CZ20041209A3 - Spalovací motor s oddeleným spalovacím prostorem - Google Patents

Abstract

Príprava tepelné a tlakové energie získané explozí výbusné smesi probíhá v detonacním zdroji (1) energie oddeleném do hnacího agregátu (15) alespon jedním ventilem (7). Výbusná smes (2) zapálená v detonacní komore (3) zpusobí vývin tlakové a tepelnéenergie. Proces je rízen potrebným poctem a typemventilu (7) a trysek (8), které jsou ovládány rídícím systémem (9). Výbuch zpusobí ohrev chladícíhomédia (10), napr. vody, kdy chladící médium umístené v chladící komore (11) izolované tepelnou izolací (12) je vyuzito jako zdroj tlakové páry (13) pro pohon hnacího agregátu (15). Tlak spalin (14) zdetonacní komory je vyuzit jako zdroj tlakové energie pro pohon hnacího agregátu (15).

Description

POPIS VYNÁLEZU

1. Název vynálezu

Spalovací motor s odděleným spalovacím prostorem 2. Oblast techniky, které se vynález týká

Přeměna a výroba energie výbuchem a spalováním, spalovací motory.

3. Charakteristika dosavadního stavu techniky

V současné době u spalovacích motorů všechny pracovní fáze probíhají ve společném prostoru, přičemž se zde vyskytují diametrální teplotní a tlakové rozdíly. Pro dokonalé spalování je výhodná vysoká teplota a tlak, což je však u klikových mechanizmů omezeno použitými materiály pístu, válce, hlavy válce, pístních kroužků, ale také ztrátou mazacích vlastností oleje při překročení jeho mezní teploty (zadření pístních kroužků).

U pístových klikových spalovacích motorů je prakticky nemožné trvale používat detonační spalování, neboť maximální tlak spalin působí právě v poloze blízké, či rovnající se horní úvrati pístu, aktivní práce se v tomto momentě nevykonává, motor se nadměrně zahřívá, hrozí nebezpečí mechanického poškození klikového mechanizmu, motor je hlučný vlivem tlakových rázů.

Z těchto důvodů musí být motor chlazený, s čímž nutně souvisí ztráta energie a nízká účinnost, palivo musí být upravované (oktanové číslo).

4. Podstata vynálezu

Zařízení znázorněné na obrázku Č.l představuje spalovací motor, jehož podstata spočívá v oddělení spalovacího procesu (prostoru) od pracovního - expanzního procesu (prostoru) hnacího agregátu. Potřebná tlaková a tepelná energie se získá opakovanou explozí (detonací) a následným spálením výbušné směsi v detonačním zdroji energie 1, jehož příklad provedení je uveden na obrázku č. 2. Výbušná směs 2 se připravuje v detonační komoře 3, do které se přivádí kyslík například ve formě stlačeného vzduchu 4 získaného například z kompresoru 23 a palivo (hořlavá, výbušná látka) 5. Pokud podmínky vzniklé v detonační komoře nezpůsobí samovolné zapálení směsi, je směs zapálena ve vhodném čase zapalovacím zařízením 6. Zapálením směsi 2 dojde k detonaci a spálení obsahu komory 3. Důsledkem toho je prudký vývin tlakové a tepelné energie. Proces je řízen potřebným počtem a typem ventilů 7 a trysek 8 (vstup, příprava směsi, výstup, výplach apod.) které jsou ovládány řídícím systémem 9 (mechanický, elektronický, elektromechanický apod.) ve vhodný čas při vhodném průtoku. Tepelná energie způsobí ohřev chladícího média 10 (např. vody), kdy chladící médium umístěné v chladící komoře 11 izolované tepelnou izolací 12 může být využito jako zdroj tlakové páry pro pohon hnacího agregátu 15 (pístový, rotační, turbínový apod.), kdy po vstupu páry 13 nastane v hnacím agregátu 15 expanze a přeměna tepelné energie na mechanickou. Tlak spalin 14 z detonační komory 3 může být rovněž využit jako zdroj tlakové energie pro pohon hnacího agregátu

15. Páru 13 a spalinvl4 ie možné v případě motoru využít tak, že

• 9 9 • · 9 · · 9··

9 · « 9 9 • 9 9 9 99 9 · 9 9 9

9 9 9 9 9

9999999 99 9

a) obě média se zavedou do společného pracovního prostoru - viz obr. č. 1, kde dojde k jejich vzájemnému promísení. Po jejich expanzi je využitá směs 16 odvedena z pracovního prostoru agregátu 15 buď do volného ovzduší, nebo jak je znázorněno na obrázku č. 1 přes výměník 17 ve formě kondenzátu 19 do kondenzátní nádrže 18. Kondenzát může být pomocí čerpadla 20 opět použit na chlazení detonační komory

3. Vzájemné promíchání páry a spalin usnadní odloučení části exhalací, jejich zachycením ve zkondenzovaných párách.

b) každé z obou médií 13 a 14 bude pracovat navzájem od sebe nezávisle, v pracovním prostoru hnacího agregátu 15 pro něj určeném. V tomto případě může být pára z hnacího agregátu buď vypuštěna do volného ovzduší, nebo přeměněna na kondenzát a ten dále použit v chladícím systému. Spaliny mohou být také vypuštěny do ovzduší, nebo prostřednictvím výměníku bude jejich energetický obsah zužitkován pro ohřev kondenzátu.

S ohledem na to, že chladící médium 19 (např. kondenzát) může mít vyšší teplotu, např. 100°C i více, je výhodné zařadit do systému chladícího okruhu tepelné čerpadlo 24, což dává možnost využití levného nízkoteplotního energetického zdroje (vzduch, voda apod.) a získat tak další energií pro pohon motoru.

Nezkondenzované páry a plyny odcházejí větví 22. Úbytek chladícího média z okruhu se doplňuje větví 21.

Volba velikosti detonační komory 3 se řídí požadovanými výstupními parametry. Může být dimenzována tak, že odpovídá potřebám jednoho pracovního prostoru, pro několik pracovních prostorů současně, ale také několik detonačních komor pro jeden pracovní prostor.

V závislosti na požadovaných výstupních parametrech a materiálovém provedení detonační komory 3 je také alternativně možné používat komoru bez chlazení.

Detonační komora 3 může spolu s dalšími navazujícími prvky ( 7j 8^ 9), resp. detonační zdroj energie 1 tvořit kompaktní (demontovatelný) celek, umístěný mimo hnací agregát, na hnacím agregátu, nebo být integrovanou součástí některého prvku hnacího agregátu 15.

5. Výhody vynálezu • Hlavní výhodou odděleného spalování v detonační komoře je možnost tepelně zaizolovat prostor spalování, ale i celý motor, zamezit teplotním ztrátám, využít uniklou energii, a tak dosáhnout podstatného zvýšení účinnosti procesu přeměny energie.

• Tepelnou izolací motoru lze současně docílit podstatného snížení hlučnosti agregátu.

• Oddělené spalování dává možnost aplikovat detonační spalování, které umožňuje dokonalejší využití energetického obsahu paliva • Oddělení detonací eliminuje škodlivý vliv na mechanické části hnacího agregátu.

• Oddělené spalování dává novou možnost a tou je možnost uplatnění tepelného čerpadla, kterým lze získat další energii pro pohon motoru, například ze vzduchu, vody, odpadního tepla, apod.

• Snadnější odloučení exhalací z procesu spalování jejich zachycením ve zkondenzovaných párách.

• Snadnější regulace průběhu velikosti tlaku tlakového média vstupujícího do pracovního prostoru hnacího agregátu v závislosti na čase, co umožňuje u motorů snížení tlakových ztrát netěsnostmi (nižší tlak, nižší ztráty). U pístových motorů

• · · · • · · ····· • ·· · · · · · · · · · • · · · · · · · ··· ·· ··· ···· ·· · umožní tato regulace započít s působením tlaku spalin na píst až v jeho vhodné pracovní poloze (mimo horní úvrať) a regulaci tlaku v průběhu expanze.

• Možnost přestavby stávajících spalovacích motorů za účelem využití principu a tím snížení spotřeby paliva.

6. Příklady uskutečnění vynálezu

6.1 Příklad uskutečnění vynálezu uvedený na obrázku č.l představuje motor využívající podstatu vynálezu, kdy hnací agregát 15 je rotační a do okruhu získávání energie je zapojeno tepelné čerpadlo 24.

6.2 Příklad uskutečnění vynálezu uvedený na obrázku č.2 představuje možné provedení detonačního zdroje energie 1.

6.3 Příklad uskutečnění vynálezu uvedený na obrázku č.3 představuje motor využívající podstatu vynálezu, kdy hnací agregát 15 je pístový.

6.4 Příklad uvedený na obrázku č.4 představuje zdroj tepelné energie, kdy hnací agregát plní pomocnou funkci a hlavní funkci (funkci kotle) vykonává detonační zdroj energie 1.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spalovací motor, vyznačující se pohonem pomocí spalování výbušné směsi (2) opakovaným výbuchem vdetonačním komoře (3), oddělené od expanzního prostoru hnacího agregátu (15), tepelnou izolaci (12), hnacím agregátem (15), na jehož pohon se využije veškerá tepelná a tlaková energie získaná ze zdroje detonační energie (1), nejméně jedním ventilem (7), řídícím systém (9) ovládajícím činnost motoru v libovolném čase i místě, potřebným počtem a druhem trysek (8), zapalovacím (resp. žhavícím) zařízením (6), kdy typy, počty i otázka použití, či nepoužití trysek (8) a zapalovacího zařízení (6), je závislá na druhu paliva a jeho technologii přípravy.
2. 2. Spalovací motor, vyznačující se pohonem pomocí způsobu uvedeného v bodě 1, nejméně jednou chladící komorou (11), chladícím médiem (10).
3. 3. Spalovací motor, vyznačující se pohonem pomocí způsobu uvedeného v bodě 2, a výměníkem tepla (17).
4. 4. Spalovací motor, vyznačující se pohonem pomocí způsobu uvedeného v bodě 3, kondenzátní nádrží (18) a čerpadlem (20).
5. 5. Spalovací motor, vyznačující se pohonem pomocí způsobu uvedeného v bodě 4 a tepelným čerpadlem (24) umožňujícím doplňování energie do motoru z nízkoteplotního zdroje energie.
6. 6. Spalovací motor, vyznačující se pohonem pomocí způsobu uvedeného v bodech 1 až 5, kdy konstrukční řešení umožňuje prostup tepla vedením, sáláním, nebo jejich kombinací z detonační komory (3) do pracovního (expanzního) prostoru hnacího agregátu (15).
7. 7. Součást systému zachytávání exhalací ze způsobu uvedeného v bodech 1 až 6, vyznačující se tím, že dojde ke vzájemnému smíchání páry (13) a spalin (14) a jejich nashromáždění v kondenzátu (19).
8. 8. Zdroj tlakové/tepelné energie, vyznačující se tím, že k její výrobě je použito některého ze způsobů uvedených v bodech 1 až 6, kdy hnací agregát (15) plní pomocnou funkci a hlavní fůnkci plní médium vystupující z odbočky osazené na potrubní větvi (13), resp. (14), případně z obou větví.