JP2003502567A - ピストンエンジンの圧縮および排出システム - Google Patents
ピストンエンジンの圧縮および排出システムInfo
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- JP2003502567A JP2003502567A JP2001505434A JP2001505434A JP2003502567A JP 2003502567 A JP2003502567 A JP 2003502567A JP 2001505434 A JP2001505434 A JP 2001505434A JP 2001505434 A JP2001505434 A JP 2001505434A JP 2003502567 A JP2003502567 A JP 2003502567A
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- F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
システムは、パワーエンジニアリングの転送応用分野と、エンジンが使用されるエンジニアリング分野におけるピストンエンジンの圧縮および排出用に設計された。今日まで使用されているガス、ガス−スチーム熱力学サイクルと異なって、本発明の目的は、空気−スチーム熱力学サイクルを実現するためにピストンエンジンの圧縮および排出用システムを生成することである。本発明は、スチームエンジンとスチームタービンのようにエンジンの全体の動作容積ではなく、スチームがサイクルの可逆性におけるエネルギ損失（約２０−３０％の質量流）だけを補償するのに使用されることを考慮して８０−８５％までのピストンエンジンの熱効率を増加する可能性を与える。圧縮および排出用システムはスチーム発生器（ＳＧ）、排出装置（Ｅ）、ピストンエンジン（ＰＥ）、スチーム−空気タービン（Ｔ）、空気コンプレッサ（Ｋ）、熱交換装置（ＴＥ）、コンデンサ（Ｃ）、ピストン凝縮ポンプ（ＰＣ）、水滴貯蔵容器（ＳＲ）、制御弁（ＣＶ）から構成されている。
Description
【０００１】
本発明はパワーエンジニアリングの転送応用分野およびエンジンが使用される
エンジニアリング分野におけるピストンエンジンの圧縮および排出システムに関
する。
エンジニアリング分野におけるピストンエンジンの圧縮および排出システムに関
する。
【０００２】
スチームプラントの完全なサイクルは設定温度で実現され全ての可能な熱力学
的サイクルで最高の熱効率を有するカルノーサイクルであることが熱力学で知ら
れているが、ランキンにより提案されている変更されたサイクルがスチームプラ
ントで応用を発見している。
的サイクルで最高の熱効率を有するカルノーサイクルであることが熱力学で知ら
れているが、ランキンにより提案されている変更されたサイクルがスチームプラ
ントで応用を発見している。
【０００３】
また燃焼ガスと水蒸気を結合するガス−スチームサイクルもガスタービンで
知られているが、熱効率は各コンポーネントサイクルの効率よりも高くすること
はできない。ある場合にはケースでは、２進水銀−水プラントのパターン後、ガ
ス−スチームサイクルは高温範囲のガス−タービン段と、低温範囲のスチーム−
タービン段を有する。この場合、熱効率はそれぞれ別々のコンポーネントサイク
ル（ガスとスチームのサイクル）の効率よりも高いが、これはパワープラントを
非常に複雑にする。
知られているが、熱効率は各コンポーネントサイクルの効率よりも高くすること
はできない。ある場合にはケースでは、２進水銀−水プラントのパターン後、ガ
ス−スチームサイクルは高温範囲のガス−タービン段と、低温範囲のスチーム−
タービン段を有する。この場合、熱効率はそれぞれ別々のコンポーネントサイク
ル（ガスとスチームのサイクル）の効率よりも高いが、これはパワープラントを
非常に複雑にする。
【０００４】
RU 2054563 C1 特許明細書には出口が混合カメラのアクティブノズルに接続
されている前方向流スチーム発生器を有するガス−スチームエンジンが記載され
ており、誘導装置はラバルノズルの出口に置かれ、その入口は混合カメラ中に位
置されているアクティブノズルと同軸であり、この混合カメラにおいてはスチー
ムは熱伝導ディスク等に固定されている内部流タービンのブレードを駆動する燃
焼ガスと混合される。
されている前方向流スチーム発生器を有するガス−スチームエンジンが記載され
ており、誘導装置はラバルノズルの出口に置かれ、その入口は混合カメラ中に位
置されているアクティブノズルと同軸であり、この混合カメラにおいてはスチー
ムは熱伝導ディスク等に固定されている内部流タービンのブレードを駆動する燃
焼ガスと混合される。
【０００５】
また、EP 0619417 A1 に開示されている再生ガス−タービンサイクルが知ら
れており、ここでガスタービン装置は空気を圧縮するコンプレッサと、燃料を燃
焼する燃焼装置と、コンプレッサを駆動するための燃焼ガスにより駆動されるタ
ービンとを含んでいる。スチーム駆動ミキサは空気を昇圧し、スチームと空気を
混合する。熱交換装置はミキサから混合されたガスをタービン排気ガスからの熱
で加熱するためにタービンの下流に配置されている。コンプレッサから燃焼装置
へ圧縮ガスの第１の部分を導入し、圧縮された空気の第２の部分をミキサへ導入
するために空気ラインが設けられる。ミキサからの混合されたガスは熱交換装置
を経て燃焼装置へ導入される。ミキサはスチームタービン駆動コンプレッサまた
はエジェクタを含むことができる。
れており、ここでガスタービン装置は空気を圧縮するコンプレッサと、燃料を燃
焼する燃焼装置と、コンプレッサを駆動するための燃焼ガスにより駆動されるタ
ービンとを含んでいる。スチーム駆動ミキサは空気を昇圧し、スチームと空気を
混合する。熱交換装置はミキサから混合されたガスをタービン排気ガスからの熱
で加熱するためにタービンの下流に配置されている。コンプレッサから燃焼装置
へ圧縮ガスの第１の部分を導入し、圧縮された空気の第２の部分をミキサへ導入
するために空気ラインが設けられる。ミキサからの混合されたガスは熱交換装置
を経て燃焼装置へ導入される。ミキサはスチームタービン駆動コンプレッサまた
はエジェクタを含むことができる。
【０００６】
また、圧縮された不燃空気成分、燃料燃焼生成物、スチームの混合物からな
る動作流体を使用する蒸気−空気スチームエンジンもUS 07/967,289 （WO 94/10
427 ）明細書で知られている。前述の新しいサイクルでは動作流体には一定の温
度と圧力が与えられる。燃焼空気は１以上の段の圧縮により断熱的に供給される
。全ての圧縮された空気の少なくとも４０％が燃焼される。不活性成分は高圧力
で注入され、スチームを発生し、したがってタービンまたはその他のタイプのシ
ステムの内部冷却に必要とされる蒸気を与える。
る動作流体を使用する蒸気−空気スチームエンジンもUS 07/967,289 （WO 94/10
427 ）明細書で知られている。前述の新しいサイクルでは動作流体には一定の温
度と圧力が与えられる。燃焼空気は１以上の段の圧縮により断熱的に供給される
。全ての圧縮された空気の少なくとも４０％が燃焼される。不活性成分は高圧力
で注入され、スチームを発生し、したがってタービンまたはその他のタイプのシ
ステムの内部冷却に必要とされる蒸気を与える。
【０００７】
前述の特許の発明の主な欠点は、空気の使用がエンジンの燃焼カメラを通過す
ることにより実現され、実際に熱効率を増加しない構成にコンデンサが存在せず
、さらにガスタービンエンジンが動作流体の低い回転速度と低い圧力で効率的に
動作しないことである。
ることにより実現され、実際に熱効率を増加しない構成にコンデンサが存在せず
、さらにガスタービンエンジンが動作流体の低い回転速度と低い圧力で効率的に
動作しないことである。
【０００８】
スチームプラントの他の欠点はよく知られているように、排気スチームの高
いエンタルピーによる大きいスチームボイラと大きい凝縮装置と、必然的なスチ
ームラインによる低い熱効率とかなりの重量および容積であり、これは全て石炭
を燃焼する熱電気的な発電所での使用を主に決定する。この理由によって、輸送
の応用性が限定される。
いエンタルピーによる大きいスチームボイラと大きい凝縮装置と、必然的なスチ
ームラインによる低い熱効率とかなりの重量および容積であり、これは全て石炭
を燃焼する熱電気的な発電所での使用を主に決定する。この理由によって、輸送
の応用性が限定される。
【０００９】
本発明の目的は、今日まで使用されたスチーム、ガス、ガス−スチーム熱力
学的サイクルと異なって、空気−スチーム熱力学的サイクルを実現するためのピ
ストンエンジンの圧縮および排出システムを生成することである。
学的サイクルと異なって、空気−スチーム熱力学的サイクルを実現するためのピ
ストンエンジンの圧縮および排出システムを生成することである。
【００１０】
この問題は、特定の方法でスチーム発生器（ＳＧ）と、排出装置（Ｅ）と、ピ
ストンエンジン（ＰＥ）と、スチーム−空気タービン（Ｔ）と、空気コンプレッ
サ（Ｋ）と、熱交換装置（ＴＥ）と、コンデンサ（Ｃ）と、ピストン凝縮ポンプ
（ＰＣ）と、水滴貯蔵容器（ＳＲ）と制御弁（ＣＶ）とを接続することにより解
決され、全てこれはピストンエンジンの圧縮および排出システムを形成する。簡
単な構造を図２で示す。
ストンエンジン（ＰＥ）と、スチーム−空気タービン（Ｔ）と、空気コンプレッ
サ（Ｋ）と、熱交換装置（ＴＥ）と、コンデンサ（Ｃ）と、ピストン凝縮ポンプ
（ＰＣ）と、水滴貯蔵容器（ＳＲ）と制御弁（ＣＶ）とを接続することにより解
決され、全てこれはピストンエンジンの圧縮および排出システムを形成する。簡
単な構造を図２で示す。
【００１１】
ピストンエンジンの動作がｐ−ｖ図（図１）で示されるとすれば、プロセス
は以下のようになる。高圧力のスチームは圧力ｐ１（p.1 ）でスチーム発生器か
ら流れ、高速度でエジェクタノズルから流出し、拡散装置で圧力ｐ２まで膨張し
、ピストンエンジンのシリンダ中で圧力ｐ６から圧力ｐ２の圧縮された空気を含
んでいる。（p.2 ）から（p.3 ）へ、空気−スチーム混合物はエンジン中で等圧
に膨張し、外部抵抗を克服する動作を行う。ピストンの動作ストロークの終了時
に、流出開口が開き、圧力ｐ３（p.3 ）の空気−スチーム混合物はタービン駆動
コンプレッサの動作ホイールで気圧ｐ４（p.4 ）まで断熱的に膨張する。（p.4
）から（p.5 ）へ、空気−スチーム混合物はコンプレッサから吸収された空気に
よって冷却されるコンデンサを通過する。排気スチームはコンデンサで凝縮する
まで冷却され、空気は７０−８０℃の温度でコンデンサを出る。（p.5 ）から（
p.5 ）の圧縮され加熱された空気は排出装置の混合カメラ中で入来するスチーム
と混合し、ピストンエンジンのシリンダで圧力をｐ２（p.2 ）まで増加する。
は以下のようになる。高圧力のスチームは圧力ｐ１（p.1 ）でスチーム発生器か
ら流れ、高速度でエジェクタノズルから流出し、拡散装置で圧力ｐ２まで膨張し
、ピストンエンジンのシリンダ中で圧力ｐ６から圧力ｐ２の圧縮された空気を含
んでいる。（p.2 ）から（p.3 ）へ、空気−スチーム混合物はエンジン中で等圧
に膨張し、外部抵抗を克服する動作を行う。ピストンの動作ストロークの終了時
に、流出開口が開き、圧力ｐ３（p.3 ）の空気−スチーム混合物はタービン駆動
コンプレッサの動作ホイールで気圧ｐ４（p.4 ）まで断熱的に膨張する。（p.4
）から（p.5 ）へ、空気−スチーム混合物はコンプレッサから吸収された空気に
よって冷却されるコンデンサを通過する。排気スチームはコンデンサで凝縮する
まで冷却され、空気は７０−８０℃の温度でコンデンサを出る。（p.5 ）から（
p.5 ）の圧縮され加熱された空気は排出装置の混合カメラ中で入来するスチーム
と混合し、ピストンエンジンのシリンダで圧力をｐ２（p.2 ）まで増加する。
【００１２】
図面から、回路２−３−４−５−２に沿ったサイクルの終了は、タービン駆
動コンプレッサにおけるエネルギの損失のために圧縮断熱６−２部分では不可能
であることが分かる。それ故、ピストンエンジンの動作のために圧縮された空気
のエネルギを使用することを可能にするために圧縮圧力を増加することが必要で
ある。これは本質的にジェットコンプレッサであり簡単な構造を有するスチーム
−ジェットエジェクタ手段により実現される。
動コンプレッサにおけるエネルギの損失のために圧縮断熱６−２部分では不可能
であることが分かる。それ故、ピストンエンジンの動作のために圧縮された空気
のエネルギを使用することを可能にするために圧縮圧力を増加することが必要で
ある。これは本質的にジェットコンプレッサであり簡単な構造を有するスチーム
−ジェットエジェクタ手段により実現される。
【００１３】
圧縮および排出システムを有するピストンエンジンの前述の動作通路は、縦
続的な方法、即ち、２つの断熱線と１つの等圧線とからなる通路１−２−３−４
を通じてスチームエンタルピーの非常にコンパクトな使用を示している。混合さ
れた空気−スチームサイクルの使用はボリューム全開のエンジン中のスチームの
使用を急峻に減少することを可能にし、したがってエンジンの熱効率を著しく増
加し、スチーム発生器とコンデンサのサイズを最小に減少し、その運動性を増加
する。
続的な方法、即ち、２つの断熱線と１つの等圧線とからなる通路１−２−３−４
を通じてスチームエンタルピーの非常にコンパクトな使用を示している。混合さ
れた空気−スチームサイクルの使用はボリューム全開のエンジン中のスチームの
使用を急峻に減少することを可能にし、したがってエンジンの熱効率を著しく増
加し、スチーム発生器とコンデンサのサイズを最小に減少し、その運動性を増加
する。
【００１４】
この圧縮および排出システムの利点は、排気ガスの代わりに、コンデンサを
冷却する大気圧空気を使用し、スチーム凝縮において空気−スチーム混合物によ
り冷却された空気で解放された熱をエンジンへ戻す。これはサイクルの可逆性を
急峻に増加し、そこから熱効率を増加し、スチームがスチームエンジンとスチー
ムタービンのようなエンジンの動作量全体ではなく、サイクルの可逆性における
エネルギ損失（約２０−３０％の質量の流れ）を補償することだけに使用される
ことを考慮する。これは８０−８５％の熱効率に到達することを許容し、実際の
動作値と比較して２乃至３倍燃料消費を減少させる。
冷却する大気圧空気を使用し、スチーム凝縮において空気−スチーム混合物によ
り冷却された空気で解放された熱をエンジンへ戻す。これはサイクルの可逆性を
急峻に増加し、そこから熱効率を増加し、スチームがスチームエンジンとスチー
ムタービンのようなエンジンの動作量全体ではなく、サイクルの可逆性における
エネルギ損失（約２０−３０％の質量の流れ）を補償することだけに使用される
ことを考慮する。これは８０−８５％の熱効率に到達することを許容し、実際の
動作値と比較して２乃至３倍燃料消費を減少させる。
【００１５】
低い値の動作圧力と温度にかかわらず、圧縮および排出によるエンジンのパ
ワーは、動作圧力が内部燃焼エンジンの実効圧力ｐｅに等しく動作プロセスが２
ストロークである事実のために、変位ガソリンまたはディーゼルエンジンに関し
て対応するエンジンに匹敵する。さらにエンジンの冷却と、ホイールへ回転モー
メントを伝達する機械的伝達の必要性が回避される。別の重要な利点は、圧縮お
よび排出のためシステムを備えたエンジンの耐摩耗性が高いこと、および雑音の
ない動作が可能であることである。
ワーは、動作圧力が内部燃焼エンジンの実効圧力ｐｅに等しく動作プロセスが２
ストロークである事実のために、変位ガソリンまたはディーゼルエンジンに関し
て対応するエンジンに匹敵する。さらにエンジンの冷却と、ホイールへ回転モー
メントを伝達する機械的伝達の必要性が回避される。別の重要な利点は、圧縮お
よび排出のためシステムを備えたエンジンの耐摩耗性が高いこと、および雑音の
ない動作が可能であることである。
【００１６】
本発明の実施形態は図面に１例として示されている。
本発明を図３を使用して詳細に説明する。
【００１７】
本発明にしたがって、圧縮および排出システムは空気ドラフトフード31が取
付けられているコア上のコンデンサ22からなり、後部は強固に固定され、前面は
フラットワイヤバイメタルばね29とレバー30とばね28（図Ｃ参照）により取付け
られている。コンデンサの上部には、熱交換蛇行管23が固定され、下部は凝縮貯
蔵容器25を形成しており、そこにフロート26とニードルフロート27が取付けられ
、水滴貯蔵容器３へ管により接続され、この水滴貯蔵容器３中には凝縮蛇行管２
が取付けられ、凝縮蛇行管２の出口には制御弁７が取付けられている。スチーム
発生器14は排出装置12の高圧力部に接続されており、その出口はピストンエンジ
ン24の入口ポートに接続されており、ピストンエンジン24の排気ポートは空気−
スチームタービン５に接続されている。コンデンサ22上に、空気コンプレッサ４
と空気−スチームタービン５が取付けられてタービン駆動コンプレッサを形成し
、開口によりコンデンサ22へ接続され、コンプレッサの開口は空気ドラフトフー
ド31により接続されている弁１により閉じられる。コンプレッサ４は熱交換装置
６を経て排出装置12の低圧力拡散装置10に接続されており、この低圧力拡散装置
は精密なばね８により加圧され、ケーシングリング９により包囲され、その中に
低圧力プロフィールローラ17が配置され、これは円筒形表面上に可変セクション
を有する半円筒形チャンネルを有し、頑丈なピン18がそれらに取付けられている
。小型の高圧力プロファイルローラ16が高圧力拡散装置11中に取付けられ、そこ
に押出しピン15が位置され、拡散装置11はバネ13により加圧されている。ピスト
ンエンジン24のクランクシャフト軸上にカムディスク35が固定され、これは軸20
に取付けられた支持体21に固定されているピストン凝縮ポンプ32と接触している
。ピストン凝縮ポンプ32は駆動機構33に接続され、この駆動機構33は右捩子を有
するナット39中に結合されている右捩子を有する捩子棒40に結合され、さらにク
ラッチスリーブ41により左捩子を有するナット42中に結合されている左捩を有す
る捩子棒44と接続されている。ナット39と42は共に調整装置43の本体の切込み部
分中に取付けられ、さらに、圧力調節装置34に接続されている三角形のプレート
45の２つの傾斜した切込み溝中に結合されている。圧力調節装置34は管によって
スチーム発生器14に接続され、さらに４バー機構19が４バー機構のプッシャー36
、重錘37、Ｖ形の足部38と共にそれに取付けられている。ピストン凝縮ポンプ32
の入口は凝縮貯蔵容器25に接続され、出口は熱交換蛇行管23、熱交換装置６、ス
チーム発生器14と直列に接続されている。
付けられているコア上のコンデンサ22からなり、後部は強固に固定され、前面は
フラットワイヤバイメタルばね29とレバー30とばね28（図Ｃ参照）により取付け
られている。コンデンサの上部には、熱交換蛇行管23が固定され、下部は凝縮貯
蔵容器25を形成しており、そこにフロート26とニードルフロート27が取付けられ
、水滴貯蔵容器３へ管により接続され、この水滴貯蔵容器３中には凝縮蛇行管２
が取付けられ、凝縮蛇行管２の出口には制御弁７が取付けられている。スチーム
発生器14は排出装置12の高圧力部に接続されており、その出口はピストンエンジ
ン24の入口ポートに接続されており、ピストンエンジン24の排気ポートは空気−
スチームタービン５に接続されている。コンデンサ22上に、空気コンプレッサ４
と空気−スチームタービン５が取付けられてタービン駆動コンプレッサを形成し
、開口によりコンデンサ22へ接続され、コンプレッサの開口は空気ドラフトフー
ド31により接続されている弁１により閉じられる。コンプレッサ４は熱交換装置
６を経て排出装置12の低圧力拡散装置10に接続されており、この低圧力拡散装置
は精密なばね８により加圧され、ケーシングリング９により包囲され、その中に
低圧力プロフィールローラ17が配置され、これは円筒形表面上に可変セクション
を有する半円筒形チャンネルを有し、頑丈なピン18がそれらに取付けられている
。小型の高圧力プロファイルローラ16が高圧力拡散装置11中に取付けられ、そこ
に押出しピン15が位置され、拡散装置11はバネ13により加圧されている。ピスト
ンエンジン24のクランクシャフト軸上にカムディスク35が固定され、これは軸20
に取付けられた支持体21に固定されているピストン凝縮ポンプ32と接触している
。ピストン凝縮ポンプ32は駆動機構33に接続され、この駆動機構33は右捩子を有
するナット39中に結合されている右捩子を有する捩子棒40に結合され、さらにク
ラッチスリーブ41により左捩子を有するナット42中に結合されている左捩を有す
る捩子棒44と接続されている。ナット39と42は共に調整装置43の本体の切込み部
分中に取付けられ、さらに、圧力調節装置34に接続されている三角形のプレート
45の２つの傾斜した切込み溝中に結合されている。圧力調節装置34は管によって
スチーム発生器14に接続され、さらに４バー機構19が４バー機構のプッシャー36
、重錘37、Ｖ形の足部38と共にそれに取付けられている。ピストン凝縮ポンプ32
の入口は凝縮貯蔵容器25に接続され、出口は熱交換蛇行管23、熱交換装置６、ス
チーム発生器14と直列に接続されている。
【００１８】
本発明を使用して得られることができる利点を証明するため、圧縮および排
出によるピストンエンジンの理論的なサイクルを以下説明する。
出によるピストンエンジンの理論的なサイクルを以下説明する。
【００１９】
熱力学サイクル（図１）は以下のプロセス、即ち排出装置のスチームの１−
２の断熱膨張と、ピストンエンジン中の空気−スチーム混合物の２−３の等圧膨
張と、タービン中の空気−スチーム混合物の３−４の断熱膨張と、スチームの４
−５の等圧凝縮と、コンプレッサ中の空気の５−６の断熱圧縮からなる。
２の断熱膨張と、ピストンエンジン中の空気−スチーム混合物の２−３の等圧膨
張と、タービン中の空気−スチーム混合物の３−４の断熱膨張と、スチームの４
−５の等圧凝縮と、コンプレッサ中の空気の５−６の断熱圧縮からなる。
【００２０】
ｐ−ｖ図（図１）にしたがってプロセスをトレースしたならば、ピストンエ
ンジンがスチームと、空気と、３つの混合した空気−スチームサイクルで動作す
ることが分かる。圧縮および排出システムによるピストンエンジンの熱力学プロ
セスを以下説明する。
ンジンがスチームと、空気と、３つの混合した空気−スチームサイクルで動作す
ることが分かる。圧縮および排出システムによるピストンエンジンの熱力学プロ
セスを以下説明する。
【００２１】
ピストンエンジンの動作はコンプレッサと排出装置の動作の和に等しく、即
ち、
ち、
【数１】
ここでｃｐs は一定圧力におけるスチームの比熱であり、
ｃｐa は一定圧力における空気の比熱であり、
またはＬpe＝ｐ２Ｖｓ， Ｊ／ｓであり、
ここでＶｓはスチーム−空気混合物中のスチームと空気の部分容積の和に等しい
エンジンの第２の容積であり、 Ｖｓ＝Ｖｓs ＋Ｖｓa または、 Ｖｓ＝ｎＶｌ／６０， （ｍ3 ） ここでＶｌはエンジン変位ｍ3 であり、ｎは毎分のエンジンの回転数である。
エンジンの第２の容積であり、 Ｖｓ＝Ｖｓs ＋Ｖｓa または、 Ｖｓ＝ｎＶｌ／６０， （ｍ3 ） ここでＶｌはエンジン変位ｍ3 であり、ｎは毎分のエンジンの回転数である。
【００２２】
エンジンのパワーは次式により決定される。
Ｎpe＝Ｌpe／１０００， （ｋＷ）
エネルギ保存の法則はエネルギのバランスを解くためのベースになる。開かれ
ている熱力学システムでは、流入の和は流出の和に等しいと解釈している。 ΣＷin＝ΣＷout 変形作用と絶対作用との関係では、次式が言える。 ｌd ＝ｌabs またはｌe ＋ｌk ＝ｌpe， Ｊ／ｋｇ
ている熱力学システムでは、流入の和は流出の和に等しいと解釈している。 ΣＷin＝ΣＷout 変形作用と絶対作用との関係では、次式が言える。 ｌd ＝ｌabs またはｌe ＋ｌk ＝ｌpe， Ｊ／ｋｇ
【数２】
【００２３】
この方法で実現される圧縮および排出によるピストンエンジンのサイクルプロ
セスから、エンジンで発生される熱はスチームにより排出装置へ導入された熱と
、排気された空気−スチーム混合物の熱を使用する空気コンプレッサにより導入
された熱から生じる。
セスから、エンジンで発生される熱はスチームにより排出装置へ導入された熱と
、排気された空気−スチーム混合物の熱を使用する空気コンプレッサにより導入
された熱から生じる。
【００２４】
したがって発生された熱において次式が得られる。
【数３】
ここで ｉ''はドライ飽和スチームのエンタルピーであり、
ｉ' はスチーム発生器に注入された水のエンタルピーである。
【００２５】
エンジンに戻る熱については、次式が得られる。
【数４】
【００２６】
熱効率（ηt ）は熱サイクルを評価するために使用される。
ηt ＝（Ｑ−Ｑ0 ）／Ｑ
ここでＱはスチーム発生器からのスチームで導入された熱であるＱｓに等しい導
入熱である。
入熱である。
【００２７】
Ｑ0 はＱｓ−（Ｌe ＋Ｌk ）に等しい、即ち導入された熱と排出装置で実行
された動作およびコンプレッサの動作間の差に等しいエンジンから抽出された熱
である。
された動作およびコンプレッサの動作間の差に等しいエンジンから抽出された熱
である。
【００２８】
熱効率の式へ代入後、次式が得られる。
【数５】
【００２９】
圧縮および排出を有するピストンエンジンの熱効率の式を解析すると、効率は
タービン駆動コンプレッサの効率の増加と、蒸発熱ｒ＝ｉ''−ｉ' の減少と共に
増加することが分かり、蒸発熱は一方では動作流体（水、アルコール、アンモニ
ア、フレオン等）の特性と、スチーム発生器に注入される動作流体の加熱の度合
いに基づく。
タービン駆動コンプレッサの効率の増加と、蒸発熱ｒ＝ｉ''−ｉ' の減少と共に
増加することが分かり、蒸発熱は一方では動作流体（水、アルコール、アンモニ
ア、フレオン等）の特性と、スチーム発生器に注入される動作流体の加熱の度合
いに基づく。
【００３０】
本発明の場合、サイクルの新しい可逆性係数、即ちコンプレッサおよびコン
デンサからエンジンへ戻る熱とスチームにより導入された熱との割当が導入され
る。
デンサからエンジンへ戻る熱とスチームにより導入された熱との割当が導入され
る。
【数６】
【００３１】
圧縮しガソリンとディーゼルエンジンへ排出するシステムを有するエンジンの
効率と熱力学パラメータを比較すると、ηt は内燃エンジンのηt の少なくとも
２倍の大きさであり、最大圧力は５乃至１０倍小さく、最大温度も１０乃至１５
倍まで小さく、回転速度はガソリンとディーゼルエンジンの回転速度よりも４−
１６倍小さい。
効率と熱力学パラメータを比較すると、ηt は内燃エンジンのηt の少なくとも
２倍の大きさであり、最大圧力は５乃至１０倍小さく、最大温度も１０乃至１５
倍まで小さく、回転速度はガソリンとディーゼルエンジンの回転速度よりも４−
１６倍小さい。
【００３２】
産業上の応用性
圧縮および排出システムは以下のように動作する。
ピストンエンジン24の加速装置のペダルにより動作する駆動機構33の媒体によ
り、右捩子を有する捩子棒40はクラッチスリーブ41により回転を開始し、ナット
39と42を回転することによって左捩子を有する捩子棒44はピストン凝縮ポンプ32
が固定されている支持体21に近付き、カムディスク35により、凝縮貯蔵容器25か
ら凝縮の吸込みが実行され、これは熱交換蛇行管23と熱交換装置６を経て圧力下
でスチーム発生器14へ供給される。スチーム発生器で得られたスチームは排出装
置12の高圧力区域に流れ、ここで押出しピン15を動作し、圧力の作用によってこ
れらを低圧力拡散装置10へ押出し、空気コンプレッサ４から低圧力空気流が通過
するクリアランスδ（Ｂ−Ｂ参照）を生成する。押出しピン15の動作は精密なば
ね８に基づいて厳密に決定される。押出しピン15が移動するとき、高圧力プロフ
ァイルローラ16は頑丈な部分の媒体を通じて回転を開始し、これらのローラは回
転で形成された開口セクションを変更することによって、高速度スチームが拡散
装置11から拡散装置10へ流れることを確実にする。同様に、ピン18を動作し、ピ
ン18は拡散装置10が動くとき排出装置12の壁と接触しており、低圧力プロファイ
ルローラ17を回転させ、それによってそれぞれの瞬間に、エンジン負荷に応じて
排出装置の最適の動作パラメータが自動的に確保される。したがって、圧力、温
度、容積の正確に決定されたパラメータにより得られた空気−スチーム混合物は
全体的な動作サイクル期間中にエンジンに流れ、正確に外部抵抗に対応するパワ
ーを与える。
り、右捩子を有する捩子棒40はクラッチスリーブ41により回転を開始し、ナット
39と42を回転することによって左捩子を有する捩子棒44はピストン凝縮ポンプ32
が固定されている支持体21に近付き、カムディスク35により、凝縮貯蔵容器25か
ら凝縮の吸込みが実行され、これは熱交換蛇行管23と熱交換装置６を経て圧力下
でスチーム発生器14へ供給される。スチーム発生器で得られたスチームは排出装
置12の高圧力区域に流れ、ここで押出しピン15を動作し、圧力の作用によってこ
れらを低圧力拡散装置10へ押出し、空気コンプレッサ４から低圧力空気流が通過
するクリアランスδ（Ｂ−Ｂ参照）を生成する。押出しピン15の動作は精密なば
ね８に基づいて厳密に決定される。押出しピン15が移動するとき、高圧力プロフ
ァイルローラ16は頑丈な部分の媒体を通じて回転を開始し、これらのローラは回
転で形成された開口セクションを変更することによって、高速度スチームが拡散
装置11から拡散装置10へ流れることを確実にする。同様に、ピン18を動作し、ピ
ン18は拡散装置10が動くとき排出装置12の壁と接触しており、低圧力プロファイ
ルローラ17を回転させ、それによってそれぞれの瞬間に、エンジン負荷に応じて
排出装置の最適の動作パラメータが自動的に確保される。したがって、圧力、温
度、容積の正確に決定されたパラメータにより得られた空気−スチーム混合物は
全体的な動作サイクル期間中にエンジンに流れ、正確に外部抵抗に対応するパワ
ーを与える。
【００３３】
ピストンの吸込みストローク中に、排気ポートが開かれ、このポートは管に
よりコンプレッサ４を駆動する空気−スチームタービン５へ接続されている。排
気された空気−スチーム混合物はコンデンサ22を通過し、ここでスチームの凝縮
水は凝縮貯蔵容器25で集められ、この内部のフロート26とニードルフロート27に
よって一定レベルが維持される。コンデンサからの湿気を有する空気は凝縮蛇行
管２を経て水滴貯蔵容器３へ通過し、ここでさらに空気中の水分の凝縮が行われ
る。それによって乾燥された空気はシステムを出て、制御弁７を経てスチーム発
生器14へ流れ、加熱される。
よりコンプレッサ４を駆動する空気−スチームタービン５へ接続されている。排
気された空気−スチーム混合物はコンデンサ22を通過し、ここでスチームの凝縮
水は凝縮貯蔵容器25で集められ、この内部のフロート26とニードルフロート27に
よって一定レベルが維持される。コンデンサからの湿気を有する空気は凝縮蛇行
管２を経て水滴貯蔵容器３へ通過し、ここでさらに空気中の水分の凝縮が行われ
る。それによって乾燥された空気はシステムを出て、制御弁７を経てスチーム発
生器14へ流れ、加熱される。
【００３４】
圧縮および排出システム中の空気は、コンデンサ22の空気−スチーム混合物
により加熱されるフラットワイヤバイメタルばね29、レバー30、ばね28により自
動的に駆動される空気ドラフトフード31を通って空気コンプレッサ４へ吸込まれ
る。動作の開始時に、可動の空気ドラフトフード31は低い位置（図Ｃ参照）にあ
る。その状態で、冷却した空気はただ１つの冷却セクタを通じてコンデンサ22へ
入る。加熱されるとき、フラットワイヤバイメタルばね29は屈曲し、レバー30を
上方向にシフトし、ばね28はフードをコンデンサ壁へ堅く固定する。その状態で
、冷却した空気は３つの冷却セクタを経てコンデンサ22へ入る。最後の位置は第
２のバイメタルばね29も対応する温度まで加熱され、第２の空気ドラフトフード
31が上方向にシフトするときの位置である。その後、冷却した空気はコンデンサ
22の５つの全ての冷却セクタを通過する（断面Ａ−Ａ参照）。弁１は、大気の吸
引だけでなく、真空中でエンジンを使用する圧縮および排出用の十分にカプセル
化されたシステムの場合のようにエンジンの決定された動作モードでコンデンサ
からの空気−スチーム混合物を吸込むようにコンプレッサ4 を切換える作用をす
る。
により加熱されるフラットワイヤバイメタルばね29、レバー30、ばね28により自
動的に駆動される空気ドラフトフード31を通って空気コンプレッサ４へ吸込まれ
る。動作の開始時に、可動の空気ドラフトフード31は低い位置（図Ｃ参照）にあ
る。その状態で、冷却した空気はただ１つの冷却セクタを通じてコンデンサ22へ
入る。加熱されるとき、フラットワイヤバイメタルばね29は屈曲し、レバー30を
上方向にシフトし、ばね28はフードをコンデンサ壁へ堅く固定する。その状態で
、冷却した空気は３つの冷却セクタを経てコンデンサ22へ入る。最後の位置は第
２のバイメタルばね29も対応する温度まで加熱され、第２の空気ドラフトフード
31が上方向にシフトするときの位置である。その後、冷却した空気はコンデンサ
22の５つの全ての冷却セクタを通過する（断面Ａ−Ａ参照）。弁１は、大気の吸
引だけでなく、真空中でエンジンを使用する圧縮および排出用の十分にカプセル
化されたシステムの場合のようにエンジンの決定された動作モードでコンデンサ
からの空気−スチーム混合物を吸込むようにコンプレッサ4 を切換える作用をす
る。
【００３５】
４バー機構19と圧力調節装置34はエンジンの回転速度および圧力を制限する
ように作用する。これらはエンジンの動作モードに応じて別々または共に動作す
る。例えば、低い回転速度と高い負荷では、圧力調節装置だけが動作し、高い回
転速度と負荷ではこれらの両者が共に動作する。これらの両者は２つの傾斜した
切込み溝を有する三角形のプレート45と接続され、この切込み溝に、ナット39と
42のガイド部分が入る。スチーム発生器14への圧力が特定された値を超えたとき
、これは圧力調節装置34の管を経て動作し、プレート45を上方向に押し、したが
ってナット39と42を引離し、ナットは切込み溝中で調節装置43の本体へ移動し、
ナットはその部分でキャリア21に固定されている捩子棒40、44を押す。したがっ
てピストン凝縮ポンプ32のストロークはスチーム発生器14に注入される水量と同
様に少なくなる。回転速度が許容速度を越えたとき、重錘37により発生した遠心
力がＶ形の足部38に作用し、これらの部分で４バー機構36のプッシャをシフトし
、そうすることによって４バー機構19は三角形のプレート45を上方へ引上げ、そ
れによってナット39と42とピストンポンプ32をカムディスク35から引離し、した
がって注入された凝縮量を減少させる。
ように作用する。これらはエンジンの動作モードに応じて別々または共に動作す
る。例えば、低い回転速度と高い負荷では、圧力調節装置だけが動作し、高い回
転速度と負荷ではこれらの両者が共に動作する。これらの両者は２つの傾斜した
切込み溝を有する三角形のプレート45と接続され、この切込み溝に、ナット39と
42のガイド部分が入る。スチーム発生器14への圧力が特定された値を超えたとき
、これは圧力調節装置34の管を経て動作し、プレート45を上方向に押し、したが
ってナット39と42を引離し、ナットは切込み溝中で調節装置43の本体へ移動し、
ナットはその部分でキャリア21に固定されている捩子棒40、44を押す。したがっ
てピストン凝縮ポンプ32のストロークはスチーム発生器14に注入される水量と同
様に少なくなる。回転速度が許容速度を越えたとき、重錘37により発生した遠心
力がＶ形の足部38に作用し、これらの部分で４バー機構36のプッシャをシフトし
、そうすることによって４バー機構19は三角形のプレート45を上方へ引上げ、そ
れによってナット39と42とピストンポンプ32をカムディスク35から引離し、した
がって注入された凝縮量を減少させる。
【図１】
ｐ−ｖ図の圧縮および排出の熱力学プロセス。
【図２】
圧縮および排出システムの概略図。
【図３】
圧縮および排出システムの詳細図。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＵ，ＢＲ，ＣＡ，
ＣＮ，ＣＺ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＭＸ，Ｐ
Ｌ，ＲＯ，ＲＵ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ，ＺＡ
Claims (4)
- 【請求項１】 スチーム発生器(14)と、排出装置(12)と、ピストンエンジン
(24)と、空気ースチームタービン(5) と、空気コンプレッサ(4) と、熱交換装置
(6) と、コンデンサ(22)と、ピストン凝縮ポンプ(32)と、水滴貯蔵容器(3) と、
制御弁(1) および(7) とを具備しているピストンエンジンの圧縮および排出シス
テムにおいて、 スチーム発生器(14)は排出装置(12)の高圧力部に接続され、この排出装置(12)
の出口はピストンエンジン(24)の入口ポートに接続されており、ピストンエンジ
ン(24)の排気ポートは空気−スチームタービン(5) に接続されており、この空気
−スチームタービン(5) は空気コンプレッサ(4) と１つの同一のシャフトに取付
けられてそれら両者はコンデンサ(22)の上に配置され、タービン(5) の出口はコ
ンデンサ(22)の内部に接続され、コンプレッサ(4) の入口は弁(1) により空気ド
ラフトフード(31)およびコンデンサ(22)の内部に接続され、コンデンサ(22)の下
端部は管により水滴貯蔵容器(3) へ接続され、水滴貯蔵容器(3) の内部には凝縮
蛇行管(2) が取付けられ、この凝縮蛇行管(2) の出口には制御弁(7) が取付けら
れ、コンプレッサ(4) の出口と熱交換装置(6) と排出装置(12)の低圧力部とは直
列に接続され、ピストンポンプ(32)の入口は凝縮貯蔵容器(25)に接続され、その
出口と熱交換蛇行管(23)と熱交換装置(6) とスチーム発生器(14)とは直列に接続
されていることを特徴とするピストンエンジンの圧縮および排出システム。 - 【請求項２】 排出装置(12)は低圧力拡散装置(10)と高圧力拡散装置(11)と
を備え、 前記低圧力拡散装置には低圧力プロファイルローラ(17)が取付けられており、
この低圧力プロファイルローラ(17)は頑丈なピン(18)と接続され、精密なばね(8
) によって加圧され、ケーシングリング(9) により包囲されており、 前記高圧力拡散装置(11)にはばね(13)により押され、押出しピン（15）と接続
されている高圧力プロフィールローラ（16）が取付けられていることを特徴とす
る請求項１記載のピストンエンジンの圧縮および排出システム。 - 【請求項３】 空気ドラフトフード(31)はコンデンサ(22)上に取付けられ、
その後部は強固に固定され、前面はフラットワイヤバイメタルばね(29)と、レバ
ー(30)と、ばね(28)とにより接続され、その上部には熱交換蛇行管(23)が設けら
れ、下部は凝縮貯蔵容器(25)として形成され、その内部にフロート(26)とニード
ルフロート(27)が取付けられていることを特徴とする請求項１記載のピストンエ
ンジンの圧縮および排出システム。 - 【請求項４】 ピストンエンジン(24)の軸上にカムディスク(35)が取付けら
れ、このカムディスク(35)にピストン凝縮ポンプ(32)が接触しており、この凝縮
ポンプ(32)は軸(20)に取付けられた支持体(21)に固定され、駆動機構(33)に接続
され、駆動機構(33)は右捩子を有するナット(39)に結合されている右捩子を有す
る捩子棒(40)に結合され、さらにクラッチスリーブ(41)によりて左捩子を有する
ナット(42)に結合されている左捩子を有する捩子棒(44)と接続されており、ナッ
ト(39)と(42)は共に調整装置(43)の本体の切込み部分中に位置され、さらに三角
形プレート(45)の２つの傾斜した切込み溝中に位置され、三角形プレート(45)は
圧力調節装置(34)に接続され、圧力調節装置(34)は管によりスチーム発生器(14)
に接続され、り４バー機構(19)へ接続され、さらに三角形プレート(45)により４
バー機構(19)に結合され、４バー機構(19)は４バー機構のプッシャー(36)と重錘
37とＶ形の足部38と共に取付けられていることを特徴とする請求項１記載のピス
トンエンジンの圧縮および排出システム。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG103504 | 1999-06-18 | ||
| BG103504A BG63668B1 (bg) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | Система за компресиране и ежектиране на бутални двигатели |
| PCT/BG2000/000015 WO2000079104A1 (en) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | A system for compressing and ejecting of piston engines |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003502567A true JP2003502567A (ja) | 2003-01-21 |
Family
ID=3927801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001505434A Pending JP2003502567A (ja) | 1999-06-18 | 2000-05-25 | ピストンエンジンの圧縮および排出システム |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2003502567A (ja) |
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| AU (1) | AU4902100A (ja) |
| BG (1) | BG63668B1 (ja) |
| BR (1) | BR0006871A (ja) |
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| MX (1) | MXPA01001835A (ja) |
| PL (1) | PL346056A1 (ja) |
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| US20070102672A1 (en) * | 2004-12-06 | 2007-05-10 | Hamilton Judd D | Ceramic radiation shielding material and method of preparation |
| FR2922608B1 (fr) * | 2007-10-19 | 2009-12-11 | Saipem Sa | Installation et procede de stockage et restitution d'energie electrique a l'aide d'une unite de compression et detente de gaz a pistons |
| CN101684737A (zh) * | 2008-09-27 | 2010-03-31 | 冯显刚 | 热能循环利用组合动力机械 |
| EP2253807A1 (en) * | 2008-10-29 | 2010-11-24 | Vítkovice Power Engineering a.s. | Gas turbine cycle or combined steam-gas cycle for production of power from solid fuels and waste heat |
| CN103492818B (zh) * | 2010-12-10 | 2016-08-10 | 蒸汽发生器公司 | 通用热力发动机 |
| CN103953470B (zh) * | 2014-03-21 | 2016-06-29 | 哈尔滨工程大学 | 一种增压柴油机进气道增湿装置 |
| FI127654B (en) * | 2014-05-21 | 2018-11-30 | Finno Energy Oy | Electricity generating system and method |
| UA141780U (uk) * | 2019-10-21 | 2020-04-27 | Іван Іванович Котурбач | Дизель-парова електростанція |
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|---|---|---|---|---|
| GB272777A (en) * | 1926-12-08 | 1927-06-23 | Frank Robinson | Improvements in and connected with the supply of fluid to fluid expansion engines |
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| FR2389767A1 (en) * | 1977-05-06 | 1978-12-01 | Alsthom Atlantique | Gas turbine powered by waste heat - has heated water injected into compressed air to reduce operating temp |
| GB2080431B (en) * | 1980-07-16 | 1984-03-07 | Thermal Systems Ltd | Reciprocating external combustion engine |
| US4492085A (en) * | 1982-08-09 | 1985-01-08 | General Electric Company | Gas turbine power plant |
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| JPH0826780B2 (ja) | 1993-02-26 | 1996-03-21 | 石川島播磨重工業株式会社 | 部分再生式二流体ガスタービン |
| GB2307277A (en) * | 1995-11-17 | 1997-05-21 | Branko Stankovic | Combined cycle powerplant with gas turbine cooling |
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- 2000-05-25 CZ CZ2001995A patent/CZ2001995A3/cs unknown
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