DE112014000122T5

DE112014000122T5 - Process for the mutual transformation of mechanical energy and of potential compressed gas energy

Info

Publication number: DE112014000122T5
Application number: DE112014000122.8T
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2015-03-12
Also published as: WO2014142708A1; RU2511810C1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf den Maschinenbau, und zwar auf die Verfahren zur Umformung von mechanischer Energie in die potentielle Druckgasenergie und umgekehrt und kann für die Organisation des Arbeitszyklus in den Kompressoren, Verbrennungsmotoren, Expansionsmaschinen und anderen Kolbenmaschinen genutzt werden. Das Verfahren zur gegenseitigen Umformung von mechanischer Energie und von potentieller Druckgasenergie besteht in der zyklischen Änderung des Gasvolumens und in der periodischen Gaserneuerung durch Gaszufluss- und Abflusskanäle. Das angeführte Gasvolumen, das zwischen dem Zylinder und dem eingeführten Kolben eingeschlossen ist, ändert sich bei ihrer Verschiebung gegeneinander. Der Zylinder und der Kolben werden in der Form der hohlen Hülsen ausgeführt, die Kolben-(Zylinder)-köpfe und Mantelschüsse haben. Die Hülsen sind mit offenen Stirnflächen zueinander gewandt und sind mit dem eingestellten Mindestspalt zwischen Mantelschüssen ausgeführt. Der Spalt wird mit der Flüssigkeit gefüllt. Das Zylinder und der Kolben mit Flüssigkeit werden im potentiellen Wirkungsfeld so positioniert, dass Differenz zwischen dem Gasdruck innerhalb des Kolbens und dem äußeren Druck, der den Flüssigkeitsspiegel im Zwischenspalt beeinflusst, durch Differenz zwischen dem statischen Druck der Flüssigkeitssäule innerhalb des Kolbens und im Zwischenspalt ausgeglichen wird. Die Erfindung ermöglicht es den Wirkungsgrad des Verfahrens durch Minderung der Reibungsverluste und Annäherung des Druckverfahrens an einen isothermen Verlauf zu erhöhen.The invention relates to mechanical engineering, to the methods of converting mechanical energy into the potential compressed gas energy and vice versa, and can be used for the organization of the duty cycle in compressors, internal combustion engines, expansion engines and other reciprocating engines. The process of reciprocal mechanical energy and potential pressurized gas energy is the cyclic change in gas volume and the periodic gas renewal by gas inflow and outflow channels. The stated volume of gas trapped between the cylinder and the inserted piston changes as they are displaced. The cylinder and the piston are made in the form of the hollow sleeves having piston (cylinder) heads and shell shots. The sleeves are facing each other with open faces and are designed with the set minimum gap between shell shots. The gap is filled with the liquid. The cylinder and piston with liquid are positioned in the potential field of action so that the difference between the gas pressure within the piston and the external pressure affecting the liquid level in the intermediate gap is compensated by the difference between the static pressure of the liquid column inside the piston and in the intermediate gap , The invention makes it possible to increase the efficiency of the process by reducing the friction losses and approximating the printing process to an isothermal process.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Maschinenbau, und zwar auf die Verfahren zur Umformung von mechanischer Energie in die potentielle Druckgasenergie und umgekehrt und kann für die Organisation des Arbeitszyklus in den Kompressoren, Verbrennungsmotoren, Expansionsmaschinen und anderen Kolbenmaschinen genutzt werden. The invention relates to mechanical engineering, to the methods of converting mechanical energy into the potential compressed gas energy and vice versa, and can be used for the organization of the duty cycle in compressors, internal combustion engines, expansion engines and other reciprocating engines.

Aus dem heutigen Stand der Technik ist das Verfahren zur gegenseitigen Umformung von mechanischer Energie und von potentieller Druckgasenergie bekannt. Dieses Verfahren besteht in der zyklischen Änderung des Gasvolumens zwischen dem Zylinder und dem Kolben bei ihrer relativen Bewegung zueinander und bei dem periodischen Gaswechsel in dem genannten Volumen über Gaszufuhr- und Abfuhrkanäle (siehe Patent GB 191209061 , Kl. F02B 57/08, veröffentlicht am 31.10.1912). Zu den Nachteilen dieses bekannten Verfahrens gehören ein niedriger Umsetzungswirkungsgrad wegen hoher mechanischer Reibungsverluste im Kolben-Zylinder-System, Notwendigkeit der Schmierung und – als Folge – Schmierölverunreinigung des kompressiblen Gases, Außerdem ist es nicht möglich das Gas mit einem Schub auf mehr als 10 bar zu verdichten, da das Gas bei einem höheren Komprimieren bis auf Temperaturen von mehr als 2500°С erhitzt wird, was zu einem schnellen Ausbrennen von Schmieröl führt. From today's state of the art, the method for the mutual transformation of mechanical energy and of potential compressed gas energy is known. This method consists in the cyclical change of the gas volume between the cylinder and the piston in their relative movement to each other and in the periodic gas exchange in said volume via gas supply and discharge channels (see patent GB 191209061 , Kl. F02B 57/08, published 31.10.1912). Disadvantages of this known method include low conversion efficiency due to high mechanical friction losses in the piston-cylinder system, the need for lubrication and, as a consequence, lubricating oil contamination of the compressible gas. In addition, it is not possible to thrust the gas at more than 10 bar because the gas is heated to a temperature of more than 2500 ° C at a higher compression, resulting in a quick burning out of lubricating oil.

Das Ziel der Erfindung ist die Behebung der genannten Mängel. Das technische Ergebnis besteht in der Erhöhung des Wirkungsgrades des Prozesses durch Annäherung des Verdichtungsverlaufes an einen isothermen Verlauf. Die Lösung der gestellten Aufgabe und die Erzielung des technischen Ergebnisses werden auf folgende Weise erreicht: nach dem Verfahren zur gegenseitigen Umformung von mechanischer Energie und von potentieller Druckgasenergie, das in der zyklischen Änderung des Gasvolumens zwischen Zylinder und Kolben bei ihrer relativen Bewegung zueinander und bei dem diskontinuierlichen Gaswechsel in dem genannten Volumen durch Gaszufuhr- und Abfuhrkanäle besteht, werden der Zylinder und der Kolben, die in Form von hohlen Hülsen mit Böden und Mantelschüssen ausgeführt sind, mit offenen Stirnflächen zueinander gewandt sind und den Mindestspalt zwischen Mantelschüssen aufweisen, zum Teil mit Flüssigkeit gefüllt, wobei der Zylinder und der Kolben mit Flüssigkeit im Wirkungsfeld potentieller Kräfte so positioniert werden, dass die Differenz zwischen dem statischen Säulendruck inmitten des Kolbens und im Zwischenraum den Unterschied zwischen dem Gasdruck inmitten des Kolbens und dem die Oberfläche der Flüssigkeit beeinflussenden Außendruck ausgleicht. Der Zylinder und der Kolben, beide mit Flüssigkeit gefüllt, werden vorzugsweise im Wirkungsfeld der Gravitations- und Zentrifugalkräfte positioniert. Als Flüssigkeit könnten Wasser, Schmelze oder Lösungen verwendet werden. Die Flüssigkeit wird ständig oder periodisch zugefügt und gewechselt. The object of the invention is the elimination of said deficiencies. The technical result is to increase the efficiency of the process by approximating the compression curve to an isothermal course. The solution of the problem and the achievement of the technical result are achieved in the following way: according to the method of mutual conversion of mechanical energy and potential compressed gas energy, in the cyclic change of the gas volume between cylinder and piston in their relative movement to each other and in the discontinuous gas exchange in said volume by gas supply and discharge channels, the cylinder and the piston, which are designed in the form of hollow sleeves with trays and shell shots are facing each other with open faces and have the minimum gap between shell shots, some with liquid filled, wherein the cylinder and the piston are positioned with liquid in the field of effect of potential forces so that the difference between the static column pressure in the middle of the piston and in the space difference between the gas pressure in the middle of the piston and the Oberf the liquid balancing external pressure compensates. The cylinder and the piston, both filled with liquid, are preferably positioned in the field of action of the gravitational and centrifugal forces. As a liquid, water, melt or solutions could be used. The liquid is constantly or periodically added and changed.

In 1 ist ein Kompressor dargestellt, der nach dem vorgeschlagenen Verfahren im Feld der Gravitationskräfte funktioniert (Aussaugzyklus); In 1 a compressor is shown, which works according to the proposed method in the field of gravitational forces (suction cycle);

In 2 – das gleiche, wie in 1 (Einpresszyklus); In 2 - the same as in 1 (Injecting cycle);

In 3 ist ein Kompressor mit zusammengeschlossenen Kolben in zusammengeschlossenen Zylindern dargestellt, der nach dem vorgeschlagenen Verfahren im zentrifugalen Kraftfeld funktioniert; In 3 there is shown a co-packaged compressor in coalesced cylinders operating in the centrifugal force field according to the proposed method;

In 4 – das gleiche, wie in 3, mit mehreren fächerförmig angeordneten Kolben und Zylindern. In 4 - the same as in 3 , with several fan-shaped pistons and cylinders.

Der einfachste Kompressor für die Umsetzung des vorgeschlagenen Verfahrens wird in den 1–2 dargestellt und besteht aus einem starren Zylinder 1 in der Form einer hohlen Hülse, der mit dem Pressluftabfuhrkanal 2 und mit dem selbsttätigen Ablassventil 3 ausgestattet ist. Inmitten des Zylinders ist der Kolben 4 mit Kolbenkopf 5 und mit zylindrischem Mantelschuss 6 untergebracht. Zwischen dem Mantelschuss 6 des Kolbens 4 und der inneren Fläche des Mantelschusses im Zylinder 1 wird ein mit Flüssigkeit gefüllter Mindestspalt 7 eingestellt. Als Flüssigkeit 8 können Wasser oder Salz- oder Alkalilaugen oder die Schmelzen eines Stoffes benutzt werden, der bei hohen Temperaturen seine Oxydationsbeständigkeit und Destruktionsfestigkeit behält (z.B. Schmelzglas oder Schmelzsalz). Der Kolbenkopf 5 des Kolbens 4 besitzt einen Luftzufuhrkanal 9 mit einem selbsttätigen Einströmventil 10. Der Kolbenkopf 5 des Kolbens 4, die innere Fläche seines Mantelschusses 6 und die Flüssigkeitsoberfläche 8 im Kolben 4 bilden einen geschlossenen Luftinnenraum 11 mit einem Volumen, das sich mit jedem Hin- und Rückgang des Kolbens 4 im Zylinder 1 zyklisch ändert. Das System befindet sich im Schwerkraftfeld g. Für die Auffüllung des Flüssigkeitsumfanges 8, der wegen der Verdampfung und des Abganges mit der Pressluftströmung unabwendbar rückläufig ist, und für den Ersatz der sich bei der Gasverdichtung erwärmenden Flüssigkeit 8 ist eine Pumpe vorgesehen, die die Flüssigkeit 8 im Zylinder 1 ständig nachpumpt (in Figuren nicht gezeigt). The simplest compressor for the implementation of the proposed method is in the 1 - 2 represented and consists of a rigid cylinder 1 in the form of a hollow sleeve connected to the compressed air discharge channel 2 and with the automatic drain valve 3 Is provided. In the middle of the cylinder is the piston 4 with piston head 5 and with cylindrical jacket shot 6 accommodated. Between the jacket shot 6 of the piston 4 and the inner surface of the shell shot in the cylinder 1 becomes a liquid-filled minimum gap 7 set. As a liquid 8th For example, water or saline or caustic lye or the melting of a substance that retains its resistance to oxidation and destruction at high temperatures (eg molten glass or molten salt) may be used. The piston head 5 of the piston 4 has an air supply duct 9 with an automatic inlet valve 10 , The piston head 5 of the piston 4 , the inner surface of his jacket shot 6 and the liquid surface 8th in the piston 4 form a closed air inside 11 with a volume that goes with every back and forth of the piston 4 in the cylinder 1 changes cyclically. The system is located in gravity field g. For filling up the liquid volume 8th , which is inevitably declining due to the evaporation and the exit with the compressed air flow, and for the replacement of the liquid which is heated during the gas compression 8th a pump is provided, which is the liquid 8th in the cylinder 1 constantly pumping (not shown in figures).

Der in den 1–2 gezeigte Kompressor 2 funktioniert folgendermaßen:
Am Beginn der Aufwärtsbewegung des Kolbens 4 (siehe 1) entsteht im Innenraum 11 ein bestimmter Luftunterdruck. Unter Einwirkung der Differenz Außenluftdruck-Luftdruck im Innenraum 11 öffnet sich das Einströmventil 10 und bei weiterer Aufwärtsbewegung des Kolbens füllt sich der expandierende Innenraum 11 mit der Außenluft. Das Ausströmventil 3 ist dabei geschlossen. Die Differenz zwischen dem Außenluftdruck und dem Luftdruck im Innenraum 11 führt während des Ansaugtaktes zu der Versetzung der Flüssigkeit 8, sodass der durch Differenz „H“ der Wassersäulenhöhen im Kolben 4 und im Spalt 7 bedingte Unterschied der Ruhedrücke der Flüssigkeit 8 die Differenz zwischen dem Außenluftdruck und dem Luftdruck im Innenraum 11 ausgleicht. The in the 1 - 2 shown compressor 2 works like this:
At the beginning of the upward movement of the piston 4 (please refer 1 ) arises in the interior 11 a certain negative air pressure. Under the effect of the difference outside air pressure-air pressure in the interior 11 the inlet valve opens 10 and with further upward movement of the piston fills the expanding interior 11 with the outside air. The discharge valve 3 is closed. The difference between the outside air pressure and the air pressure in the interior 11 leads during the intake stroke to the displacement of the liquid 8th , so that by difference "H" of the water column heights in the piston 4 and in the gap 7 conditional difference of the resting pressures of the liquid 8th the difference between the outside air pressure and the air pressure in the interior 11 balances.

Am Beginn der Abwärtsbewegung des Kolbens 4 (siehe 2) schließt sich das Einströmventil 10. Das Ausströmventil bleibt vorerst auch geschlossen. Es kommt zu der Volumenabnahme des Innenraumes 11 und zu der inneren Luftkompression. Nach der Luftverdichtung im Innenraum 11 auf den erforderlichen Luftdruck öffnet sich das Ausströmventil 3 und bei der fortdauernden Abwärtsbewegung des Kolbens 4 wird die Pressluft aus dem Innenraum 11 über den Abfuhrkanal 2 an den Verbraucher abgeleitet. Im Folgenden beginnt der Kolben 4 die Aufwärtsbewegung und der Arbeitszyklus des Kompressors wiederholt sich. Die Differenz zwischen dem Außenluftdruck und dem Luftdruck im Innenraum 11 während des Verdichtungs- und Förderungsschubes versetzt die Flüssigkeit 8, sodass der durch Differenz „H“ der Wassersäulenhöhen im Kolben 4 und im Spalt 7 bedingte Unterschied der Ruhedrücke der Flüssigkeit 8 im Schwerkraftfeld, die Differenz zwischen dem Außenluftdruck und dem Luftdruck im Innenraum 11 ständig ausgleicht. Bei der Luftpressung im Innenraum 11 steigt ihre Temperatur. Durch Wärmeabgabe kommt es zum Anwärmen der Flüssigkeit 8. Die Förderpumpe (in der Figur nicht gezeigt) liefert ständig neue Kaltflüssigkeit 8 in den Zylinder 1. Die Höhe der offenen oberen Stirnfläche des Zylinders 1 wurde dabei so errechnet, dass der Übermaß an Flüssigkeit 8 bei jedem Kompressionszyklus aus dem Spalt 7 über die Zylinderoberkante 1 fließt, wonach dieses Übermaß an der erwärmten Flüssigkeit 8 verwertet wird. At the beginning of the downward movement of the piston 4 (please refer 2 ) closes the inflow valve 10 , The discharge valve remains closed for the time being. It comes to the volume decrease of the interior 11 and to the inner air compression. After the air compression in the interior 11 to the required air pressure opens the discharge valve 3 and in the continuing downward movement of the piston 4 is the compressed air from the interior 11 via the discharge channel 2 derived to the consumer. In the following, the piston starts 4 the upward movement and the duty cycle of the compressor is repeated. The difference between the outside air pressure and the air pressure in the interior 11 During the compression and delivery thrust the liquid is displaced 8th , so that by difference "H" of the water column heights in the piston 4 and in the gap 7 conditional difference of the resting pressures of the liquid 8th in the gravitational field, the difference between the outside air pressure and the air pressure in the interior 11 constantly compensates. In the air pressure in the interior 11 their temperature rises. Heat is released to warm the liquid 8th , The feed pump (not shown in the figure) constantly supplies new cold liquid 8th in the cylinder 1 , The height of the open upper face of the cylinder 1 was calculated so that the excess of liquid 8th out of the gap at every compression cycle 7 over the cylinder top edge 1 flows, after which this excess of the heated liquid 8th is recycled.

Die maximale Luftkompression ist bei dieser Kompressorbauart direkt proportional zu der Gravitationsbeschleunigung, Flüssigkeitsdichte 8 und Differenz der Flüssigkeitshöhen im Kolben 4 und im Ringspalt 7. Deswegen ist es zweckmäßig, um die Luftkompressionsstufe zu erhöhen, die Flüssigkeiten mit hoher Dichte wie Quecksilber oder Salzlösungen, z.B. Lösungen von Kalziumbromid, Zinkbromid, Zinkchlorid oder ihre Mischungen mit einer Dichte bis 2200 kg/m³ zu verwenden. In der oben geschriebenen Kompressorkonstruktion fehlen im Vergleich zu den allgemein bekannten Konstruktionen der Kolbenkompressoren Seitenkräfte, die den Kolben an den Zylinder drücken, fehlt unmittelbarer Kontakt zwischen den Seitenflächen des Kolbens und des Zylinders, was zu der wesentlichen Verringerung der Reibungsverluste führt. Der maximale Verdichtungsgrad ist durch die Verdampfungstemperatur der eingesetzten Flüssigkeit beschränkt, aber bei ständigem Flüssigkeitswechsel kann die Temperatur des kompressiblen Gases die Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit wesentlich übertreffen. Außerdem nähert sich der Gasverdichtungsvorgang durch Abkühlung des kompressiblen Gases mittels der ständig erneuerbaren Kaltflüssigkeit der isothermen Verdichtung, was den Wirkungsgrad des Kompressors noch mehr erhöht. The maximum air compression in this type of compressor is directly proportional to the gravitational acceleration, liquid density 8th and difference in liquid levels in the flask 4 and in the annular gap 7 , Therefore, it is expedient to increase the air compression stage, to use the high-density liquids such as mercury or saline solutions, eg solutions of calcium bromide, zinc bromide, zinc chloride or their mixtures with a density up to 2200 kg / m ³ . In the compressor design described above, side forces urging the piston against the cylinder are lacking in direct contact between the side surfaces of the piston and the cylinder, resulting in the substantial reduction of friction losses compared to the well-known constructions of the reciprocating compressors. The maximum degree of compaction is limited by the evaporation temperature of the liquid used, but with constant liquid change, the temperature of the compressible gas can significantly exceed the evaporation temperature of the liquid. In addition, the gas compression process by cooling the compressible gas by means of the constantly renewable cold liquid approaches the isothermal compression, which increases the efficiency of the compressor even more.

In einer anderen Variante der Umsetzung des Verfahrens besteht der Kompressor (3) aus einem Außengehäuse, das sich um eine starre Achse 12 dreht und in der Form eines zylindrischen Rohrs mit geschlossenen Stirnflächen ausgeführt ist, das zwei Zylinder 1 verbindet. Jeder Zylinderboden ist mit Luftzufuhrkanälen 9 ausgerüstet, die mit einem Einströmventil 10 enden. In another variant of the implementation of the method, the compressor ( 3 ) from an outer casing, which is about a rigid axis 12 rotates and is designed in the form of a cylindrical tube with closed end faces, the two cylinders 1 combines. Each cylinder bottom is with air supply channels 9 equipped with an inlet valve 10 end up.

Innerhalb des Außengehäuses ist ein Innenkörper untergebracht, der zwei Kolben 4 verbindet und eine Hin- und Herbewegung längs Führungsbahnen 13 gewährleistet. Das Innengehäuse ist in der Form eines Kreisrohres mit zwei Trennwänden ausgeführt. Jede Trennwand stellt den Kolbenkopf 5 eines jeden der Kolben 4 dar und teilt ihn in drei Teile. Der Kolbenkopf 5 jedes Kolbens 4 besitzt ein Ausströmventil 3. Zwischen der Zylinderinnenfläche des Außengehäuses und der Zylinderaußenfläche des Innenkörpers besteht ein Ringspalt 7, der mit der Außenluft verbunden ist. Der Ringspalt, das heißt der Innenraum zwischen dem Außengehäuse und den Kolben 4 ist mit Flüssigkeit 8 gefüllt, die bei der Rotation durch zentrifugale Kräfte an die Stirnflächen der Zylinder 1 des Außengehäuses gedrückt wird. Zwischen freien Flüssigkeitsspiegeln 8 an beiden Zylinderköpfen 1 und dem Kolbenkopf 6 der Kolben 4 bilden sich Hohlräume 11. Ihr Volumen ändert sich wechselseitig bei der Hin- und Herbewegung des Innenkörpers, d.h. der Kolben 4. Zwischen dem Kolbenkopf 5 eines Kolbens 4 und dem Kolbenkopf eines anderen Kolbens gibt es einen Pufferraum 14, der mit dem Luftabfuhrkanal verbunden ist und von den Hohlräumen 11 durch Ausströmventile 3 getrennt ist. Within the outer housing, an inner body is housed, the two pistons 4 connects and a float along guideways 13 guaranteed. The inner housing is designed in the form of a circular tube with two partitions. Each partition represents the piston head 5 of each of the pistons 4 and divide it into three parts. The piston head 5 every piston 4 has a discharge valve 3 , Between the cylinder inner surface of the outer housing and the cylinder outer surface of the inner body there is an annular gap 7 which is connected to the outside air. The annular gap, that is the interior space between the outer housing and the piston 4 is with liquid 8th filled at the moment of rotation by centrifugal forces on the faces of the cylinder 1 of the outer casing is pressed. Between free liquid levels 8th on both cylinder heads 1 and the piston head 6 The piston 4 cavities form 11 , Their volume alternately changes in the reciprocating motion of the inner body, ie the piston 4 , Between the piston head 5 a piston 4 and the piston head of another piston has a buffer space 14 which is connected to the air discharge channel and from the cavities 11 through discharge valves 3 is disconnected.

Der in der 3 gezeigte Kompressor funktioniert folgendermaßen:
Das Außengehäuse der Zylinder 1 mit dem untergebrachten Innenkörper, der aus den Kolben 4 besteht, dreht sich um die Achse 12. Die Flüssigkeit 8 wird dabei durch zentrifugale Kräfte an die Stirnflächen der Zylinder 1 gedrückt. Bei dem Schub des aus den Kolben 4 bestehenden Innengehäuses von der oberen zu der unteren Stirnfläche im oberen Hohlraum 11 entsteht ein bestimmter Luftunterdruck. Unter Einwirkung der Differenz Außenluftdruck-Luftdruck im oberen Innenraum 11 öffnet sich das Einströmventil 10 und bei weiterer Bewegung des Kolbens füllt sich der expandierende Innenraum mit der Außenluft, die über den Einströmkanal 9 eintritt. Das Ausströmventil 3 ist dabei geschlossen. Die Differenz zwischen dem Außenluftdruck und dem Luftdruck im oberen Innenraum 11 führt zu der Versetzung der Flüssigkeit 8 während des Ansaugtaktes, sodass der durch Differenz „H“ der Wassersäulenhöhen im Hohlraum 11 und im Spalt 7 bedingte Unterschied der Ruhedrücke der Flüssigkeit 8, die sich im Feld der zentrifugalen Kräfte befindet, die Differenz zwischen dem Außenluftdruck und dem Luftdruck im Innenraum 11 ausgleicht. The Indian 3 shown compressor works like this:
The outer casing of the cylinder 1 with the housed inner body coming out of the pistons 4 exists, turns around the axis 12 , The liquid 8th This is due to centrifugal forces on the end faces of the cylinder 1 pressed. At the thrust of the piston 4 existing inner housing from the upper to the lower end face in the upper cavity 11 creates a certain negative air pressure. Under the effect of the difference outside air pressure-air pressure in the upper interior 11 the inlet valve opens 10 and upon further movement of the piston, the expanding internal space fills with the outside air flowing over the inflow channel 9 entry. The discharge valve 3 is closed. The difference between the outside air pressure and the air pressure in the upper interior 11 leads to the displacement of the liquid 8th during the intake stroke, so that by the difference "H" of the water column heights in the cavity 11 and in the gap 7 conditional difference of the resting pressures of the liquid 8th , which is located in the field of centrifugal forces, the difference between the outside air pressure and the air pressure in the interior 11 balances.

Gleichzeitig schließt sich das Einströmventil 10 im unteren Innenraum 11, das Ausströmventil bleibt vorerst auch geschlossen. Es kommt zu der Volumenabnahme des unteren Innenraumes 11 und es erfolgt die Luftverdichtung. Nachdem die Luftkompression den erforderlichen Wert erreicht, öffnet sich das Ausströmventil 3 und bei der fortdauernden Bewegung des aus den Kolben bestehenden Körpers 4 von der oberen zu der unteren Stirnfläche strömt die Pressluft aus dem unteren Hohlraum 11 durch das Ausströmventil 3 in den Hohlraum 14 ein, woher sie durch den Luftabfuhrkanal (in der Figur nicht gezeigt) an den Verbraucher abgeleitet wird. Bei der Richtungsumkehr des aus den Kolben 4 bestehenden Innenkörpers werden der untere Hohlraum zum Saugteil und der obere Hohlraum zum Druckteil. At the same time the inflow valve closes 10 in the lower interior 11 , the outflow valve remains closed for the time being. It comes to the decrease in volume of the lower interior 11 and the air compression takes place. After the air compression reaches the required value, the discharge valve opens 3 and in the continuing movement of the body consisting of the pistons 4 from the upper to the lower end face, the compressed air flows out of the lower cavity 11 through the discharge valve 3 in the cavity 14 from where it is discharged to the consumer through the air discharge channel (not shown in the figure). At the direction reversal of the piston 4 existing inner body of the lower cavity to the suction part and the upper cavity to the printing part.

Die maximale Luftverdichtung ist bei dieser Kompressorbauart direkt proportional zu der Zentralbeschleunigung, Flüssigkeitsdichte 8 und Differenz der Flüssigkeitshöhen im oberen und in unteren Hohlräumen 11 und im Ringspalt 7. The maximum air compression in this type of compressor is directly proportional to the central acceleration, liquid density 8th and difference in liquid heights in the upper and lower cavities 11 and in the annular gap 7 ,

In der oben geschriebenen Kompressorkonstruktion fehlen im Vergleich zu den allgemein bekannten Konstruktionen der Kolbenkompressoren Seitenkräfte, die den Kolben an den Zylinder drücken, fehlt unmittelbares Kontakt zwischen den Seitenflächen des Kolbens und des Zylinders, was zu der wesentlichen Verringerung der Reibungsverluste führt. Der maximale Verdichtungsgrad ist durch die Verdampfungstemperatur der eingesetzten Flüssigkeit beschränkt, aber bei ständigem Flüssigkeitswechsel kann die Temperatur des kompressiblen Gases die Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit wesentlich übertreffen. Außerdem nähert sich der Gasverdichtungsvorgang durch Abkühlung des kompressiblen Gases mittels der ständig erneuerbaren Kaltflüssigkeit der isothermen Verdichtung, was den Wirkungsgrad des Kompressors noch mehr erhöht. In the above-described compressor design, side forces forcing the piston against the cylinder are lacking in direct contact between the side surfaces of the piston and the cylinder, resulting in the substantial reduction of friction losses compared to the well-known constructions of the reciprocating compressors. The maximum degree of compaction is limited by the evaporation temperature of the liquid used, but with constant liquid change, the temperature of the compressible gas can significantly exceed the evaporation temperature of the liquid. In addition, the gas compression process by cooling the compressible gas by means of the constantly renewable cold liquid approaches the isothermal compression, which increases the efficiency of the compressor even more.

In der 4 wird die dritte Variante eines Außenluftkompressors vorgestellt, in welchem dieses Verfahren realisiert wurde. Der Kompressor besteht aus einem Außengehäuse 15, das sich um eine starre Achse 12 dreht und acht miteinander verbundene Zylinder 1 einschließt, die mit offenen Stirnflächen zu der Rotationsachse positioniert sind, und aus einem Innenrotor 17, der sich um eine starre Achse dreht und acht miteinander verbundene Kolben 4 einschließt. Die Kolben 4 stellen hohle Hülsen dar, deren offene Stirnflächen der Rotationsachse 16 zugewandt sind. Die Kolben 4 tauchen dabei in die Zylinder 1 ein. Die Rotationsachsen 12 und 16 liegen parallel zueinander und sind gegeneinander um die Exzentrizität „e“ versetzt. In the 4 the third variant of an outside air compressor is presented, in which this method has been realized. The compressor consists of an outer housing 15 that is about a rigid axis 12 turns and eight interconnected cylinders 1 includes, which are positioned with open end faces to the rotation axis, and an inner rotor 17 which rotates about a rigid axis and eight connected pistons 4 includes. The pistons 4 represent hollow sleeves whose open end faces the axis of rotation 16 are facing. The pistons 4 dive into the cylinder 1 one. The rotation axes 12 and 16 lie parallel to each other and are offset from each other by the eccentricity "e".

Jeder der Kolben besitzt je ein Einströmventil 10, das mit der Außenluft durch den Luftzufuhrkanal 9 verbunden ist, und das Ausströmventil 3, das mit dem Pressluftabfuhrkanal 2 verbunden ist. Die Spalten 7 und die Zylinder 1 sind mit Flüssigkeit 8 gefüllt. Zwischen dem Kolbenkopf 5 der Kolben 4 und dem freien Flüssigkeitsspiegel 8 bilden sich geschlossene Hohlräume 11. Ihr Volumen ändert sich zyklisch im Zuge der Rotation des Gehäuses 11 zusammen mit dem Rotor 17. Each of the pistons has one inlet valve each 10 that is with the outside air through the air supply duct 9 connected, and the discharge valve 3 that with the compressed air discharge channel 2 connected is. The columns 7 and the cylinders 1 are with liquid 8th filled. Between the piston head 5 The piston 4 and the free liquid level 8th form closed cavities 11 , Their volume changes cyclically as the housing rotates 11 together with the rotor 17 ,

Der in der 4 abgebildete Kompressor funktioniert folgenderweise:
Während der gemeinsamen Rotation des Gehäuses 15 und des Rotors 17 tauchen die Kolben in Abständen in die Flüssigkeit 8 in den Zylindern 1 ein und tauchen wieder auf. Dementsprechend ändert sich periodisch das Volumen der geschlossenen Hohlräume 11. Sobald sich das Volumen eines der Hohlräume 11 vergrößert, schließt sich automatisch das Ausströmventil 3 dieses Hohlraumes und öffnet sich das Einströmventil 10. Die Außenluft füllt den Hohlraum 11 solange, bis er das Maximalvolumen erreicht. Weitere gegenseitige Rotation des Gehäuses 17 und des Rotors 17 führt zu der Volumenabnahme dieses Hohlraumes 11, es erfolgt die Luftverdichtung bis zu dem bestimmten Luftdruck, auf welchen das Ausströmventil 3 eingestellt ist. Danach öffnet sich das Ausströmventil 3 dieses Hohlraumes 11 und die Pressluft wird in den Luftabfuhrkanal 2 verdrängt. Das Einströmventil 3 in diesem Hohlraum 11 bleibt geschlossen. Dadurch erfolgt das zyklische Ansaugen der Außenluft, ihre Verdichtung und Verdrängung in den Hochdruckluftkanal in jedem der 8 Hohlräume. The Indian 4 Pictured compressor works as follows:
During the common rotation of the housing 15 and the rotor 17 the pistons dive into the liquid at intervals 8th in the cylinders 1 and reappear. Accordingly, the volume of the closed cavities periodically changes 11 , As soon as the volume of one of the cavities 11 increases, automatically closes the discharge valve 3 This cavity and opens the inlet valve 10 , The outside air fills the cavity 11 until he reaches the maximum volume. Further mutual rotation of the housing 17 and the rotor 17 leads to the volume decrease of this cavity 11 , The air compression takes place up to the specific air pressure, on which the discharge valve 3 is set. Then the discharge valve opens 3 this cavity 11 and the compressed air is in the air discharge channel 2 repressed. The inlet valve 3 in this cavity 11 stays closed. As a result, the cyclic suction of the outside air, their compression and displacement in the high-pressure air channel in each of the 8 cavities takes place.

Der beschriebene Kompressor ist einfach in Bauart. Hier fehlen Hin- und Herbewegungen der Betätigungseinrichtungen. Es gibt auch keine Gleitreibung, wodurch ein höherer Wirkungsgrad gewährleistet wird, als in der Ausgangseinrichtung. The described compressor is simple in design. Here are missing back and forth movements of the controls. There is also no sliding friction, whereby a higher efficiency is ensured, as in the output device.

Die dargelegten Varianten der Ausführung von Einrichtungen, die das angemeldete Verfahren realisieren, sind nur Beispiele und beschränken nicht den Geltungsbereich der Ansprüche, die von der Formulierung erfasst sind. Das vorgeschlagene Verfahren, das in jeder Einrichtung realisierbar ist, ermöglicht es durch den Einsatz der Flüssigkeit im Potentialfeld für den Druckausgleich den Wirkungsgrad des Verfahrens durch Verminderung der Reibungsverluste und Annäherung des Verdichtungsprozesses an einen isothermen Verlauf wesentlich zu erhöhen. The presented variants of the execution of devices implementing the pending method are only examples and do not limit the scope of the claims covered by the wording. The proposed method, which can be implemented in any device, makes it possible to significantly increase the efficiency of the method by reducing the friction losses and approximating the compression process to an isothermal process by using the liquid in the potential field for pressure compensation.

Claims

A method of reciprocally converting mechanical energy and potential compressed gas energy consisting in the cyclic volume change of the gas trapped between the cylinder and the inserted piston in their mutual relative displacement and periodic gas renewal in the indicated volume by gas supply and gas discharge channels, characterized in that the cylinder and the piston being in the form of the hollow sleeves with piston (cylinder) heads and the shell shots and facing each other with their open end faces, a minimum gap being set between the shell shots; wherein the annular gap and partially also the cylinder and the piston is filled with the liquid, wherein the cylinder and the piston are positioned with the liquid in the potential field of action so that the difference between the gas pressure within the piston and the external pressure, the liquid level influenced in the intermediate gap, is compensated by difference in the rest pressures of the liquid column within the piston and in the intermediate gap.

A method according to claim 1, characterized in that the cylinder and the piston are positioned with liquid in the field of action of the gravitational forces.

A method according to claim 1, characterized in that the cylinder and the piston are positioned with liquid in the field of centrifugal forces.

A method according to claim 1, characterized in that water is used as a liquid.

A method according to claim 1, characterized in that melts or solutions are used as liquids.

A method according to claim 1, characterized in that the liquid is added or renewed constantly or periodically.