FI86465B

FI86465B - GASGENERATOR.

Info

Publication number: FI86465B
Application number: FI895299A
Authority: FI
Inventors: Matti Koeykkae
Original assignee: Matti Koeykkae
Priority date: 1989-11-07
Filing date: 1989-11-07
Publication date: 1992-05-15
Also published as: JPH05501900A; FI895299A0; FI86465C; EP0500584A1; WO1991006754A1

Description

1 8 6 4 6 51 8 6 4 6 5

Kaasugeneraattori - Gasgenerator Tämän keksinnön kohteena on kaasugeneraattori, jossa on 5 useampia kehän muotoon järjestettyjä värähtelykammioita, joissa värähtelevä kaasu muodostaa kaasun paine- ja nopeus-solmuja, ja jossa värähtelykammioiden yhteydessä on värähte-lykammioihin nähden pyörivä venttiilipesä, jonka välityksellä tuoreseoksen ohjaus värähtelykammioon on järjestetty.FIELD OF THE INVENTION

1010

Tekniikan tasona voidaan pitää erilaisia suihkumoottoreita, kuten esimerkiksi US-patenteissa 2 675 675 ja 3 008 292 on esitetty. Suomalaisessa patenttihakemuksessa 874918 on myös esitetty eräs tekniikan tasoa esittävä kaasuresonanssilaite. 15 Tämän tapaisissa aikaisemmin tunnetuissa värähtelyperiaat-teella toimivissa kaasugeneraattoreissa on kaasun sisään-syötössä käytetty kaasun paineella toimivia läppäventtiilei-tä, jotka lyhytikäisinä ja virtausvastusta aiheuttavina ovat estäneet kaasuvärähtelyperiaatteen laajemman käytön. Keksin-20 non tarkoituksena on aikaansaada uuden tyyppinen kaasugeneraattori, jossa ei ole tunnettuja epäkohtia. Keksinnön mukaiselle kaasugeneraattorilie on tunnusomaista se, että vä-rähtelykammiot ovat kartiomaisesti laajenevia putki- tai lohkokammioita ja että venttiilipesän imusola aukeaa väräh-25 telykammioiden kapeampaan päähän.Various jet engines can be considered as prior art, as disclosed, for example, in U.S. Patents 2,675,675 and 3,008,292. Finnish patent application 874918 also discloses a prior art gas resonance device. Previously known oscillating gas generators of this type have used gas pressure-operated butterfly valves for the gas inlet, which, due to their short life and flow resistance, have prevented the wider use of the gas oscillation principle. The object of the invention is to provide a new type of gas generator which has no known drawbacks. The gas generator stove according to the invention is characterized in that the vibration chambers are conically expanding tube or block chambers and that the suction port of the valve housing opens at the narrower end of the vibration chambers.

... Kaasugeneraattorissa on tavanomaisen mäntäkoneen mäntä kor vattu kaasupatsaalla. Kaasun värähtely työkammioissa on vai- « » · ·* * heistettu siten, että vierekkäisten työkammioiden värähtely- • · « *· 30 jen vaihe-ero on samansuuruinen kuin työkammioiden välinen : kulmaero. Näin kaasunvärähtelyn eri vaiheita esiintyy tasai- '· sesti työkammioryhmän eri kammioissa. Pyörivä venttiilikap- : pale laskee tuorekaasua aina siihen tai niihin kammioihin, joissa kaasunpaine on matala. Tämä on verrattavissa tavan-35 omaisen mäntäkoneen imutahtiin. Koska venttiili pyöriessään aukeaa jatkuvasti kammioihin, joissa on sama paine, niin kaasunvirtaus syöttöputkesta työkammioihin on jatkuvaa ja näin ollen myös suhteellisen häviötöntä. Tämä on koneen hyö- 2 86465 tysuhteen kannalta edullista. Kammiossa värähtelevä kaasu-patsas puristaa sen päähän syötetyn tuorekaasun puristuspai-neeseen, jossa kaasu sytytetään tai se syttyy viereisen kammion syöttämästä pienestä määrästä kuumia kaasuja. Koska 5 tuorekaasun ja polttoaineen seos poltetaan painehuipun aikana, puristettuna, nostaa se värähtelyn voimakkuutta huomattavasti ja hyvällä termisellä hyötysuhteella. Voimakas värähtely taas imee uutta tuoreseosta matalan paineen aikana ja näin generaattorin toiminta on jatkuvaa.... In the gas generator, the piston of a conventional piston machine has been replaced by a gas column. The oscillation of the gas in the working chambers is projected so that the phase difference between the oscillations of the adjacent working chambers is equal to that between the working chambers: the angular difference. Thus, the different phases of the gas oscillation occur evenly in the different chambers of the working chamber group. The rotating valve body always lowers fresh gas into the chamber or chambers where the gas pressure is low. This is comparable to the suction stroke of a conventional 35-piston machine. Since the valve continuously rotates in chambers with the same pressure as it rotates, the flow of gas from the supply pipe to the working chambers is continuous and thus also relatively lossless. This is advantageous in terms of machine efficiency. A gas column oscillating in the chamber compresses the fresh gas fed to the end into the compression pressure where the gas is ignited or ignites from a small amount of hot gases supplied by the adjacent chamber. Since the mixture of fresh gas and fuel is burned during the pressure peak, when compressed, it considerably increases the intensity of the vibration and with good thermal efficiency. The strong vibration, on the other hand, absorbs the new fresh mixture during low pressure and thus the operation of the generator is continuous.

1010

Keksinnön eräälle sovellutusmuodolle on tunnusomaista se, että venttiilipesä on kehänmuotoisten värähtelykammioiden sisäpuolella pyörivä venttiilipesä, jonka ulkokehällä on värähtelykammioihin aukeavat imu- ja poistosolat siten, että 15 myöskin poltettu kaasuseos on yhdellä ja samalla venttiili-pesällä ohjattu. Tällaisella venttiilillä voidaan kaasun ulosotto värähtelykammiosta ohjata niin, että se koneen toiminnan ja hyötysuhteen kannalta on edullisinta. Pyörivällä venttiilillä saadaan kaasunvirtaus värähtelykammioista tur-20 biiniin tasaiseksi, koska venttiilin aukko jatkuvasti kytkeytyy uusiin värähtelykammioihin, mutta kuitenkin aina samaan "työtahtiin", jossa sekä kaasun nopeus että paine ovat samat.An embodiment of the invention is characterized in that the valve housing is a rotating valve housing inside the circumferential oscillation chambers, the outer circumference of which has suction and discharge openings opening into the oscillation chambers, so that the burned gas mixture is also controlled by one and the same valve housing. With such a valve, the gas outlet from the vibration chamber can be controlled in such a way that it is most advantageous from the point of view of the operation and efficiency of the machine. A rotary valve makes the gas flow from the vibration chambers to the tur-20 steady, because the valve orifice is constantly connected to the new vibration chambers, but always at the same "working rate" where both the gas velocity and the pressure are the same.

25 Patenttivaatimuksissa on edelleen esitetty useampia kaasu-generaattoriin liittyviä sovellutusmuotoja.The claims further disclose several embodiments related to a gas generator.

Keksinnön mukaisen kaasugeneraattorin etuja ovat: 30 - kaasugeneraattorissa ei tarvita voiteluöljyä, kestovoidel- : tuja vierintälaakereita tarvitaan vain muutama kappale, '· - polttoaineella ei ole oktaanilukuvaatimuksia, joten lyijy- '/·/· päästöjä ei synny, - typpiyhdisteitä ei synny kohtuuttomasti, koska palamisno-: 35 peus on suuri ja palamislämpötilaa voidaan hallita yli-ilma-.··.·. määrällä niin, että saavutetaan hyvä kompromissi hyötysuhteen ja pakokaasujen puhtauden välillä, 3 86465 - jäähdytysnestettä ei tarvita, eikä huomattavaa jäähdytys-tehoa , - kun kaasugeneraattoria käytetään autossa, niin voimansiir-tolaitteet voidaan tehdä yksinkertaisiksi johtuen turbiinin 5 hyvistä vääntömomenttiominaisuuksista, - kaasugeneraattori/turbiinivaihteistoyhdistelmä apulaitteineen voidaan valmistaa mäntäkoneen vastaavaa yhdistelmää kevyemmäksi, jolloin myös auton rakennetta voidaan muutenkin keventää, 10 - huollontarve on vähäinen, koska kuluvien osien määrä on vähäinen, - valmistuskustannukset ovat alhaiset johtuen yksinkertaisesta rakenteesta ja vähäisestä työstettävien osien määrästä, 15 - hyötysuhde on nykyisiä vastaavan tehoisia kaasuturbiiniko- neita korkeampi johtuen jaksoittaisesta palamisesta korkeassa paineessa sekä näitä pienemmästä yli-ilmamäärästä, - laitteessa ei tarvita kallista ja huoltoa vaativaa regene-raattoria tai vastaavia laitteita, 20 - hyötysuhde on hyvä myös osakuormalla.The advantages of the gas generator according to the invention are: 30 - no lubricating oil is required in the gas generator, only a few permanently lubricated rolling bearings are required, '· - the fuel has no octane rating requirements, so no lead' / · / · emissions, - no nitrogen compounds, no nitrogen compounds combustion temperature: 35 speed is high and the combustion temperature can be controlled by over-air. 3 86465 - no coolant is required and no significant cooling power is required, - when the gas generator is used in a car, the transmissions can be made simple due to the good torque characteristics of the turbine 5, - 10 - low maintenance due to low wear and tear, low manufacturing costs due to simple design and low number of parts to be machined, 15 - efficiency is equivalent to existing gas turbines. higher due to intermittent combustion at high pressure and a lower amount of excess air, - the device does not require expensive and maintenance-intensive r egene generator or similar devices, 20 - efficiency is also good at part load.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkin avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa 25 kuvio 1 esittää kaasugeneraattoria halkileikkauksessa, kuvio 2 esittää kuviosta 1 pitkin viivaa II-II otettua leik-*v. kausta, ja kuvio 3 esittää kuviosta 1 pitkin viivaa III-III otettua leikkausta.The invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a gas generator in cross-section, Figure 2 shows a section taken along line II-II in Figure 1. and Fig. 3 shows a section taken along the line III-III in Fig. 1.

/ 30/ 30

Kaasugeneraattori muodostuu sylinterirungosta 1, jossa on : useampia kehänmuotoon järjestettyjä värähtelykammioita 10 ja : : : värähtelykammioiden yhteydessä eli sisäpuolella pyörivä venttiilipesä 2, jonka välityksellä tuoreseoksen ohjaus vä-35 rähtelykammioon on järjestetty. Venttiilipesän 2 ulkokehällä on värähtelykammioihin aukeavat imu- ja poistosolat 6, 7 siten, että myöskin poltettu kaasuseos on yhdellä ja samalla venttiilipesällä ohjattu. Värähtelykammiot 10 ovat pitkän- « 86465 omaisia, kartiomaisesti laajenevia lohkokammioita. Venttii-lipesän 2 imu- ja poistosolat 6, 7 aukeavat värähtelykammi-oiden kapeampaan päähän. Venttiipesä 2 on kytketty rootto-riakselin 18 ja kytkimen 17 välityksellä kolmivaihemootto-5 riin 4, jonka avulla venttiilipesä 2 on käynnistyksen aikana pyöritettävissä ja joka samalla toimii kaasugeneraattorin jarruna ja näin ollen myös sähkögeneraattorina. Roottoriak-seli 18 on tuettu painelaakerilla 20 ja vapaalaakerilla 21. Poistosola 7 on Laval-suuttimen muotoinen ja kytketty suo-10 raan kaasuturbiiniin 3. Värähtelykammioiden 10 muodostaman kehän sisällä oleva keskiö muodostaa kanavan, jonka kautta sisääntuleva tuore seos on johdettu imurungosta 5 venttiili-pesään 2. Polttoaineen suihkutus on järjestetty venttiili-pesässä 2 olevan polttoainesuuttimen 24 kautta, välittömästi 15 imusolan 6 jälkeen. Polttoaineen sytytys on järjestetty venttiilipesässä 2 olevan sytyttimen 25 avulla polttoaineen suihkutuksen jälkeen. Kuviossa 2 on nuolella esitetty, miten venttiilipesä 2 pyörii myötäpäivään. Viitenumero 8 esittää värähtelykamraion imuaukkoa, jolloin kammiossa 16 on imua.The gas generator consists of a cylinder body 1 having: a plurality of circumferential vibration chambers 10 and::: in connection with the vibration chambers, i.e. an internally rotating valve housing 2, by means of which the control of the fresh mixture into the vibration chamber is arranged. The outer circumference of the valve housing 2 has suction and discharge openings 6, 7 which open into the vibration chambers, so that the burned gas mixture is also controlled by one and the same valve housing. The oscillation chambers 10 are elongated, conically expanding block chambers. The suction and discharge ports 6, 7 of the valve housing 2 open at the narrower end of the vibration chambers. The valve housing 2 is connected via a rotor shaft 18 and a switch 17 to a three-phase motor 4, by means of which the valve housing 2 can be rotated during start-up and which at the same time acts as a brake for the gas generator and thus also as an electric generator. The rotor shaft 18 is supported by a thrust bearing 20 and a free bearing 21. The outlet slot 7 is in the shape of a Laval nozzle and connected directly to the gas turbine 3. The center inside the circumference formed by the vibration chambers 10 forms a channel through which the incoming fresh mixture is led from the suction body 5 2. Fuel injection is arranged through the fuel nozzle 24 in the valve housing 2, immediately after the 15 suction slots 6. Ignition of the fuel is arranged by means of an igniter 25 in the valve housing 2 after injecting the fuel. Figure 2 shows an arrow showing how the valve housing 2 rotates clockwise. Reference numeral 8 denotes the suction opening of the vibration chamber, the chamber 16 having suction.

20 yläpuolella on vastaavasti poistoaukko 9, jolloin kammiossa 15 tapahtuu poistoa, kuten nuolella on esitetty. Kuviossa 2 on vielä esitetty polttoaineen suihkutus 11, polttoaineen kaasuuntuminen 12, polttoaineen sytytys 13 ja palaminen 14. Sytytysgeneraattorista 27 sytyttimen 25 johdin 23 on johdet-25 tu keskiön kautta. Polttoainepumppu 28 on myöskin johdettu polttoainesuuttimeen 24 keskiön kautta. Värähtelykammioiden 10 yhteyteen on kiinnitetty lämpötila-anturi 32, paineanturi 31, sekä pulssianturi 30, jotka puolestaan on kytketty kaa-; # sugeneraattorin nopeussäätimeen 29 siten, että kaasugene- 30 raattorin nopeus on lämpötilan ja paineen vaihtelun perus-: teella säädettävissä niin, että venttiilipesä 2 pyörii syn- : kronissa kaasun värähtelyn kanssa. Tuorekaasu tulee kaasu- * · : ' : generaattorin imurungon 5 kautta venttiilipesään 2 ja edel leen imuaukon 8 kautta värähtelykammioon 16. Värähtelevä ./· · 35 kaasu muodostaa kaasun paine- ja nopeussolmuja, jolloin pai-nesolmussa korkean paineen aikana poltettava kaasuseos ylläpitää värähtelyä ja sen vaikutuksesta matalan paineen aikana värähtelykammioon virtaa tuoretta kaasua, joka ylläpitää 5 86465 jatkuvaa toimintaa. Poltettu kaasu virtaa venttiilipesässä 2 olevan poistosolan 7 kautta turbiiniin 3, josta kaasugene-raattorin teho saadaan ulos.There is a corresponding outlet 9 above 20, respectively, whereby a discharge takes place in the chamber 15, as indicated by the arrow. Figure 2 further shows fuel injection 11, fuel gassing 12, fuel ignition 13 and combustion 14. From the ignition generator 27, the conductor 23 of the igniter 25 is conducted through the hub. The fuel pump 28 is also led to the fuel nozzle 24 through the hub. Attached to the vibration chambers 10 is a temperature sensor 32, a pressure sensor 31, and a pulse sensor 30, which in turn are connected to the gas; # to the speed controller 29 of the generator so that the speed of the gas generator can be adjusted on the basis of temperature and pressure variations so that the valve housing 2 rotates in synchronism with the oscillation of the gas. Fresh gas enters the valve housing 2 through the gas suction body 5 and further through the suction port 8 into the vibration chamber 16. The oscillating ./· · 35 gas forms pressure and velocity nodes of the gas, whereby the gas mixture burned in the pressure node during high pressure maintains vibration and as a result, during low pressure, fresh gas flows into the vibration chamber, which maintains 5,864,665 continuous operations. The burned gas flows through the outlet slot 7 in the valve housing 2 to the turbine 3, from which the power of the gas generator is obtained.

5 Keksintö ei rajoitu edellä esitettyyn, kaaviomaiseen esimerkkiin, vaan voi vaihdella jäljempänä olevien patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä värähtelykammio voi olla molempiin päihin kapeneva putki- tai lohko-osa siten, että värähtelykammio on ikäänkuin kaksiosainen ja näin ollen saadaan 10 kaksitoimiseksi, molempiin pituussuuntiin. Poistosola 7 voi olla konstruoitu niin, että se aukeaa värähtelykammiossa 10 imuaukon 8 vastakkaiseen päähän tai päiden välille.The invention is not limited to the above schematic example, but may vary within the scope of the following claims. Thus, the oscillation chamber can be a pipe or block part tapering at both ends, so that the oscillation chamber is as if two-part and thus is obtained as double-acting, in both longitudinal directions. The outlet slot 7 can be constructed so as to open in the vibration chamber 10 at the opposite end or between the ends of the suction opening 8.

Claims

A gas generator having a plurality of circumferentially arranged oscillation chambers (10), in which the oscillating gas forms gas pressure and velocity nodes, and in which the oscillation chambers (10) have a valve housing (2) rotating relative to the oscillation chambers. arranged, characterized in that the vibration chambers (10) are conically expanding tube or block chambers and that the suction slot 10 (6) of the valve housing (2) opens at the narrower end of the vibration chambers.

Gas generator according to Claim 1, characterized in that the valve housing (2) is a rotating valve housing 15 inside the circumferential oscillation chambers (10), the outer circumference or side of which has suction and discharge openings (6, 7) which open into the oscillation chambers. and controlled at the same valve body.

Gas generator according to Claim 1 or 2, characterized in that the valve housing (2) is connected to an electric motor (4), such as a three-phase motor, by means of which the valve housing can be rotated during start-up and at the same time acts as a gas generator brake and thus as an electric generator. 25

Gas generator according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the outlet slot (7) is in the form of a Laval nozzle and in that the outlet slot is connected: directly to the gas turbine (3).

Gas generator according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the center inside the circumference formed by the vibration chambers (10) forms a channel through which the incoming fresh mixture is led to the vent housing (2).

Gas generator according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the fuel injection is arranged via a fuel supply pipe (24) in the valve housing (2).

Gas generator 5 according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the ignition of the fuel is arranged by means of an igniter (25) in the valve housing (2) after the fuel has been injected.

Gas generator 10 according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that a pressure sensor (31) is connected to the vibration chambers, which in turn is connected to the gas generator speed controller (29) so that the rotation speed of the valve housing (2) can be adjusted. 15

Gas generator according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that a temperature sensor (32) is connected to the vibration chambers, which in turn is connected to the gas generator speed controller (29) 20 so that the rotational speed of the valve housing (2) can be adjusted.

Gas generator according to Claim 1 or 2, characterized in that the oscillation chamber is a pipe or block part tapering at both ends 25 so that the oscillation chamber is as if in two parts and at each end of the chambers - there are rotary valves, and thus double-acting, in both longitudinal directions. . β 86465