RU2116460C1 - Method of operation of pneumatic motor and device for its realization (versions) - Google Patents
Method of operation of pneumatic motor and device for its realization (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2116460C1 RU2116460C1 RU97101680A RU97101680A RU2116460C1 RU 2116460 C1 RU2116460 C1 RU 2116460C1 RU 97101680 A RU97101680 A RU 97101680A RU 97101680 A RU97101680 A RU 97101680A RU 2116460 C1 RU2116460 C1 RU 2116460C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- piston
- refrigerant
- working fluid
- air motor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 40
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 23
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 231100000989 no adverse effect Toxicity 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108020005351 Isochores Proteins 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению и преобразованию тепловой энергии в механическую без вредных последствий для окружающей среды. The invention relates to engine building and the conversion of thermal energy into mechanical energy without harmful environmental consequences.
Известен способ работы пневматического двигателя, питаемого сжатым воздухом. Воздух перед использованием в двигателе смешивают с водородом и окисляют в каталитической камере, тем самым повышая его температуру [1]. Но для осуществления этого способа необходимо иметь запас сжатого воздуха и водорода, что громоздко и небезопасно. A known method of operation of a pneumatic engine fed by compressed air. Before use in the engine, air is mixed with hydrogen and oxidized in a catalytic chamber, thereby increasing its temperature [1]. But to implement this method, it is necessary to have a supply of compressed air and hydrogen, which is bulky and unsafe.
При работе поршневого пневмодвигателя используют тепло окружающей среды, в частности воздуха [2] . Для этого воздух, находящийся в рабочей камере, охлаждают за счет впрыска в камеру хладагента. При этом давление в ней падает. Поршень под действием разности давлений перемещается, совершая полезную работу. Затем процесс заполнения рабочей камеры, впрыск хладагента, совершение полезного хода поршня и опорожнения рабочей камеры повторяются. During the operation of a piston air motor, ambient heat, in particular air, is used [2]. For this, the air in the working chamber is cooled by injection of refrigerant into the chamber. In this case, the pressure in it drops. The piston moves under the action of the differential pressure, doing useful work. Then the process of filling the working chamber, injection of refrigerant, making the piston's effective stroke and emptying the working chamber are repeated.
Принципиальным отличием этого способа является то, что процесс нагрева рабочего тела в камере двигателя и получение полезной работы за счет его расширения заменен на процесс охлаждения рабочего тела, понижения давления в нем, вследствие чего окружающая среда совершает полезную работу, сжимая рабочее тело. Поглощение тепла в камере осуществляется с помощью вводимого в камеру хладагента, являющегося аккумулятором тепла. The principal difference of this method is that the process of heating the working fluid in the engine chamber and obtaining useful work by expanding it has been replaced by the process of cooling the working fluid, lowering the pressure in it, as a result of which the environment performs useful work by compressing the working fluid. The absorption of heat in the chamber is carried out using the refrigerant introduced into the chamber, which is the heat accumulator.
Для осуществления эффективной работы такого двигателя необходимо поглощать значительное количество тепла рабочего тела. В противном случае понижение температуры и давления будет незначительным, что сделает двигатель с точки зрения получения полезной работы не эффективным. Поэтому хладагент должен обладать высокой поглощающей способностью, т.е. низким теплосодержанием и низкой температурой по отношению к окружающей среде, кроме того, он должен быть экологически безвреден. В наибольшей степени для этих целей подходят криогенные жидкости - жидкий воздух, жидкий азот. Однако при испарении, т. е. в процессе поглощения тепла, пары этих жидкостей занимают значительный объем в рабочей камере из-за их низкой плотности, что приводит к общему росту давления в рабочей камере и к снижению эффективности работы двигателя. For the effective operation of such an engine, it is necessary to absorb a significant amount of heat of the working fluid. Otherwise, the decrease in temperature and pressure will be insignificant, which will make the engine ineffective from the point of view of obtaining useful work. Therefore, the refrigerant must be highly absorbent, i.e. low heat content and low temperature in relation to the environment, in addition, it must be environmentally friendly. Most suitable for these purposes are cryogenic liquids - liquid air, liquid nitrogen. However, during evaporation, i.e., in the process of heat absorption, the vapors of these liquids occupy a significant volume in the working chamber because of their low density, which leads to a general increase in pressure in the working chamber and to a decrease in the efficiency of the engine.
Для преодоления этого недостатка и повышения эффективности работы такого двигателя предлагается реализовать следующий способ его работы и варианты конструкции двигателя. To overcome this drawback and increase the efficiency of such an engine, it is proposed to implement the following method of its operation and engine design options.
На фиг. 1 представлена циклограмма рабочего процесса в камере пневмодвигателя; на фиг. 2 - циклограмма процесса получения дополнительной полезной работы при использовании в качестве рабочего тела паров хладагента; на фиг. 3 - пневмодвигатель (вариант 1); на фиг. 4 - пневмодвигатель (вариант 2). In FIG. 1 shows a cyclogram of the working process in the chamber of the air motor; in FIG. 2 - a sequence diagram of the process of obtaining additional useful work when using refrigerant vapor as a working fluid; in FIG. 3 - air motor (option 1); in FIG. 4 - air motor (option 2).
Рассмотрим циклограмму рабочего процесса (фиг. 1). Consider the sequence diagram of the workflow (Fig. 1).
На участке 2 - 3 (фиг. 1) камера соединена с окружающей средой и идет цикл расширения - увеличение объема камеры при постоянном давлении, затем клапан, соединяющий камеру с окружающей средой, закрывают и в полость, окружающую камеру, впрыскивают жидкий хладагент. In section 2 - 3 (Fig. 1), the chamber is connected to the environment and there is an expansion cycle — the chamber volume increases at constant pressure, then the valve connecting the chamber to the environment is closed and liquid refrigerant is injected into the cavity surrounding the chamber.
Через стенки камеры тепло от рабочего тела переходит к хладагенту, давление в камере падает по изохоре 3-4 и поршень под действием давления окружающей среды начинает двигаться в обратном направлении, совершая полезную работу и уменьшая объем рабочей камеры. Если бы этот процесс был адиабатическим, то процесс пошел бы по адиабате 4-1 и полезная работа определялась бы площадью фигуры, образованной точками 2-3-4-1. Но так как между камерой и полостью осуществляется теплообмен, процесс идет по изотерме 4-1'. Through the walls of the chamber, heat from the working fluid passes to the refrigerant, the pressure in the chamber drops along isochore 3-4 and the piston, under the influence of environmental pressure, begins to move in the opposite direction, doing useful work and reducing the volume of the working chamber. If this process were adiabatic, then the process would go along the adiabat 4-1 and useful work would be determined by the area of the figure formed by points 2-3-4-1. But since heat is exchanged between the chamber and the cavity, the process proceeds along the 4-1 'isotherm.
На участке 1' - 2' осуществляется выхлоп рабочего тела из камеры. On the site 1 '- 2' is the exhaust of the working fluid from the chamber.
При таком способе работы двигателя отсутствует вредное влияние испарившегося хладагента на величину разрежения в камере, т. к. пары хладагента в камеру не попадают. Кроме того, т. к. рабочий ход осуществляется с отведением тепла, в цикле можно получить большую работу (площадь участка, образованная точками 2'- 3' - 4' - 1' на фиг. 1). With this method of engine operation, there is no harmful effect of the evaporated refrigerant on the amount of vacuum in the chamber, since the refrigerant vapor does not enter the chamber. In addition, since the working stroke is carried out with the removal of heat, in the cycle you can get a lot of work (the area of the plot formed by points 2'-3 '- 4' - 1 'in Fig. 1).
Но, кроме этого, можно получить дополнительную работу, используя испарившийся хладагент в другом пневматическом двигателе в качестве рабочего тела. В подтверждение этого рассмотрим циклограмму, представленную на фиг. 2. But, besides this, you can get additional work using the evaporated refrigerant in another air motor as a working fluid. In confirmation of this, we consider the sequence diagram shown in FIG. 2.
В точке 1 в полости, окружающей рабочую камеру, давление равно атмосферному. В момент впрыска хладагента на участке 1 - 2 давление растет за счет подвода тепла из камеры и испарения жидкого хладагента. Затем из полости испарившийся хладагент под давлением p2 поступает в камеру второго пневмодвигателя и адиабатически расширяется. Если расширение хладагента происходит во время цикла сжатия в первом пневмодвигателе, то происходит теплообмен между рабочим телом первого пневмодвигателя и хладагентом, в результате чего при расширении пары хладагента расширяются изотермически (участок 2 - 3'). На участке 3' - 4' открывается выпускной клапан второго пневмодвигателя и давление в его камере становится равным атмосферному (точка 4'). После чего хладагент выбрасывается в атмосферу (участок 4' - 1). Дополнительная полезная работа определяется площадью фигуры, образованной точками 2 - 3'- 4'- 1. Таким образом, технический результат, достигнутый при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности работы пневмодвигателя за счет увеличения степени разрежения в рабочей камере и возможности использования паров хладагента для получения дополнительной работы.At
В качестве устройства, реализующего описанный выше способ, предлагается пневмодвигатель, схема которого приведена на фиг.3 (вариант 1). As a device that implements the method described above, a pneumatic motor is proposed, the circuit of which is shown in figure 3 (option 1).
Двигатель состоит из камеры 1, клапана 2 для впуска и выпуска рабочего тела, поршня 3, шатуна 4, кривошипа 5, образующих кривошипно-шатунный механизм, форсунки 6 для впрыска хладагента, замкнутой полости 7, окружающей камеру 1, впускного канала 8, соединяющего полость 7 с объемом 9 камеры 1, предназначенного для испарившегося хладагента и образованного нижней крышкой 10 камеры 1 и обратной стороной поршня 3, клапана 11 для выпуска паров хладагента, маховика 12. The engine consists of a
Работа двигателя осуществляется следующим образом. В положении нижней мертвой точки поршня 3 клапаны 2 и 11 закрыты. Через форсунку 6 в полость 7 впрыскивают хладагент. Температура в полости 7 понижается, тепло от рабочего тела из камеры 1 через стенки поступает в полость 7 и хладагент испаряется. Давление в камере 1 падает, а в полости 7 растет. Под действием давления окружающей среды и паров хладагента поршень 3 движется вверх, за счет чего осуществляется поворот кривошипа 5, т. е. осуществляется рабочий ход двигателя. При выравнивании давления в камере 1, полости 7 и окружающей среде клапаны 2, 11 открываются, обеспечив возможность выброса рабочего тела и паров хладагента в окружающую среду. За счет накопленной в маховике 12 энергии при движении поршня 3 вниз при открытых клапанах 2 и 11 происходит заполнение камеры 1 новой порцией рабочего тела и выброс паров хладагента. После чего клапаны 2 и 11 закрывают и процесс повторяется. The operation of the engine is as follows. In the position of the bottom dead center of the
Устройство может быть выполнено таким образом, что окружающая камеру двигателя замкнутая полость соединена с рабочей камерой другого двигателя, кинематически связанного с первым (вариант 2). The device can be made in such a way that a closed cavity surrounding the engine chamber is connected to the working chamber of another engine kinematically connected with the first (option 2).
На фиг. 4 изображена схема такого устройства, состоящего из камеры 1, клапана 2 для впуска и выпуска рабочего тела, поршня 3 с шатуном 4, кривошипа 5, форсунки 6 для впрыска хладагента, полости 7, окружающей рабочую камеру 1, впускного канала 8, соединяющего полость 7 с камерой 9 для испарившегося хладагента, поршня 13 и шатуна 14, закрепленного на кривошипе 5, клапана 11 для выпуска паров хладагента из двигателя, маховика 12. In FIG. 4 shows a diagram of such a device consisting of a
Двигатель работает следующим образом. В положении нижней мертвой точки поршня 3 и верхней мертвой точки поршня 13 клапаны 2 и 11 закрыты. Через форсунку 6 в полость 7 впрыскивают хладагент. Температура в полости 7 понижается, тепло от рабочего тела из камеры 1 через стенки поступает в полость 7 и идет на испарение хладагента. Давление в камере 1 падает, а давление в полости 7 растет. Под действием давления окружающей среды поршень 3 движется вверх, а под действием давления паров хладагента поршень 13 движется вниз, за счет чего осуществляется поворот кривошипа, т. е. рабочий ход двигателя. При выравнивании давления в камерах 1 и 9 и окружающей среде клапаны 2 и 11 открываются, обеспечив возможность выброса рабочего тела и паров хладагента в окружающую среду. За счет накопленной в маховике 12 энергии при движении поршня 3 вниз при открытом клапане 2 происходит заполнение рабочей камеры 1 новой порцией рабочего тела. В то же время при открытом клапане 11 поршень 8 движется вверх, выталкивая пары хладагента из камеры 9 в окружающую среду. После этого клапаны 2 и 11 закрывают и процесс повторяется. The engine operates as follows. In the position of the bottom dead center of the
Предложенные устройства позволяют не менее чем вдвое повысить эффективность работы двигателя по сравнению с прототипом. The proposed device allows not less than double the efficiency of the engine compared to the prototype.
Источники информации. Sources of information.
1. Серов В. И. Способ работы машины. Авторское свидетельство СССР N 663858, кл. F 01 B 23/06, 1979. 1. Serov V. I. The way the machine works. USSR copyright certificate N 663858, cl. F 01 B 23/06, 1979.
2. Буриков В. С. Способ работы поршневого пневмодвигателя. Авторское свидетельство СССР N 1818478, кл. F 01 B 23/06, 1993. 2. Burikov V. S. The method of operation of a piston air motor. USSR author's certificate N 1818478, cl. F 01 B 23/06, 1993.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101680A RU2116460C1 (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Method of operation of pneumatic motor and device for its realization (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101680A RU2116460C1 (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Method of operation of pneumatic motor and device for its realization (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2116460C1 true RU2116460C1 (en) | 1998-07-27 |
| RU97101680A RU97101680A (en) | 1999-02-27 |
Family
ID=20189625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97101680A RU2116460C1 (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Method of operation of pneumatic motor and device for its realization (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2116460C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2320892C2 (en) * | 2003-05-21 | 2008-03-27 | Виталий Алексеевич Конюхов | Working medium double-expansion machine |
| RU2526605C1 (en) * | 2013-07-01 | 2014-08-27 | Валентин Павлович Румянцев | Converter of thermodynamic processes into mechanical work |
| RU2527000C1 (en) * | 2013-07-01 | 2014-08-27 | Валентин Павлович Румянцев | Hybrid thermal machine |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU663858A1 (en) * | 1973-04-23 | 1979-05-25 | Serov Viktor | Method of machine operation |
-
1997
- 1997-02-06 RU RU97101680A patent/RU2116460C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU663858A1 (en) * | 1973-04-23 | 1979-05-25 | Serov Viktor | Method of machine operation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SU, авторское св идетельство, 1818478, F 01 B 23/06, 1993. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2320892C2 (en) * | 2003-05-21 | 2008-03-27 | Виталий Алексеевич Конюхов | Working medium double-expansion machine |
| RU2526605C1 (en) * | 2013-07-01 | 2014-08-27 | Валентин Павлович Румянцев | Converter of thermodynamic processes into mechanical work |
| RU2527000C1 (en) * | 2013-07-01 | 2014-08-27 | Валентин Павлович Румянцев | Hybrid thermal machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5638684A (en) | Stirling engine with injection of heat transfer medium | |
| KR101156726B1 (en) | Engine with an active mono-energy and/or bi-energy chamber with compressed air and/or additional energy and thermodynamic cycle thereof | |
| US8276384B2 (en) | Ambient temperature thermal energy and constant pressure cryogenic engine | |
| US5934076A (en) | Heat engine and heat pump | |
| US4041708A (en) | Method and apparatus for processing vaporous or gaseous fluids | |
| JP4647872B2 (en) | Engine driven by liquefied gas | |
| US4132505A (en) | Thermocompressor utilizing a free piston coasting between rebound chambers | |
| WO2009059562A1 (en) | A pneumatic-thermal expansion type cycling method and the apparatus thereof | |
| CN108443110B (en) | A piston device for realizing isothermal compression and expansion of gas | |
| CN103161774A (en) | Liquid piston device with isothermy scaling of air achievable and with temperature controlled inside | |
| JP5384105B2 (en) | A low-temperature engine-compressor unit with an active chamber that continuously burns "cold" at constant pressure | |
| CN1269465A (en) | Supercritical backheat-heated engine | |
| KR101255160B1 (en) | Two stroke steam-to-vacuum engine | |
| RU2116460C1 (en) | Method of operation of pneumatic motor and device for its realization (versions) | |
| Ordonez et al. | Cryogenic heat engines for powering zero emission vehicles | |
| CN1034246A (en) | Low backpressure regenerating condensed steam type turbine equipment | |
| RU2166103C2 (en) | Method and device for converting heat energy into mechanical work | |
| JP2002206819A (en) | Starling engine | |
| WO2022257444A1 (en) | Binary working medium heat energy power device | |
| US1334281A (en) | Storage and utilization of energy by means of liquids | |
| CN101071007A (en) | Environmental heat energy reasonable utilization system | |
| RU2148220C1 (en) | Thermal pump working by reverse stirling cycle | |
| CN110905621A (en) | Prime motor and work doing method | |
| SU438845A1 (en) | Refrigerating gas machine | |
| CN1873223A (en) | Heat engine of energy conversion between liquid and gas in low termperature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090207 |