CZ2008463A3 - Zarízení k získávání mechanické energie na bázi spolupusobení gravitacního úcinku a podtlaku - Google Patents

Abstract

Rešení se týká zarízení pro získávání mechanické energie na bázi gravitacního úcinku a podtlaku, sestávající z alespon jednoho dvojcinného pístu (1) uloženého v ležatém válci (2). Podstata spocívá tom, že dvojcinný píst je opatren stredove vzájemne protilehle uloženými dutými pístnicemi (3, 3.1) opatrený prívody (4, 4.1) páry. Volný konec první duté pístnice (3) privrácené k prvnímu vertikálnímu nosici (6) elevátoru je napojen na lano (5) prvního závaží, které je vedeno pres první sestavu (6.2) kladek a volný konec opacne orientované druhé duté pístnice (3.1) privrácené k druhému vertikálnímu nosici (6.1) elevátoru je napojen na lano (5.1) druhého závaží, které je vedeno pres druhou sestavu (6.3) kladek. Na opacném konci lana (5) prvního závaží je upevneno první závaží (7) kluzne uložené na první vodící tyci (8) a na opacném konci lana (5.1) druhého závaží je upevneno druhé závaží (7.1) kluzne uložené na druhé vodící tyci (8.1). První závaží (7) je opatreno prvním lanovým spínacím prvkem (9), kterým prochází spojité lano (10) prvního elevátoru a druhé závaží (7.1) je opatreno druhým lanovým spínacím prvkem (9.1), kterým prochází spojité lano (10.1) druhého elevátoru, pricemž spojité lano (10) prvního elevátoru je napojeno na první prevodový systém (19) prvního elevátoru a první elektrický generátor (12) a spojité lano (9.1) druhého elevátoru je napojeno na druhý prevodový systém (19.1) druhého elevátoru a druhý elektrický generátor (12.1).

Description

Zařízení k získávání mechanické energie na bázi spolupůsobení gravitačního účinku a podtlaku

Obbst techniky

Vynález se týká zařízeni k získáváni mechanické energie na bázi spolupůsobeni gravitačního účinku a podtlaku, které je určeno především jako autonomní pohonná jednotka v místech s omezeným přístupem standardních energií a kterou lze využít v méně technologicky náročných provozech.

Dosavadní stav techniky

V praxi existuji známá zařízeni využívající zemskou gravitaci k získáváni mechanické, případně elektrické energie. Příkladem jsou vodní kola a zejména pak vodní turbiny, které využívají spádovou energii vody na vodních tocích. Energii udržující neustálý koloběh vody v říčních tocích dodává slunce způsobující odpař vodních ploch na celé zeměkouli a probíhá nepřetržitě s neutuchající intenzitou I přes tuto skutečnost nelze zvyšovat výtěžnost spádové energie na říčních tocích bez omezení, neboť pouze část vodních toků vykazuje vhodnou topografii ke stavbě přehrad nebo jiných vodních děl pro využívání jejich spádové energie.

Zemská přitažlivost může působit zemským zrychlením na hmotu pouze směrem k povrchu, respektive ke středu země. Na povrchu země vykazuje gravitační zrychleni hodnotu 9,81 m/s¹, ale od zemského povrchu opačným směrem působí tato síla na tělesa opouštějící sféru zemské přitažlivosti jako brzdící. Velikost gravitace je přímo úměrná hmotnosti vesmírného tělesa a nepřímo úměrná vzdáleností předmětu od centra gravitace..

Přesto molekuly vodní páry odpařované slunečním zářením stoupají díky spolupůsobeni atmosférických jevů proti gravitaci do výškových hodnot, kde se srážejí v mlhu, vytváří dešťové mraky a v případě přítomnosti kondenzačních jader, jako jsou například částečky prachu, aerosoly apod. při současném ochlazení atmosféry dochází k vysražení vody ve formě deště. Takto vysrážená voda pak neustále zásobuje říční toky směřující do nížin a moří Sluneční záření dokáže tudíž transportovat molekuly vody ve formě páry do prostora proti působení gravitace a takto získanou spádovou energii vody ve vodních tocích lze pak využít k pohonu strojů.

Druhým výše zmíněným jevem je vakuum Je známo, že ochladíme li například vodní páru uzavřenou ve válci uzavřeném lesným pístem, srazí se pára na vodu a pod pístem vznikne vakuum. Okolní atmosférický tlak frak tlačí na vnější plochu pistu a zatlačuje píst i s pistníci do vnitřku válce. Tuto sílu pak využívají tzv. atmosférické motory ke vzniku mechanické energie. Tento princip vytváření vakua se využívá také v kondenzátem parních tuibin, kde účinným ochlazením se vytvoří velmi účinné vakuum, které udržuje vodní páni při velmi nízkém tlaku v plynném stavu, takže pára vycházející z posledního stupně parní turbiny je udržována v plynném stavu při teplotě hluboko pod přirozenou kondenzační teplotou, tj. 100’ C, tedy například ještě při teplotě 30’ C. Tím je zamezován vznik kavitace a podstatně zvyšován výkon turbiny.

V historii první využití vakua vzniklého vysraženim vodní páry ochlazením vnějšího povrchu válce studenou vodou k získání mechanické práce umožnil Newcomenův parní stroj, který sloužil k čerpání vody z hlubinných rudných a uhelných dolů. Tento stroj sestával z vahadla vytvořeného z dřevěného trámu, kde na jedné straně byl tento trám připevněn řetězy na píst stroje a na druhé straně vahadla byl připevněn druhý píst - plunžr zdvihové pump)’. Při vytvoření vakua pod pístem došlo kjeho intenzivnímu sražení atmosférickým tlakem proti vakuu do spodní polohy pístu a plunžr pumpy umístěný na druhé straně vahadla vyzvedl vodu do odtokového potrubí.

Účinnost stroje však byla nízká, protože zdroj tepla byl umístěn přímo pod válcem, ve kterém byl uložen píst, který bylo nutno zvednout po ochlazovacim taktu do horní polohy vytvořením dostatečného tlaku páry pod pístem a tak vykonat druhý takt, který vedl k ponoření plunžru pumpy do spodní polohy na opačné straně vahadla. V podstatě se jedná o jednočttmý pístový stroj, kdy zpětný chod pístu nevykonával žádnou prácí.

Dalším známým stavem techniky je využiti vakua u atmosférických železničních vozidel, které byly spojeny s pístem umístěným na železničním svršku v podélném potrubí opatřeném podélnou drážkou uzavřenou těsnícími chlopněmi, přičemž před pístem byl odčerpáván vzduch pomocí čerpadel, čímž vznikal v prostoru před pístem podtlak a atmosférický tlak za pístem uvedl píst a současně tím i vozidlo do pohybu. Toto řešení je popsáno například ve starší anglické literatuře dostupné například na webové strance volné encyklopedie Wikipedia ve stati „Atmosfenc railway“.

u tohoto řešení lze spatřit nevýhody spočívající v poměrně nákladném technologickém a konstrukčním řešení tohoto zařízení vyžadujících značné množství periferních zařízeni a systémů.

Cílem vynálezu je využít sílu atmosférického tlaku na píst po ochlazeni páry ve válci za pomoci vzniklého vakua k získání potenciální energie závaží a atmosférickým tlakem působícím proti parciálnímu vakuu ve válci zvednout závaží do výše a jeho využít ke konstrukci stroje jako dvojčinného systému, kde mrtvý chod pístu je kompenzován energii ze zpětného zdvihu.

Podstata vynálezu

Nedostatky známých zařízeni v velké míře odstraňuje a účel technického řešeni splňuje zařízeni k získáváni mechanické energie na bázi gravitačního účinku a podtlaku, sestávající z alespoň jednoho dvojčinného dutého pistu uloženého v ležatém válci podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že dvojčinný píst je opatřen středově vzájemně protilehle uloženými dutými pistnicemi opatřenými přívody chladicí vody, přičemž volný konec první duté pistníce přivrácené k prvnímu vertikálnímu nosiči závaží je napojen na lano prvního závaží, které je vedeno přes první sestavu kladek a volný konec opačně orientované druhé duté pistníce přivrácené k druhému vertikálnímu nosiči závaží je napojen na lano druhého závaží, které je vedeno před druhou sestavu kladek a přičemž na opačném konci lana prvního závaží je upevněno první závaží kluzně uložené na první soustavě vodících tyčí a na opačném konci lana druhého závaží je upevněno druhé závaží kluzně uložené na druhé soustavě vodících tyčí a přičemž první závaží je opatřeno prvním lanovým spínacím prvkem, kterým prochází spojité lano prvního elevátoru a druhé závaží je opatřeno druhým lanovým spínacím prvkem, kterým prochází spojité lano druhého elevátoru, přičemž spojité lano prvního elevátoru je napojeno na první převodový systém prvního elevátoru a první elektrický generátor a spojité lano druhého elevátoru je napojeno na druhý převodový systém druhého elevátoru a druhý elektrický generátor.

První pracovní prostor válce je opatřen prvním vzduchovým výdechem opatřeným prvním vzduchovým uzávěrem a prvním elektromagnetickým ventilem a druhý pracovní prostor válce je opatřen druhým vzduchovým výdechem a druhým elektromagnetickým ventilem Z prvního pracovního prostoru válce je vyústěn první drenážní kanál válce a z druhého pracovního prostoru válce je vyústěn druhý drenážní kanál válce.

Průřez dutého dvojčinného pístu je s výhodou čtvercového tvaru.

Výhody zařízení podle technického řešeni spočívají především v odděleném sběru točivého momentu od pístové části stroje použitím nekonečného elevátoru, který je prostřednictvím střídavě propojeného závaží opakovaně uváděn v Činnost a otáčivý pohyb je dále stabilizován setrvačníkem. Zařízeni je využitelné jako zdroj elektrické energie pri spalovaní biomasy a v podobných provozech.

Přehled obrázků na výkresech

Pro bližší objasnění vynálezu je na připojených výkresech schématicky znázorněno zařízeni podle vynálezu, kde obrJ představuje v bočním pohledu celkovou sestavu zařízení a v Částečném podélném řezu krajní válec stroje s dvojčinným pístem, obr. 2 znázorňuje v pohledu A-A okamžité polohy jednotlivých závaží u vedle sebe uspořádaných sekcí stroje a jejich fázové posunutí.

Příklad provedení vynálezu

Na obr.l je patrná celková sestava stroje v bočním pohledu, kde je ve střední části v částečném fezu patrný krajní leztý válec 2 s prvním pracovním prostorem 2.1 válce a s tuhým pracovním prostorem 2.2 válce, v němž je uložen dvojčinný píst 1 se vzájemně středově souměrně a protilehle uspořádanou dutou první pístnicí 3 a dutou druhou pístnicí 3.1, které jsou na svých volných koncích opatřeny prvním vstupem 4_chladici vody a druhým vstupem 4.1 chladicí vody a jejichž koncové části jsou dále napojeny na volný konec lana 5 prvníhozávaží a na volný konec lana 5.1 druhého závaží. Prostřednictvím kladek uložených na prvním vertikálním nosiči 6 závaží a druhém vertikálním nosiči 6.1 závaží je lano 5 prvního závaží napojeno na první závaží 7 a lano 5.1 druhého závaží je napojeno na druhé závaží 7.1 , přičemž první závaží 7 je suvně uloženo na první vodící tyči 8 závaží a druhé závaží 7.1 je suvně uloženo na druhé vodici tyči 8.1 závaží. Prvni závaží 7 je pomoci prvního lanového spínacího prvku 9 spojeno s prvním nekonečným lanem 10 prvního elevátoru a druhé závaží 7.1 je pomocí druhého spínacího prvku 91 spojeno s druhým nekonečným lanem 10,1 druhého elevátoru. První elevator 11 je prostřednictvím prvního převodového systému 19 opatřeného prvním setrvačníkem 13 napojen na první elektrický generátor 12 a druhý elevator 11 1 je prostřednictvím druhého převodového systému 19,1 opatřeného druhým setrvačníkem 13.1 napojen na druhý elektrický generátor 12.1. První pracovní prostor 2.1 válce přivrácený k prvnímu elevátoru 11 je opatřen prvním vstupem 15.1 páry⁷ ze zásobníku 15 páry a prvním přívodem 16 atmosférického vzduchu a druhý pracovní jxostor

2,2 válce přivrácený k druhému elevátoru 11.1 je opatřen druhým vstupem 15.2 páry a druhým přívodem 16.1 atmosférického vzduchu.

Z obr.2 je patrné uspořádání jednotlivých ležatých válců 2 vedle sebe a jejich čtvercový průřez, kde jsou též vyznačeny drenážní kanály válce.

Vztahové znaky

- dvojčinný dutý píst

1.1 - první drenážní kanál válce

1.2 - druhý drenážní kanál válce

- ležatý válec

- první dutá pístnice

3.1 - druhá dutá pístnice

- první vstup chladící vody

4.1 - druhý vstup chladící vody

- lano prvního závaží

5.1- lano druhého závaží

- první vertikální nosič závaží

6.1 - druhý vertikální nosič závaží

- první závaží

7.1 -druhé závaží

- první vodící tyč závaží

8.1 - druhá vodící tyč závaží

- první spínací prvek závaží

9.1 - druhý spínací prvek závaží

- první lano elevátoru

10.1 - druhé lano elevátoru

11-první elevator

11.1 - druhý elevator

- první elektrický generátor

12.1- druhý elektrický generátor

- první setrvačník

13.1 - druhý setrvačník

- první vzduchový ventil

14.1 - druhý vzduchový ventil

15-zásobník páry

16-první ventil

16.1 - druhý ventil

- sběrná nádoba kondenzované vody

- oběhové čerpadlo

- první převodový systém

19.1 druhý převodový systém

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY ·· · ·· ♦·

   1. Zařízení pro získávání mechanické energie na bázi gravitačního účinku a podtlaku, sestávající z alespoň jednoho dvojčinného dutého pístu (1) uloženého v ležatém válci (2), vyznačující se tím,že dvojčinný dutý píst (1) je opatřen středové vzájemně protilehle uloženými dutými pístnicemi (3,3.1) opatřenými přívody (4,4.1) páry, přičemž volný konec první duté pístnice (3) přivrácené k prvnímu vertikálnímu nosiči (6) elevátoru je napojen na lano (5) prvního závaží, které je vedeno přes první sestavu (6.2) kladek a volný konec opačně orientované druhé duté pístnice (3.1) přivracené k druhému vertikálnímu nosiči (6.1) elevátoru je napojen na lano (5.1) druhého závaží, které je vedeno přes druhou sestavu (6.3) kladek, přičemž na opačném konci lana (5) prvního závaží je upevněno první závaží (7) kluzně uložené na první vodící tyči (8) a na opačném konci lana (5.1) druhého závaží je upevněno druhé závaží (7.1) kluzně uložené na druhé vodící tyči (8.1) a přičemž první závaží (7) je opatřeno prvním lanovým spínacím prvkem (9), kterým prochází spojité lano (10) prvního elevátoru a druhé závaží (7.1) je opatřeno druhým lanovým spínacím prvkem (9.1), kterým prochází spojité lano (10.1) druhého elevátoru, přičemž spojité lano (10) prvního elevátoru je napojeno na první převodový systém (19) prvního elevátoru a prvni elektrický generátor (12) a spojité lano (9.1) druhého elevátoru je napojeno na druhý převodový systém (19.1) druhého elevátoru a druhý elektrický generátor (12 1)
2. 2. Zařízení pro získáváni mechanické energie podle nároku 1, vyznačující se tím, že první pracovní prostor (2.1) válce je opatřen prvním vzduchovým výdechem (15) opatřený prvním vzduchovým uzávěrem (15.2) a prvním elektromagnetickým ventilem (16) a druhý pracovní prostor (2.2) válce je opatřen druhým vzduchovým výdechem (15.3) a druhým elektromagnetickým ventilem (161), přičemž ve spodní části ležatého válce (2) jsou vytvořeny drenážní kanály (1.1,1.2) válce.
3. 3. Zařízení pro získávání mechanické energie podle nároků la 2, vyznačující se tí m , že z prvního pracovního prostoru (2.1) válce je vyústěn první drenážní kanál (1.1) válce a z druhého pracovního prostoru (2.2) válce je vyústěn drahý drenážní kanál (12) vlče.
4. 4. Zařízeni pro získáváni mechanické energie podle nároků 1,2 a 3, vyznačující se t í m, že průřez dutého dvojčinného pístu (1) je s výhodou čtvercového tvaru.
5. 5. Zařízení pro získáváni mechanické energie podle nároků l,23a 4, vyznačující se t í m , Že první převodový systém (19) je opatřen prvním setrvačníkem (13) a druhý převodový systém (19.1) je opatřen druhým setrvačníkem (13.1)