NO339215B1 - Motor med et aktiv monoenergi- og/eller bienergikammer med komprimert luft og/eller tilleggsenergi og dennes termodynamiske kretsløp - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en maskin som drives med trykkluft eller en annen komprimert gass, og som mer særskilt har en stempelbevegelse-styreinnretning som stopper stemplet i et øvre dødpunkt over en tidsperiode, samt en innretning for gjenvinning av omgivende termisk energi, som kan virke i en mono- eller bienergi-modus.

Forfatteren har merket seg flere patenter som angår drivsystemer hvor det benyttes trykkluft for derved å oppnå en helt ren drift på urbane og andre steder: - WO 96/27737 WO 97/00655 - WO 97/48884 WO 98/12062 WO 98/15440 - WO 98/32963 WO 99/37885 WO 99/37885

Det vises også til søkerens egen patentsøknad WO 99/63206, hvor det for implementering av de foran nevnte oppfinnelser, beskrives en maskinstempelbevegelsestyreinnretning og -fremgangsmåte som muliggjør at stemplet kan stoppes i dødpunktet, en fremgangsmåte som også finnes beskrevet i søkerens patentsøknad WO 99/20881, som vedrører driften av slike maskiner med monoenergi eller bienergi og to eller tre drivmoduser.

I søkerens patentsøknad WO 99/37885 foreslås det en løsning som øker den mengden av utnyttbar og tilgjengelig energi som kan benyttes, idet man utnytter det faktum at før den innføres i forbrennings- og/eller ekspansjonskammeret i maskinen, blir trykkluften fra reservoaret, enten direkte eller via én eller flere varmevekslere i gjenvinningsinnretningen for omgivende termisk energi, kanalisert til en termisk oppvarmingsinnretning. Temperaturen økes og trykket og/eller volumet økes ytterligere før innføringen i maskinens forbrennings- og/eller ekspansjonskammer, hvorved det kan oppnås en ytterligere betydelig øking av maskinens ytelse.

Til tross for at det benyttes fossilt brensel, medfører bruken av en termisk oppvarmingsinnretning at det muliggjøres en ren og kontinuerlig forbrenning hvor avfallsproduktene kan katalyseres eller renses ved hjelp av eksisterende midler, slik at det oppnås minimalt forurensende avgasser.

Søkeren har også et patent WO 03/036088 Al, som vedrører en kompressor-motorgeneratorenhet med en supplementær trykkluftinnsprøyting og som drives med mono- eller multienergi.

I disse maskintyper, som arbeider med komprimert luft og som innbefatter et reservoar eller lager av komprimert luft, holdes den komprimerte luften under et høyt trykk i reservoaret, men dette trykket reduseres ettersom reservoaret tømmes, og trykket må senkes til et stabilt mellomtrykk, betegnet som det endelige brukertrykket, i en bufferkapasitet, også benevnt arbeidskapasitet, før luften går inn i maskinsylinderen eller -sylindrene. De kjente og konvensjonelle trykkreduseringsventiler hvor det benyttes membraner og fjærer, har meget lave strømningsrater og deres bruk i denne forbindelsen krever derfor meget kraftige og dårlig virkende innretninger. Videre er de lett utsatt for frysing som følge av avkjølingen av luften i forbindelse med trykksenkningen.

For å møte dette problemet har søkeren også et patent WO 03/089764 Al, som vedrører en varierbar strømningsreduksjonsventil og et distribusjonssystem for trykkluftinnsprøytingsmaskiner, innbefattende en luftbeholder med komprimert luft under høyt trykk og en arbeidskapasitet.

Søkeren har også en patentsøknad WO 02/070876 Al, som vedrører et ekspansjonskammer med et varierbart volum, hvilket kammer innbefatter to separate beholdere hvorav den ene har forbindelse med trykkluftinnløpet, mens den andre har forbindelse med sylinderen. Kamrene kan sammenkobles eller avstenges relativt hverandre, slik at under utblåsingen vil det være mulig å lade den første av beholderne med komprimert luft og etablere trykket i den andre beholderen ved avslutningen av utblåsingen mens stemplet befinner seg i det øvre dødpunkt og før det begynner å bevege seg igjen. De to beholderne forblir i innbyrdes forbindelse og frigjør uttrykk for gjennomføring av maskinens slagbevegelse. I det minste én av beholderne er tilknyttet et middel for endring av volumet for derved å muliggjøre en endring av maskinens dreiemoment ved like trykk.

DE 19515325 Al vedrører en ventilstyrt to-takts motor, der motoren ikke har noen tilførsels- eller utløpsspalter og den hittil ubenyttede oppholdstiden under dødpunktet benyttes for en effektiv tappeprosess. En ytterligere rotasjon av en veivaksel for å pumpe forbrenningsluft og for fremstilling av forbrenningsgasser er lagret. Under den anvendelige tiden av stemplene, under dødpunktet, kan frisk luft tilføres til forbrenningskammeret over utløpsventilen. Dermed kan forbrenningsrester presses ut gjennom en utløpskanal via utløpsventilen. Etter lukking av innløps- og utløps ventilene gjennom stemplenes bevegelse til det øvre dødpunkt, kan komprimeringen av den tilførte luften begynne.

Fyllingen av kammeret vil alltid være forstyrrende med hensyn til den generelle virkningsgraden til disse "trykkreduksjonsmaskiner".

Maskinen, ifølge oppfinnelsen, har en innretning for stopping av stemplet i det øvre dødpunkt. Den drives fortrinnsvis ved hjelp av komprimert luft eller en annen komprimert gass som finnes i et høytrykksreservoar, ved hjelp av en bufferbeholder også benevnt bufferkapasitet. Bufferkapasiteten i bienergiversjonen innbefatter en luftoppvarmingsinnretning som drives med supplementær energi (fossil energi eller annen energi), hvorved temperaturen og/eller trykket til luften øker.

Maskinen, ifølge oppfinnelsen, er kjennetegnet med de implementerte midler i kombinasjon eller hver for seg: - Ekspansjonskammeret innbefatter et varierbart volum og er utstyrt med midler for tilveiebringelse av arbeidet. Det er forbundet og i kontakt med rommet

over hovedmaskinstemplet gjennom en permanent passasje.

- Når stemplet stopper i det øvre dødpunkt, blir luften eller gassen under trykk sluppet inn i ekspansjonskammeret mens dette har sitt minste volum, og denne påvirkningen medfører en øking av kammervolumet med tilveiebringelse av arbeidet. - Trykkluften i ekspansjonskammeret ekspanderer inn i maskinsylinderen når ekspansjonskammeret er meget nær sitt maksimale volum, hvorved maskinstemplet skyves nedover og utøver et arbeid. - Under maskinstemplets oppadgående bevegelse, eksosslaget, går det variable volumet i ekspansjonskammeret tilbake til sitt minste volum, for fornyet begynnelse av den fullstendige arbeidssyklus.

Ekspansjonskammeret i maskinen ifølge oppfinnelsen bidrar aktivt. Maskinen ifølge oppfinnelsen kalles for en aktivkammermaskin.

Maskinen ifølge oppfinnelsen er fordelaktig forsynt med en varierbar strømningstrykkreduksjonsventil ifølge WO 03/089764 Al, også benevnt som en dynamisk trykkreduksjonsventil, som leverer et brukertrykk for den komprimerte luften fra reservoaret i arbeidskapasiteten, idet det gjennomføres en isotermisk trykkreduksjon uten arbeid.

Den termodynamiske syklus ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet av en isotermisk ekspansjon uten arbeid, muliggjort av den dynamiske trykkreduksjons ventilen etterfulgt av en overgang med en meget lett kvasi-isotermisk ekspansjon - eksempelvis en kapasitet på 3000 cm<3>til en kapasitet på 3050 cm<3>- med arbeidet, under utnyttelse av lufttrykket i arbeidskapasiteten under fyllingen av ekspansjonskammeret. Deretter foregår det en polytropisk ekspansjon fra ekspansjonskammeret og inn i maskinsylinderen, med arbeidet, og en temperatursenkning av den luft som støtes ut til atmosfæren.

Ifølge oppfinnelsen innbefatter den termodynamiske syklus derfor fire faser i en trykkluft-monoenergi-modus:

- en isotermisk ekspansjon uten arbeid,

- en lett overgangsekspansjon med arbeid, kjent som kvasi-isotermisk,

- en polytropisk ekspansjon med arbeid,

- et utslipp til omgivelsestrykk.

I en bienergi-anvendelse ifølge oppfinnelsen, med en supplementær brenselmodus, blir den i arbeidskapasiteten inneholdte trykkluft varmet opp med supplementær energi i en termisk oppvarmingsinnretning. Arrangementet muliggjør at mengden av utnyttbar og tilgjengelig energi kan økes, som følge av det faktum at før innføringen i aktivkammeret vil trykkluften få øket temperatur og trykk og/eller volum, med tilhørende øket ytelse og/eller autonomi. Bruken av den termiske oppvarmingsinnretning medfører den fordelen at det muliggjøres en ren og kontinuerlig forbrenning som kan katalysatorbehandles eller renses med eksisterende midler, for oppnåelse av minimalt forurensende utslipp.

En termisk oppvarmingsinnretning kan benytte fossile brensler så som bensin, diesel eller kjøretøy-LPG, biobrensler eller alkoholer - etanol, metanol - for på den måten å muliggjøre en bienergidrift med en ekstern forbrenning hvor en brenner benyttes for øking av temperaturen.

Ifølge en variant av oppfinnelsen brukes det i varmeinnretningen fordelaktig en termokjemisk prosess som baserer seg på absorpsjon og desorpsjon, eksempelvis av den typen som beskrives i EP 0 307 297 Al og EP 0 382 586 Bl. Disse prosesser bruker fordampningen av et fluid, eksempelvis flytende ammonium, idet det dannes en gass som reagerer med salter så som kalsium- eller manganklorid eller andre. Systemet virker som et termisk batteri.

Ifølge en variant av oppfinnelsen er aktivkammermaskinen forsynt med en termisk oppvarmingsinnretning som innbefatter en brenner, eller lignende, og en termokjemisk oppvarmingsinnretning av den tidligere nevnte type. Disse kan benyttes samtidig eller suksessivt i en første fase med bruk av den termokjemiske oppvarmingsinnretning, idet den termiske oppvarmingsinnretning med brenneren benyttes for regenerering (fase 2) av den termokjemiske oppvarmingsinnretningen når sistnevnte er tom, idet oppvarmingsinnretningen med brenneren varmer opp reaktoren ved en fortsatt drift av enheten.

Når det benyttes en forbrenningsvarmeinnretning, vil aktivkammermaskinen ifølge oppfinnelsen være en kammermaskin som benevnes som en maskin med ekstern

forbrenning. Imidlertid kan forbrenningene til de nevnte oppvarmingsinnretningene være interne idet flammen virker direkte på den komprimerte luft. Maskinen kan da sies å ha en "ekstern-intern-forbrenning", eller forbrenningen i varmeinnretningene kan være eksterne ved oppvarmingen av luften, idet det benyttes en varmeveksler. Maskinen kan da sies å være en "ekstern-ekstern-forbrenningsmaskin".

I en driftsmodus med supplementær energi kan den termodynamiske syklus innbefatte fem faser:

- en isotermisk ekspansjon,

- en temperaturøking,

- en lett overgangsekspansjon med arbeid, kjent som kvasi-isotermisk,

- en polytropisk ekspansjon med arbeid,

- utslipp mot omgivelsestrykk.

Samtlige mekaniske, hydrauliske, elektriske eller andre innretninger benyttes, hva maskinsyklusen angår, for gjennomføring av de tre fasene til arbeidssyklusen i aktivkammeret, dvs.: - når maskinstemplet er stoppet i øvre dødpunkt: en lading av aktivkammeret med arbeidsdannelse idet volumet øker, - under maskinstemplets ekspansjonsbevegelse: bibehold av et på forhånd bestemt volum som er ekspansjonskammer ets volum, - under maskinstemplets utstøtingsslag: tilbakeføring av aktivkammeret til dets minimumvolum for derved å muliggjøre en fornyet påbegynnelse av syklusen.

Fordelaktig er ekspansjonskammeret med det varierbare volum, også benevnt aktivkammeret, begrenset av et stempel, trykkstemplet, som utfører en glidebevegelse i en sylinder og ved hjelp av en forbindelsesstang er forbundet med maskinens veivaksel, med en klassisk konstruksjon som har en tofase-sekvens; nedadrettet og oppadrettet bevegelse.

Maskinstemplet styres av en innretning som stopper stemplet i det øvre dødpunkt og derved fastlegger en trefasesekvens; oppadrettet bevegelse, stopp i øvre dødpunkt og nedadrettet bevegelse.

For en innstilling av maskinen ifølge oppfinnelsen er bevegelsene til trykkstemplet og maskinstemplet ulike, idet bevegelsen til trykkstemplet er lengre og bestemt på forhånd, slik at under trykkstemplets nedadrettede bevegelse vil det volum som velges som "ekspansjonskammerets volum" nås, vil maskinstemplets nedadrettede bevegelse begynne, og at under denne nedadrettede bevegelse vil trykkstemplet fortsette og avslutte sin egen nedadrettede bevegelse - og derved produsere arbeid - hvoretter det begynner en oppadrettet bevegelse mens maskinstemplet med en kortere og raskere bevegelse vil ta det igjen oppover, slik at begge stempler vil nå dødpunktene på omtrent samme tid. Det skal nevnes at ved begynnelsen av den oppadrettede bevegelse vil trykkstemplet utsettes for et negativt arbeid, som, de facto, kompenseres av et ekstra positivt arbeid ved enden av den nedadrettede bevegelse.

Ved drift i trykkluftmodus, ved et kjøretøy som beveger seg på et urbant sted uten å tilveiebringe forurensning, kan eksempelvis bare trykket til den komprimerte luften i høytrykksreservoaret brukes. Ved en bienergidrift i en supplementærenergi-modus (fossil eller annet), i et kjøretøy som beveger seg på en åpen vei med eksempelvis minimal forurensning, kreves en oppvarming av arbeidskapasiteten for derved å øke temperaturen til luften der og derved også luftens utnyttbare volum og/eller trykk, slik at det derved oppnås bedre ytelse og/eller autonomi.

Ifølge oppfinnelsen styres maskinen med hensyn til dreiemoment og hastighet ved å påvirke trykket i arbeidskapasiteten. Dette oppnås fordelaktig ved hjelp av den dynamiske trykkreduksjonsventil. Når maskinen arbeider i bienergi-modus, med supplementær energi (fossil eller annen), styrer en elektronisk datamaskin mengden av den supplementære energi som tilveiebringes i samsvar med trykket i arbeidskapasiteten.

Ifølge en variant av oppfinnelsen, for å muliggjøre en autonom drift av maskinen under dens bruk med supplementær energi og/eller når trykkluftreservoaret er tomt, kan aktivkammermaskinen ifølge oppfinnelsen forbindes med en luftkompressor som tilfører trykkluft til høytrykkreservoaret.

Bienergi-aktivkammermaskinen kan således vanligvis drives i to moduser, som et by kjøretøy for null-forurensning, med trykkluft i høytrykksreservoaret, og på en åpen vei, i en supplementærenergi-modus, med den termiske oppvarmingsinnretning betjent med fossilt brensel eller en annen energikilde, idet det benyttes en luftkompressor for supplering av luft til høytrykksreservoaret.

Ifølge en annen inventiv variant benyttes en luftkompressor for direkte mating av arbeidskapasiteten. I et slikt tilfelle styres maskinen ved at man styrer kompressortrykket mens den dynamiske trykkreduksjonsventil mellom høytrykksreservoaret og arbeidskapasiteten forblir stengt.

Ifølge nok en variant av disse arrangementer kan luftkompressoren mate enten høytrykksreservoaret eller arbeidskapasiteten eller begge volum kombinert.

Ifølge oppfinnelsen har bienergi-aktivkammermaskinen de facto tre hoveddriftmoduser:

- monoenergi-trykkluft

- bienergi-trykkluft pluss supplementær energi

- monoenergi med supplementær brenselenergi.

Aktivkammermaskinen kan også drives som monoenergi, med fossilt eller annet brensel, når den er tilknyttet en luftkompressor som mater arbeidskapasiteten som beskrevet foran. Høytrykksreservoaret for luft kan da helt enkelt bortfalle.

I tilfelle av drift i supplementærenergimodusen, med bruk av ekstern-ekstern-forbrenning, kan eksosen fra aktivkammermaskinen resirkuleres til kompress orinnløpet.

Ifølge en variant av oppfinnelsen kan maskinen ha flere ekspansjonstrinn, idet hvert trinn da innbefatter et aktivkammer ifølge oppfinnelsen. En varmeveksler plasseres mellom hvert trinn og varmer opp luftutslippet fra det forangående trinn ved monoenergidrift, med bruk av komprimert luft og/eller en oppvarmingsinnretning som benytter supplementær energi ved bienergi-drift. Forskyvningen i hvert etterfølgende trinn er større enn i et foregående trinn.

I en monoenergi-maskin med komprimert luft vil ekspansjonen i den første sylinder gi en temperatursenking. Luften varmes da fortrinnsvis opp under utnyttelse av en luft-luft-varmeveksler mot den omgivende temperatur.

For en bienergi-maskin som benytter supplementær energi, varmes luften i en termisk oppvarmingsinnretning ved hjelp av supplementær energi, eksempelvis fossilt brensel.

Ifølge en variant av dette arrangement blir luftutslippet etter hvert trinn rettet mot en enkelt oppvarmingsinnretning som har flere trinn, for derved å muliggjøre bruk av bare én forbrenningskilde.

Varmevekslerne kan være luft-luft-varmevekslere eller luft-væske-varmevekslere eller andre gassinnretninger som vil gi den ønskede virkning.

Aktivkammermaskinen ifølge oppfinnelsen kan benyttes i alle maskiner på land, til sjøs, i luften eller for jernbanedrift. Aktivkammermaskinen ifølge oppfinnelsen kan også fordelaktig anvendes i elektriske nødgeneratorer og kan også finne anvendelse i mange ulike husholdningstilfeller i forbindelse med produksjon av elektrisitet, oppvarming og luftkondisjonering.

Andre hensikter, fordeler og trekk ved oppfinnelsen vil gå frem av den nedenfor gitte beskrivelse av mulige, ikke-begrensende utførelser, under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 skjematisk viser et snitt gjennom en aktivkammermaskin med høytrykk-lufttilførselsinnretning,

Fig. 2-4 viser ulike driftsfaser av maskinen ifølge oppfinnelsen,

Fig. 5 viser sammenstilte bevegelsessekvenser for trykkstemplet og maskinstemplet, Fig. 6 er en graf som viser den termodynamiske syklus i en monoenergimodus hvor det benyttes komprimert luft, Fig. 7 viser et skjematisk snitt gjennom en aktivkammermaskin med høytrykk-lufttilførselsinnretning innbefattende en innretning for oppvarming av luften ved forbrenning, Fig. 8 er en graf som viser den termodynamiske syklus for en bienergi-modus hvor det benyttes komprimert luft og supplementær energi, Fig. 9 er et skjematisk snitt gjennom en aktivkammermaskin ifølge oppfinnelsen, tilknyttet en luftkompressor for autonom drift, Fig. 10 er et skjematisk snitt gjennom en aktivkammermaskin ifølge oppfinnelsen, forbundet med en luftkompressor som leverer luft til reservoaret og til arbeidskapasiteten, Fig. 11 viser et skjematisk snitt gjennom en aktivkammermaskin ifølge oppfinnelsen, med to ekspansjonstrinn, og Fig. 12 viser et skjematisk snitt gjennom en aktivkammermaskin ifølge oppfinnelsen, i en monoenergimodus med fossilt brensel. Fig. 1 viser en aktivkammermaskin ifølge oppfinnelsen og viser en maskinsylinder hvor et stempel 1 kan utføre en glidebevegelse (stemplet er vist i det øvre dødpunkt). Stemplet 1 utfører sin glidebevegelse i sylinderen 2, styrt av en leddmekanisme. Stemplet 1 er med en bolt forbundet med den frie enden IA til en

leddmekanisme som innbefatter en arm 3 som med en bolt 5 er leddforbundet med en annen arm 4 som kan svinge om en bolt 6. En styrestang 7 er leddforbundet med armene 3 og 4 ved hjelp av en felles bolt 5 og er forbundet med en veivbolt 8 i veiven 9, hvis dreieakse er betegnet med 10. Når veiven 9 roterer, vil styrestangen 7 utøve en kraft på bolten 5 og leddmekanismen vil da bevirke at stemplet 1 beveger seg langs aksen til sylinderen 2. Omvendt vil stemplet 1 påvirke veiven 9 til rotasjon når stemplet 1 utfører en nedadrettet bevegelse påvirket av krefter på stemplet 1. Maskinens sylinder er ved hjelp av en passasje 12 i den øvre del forbundet med en aktivkammersylinder 13 hvor et stempel 14 (trykkstemplet) kan utføre glidebevegelser. Trykkstemplet 14 er forbundet med veiven 9 med en stang 15 og en veivbolt 16. En innløpskanal 17, som reguleres med en ventil 18, kan tilføre komprimert luft fra arbeidskapasiteten 19 hvor det holdes et arbeidstrykk. Arbeidskapasiteten 19 tilføres komprimert luft gjennom kanalen 20 hvor det er anordnet en dynamisk trykkreduksjonsventil 21. Kanalen 20 er tilknyttet et høytrykkluftreservoar 22. I sylinderens 1 øvre del er det videre anordnet en utløpskanal 23 med en utløps ventil 24.

En innretning styrt av en gasspedal kan påvirke den dynamiske trykkreduksjonsventil 21 for derved å kunne regulere trykket i arbeidskammeret og således kunne regulere maskinen. Fig. 2 viser skjematisk aktivkammermaskinens innløpsfase. Maskinstemplet 1 befinner seg i sitt øvre dødpunkt og innløpsventilen 18 er nettopp åpnet. Lufttrykket i arbeidskapasiteten 19 trykker trykkstemplet 14 nedover idet luften strømmer inn i sylinderen i aktivkammeret 13. Det tilveiebringes et arbeid ved at veiven 9 roterer påvirket av stangen 15. Arbeidet tilveiebringes hovedsakelig med et kvasikonstant trykk. Ved fortsatt rotasjonsbevegelse vil veiven 9 bevirke (fig. 3) at maskinstemplet 1 beveger seg mot sitt nedre dødpunkt. Omtrent samtidig lukkes innløpsventilen 18. Trykket i aktivkammeret påvirker maskinstemplet 1, som derved yter et arbeid, idet veiven 9 påvirkes via armene 3 og 4 og styrestangen 7. I denne fasen fortsetter trykkstemplet sin bevegelse mot sitt nedre dødpunkt og vil så begynne å gå tilbake til sitt øvre dødpunkt. Samtlige komponenter samvirker slik at under den oppadgående bevegelse (fig. 4) vil begge stempler omtrent samtidig nå sitt respektive øvre dødpunkt. Maskinstemplet stopper og trykkstemplet begynner en ny syklus. Under denne oppadgående bevegelse av de to stempler vil utløpsventilen 24 være åpen slik at ekspandert trykkluft kan gå ut gjennom utløpskanalen 23. Fig. 5 viser stempelbevegelseskurvene. Veivrotasjonen er vist på x-aksen og stillingene til trykk- og maskinstemplene er vist på y-aksen, fra nedre til øvre dødpunkt. Man ser at trykkstemplet beveger seg raskere enn maskinstemplet. Grafen er delt i fire hovedfaser. I fase A holdes maskinstemplet ved det øvre dødpunkt mens trykkstemplet utfører en stor del av sin nedadrettede bevegelse og yter et arbeid. I fase B går maskinstemplet nedover og produserer arbeidet mens trykkstemplet avslutter sin nedadrettede bevegelse, med arbeidsytelse. Når trykkstemplet når sitt nedre dødpunkt, begynner fase C. Maskinstemplet fortsetter sin nedadrettede bevegelse og trykkstemplet begynner å gå oppover. I denne fasen utfører trykkstemplet et negativt arbeid, men dette kompenseres med et ekstra positivt arbeid i fase B. I fase D har de to stemplene omtrent samtidig nådd sine øvre dødpunkter og er nå klare for en ny syklus. Maskinen leverer arbeid i fasene A, B og C. Fig. 6 er en graf som viser den termodynamiske syklus for en monoenergi-modus med trykkluft. Syklusfasene for aktivkammermaskinen ifølge oppfinnelsen er angitt langs x-aksen mens trykkene er angitt langs y-aksen. I en første kapasitet, reservoaret, er det vist flere isotermiske kurver som går fra et reservoartrykk Pst og til et begynnende arbeidstrykk PIT. Reservoartrykket synker ettersom reservoaret tømmes. Arbeidstrykket PIT innreguleres i samsvar med det ønskede dreiemoment mellom et minste drivtrykk og et maksimalt drivtrykk, er eksempelvis henholdsvis 10 bar og 30 bar. I arbeidskapasiteten vil trykket forbli i hovedsaken konstant under ladningen av aktivkammeret. Når innløpsventilen åpner blir trykkluften i arbeidskapasiteten overført til aktivkammeret og produserer arbeid, med en liten trykksenkning. Er eksempelvis arbeidskapasiteten 3000 cm<3>mens aktivkammeret er 35 cm<3>, så vil trykksenkingen være 1,16 %, dvs. at man eksempelvis vil ha et arbeidstrykk på 29,65 bar når det opprinnelige arbeidstrykket er 30 bar. Maskinstemplet begynner sin nedadrettede bevegelse med en polytropisk ekspansjon som produserer arbeid med tilhørende trykksenking, helt til utløpsventilen åpnes (eksempelvis ved ca. 2 bar). Det følger da en retur til atmosfæretrykk og en ny syklus kan begynne. Fig. 7 viser maskinen og de tilhørende komponenter i en bienergi-versjon med supplementær-energi. I arbeidskapasiteten 19 er det vist en innretning for oppvarming av den komprimerte luft ved hjelp av supplementær energi, her en brenner 25 som er tilknyttet en gassylinder 26. Den her viste forbrenning er således en ekstern-intern-forbrenning og muliggjør at volumet og/eller trykket til den komprimerte luft fra lagringsreservoaret kan økes betydelig. Fig. 8 viser i en graf den termodynamiske syklus for en bienergi-modus hvor det benyttes trykkluft og supplementær energi. Også her er syklusfasene til de ulike kapasiteter i aktivkammermaskinen vist langs x-aksen mens trykkene er vist langs y-aksen. I en første kapasitet, reservoaret, er det vist isotermiske kurver mellom et reservoartrykk Pst og et begynnende arbeidstrykk PIT. Reservoartrykket synker ettersom reservoaret tømmes, mens arbeidstrykket PIT reguleres i samsvar med det ønskede dreiemoment mellom et minste drivtrykk og et maksimalt drivtrykk, her eksempelvis 10 bar og 30 bar. I arbeidskapasiteten vil oppvarmingen av den komprimerte luft medføre en øking av trykket fra PIT og til et avsluttende arbeidstrykk PFT: er eksempelvis PIT lik 30 bar, så vil en temperaturøkning i størrelsesorden 300° gi et PFT i størrelsesorden 60 bar. Når innløpsventilen åpner

vil den komprimerte luft i arbeidskapasiteten overføres til aktivkammeret og produsere arbeidet. Dette er forbundet med en lett trykksenking: er eksempelvis arbeidskapasiteten 3000 cm<3>mens aktivkammeret er på 35 cm<3>, så vil trykksenkingen være 1,16 %, dvs. at man eksempelvis vil ha et aktuelt arbeidstrykk på 59,30 bar når det begynnende arbeidstrykket er 60 bar. Maskinstemplet begynner sin nedadrettede bevegelse med en polytropisk ekspansjon som produserer arbeid, forbundet med en trykksenking, helt til utløpsventilen åpner (eksempelvis ved ca. 4 bar). Det skjer da en retur til atmosfæretrykket under utstøtingsslaget, slik at en ny syklus kan begynne.

Aktivkammermaskinen kan også arbeide autonomt i en bienergimodus med supplementær energi tilveiebrakt med fossile brensler eller andre brensler (fig. 9). I På fig. 9 er det vist en luftkompressor 27 som leverer komprimert luft til reservoaret 22. For øvrig har maskinen samme generelle utførelse som beskrevet og vist i forbindelse med fig. 1-4. I denne utførelsen kan reservoaret fylles når maskinen er i drift, dvs. tilføres ekstra energi, men det foreligger et relativt stort energitap som følge av kompressoren. Ifølge en annen variant av oppfinnelsen (ikke vist) kan luftkompressoren være direkte tilknyttet arbeidskapasiteten. I en slik utførelse holdes den dynamiske trykkreduksjonsventil 21 lukket og kompressoren leverer komprimert luft til arbeidskapasiteten. Der varmes luften opp ved hjelp av en oppvarmingsinnretning, med tilhørende øking av trykk og/eller volum. Luften leveres til aktivkammeret 13 som beskrevet foran. Maskinen blir regulert ved at man foretar en direkte regulering av trykket ved hjelp av kompressoren. Energitapet som følge av bruken av kompressoren, vil være meget lavere enn i den førstnevnte variant. Ifølge nok en variant av oppfinnelsen (fig. 10) er kompressoren tilknyttet reservoaret 22 og arbeidskapasiteten 19. Kompressoren kan være tilkoblet reservoaret 22 og arbeidskapasiteten 19 samtidig eller suksessivt, alt avhengig av energibehovet. En omstyringsventil 28 benyttes for å koble kompressoren til reservoaret 22 eller arbeidskapasiteten 19 eller til begge samtidig. Valget foretas i samsvar med maskinens energikrav under hensyntagen til kompressorens energibehov. Dersom maskinens energibehov er relativt lite, så leverer kompressoren luft til reservoaret. Er maskinens energibehov høyt, så leverer kompressoren luft bare til arbeidskapasiteten.

Fig. 11 viser skjematisk en aktivkammermaskin ifølge oppfinnelsen. Maskinen har to ekspansjonstrinn og innbefatter et høytrykk-luftreservoar 22, en dynamisk trykkreduksjonsventil 21 og en arbeidskapasitet 19 i det første trinn, hvor det forefinnes en maskinsylinder 2 med et stempel 1 (vist i øvre dødpunkt). Stemplet er styrt med en leddmekanisme. Stemplet 1 er således ved hjelp av en bolt forbundet med den frie enden IA til en leddmekanisme som innbefatter en arm 3 som ved hjelp av en bolt 5 er forbundet med en arm 4 som kan svinge om en stasjonær bolt 6. En styrestang 7 er forbundet med armene 3, 4 ved hjelp av den felles bolt 5 og er forbundet med en veiv 9 med en veivbolt 8. Veiven 9 har en dreieakse 10. Når veiven 9 roterer, vil styrestangen 7 påvirke bolten 5 mellom armene 3 og 4 og leddmekanismen vil derved bevirke at stemplet 1 beveger seg i sylinderen 2. Omvendt vil krefter som virker på stemplet 1 ovenfra bevirke at veiven 9 roterer. Maskinsylinderen er i sin øvre del forbundet med en aktivkammersylinder 13 gjennom en passasje 12.1 aktivkammersylinderen 13 er det anordnet et stempel 14 (trykkstemplet) som med en stang 15 er forbundet med veiven 9 ved hjelp av en veivbolt 16. Innløpskanalen 17 styres av ventilen 18 og leverer komprimert luft fra arbeidskapasiteten 19, hvor det hersker et arbeidstrykk. Arbeidskapasiteten 19 tilføres komprimert luft gjennom en kanal 20, regulert ved hjelp av den dynamiske trykkreduksjons ventilen 21. En utløpskanal 23 går via en varmeveksler 29 til et innløp 17B i maskinens andre trinn hvor det forefinnes en maskinsylinder 2B med et stempel IB. Stemplet IB er også her koblet til en leddmekanisme. Således er stemplet IB ved hjelp av en bolt forbundet med den frie enden 1C til en leddmekanisme som innbefatter en arm 3B som med en bolt 5B er forbundet med nok en arm 4B, som på sin side kan svinge om den stasjonære bolten 6B. En styrestang 7B er forbundet med armene 3B og 4B ved hjelp av bolten 5B og er forbundet med veiven 9 ved hjelp av en veivbolt 8B. Veiven 9 kan dreie seg om veivaksen 10. Når veiven roterer vil styrestangen 7B utøve en kraft mot bolten 5B mellom armene 3B og 4B og leddmekanismen vil da bevege stemplet IB opp i sylinderen 2B. Omvendt vil stempelet IB, når det påvirkes av en kraft nedover, bevirke at veiven 9 roterer. Maskinsylinderen er ved hjelp av en passasje 12B i den øvre delen forbundet med en aktivkammersylinder 13B hvor det er anordnet et stempel 14B (trykkstempel). Trykkstemplet 14B er forbundet med veivens 9 veivbolt 16B ved hjelp av en stang 15B. Innløpskanalen 17B som styres med ventilen 18B, leverer komprimert luft til maskinen. For å forenkle tegningen er på fig. 11 maskinens andre trinn vist ved siden av det første trinnet. Det er her underforstått at det er fordelaktig bare å ha én veiv eller veivaksel og at det andre trinnet således befinner seg i samme lengdeplan som det første trinnet. Utløpskanalen 23 i det første maskintrinnet er via en luft-luft-varmeveksler 29 forbundet med innløpskanalen 17B i det andre maskintrinnet. I denne utførelsen dimensjoneres det første trinnet slik at ved slutten av maskinekspansjonen vil utløpsluften ha et resttrykk som, etter en oppvarming i luft-luft-varmeveksleren for øking av trykket og/eller volumet, vil gi tilstrekkelig energi for tilfredsstillende drift av det etterfølgende trinn.

Fig. 12 viser en monoenergi-aktivkammermaskin som arbeider med fossilt brensel. Maskinen er koblet til kompressoren 27, som leverer komprimert luft til arbeidskapasiteten 19, hvor det er anordnet en brenner 25 som er koblet til en gassylinder 26. For øvrig virker denne maskinen på samme måte som de foran beskrevne.

Driften av aktivkammermaskinen er foran beskrevet med bruk av komprimert luft. Det kan selvfølgelig benyttes en hvilken som helst annen egnet trykkgass uten at man derved går utenfor oppfinnelsens ramme.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de viste og beskrevne utførelser, men den er alene begrenset av de vedlagte krav.

Claims (20)

1. Aktivkammermaskin med minst ett stempel (1) glidbart i en sylinder (2), styrt av en innretning som stopper stemplet (1) i et øvre dødpunkt, og tilført trykkluft eller en annen gass med høyt trykk fra et lagringsreservoar (22), hvilken luft/gass reduseres til et gjennomsnitts trykk, arbeidstrykket, i en arbeidskapasitet (19), fortrinnsvis ved hjelp av en dynamisk trykkreduksjonsventil,karakterisert vedat ekspansjonskammeret har et variabelt volum, med midler for utføring av arbeid, og forbundet og i kontakt med rommet over maskinens hovedstempel (1) gjennom en permanent passasje (12), at luften eller gassen under trykk føres inn i ekspansjonskammeret når stemplet (1) stopper i øvre dødpunkt og ekspansjonskammeret har sitt minste volum, og ekspansjonskammeret øker sitt volum og yter et arbeid under påvirkning av trykkluftens kraft, at trykkluften i ekspansjonskammeret ekspanderer inn i maskinsylinderen (2) når ekspansjonskammeret er meget nær sitt maksimale volum, hvorved maskinstemplet igjen skyves nedover og utfører et arbeid og at under maskinstemplets (1) oppadgående bevegelse, utstøtingsslaget, går det variable volumet i ekspansjonskammeret tilbake til sitt minste volum, for fornyet begynnelse av den fullstendige arbeidssyklus.

2. Aktivkammermaskin ifølge krav 1, karakterisert vedat aktivkammerets arbeidssyklus med hensyn til maskinstemplets syklus innbefatter tre faser slik at: - når maskinstemplet er stoppet i det øvre dødpunkt: innslipping av en ladning i aktivkammeret med produksjon av arbeid som følge av en volumøking, - under maskinstemplets ekspansjonsbevegelse: opprettholdelse av et på forhånd bestemt volum som er ekspansjonskammerets volum, - under maskinstemplets utstøtingsslag: tilbakeføring av aktivkammeret til dets minste volum slik at derved syklusen kan påbegynnes på nytt.

3. Aktivkammermaskin ifølge krav 1 og 2, hvor den termodynamiske syklus er i en monoenergi-modus med komprimert luft, karakterisert veden isotermisk ekspansjon uten arbeidet og med konservering av energi, hvilken isotermisk ekspansjon skjer mellom høytrykk-luftreservoaret og arbeidskapasiteten, etterfulgt av en overgangsfase med en meget lett ekspansjon i trykksylinderen, kvasi-isotermisk med arbeid, og deretter en polytropisk ekspansjon med arbeid i maskinsylinderen, og til sist et utslipp mot atmosfæretrykket, dvs. fire faser som følger: - en isotermisk ekspansjon uten arbeid, - en lett overgangsekspansjon med arbeid, kvasi-eksotermisk, - en polytropisk ekspansjon med arbeid, - et utslipp mot omgivelsestrykket.

4. Aktivkammermaskin ifølge kravene 1-3, karakterisert vedat arbeidskapasiteten (19) innbefatter en innretning (25, 26) for oppvarming av den komprimerte luft med supplementær energi tilveiebrakt med fossilt eller annet brensel, idet nevnte innretning øker temperaturen og/eller trykket til luften.

5. Aktivkammermaskin ifølge krav 4, karakterisert vedat den komprimerte luften oppvarmes ved hjelp av en forbrenning av fossilt eller biologisk brensel direkte i den komprimerte luft, idet maskinen da vil være av en type med ekstern-intern-forbrenning.

6. Aktivkammermaskin ifølge krav 4, karakterisert vedat den komprimerte luften i arbeidskapasiteten varmes opp med en forbrenning av fossilt eller biologisk brensel i en varmeveksler, idet flammen ikke får direkte kontakt med den komprimerte luft, slik at maskinen derved vil være av den type som har ekstern-ekstern-forbrenning.

7. Aktivkammermaskin ifølge hvilket som helst av kravene 4-6,karakterisert vedat den termiske oppvarmingsinnretning bruker en termokjemisk gass-faststoff-reaksjonsprosess som baserer seg på en transformasjon med fordampning av et reagerende fluid i en fordamper, eksempelvis flytende ammonium eller en gass som reagerer med en faststoffreagent i reaktoren, eksempelvis salter så som kalsium-, magnesium- eller bariumklorid eller andre hvis kjemiske reaksjon avgir varme og som, når reaksjonen er avsluttet, kan regenereres ved oppvarming av reaktoren med desorpsjon av den gassformede ammonium som rekompenseres i fordamperen.

8. Aktivkammermaskin ifølge hvilket som helst av kravene 4-7, med en termodynamisk syklus i en bienergi-modus med supplementær energi,karakterisert veden isotermisk ekspansjon uten arbeid og med konservering av energi, gjennomført i arbeidskapasiteten ved øking av temperaturen med oppvarming av luften med en fossil energi, etterfulgt av en meget lett ekspansjon, kvasi-isotermisk med arbeid, en polytropisk ekspansjon med arbeid i maskinsylinderen og avslutningsvis utslipp mot atmosfæretrykket, dvs. fem suksessive faser som følger: - en isotermisk ekspansjon, - en øking av temperaturen, - en lett overgangsekspansjon med arbeid, kvasi-isotermisk, - en polytropisk ekspansjon med arbeid, - et utslipp mot omgivelsestrykket.

9. Aktivkammermaskin ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat dreiemomentet og hastigheten til maskinen reguleres ved at man regulerer trykket i arbeidskapasiteten (19).

10. Aktivkammermaskin ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat ved drift i bienergi-modus med supplementær energi, vil en elektronisk datamaskin styre mengden av energi som benyttes i samsvar med trykket til den komprimerte luft og derved massen av luft som innføres i arbeidskapasiteten.

11. Aktivkammermaskin ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat volumet i aktivkammeret begrenses av et stempel (14), trykkstemplet, som er glidebevegbart i en sylinder (13) og ved hjelp av en stang (15) er forbundet med maskinens (9) veivaksel i samsvar med en klassisk drivkonstruksjon.

12. Aktivkammermaskin ifølge krav 11, karakterisert vedat trykkstemplets (14) bevegelse er utlagt slik at når det volum som er valgt som kammervolum er nådd, og under maskinstemplets (1) nedadrettede bevegelse, vil trykkstemplet (14) avslutte sin nedadrettede bevegelse og begynne å gå oppover og nå sitt øvre dødpunkt omtrent samtidig som maskinstemplet når sitt øvre dødpunkt.

13. Aktivkammermaskin ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat for å muliggjøre en autonom drift av maskinen med supplementær energi og/eller når komprimert luftreservoaret (22) er tomt, er aktivkammermaskinen ifølge oppfinnelsen forbundet med en luftkompressor (27) som leverer komprimert luft til høytrykk-luftreservoaret (22).

14. Aktivkammermaskin ifølge krav 13, karakterisert vedat luftkompressoren (27) leverer luft direkte til arbeidskapasiteten (19), idet maskinen reguleres ved å regulere trykket i kompressoren (27) mens den dynamiske trykkreduksjonsventil mellom høytrykkreservoaret og arbeidskapasiteten er stengt.

15. Aktivkammermaskin ifølge kravene 13 og 14, karakterisert vedat den tilkoblede luftkompressor (27) samtidig eller suksessivt leverer luft til reservoaret (22) og arbeidskapasiteten (19).

16. Aktivkammermaskin ifølge hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert veden monoenergidrift med fossilt brensel (eller annet), idet arbeidskapasiteten (19) bare tilføres luft med den tilkoblede luftkompressor (27) mens høytrykkluftreservoaret er utelatt.

17. Aktivkammermaskin ifølge krav 6 og hvilket som helst av kravene 13-16,karakterisert vedat utslippet etter ekspansjonen blir rekalkulert til den tilkoblede luftkompressors innløp.

18. Aktivkammermaskin ifølge hvilket som helst av de foregående krav, og i en monoenergimodus med komprimert luft, karakterisert vedat maskinen har flere ekspansjonstrinn med økende sylinderdimensjon, idet hvert trinn innbefatter et aktivkammer ifølge oppfinnelsen, og ved at det mellom hvert trinn er anordnet en varmeveksler (29) for oppvarming av utslippsluften fra det foregående trinn.

19. Aktivkammermaskin ifølge krav 18, i en bienergi-modus,karakterisert vedat varmeveksleren som er anordnet mellom det enkelte trinn, er forsynt med en oppvarmingsinnretning som drives med supplementær energi.

20. Aktivkammermaskin ifølge kravene 18 og 19, karakterisert vedat varmevekslerne og oppvarmingsinnretningen er kombinert eller utformet separat i en flertrinns innretning som benytter samme energikilde.