NL8007070A - Heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding. - Google Patents

Heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding. Download PDF

Info

Publication number
NL8007070A
NL8007070A NL8007070A NL8007070A NL8007070A NL 8007070 A NL8007070 A NL 8007070A NL 8007070 A NL8007070 A NL 8007070A NL 8007070 A NL8007070 A NL 8007070A NL 8007070 A NL8007070 A NL 8007070A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
gas
cylinder
transfer agent
engine
piston
Prior art date
Application number
NL8007070A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Thermal Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thermal Systems Ltd filed Critical Thermal Systems Ltd
Publication of NL8007070A publication Critical patent/NL8007070A/nl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/344Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F01C1/3441Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F01C1/3442Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/60Pump mixers, i.e. mixing within a pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/005Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of liquid and steam or evaporation of a liquid by expansion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/02Steam engine plants not otherwise provided for with steam-generation in engine-cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04Steam 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2244/00Machines having two pistons
    • F02G2244/50Double acting piston machines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2258/00Materials used
    • F02G2258/10Materials used ceramic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00Constructional features
    • F02G2270/50Crosshead guiding pistons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

- ί 2 * -
Lx 577½ ' Heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding.
De uitvinding heeft betrekking op een heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding, d.w.z. een motor met een of meer cilinders en bijbehorende zuigers, waarvan de heen- en weergaande beweging een krachtbron vormt, en waarbij de warmte voor het aan-5 drijven daarvan buiten de cilinder wordt voortgebracht. De uitvinding verschaft in het bijzonder een nieuwe werkingskringloop.
Er zijn reeds vele pogingen gedaan om een motor te verschaffen, die zowel een groot nuttig warmte-effekt wat betreft het omzetten van toegevoerde warmte-energie in nuttige arbeid, als een 10 aanvaardbare verhouding tussen vermogen en gewicht en vermogen en in-houd van de motor heeft. De motor met inwendige verbranding heeft een goede verhouding tussen vermogen en gewicht, doch een betrekkelijk gering nuttig warmte-effekt. De dieselmotor heeft het beste nuttige warmte-effekt (tot ongeveer ^0 %>) · Thermodynamisch meer doel-15 treffend werkende machines, die op de Carnot-, Stirling- en Ericsson-kringloop berusten, zijn reeds gebouwd, doch deze zijn in het algemeen niet technisch geslaagd, en wel voornamelijk wegens de moeilijkheden bij het verschaffen van een kleine en doeltreffende warmtewisselaar, die toelaat het arbeidsgas snel en doeltreffend te verwarmen 20 door middel van een uitwendige warmtebron.
De stoommachine is een bekende vorm van een machine met uitwendige verbranding, doch de verhouding tussen vermogen en gewicht is in het algemeen klein, en dit wegens het feit, dat een afzonderlijke stoomketel en condensor vereist zijn. De stoommachine gebruikt 25 gewoonlijk gedroogde stoom of een andere droge damp als het arbeidsmiddel. De uitvinding heeft echter niet betrekking op een dergelijke machine, doch op een motor met uitwendige verbranding, waarbij een gas zoals lucht als het arbeidsmiddel wordt gebruikt.
De uitvinding verschaft een heen- en weergaande motor met 30 uitwendige verbranding, waarin energie op een arbeidsgas wordt overgedragen vanuit een verwarmd vloeibaar warmte-overdrachtsmiddel, welke motor bestaat uit: - een cilinder met een daarin verschuifbare zuiger, die samen een arbeidsruimte begrenzen; 35 - een warmtewisselaar voor het verwarmen van het warmte-overdrachts- 8007070
{ I
- 2 - middel buiten de cilinder, en dit onder een zodanige druk, dat dit middel in de vloeibare toestand wordt gehouden; - invoermiddelen voor het invoeren van gas in de arbeidsruimte; - een inspuitonderdeel voor het inspuiten van het verwarmde vloei-5 bare middel in het gas voor of na het invoeren van het gas in de arbeidsruimte; en - een uitlaat in de cilinder, die zodanig .kan worden bestuurd, dat het warmte-overdrachtsmiddel vanuit de arbeidsruimte kan worden afgevoerd nabij het einde van een uitzettingsslag van de zuiger.
10 Deze cilinder kan een enkele,dubbelwerkende cilinder zijn met een zuiger, die aan één zijde daarvan (gewoonlijk de drijfstang-zijde) een samenpersingsruimte en aan de andere zijde de arbeidsruimte begrenst, zoals bij een tweeslagsmotor. Dit sluit echter niet uit het gebruik van daarmède gelijkwaardige mechanische uitvoeringen, 15 zoals bijvoorbeeld twee met een gemeenschappelijke as gekoppelde cilinders, waarbij de zuiger van de ene cilinder de samenpersingsruimte, en die van de andere de arbeidsruimte bepaalt. De motor kan voorts zijn uitgevoerd om in een vierslagskringloop te werken, waarbij één slag een invoerslag is. De samenpersingsverhouding is bij voorkeur 20 tenminste '2. ; 1.
Ook kan deze motor een paar in een gemeenschappelijke cilinder geplaatste tegen elkaar werkende zuigers omvatten, waarbij de kopvlakken van deze zuigers met de cilinderwand de arbeidsruimte bepalen.
25 Er zijn middelen aanwezig voor het invoeren van gas in elke arbeidsruimte. In de eenvoudigste vorm kan hiervoor een vulpomp met een in de arbeidsruimte uitmondende inlaatpoort worden gebruikt om het uitlaatgas uit te drijven en door een verse gasvulling te vervangen, hetgeen gewoonlijk in de omgeving van het onderste dode punt 30 geschiedt. Ook kan een perspomp worden gebruikt om samengeperst gas naar de arbeidsruimte te voeren. Bij een tweeslagsmotor kan de perspomp worden gevormd door de samenpersingsruimte van de cilinder. Er kan echter ook een afzonderlijke draaiende of heen- en weergaande perspomp worden gebruikt, bijvoorbeeld een schoepen- of turbinepomp.
35 Bij een vierslagsmotor dient de invoerslag voor het invoeren van het gas.
Verschillende inlaat- en uitlaatkleppen van de gangbare soort kunnen zonodig worden aangebracht, welke kleppen de vorm van terugslagkleppen kunnen hebben, dan wel door middel van een door de 8007070 » i - 3 - motor aangedreven nok kunnen worden bediend. Pit sluit ecbter de afwezigheid van kleppen niet uit, daar bijvoorbeeld de zuiger kan worden gebruikt voor het openen en sluiten van inlaat- en uitlaatpoorten, zoals dit bij een tweeslagsmotor gebruikelijk is.
5 Verder is een inspuitrnondstuk aanwezig voor het inspuiten van voorverwarmd vloeibaar warmte-overdrachtsmiddel in het gas. Het doel van het ingespoten vloeibare middel is de warmte-overdracht vanuit de warmtewisselaar naar het gas doeltreffend te doen plaatsvinden. Er zijn derhalve veel kleinere warmtewisselingsoppervlakken vereist 10 voor het verwarmen van een bepaalde hoeveelheid vloeistof in vergelijking met de oppervlakte, die nodig is om dezelfde gasmassa te verwarmen. De uitvinding beoogt derhalve het middel in de vloeibare toestand te verwarmen, en het gas te verwarmen door aanraking met het warme vloeibare middel.
15 Het warmte-overdrachtsmiddel kan daarbij al dan niet onder de werkomstandigheden van de motor verdampen, na in het arbeidsgas te zijn ingespoten. Een niet verdampende vloeistof zal in het algemeen in de vorm van druppeltjes met een grote oppervlakte in de arbeids-ruimte worden ingevoerd. Een verdampende vloeistof kan tenminste ge-20 deeltelijk tot een damp verdampen, waardoor een uiterst goede warmteoverdracht wordt verkregen tussen de van dit overdrachtsmiddel afkomstige warme damp en het arbeidsgas.
Het vloeibare warmte-overdrachtsmiddel kan in het gas worden ingespoten voor of na het invoeren daarvan in de arbeidsruimte.
25 Wanneer het warmte-overdrachtsmiddel niet verdampt, wordt het bij voorkeur in het gas gesproeid in de vorm van druppeltjes. Wanneer een verdampend middel wordt gebruikt, kan dit na het inspuiten volledig dan wel onvolledig verdampen. Hoewel het vloeibare middel in het niet onder druk gezette arbeidsgas kan worden ingespoten, is het bekend, 50 dat een groter nuttig warmte-effekt wordt verkregen door dit vloeibare middel in het samengeperste gas in te spuiten.
Teneinde verwarring te voorkomen, zullen de volgende gebruikte uitdrukkingen worden verduidelijkt. Het arbeidsgas, waarin het vloeibare middel is ingespoten, zal in het algemeen een nat gas 55 worden genoemd. Gas, waarin het vloeibare middel nog niet is ingespoten, wordt dan droog gas genoemd. Het ingespoten warmte-overdrachtsmiddel kan in het gas als een vloeistof of als een damp aanwezig zijn.
Het verwarmen van het vloeibare warmte-overdrachtsmiddel en het inspuiten ervan in het arbeidsgas kan op verschillende wijzen 8007070 i * .- k - plaatsvinden. In het algemeen omvat de warmtewisselaar een brander voor het verwarmen van het vloeibare middel.
In de eerste plaats kan de vloeistof in een gedrongen warmtewisselaar, bijvoorbeeld een spoel uit buis met een nauwe boring, 5 worden verwarmd tot een hoge druk e* aen hoge temperatuur (d.w.z. tot een grote inwendige energie). Daar een nauwe buis hoge drukken kan weerstaan, is het gewoonlijk mogelijk de vloeistof tot aan het kritische punt te verwarmen. Voor bijzondere toepassingen, waarin de warmte-overdrachtssnelheid groot moet zijn, kan het de voorkeur ver-10 dienen het middel tot een temperatuur en druk boven het kritische punt te verwarmen.. Het warme onder druk staande vloeibare middel wordt dan in een mengkamer in het gas ingespoten. Een niet verdampend vloeibaar middel wordt bij voorkeur door middel van een verstuiver ingespoten. De inwendige energie van het middel wordt snel vanuit de 15 hete vloeistofdruppeltjes op het gas overgedragen, waarbij de druk ervan toeneemt. Het verwarmde en onder druk gezette natte gas wordt dan naar de arbeidsruimte van de cilinder gevoerd, waar het kan uitzetten (gewoonlijk polytropisch, d.w.z. niet adiabatisch), en dan de zuiger kan aandrijven.
20 Bij een tweede zeer gunstige uitvoeringsvorm wordt echter de mengkamer achterwege'gelaten, terwijl het warme vloeibare middel onder hoge druk, dat in de warmtewisselaar is verwarmd, rechtstreeks in de arbeidsruimte van de cilinder wordt ingespoten. Er wordt dan een vulling van spoelgas samengedrukt tot een druk, die voldoende is 25 om het snel in de arbeidsruimte in te voeren, zodra de zuiger zich nabij het onderste dode punt bevindt. Vervolgens wordt het droge spoelgas adiabatisch samengedrukt, waarbij het wordt verwarmd, naarmate de zuiger zich naar het bovenste dode punt beweegt. Dichtbij het bovenste dode punt wordt het verwarmde onder druk gezette vloeibare 30 middel in de arbeidsruimte ingespoten, waardoor de druk van het samengeperste gas nog verder toeneemt, waarna door uitzetting ervan de . zuiger weer naar het onderste dode punt wordt teruggedreven.
Warmte-overdracht tussen het warme warmte-overdrachtsmiddel en het arbeidsgas geschiedt zeer snel. Naarmate de zuiger het onder-35 ste dode punt nadert, zet het gas (gewoonlijk polytropisch) uit, waarbij het wordt afgekoeld, zodat de vloeistof of damp inwendige energie afgeeft.
Bij voorkeur is de vloeistof een verdampende vloeistof, bijvoorbeeld water, die tenminste gedeeltelijk onmiddellijk bij het 8007070 c f * i -5- inspuiten in de arbeidsruimte zeer snel tot damp verdampt. De warmteoverdracht tussen de warme waterdamp en het arbeidegas geschiedt zeer snel.
Bij deze tweede uitvoeringsvorm wordt derhalve het ingespo-5 ten vloeibare middel uitsluitend gebruikt als een warmte-overdrachts-middel, dat het mogelijk maakt dat het samengeperste gas inwendige energie in mechanische arbeid omzet. Wanneer een verdampend middel wordt gebruikt, is de warmte-overdracht bijzonder doeltreffend, mits het grootste gedeelte van de damp de cilinder in de vloeibare vorm 10 verlaat, zodat de latente verdampingsruimte niet verloren gaat.
De motor volgens de uitvinding moet worden onderscheiden van een stoommachine, daar het middel in de vloeibare vorm blijft, en niet zal verdampen, voordat het in het gas is ingevoerd. Dit staat in scherpe tegenstelling tot een stoommachine, waarin, zelfs wanneer een 15 ketel met snelle verdamping wordt gebruikt, het water steeds in de vorm van stoom in de cilinder wordt gevoerd. Daar het nodig is in een gebruikelijke stoommachine oververhitte stoom te gebruiken om waterdruppeltjes te verwijderen, is het niet mogelijk vloeibaar water rechtstreeks in de cilinder ervan snel te laten verdampen, aangezien · 20 dit aanleiding zou geven tot waterdruppeltjes in deze cilinder. In de motor volgens de uitvinding daarentegen kan de aanwezigheid van waterdruppeltjes in de arbeidsruimte worden toegelaten. In sommige gevallen kan het zelfs gewenst zijn de zuiger en/of cilinder zodanig uit te voeren, dat na het aflaten vloeibaar middel in de arbeidsruimte achter-25 blijft. Daartoe kunnen de zuiger of de cilinder van geschikte uitsparingen worden voorzien.
Het is nodig, dat het verwarmde middel voor het inspuiten in de vloeibare toestand wordt gehouden. Hoewel dit kan worden bereikt door gebruik te maken van geschikte tasters, die verzekeren, dat de 30 temperatuur bij een bepaalde druk nooit de kooktemperatuur overschrijdt, is gebleken, dat, wanneer een mondstuk met bepaalde afmetingen met de warmtewisselaar wordt verbonden, waarin het vloeibare middel wordt verwarmd, en een stroom van het vloeibare middel door de warmtewisselaar wordt gehandhaafd, het toevoeren van warmte op dit middel niet 35 tot het koken daarvan leidt. Door een geschikte keus van de afmetingen van dit mondstuk kunnen ingewikkelde temperatuur- en druktasters worden vermeden. Het mondstuk maakt uiteraard deel uit van het inspuit-onderdeel, waardoorheen het vloeibare middel in het gas wordt ingespoten. Het wordt dan mogelijk de werkingssnelheid van de motor te 8007070 4 9 - 6 - regelen door eenvoudigweg de hoeveelheid warmte te regelen, die door de brander wordt toegevoerd, bijvoorbeeld door de brandstoftoevoer naar de brander (bij een bepaalde inspuitsnelheid daarvan) te veranderen.
5 Gewoonlijk wordt het warmte-overdrachtsmiddel uit het uit laatgas teruggewonnen nadat dit gas uit de arbeidsruimte is afgevoerd. Het teruggewonnen middel, dat nog warm kan zijn, kan weer naar de warmtewisselaar worden teruggevoerd, zodat de inwendige energie ervan niet verloren gaat. Op deze wijze werkt dit middel uitsluitend 10 als een warmte-overdrachtsmiddel, en wordt het nauwelijks verbruikt.
Water is een bij voorkeur gebruikt warmte-overdrachtsmiddel, niet alleen omdat het kan verdampen, doch ook omdat het een warmte-geleidendheid heeft, die groot is in vergelijking met die van andere vloeistoffen, zoals bijvoorbeeld warmte-overdrachtsoliën. Voorts, zo-15 als nog nader zal worden toegelicht, kunnen middelen worden gebruikt om door verbranding in de brander gevormd water terug te winnen. Het wordt dan mogelijk elke aanvulling van water te vermijden, daar hiervoor het door verbranding in de brander verkregen water kan worden gebruikt. Uiteraard is het mogelijk andere vloeistoffen te gebruiken, 20 zoals bijvoorbeeld kwik, waarvan de warmtegeleidendheid tienmaal groter is dan die van water, of natrium. Kwik heeft echter andere duidelijke nadelen, zoals de prijs en de giftigheid ervan. Wanneer water wordt gebruikt, kan daaraan een olie worden toegevoegd in de vorm van een dispersie, emulsie of oplossing, teneinde tot de smering van de 25 motor bij te dragen.
De werkingssnelheid van de motor kan voorts worden geregeld door de inspuitsnelheid van het vloeibare middel te regelen, bijvoorbeeld door gebruik te maken van een pomp met veranderbare verplaatsing.
30 In een bij voorkeur gebruikte uitvoeringsvorm van de uit vinding is het arbeidsgas een gas, dat deel kan nemen aan de verbranding, die in de brander plaatsvindt. Op deze wijze kan de inwendige energie van het uit de cilinder afgevoerde gas worden teruggewonnen. Dit gas kan een gas zijn, dat de verbranding ondersteunt, zoals zuur-35 stof, lucht of een ander zuurstofhoudend gas, of stikstofoxyde. Ook kan het gas zelf een brandbaar gas zijn, waarvoor elk bekend brandbaar gas kan worden gekozen, zoals gasvormige koolwaterstoffen, kool-monoxyde of waterstof. In dat geval kan al het uitlaatgas of een deel ervan naar de brander worden gevoerd.
8007070 - 7 ** * fc
De in de brander verbrande vloeistof kan elke bekende brandstof zijn, zoals benzine, stookolie, vloeibare of gasvormige koolwaterstoffen, alkoholen, hout, steenkool of kooks.
Het verdient in het algemeen de voorkeur verschillende 5 warmteterugwinningsmiddelen te gebruiken. Zo kan de gehele motor in een isolerende omhulling worden opgenooen, en van warmtewisselaars worden voorzien, teneinde verstrooide warmte op te vangen, en deze naar bij-boorbeeld het samengeperste gas over te dragen, of daarmede de brandstof voor de brander voor te verwarmen. Het verdient verder de voor-10 keur de in de verbrandingsgassen achtergebleven warmte terug te winnen, hetgeen kan geschieden door de verbrandingsgassen door een sproei-kamer te voeren, waarin een vloeistofstroom (in het algemeen dezelfde vloeistof als die in de motor wordt ingespoten) door het verbrandingsgas wordt gesproeid. Wanneer een verdampend vloeistofmiddel wordt in-. 15 gespoten, verdient het de voorkeur de verdampende vloeistof door de verbrandingsgassen te sproeien, teneinde deze vloeistof tot dichtbij het kookpunt te verwarmen, alvorens naar de warmtewisselaar te worden gevoerd. Wanneer voorts water wordt gebruikt als het in te spuiten overdrachtsmiddel, is het gebruik van een watersproeikamer of conden-20 sor gunstig, daar dan water uit de brander uit de verbrandingsgassen kan worden gecondenseerd, zodat het niet nodig is aanvullingswater naar de motor te voeren.
De uitvoering van de motor volgens de uitvinding wordt in verschillende opzichten aanmerkelijk vereenvoudigd in vergelijking met 25 bekende motoren, bijvoorbeeld die met inwendige verbranding.
De in de arbeidruimte optredende tempraturén zijn -betrek-kfelijk laagi zodat het dichten van de zuigers wordt vereenvoudigd.
Er wordt opgemerkt, dat vermogen in de motor volgens de uitvinding kan worden opgewekt bij lagere temperaturen dan bijvoorbeeld in een 30 motor met inwendige verbranding. Voorts heeft een motor met inwendige verbranding een geringer nuttig warmte-effekt, aangezien middelen moeten worden gebruikt om de cilinders af te koelen en het vastlopen van de motor te voorkomen.
Daar de in de motor· optredende temperaturen betrekkelijk 35 laag zijn, bijvoorbeeld minder dan 350 °C, is het gewoonlijk niet nodig de cilinder uit metaal te vervaardigen.. Kunststoffen zoals poly-tetrafluoretheen (PTEE), met siliconenhars gedrenkte glasvezels, en andere in de techniek gebruikte kunststoffen, zijn bijzonder gunstig wegens hun lage prijs en gebruiksgemak. Andere warmte-isolatiemateri- 8007070
» I
- δ - alen zoals hout of keramiek kunnen eveneens worden gebruikt.
Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt i het warme vloeibare middel in een uiteinde van de arbeidsruimte ingespoten, waarbij de in- en uitlaat zich nabij het ander einde van 5 de zuigerslag bevinden. Het gebruik van kunststoffen met geringe warmtegeleidendheid laat toe, dat het ene uiteinde van de cilinder heet is, terwijl het inlaat- en uitlaatgebied betrekkelijk koud is.
Het vermogen wordt van de motor afgenomen door middel van een met de heen- en weergaande zuiger verbonden zuigerstang. Het vrije 10 uiteinde van de zuigerstang kan rechtstreeks met een krukpen op een draaibaar vliegwiel zijn gekoppeld, terwijl ook een afzonderlijke krukas kan worden gebruikt, teneinde de heen- en weergaande beweging in een draaiende beweging om te vormen.
Hoewel de uitvinding met betrekking tot een motor met een 15 enkele cilinder is beschreven, zal het duidelijk zijn, dat motoren met twee of meer cilinders in het algemeen in de praktijk de voorkeur verdienen. In een tweeslagsmotor zal het in het algemeen gunstig zijn de saraenpersingsruimte van een cilinder met de arbeidsruimte van een andere cilinder in verbinding te stellen, teneinde het gevormde samen-20 geperste gas op het meest geschikte ogenblik in de werkingskringloop van een bepaalde cilinder te kunnen invoeren.
De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het doen werken van een heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding, en op een samenstel van onderdelen om een motor (bijvoor-25 beeld met inwendige verbranding zoals een dieselmotor) tot een motor volgens de uitvinding om te vormen.
De uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht aan de hand van een tekening; hierin toont: fig. 1 een schematische voorstelling van een eerste uitvoe-30 ringsvorm van een motor met uitwendige verbranding volgens de uitvinding; fig. 2 een vereenvoudigde voorstelling van deze eerste uitvoeringsvorm ter verduidelijking van het werkingsbeginsel; fig. 3 een schematische doorsnede van een cilinder van deze 35 motor; fig. k een schematische doorsnede van een warmtewisselaar van deze motor; fig. 5 een schematische doorsnede van een sproeikamer voor het afkoelen van verbrandingsgas van de brander; 8007070 - 9 - fig. 6 een schematische voorstelling van een viercilinder-motor volgens de uitvinding; fig. 7 diagrammen van het verhand tussen de druk en de in-houd resp. de temperatuur en de entropie voor het eerste uitvoerings-5 voorbeeld; fig. 8 ter vergelijking overeenkomstige diagrammen voor een bekende tweeslagsmotor met inwendige verbranding; fig. 9 en 10 schematische voorstellingen van een tweede resp. derde uitvoeringsvorm van de motor volgens de uitvinding; en 10 fig. 11 een schematisch aanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van deze derde uitvoeringsvorm.
Zoals uit fig. 1 blijkt, omvat de motor met uitwendige verbranding volgens de uitvinding in hoofdzaak een cilinder 5 met een zuiger 6, die een samenpersingsruimte C en een arbeidsruimte. P bepa-15 len, een verwarmingsspoel H voor het verwarmen van vloeibaar water onder druk met behulp van een brander B, zonodig een voorverwarmer PH voor het voorverwarmen van brandstof voor de brander door middel van de verbrandingsgassen, een sproeitoestel S voor het koelen van uitlaatgassen van de brander, een pomp X voor het toevoegen van water on-20 der druk aan de verwarmingsspoel, en een val T voor het terugwinnen van vloeibaar water uit het natte uitlaatgas, dat van de arbeidsruimte afkomstig is.
De motor met uitwendige verbranding werkt op de volgende wijze. Lucht A met de omgevingstemperatuur en -druk wordt in de sa-• 25 menpersingsruimte C van de cilinder 5 gevoerd bij een verplaatsing van de zuiger 6 naar rechts (zoals gezien in fig. 1), waardoor een inlaatterugslagklep k wordt geopend. De uitlaat in de samenpersingsruimte C wordt door middel van een terugslagklep 2 gesloten. Zodra de zuiger 6 de rechtse eindstand heeft bereikt (bovenste dode punt, BDP), 30 wordt de inlaatklep k gesloten. Bij verdere beweging van de zuiger naar links wordt de lucht samengeperst.
Het samenpersen wordt voortgezet om een voldoende luchtdruk in de ruimte C te verkrijgen, die geschikt is om het uitlaatgas uit de arbeidsruimte P te drijven, wanneer de samengeperste lucht 35 juist voor het onderste dode punt (ODP) door de inlaatklep 2 in de arbeidsruimte P wordt toegelaten. Wanneer de zuiger ODP nadert, wordt de uitlaatklep 3 geopend om natte uitlaatlucht te laten afvloeien, en kort daarna wordt de terugslagklep 2 geopend om met samengeperste en enigszins verwarmde lucht de arbeidsruimte P te spoelen en met 8007070 ί - 10 - droge lucht met nagenoeg de omgevingsdruk te vullen
Kort na ODP worden de kleppen 2 en 2 gesloten, waarna, daar de zuiger dan weer naar BDP beweegt, de droge lucht adiabatisch en isoëntropisch wordt samengeperst· 5 Nabij het bovenste dode punt wordt heet water onder druk door een klep en een bijbehorend inspuitmondstuk 51 ingespoten, waardoor de druk binnen de cilinder zeer snel toeneemt (langs de lijn bc in fig. 7)· De zuiger beweegt dan terug naar het onderste dode punt, waarbij de gasdruk afneemt en het gas wordt afgekoeld. Het uitzetten 10 van het gas in de cilinder wordt door de lijn cd in fig. 7 voorgesteld. Nabij het onderste dode punt wordt het gas uit de cilinder gedreven door binnenstromende lucht, waarbij de uitgedreven lucht naar de val T stroomt, die van een schot 10 is voorzien. In de val T wordt vloeibaar water teruggewonnen, dat naar de verwarmer H wordt teruggevoerd, 15 waar het wordt verwarmd en onder druk gezet. De uitlaatlucht en waterdamp lopen voorts vanaf de val T door een droger D naar de brander, waar de inwendige energie ervan wordt teruggewonnen. In de droger gevormd condensaat wordt door een leiding 7 naar de val teruggevoerd. Mogelijkerwijs in de voorverwarmer PH gecondenseerd water wordt door 20 een leiding 9 naar de pomp X gevoerd.
Afhankelijk van de samenpersingsverhouding en de werkings-snelheid op het beschouwde tijdstip, kan de temperatuur van het ingespoten water hoger zijn dan of gelijk zijn aan de temperatuur van de samengeperste lucht in de arbeidsruimte.
25 Fig. 2 benadrukt het feit, dat het water zelf in hoofdzaak als een warmte-overdrachtsmiddel werkt, dat na gebruik wordt teruggevoerd. Het enige water, dat uit het stelsel verloren gaat, is het water, dat in de afgekoelde verbrandingsgassen uit de sproeikamer S wordt gevoerd. De kringloop zal nu uitvoeriger worden beschreven. .
50 Verwarmd water bij de omgevingsdruk en een temperatuur be neden 100 °C wordt vanuit de val T (en eventueel uit de sproeikamer en voorverwarmer) naar de perspomp X gevoerd, van waaruit het onder hoge druk naar de verwarmer H wordt gevoerd. Het water wordt in de verwarmer H verwarmd tot een temperatuur van ongeveer 300 °C onder 55 een druk van ongeveer 8,6 MPa. Het water wordt gewoonlijk tot een temperatuur beneden de kritische temperatuur en druk (22 MPa resp.
57^ °C) verwarmd, doch de druk dient steeds zodanig te zijn, dat bij elke temperatuur het water in de vloeibare toestand blijft.
Omgevingslucht wordt in de samenpersingsruimte C gevoerd 8007070 * - 11 - door tussenkomst van de inlaatklep 4, en naar de arbeidsruimte P gevoerd tijdens de periode van 45° voor tot 45° na ODP. Daardoor wordt de verbruikte lucht uit de arbeidsruimte P gespoeld, en door koude lucht vervangen. Wanneer de zuiger weer naar BDP beweegt, wordt de 5 lucht tot ongeveer 1,2 MPa samengedrukt, waarbij (voor een samenper- singsverhouding van 6 ! 1) de temperatuur in het bovenste dode punt o tot ongeveer 330 C oploopt. De samenpersingsverhouding in de cilinder is meestal 2 : 1..10 ; 1.
In BDP wordt warm water onder een druk van ongeveer 8,6 MPa 10 en een temperatuur van ongeveer 300 °0 in de arbeidsruimte P ingespoten door middel van het inspuitmondstuk 51, waarbij een deel van het water onmiddellijk stootsgewijs tot damp verdampt, waardoor het overblijvende vloeibare water zeer fijn wordt verdeeld, en de druk in de ruimte P snel toeneemt. De waterinspuiting vindt plaats gedurende on-15 geveer 20..25 °p van de gehele slag. De bereikte druk hangt af van de hoeveelheid en de temperatuur van het ingespoten vloeibare water, en van de hoeveelheid ervan die verdampt.
De snelle toeneming in de druk doet de zuiger 6 weer naar ODP bewegen. Rond 45 voor ODP worden de uitlaatklep 3 en de inlaat- ' 20 klep 2 weer geopend, teneinde nat uitlaatgas uit de ruimte P af te voeren. De temperatuur van het natte uitlaatgas wordt laag gemaakt, teneinde te verzekeren, dat het grootste deel van de waterdamp in de ruimte P weer tot de vloeibare vorm condenseert, zodat de latente verdampingswarmte ervan wordt teruggewonnen. De uitlaatlucht en de 25 waterdruppeltjes worden uit de cilinder gespoeld door de binnenkomende stroom vullucht, en naar de val T geleid, waar het vloeibare water van de verbruikte lucht wordt afgescheiden, alvorens deze lucht naar de brander wordt gevoerd. Het warme teruggewonnen vloeibare water wordt naar de warmtewisselaar teruggevoerd.
30 Hoewel de uitvinding is beschreven aan de hand van een zui- gerperspomp in dezelfde dan wel een andere cilinder als waarin de werkzame ruimte aanwezig is, zal het duidelijk zijn, dat elke andere soort van perspomp kan worden gebruikt, bijvoorbeeld een draaibare of een heen- en weerbewegende perspomp.
35 Het beschouwde uitvoeringsvoorbeeld maakt een bijzonder eenvoudige cilinderuitvoering mogelijk, zoals in fig. 3 is weergegeven. De betrekkelijk lage optredende temperaturen maken het mogelijk technische kunststofmaterialen voor het vervaardigen van de cilinder te gebruiken, welke dikwijls wat de warmtegeleidendheid betreft bij- 8007070 * ’ - 12 - zondere voordelen hebben.
De cilinder volgens fig. 3 omvat een cilinderlichaam 52 met een rij van over de omtrek verdeelde poorten 55» die de inlaat en de uitlaat voor de arbeidsruimte P van de cilinder vormen. Een cilin-5 derkop met een waterinspuitmondstuk 51 is aan het ene uiteinde van het lichaam 52 bevestigd, terwijl een eindplaat 55 met een inlaat 56 en een uitlaat 57 met bijbehorende terugslagkleppen aan het andere einde van de cilinder is aangebracht. Een zuiger 58 en een zuiger-stang 59 zijn in deze cilinder geplaatst.
10 Er wordt opgemerkt, dat de zuiger een gevormd bovenopper vlak heeft, zodat de naar de arbeidsruimte P gevoerde vullucht volgens een' met een onderbroken lijn aangeduide baan door deze ruimte P zal stromen, waardoor de met water beladen verbruikte lucht doeltreffend uit de ruimte P wordt gespoeld. Voor een zo groot mogelijk nuttig 15 effekt is het van belang, dat de verbruikte lucht doeltreffend uit de ruimte P wordt verwijderd, zodat deze ruimte met koele dichte vullucht kan worden gevuld.
Het zal duidelijk zijn, dat het einde van de cilinder nabij het inspuitmondstuk 51 zich op een betrekkelijk hoge temperatuur be-20 vindt, terwijl het einde van de cilinder nabij de inlaat- en uitlaat-poorten 53 zich op een betrekkelijk lage temperatuur bevindt. Het gebruik van kunststoffen met een geringe warmtegeleidendheid laat toe dit gunstige temperatuurverschil te handhaven. Wanneer immers de warmte naar de uitlaatpoorten 53 zou kunnen vloeien, zou de temperatuur 25 van het verbruikte gas oplopen, hetgeen tot een vermindering van het nuttig warmte-effekt zou leiden.
De motor met uitwendige verbranding volgens de uitvinding vertoont een goede verhouding tussen vermogen en gewicht in vergelijking met een motor met inwendige verbranding. Hoewel de verhouding 30 tussen vermogen en cilinderinhoud minder goed kan zijn, is de totale verhouding tussen motorvermogen en inhoud wel vergelijkbaar. Daar het echter mogelijk is de verbrandingsomstandigheden in de brander optimaal te maken, wordt het mogelijk een nagenoeg volledige verbranding van de brandstof tot kooldioxyde en water te verkrijgen, zodat wordt 35 vermeden, dat koolmonoxyde en onverbrande brandstofresten in de uit-geblazen uitlaatgassen achterblijven. Daar verder de verbranding bij nagenoeg de omgevingsdruk plaatsvindt, ,zal er nagenoeg geen vorming van stikstofoxyden tijdens de verbranding plaatsvinden. Deze motor stelt derhalve een verbetering voor met betrekking tot de motoren 8007070 - 13 - met inwendige verbranding, niet alleen wat betreft bet nuttig warmte-effekt, doch ook wat betreft de verontreiniging van de omgeving.
Verder is deze motor in staat een groot aantal verschillende brandstoffen te gebruiken, zoals benzine, stookolie, gasvormige of 5 vloeibaar gemaakte koolwaterstoffen (met inbegrip van methaan, butaan en propaan), alkohol, en zelfs vaste - brandstoffen zoals steenkool. De brandereigenschappen kunnen zodanig worden ingesteld, dat een althans nagenoeg volledige en verontreinigingsvrije verbranding optreedt. Voorts kan een dergelijke motor rustiger lopen dan een gebruikelijke 10 motor met inwendige verbranding.
Fig. 4· toont de uitvoering van de warmtewisselaar, die bestaat uit de verwarmingsspoel H en de brander B. Deze warmtewisselaar omvat een binnenhuis 60 en een coaxiale buitenhuis 61, die een dubbele weg voor verbrandingsgas van de brander begrenzen. Een isolatie 6½ 15 is rond de buitenzijde van de warmtewisselaar aangebracht. Een brandstof invoerstraalpijp dient voor het toevoeren van brandstof F in een luchtstroom A, die door middel van een luchttoevoeropening wordt toegelaten. Water W stroomt door de verwarmingsspoel H, die uit een binnenspoel 62 en een buitenspoel 63 bestaat, waarbij de stroomzin met 20 pijlen is aangegeven, een en ander zodanig, dat het water uit de binnenspoel 62 wegstroomt in een punt dicht bij het punt met de hoogste temperatuur'van de brander. Het hete water onder druk wordt dan door de leiding 50 afgevoerd om in de arbeidsruimte P te worden ingespoten.
Wanneer een meercilindermotor wordt gebruikt, kunnen afzon-25 derlijke met nokken bestuurde inspuitmondstukken voor elke cilinder worden aangebracht. Ook kan een verdeler worden gebruikt, die het hete water onder druk steeds naar die cilinder kan voeren, waarin het moet worden ingespoten. Deze spuitmondstukken kunnen een vaste waterstroom bij een verschillende temperatuur afgeven. Het is echter ook 30 mogelijk inspuitmondstukken te gebruiken, die een veranderbare waterstroom bij een vaste temperatuur afgeven, in het bijzonder wanneer een snellere verandering in de draaisnelheid van de motor gewenst is.
Fig. 5 toont een sproeitoestel voor het afkoelen en wassen van de verbrandingsgassen van de brander B, teneinde een deel van de 35 warmte en van het water, die tijdens de verbranding worden gevormd, terug te winnen. Dit toestel omvat een sproeikamer 17 niet een trechter 18, waarop water vanuit een sproeikop hl door een stroom van warme verbrandingsgassen wordt gesproeid. Deze verbrandingsgassen worden door een inlaat 19 toegevoerd, en zullen rakend rond de kamer lopen, 8007070 - 14 - alvorens door een uitlaat 20 als afgekoeld verbrandingsgas af te vloeien. Het verbrandingsgas stroomt dan door bet versproeide water, en tenslotte door een watergordijn, dat langs de binnenrand van de trecbteropening 18 naar beneden valt. Bij voorkeur worden de verbran-5 dingsgassen tot beneden 100 °C afgekoeld, teneinde de latente ver-dampingswarmte van bet water uit de brander terug te winnen. Water met een temperatuur van ongeveer 100 °C stroomt af door de afvoer 21, alvorens door de pomp X naar de warmtewisselaar te worden gevoerd.
Koud toevoerwater W wordt in de kamer gevoerd door tussenkomst van 10 een afsluiter 40, die een vast waterpeil in bet bodemgedeelte van de sproeikamer handhaaft. Een rondvoerpomp E met een bijbehorende leiding 22 dient voor bet water door de sproeier te voeren, teneinde dit tot aan de kooktemperatuur te verwarmen. Wanneer het echter in de praktijk gewenst is de verbrandingsgassen tot beneden 100 °C af te koelen, 15 kan het nodig zijn water door de afvoer 21 bij een aanmerkelijk lage temperatuur, bijvoorbeeld 50 °C af te voeren.
Fig. 6 toont een viercilindermotor met uitwendige verbranding volgens de uitvinding. Deze motor bestaat uit een plat samenstel van vier cilinders 40, 41, 42 en 43· Elke cilinder omvat een zuiger 20 met een bijbehorende zuigerstang, welke zuigerstangen met een gemeenschappelijke krukas 44 in aangrijping zijn. Er wordt opgemerkt, dat elk paar van naburige cilinders 180° faseverschil vertoont. Deze opstelling komt in hoofdzaak overeen met die van een motor met een enkele cilinder volgens fig. 1, zodat een aantal onderdelen is weggelaten. 25 Elke cilinder heeft een bijbehorende warmtewisselaar-brander-samen-stel HX. Elk paar van tegengesteld werkende cilinders 40, 41, resp.
42, 43 bezit een gemeenschapellijke uitlaatleiding, die naar de branders voert, zodat schommelingen in de luchtdruk in de branders worden gedempt.
30 Fig. 7 toont de geïdealiseerde thermodynamisehe werking van de motor van fig. 1, terwijl fig. 8 ter vergelijking de werking van een gewone tweeslagsmotor toont.
Fig. 7 (i) toont het pV-diagram voor het geval, dat nauwelijks enig ingespoten water plotseling tot damp verdampt, zodat het 35 grootste gedeelte ervan als druppeltjes in de vloeibare toestand blijft. Dit zal geschieden, wanneer de verdampingssnelheid klein is in vergelijking met de slagtijd van de zuiger.
Fig. 7 (ü) toont de theoretische pV- en TS-diagrammen voor het geval, dat al-het ingespoten water tot de gasvormige toestand 8007070 - 15 - verdampt. Dit kan optreden in een langzaam draaiende motor.
In fig. 7 (i) wordt de lucht in de arbeidsruimte P tijdens de samenpersingsslag-adiabatisch samengeperst (d.w.z. de gasconstante is ongeveer 1,39)» hetgeen door de lijn ab wordt voorgesteld. De sa-5 menpersing is tevens isoëntropisch, zodat de lucht wordt verwarmd.
Bij een vaste inhoud wordt vloeibaar water ingespoten, en wordt een kleine hoeveelheid waterdamp voortgebracht bij dezelfde temperatuur als de samengeperste lucht, zodat de druk langs de lijn bc toeneemt. Wanneer alleen de lucht in de arbeidsruimte wordt beschouwd, is er 10 geen verandering in T, mits het ingespoten water zich op dezelfde temperatuur bevindt. Wanneer de zuiger neerdaalt, zet de natte lucht uit langs de lijn cd, doch wegens de aanwezigheid van warme vloeibare waterdruppeltjes zal de uitzetting niet adiabatisch doch polytro-• pisch zijn (waarbij de gasconstante 1,33··1»35 zal bedragen), zodat 15 de kromme cd in het pV-diagram wordt afgeplat. De uitzetting leidt verder tot een daling van T en een toeneming van S. Het gas wordt vervolgens uit de arbeidsruimte afgevoerd, zodat de druk van het gas in deze ruimte langs da afneemt.
Deze vervanging van warme uitlaatlucht door koudere vul-20 lucht leidt tot een vermindering van zowel T als S.
Fig. 7 (ii) toont de toestand, wanneer al het water plotseling in de dampvorm overgaat. In dit geval is de druktoeneming langs bc veel groter, doch de drukval langs cd geschiedt eveneens sneller, daar de afwezigheid van waterdruppeltjes ervoor zorgt, dat de lucht 25 nagenoeg adiabatisch uitzet. De verrichte arbeid (d.w.z. de oppervlakte van de figuur abcd) is in beide gevallen (i) en (ii) dezelfde.
Zonder een beperking door theoretische beschouwingen in te voeren, tonen de pV- en TS-diagrammen het theoretische evenwicht, wanneer al het ingespoten water wordt verdampt, d.w.z. bij een langzaam 30 draaiende motor, wanneer minder dan de voor het verzadigen van de lucht vereiste hoeveelheid water wordt ingespoten. Voor de duidelijkheid is aangenomen, dat de temperatuur van het ingespoten water iets lager is dan die van de samengeperste lucht in de cilinder.
Zoals in het voorgaande wordt de lucht adiabatisch samenge-35 perst (gasconstante ongeveer 1,39) langs de lijn ab met vaste entropie. De druk p in het punt a bedraagt-bijvoorbeeld 0,1 MPa, terwijl de
& O
temperatuur T daar 3°0 K (27 C) bedraagt. Bij een samenpersingsver-
Si houding van 6 ï 1 is de luchtdruk p^ en de temperatuur in het puntb ongeveer 1,2 MPa resp. 603 K (330 °C).
8007070 — 16 —
Vloeibaar water van 573 K (300 °C) en 8,6 MPa wordt vervolgens in de samengeperste lucht ingespoten, en wordt volledig verdampt. Dit veroorzaakt een toeneming in de druk langs bc (waarbij p c =2,5 MPa) en een verlaging van de temperatuur door het inspuiten van 5 het iets koudere water (T = 5δ6 K). Vanneer het water dezelfde tempe- c ratuur als de samengeperste lucht, heeft, is de lijn bc in het T&-dia-gram horizontaal. De vermindering van de entropie langs bc van de lucht in de cilinder vloeit voort uit de toegevoegde deeldruk van de waterdamp.
10 Wanneer de zuiger terug naar BDP beweegt, zet het natte gas uit (gasconstante ongeveer 1,3*0 langs cd tot een druk p^ van onge-* veer Q,2 MPa en een theoretische temperatuur T^ van ongeveer 319 K (b6 °C). In de praktijk zal wegens het niet-theoretische gedrag de temperatuur wat hoger zijn, bijvoorbeeld 80..90 °C.
15 Het gas wordt dan uit de arbeidsruimte uitgespoeld volgens de lijn da zoals in het voorgaande, waardoor de temperatuur, druk en entropie van het gas in de arbeidsruimte worden verminderd.
In het TS-diagram zijn met p ..p, Vaste drukken weergegeven. Be totale oppervlakte van de beide gesloten figuren in het TS-dia.gram 20 stelt de aan de lucht toegevoerde hoeveelheid warmte voor. In het af-gebeelde geval is deze negatief, aangezien door inspuiting van het water de lucht wordt afgekoeld. Wanneer het water op dezelfde temperatuur is als de samengeperste lucht in het punt b, zullen de oppervlakten Van de beide gesloten figuren in het TS-diagram aan elkaar gelijk 25 zijn, hetgeen wil zeggen, dat geen warmte wordt toegevoerd.
Fig. 8 toont ter vergelijking de overeenkomstige krommen voor een bekende tweeslagsmotor. Deze komen overeen met het geval (ii) van fig. 7· De lijn ae stelt het openen van de uitlaatklep vóór het einde van de slag in een gewone tweeslagsmotor voor.
50 Fig. 9 toont een tweede uitvoeringsvorm volgens de uitvin ding, die in hoofdzaak met die van fig. 1 overeenkomt, met uitzondering van het feit, dat het water naar een mengkamer M wordt gevoerd, waarin het in de samengeperste lucht wordt ingespoten om de druk en de temperatuur daarvan te verhogen. De hete samengeperste lucht en 35 waterdamp worden dan in de arbeidsruimte P van de cilinder gevoerd, zoals in het voorgaande geval.
De val T dient om vloeibare waterdruppeltjes uit het uitlaatgas van de ruimte P terug te winnen. Deze val T is uitgevoerd op een uit de stoommachinetechniek bekende wijze voor.het verwijderen van 8007070 3 * - 17 - vloeibaar water uit een gas. Deze val kan echter ook als een cykloon-droger worden uitgevoerd. Het.in deze val verzamelde water wordt naar de sproeikamer S teruggevoerd.
De werking van deze motor is als volgt. Voorverwarmd water 5 uit de sproeikamer S wordt door middel van een hogedrukporap (bijvoorbeeld een zuigerpomp) naar een verwarmingsspoel H gevoerd, die uit buizen met nauwe boring bestaat. Het water wordt door middel van de • brander B tot een hoge temperatuur en druk verwarmd, bijvoorbeeld 300 °C resp. 8,6 MPa. Het hete water onder druk loopt dan door een 10 leiding 50 naar een inspuitklep 51 in de mengkamer M. Deze mengkamer bevat samengeperste en enigszins verwarmde lucht, die van de samen-persingsruimte C en door de uitlaatklep 1 daaraan is toegevoerd. Wanneer de uitlaatklep 1 en de inlaatklep 2 gesloten zijn, wordt heet water onder druk door middel van het inspuitmondstuk 51 in de kamer M 15 gespoten, waardoor de temperatuur en de druk van de lucht daarin zullen toenemen. Zodra de zuiger 6 het bovenste dode punt heeft bereikt, wordt de lucht, die hete waterdamp bevat, uit de mengkamer M door de inlaatklep 2 in de ruimte P ingevoerd, waarbij de uitlaatklep 3 is gesloten. De toegelaten hete samengeperste lucht zet in de cilinder 20 uit, waardoor de zuiger 6 naar het onderste dode punt wordt gedreven, en de lucht daarbij wordt afgekoeld. Zodra de zuiger het onderste dode punt bereikt, wordt de klep 2 gesloten, terwijl kort daarna de klep 3 wordt geopend, teneinde verbruikte lucht, die nog steeds warm is en onder enige druk staat, naar de brander B te laten afvloeien.
25 Fig· 10 en 11 tonen een praktische uitvoeringsvorm van de motor volgens de uitvinding, die in beginsel met de uitvoeringsvorm van fig. 1 overeenkomt, waarbij echter geen sproeikamer wordt gebruikt. Deze motor bezit vier cilinders in V-vorm onder 90°. Water wordt uit een voorraadvat 100 door een hogedrukpomp 101 door een buis 102 naar 30 een tweetraps-tegenstroom-warmtewisselaar IO3 gevoerd, die op de wijze van fig. 1 is uitgevoerd. Een ontspanningsklep 10^ is tussen de leiding 102 en een val 100 aangebracht. Uitlaatlucht wordt naar de warmtewisselaar 103 geleid door een leiding 105 vanaf de val 100. De luchtstroom wordt door een klep 107 geregeld. Brandstof (bijvoorbeeld 35 propaangas) wordt vanuit een drukvat 106 door tussenkomst van een voor-verwarmer 126 in de luchtstroom door de brandstofklep 108 gevoerd. Verbrandingsgassen verlaten de warmtewisselaar door een afvoerpijp 109.
Elke zuiger 110 loopt in een bijbehorende dubbelwerkende 8007070 - 18 - cilinder 111, en is met een kruiskop 112 verbonden door tussenkomst van een zuigerstang 113. De kruiskop is met een krukas 114 gekoppeld door middel van een bijkomende drijfstang 115· Elke cilinder heeft een cilinderkop 116, die van een inspuitmondstuk 117 is voorzien, dat 5 door middel van een nokkenas 118 en een tuimelaar 119 wordt bediend.
De cilinderruimte aan de zuigerstangzijde werkt als een perspomp, waarbij lucht door tussenkomst van een inlaatklep 129 wordt ingevoerd, en naar de inlaat 127 van het andere cilindereinde wordt gevoerd door middel van een pijp 128. Elke cilinder heeft verder een uitlaatpoort 10 120, die in een gemeenschappelijke uitlaatleiding 127 uitmondt, die de lucht en vloeibaar uitlaatwater naar de val 100 voert. Een vliegwiel 124 is op de krukas geplaatst.
Deze motor heeft bijvoorbeeld een samenpersingsverhouding van 6:1, een zuiger met een middellijn van 100 mm, en een slag van 15 100 mm, waarbij elke cilinder een vermogen van ongeveer 7»5 kW kan leveren bij een waterinspuittemperatuur van rond 300 °C en een in-spuitdruk van 8,6 MPa. De helling van de cilinders draagt bij tot het afvoeren van het vloeibare water door de zwaartekracht. Bij JQQ °C dient ongeveer 5 g water te worden ingespoten bij elke inspuiting.
20 De gehele motor is binnen een isolerende omhulling opgenomen.
Warm vloeibaar water verlaat de warmtewisselaar door een leiding 122, en wordt naar de inspuitmondstukken 117 gevoerd. Een drukregelklep 123 is in de leiding 122 opgenomen.
De afgebeelde motor met uitwendige verbranding kan een zeer 25 groot nuttig warmte-effekt bereiken. Theoretisch worden koude lucht A en koud water W (indien aanwezig) in de motor gevoerd, terwijl koud verbrandingsgas wordt afgevoerd. Derhalve zal nagenoeg alle door de brander afgegeven warmte in arbeid worden omgezet. In de praktijk kan met nuttige warmte-effekten van ongeveer 50..60 % worden gerekend.
8007070

Claims (29)

1. Heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding, die door middel van een arbeidsgas werkt, omvattende een cilinder met een daarin verschuifbare zuiger, die samen een arbeidsruimte bepalen, een warmtewisselaar voor het verwarmen van een warmte-overdrachtsmiddel 5 buiten de cilinder, en invoermiddelen voor het invoeren van arbeidsgas in de arbeidsruimte, waarbij de cilinder van een uitlaat is voorzien, die kan worden bestuurd om het overdrachtsmiddel vanuit de arbeidsruimte nabij het einde van een uitzettingsslag van de zuiger af te voeren, met het kenmerk, dat de energie op het arbeidsgas 10 wordt overgedragen vanaf een verwarmd vloeibaar warmte-overdrachtsmiddel, waarbij de.'warmtewisselaar (H) is uitgevoerd om het overdrachtsmiddel onder een zodanige druk te verwarmen, dat dit middel in de vloeibare toestand blijft, en dat de motor verder een inspuitonder-deel (51, 117) omvat, dat verwarmd vloeibaar overdrachtsmiddel in het 15 gas kan inspuiten, voordat of nadat het gas in de arbeidsruimte (P) is ingevoerd.
2· Motor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het in- · spuitonderdeel op de cilinder is aangebracht, teneinde het verwarmde vloeibare overdrachtsmiddel rechtstreeks in het arbeidsgas in -de ar-20 beidsruimte in te spuiten.
3· Motor volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het in-spuitonderdeel wordt bestuurd om het verwarmde vloeibare overdrachtsmiddel nabij het einde van een samenpersingsslag van de zuiger in te spuiten. 25 **· Motor volgens een van de conclusies 1..3, met het ken merk, dat de uitlaat een poort (120) in de cilinderwand omvat, die door de zuiger wordt vrijgegeven, zodra de zuiger het einde van de uitzettingsslag nadert, waarbij het inspuitonderdeel aan het tegenover de uitlaat gelegen einde van de cilinder is gelegen. 30 5· Motor volgens conclusie 1, gekenmerkt door een meng kamer (M) met een inlaat voor arbeidsgas, waarbij het inspuitonderdeel in deze kamer is opgesteld.teneinde het verwarmde vloeibare overdrachtsmiddel in het gas in te spuiten alvorens het natte gas in de arbeidsruimte wordt ingevoerd.
6. Motor volgens een van de conclusies 1..5> met het ken merk, dat het gas wordt samengeperst alvorens het verwarmde vloeibare overdrachtsmiddel in het gas wordt ingespoten. 8007070 - 20 -
7· Motor volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het gas wordt samengeperst met behulp van een draaiende perspomp.
8. Motor volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de cilinder een dubbelwerkende cilinder is, waarbij aan de ene zijde 5 van de zuiger de arbeidsruimte (P) is gelegen, terwijl aan de andere zijde van deze zuiger een samendrukkingsruimte (C) is gelegen, welke samendrukkingsruimte een inlaat (127) voor het arbeidsgas en een uitlaat (120) bezit.
9· Motor volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de 10 motor volgens een vierslagskringloop werkt, die een invoerslag en een samenpersingsclag voor het arbeidsgas omvat.
10. Mot'-T volgens een van de conclusies 1··9» met het kenmerk, dat hêt inspuitonderdeel een verstuiver is, die het overdrachts-middel. kan verstuiven, teneinde de warmte-overdracht op het gas te ver- 15 beteren.
11. Motor volgens een van de conclusies 1..10, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar (H) een of meer buizen voor het opnemen van het warrate-overdrachtsmiddel, alsmede een brander (B) voor het verwarmen van dit middel in de buis of buizen omvat, een en an- 20 der zodanig, dat dit middel in de vloeibare toestand wordt gehouden.
12. Motor volgens conclusie 11, met het kenme rk, dat het arbeidsgas brandbaar is of de verbranding kan ondersteunen, waarbij de uitlaat van de cilinder met de brander is verbonden om het uitlaatgas naar de brander te voeren.
13. Motor volgens conclusie 12, gekenmerkt door een val (T), die met de uitlaat van de cilinder is verbonden, teneinde vloeibaar warmte-overdrachtsmiddel uit het natte uitlaatgas terug te winnen.
14. Motor volgens een van de conclusies 11..13, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar een buis in de vorm van een binnen-30 spoel (62) en een daarmede coaxiale buitenspoel (63) omvat, waarbij de brander zodanig binnen de binnenspoel is opgesteld, dat het warme verbrandingsgas van de brander binnen de binnenspoel en vervolgens tussen de binnen- en de buitenspoel moet stromen.
15· Motor volgens een van de conclusies 1..14, met het ken-35 merk, dat de samenpersingsverhouding tenminste 2': 1 bedraagt.
16. Motor volgens een van de conclusies 1 ..15., met het kenmerk, dat de zuiger en/of cilinder tenminste gedeeltelijk uit een warmte-isolatiemateriaal zoals kunststof, met vezels versterkte kunsthars, hout of keramiek bestaat. 8007070 f - .» - 21 -
17. Motor volgens een van de conclusies 1..16, gekenmerkt door terugvoermiddelen voor het terugvoeren van het afgevoerde warmte-overdrachtsmiddel naar de warmtewisselaar.
18. Motor volgens conclusies 17 en 11, met het kenmerk, 5 dat de terugvoermiddelen een sproeikamer (S) omvatten, die in een inlaat voor het warmte-overdrachtsmiddel en een inlaat voor de verbrandingsgassen omvat, die met de warmtewisselaar zijn verbonden, welke kamer een sproeier voor het sproeien van vloeibaar overdrachtsmiddel door het verbrandingsgas van de brander omvat, teneinde dit middel 10 voor te verwarmen, welke kamer verder van een uitlaat is voorzien, die het warmte-overdrachtsmiddel naar de warmtewisselaar kan voeren, en van een uitlaat voor verbrandingsgas.
19· Motor volgens een van de conclusies 1..18, met het kenmerk, dat het inspuitonderdeel een door middel van een nok bediende 15 uitlaatklep is.
20. Motor volgens een van de conclusies 1..19, gekenmerkt door snelheidsregelmiddelen voor het regelen van de draaisnelheid van de motor door het regelen van de inhoud van het ingespoten overdracht sraiddel.
21. Motor volgens conclusie 20, met het kenmerk, dat de snelheidsregeling een pomp met veranderbare verplaatsing omvat.
22. Motor volgens een van de conclusies 1..19, gekenmerkt door snelheidsregelmiddelen voor het regelen van de draaisnelheid van de motor door het regelen van de temperatuur van het ingespoten over- 25 drachtsmiddel.
23. Motor volgens een van de conclusies 1..22, met het kenmerk, dat de cilinder en/of de zuiger zodanig zijn uitgevoerd, dat een deel van het vloeibare overdrachtsmiddel in de arbeidsruimte achterblijft nadat het overdrachtsmiddel is afgevoerd. 30 2*f. Motor volgens conclusie 23, met het kenmerk, dat de cilinder en/of de zuiger van een uitsparing voor het vasthouden van het vloeibare overdrachtsmiddel zijn voorzien.
25. Werkwijze voor het doen werken van een heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding met een cilinder en een zuiger, die 35 een arbeidsruimte begrenzen, omvattende het invoeren van een arbeids-gas in de arbeidsruimte, het laten uitzetten van het gas in een uit-zettingsslag van de zuiger om de zuiger aan te drijven, en het afvoeren van gas uit de arbeidsruimte nabij het einde van deze uitzet-tingsslag, met het kenmerk, dat energie op het arbeidegas 8007070 - 22 - wordt overgedragen vanuit een verwarmd vloeibaar warmte-overdrachts-middel, en dat verder dit verwarmde overdrachtsmiddel buiten de cilinder wordt voortgebracht onder een zodanige druk, dat dit middel vloeibaar blijft, terwijl voor of na het invoeren het verwarmde 5 vloeibare overdrachtsmiddel in het arbeidsmiddel wordt ingespoten,teneinde de inwendige energie van het gas te vergroten.
26. Werkwijze volgens conclusie 25> met het kenme r k, dat het overdrachtsmiddel water, olie, natrim of een mengsel daarvan is.
27· Werkwijze volgens conclusie 25 of 26, met het kenme rk, 10 dat het arbeidsgas wordt samengeperst, alvorens het verwarmde vloeibare overdrachtsmiddel in het gas wordt ingespoten.
28. Werkwijze volgens een van de conclusies 25·.2?» met het kenmerk, dat het verwarmde vloeibare overdrachtsmiddel in het arbeidsgas in de arbeidsruimte wordt ingespoten. 15 29· Werkwijze volgens een van de conclusies 25··27> met het kenmerk, dat het verwarmde vloeibare overdrachtsmiddel in het arbeidsgas in een mengkamer wordt ingespoten alvorens het gas in de arbeidsruimte wordt ingevoerd.
50. Werkwijze volgens een van de conclusies 25··29ι met het 20 kenmerk, dat deze wordt uitgevoerd onder zulke omstandigheden van temperatuur en druk, dat tenminste een deel van het ingespoten overdrachtsmiddel bij inspuiting verdampt. 51* Werkwijze volgens een van de conclusies 25··30, met het. kenmerk, dat de temperatuur en de druk van het natte uitlaatgas 25 zodanig zijn, dat althans nagenoeg al het overdrachtsmiddel in de vloeibare vorm wordt afgevoerd.
32. Werkwijze volgens een van de-conclusies 25··31ι met het kenmerk, dat het arbeidsgas een brandbaar gas of een de verbranding ondersteunend gas is. 30 33· Werkwijze volgens conclusie 32, met het kenmerk, dat de warmtewisselaar een brander omvat, en dat het afvoergas naar de brander wordt gevoerd om daarin te worden verbrand. Werkwijze volgens een van de conclusies 25·«33» met het kenmerk, dat het verwarmde vloeibare overdrachtsmiddel een terape-35 ratuur en een druk boven of beneden het kritische punt heeft, doch hoger dan het kookpunt bij de cmgevingsdruk.
35· Werkwijze volgens een van de conclusies 25·.3^, het het kenmerk, dat het overdrachtsmiddel water is, en dat teruggewonnen afvoerwater naar de motor wordt teruggevoerd, waarbij warmte aan het 8007070 -23- middel wordt toegevoerd door middel van een brandstof-lucht-brander, terwijl verliezen in het rondgevoerde water worden aangevuld door condensatie uit het verbrandingsgas van de brander.
36. Samenstel van onderdelen voor het ombouwen van een motor 5 met inwendige verbranding tot een motor met uitwendige verbranding volgens conclusie 1, gekenme rkt door een warmtewisselaar en een brandstof-lucht-brander voor het verwarmen van water onder druk, door een geïsoleerde cilinder met zuiger, welke cilinder van een inlaat voor gas en een uitlaat voor nat uitlaatgas is voorzien, door 10 een perspomp voor het toevoeren van gas in de cilinder, door een drukpomp voor het inspuiten van vloeibaar water onder druk in de cilinder, door een afmeetmiddel voor het regelen van de hoeveelheid ingespoten water, en door een houder voor het bewaren van teruggevoerd water· 8007070
NL8007070A 1980-07-16 1980-12-24 Heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding. NL8007070A (nl)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU455480 1980-07-16
AU455380 1980-07-16
AU455480 1980-07-16
AU455380 1980-07-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8007070A true NL8007070A (nl) 1982-02-16

Family

ID=25610805

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8007070A NL8007070A (nl) 1980-07-16 1980-12-24 Heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding.
NL8007071A NL8007071A (nl) 1980-07-16 1980-12-24 Draaiende motor met uitwendige verbranding.

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8007071A NL8007071A (nl) 1980-07-16 1980-12-24 Draaiende motor met uitwendige verbranding.

Country Status (1)

Country Link
NL (2) NL8007070A (nl)

Also Published As

Publication number Publication date
NL8007071A (nl) 1982-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4426847A (en) Reciprocating heat engine
US4393653A (en) Reciprocating external combustion engine
CA2650541C (en) Piston steam engine having internal flash vaporization of a working medium
US4747271A (en) Hydraulic external heat source engine
US4077214A (en) Condensing vapor heat engine with constant volume superheating and evaporating
US4437308A (en) Rotary heat engine
JP4048113B2 (ja) 特に車両駆動装置としての蒸気熱機関を運転する方法
US4055951A (en) Condensing vapor heat engine with two-phase compression and constant volume superheating
NO314643B1 (no) Varmemaskin
EP0043879A2 (en) Reciprocating external-combustion engine and method of operating the same
US4109468A (en) Heat engine
US4220005A (en) Combination vaporized driving fluid generator and engine unit
US3921404A (en) Internal combustion and steam powered engine
US4432203A (en) Rotary external combustion engine
JP6690822B2 (ja) 熱力学エンジン
US20080053093A1 (en) Uniform pressure unequal surface engine and engine for power generators using the same
NL8007070A (nl) Heen- en weergaande motor met uitwendige verbranding.
GB2082683A (en) External combustion reciprocating heat engine
US20050172623A1 (en) Rakh cycle engine
NL8007072A (nl) Heen- en weergaande warmtemotor.
CA2731299A1 (en) Novel simpler and efficient internal combustion engine
RU2050442C1 (ru) Способ работы двигателя с внешним подводом теплоты и двигатель с внешним подводом теплоты
RU2107169C1 (ru) Паровой двигатель
EP0043880A1 (en) Rotary external combustion engine
RU2122125C1 (ru) Способ и устройство получения энергии в двс с выделением холода

Legal Events

Date Code Title Description
BT A notification was added to the application dossier and made available to the public
BV The patent application has lapsed