When the working piston 1 begins to move downward, the
Работает вспомогательный поршень следующим образом. The auxiliary piston operates as follows.
Ролик 38 золотника 35, поднимаясь по кулачку 10, поднимает золотник внутри гильзы 36. В гильзе 36 имеется внутри спиральная канавка "а", в золотнике 35 отверстие "б" с боковым входом. При повороте рычагом 41 гильзы 36 канавка "а" изменяет свое положение относительно отверстия "б", вследствие этого изменяется позиция сообщения надпоршневого пространства "г" через канавку "в" с компенсационным баком. Соответственно изменяется величина подаваемого рабочего тела через аккумулятор в рабочий цилиндр. The
При прохождении через наполнитель аккумулятора-регенератора 8 рабочее тело, отнимая тепло от наполнителя, переходит в газообразное состояние и далее по паропроводу 14 проходит в зону нагревателя 15 крышки, где и достигает верхнего предела температуры, и совершает работу, воздействуя на рабочий поршень 2. При этом, проходя через аккумулятор-регенератор 8, рабочее тело, меняя агрегатное состояние, повышает давление (фиг. 2) из токи 1 по диаграмме в точку 2, при этом рабочий поршень 2 совершает очень малую долю своего хода. При прохождении через нагреватель 15 рабочее тело совершает процесс, обозначенный линией 2 3 на диаграмме (фиг. 2). На участке 2 3 диаграммы рабочий поршень совершает более половины от полного хода. После точки 3 диаграммы вспомогательный поршень 9 быстро спускается по поверхности кулачка на малый радиус, при этом жидкая часть рабочего тела переходит из аккумулятора-регенератора 8 в надпоршневое пространство вспомогательного поршня 9, возвращая порцию рабочего тела в жидкое состояние. В это время при продолжающемся движении рабочего поршня 2 вниз рабочее тело в парообразной фазе начинает перемещаться через паропровод 14 в аккумулятор-регенератор 8, двигаясь от горячих слоев к холодным, конденсируется и переходит частично в жидкую фазу, отдавая тепло наполнителю аккумулятора-регенератора 8 и снижая давление (по диаграмме на фиг. 2) от точки 3 до точки 4. В это время большая часть рабочего тела переходит в жидкую фазу, отдавая тепло наполнителю аккумулятора-регенератора 8. Оставшаяся меньшая часть рабочего тела в парообразном состоянии загоняется рабочим поршнем 2 в холодную зону аккумулятора-регенератора 8 при его движении из нижнего положения вверх (на диаграмме линия 4 5). В точке 5 все рабочее тело переходит в жидкое состояние, отдавая остатки тепла, и при дальнейшем движении рабочего поршня охлаждается в пространстве над вспомогательным поршнем 9 при помощи жидкого рабочего тела из компенсационного бака, циркулирующего с помощью насоса 19 через радиатор 13, который охлаждается окружающим воздухом при помощи вентилятора 20. На этом рабочий цикл заканчивается. When passing through the filler of the battery-regenerator 8, the working fluid, taking the heat from the filler, goes into a gaseous state and then passes through the steam line 14 to the area of the lid heater 15, where it reaches the upper temperature limit, and performs work by acting on the working
Обратный клапан 11 обеспечивает восстановление нижнего давления из компенсационного бака 12, (соответствующее точке 1 диаграммы на фиг. 2). Конструкция клапана 11 (фиг. 3) обеспечивает ограничение завышенного давления в точке 3 диаграммы цикла сбросом жидкого рабочего тела в компенсационный бак 12. Камера сгорания 7 в двигателе внешнего сгорания выполнена по конструкции, способной работать как на жидком, так и на твердом топливе. The non-return valve 11 provides the restoration of lower pressure from the compensation tank 12, (corresponding to point 1 of the diagram in Fig. 2). The design of the valve 11 (Fig. 3) limits the excessive pressure at
Теплообменник-утилизатор 16 предназначен для подогрева подаваемого вентилятором 17 в камеру сгорания воздуха. В теплообменнике 16 происходит утилизация тепла, оставшегося после прохождения горячих газов камеры сгорания после нагревателя 15. Охлажденные газы (продукты сгорания) направляются в искрогаситель-нейтрализатор 21. Поскольку сгорание происходит практически при атмосферном давлении агрессивных выхлопных газов, которые образуются при высоком давлении в двигателях внутреннего сгорания (например, закись азота), не образуется. Поэтому нейтрализатор получается достаточно простым. The heat exchanger-utilizer 16 is designed to heat the air supplied by the fan 17 to the combustion chamber. In the heat exchanger 16, the heat remaining after the passage of the hot gases of the combustion chamber after the heater 15 is utilized. The cooled gases (products of combustion) are sent to the spark arrester-neutralizer 21. Since combustion occurs almost at atmospheric pressure of aggressive exhaust gases that are generated at high pressure in internal engines combustion (e.g. nitrous oxide) is not formed. Therefore, the converter is quite simple.
При создании многоцилиндрового двигателя аккумуляторы-регенераторы, нагреватели, вспомогательные поршни и кулачки, воздействующие на вспомогательные поршни, должны быть в конструкции индивидуально на каждый рабочий цилиндр. When creating a multi-cylinder engine, regenerative batteries, heaters, auxiliary pistons and cams acting on auxiliary pistons must be individually designed for each working cylinder.
Остальные агрегаты могут быть общие на всю группу цилиндров. The remaining units can be common to the entire group of cylinders.
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96122835A RU2097627C1 (en) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | External combustion engine working in closed ecologically pure and highly-effective cycle |
PCT/RU1997/000285 WO1998025010A1 (en) | 1996-12-05 | 1997-09-19 | External combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96122835A RU2097627C1 (en) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | External combustion engine working in closed ecologically pure and highly-effective cycle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2097627C1 true RU2097627C1 (en) | 1997-11-27 |
RU96122835A RU96122835A (en) | 1998-02-10 |
Family
ID=20187731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96122835A RU2097627C1 (en) | 1996-12-05 | 1996-12-05 | External combustion engine working in closed ecologically pure and highly-effective cycle |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2097627C1 (en) |
WO (1) | WO1998025010A1 (en) |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3025382A1 (en) * | 1980-07-04 | 1982-02-04 | Alfons Ing.(grad.) 5160 Düren Genswein | Expansion cycle turbine or piston engine - works between superheat and saturation temperatures of high or low boiling liquid returning unused heat to cycle |
AU534426B2 (en) * | 1980-08-18 | 1984-01-26 | Thermal Systems Ltd. | Heat injected reciprocating piston hot gas engine |
DE3616313A1 (en) * | 1986-05-13 | 1987-11-19 | Bohse Detlef | A method for obtaining industrially useful energy via heat and a heat (steam) engine which operates according to this principle |
RU2075599C1 (en) * | 1994-04-19 | 1997-03-20 | Борис Степанович Котов | Method of conversion of heat into mechanical work and power plant for realization of this method |
-
1996
- 1996-12-05 RU RU96122835A patent/RU2097627C1/en active
-
1997
- 1997-09-19 WO PCT/RU1997/000285 patent/WO1998025010A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. US, патент, 3867816, кл. F 01 K 25/00, 1975. 32. US, патент, 3995431, кл. F 01 K 25/02, 1976. 3. FR, заявка, 2512881, кл. F 01 K 25/00, 1983. 4. FR, заявка, 2411301, кл. F 01 K 19/02, 1979. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1998025010A1 (en) | 1998-06-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5065421B2 (en) | Internal combustion engine using auxiliary steam power recovered from waste heat | |
US5557934A (en) | Efficient energy conversion apparatus and method especially arranged to employ a stirling engine or alternately arranged to employ an internal combustion engine | |
AU765853B2 (en) | High efficiency, air bottoming engine | |
JP4880605B2 (en) | Heat generation engine | |
RU2589557C2 (en) | Heat engine | |
US6305335B1 (en) | Compact light weight diesel engine | |
CN1138058C (en) | Supercritical backheat-heated engine | |
US7784280B2 (en) | Engine reversing and timing control mechanism in a heat regenerative engine | |
US3570463A (en) | Regenerative combustion cycle piston engine | |
RU2097627C1 (en) | External combustion engine working in closed ecologically pure and highly-effective cycle | |
US6205788B1 (en) | Multiple heat exchanging chamber engine | |
WO2008011036A2 (en) | Engine shrouding with air to air heat exchanger | |
US3851630A (en) | Rotary piston engine | |
US20070256415A1 (en) | Clearance volume valves in a heat regenerative engine | |
EP1147292B1 (en) | Lever-mechanism motor or pump | |
CN222276790U (en) | Piston engine, generator set and mobile carrier | |
CA2731299A1 (en) | Novel simpler and efficient internal combustion engine | |
CN222276791U (en) | Piston engines, generator sets and mobile vehicles | |
RU2413084C2 (en) | Kazantsev piston engine | |
JP2005522628A (en) | External combustion engine | |
CN118257661A (en) | Piston engine, generator set and mobile carrier | |
BG4039U1 (en) | Low temperature combustion engine | |
CN118242170A (en) | Piston engine, generator set and mobile carrier | |
WO1998050693A1 (en) | Engine with external heat exchanging and method of operating | |
JPH08226301A (en) | Hot-air engine |