Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) содержит цилиндры (1, 2, 3, 4) сгорания, включающие, по меньшей мере, два комплекта цилиндров сгорания, в каждом из которых поршни двух противоположных цилиндров (1, 2, 3, 4) сгорания взаимосвязаны общим штоком (5, 6) поршня. Два штока (5, 6) поршней соединены посредством одного балансира (7), а пригодную для использования энергию отбирают из кинетической энергии указанного балансира (7). Двигатель...
Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение
Основным показателем эффективности тепловых машин является коэффициент полезного действия (кпд) - отношение полезной работы к количеству тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, затраченного на получение этой работы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известны паровые двигатели (паровые машины), в которых потенциальная тепловая энергия (давление) водяного пара преобразуется в механическую работу (Большая советская энциклопедия, третье издание, том 19, М.: Советская энциклопедия, 1975, стр. 219). Недостатком паровых машин является низкий кпд (от 1 до 20%).
Известны двигатели внутреннего сгорания (ДВС), в которых химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу (Большая советская энциклопедия, третье издание, том 7, М.: Советская энциклопедия, 1975, стр. 575÷577). Максимальный кпд наиболее современных ДВС (дизелей) составляет порядка 44%.
Известны тепловые машины, в которых кпд увеличивается за счет регенерации теплоты.
Задачей изобретения является повышение кпд двигателя внутреннего сгорания за счет преобразования неиспользованной в них теплоты в полезную работу.
Поставленная задача решается за счет того, что тепловая машина, состоящая из двигателя внутреннего сгорания, содержащего цилиндропоршневую группу, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, систему топливопитания, теплообменник, установленный на корпусе двигателя; парового двигателя, содержащего цилиндропоршневую группу, кривошипно-шатунный механизм, механизм парораспределения, теплообменник-испаритель, конденсатор, установленный на выходе из цилиндров парового двигателя, насос, установленный на выходе из конденсатора, при этом теплообменник-испаритель установлен внутри выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания, соединен последовательно с теплообменником, установленным на корпусе двигателя внутреннего сгорания, и имеет общее с указанным теплообменником и паровым двигателем рабочее тело.
");
В состав тепловой машины входят два и более паровых двигателя, теплообменники-испарители которых установлены последовательно внутри выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания, рабочими телами которых, начиная со второго, являются хладагенты, используемые в конденсаторах предыдущих двигателей. Хладагентом для конденсатора является воздух (топливовоздушная смесь), поступающий в цилиндры двигателя внутреннего сгорания.
В состав тепловой машины входят два и более паровых двигателя, теплообменники-испарители которых установлены последовательно внутри выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания, рабочими телами которых, начиная со второго, являются хладагенты, используемые в конденсаторах предыдущих двигателей, а хладагентом замыкающего конденсатора является воздух, поступающий в двигатель внутреннего сгорания.
Хладагентом для конденсатора является криогенное топливо (жидкий водород), используемое в двигателе внутреннего сгорания. Двигателем внутреннего сгорания является дизель.
Сущность изобретения состоит в том, что для повышения кпд двигателей внутреннего сгорания неиспользованную в них теплоту (тепловые потери) частично преобразуют в полезную работу, используя для этих целей паровой двигатель, работающий по замкнутому циклу, для чего на корпусе ДВС и внутри его выхлопной трубы устанавливают нагревательные элементы (теплообменники), имеющие общее с паровым двигателем рабочее тело.
С целью повышения количества преобразуемой в работу теплоты, в выхлопной трубе ДВС последовательно устанавливают ряд теплообменников с различными рабочими телами и, соответственно, ряд паровых двигателей. При этом рабочими телами теплообменников (паровых двигателей), начиная со второго, являются хладагенты (рабочие тела, используемые в теплообменниках-конденсаторах) предыдущих двигателей.
Для снижения тепловых потерь в качестве хладагента для замыкающего конденсатора используют воздух, поступающий в ДВС, для чего указанный конденсатор устанавливают внутри входного канала ДВС.
На фиг.1 изображена схема тепловой машины;
на фиг.2 изображен термодинамический цикл тепловой машины;
на фиг.3 изображена схема тепловой машины;
на фиг.4 изображена зависимость кпд тепловой машины от кпд двигателей, входящих в ее состав;
");
на фиг.5 изображена схема тепловой машины;
на фиг.6 изображен термодинамический цикл тепловой машины;
на фиг.7 изображена схема тепловой машины;
на фиг.8 изображена схема тепловой машины.
схема тепловой машины
Тепловая машина (фиг.1) состоит из двигателя внутреннего сгорания 1, в который входят: цилиндропоршневая группа, кривошипно-шатунный механизм, механизм газораспределения, теплообменник 2, установленный на корпусе ДВС, топливный насос 3; парового двигателя 4, в который входят: цилиндропоршневая группа, кривошипно-шатунный механизм, механизм парораспределения, теплообменник-испаритель 5, расположенный внутри выхлопной трубы ДВС, конденсатор 6, расположенный на выходе из рабочих цилиндров, радиатор 7, насос 8, насос 9. Рабочим телом парового двигателя является жидкость, например вода.
Работа тепловой машины осуществляется следующим образом. Топливовоздушная смесь, сгорая в цилиндрах двигателя 1, совершает механическую работу, нагревает корпус двигателя и продукты сгорания, которые удаляются в выхлопную трубу. Вода, циркулирующая в теплообменнике 2, нагревается, охлаждая корпус двигателя 1, после чего поступает в теплообменник-испаритель 5, где дополнительно нагревается и испаряется. Образовавшийся пар расширяется в цилиндрах двигателя 4, совершая механическую работу. Из цилиндров пар удаляется в конденсатор 6, где его давление и температура понижается (пар охлаждается и конденсируется), тем самым создается разрежение, необходимое для работы парового двигателя. Из конденсатора тепло через радиатор 7 отводится в атмосферу, а конденсат (вода) насосом 9 отводится в магистраль высокого давления, после чего процесс возобновляется.
термодинамический цикл тепловой машины
На фиг.2 показан термодинамический цикл тепловой машины (фиг.1), иллюстрирующий положительный эффект, который заключается в появлении дополнительной работы L2 .
Эффективность тепловой машины зависит от кпд двигателей, входящих в ее состав, и эффективности теплообменников. Коэффициент полезного действия тепловой машины (фиг.1) определяется как
схема тепловой машины
При равенстве кпд (η i= const) формула (2) преобразуется в (1), т.е. тепловая машина с n двигателями, по сути, эквивалентна тепловой машине с минимальным количеством (два) двигателей, имеющей теплообменник-испаритель равной эффективности. Исходя из этого, формула (1) является универсальной и позволяет оценить теоретические возможности различных машин.
зависимость кпд тепловой машины от кпд двигателей, входящих в ее состав
На фиг.4 показана зависимость кпд тепловой машины от кпд базового ДВС η i=0,4, кпд паровых двигателей η i и температуры выхлопных газов Тхин (Тг ин=2000 К). Представленная номограмма позволяет, задавая кпд различных паровых двигателей (η i) и эффективности различных теплообменников (Тх ин), определять кпд различных тепловых машин η. Несмотря на то что кпд существующих паровых двигателей невысокие (до 20%) в системе тепловой машины (фиг.1) их эффективность возрастает (до 30...35% и более), что является следствием исключения так называемых котловых потерь, которые составляют 10-15% (Литвин A.M. Теоретические основы теплотехники. М.: Энергия, 1964, с.210). Таким образом, как это видно из фиг.4, кпд тепловой машины может превышать кпд базового двигателя в 1,3-1,4 раза.
");
схема тепловой машины
Более радикальным способом повышения кпд является исключение тепловых потерь в радиаторе 7 (фиг.1). Данная задача решается использованием для конденсации пара хладоресурса воздуха (топливовоздушной смеси), поступающего в цилиндры ДВС. Технически эта задача решается: либо размещением радиатора 7 внутри входного канала ДВС, либо размещением конденсатора 6 на входе в ДВС (фиг.5). В этом случае паровой двигатель практически не имеет потерь - все тепло, которое двигатель получает от ДВС (за исключением механических потерь и потерь, связанных с теплопроводностью), преобразуется в работу. Таким образом, кпд парового двигателя в системе тепловой машины (фиг.5) стремится к единице. Физически это означает, что паровой двигатель и базовый ДВС уже не являются самостоятельными двигателями, поскольку у них общие: нагреватель, холодильник и, фактически, термодинамический цикл. По существу, это принципиально новый ДВС (двигатель Письменного), тем не менее формула (1) справедлива и для этого случая с той разницей, что η 2=1 (см. фиг.4).
термодинамический цикл тепловой машины
Условный термодинамический цикл двигателя Письменного показан в T-S координатах на фиг.6. Цикл включает в себя работы ДВС и парового двигателя (LДВС и LПД соответственно). Процесс подвода тепла 2-3 определяется базовым ДВС, процесс отвода тепла 5-1 определяется паровым двигателем. Таким образом, воздействовать на величину работы можно изменяя характеристики того и другого двигателей. Способы воздействия на характеристики ДВС известны (Вукалович М.П., Новиков Н.И. Техническая термодинамика. М.: Энергия, 1968, с.376÷388). Основным способом воздействия на характеристики парового двигателя является изменение физических свойств рабочего тела. Рабочее тело должно обладать минимальной теплотой парообразования и иметь температуру фазового перехода выше, чем температура воздуха на входе в ДВС, и ниже, чем температура газа на выходе из ДВС. Однако выполнение указанного условия не всегда гарантирует высокую эффективность тепловой машины. Дело в том, что расход рабочего тела, а следовательно, и работа парового двигателя, ограничены хладоресурсом воздуха (топливовоздушной смеси), поступающего в ДВС. Увеличить расход рабочего тела через паровой двигатель, не изменяя расхода рабочего тела через замыкающий конденсатор, можно введением промежуточных ступеней (фиг.7). В этом случае количество отбираемой у выхлопных газов теплоты, несмотря на ограниченный хладоресурс воздуха, используемого в конденсаторе, увеличивается. Последнее происходит вследствие увеличения потребления теплоты паровыми двигателями.
Максимальный кпд при минимальном весе двигатель Письменного будет иметь, если в конденсаторе в качестве хладагента использовать криогенное топливо, например жидкий водород (фиг.8).
схема тепловой машины
Использование в тепловой машине многоступенчатой схемы, а также криогенных топлив позволяет приблизить температуру выхлопных газов Тхин к температуре окружающего воздуха Тхmin (фиг.6), что, по существу, означает приближение линии 5-1 (фиг.6) к изотерме, а самого цикла к циклу Карно.
Наилучшим базовым ДВС для тепловой машины (при фиксированной Тгmax) является двигатель, имеющий более пологую линию 2-3 (фиг.6), приближающуюся к изотерме. Сегодня этому условию лучшим образом соответствует дизель.
схема тепловой машины.
Положительным эффектом предлагаемого изобретения следует считать возможность создания высокотемпературной тепловой машины с кпд, близким кпд цикла Карно, что при существующих температурах рабочих тел составляет более 80%.
Формула изобретения
1. Тепловая машина, состоящая из двигателя внутреннего сгорания, состоящего из цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунногр механизма, механизма газораспределения, системы топливопитания, теплообменника, установленного на корпусе двигателя; парового двигателя, состоящего из цилиндропоршневой группы, кривошипно-шатунного механизма, механизма парораспределения, теплообменника-испарителя, конденсатора, установленного на выходе из цилиндров парового двигателя, насоса, установленного на выходе из конденсатора, отличающаяся тем, что теплообменник-испаритель установлен внутри выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания, соединен последовательно с теплообменником, установленным на корпусе двигателя внутреннего сгорания, и имеет общее с указанным теплообменником и паровым двигателем рабочее тело.
2. Тепловая машина по п.1, отличающаяся тем, что в ее состав входят два и более паровых двигателя, теплообменники-испарители которых установлены последовательно внутри выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания, рабочими телами которых, начиная со второго, являются хладагенты, используемые в конденсаторах предыдущих двигателей.
3. Тепловая машина по п.1, отличающаяся тем, что хладагентом для конденсатора является воздух (топливовоздушная смесь), поступающий в цилиндры двигателя внутреннего сгорания.
4. Тепловая машина по п.1, отличающаяся тем, что в ее состав входят два и более паровых двигателя, теплообменники-испарители которых установлены последовательно внутри выхлопной трубы двигателя внутреннего сгорания, рабочими телами которых, начиная со второго, являются хладагенты, используемые в конденсаторах предыдущих двигателей, а хладагентом замыкающего конденсатора является воздух, поступающий в двигатель внутреннего сгорания.
5. Тепловая машина по п.1, отличающаяся тем, что хладагентом для конденсатора является криогенное топливо (жидкий водород), используемое в двигателе внутреннего сгорания.
6. Тепловая машина по п.1, отличающаяся тем, что двигателем внутреннего сгорания является дизель.
Имя изобретателя: Письменный Владимир Леонидович Имя патентообладателя: Письменный Владимир Леонидович Почтовый адрес для переписки: 141103, Московская обл., г. Щелково-3, ул. Супруна, 1, кв.40, В.Л. Письменному Дата начала отсчета действия патента: 19.08.2004
Разместил статью: admin
Дата публикации: 10-02-2006, 16:06
Использование: в машиностроении. Сущность изобретения: комбинированный двигатель транспортного средства с органами управления содержит двигатель внутреннего сгорания и установленный на его выпускном канале испаритель, паровая полость при помощи парового канала подсоединена к паровой поршневой машине, конденсатору и отсасывающему органу, причем паровая машина снабжена кулачками с ограничителями, установленными на валу с помощью подшипников. Имеется дополнительная паровая машина с разветвленным...
Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в качестве стационарной или транспортной силовой установки (СУ). Оно обеспечивает повышение надежности и улучшение энергоэкономических и экологических показателей работы СУ за счет увеличения степени утилизации тепловых потерь ДВС. Силовая установка содержит поршневой ДВС, паровую поршневую машину, связанные механически в силовой агрегат, и утилизационную часть, преобразующую тепловые потери ДВС в пар для паровой поршневой...
Ошибочно считать, что гравитация имеет полностью электромагнитное явление. Интересно при этом мы могли бы например наблюдать перемещение планет от звезды к звезде, если например произошло поляризация систем как при электрическом токе. А как тогда объясните наличие гравитации на марсе и ее только частичное слабое магнитное поле? Все дело не в поле, а во взаимосвязи планет и систем. Искать ответ нужно в пространстве.
В поисковике наберите \"О критике и критиках безопорного движения\" или \"Безопорное движение: семь доказательств\" и многие вопросы снимутся, но новые появятся:
- а что теперь делать с ракетами, самолётами, автомобилями?
- а что делать с наукой?
- а что делать с теми комментариями, которые появятся здесь, прежде чем будут открыты ссылки на сайты.
Электромагнитные волны распространяются в пустоте и в газовых средах. Так что все эти измышления о пустоте изначальной не состоятельны, т.к. безконечный космос заполнен безконечными ЭМВ. которые распространяются в космосе безконечное время. То есть время, пространство и ЭМВ существуют изначально.
Всё это бредни о создании вселенной из ничего или из большого взрыва. Взрывы во вселенной происходят постоянно в разных её частях. Космос (вселенная) существуют изначально как и время, как и электромагнитные волны, которыми заполнено всё космической пространство. Именно ЭМВ являются единственными источниками энергии. движения. творцом материи и самой жизни на многочисленных планетах космоса. изучайте Ноокосмизм.
Спасибо! Полезная очень статья!
Оперативность типографии BravoPrin - это один из преимущественных факторов , который свидетельствует о пользе цифровой полиграфии.
Сама убедилась в этом. Когда обратилась к их услугам
Очень доступные цены, индивидуальные подход к каждому клиенту , безупречное исполнение заказов!