PL173469B1 - Układ do przetwarzania energii cieplnej i mechanicznej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do przetwarzania energii cieplnej i mechanicznej.

Wynalazek odnosi się do układu, który ma postać silnika cieplnego lub pompy cieplnej, służących do przetwarzania energii cieplnej i mechanicznej, do zastosowań domowych, zaopatrzenia w czynniki energetyczne handlu i przemysłu wytwórczego.

173 469

Duża sprawność termiczna urządzeń przetwarzających energię jest ważnym czynnikiem przy generacji energii, z tego powodu, że zwykle koszt paliwa stanowi około 2/3 ogólnego kosztu wytwarzanej energii. Poza względami ekonomicznymi, również ze względów ekologicznych istotne jest zwiększenie sprawności, w celu zminimalizowania wytwarzania dwutlenku węgla i innych niepożądanych emisji. Łatwiejsze jest osiągnięcie dużej sprawności cieplnej i małej ilości emisji w dużych blokach generacyjnych niż w małych. Jest to uwarunkowane częściowo stratami ciepła, tarciem i upływami, które w przypadku większych instalacji są proporcjonalnie mniej znaczące, niż w przypadku instalacji małych. Przy większej skali urządzeń istnieje również możliwość wyposażenia ich w lepszy sprzęt pomocniczy. W przypadku bloków małych, koszt takiego sprzętu może powodować jego niedostępność.

Mimo występowania tych ograniczeń istnieją okoliczności, kiedy potrzebne są małe bloki generacyjne, i ważne jest, aby w miarę możliwości zapewnić ich sprawność i nieszkodliwość dla środowiska. Sytuacja ta występuje w wielu częściach świata, gdzie nie ma sieci elektrycznej. Może się zdarzyć, że budowa elektrowni do wytwarzania energii elektrycznej przekracza możliwości finansowe miejscowej populacji, lub też, ze zapotrzebowanie na elektryczność jest zbyt małe, aby uzasadnić jej budowę. Pierwsza wymieniona sytuacja występuje w wielu mniej rozwiniętych krajach. Druga sytuacja występuje w odległych lub rzadko zaludnionych obszarach i na odległych od lądu wyspach.

Inne zastosowanie dla niewielkich sprawnych silników występuje w związku z połączeniem ogrzewania i wytwarzania energii. Łączne otrzymywanie ciepła i energii elektrycznej daje w wyniku większą sprawność ogólną, niż wykorzystywanie energii z sieci energetycznej. Ponieważ nie istnieją sposoby ekonomicznego przenoszenia ciepła na znaczne odległości, to takie systemy obliczone są na obciążenie lokalną siecią grzewczą. Konieczne są zwykle niewielkie rozmiary bloków generacyjnych.

Znane pompy cieplne przenoszą ciepło ze źródła ciepła o niskiej temperaturze do odbiornika o wyższej temperaturze. Na przykład, podczas chłodów pompa cieplna pobiera ciepło z powietrza atmosferycznego i przepompowywane je do temperatury wyższej w celu ogrzewania budynku. W odróżnieniu od tego, przy ciepłej pogodzie pompa cieplna działa w charakterze bloku klimatyzacyjnego odprowadzając ciepło z powietrza wewnętrznego budynku i oddając je do otaczającej atmosfery mimo tego, że temperatura na zewnątrz jest wyższa, niż wewnątrz. Pompa cieplnajest wykorzystywana również do chłodzenia powietrza w celu skroplenia zawartej w nim w nim pary wodnej. Ciepło odprowadzane z pompy cieplnej następnie jest wykorzystywane do ponownego nagrzewania powietrza. W tym przypadku pompa cieplna służy do osuszania powietrza. Pompy cieplne mają rozmiary dopasowane do lokalnego obciążenia cieplnego.

Większość typów pomp cieplnych, bloków klimatyzacyjnych lub systemów chłodniczych wymaga stosowania płynu parującego/skraplanego, wrzącego w odpowiedniej temperaturze, na przykład chloro-fluorowych pochodnych węglowodorów (CFC - chloro-fluoro-carbons). Substancje te znane są z ich rozkładającego działania na warstwę ozonową wokół Ziemi, ochraniającą ludzi i zwierzęta od nadmiaru promieniowania ultrafioletowego. Znane są pewne odmiany CFC, które powodują wprawdzie rozkład ozonu, jednak w znacznie mniejszym stopniu. Inne rozwiązania alternatywne mają wady polegające napalności, toksyczności, wysokiej cenie, złych właściwościach termodynamicznych lub przyczyniają się do ocieplenia globalnego.

Znane są również dobrze silniki i pompy cieplne działające w oparciu o cykl Stirlinga. Silnik Stirlinga w jednej z odmian zaopatrzony jest w komorę kompresyj ną i komorę ekspansyjną, połączone razem za pomocą regeneracyjnego wymiennika ciepła, tworzące pewną przestrzeń z gazem roboczym. Według idealnego cyklu Stirlinga, gaz roboczy w komorze kompresyjnej zostaje sprężony za pomocą tłoka, i poddany sprężaniu izotermicznemu, przy czym ciepło sprężania zostaje odebrane przez chłodny pojemnik cieplny. Po zakończeniu tego procesu, chłodny gaz roboczy przetłaczany jest przez regenerator, gdzie zostaje wstępnie nagrzany przed wprowadzeniem do komory ekspansyjnej. W komorze ekspansyjnej gorący gaz roboczy ma możliwość rozprężania się przy wypychaniu tłoka z komory ekspansyjnej.

Podczas rozprężania, do gazu roboczego doprowadzane jest ciepło, tak że gaz rozszerza się izotermicznie. Gorący rozprężony gaz następnie przetłaczany jest z powrotem przez regene6

173 469 rator, któremu oddaje swoje ciepło przed przejściem do komory kompresyjnej w celu rozpoczęcia następnego cyklu.

W opisie patentowym USA 4148195 opisano napędzaną ciepłem pompę cieplną, która posiada źródło ciepła o wysokiej temperaturze, na przykład spalinowe, i inne źródło ciepła, o niskiej temperaturze, na przykład powietrze atmosferyczne. Pompa cieplna znajduje się w temperaturze pośredniej. Pompa cieplna przetwarza pewną ilość energii cieplnej o wysokiej temperaturze na większą ilość energii cieplnej o temperaturze pośredniej. Odbywa się to przez pobranie energii cieplnej ze źródła ciepła o niskiej temperaturze. Napędzana cieplnie pompa opisana w opisie patentowym USA 4148195 stanowi system o cyklu zamkniętym, bez zaworów, w działaniu podobny do cyklu Stirlinga. Pompa zawiera dwa tłoki znajdujące się w szeregu czterech połączonych ze sobą rur o kształcie litery U, stanowiących obwód zamknięty, które przemieszczają, gaz roboczy między sąsiednimi komorami ekspansyjnymi i komorami kompresyjnymi, stanowiącymi ramiona kanałów w kształcie litery U. Tłoki cieczowe przekazują moc po obwodzie zamkniętym bezpośrednio z rozprężającego się gazu w komorze ekspansyjnej do gazu sprężanego w sąsiedniej komorze kompresyjnej, przy czym komory ekspansyjne i kompresyjne utworzone są w przeciwległych ramionach tego samego kanału o kształcie litery U. Cztery rury o kształcie litery U połączone są za pośrednictwem przestrzeni gazowej zaopatrzonej w regeneratory. Dwa z czterech regeneratorów i przyporządkowana im objętość gazu, pracują w zakresie temperatury między temperaturą wysoką i temperaturą pośrednią.

Pozostałe dwa regeneratory i przyporządkowane im objętości gazu pracują w zakresie między temperaturą niską i temperaturą pośrednią. Cykl realizowany jest w taki sposób, że moc przenoszona jest za pośrednictwem czynnika zawartego w tłokach cieczowych, z objętości gazu roboczego pracującego w górnym zakresie temperatury do objętości gazu pracującej w niższym zakresie temperatury.

W sprawOzdaniu z 21-ej Międzystowarzyszeniowej Konferencji na temat Techniki Konwersji Energii - 21 -Inter-society Energy Conversion Engineering Conference, wol. 1 (1986), str. 377 do 382, a także w opisie patentowym US.......opisano pompę cieplną Stiil i nga napędzaną ciepłem, podobną do opisanej w opisie patentowym USA 4148195, w której gaz roboczy podgrzewany jest lub chłodzony za pomocą cieczy tłoka cieczowego, przy zewnętrznym nagrzewaniu lub chłodzeniu cieczy i ponownym wtryskiwaniu jej do cylindra ekspansyjnego lub kompresyjnego w postaci aerozolu.

W znanych pompach cieplnych maksymalna temperatura robocza źródła ciepłajest bardzo niska w porównaniu z osiąganą w nowoczesnych czołowych technologiach wytwarzania energii, na przykład w turbinach gazowych o cyklu mieszanym. Na przykład temperatura wprowadzania ciepła do pompy cieplnej jest ograniczona do 400°C, podczas gdy temperatura wlotu współczesnych turbin gazowych zawsze osiąga prawie 1300°C. W konsekwencji sprawność konwersji ciepła o wysokiej temperaturze w pracę wewnętrzną w napędzanej ciepłem pompie cieplnej jest również niska, czego można się spodziewać na podstawie prawa Carnota. W wyniku tego wypadkowy współczynnik sprawności jest bardzo niski.

W napędzanej ciepłem pompie cieplnej opisanej w patencie USA 4148195 tłoki cieczowe muszą być bardzo długie, w celu stłumienia naturalnej ich tendencji do oscylacji. Częstotliwość oscylacji, dla zapewnienia dostatecznego czasu na przekazanie ciepła między rozpylonym materiałem wtryskiwanym i gazem, musi być niska. Duża długość tłoka cieczowego jest szczególnie trudna do osiągnięcia w układach niewielkich, pracujących przy niewielkim ciśnieniu. Straty cieplne występujące w przypadku długich tłoków cieczowych są również niedopuszczalnie duże w układach małych. Poza tym potrzebna jest wysoka wartość stosunku długości do skoku, w celu uniknięcia tak zwanych strat wahadłowych, które występują przy przekazywaniu ciepła od jednego końca cieczy do drugiego. Straty wahadłowe występują z tego powodu, że dwa końce każdego z tłoków cieczowych znajdują się w różnej temperaturze, a zatem występuje do pewnego stopnia mieszanie się cieczy i przenoszenie ciepła.

W opisie patentowym USA 3608311 opisano silnik, którego działanie bazuje na cyklu

Carnota, w którym gaz jest kolejno sprężany i rozprężany w tym samym cylindrze za pomocą wypornika cieczowego. Ciecz gorąca i chłodna z wypornika jest na przemian wtryskiwana do cylindra w celu nagrzewania gazu podczas części procesu rozprężania, i w celu chłodzenia gazu

173 469 podczas części procesu sprężania. Wada tego znanego silnika cieplnego polega na tym, że wartość energii wyjściowej na cykl jest stosunkowo niska, ponieważ wymaga bardzo dużego współczynnika sprężania, dla osiągnięcia rozsądnej wartości temperatury gazu roboczego podczas sprężania adiabatycznego, i taki współczynnik sprężania jest niemożliwy do uzyskania w praktyce. Dodatkową wadą tego silnika jest to, że gaz roboczy cyklicznie zmienia temperaturę między temperaturą wysoką i niską, pozostając podczas procesu w tym samym cylindrze. Zatem ścianki cylindra również cyklicznie zmieniają temperaturę od niskiej do wysokiej i na powrót, co powoduje duże zmiany entropii i zmniejszenie sprawności termodynamicznej.

Układ do przetwarzania energii cieplnej i mechanicznej, według wynalazku zawiera co najmniej jeden zespół komór pierwszej i drugiej, które są połączone ze sobą za pośrednictwem przewodu a w każdej z komór są umieszczone tłoki, przy czym pierwszy tłok umieszczony w pierwszej komorze jest połączony z zespołem uruchamiającym, a w jednej z komór jest umieszczony aparat wtryskowy.

Układ charakteryzuje się tym, że z co najmniej jednym z pierwszego tłoka znajdującego się w pierwszej komorze i z drugiego tłoka umieszczonego w drugiej komorze co najmniej jednego zespołu komór jest połączony stały człon. Stały człon stanowi wyjściowe tłoczysko drugiego tłoka umieszczonego w drugiej komorze, a przy drugiej komorze każdego zespołu komórjest usytuowany zespół grzewczy sprężonego gazu. Zespół grzewczy zawiera wymiennik ciepła umieszczony pomiędzy pierwszą, komorą i drugą komorą zespołu komór. W innym wariancie wynalazku zespół grzewczy jest umieszczony w drugiej komorze.

Zespół grzewczy zawiera aparaty wtryskowe gorącej cieczy, które są usytuowane w drugiej komorze. Zespół grzewczy zawiera źródło cieczy o co najmniej dwóch różnych temperaturach, które jest połączone z aparatami wtryskowymi co najmniej jednej z komór pierwszej i drugiej. Pierwsza komora zawiera zawór wlotowy gazu oraz zawór kontrolny usytuowany pomiędzy pierwszą komorą i drugą komorą, a z druga komora jest połączony otwór wlotowy paliwa. Zawory kontrolne są usytuowane w wylocie pierwszej komory lub są usytuowane we wlocie drugiej komory zespołu komór. Pierwsza komora jest połączona przewodem z dodatkową komorą zawierają dodatkowy tłok, a przed dodatkową komorąjest umieszczony zespół grzewczy sprężonego gazu.

Zespół grzewczy jest połączony z płaszczem chłodzącym drugiej komory. W innym wariancie wynalazku zespół grzewczy zawiera wymiennik ciepła umieszczony pomiędzy pierwszą komorą i drugą komorą. Dodatkowy tłok jest połączony ze stałym członem. Dodatkowa komora jest połączona poprzez zawór wlotowy ze źródłem gazu.

W korzystnym wariancie wynalazku pierwszy tłok jest połączony z drugim tłokiem. Pomiędzy pierwszym tłokiem i drugim tłokiem jest usytuowany reduktor prędkości ruchu drugiego tłoka. Pierwszy tłok i drugi tłok korzystnie są połączone za pośrednictwem elementów łączących ze stałym kątem przesunięcia fazowego pomiędzy nimi. Z co najmniej jednym z pierwszego tłoka i drugiego tłoka jest połączony wał korbowy.

Do pierwszego tłoka jest dołączony pierwszy wał korbowy, a do drugiego tłoka jest dołączony drugi wał korbowy. Pomiędzy wałami korbowymi pierwszym i drugim jest umieszczony reduktor prędkości ruchu drugiego tłoka. Do pierwszego wału korbowego jest dołączonych kilka pierwszych tłoków kilku zestawów komór, a do drugiego wału korbowego jest dołączonych kilka drugich tłoków kilku drugich komór i dodatkowe tłoki dodatkowych komór kilku zestawów komór.

W następnym korzystnym wariancie z drugą komorą poprzez jej wlot gazu jest połączony turbinowy zespół załadowczy. Na wale obrotowym turbinowego zespołu załadowczego jest zamontowany obrotowy kompresor i obrotowa rozprężarka. Obrotowa rozprężarka jest usytuowana pomiędzy otworem wylotowym drugiej komory i wlotem wymiennika ciepła, który jest umieszczony pomiędzy pierwszą komorą i drugą komorą. Pomiędzy pierwszą komorą i drugą komorą zespołu komór jest umieszczony wymiennik ciepła. W drugiej komorze zespołu komór jest umieszczony zespół grzewczy. Zespół grzewczy zawiera aparat wtryskowy umieszczony w drugiej komorze. Z pierwszym tłokiem umieszczonym w pierwszej komorze zespołu komór jest połączony stały człon.

173 469

W kolejnym korzystnym wariancie co najmniej jeden z pierwszego tłoka i drugiego tłoka stanowi ciecz umieszczona w kanale, a komory pierwsza i druga zespołu komór są usytuowane nad cieczą, w tym kanale. Kanał ma kształt w zbliżony do litery U. Zespół komór zawiera parę kanałów w kształcie litery U, w każdym z których jest umieszczona ciecz stanowiąca tłok, przy czym pierwsza komora jest usytuowana w każdym ramieniu pierwszego kanału, zaś druga komora jest usytuowana w każdym ramieniu drugiego kanału, a pierwsze komory są połączone z drugimi komorami za pośrednictwem pierwszego przewodu drugiego przewodu. Para kanałów jest połączona z drugą parą kanałów w kształcie litery U, a drugi tłok w umieszczony w drugiej komorze jednej pary kanałów jest zamontowany z przesunięciem fazowym o 90° względem drugiego tłoka drugiej komory drugiej pary kanałów. Pierwszy tłok styka się z przegrodą stałą stanowiącą część zespołu uruchamiającego pierwszy tłok. Przegroda stała jest połączona z tłoczyskiem przechodzącym przez ściankę pierwszego kanału zawierającego pierwszy tłok. Drugi tłok styka się z przegrodą stałą, stanowiąca część zespołu uruchamiającego drugi tłok. Przegroda stała jest połączona z tłoczyskiem przechodzącym przez ściankę drugiego kanału zawierającego drugi tłok. Tłoki pierwszy i drugi są połączone z aparatami wtryskowymi umieszczonymi w komorach pierwszej i drugiej. Pomiędzy tłokami pierwszym i drugim i aparatami wtryskowymi są umieszczone pompy.

W jeszcze jednym korzystnym wariancie wynalazku, tłoki pierwszy i drugi zespołu komór mają postać tłoków stałych. Zespół komór zawiera dwie pierwsze komory i dwie drugie, przy czym dwa pierwsze tłoki są połączone ze sobą, z przesunięciem fazowym o 180° i dwa drugie tłoki są połączone ze sobą z przesunięciem fazowym o 180°. Zespół komór zawiera dwie pary pierwszych komór i dwie pary drugich komór, przy czym jedna para pierwszych tłoków jest zamontowana z przesunięciem fazowym równym 90° względem drugiej pary pierwszych tłoków, a jedna para drugich tłoków jest zamontowana z przesunięciem fazowym o 90° względem drugiej pary drugich tłoków. Wymiennik ciepła zawiera regenerator.

Wymiennik ciepła zawiera pierwszy przewód sprzężonego gazu, którego wlot jest połączony z pierwszą komorą a wylot z drugą komorą oraz zawiera drugi przewód usytuowany przy pierwszym przewodzie, którego wlot jest połączony z drugą komorą. Z co najmniej jedną z pierwszej komory i drugiej komory jest połączony separator wilgoci.

W pierwszej komorze są umieszczone aparaty wtryskowe, które są połączone ze źródłami cieczy o co najmniej dwóch różnych temperaturach. W drugiej komorze są umieszczone aparaty wtryskowe, które są połączone ze źródłami cieczy o co najmniej dwóch różnych temperaturach. Pierwszy tłokjest połączony z silnikiem elektrycznym. Z pierwszym tłokiem jest połączony wał korbowy, który jest dołączony do drugiego tłoka.

W jeszcze jednym wariancie wynalazku, zespół grzewczy zawiera wymiennik ciepła połączony do wymiany ciepła z silnikiem spalinowym. Z wyjściowym wałem silnika spalinowego jest sprzężony człon stały. Wymiennik ciepła jest połączony do wymiany ciepła z co najmniej jedną ze ścian komory spalania silnika spalinowego. Wymiennik ciepła jest połączony do wymiany ciepła z wylotem gazu komory spalania.

Zaletą tej konstrukcji jest to, że następuje skuteczne odbieranie ciepła z przez ciecz rozpylonego strumienia, przy temperaturze najniższej w cyklu układu. Poza tym rozprężanie odbywa się w oddzielnej komorze, tak że temperatura w każdej z komór, a zatem różne części komory i tłoki nie zmieniają cyklicznie temperatury z wartości wysokich na niskie i odwrotnie. W korzystnym wykonaniu, silnik zaopatrzony jest dodatkowo w środki doprowadzania ciepła do gazu w komorze ekspansyjnej podczas jego rozprężania. Tak więc proces rozprężania może być w przybliżeniu izotermiczny.

W związku z tym, że zespół grzewczy zaopatrzony jest również w wymiennik ciepła, dostosowany do wstępnego nagrzewania gazu z komory kompresyjnej ciepłem gazu rozprężanego w komorze ekspansyjnej, izotermiczne rozprężanie w komorze ekspansyjnej daje możliwość odzyskania pewnej części tego ciepła w wymienniku ciepła i wykorzystanie go do wstępnego nagrzewania gazu z komory kompresyjnej przed rozprężaniem. Wymiennik ciepła może być na przykład wymiennikiem regeneracyjnym, jeżeli rozprężany gaz z komory ekspansyjnej przepływa tą samą drogą co wchodzący gaz sprężony z komory kompresyjnej, lub tez wymiennikiem rekuperacyjnym,Jeżeli gazy płyną, różnymi drogami. Rekuperacyjny wymiennik

173 469 ciepła jest szczególnie kbrzystny, kiedy potrzebna jest wymiana ciepła między dwoma gazami, a mieszanie się tych gazów jest niepożądane i/lub te dwa gazy mają zasadniczo różniące się wartości ciśnienia.

Stosowane w jednym z przykładów środki do zawracania rozprężonego gazu opuszczającego komorę ekspansyjna do komory kompresyjnej w celu ponownego sprężania, mogą być osobne od środków podawania sprężonego gazu do komory ekspansyjnej, lub też gaz roboczy może przepływać wstecznie, i dalej po tej samej drodze, między komorami, kompresyjną i ekspansyjną. Układ w przykładach wykonania, w których ta sama masa gazu roboczego cyklicznie przekazywana jest między komorami, kompresyjną i ekspansyjną, jest silnikiem o cyklu zamkniętym. Ponieważ gaz roboczy jest zamknięty szczelnie wewnątrz silnika, to jest on sprężany wstępnie, a minimalne ciśnienie osiągane przez gaz w czasie trwania cyklujest znacznie wyższe od atmosferycznego.

Ciecz stosowana w rozpylanym strumieniu może być ogrzewana z wykorzystaniem zewnętrznego wymiennika ciepła, a ciepłem może być ciepło odlotowe, na przykład odlotowe ciepło przemysłowe, energia słoneczna, lub ciepło z układu chłodzenia komory spalania. Przy użyciu gorącego rozpylonego strumienia cieczy do przenoszenia ciepła do komory ekspansyjnej korzystne jest zwłaszcza stosowanie silników o cyklu zamkniętym, zaopatrzonych w źródło ciepła o stosunkowo niskiej temperaturze. Rozpylone strumienie cieczy nie nadają się do zastosowania przy bardzo dużych wartościach temperatury.

Układ według niniejszego wynalazku może być dostosowany do urządzeń chłodniczych wraz z konwencjonalnym silnikiem spalinowym (na przykład benzynowym, dieslowskim lub gazowym), z odzyskiwaniem ciepła normalnie odprowadzanego jako odlotowe, w przypadku konwencjonalnych urządzeń chłodniczych i przetwarza to ciepło w energię użyteczną. Chłodny sprężony gaz wytwarzany jest w komorze kompresyjnej, a ciepło pozostałe w ściankach komory spalania przechodzi do sprężonego gazu, co zapewnia chłodzenie silnika. Ten sam sposób można wykorzystywać do odzyskiwania ciepła z gazów wydechowych konwencjonalnego silnika spalinowego, na przykład przez zaopatrzenie kolektora wydechowego w kanały chłodzące ze sprężonym powietrzem, lub przez dołączenie wymiennika ciepła, przez który przepuszczane są gazy wydechowe.

Układ według wynalazku, mające na przykład postać pompy cieplnej, umożliwia przenoszonego przepompowywanego ciepła z maksymalną sprawnością do zewnętrznego elementu magazynującego ciepło za pośrednictwem czynnika w postaci strumienia cieczy rozpylanego w gorącej komorze kompresyjnej. Układ w postaci pompy cieplnej może służyć do nagrzewania lub chłodzenia zarówno w cyklu zamkniętym, jak i w cyklu otwartym. Na przykład ma zastosowanie do dostosowywania do klimatyzacji powietrza. Inną ważną zaletą układu według wynalazku jest to, że nie wymaga on odparowywania ani kondensacji płynów, i może być stosowane z gazem, który nie ulega kondensacji i z cieczą nie parująca w istotnym stopniu. Nie ma wymagania dotyczącego konkretnej wartości temperatury wrzenia. Możliwe jest dobranie gazu takiego, jak hel i cieczy takiej, jak woda, które nie powodują żadnych uciążliwości dla środowiska w razie ich wydostania się na zewnątrz. Jest to również ważna zaleta pompy cieplnej według niniejszego wynalazku. Dodatkową zaletą wynikającą z braku wymagań dotyczących punktu wrzenia jest to, że pompa cieplna może pracować w szerszym zakresie temperatury roboczej, niż konwencjonalne pompy cieplne. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat pierwszego przykładu wykonania układu do przetwarzania energii cieplnej i mechanicznej z tłokami cieczowymi, pracującego w cyklu zamkniętym, fig. 2 - uproszczony schemat drugiego przykładu wykonania układu do przetwarzania energii cieplnej i mechanicznej z tłokami cieczowymi, pracującego w cyklu otwartym, fig. 3 - uproszczony schemat trzeciego przykładu wykonania układu, z tłokami stałymi, pracującymi w cyklu otwartym, fig. 4 - uproszczony schemat drugiego przykładu wykonania przykładu wykonania niniejszego wynalazku, z tłokami stałymi, pracującego w cyklu otwartym.

Układ do przetwarzania energii cieplnej i mechanicznej, jak przedstawiono na fig.1 ma parę kanałów 1i 3 o kształcie litery U, z których każdy zawiera slup cieczy. Układ zawiera dwa zespoły par komór ukształtowanych w kanałach 1,3. W pierwszym ramieniu 13 pierwszego

173 469 kanału 1 o kształcie litery U jest ukształtowana pierwsza komora 9 pierwszego zespołu, a w drugim ramieniu 15 jest ukształtowana pierwsza komora 11 drugiego zespołu komór, które są komorami kompresyjnymi. W pierwszym ramieniu 21 drugiego kanału 3 o kształcie litery U ukształtowanajest druga komora 17 pierwszego zespołu komór, zaś w drugim ramieniu 23 druga komora 19 drugiego zespołu, które są komorami ekspansyjnymi. Pierwsza komora 9 pierwszego zespołu połączona jest poprzez pierwszy wymiennik ciepła 25 z drugą komorą 19 tego zespołu, a pierwsza komora 11 drugiego zespołu dołączona jest przez drugi wymiennik ciepła 27 do jego drugiej komory 17. W praktyce, każdy z przedstawionych na fig. 1 kanałów 1, 3 w kształcie litery U może być obrócony o 90°. Są one wtedy zwrócone do siebie, a wymienniki ciepła 25 i 27 mają tę sarna długość. Dwa kanały 1, 3 w kształcie litery U i wymienniki ciepła 25, 27 są ukształtowane zatem w postaci siodła i są nazywane poniżej pętla siodłową. Układ, który może stanowić silnik lub pompa i które zawierają jedną przestrzeń wypełnioną gazem, z jednym wymiennikiem, jedną, komorą kompresyjną i jedną komorą ekspansyjną z których każda zaopatrzona jest w cieczowy tłok lub stały, i zespoły do wprowadzania lub usuwania ciepła jest opisana jako półpętla siodłowa.

Do obu pierwszych komór 9,11 pierwszego kanału 1 i do obu drugich komór 17 19 drugiego kanału 3 wprowadzane są strumienie rozpylonej cieczy poprzez aparaty wtryskowe 29, 31, 33, 35. Ciecz wprowadzana w stmmieniach poprzez aparaty wtryskowe 29, 31 w komorach 911 pierwszego kanału 1 pobieranajest, korzystnie, z cieczy w pierwszym kanale 1, a strumienie cieczy wprowadzane poprzez aparaty wtryskowe 33, 35 w komorach 17,19 drugiego kanału 3 korzystnie, pobierane są z cieczy w drugim kanale 3. Ciecz pobieraną z pierwszego kanału 1 przed wtryskiem do jego komór pierwszej 9 i drugiej 11 korzystnie jest przepuszczana przez chłodnicę (nie przedstawiona), a ciecz pobierana z drugiego kanału 3 korzystnie jest przepuszczana przed wtryskiem do komór 17, 59 przez nagrzewnicę. Gaz roboczy wypełnia przestrzeń komór 9, 11 pierwszego kanału 1 i komór 19, 17 drugiego kanału 3 z którymi są połączone za pośrednictwem odpowiednich wymienników ciepła 25, 27. Między komorami 9, 11 pierwszego kanału 1 i komorami 19, 17 drugiego kanału 3 i odpowiadającymi im wymiennikami ciepła 25 27 włączone są separatory wilgoci 37, 39, 41 i 43 do usuwania cieczy znajdującej się wgazie roboczym przed przepuszczeniem płynu przez wymienniki ciepła 25,27.

Każdy kanał 13 w kształcie litery U ma odcinek liniowy 45,47 łączący sąsiednie ramiona 13, 15 i 21,23. Do przenoszenia energii do i z przegród staiych 49, 51 shiżą środki mechaniczne sprzężone z każdą z przegród stałych 49, 51. W przykładzie z fig. 1, w każdym z liniowych odcinków 45,47 kanału 1,3 umieszczona jest przegroda stała 49, 51 z możliwością wykonywania ruchu liniowego na dużej długości, a po każdej ich stronie znajdują się cieczowe tłoki pierwszy 5 drugi 5’ pierwszego kanału 1 i tłoki pierwszy 7’ i drugi 7 drugiego kanału 3, które są utworzone przez slupy cieczy. Do każdej z przegród stałych 49, 51 dołączone jest tłoczysko 53,55 wystające przez ścianę każdego z kanałów 1,3, stanowiące środek napędu i przenoszenia energii z cieczowych tłoków.

Te dwa tłoczyska 53, 55 połączone są, ze sobą za pomocą zewnętrznego mechanizmu napędowego, tak że przemieszczenie każdej z przegród stałych 49, 51 jest w przybliżeniu sinusoidalne w funkcji czasu, i takie że między przegrodami stałymi 49, 51 w kanałach 1, 3 utrzymuje się określona zależność fazowa. Można to osiągnąć na przykład przez obciążenie tłoczysk 53, 55 i wału korbowego, jak na przykład w silnikach benzynowych lub dieslowskich.

Układ w przykładzie wykonania, w którym jest on silnikiem działa na zasadzie przechodzenia gazu roboczego przez cykl termodynamiczny obejmujący powtarzające się etapy sprężania i rozprężania. Sprężanie odbywa się, kiedy większość gazu roboczego znajduje się w pierwszych komorach 9 11 zespołów pierwszego i drugiego, natomiast rozprężanie odbywa się, kiedy większość gazu roboczego znajduje się w drugich komorach 17, 19 zespołów pierwszego i drugiego w drugim kanale 3. Jest to osiągane przez zamontowanie przegród stałych 51 w komorach 17, 19 drugiego kanału 3, z wyprzedzeniem o kąt 90° względem stałej przegrody 49 w komorach 9, 11 pierwszego kanału 1. Kąt fazowy między przegrodami stałymi 49, 51 w komorach 17,19 drugiego kanału 3 i komorach 9, 11 pierwszego kanału 1 wynosi 180°. Przy takiej konstrukcji, proces rozprężania w jednej z komór 17, 19 drugiego kanału 3, które są komorami ekspansyjnymi, zapewnia napęd procesu w komorze 9, 11 pierwszego kanału 1. Na

173 469 przykład rozprężanie w drugiej komorze 19 powoduje sprężanie w drugiej komorze 11, a rozprężanie w trzeciej komorze 17 powoduje sprężanie w pierwszej komorze 9 układu.

Poniżej opisano pełny cykl pracy układu w odniesieniu do tylko pierwszej komory 9 w pierwszym kanale 11 drugiej komory 19 w drugim kanale 3, poczynając od sprężania w pierwszej komorze 9. Na początku sprężania pierwszy tłok 5, który jest tłokiem cieczowym w pierwszej komorze 9 w pierwszym kanale 1 znajduje się w dolnym położeniu suwu w pierwszej komorze 9, a drugi tłok 7, który jest tłokiem cieczowym w drugiej komorze 19 w drugim kanale 3 znajduje się w punkcie środkowym suwu w drugiej komorze 9 będącej komorą ekspansyjną, i porusza się ku górze. Większość gazu roboczego usytuowanego między pierwszą komorą 9 i drugą komorą 19 znajduje się w pierwszej komorze 9. Pierwszy tłok 5 wsuwa się w głąb pierwszej komory 9 i spręża gaz roboczy działając przeciw działaniu ciśnienia powodowanego wsuwaniem się cieczowego drugi tłoka 7 w głąb drugiej komory 19.

Do pierwszej komory 9 wtryskiwanajest chłodna ciecz w celu chłodzenia gazu roboczego podczas sprężania. Ta ciecz może być pobierana z chłodnej cieczy stanowiącej pierwszy tłok 5 (to znaczy tłok sprężający), i następnie przepuszczana przez chłodnicę zewnętrzną (nie przedstawiona) przed wtryskiem do pierwszej komory 9. Kiedy sprężający pierwszy tłok 5 w pierwszej komorze 9 znajduje się w punkcie środkowym suwu, to cieczowy drugi tłok 7 w drugiej komorze 19 znajduje się w górnym punkcie suwu zmieniając kierunek ruchu. Kiedy pierwszy tłok 5 przesuwa się w dalszym ciągu ku górze, w głąb pierwszej komory 9, która pełni funkcję komory kompresyjnej, sprężanie gazu roboczego trwa nadal, lecz równocześnie rozpoczną się przepływ chłodnego strumienia sprężonego gazu przez pierwszy wymienniki ciepła 25 w stronę drugiej komory 19, ponieważ cieczowy drugi tłok 7 rozpoczyna ruch ku dołowi.

Chłodny sprężony gaz opuszczający pierwszą komorę 9 jest wstępnie nagrzewany ciepłem pochodzącym z rozprężanego gazu opuszczającego drugą komorę 19 na końcu poprzedniego cyklu.

Kiedy sprężający pierwszy tłok 5 w pierwszej komorze 9 osiąga punkt szczytowy suwu, to cieczowy drugi tłok 7 w drugiej komorze 19 znajduje się w środku suwu i porusza się ku dołowi wysuwając się z drugiej komory 19. Do drugiej komory 19 wtryskiwanajest gorąca ciecz, w celu podtrzymania temperatury gazu podczas jego rozprężania się przy ciągłym ruchu ku dołowi rozprężającego drugiego tłoka 7. Tę ciecz można otrzymać przez odprowadzenie jej z cieczy stanowiącej drugi tłok 7, i przepuszczenie jej przez zewnętrzną nagrzewnicę (nie przedstawiona) przed wtryśnięciem jej do wnętrza drugiej komory 19. W tym czasie sprężający pierwszy tłok 5 zmienia kierunek i porusza się na zewnątrz pierwszej komory 9. W celu zapobieżenia schładzaniu się gazu w pierwszej komorze 9 podczas rozprężania może on być, korzystnie, spryskiwany cieczą, odprowadzoną bezpośrednio z cieczowego pierwszego tłoka 5, zamiast cieczy wstępnie schłodzonej w chłodnicy zewnętrznej. Kiedy drugi tłok 7 osiąga dolny punkt suwu w drugiej komorze 19, to sprężający pierwszy tłok 5 znajduje się w środku suwu w pierwszej komorze 9 i porusza się ku dołowi. Drugi tłok 7 zmienia kierunek, i oba tłoki 5, 7 poruszają się w przeciwnych kierunkach wypychając gaz roboczy z drugiej komory 19, przez pierwszy wymiennik ciepła 25 do pierwszej komory 9. Gorący rozprężony gaz roboczy opuszczający drugą komorę 19 jest wstępnie schładzany w wymienniku przed zwróceniem do pierwszej komory 9. Ponieważ drugi tłok 7 przesuwa się ku górze, w głąb drugiej komory 19, to gaz w tej drugiej komorze 19 ulega pewnemu sprężaniu. W celu zapobieżenia nagrzewania się tego gazu, do drugiej komory 19 można wtryskiwać ciecz. Ciecz ta jest korzystnie, pobierana wprost z cieczy stanowiącej drugi tłok 7, bez przepuszczania przez zewnętrzną nagrzewnicę. Kiedy pierwszy tłok 5 w pierwszej komorze 9 osiąga dolny punkt suwu, to drugi tłok 7 w drugiej komorze 19 znajduje się w środku suwu i porusza się ku górze, do wnętrza drugiej komory 19, po czym pierwszy tłok 5 zmienia kierunek i cykl się zamyka.

Jak wspomniano powyżej, cykle termodynamiczne w komorach pierwszej 9 i drugiej 19 są przesunięte w fazie o 180“ względem cyklu w komorach pierwszej 11 i drugiej 17 drugiego zespołu komór. Tak więc suw rozprężania w drugiej komorze 19 pierwszego zespołu steruje suwem sprężania w pierwszej komorze 11 drugiego zespołu, a suw rozprężania w drugiej komorze 17 drugiego zespołu steruje suwem sprężania w pierwszej komorze 9 pierwszego zespołu komór. Jednakowoż, w cyklu między suwami sprężania i rozprężania znajdują się

173 469 momenty, w których z układu nie otrzymuje się żadnej wypadkowej mocy. Tak więc, do podtrzymania działania układu przez cały cykl, występuje konieczność stosowania koła zamachowego, bądź też wykorzystywania bezwładności samych przegród stałych 49,51 j jeżeli są one dostatecznie masywne. Jednak, konieczności stosowania koła zamachowego można uniknąć przez zastosowanie drugiej pętli siodłowej, której cykl roboczy jest przesunięty w fazie o 90° względem cyklu pierwszej pętli siodłowej. Można to osiągnąć przez wprowadzenie odpowiedniego zewnętrznego mechanizmu sterującego. Taka odmiana wykonania układu umożliwia otrzymywanie mocy wypadkowej we wszystkich etapach cyklu.

Jedną z najważniejszych cech charakterystycznych opisanego powyżej układu jest stosowanie gorących i zimnych strumieni rozpylonej cieczy w celu podtrzymania temperatury gazu roboczego wewnątrz każdej z komór 9, 11, 17, 19 na pożądanej wartości. Jak wspomniano powyżej, strumienia rozpylonej cieczy można podtrzymywać w ciągu cyklu, chociaż ciecz przechodzi przez wymienniki ciepła tylko podczas części cyklu iniekcji. Powód tego można wyjaśnić w nawiązaniu do każdej z komór 9,11,17,19 oddzielnie.

Podczas sprężania, zadaniem rozpylonego strumienia jest podtrzymywanie temperatury gazu roboczego na poziomie możliwie niskim. Tak więc ciecz podczas tej części cyklu powinna przechodzić przez chłodnicę zewnętrzną. Przy rozprężeniu gazu, w ostatniej części cyklu, zadaniem rozpylonego strumienia jest zapobieżenie nadmiernemu schłodzeniu gazu. W czasie trwania tej części cyklu, lepsze jest pobieranie cieczy bezpośrednio z cieczowego tłoka i nie poddawanie go chłodzeniu. Odwrotnie jest w komorach ekspansyjnych. Podczas rozprężania gaz musi być możliwie gorący, a więc strumień rozpylonej cieczy powinien być przepuszczany przez nagrzewnicę zewnętrzną. Podczas sprężania ważne jest zabezpieczenie przed zbyt wysoką temperaturą gazu. Zatem w czasie trwania tego etapu ciecz powinna być pobierana bezpośrednio z cieczowego tłoka.

W jednym z przykładów wykonania, tłoczenie cieczy stosowanej do rozpylania w strumieniach dokonuje się wykorzystując bezpośrednio ruch posuwisto - zwrotny przegrody stałej 49, 51 i tłoczyska 53, 55. Pompa nadająca się do zainstalowania wewnątrz kanałów 1, 3 zaopatrzona jest w mały tłok napędzany cieczowym tłokiem 5, 7, przegrodą stałą 49, 51 lub tłoczyskiem 53, 55. Tłok dostosowany jest do przesuwania się w cylindrze zaopatrzonym w zawory zwrotne. W każdym z kanałów 1, 3 można stosować jedną pompę, jeżeli pompa jest dwustronna, to znaczy, zasysa i tłoczy z obu końców. Umożliwia to podawanie cieczy z każdego końca na przemian z napełnianiem drugiego. Jedna pompa dwustronna korzystnie obsługuje dwa aparaty wtryskowe 29, 31, 33, 35 rozpylonej cieczy, przyporządkowane temu konkretnemu kanałowi 1, 3. Koniec pompy korzystnie jest zaopatrzony w dwa wyloty, z których jeden połączony jest z aparatem wtryskowym, umieszczonym w jednej z komór przyporządkowanych konkretnemu kanałowi 1, 3, podczas gdy drugi prowadzi wprost do aparatury wtryskowej w drugiej komorze. Tak więc, mimo że strumień cieczy można utrzymywać prawie ciągły, to temperatura wtryskiwanej cieczy zmienia się podczas cyklu, zależnie od tego, czy ciecz przechodzi przez wymiennik ciepła, czy nie.

Separatory wilgoci 37, 39, 41, 43 umieszczone powyżej aparatów wtryskowych 29, 31, 33, 35 rozpylanego strumienia mogą mieć powierzchnie pofalowane i stanowią część ważną w procesie przekazywania ciepła między rozpyloną cieczą i gazem roboczym, ponieważ pofałdowane powierzchnie chłodząc się lub nagrzewając w styku z rozpylaną cieczą strumienia powiększają obszar styku między gazem roboczym i cieczą. Kiedy strnmień gazu w konkretnej komorze 9, 11, 17, 19 skierowany jest ku górze, to większa część wtryskiwanych w tym czasie kropel jest unoszona ku górze do separatora. Jednakowoż pozostanie jeszcze wiele kropel w dolnej przestrzeni gazu, pozostałych po wtryskach wcześniejszych. Kiedy gaz przepływa ku dołowi, większość kropel cieczy, osiadłych na pofałdowanych płytach, spływa w dół do komory 9,11,17,19. Tak więc separatory wilgoci 37, 39, 41, 43 zbierają w sposób powtarzalny, a następnie usuwają zbierającą, się na nich ciecz. Separatory wilgoci 37, 39, 41,43 są dodatkowo lub zamiast tego dostosowane do zawirowywania gazu roboczego w celu ułatwienia usuwania kropel cieczy, minimalizując tym samym straty ciśnienia strumienia gazu.

Zadaniem wymienników ciepła 25,27 jest zmiana temperatury gazu roboczego z wysokiej na niską lub odwrotnie, w sposób efektywny pod względem termodynamicznym. Każdy wy173 469 miennik ciepła 25, 27 korzystnie zawiera zespół wąskich kanałów o różnych poprzecznych kształtach geometrycznych przekrojów, zapewniających duży obszar przekazywania ciepła między gazem i materiałem regeneratora. Wąskie kanały są ukształtowane z użyciem na przykład płyt lub rur. Wymiennik ciepła 25, 27 magazynuje ciepło gazu roboczego do momentu zmiany kierunku przepływu tego gazu, po czym oddawane jest do niego ciepło gazu roboczego. Wymiennik ciepła 25 27 jest więc zaprojektowany tak, że minimalizuje spadek ciśnienia na swojej długości.

Dobór gazu roboczego i cieczy do przekazywania ciepła w tłokach pierwszym 5 i drugim 7, które zawierają ciecz, zależy od zastosowania i od zakresu temperatury, w którym układ ma pracować. Ponieważ układ pracuje w cyklu zamkniętym, a tłoki 5,7 zawierające ciecz stanowią, uszczelnienie doskonałe, to dobór gazu roboczego nie jest ograniczony jego dostępnością lub kosztem i może on być dobrany ze względu na właściwości termodynamiczne. Tak więc gazem roboczym może być na przykład hel lub wodór, które mają doskonałe właściwości przekazywania ciepła. Stosowanie helu jest korzystniejsze, niż wodoru, ze względów bezpieczeństwa, jakkolwiek może on być kosztowniejszy. Inną zaletą układu o zamkniętym cyklu jest to, że ciśnienie pracy gazu roboczego jest stosunkowo duże, i może zawierać się w zakresie, średnio biorąc, 1-20 MPa.

Przy wartościach temperatury roboczej poniżej około 200°C, w charakterze cieczy przekazującej ciepło można wykorzystywać wodę. Jednakowoż w wyższej temperaturze stosowanie wody nie byłoby przypuszczalnie korzystne ze względu na wysokie wartości ciśnienia potrzebnego do utrzymaniajej w stanie ciekłym. Dla wartości temperatury pracy do około 400°C można stosować przemysłowe płynne nośniki ciepła, które pozostają w stanie ciekłym również w niskiej temperaturze. Możliwy jest również w tym przypadku dobór helu w charakterze gazu roboczego dla zakresu wyższych wartości temperatury. Dla wartości temperatury roboczej powyżej 400°C można stosować ciekły metal, na przykład eutektyczną mieszaninę sód/potas (NaK) z helem jako gazem roboczym. Eutektyczny NaK pozostaje ciekły aż do --2°C i wrze w temperaturze 785°C (przy ciśnieniu atmosferycznym). Zamiast ciekłych metali przy wysokich wartościach temperatury można stosować również stopione sole.

Jednakowoż ze względu na spodziewane trudności konstrukcyjne przy projektowaniu układu nadającego się do wykorzystania z cieczami o temperaturze powyżej 400°C, korzystnie jest lepiej zrezygnować w ogóle z gorącej cieczy. Zamiast tego ciepło korzystnie jest przenoszone do układu przez ścianki wymiennika ciepła umożliwiającego zasilanie układu ze źródeł ciepła o wyższej temperaturze, włącznie ze spalaniem paliwa. Paliwem tym może być olej ciężki, węgiel, biomasa, odpadki domowe, ponieważ produkty spalania nie wnikają do wnętrza układu. Tak więc, odmiany wykonania układu, na przykład w postaci silnika cieplnego wykorzystujące wtryskiwanie gorącej cieczy są bardzo przydatne do generowania energii ze źródeł o stosunkowo niskiej temperaturze, na przykład odlotowego ciepła przemysłowego lub energii słonecznej.

Układ w postaci silnika cieplnego o cyklu zamkniętym można zmodyfikować tak, że pracuje w charakterze pompy cieplnej, w której energia mechaniczna wykorzystywana jest do przepompowywania ciepła ze źródła o niskiej temperaturze do odbiornika o wysokiej temperaturze. Tak więc, w odróżnieniu od silnika cieplnego, sprężanie gazu roboczego odbywa się, kiedy gazjest gorący, a rozprężanie - kiedy gaz roboczy jest chłodny. W pompie cieplnej jedna z komór pierwsza 9,11 lub druga 17,19 służą do sprężania, a druga z nich do rozprężania. W obu przypadkach komora sprężająca ma aparat wtryskowy cieczy 29, 31,33,35 do absorbowania ciepła sprężania ze sprężonego gazu. Pierwszy tłok 5,5’ lub drugi tłok 7,7’, który znajduje się w aktualnie sprężającej komorze jest połączony poprzez stały człon z zewnętrznym źródłem energii, na przykład silnikiem elektrycznym. Komora, w której gaz jest rozprężany korzystnie ma również aparaty wtryskowe cieczy umożliwiające przekazywanie zaabsorbowanego ciepła do rozprężającego się gazu.

Jeden z przykładów wykonania pompy może być opisany w odniesieniu do fig. 1. Układ pokazany na fig. 1, działający jako pompa cieplna zawiera dwa zespoły komór z których pierwsze komory 9,11 są komorami kompresyjnymi, a drugie komory 17,19 są komorami ekspansyjnymi. Stały człon jest połączony poprzez przegrody stałe 49,51 z pierwszymi tłokami 5,5’ i drugimi tłokami 7,7’. W tym przypadku ciepło jest absorbowane przez rozprężający się gaz w drugich

173 469 komorach 17,19 i pompowane do wyższej temperatury poprzez sprężanie gazu w pierwszych komorach 9,11 tak, że drugie komory stają, się zimnymi komorami, a pierwsze komory 9,11 komorami gorącymi. Jednak pompa cieplna będzie opisana bez występowania rozprężania gazu w pierwszych komorach 9,11, co powoduje, że pozostają one zimne jak w przypadku silnika cieplnego i ze sprężaniem gazu występującym w drugich komorach 17,19, wskutek czego drugie komory są gorące jak w silniku cieplnym.

Przedstawiony na fig. 1 układ działa jako pompa cieplna w następujący sposób. Energia mechaniczna z napędu układu przekazywana jest na przegrody stałe 49, 51 za pośrednictwem tłoczysk 53, 55. Inaczej, niż w silniku cieplnym, cieczowy tłok w komorze kompresyjnej wyprzedza tłok w odpowiedniej komorze ekspansyjnej o określony kąt fazowy, na przykład 90°, a nie odwrotnie. W rozwiązaniu z fig. 1, do przekazywania ciepła do pompy cieplnej ze źródła ciepła o niskiej temperaturze wykorzystywane są strumienie rozpylonej cieczy doprowadzane przez aparaty wtryskowe 29, 31 do komór 9,11 pierwszego kanału 1. Do komór 9,11 pierwszego kanału 1 podczas rozprężania gazu roboczego w komorach poprzez pierwszy tłok 5, wtryskiwana jest chłodna ciecz. Podczas rozprężania, ciepło ze strumienia rozpylonej cieczy przekazywane jest do gazu roboczego, i proces rozprężania odbywa się w przybliżeniu izotermicznie. Po odebraniu ciepła od kropel strumienia rozpylonej cieczy, już chłodniejsze krople rekombinują z cieczą pierwszego tłoka 5, w wyniku czego obniża się jego temperatura. Chłodna ciecz z pierwszego tłoka 5 przepuszczana jest przez odpowiedni wymiennik ciepła (nie przedstawiony), w którym ciepło przekazywane jest do cieczy ze źródła ciepła.

Źródłem ciepła dla cieczy chłodnej korzystnie jest powietrze atmosferyczne, grunt, rzeka, strumień lub inny zbiornik wodny. Inną, możliwość stanowi wykorzystanie, w charakterze źródła ciepła, zużytego powietrza z systemu wentylacyjnego. Można również wykorzystywać gorące ścieki z łaźni itp. Występuje tu odwrócenie działania wymiennika ciepła w silniku cieplnym, w którym wymiennik ciepła przenosi ciepło z cieczy do odbiornika ciepła o niskiej temperaturze.

Aparaty wtryskowe 33, 35 rozpylonej cieczy w drugich komorach 7,19 drugiego kanału 3, wprowadzają do nich rozpyloną gorącą ciecz podczas sprężania gazu roboczego przesuwanego przez cieczowy drugi tłok 7. Gorący strumień rozpylonej cieczy służy za odbiornik ciepta dla gazu roboczego wchłaniając ciepło wytwarzane przez pracę sprężania. Po sprężeniu, już ogrzane krople cieczy w strumieniu rekombinują z drugim tłokiem 7, którego temperatura w wyniku tego wzrasta. Gorąca ciecz z drugiego tłoka 7 jest przepuszczana przez odpowiedni wymiennik ciepła (nie przedstawiony), w którym ciepło z cieczy przekazy wane jest do miejsca jego wykorzystania. Występuje tu odwrócenie działania wymiennika ciepła, opisanego w silniku cieplnym, w którym wymiennik ciepła przenosi ciepło gorącego źródła ciepła do cieczy. Ciepło może być dostarczane na przykład do układu ciepłej wody, podobnego do stosowanych w wielu gospodarstwach domowych. Ciepło może być również oddawane do przewodowego systemu wentylacji.

Poniżej opisano cykl pompy cieplnej w odniesieniu do chłodnej pierwszej komory 9, i przyporządkowanej jej gorącej drugiej komory 19 jednego z zestawu komór, poczynając od momentu, kiedy cieczowy drugi tłok 7 w drugiej komorze 19 znajduje się w szczytowym punkcie suwu i zmienia kierunek ruchu. Kiedy drugi tłok 7 osiąga punkt szczytowy suwu w drugiej komorze 19, pierwszy tłok 5 w pierwszej komorze 9 dochodzi do punktu środkowego suwu i przemieszcza się w kierunku na zewnątrz pierwszej komory 9. Przy dalszym ruchu pierwszego tłoka 5 na zewnątrz pierwszej komory 9, chłodny gaz rozpręża się i równocześnie następuje wtrysk do zimnej cieczy, za pośrednictwem aparatury wtryskowej 29. Gaz roboczy w pierwszej komorze 9 absorbuje ciepło ze strumienia rozpylonej cieczy, a gaz rozpręża się w przybliżeniu izotermicznie. Kiedy pierwszy tłok 5 w pierwszej komorze 9 osiąga dolny punkt suwu i zmienia kierunek, drugi tłok 7 w drugiej komorze 19 dochodzi do środka suwu i porusza się w kierunku na zewnątrz drugiej komory 19. Kiedy pierwszy tłok 5 w pierwszej komorze 9 przesuwa się w głąb komory, następuje wypychanie z niej chłodnego gazu roboczego, jego przepuszczenie przez pierwszy wymiennik 25, w którym jest nagrzewany wstępnie ciepłem gazu roboczego, który opuścił komorę gorącą na końcu poprzedniego cyklu, i wejście do drugiej komory 19. Kiedy drugi tłok 7 osiąga dolny punkt suwu w drugiej komorze 19 i zmienia kierunek, do drugiej komory 19 za pośrednictwem aparatury wtryskowej 35 wtryskiwana jest gorąca ciecz. W tym momencie pierwszy tłok 5 znajduje się w pierwszej komorze 9 w punkcie środkowym suwu a

173 469 większość gazu roboczego znajduje się w drugiej komorze 19. Drugi tłok 7 wsuwa się w drugiej komorze 19 w górę do i spręża gaz roboczy. Ciepło sprężania przekazywane jest kroplom cieczy w gorącym rozpylonym strumieniu i proces sprężania jest w przybliżeniu izotermiczny. Kiedy drugi tłok 7 w drugiej komorze 19 dochodzi do środka suwu, pierwszy tłok 5 w pierwszej komorze 9 osiąga punkt szczytowy suwu i zmienia kierunek. Przy dalszym ruchu cieczowego drugiego tłoka 7 w głąb drugiej komory 19, następuje wydychanie gazu roboczego z drugiej komory 19,jego przepuszczenie przez pierwszy wymiennik ciepła 25, któremu przekazuje ciepło. Chłodny gaz, który opuścił pierwszy wymiennik ciepła 25 zawraca do pierwszej komory 9 na początku nowego cyklu.

Kiedy pierwszy tłok 5 przesuwa się w głąb w pierwszej komorze 9 i następuje wypychanie gazu, ciśnienie gazu wzrasta, i występuje tendencja do podwyższania temperatury gazu. Do pierwszej komory 9 korzystnie wtryskuje się ciecz, zapobiegając zbytniemu rozgrzewaniu się sprężanego gazu i, korzystnie, utrzymując stałą jego temperaturę. Przy stosowaniu cieczy jako pierwszego tłoka 5, ciecz do wtrysku może być pobierana, korzystnie, wprost z pierwszego tłoka 5. Podobnie, kiedy drugi tłok 7 znajdujący się w drugiej komorze 19 wysuwa się z niej zasysając gaz, ciśnienie gazu spada i występuje tendencja do obniżania jego temperatury. Do drugiej komory 19 podczas rozprężania gazu korzystnie wtryskuje się ciecz, utrzymując stałą jego temperaturę. Przy stosowaniu cieczy jako drugiego tłoka 7, ciecz do wtrysku może być pobierana, korzystnie, wprost z drugiego tłoka 7. Jak w przypadku silnika cieplnego, można stosować dwie pętle siodłowe przesunięte w fazie o 90°. Korzystne jest, jeżeli gaz roboczy jest gazem, który nie przechodzi przemiany fazowej (to znaczy kondensacji lub parowania) w roboczym zakresie temperatury i ciśnienia, stosowanych w pompie cieplnej. Gazem roboczym może być na przykład hel lub wodór, jak w przypadku silnika cieplnego. Cieczą przekazującą ciepło może być woda i, zależnie od temperatury źródła chłodnego, która może zawierać dodatki obniżające temperaturę zamarzania. Jeżeli w charakterze źródła ciepła wykorzystywane jest powietrze, to może zachodzić konieczność regularnego odszraniania wymiennika źródła ciepła.

Układ w postaci pompy cieplnej może być wykorzystywany na przykład w zastosowaniach domowych lub przemysłowych do klimatyzacji, chłodnictwa, ogrzewania pomieszczeń lub podgrzewania wody. Wydajność pompy cieplnej zwykle wyraża się jej współczynnikiem sprawności, który odpowiada proporcji przetwarzania energii elektrycznej na ciepło. Współczynnik sprawności zależy między innymi od temperatury źródła ciepła i potrzebnego źródła zasilania ciepłem. Dla podgrzewania wody, do ogrzewania pomieszczeń i innych celów domowych, konwencjonalna pompa cieplna może osiągnąć współczynnik sprawności wynoszący około 3.

Spodziewany współczynnik sprawności opisanej powyżej pompy cieplnej wynosi 3,5, w zastosowaniach domowych, kiedy źródło ciepła ma temperaturę nieco wyższą od temperatury chłodnicy. Osiągalne wartości współczynnika sprawności powinny wynosić około 4, przy wyższych wartościach temperatury źródła ciepła, przy stosowaniu paneli słonecznych lub przy odzyskiwaniu ciepła ze ścieków domowych. W odróżnieniu od tego pompa cieplna opisana powyżej może pobierać ciepło z atmosfery o temperaturze bliskiej punktu wymrażania, w celu zaopatrzenia w ciepłe powietrze dostarczane kanałami do ogrzewanych pomieszczeń, przy współczynniku sprawności wynoszącym około 4. Współczynnik sprawności powinien być większy od 4 w przypadku, kiedy część ciepła odzyskuje się ze ścieków, z zużytego powietrza wentylacyjnego lub z grzejnej instalacji słonecznej.

Układ pełniący rolę silnika cieplnego w innej odmianie wykonania działa na zasadzie doprowadzania do gazu roboczego ciepła spalania paliwa. Paliwo wtryskiwane jest do komory ekspansyjnej, mieszane jest z gorącym sprężonym gazem i zapalone. Korzystnym rodzajem paliwa jest paliwo czyste, jak na przykład gaz lub olej lekkiej frakcji. Jeden z przykładów wykonania tej wersji układu przedstawiono schematycznie na fig. 2. Wiele szczegółów przykładu wykonania, przedstawionego na fig. 2, jest podobnych do przykładu wykonania z fig. 1 i jednakowe szczegóły oznaczono tymi samymi odnośnikami liczbowymi.

Przedstawiony na fig. 2 układ zawiera dwa kanały 13 w kształcie litery U, z których każdy częściowo wypełniony jest cieczą pełniącą funkcję pierwszego tłoka 5,5’ obu zespołów komór oraz drugiego tłoka 7,7’ obu zespołów komór. W ramionach 13,15 pierwszego kanału 1

173 469 ukształtowane są pierwsze komory 9 11, a w ramionach 21,23 drugiego kanału 3 ukształtowane są drugie komory 17, 19 obu zespołów, które są, komorami spalania. Pierwsza komora 11 drugiego zespołu komórjest połączona zjego drugą komorą 17 przez drugi wymiennik ciepła 27, którym jest, korzystnie, regenerator, a pierwsza komora 9 pierwszego zespołu komór jest połączona z jego drugą komorą 19 przez pierwszy wymiennik ciepła 25, który również może być regeneratorem. Komory 9, 11 pierwszego kanału 1 zaopatrzone są w zawory wlotowe gazu, służące do wprowadzania powietrza lub innego gazu utleniającego do wnętrza komór 9, 11, i które mogą być na przykład zaworami zwrotnymi. Każda z komór 9, 11 pierwszego kanału 1 ma aparaty wtryskowe 29, 31 do wtryskiwania cieczy, przy czym stosowana do wtrysku ciecz jest pobierana, jak poprzednio, z cieczowego tłoka 5. Między komorami 9,11 pierwszego kanału 1 i wymiennikami ciepła 25, 27 są umieszczone zawory kontrolne 61, 63, służące do zapobieżenia powrotowi gazów wydechowych z drugich komór 917 za pośrednictwem wymienników ciepła 25, 27 do pierwszych komór 9 i 11. Między każdym z zaworów kontrolnych 61, 63 i wymienników ciepła 25, 27 umieszczony jest otwór wydechowy 65, 67 z zaworem wydechowym 69,71 umożliwiającym wyrzucania gazów wydechowych po ich przejściu przez wymiennik ciepła 25, 27 i oddaniu w nim ciepła. Każda komora ekspansyjna 17,19 drugiego kanału 3 zaopatrzona jest w otwór wlotowy 73, 75 służący do wprowadzania paliwa do komór 17, lf). Każdy zawór wydechowy 69, 71 uruchamiany jest przez odpowiedni mechanizm synchronizacyjny (nie przedstawiony).

Cykl silnika w odniesieniu do jednego zespołu komór zawierającego komorę kompresyjną i skojarzoną z nią komorę spalania przebiega w sposób następujący. Kiedy poziom cieczy w pierwszej komorze 9 spada do tego stopnia, że ciśnienie wewnętrzne staje się niższe od ciśnienia po zewnętrznej stronie zwrotnego zaworu wlotowego 57, zawór wlotowy 57 otwiera się i następuje zassanie gazu utleniającego. Jeżeli źródłem gazu jest atmosfera, to zawór wlotowy 57 otwiera się przy obniżeniu się ciśnienia w pierwszej komorze 9 poniżej ciśnienia atmosferycznego. Kiedy pierwszy tłok 5 dochodzi poza środek siwu w pierwszej komorze 9, drugi tłok 7 osiąga w drugiej komorze 19 dolny punkt suwu i zmienia kierunek. Zawór wydechowy 65 zostaje otwarty, i drugi tłok 7 wsuwa się do wnętrza drugiej komory 19, gazy wylotowe wyrzucane są poprzez pierwszy wymiennik ciepła 25 oddając przy tym ciepło. Zawór kontrolny 61 zapobiega przedostawaniu się gazów wydechowych do pierwszej komory 9.

Kiedy drugi tłok 7 przechodzi poza punkt środkowy suwu w drugiej komorze 19, to pierwszy tłok 5 osiąga dolny punkt suwu i zmienia kierunek. Kiedy drugi tłok 7 dochodzi w drugiej komorze 19 do dolnego zwrotu i zaczyna poruszać się w górę, zawór wlotowy 57 zamyka się i następuje sprężanie zassanego gazu utleniającego. Strumień rozpylanej cieczy utrzymuje gaz w temperaturze bliskiej temperatury otoczenia, zapewniając w ten sposób sprężanie w przybliżeniu izotermiczne. Podczas sprężania, kiedy pierwszy tłok 5 pierwszej komory 9 znajduje się między swoim dolnym zwrotem i środkiem suwu, drugi tłok 7 wchodzi w głąb drugiej komory 19 przetłaczając gorące gazy przez otwór wydechowy 65 i pierwszy wymiennik ciepła 25. Kiedy ciśnienie w pierwszej komorze 9 przekracza ciśnienie w drugiej komorze 19, zawór kontrolny 61 łączący komory pierwszą 9 i drugą 19, otwiera się i chłodny sprężony gaz przepuszczany jest przez pierwszy wymiennik ciepła 25 pobierając ciepło, tak że do drugiej komory 19 wchodzi mając wysoką temperaturę. Drugi tłok 7 zmienia kierunek w drugiej komorze 19 i porusza się w kierunku na zewnątrz niej, natomiast pierwszy tłok 5 osiąga w pierwszej komorze 9 punkt szczytowy suwu. Krótko przed momentem, kiedy pierwszy tłok 5 osiągnie punkt szczytowy w pierwszej komorze 9 i krótko przed dojściem drugiego tłoka 7 do środka suwu w drugiej komorze 19 następuje wtrysk cieczy do drugiej komory 19 i zapłon, albo samoczynny, albo za pomocą płomienia pilotowego, bądź iskry (nie przedstawiony). W pewnym momencie podczas trwania ruchu drugiego tłoka 7 ku dołowi drugiej komory 19 następuje odcięcie dopływu paliwa. Ilość wtryskiwanego paliwa może być regulowana w celu zapewnienia rozprężania w przybliżeniu izotermicznego.

Pierwszy tłok 5 zmienia kierunek w pierwszej komorze 9 pobierając świeży ładunek gazu do komory, a kiedy drugi tłok 7 osiąga w drugiej komorze 19 dolny punkt suwu, następuje otwarcie zaworu wydechowego 65 i powtórzenie cyklu.

173 469

W celu uniknięcia konieczności stosowania koła zamachowego, można stosować dwie pętle siodłowe zestawione tak, aby pracowały z przesunięciem fazowym 90°. Możliwe jest stosowanie mechanicznego układu napędowego, jak w przypadku silnika o zamkniętym cyklu. Cieczą stanowiacą tłoki 5,5’,7,7’ w kanałach 1, 3 zawierających pierwsze komory 9 i 11 oraz drugie komory 17 i 19 może być olej, woda lub ewentualnie inny płyn. Ciecz w tych dwóch kanałach 13 niekoniecznie musi być ta sama. Na powierzchni styku gazów spalinowych z cieczą w każdej z komór spalania korzystnie są umieszczone pływaki 22, 24, wykonane z materiału stałego, pływające na powierzchni drugich tłoków 7’ i 7. Korzystnie stosuje się również pewne środki chłodzenia ścianek komory spalania.

Zarówno silnik o zamkniętym cyklu, jak i silnik o otwartym cyklu opisane powyżej wytwarzają energię wyjściową przy dużych silach o zmieniających się naprzemiennie kierunkach, z małą częstotliwością na przykład około 1 Hz. Jeżeli silniki maja być wykorzystywane do generacji energii elektrycznej, to zwykle zachodzi potrzeba zastosowania pewnych środków przetwarzania energii mechanicznej o małej prędkości na odpowiednią postać napędu generatora elektrycznego. Dla średnich bloków o zdolności wytwórczej do około 1 MW, korzystnie stosuje się wał korbowy o małej prędkości, połączony z generatorem przez odpowiednią przekładnię zębatą. Można stosować również przekładnię planetarną lub ślimakową. W przypadku przekładni planetarnych, wał napędowy silnika połączony jest z kołem planetarnym zaopatrzonym w zęby na obwodzie zewnętrznym. Koło planetarne toczy się po wewnętrznym uzębieniu stałego koła zębatego. Koło planetarne zainstalowane jest na ramieniu, które obraca się synchronicznie z obtaczaniem się koła planetarnego po wewnętrznym obwodzie koła stałego. Ramię obrotowe napędza generator z przełożeniem podwyższającym. Pozwala to na osiągnięcie takiego samego rodzaju ruchu, jak w przypadku wału korbowego, lecz bez dużych nacisków bocznych, jak w przypadku wału korbowego. Również konstrukcja przekładni planetarnej jest bardziej zwarta od konstrukcji z wałem korbowym. Silnik może być również dostosowany do tłoczenia płynu hydraulicznego przez turbinę połączoną z generatorem. To rozwiązanie nadaje się zarówno do dużych jak i małych bloków.

W innej odmianie wykonania, tłoki 5, 5’, 7, 7’ mogą być zastąpione tłokami całkowicie stOłymi. Jakkolwiek możliwe jest zastosowanie stałych tłoków w silniku o cyklu zamkniętym, w którym gaz roboczy przepuszczany jest tam i z powrotem między komorami, ekspansyjną i kompresyjną to może być trudne osiągnięcie odpowiedniego uszczelnienia zamkniętego w nich gazu o wysokim ciśnieniu, którym może być hel lub wodór. Uszczelnienie jest mniej krytyczne w przypadku silników o cyklu otwartym, w których świeże powietrze lub inny gaz utleniający jest zużywany i w każdym cyklu wykorzystywana jest nowa porcja powietrza lub gazu utleniającego, i w związku z tym zastosowanie tłoków stałych może być w tym przypadku bardziej odpowiednie. Na fig. 3 przedstawiono jeden z przykładów wykonania układu pełniącego rolę tego rodzaju silnika cieplnego.

Jak przedstawiono na fig. 3 silnik 100, zawiera dwa zespoły komór, z których każdy ma po dwie komory pierwsze 109,111 i drugie 117,119 usytuowane odpowiednio w dwóch parach cylindrów pierwszych 113,115, i drugich 121,123. W każdej komorze 109,111,117,119 jest tłok odpowiednio pierwszy 112, 114 i drugi 120,122, a każdy tłok 112,114,120,122 połączony jest z wałem korbowym 169 za pomocą tłocznika 171. W tym przykładzie wykonania silnik 100 ustawiony jest tak, że wał korbowy 169 znajduje się powyżej cylindrów 113, 115, 121, 123. Pierwsze komory 109, 111 są komorami kompresyjnymi, a drugie komory 117 119 stanowią komory ekspansyjne. Cylindry pierwszy 113 i drugi 115 zaopatrzone są w otwory wlotowe 156, 158 gazu sterowane zaworami wlotowymi 157, 159 dla gazu i otwory wylotowe 173, 175 gazu sprężonego. Przewody 177, 179 podawania gazu łączą każdą z komór pierwszych 109,111 obu zespołów komór odpowiednio z komorą drugą 119,117 obu zespołów komór poprzez otwór wlotowy 181, 183 gazu sprężonego, z których każdy jest sterowany zaworem kontrolnym 185, 187 dla gazu w drugiej komorze 119, 117. Drugie komory 117 i 119 zaopatrzone są w otwór wylotowy 167, 165 gazu sterowany zaworem wylotowym gazu 193, 191. Zarówno otwory wlotowe 156, 158, 181, 183, jak i otwory wylotowe 165, 167, 173, 175 gazu usytuowane są na dole cylindrów pierwszych 113,115 i drugich 119,121.

173 469

Aparaty wtryskowe 129, 131 w pierwszej komorze 109, 111 służą do wtryskiwania stnimienia cieczy do każdej z nich podczas sprężania. W pierwszych komorach 109, 111 zainstalowany jest separator wilgoci 137, 139 służący do usuwania cieczy ze sprężonego gazu, przed opuszczeniem przez gaz komór pierwszych 109 i 111. Tak więc separator wilgoci 137, 139 znajduje się powyżej otworu wylotowego 173, 175 dla sprężonego gazu. Można stosować różne rodzaje separatorów wilgoci 137,139, lecz ważne jest, aby separator wilgoci 137, 139 był możliwie zwarty i nie powodował nadmiernego spadku ciśnienia gazu wchodzącego do lub gazu sprężonego opuszczającego pierwszą komorę 109,111. W celu uniknięcia spowodowanego separatorem wilgoci 137,139 spadku ciśnienia we wlotowym strumieniu gazu, otwór wlotowy gazu korzystnie jest usytuowany po stronie tłokowej separatora.

W celu osiągnięcia małych strat ciśnienia, separator korzystnie jest zaopatrzony w pewną liczbę niewielkich zawirowywaczy zainstalowanych równolegle w krótkich odcinkach rurowych. Indukowane zawirowania gazu powodują odrzucenie na zewnątrz nadchodzących kropel i zbieranie ich na ściankach rur. Separatory z zawirowywaczami są często stosowane na przykład w generatorach pary i parowych wymiennikach ciepła reaktorów wodnych wysokiego ciśnienia.

Każdy z separatorów wilgoci 137, 139 dołączony jest do zewnętrznej chłodnicy 197, 199 za pośrednictwem kanału 201,203. Przepływ cieczy z separatora wilgoci 137,139 do chłodnicy 197,199 sterowany jest za pomocą zaworów 205,207, które korzystnie są zaworami zwrotnymi. Schłodzona ciecz z chłodnicy 197, 199 zawracana jest do pierwszych komór 109 i 111 za pośrednictwem kanału 209, 211 i zaworu 129, 131, który korzystnie jest zaworem zwrotnym. Przepływ cieczy w tym obwodzie jest korzystnie sterowany cyklicznymi zmianami ciśnienia w pierwszych komorach 109 i 111, która przetłacza ciecz w wymaganym kierunku przez zawory zwrotne 129, 131, 205, 207. Niezbędne jest utrzymywanie pewnych przestrzeni gazu powyżej poziomu cieczy w chłodnicy 197,199, w celu umożliwienia tego procesu Może się to odbywać z użyciem regulatora poziomu, na przykład typu kulkowego, zainstalowanego w chłodnicy 197, 199. Do chłodnicy 197, 199 korzystnie jest dołączane oddzielne zasilanie cieczy w celu uzupełniania ubytków cieczy spowodowanych unoszeniem cieczy w strumieniu gazu do drugich komór 117 i 119. Uzupełnianie cieczy korzystnie jest sterowane również regulatorem poziomu, jeżeli taki jest stosowany.

Opisany powyżej obwód separatora 137, 139 i chłodnicy 197, 199 umożliwia podawanie, separację, recyrkulację i tłoczenie schłodzonej cieczy w postaci drobnego strumienia rozpylanego do pierwszej komory 109 i 111, bez stosowania pomp zewnętrznych. Podobną konstrukcję można zastosować w silnikach cieplnych z cieczowymi tłokami. W przypadku niektórych zastosowań może być korzystne wyeliminowanie zaworów zwrotnych za aparatami wtryskującymi, lub sterowanie wtryskiem z użyciem na przykład krzywki, która umożliwiłaby lepszą kontrolę synchronizacji wtrysku. Korzystne jest, jeżeli synchronizacja jest zoptymalizowana z uwzględnieniem różnicy ciśnienia między chłodnicami 197, 199 i pierwszymi komorami 109 i 111, i skończonego czasu przejścia kropel wewnątrz pierwszych komór 109,111. Do przetłaczania strumienia cieczy przez aparaty wtryskowe można również stosować pompy, wewnętrzne lub zewnętrzne. W tym przypadku korzystne jest, jeżeli pompy sprężone są mechanicznie z tłoczyskami 171 pierwszych tłoków 112 i 114, tak że nie ma potrzeby stosowania oddzielnego źródła napędu. Pompy rozpylające mogą się okazać bardziej odpowiednie do zastosowania w przypadku silników lub pomp cieplnych, w których stosuje się cieczowy tłok, ze względu na mniejszą prędkość roboczą. W tych przypadkach, czas przejścia kropel może być raczej krótki, w porównaniu z czasem wykonania jednego cyklu silnika.

Drugie komory 117 i 119 obu zespołów komór zaopatrzone są w regeneracyjny wymiennik ciepła 125,127 zainstalowany tak, że gaz przechodzi przez wymiennik ciepła 125,127 przed przedostaniem się do drugiej komory 117 i 119 lub opuszczeniem jej, przez otwory, odpowiednio, wlotowy 181,183 i wylotowy 173,175. Każda z drugich komór 117 i 119 zaopatrzona jest w otwór wlotowy paliwa 174,176 sterowany odpowiednim mechanizmem synchronizacyjnym, oraz w świecę zapłonową 178, służąca do zapłonu mieszanki paliwo/powietrze, i która może być stosowana do uruchamiania silnika, bądź też zarówno do uruchamiania, jak i ciągłej pracy podczas eksploatacji.

173 469

Regeneracyjny wymiennik ciepła 125, 127 może składać się z dużej liczby równoległych kanałów o małej średnicy, i krótkiej kratki, na przykład o konstrukcji plastra miodu. Wymiennik ciepła 125, 127 zainstalowany jest wewnątrz drugiej komory 117 i 119, w celu uproszczenia konstrukcji i zminimalizowania nie wyrzucanych objętości gazu, lecz w niektórych zastosowaniach może być korzystne stosowanie oddzielnego regeneratora.

Komory 109, 111, 117, 119 połączone są w pary, przy czym każda para zawiera jedną komorę kompresyjną podającą chłodny, sprężony gaz do jednej z komór ekspansyjnych. Cykle robocze par komór przesunięte są o 180°. W tej odmianie wykonania odbywa się to przez odpowiednio zaprojektowany wał korbowy 169. W każdej parze proces rozprężania w komorze ekspansyjnej wyprzedza proces sprężania w komorze kompresyjnej o określony kąt fazowy, który w tym konkretnym wykonaniu wynosi 90°. Również w tym przypadku kąt fazowy jest ustalony przez odpowiednio zaprojektowany wał korbowy 169. W ten sposób sprężanie odbywa się, kiedy większa część gazu znajduje się w komorze kompresyjnej, a rozprężanie, kiedy większość gazu znajduje się w komorze ekspansyjnej. Poza tym proces rozprężania odbywający się w komorze ekspansyjnej jednej pary komór bezpośrednio napędza proces sprężania odbywający się w komorze kompresyjnej drugiej pary.

Cykl roboczy jednego zespołu komór, począwszy od wprowadzenia gazu do pierwszej komory 109 przebiega w sposób następujący. Po dojściu pierwszego tłoka 112 do danego punktu jego suwu w pierwszej komorze 109, (na przykład punktu zewnętrznego wału korbowego 169) otwór wlotowy 156 gazu otwiera się, i gaz zostaje zassany do pierwszej komory 109 podczas ruchu tłoka do zewnątrz pierwszej komory 109. Równocześnie otwór wlotowy 181 sprężonego gazu w drugiej komorze 119 zostaje zamknięty, i kiedy drugi tłok 122 osiągnie w drugiej komorze 119 położenie środkowe w ruchu do zewnątrz, następuje wtrysk paliwa do drugiej komory 119. Mieszanina paliwa i gazu w drugiej komorze ulega zapłonowi i gazy spalinowe rozprężają, się przesuwając drugi tłok 122 w drugiej komorze 119 do punktu szczytowego siwu (na przykład punktu zewnętrznego wału 169).

Drugi tłok 122 w drugiej komorze 119 zmienia kierunek i otwiera się zawór wydechowy 193, a gazy wydechowe przechodzą przez wymiennik ciepła 125 i są wyrzucane przez otwór wydechowy 189. Gaz nadal jest zasysany do pierwszej komory 109, dopóki tłok 112 nie osiągnie punktu szczytowego suwu, kiedy zamyka się zawór wlotowy 157 gazu. Pierwszy tłok 112 zmienia kierunek i wchodzi do pierwszej komory 109, i w tym momencie następuje rozpylenie do wnętrza pierwszej komory 109 cieczy chłodzącej gaz podczas sprężania.

Kiedy pierwszy tłok 112 dochodzi w pierwszej komorze 109 do połowy suwu, drugi tłok 122 znajduje się w dolnym punkcie suwu w drugiej komorze 119 i zmienia kierunek ruchu. W tym momencie jest zamykany zawór wydechowy 191 a otwiera się zawór kontrolny 185 sprężonego gazu, umożliwiając przepływ chłodnego sprężonego gazu z pierwszej komory 109 do drugiej komory 119. Sprężony gaz przepuszczany jest przez wymiennik ciepła 125, w którym ulega ws^łępnemu nagrzaniu ciepłem gazów wydechowych.

Kiedy pierwszy tłok 112 dochodzi w pierwszej komorze 109 do dolnego punktu suwu, zamyka się zawór wlotowy 181 sprężonego gazu w drugiej komorze 119 i następuje wtrysk paliwa do drugiej komory 119, jego zmieszanie ze wstępnie nagrzanym sprężonym gazem, i zapłon. Spalany gaz rozpręża się przesuwając drugi tłok 122 do punktu szczytowego suwu drugiej komory 119, i cykl powtarza się. Ciecz oddzielona od sprężonego gazu przed opuszczeniem przez niego pierwszej komory 109 usuwana jest przez zawór 205. Ciecz przed jej zawróceniem i wtryskiem do pierwszej komory 109 chłodzona jest w chłodnicy 197.

Drugi zespół pary komór 111, 117 działa w podobnym cyklu, lecz jak wspomniano powyżej, cykle robocze obu par przesunięte są o 180°. Tego rodzaju silnik może pracować zadowalająco, jeżeli ruch podtrzymywany jest w ciągu całego cyklu za pomocą dużego koła zamachowego. Jednakowoż silnik może zawierać dwa zespoły po cztery cylindry połączone wałem korbowym, przy czym działanie każdego zestawu czterech cylindrów przesunięte jest w fazie o 90°. Pozwala to na wymuszenie przejścia przez wszystkie etapy cyklu bez konieczności stosowania koła zamachowego dla umożliwienia pracy ciągłej.

173 469

Poza tym możliwe jest zaprojektowanie silnika z jedną komorą kompresyjną i jedną komorą ekspansyjną, o ile stosowane są pewne środki podtrzymujące działanie silnika w ciągu całego cyklu, między suwem rozprężania i spalania. Możliwe ukształtowanie silnika 100 z stałymi tłokami 112, 114, 120, 122 przedstawiono na fig. 3, z wałem korbowym 169 umieszczonym powyżej cylindrów 113,115,117,119. Ma to tę zaletę, że oddzielanie i usuwanie kropel cieczy z komór 113,115,117, 119 wspomagane jest grawitacją. Z drugiej strony może nie być zbyt łatwe zapewnienie smarowania wału korbowego 169, i konstrukcja ta może wykazywać inne wady praktyczne.

W innym przykładzie wykonania wał korbowy może być umieszczony poniżej cylindrów, a tłok ma taką budowę, że wypycha on zużytą wtryskiwaną ciecz przez zawór łączący z komorą ekspansyjną. Wtedy występuje konieczność stosowania środków separacji cieczy w przewodzie dochodzącym do komory ekspansyjnej. Innym sposobem separacji dla konfiguracji z wałem korbowym umieszczonym poniżej cylindrów jest rozwiązanie, w którym tłok wypycha ciecz do wewnętrznego przelewu na szczycie cylindra. Odprowadzanie cieczy odbywa się wtedy na zasadzie grawitacji. Pozwala to uniknąć konieczności stosowania dużych kanałów łączących i separatora zewnętrznego.

Zaletą stosowania tłoków stałych zamiast cieczowych tłoków jest to, że pozwalają one na pracę silnika przy wyższych prędkościach. Daje to wyższa moc wyjściowa dla danej wielkości bloku, a taki silnik nadaje się do zastosowań ruchomych na przykład na łodziach i pojazdach drogowych, w charakterze uzupełniającego źródła energii. Uszczelnienie tłoków niejest, ogólnie biorąc, tak dobre jak przy stosowaniu cieczowych tłoków, lecz uszczelnienie w silniku o cyklu otwartym nie jest tak ważne, jak w przypadku silnika o cyklu zamkniętym. Jest również możliwe opracowanie silnika zawierającego tłoki zarówno cieczowe, jak i stałe, na przykład cieczowe tłoki w komorach kompresyjnych i tłoki stałe w komorach spalania.

Na fig. 4 przedstawiono inny przykład wykonania silnika cieplnego, podobnego do przedstawionego na fig. 3, lecz zmodyfikowanego, w celu poprawienia parametrów, włącznie z podwyższeniem sprawności i zwiększeniem mocy wyjściowej.

Silnik cieplny przedstawiony na fig. 4 zawiera parę cylindrów 113,115, pełniących funkcje kompresyjnych, z których każdy zaopatrzony jest w przyporządkowany mu zespół do chłodzenia i recyrkulacji wtryskiwanej cieczy, oraz parę cylindrów 121, 123, pełniących funkcje ekspansyjnych bądź spalinowych, przy czym opis tych części zamieszczony powyżej w odniesieniu do przykładu wykonania przedstawionego na fig. 3, ma zastosowanie do odpowiednich części na fig. 4, i podobne części oznaczono tymi samymi odnośnikami liczbowymi. Poniżej opisano modyfikacje silnika cieplnego przyczyniające się do poprawy parametrów odmiany wykonania z fig. 4.

Separatory wilgoci 137, 139 usunięto z wnętrza obu pierwszych komór 109 i 111 i umieszczono je na zewnątrz, tak że są włączone w przewody 177, 179 doprowadzające sprężone powietrze, między otworami wylotowymi 173, 175 z pierwszych komór 109 i 111 obu zespołów komór układu i otworami wlotowymi 165, 167 gorącego sprężonego gazu drugich komór 117 i 119 obu zespołów komór układu. Umieszczenie separatorów 137, 139 na zewnątrz pierwszych komór 109 i 111 likwiduje martwą przestrzeń wewnątrz nich, która w przeciwnym przypadku występuje w czasie sprężania i przyczynia się do zmniejszenia współczynnika sprężania. W celu uszczelnienia pierwszych komór 109 i 111 od przestrzeni zamkniętej zewnętrznym przewodem łączącym otwory wylotowe 173, 175 sprężonego gazu w pierwszych komorach 109 i 111 obu zespołów komór z otworami wlotowymi 177, 179 drugich komór 117 i 119 i sterowanie końcowym ciśnieniem sprężonego gazu w pierwszej komorze 109 i 111 przed przepuszczeniem gazu do odpowiedniej drugiej komory 117 i 119 i równocześnie sterowanie synchronizacją przepływu sprężonego gazu do drugich komór 117 i 119, dodaje się zawory wylotowe 204, 206 sprężonego gazu. Zarówno dodanie zaworów wylotowych 204, 206, jak i usunięcie separatorów wilgoci 137, 139 z wnętrza pierwszych komór 109 i 111, umożliwia osiągnięcie większych współczynników sprężania. Regeneracyjne wymienniki ciepła 125, 127, które znajdują się wewnątrz drugich komór 117 i 119 w odmianie wykonania przedstawionej na fig. 3, zostały zastąpione rekuperacyinymi wymiennikami ciepła 244, 246, zainstalowanymi w przykładzie wykonania z fig. 4 na zewnątrz drugich komór 117 i 119.1 w tym przypadku powoduje to znaczne

173 469 zmniejszenie martwej przestrzeni drugich komór 117 i 119, tak że nie występują straty energii rozprężania gorącego sprężonego gazu wprowadzanego do tych komór, przez początkowe rozprężanie do przestrzeni martwej gazów spalinowych, pozostałych z poprzedniego cyklu, uwięzionych w regeneracyjnych wymiennikach ciepła 125, 127 i powodujących obniżenie temperatury gazu. Tak więc można osiągnąć znacznie wyższe wartości temperatury w drugich komorach 117 i 119.

Każdy z rekuperacyjnych wymienników ciepła 244, 246 dołączony jest do odpowiadającego mu przewodu doprowadzającego 177, 179 sprężonego gazu, między odpowiednim separatorem wilgoci 137, 139 i otworem wlotowym 181, 183 gorącego sprężonego gazu odpowiedniej drugiej komory 117 i 119, i służy do wstępnego nagrzewania chłodnego sprężonego gazu z komór kompresyjnych, bez wypuszczania gazów spalinowych z pierwszych komór 109 i 111 przez otwory wylotowe 165,167.

Osiągalny zwiększony stosunek sprężania silnika przedstawionego na fig. 4 oznacza, ze stosunek wartości bezwzględnych temperatury przed i po rozprężaniu również wzrasta. Temperatura po rozprężaniu jest w przybliżeniu jednakowa dla obu silników przedstawionych na fig. 3 i 4, ponieważjest ona określona przez materiały stosowane na wymienniki ciepta 125,127. Zatem temperatura szczytowa silnika przedstawionego na fig. 4 będzie wyższa, i wyższa będzie również temperatura przy wprowadzaniu ciepła podczas rozprężania. Wspomniane powyżej udoskonalenia zapewniają zarówno większą różnicę ciśnień, jak i wyższe wartości temperatury osiaganej w cyklu, przy odbieraniu ciepła przy najniższej temperaturze w cyklu i wprowadzaniu ciepła przy temperaturze najwyższej, co daje wzrost mocy wyjściowej.

W odmianie wykonania przedstawionej na fig. 4 dokonano jeszcze innych modyfikacji, dla odzyskiwania ciepła odpadowego lub nadmiarowego w różnych częściach cyklu, i w celu przetworzenia tego ciepła na moc użyteczną, w celu zwiększenia sprawności silnika. W szczególności każdy z cylindrów 123,121 drugich komór 117 i 119 otoczony jest płaszczem chłodzącym 212, 214 służącym do odbierania ciepła przenikającego przez ścianki drugich komór 117 i 119. Przewód obejściowy 208, 210 dołączony jest do przewodu 177,179 podającego sprężony gaz między separatorem wilgoci 137, 139 i rekuperacyjnym wymiennikiem ciepła 244, 246, w celu, podawania chłodnego sprężonego powietrza z pierwszej komory 109 i 111 do płaszcza chłodzącego 212,214 drugich komór 117,119. Przewód obejściowy 208, 210 dołączony jest na dole płaszcza chłodzącego 212, 214, gdzie temperatura ścianek drugiej komory 117 i 119 jest najniższa. Każdy zespół komór układu w tym przykładzie wykonania zawiera dodatkową komorę 228,230 z których każdajest usytuowana w cylindrze 220, 222, a w niej są umieszczone odpowiednie dodatkowe tłoki 224, 226, które również dołączone są do wału korbowego 169 za pośrednictwem tłocznika 171. Każda dodatkowa komora 228, 230 zaopatrzona jest w otwór wlotowy 216, 218 gazu sterowany zaworem kontrolnym 232, 234 oraz w otwór wylotowy 236, 238 gazu, sterowany zaworem wylotowym 240, 242. Otwór wlotowy 216, 218 dołączony jest w punkcie bliskim szczytu płaszcza chłodzącego 212, 214, którego górna część otacza otwór wydechowy 189 i sięga do gorącej strony rekuperacyjnego wymiennika ciepła 244, 246, gdzie spodziewana wartość temperatury jest najwyższa.

Tak więc ciepło tracone w ściankach przy szczycie komory drugiej 117 i 119 jest odzyskiwane i przetwarzane w pracę użyteczną przez skierowanie części chłodnego sprężonego gazu z komór pierwszych 109 i 111 do ścianek komory drugiej 117 i 119. Jako czynnik chłodzący, sprężone powietrze jest bardziej efektywne niż powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym. Chłodne sprężone powietrze wnika do płaszcza chłodzącego 212, 214 w pobliżu jego dolnej części chłodząc w pierwszej kolejności ścianki komory drugiej 117 i 119, ponieważ powinny one być utrzymywane poniżej wartości temperatury określonej przez właściwości oleju smarującego. Sprężony gaz w płaszczu chłodzącym 212, 214 wypychany jest w stronę wierzchołka drugiej komory 117 i 119 absorbując ciepło i stopniowo podwyższając swoją temperaturę. Po otrzymaniu pewnej ilości ciepła w tym procesie chłodzenia, sprężone powietrze następnie wykorzystywane jest do chłodzenia gorętszych części układu, na przykład głowicy cylindrów i zaworów. Na koniec gorące sprężone powietrze jest odprowadzane z układu chłodzenia przez okresowe otwieranie zaworu kontrolnego 232, 242 do dodatkowych komór 228, 230, w których

173 469 rozpręża się wypychając przyporządkowane mu dodatkowe tłoki 224, 226, i wykonując tym samym dodatkową pracę mechaniczną;

Ponieważ w praktyce, pojemność cieplna gazów spalinowych opuszczających drugie komory 117 i 119 jest zwykle większa, niż sprężonego gazu z pierwszych komór 109 i 111, to w gazach wydechowych dostępne ciepło może występować w ilościach większych, niż potrzebne do wstępnego nagrzewania chłodnego gazu, sprężonego w rekuperacyjnych wymiennikach ciepła 244,246. To nadmiarowe ciepło może być również odzyskiwane przez sprężanie większej ilości gazu, niż potrzebny do spalania, i kierowanie tego gazu przez rekuperacyjne wymienniki ciepła 244, 246, w których jest nagrzewany wstępnie ciepłem nadmiarowym zawartym w gazach wydechowych i następnie ten nagrzany, wstępnie sprężony gaz kierowany jest do jednej lub więcej dodatkowych komór 228, 230.

Zaletą tej modyfikacji jest zmniejszenie końcowej temperatury gazów wydechowych i wzrost sprawności paliwowej silnika. Możliwe jest stosowanie równie jednej lub więcej komór ekspansyjnych do odzyskiwania ciepła odpadowego lub nadmiarowego z różnych części silnika, przy wykorzystaniu dowolnych innych opisanych odmian wykonania. Przykład wykonania silnika cieplnego 100 przedstawionego na fig. 4 jest w zasadzie symetryczny względem osi pionowej A, a części, lewa i prawa, silnika 100 stanowią swoje lustrzane odbicia. W tym konkretnym wykonaniu, trzy tłoki 112 122, 124 po lewej stronie osi A są, przesunięte w fazie o 180° względem trzech tłoków 114, 120, 126 po prawej stronie osi A, co jak się oczekuje, daje najbardziej równomierny moment skręcający na wale korbowym 169. Również drugie tłoki 120 i 122 w drugich komorach 117 i 119 w każdej połówce silnika 100 ustawione są przez wał korbowy 169 tak, że wyprzedzają odpowiadające im pierwsze tłoki 112,114 pierwszych komór 109 i 111 o około 90°. Zapewnia to duży moment na wale korbowym 169 w momencie, kiedy niezbędne jest osiągnięcie wysokiego ciśnienia w pierwszych komorach 109 i 111. Taka konstrukcja ma również tę zaletę, że sprężone powietrze wsysane jest do drugich komór 117 i 119 z przewodu 177,179 i wymiennika ciepła 137,139, przed ujściem gazu przez otwory wylotowe 173, 175 z pierwszych komór 109 i 111.

Poniżej opisano pełny cykl roboczy silnika cieplnego 1)0 przedstawionego na fig. 4, w odniesieniu wyłącznie do trzech cylindrów 1103,1:23, 220 po lewej stronie osi A, ponieważ działanie prawej strony silnika 100 jest w zasadzie takie samo, tylko przesunięte w fazie o 180°. W tym przykładzie, w charakterze gazu do spalania stosuje się powietrze, jakkolwiek nie jest to konieczne.

Kiedy pierwszy tłok 112 w pierwszej komorze 109 osiąga górne położenie suwu i zaczyna zmieniać kierunek, zawór wylotowy 204 sprężonego powietrza zamyka się, a otwiera się zawór wlotowy 157 i do pierwszej komory 109 zostaje zassane powietrze atmosferyczne przez otwór wlotowy 156 powietrza. W czasie, kiedy pierwszy tłok 112 dochodzi do górnego położenia suwu, drugi tłok 122 w drugiej komorze 119 i dodatkowy tłok 224 w dodatkowej komorze 228 znajdują się w punktach środkowych suwów i poruszają się ku dołowi. Druga komora 119, w tym momencie, zawiera sprężone gorące gazy spalinowe, rozprężające się i popychające drugi tłok 122 na zewnątrz drugiej komory 119. Podobnie, dodatkowa komora 228 zawiera gorące sprężone powietrze, które również rozpręża się i popycha dodatkowy tłok 224 na zewnątrz dodatkowej komory 228. Zawory wylotowe 191,240 w drugiej komorze 119 i dodatkowej komorze 228 są, zamknięte i zawory wlotowe 191, 240 mogą być również zamknięte.

Kiedy pierwszy tłok 112 pierwszej komory 109 znajduje się w środku suwu, drugi tłok 122 w drugiej komorze 119 i dodatkowy tłok 224, znajdują się w dolnym punkcie suwu i zmieniają kierunek. W tym momencie zawór wylotowy 191 w drugiej komorze 119 i zawór wylotowy 240 gazu w dodatkowej komorze 228 otwierają się. Kiedy tłoki drugi 122 i dodatkowy 224 poruszają się w głąb odpowiednich komór 119, 228, gazy spalinowe są wyrzucane z drugiej komory 119 przez otwór wylotowy 165 i przechodzą przez wymiennik ciepła 244 i na zewnątrz do atmosfery. W podobny sposób sprężany gaz wypychany jest z dodatkowej komory 228 przez otwór wylotowy 236 gazu

173 469

W razie potrzeby można osiągnąć redukcję tlenków azotu w gazach wydechowych przez wtryskiwanie amoniaku przed wymiennikiem ciepła 244 lub bezpośrednio do niego, i/lub przez zastosowanie powierzchni katalitycznej w samym wymienniku ciepła 244.

Kiedy tłoki drugi 122 i dodatkowy 224 drugiej komory 119 i dodatkowej komory 228, osiągną środkowe położenie suwu, pierwszy tłok 112 pierwszej komory 109 osiąga dolny punkt suwu i zmienia kierunek. W tym momencie zawór wlotowy 157 powietrza otwiera się i strumień rozpylonej chłodnej cieczy zostaje wtryśnięty do pierwszej komory 1)9 przez aparat wtryskowy 129, tak że powietrze w pierwszej komorze 109 sprężane jest w przybliżeniu izotermicznie. Kiedy tłoki drugi 122 i dodatkowy tłok 224 drugiej komory 119 i dodatkowej komory 228 osiągną górny punkt suwu, ich odpowiednie zawory wylotowe 191, 240 zamykają się,· a ich zawory kontrolne 185, 232 powietrza otwierają się, powodując wprowadzenie wstępnie nagrzanego sprężonego powietrza do komór 119, 228 przez odpowiednie otwory wlotowe 181, 216 powietrza. W zadanym momencie, zostaje zamknięty zawór wlotowy podający wstępnie nagrzane sprężone powietrze do drugiej komory 119 i następuje do niej wtrysk paliwa przez otwór wlotowy paliwa 174. Do zapłonu paliwa korzystnie służy źródło zapłonu 178, na przykład świeca zapłonowa lub też zapłon może być samoczynny, podczas mieszania paliwa z wstępnie nagrzanym sprężonym powietrzem. Dodatkowy tłok 122 popychany jest w kierunku na zewnątrz drugiej komory 119 ciśnieniem gorących gazów spalinowych, co powoduje ich pewne ochłodzenie w wyniku wykonania pracy na dodatkowym tłoku 122. Zawór kontrolny 232 przepływu gazu w dodatkowej komorze 228 również zostaje zamknięty w wyznaczonym momencie, i powietrze rozpręża się adiabatycznie, poruszając dodatkowy tłok 224 w dół, w kierunku na zewnątrz dodatkowej komory 228.

Kiedy pierwszy tłok 112 w pierwszej komorze 109 zbliża się do górnego punktu stwu, zawór wylotowy 201 sprężonego gazu otwiera się i mieszanka powietrza z cieczą wtryskiwaną zostaje wyrzucona z pierwszej komory 109 do separatora wilgoci 137 w którym następuje rozdzielenie powietrza i cieczy. Separator wilgoci 137 dobrany jest wymiarami nie tylko dla osiągnięcia rozdzielenia mieszaniny powietrze/ciecz, lecz również działa w charakterze zbiornika rezerwowego cieczy i akumulatora ciśnienia sprężonego powietrza.

Ciecz przepływa od separatora 137 do chłodnicy 197, gdzie ciepło zaabsorbowane w procesie sprężania uwalniane jest do atmosfery lub do innego odbiornika ciepła. Ciecz z chłodnicy 197 następnie przepływa na powrót do aparatów wtryskowych 129 wtrysku rozpylonej cieczy, który steruje wtryskiem cieczy podczas sprężania. Ponieważ wtrysk strumienia zwykle odbywa się, kiedy ciśnienie w pierwszej komorze 109 znajduje się poniżej swojego maksimum, to powinno być możliwe osiągnięcie w tym czasie zadowalającego wtrysku. W momencie, kiedy ciśnienie narosło do ciśnienia iniekcji i odcięcia strumienia wtryskiwanego, w pierwszej komorze 109 znajduje się już dostatecznie dużo kropel cieczy. Zatem pierwszy tłok 112 pierwszej komory 109 może z powodzeniem służyć za środek do tłoczenia cieczy w obwodzie chłodzenia i w aparatów wtryskowych 129.

Chłodne sprężone powietrze przepływa z separatora 137 wilgoci do rekuperacyjnego wymiennika 224 ciepła, w którym nagrzewane jest wstępnie gazami wydechowymi z drugiej komory 119, w której odbywa się spalanie. Kiedy pierwszy tłok 112 w pierwszej komorze 109 osiąga swój punkt najwyższy, następuje zamknięcie zaworu wylotowego 204 sprężonego gazu, a zawór wlotowy 154 otwiera się, i cykl się powtarza.

Ustawienie fazowe tłoków różnych komór nie jest zbyt krytyczne, zwłaszcza, jeśli układ zaopatrzony jest w duże kolo zamachowe służące do podtrzymania jego obrotów. Jednakowoż, ogólnie biorąc, może być pożądane skompensowanie momentu skręcającego na wale korbowym, w celu zminimalizowania naprężeń roboczych, zachowania równomierności ruchu i minimalizacji wibracji. Odpowiednie ustawienie fazowe tłoków oddziaływuje również na oddychanie, to znaczy przepływ powietrza z pierwszej komory, w której następuje sprężanie do drugiej komory spalania i zmiany ciśnienia w separatorze wilgoci i wymienniku ciepła. Jakkolwiek kąt fazowy między tłokami komory spalania i tłokami komory kompresyjnej wynosi około 90°, w wykonaniu przedstawionym na fig. 4, to kąt fazowy może być różny w różnych odmianach

173 469 wykonania, lecz dobór kąta fazowego jest przedmiotem starannej optymalizacji w świetle praktycznych doświadczeń i pomiarów.

Chociaż w wykonaniu przedstawionym na fig. 4 stosuje się dwa separatory wilgoci 137, 139 i dwa wymienniki ciepła 244, 246, to silnik cieplny może być konstruowany z mniejszą ilością, separatorów i wymienników ciepła, tak że pojedynczy separator i/lub wymiennik ciepła dzielony jest między dwa lub więcej cylindrów. Może to być korzystne dla zmniejszenia wymiarów tych części składowych, poprawy równomierności przepływu powietrza i redukcji kosztów. W innej odmianie silnika o cyklu otwartym, opisanego powyżej, stosuje się turboładowarkę taką, jaka stosowana jest w silnikach benzynowych i dieslowskich. Turboładowarka może składać się ze sprężarki rotacyjnej i rotacyjnego ekspandera, osadzonych na wspólnym wale. Sprężarka zwiększa ciśnienie powyżej powietrza atmosferycznego przed jego podaniem do sprężania izotermicznego. Korzystne jest, jeżeli sprężarka napędzana jest przez ekspander, który zainstalowany jest między wylotem wydechowym komory spalania i wlotem wydechowego wymiennika ciepła.

Ogólnym efektem stosowania turboładowarki jest wzrost średniego ciśnienia gazów, zarówno w komorach kompresyjnych jak i w komorach spalania, tak że silnik o takich samych rozmiarach dysponuje większą mocą. Zastosowanie turboładowarki powoduje pewne zmniejszenie sprawności silnika, ze względu na mniejszą sprawność' sprężarki rotacyjnej i ekspandera, oraz z tego powodu, że turbosprężarka pracuje ze sprężaniem adiabatycznym, a nie izotermie/.nym. Jednakowoż włączenie turboładowarki może być atrakcyjne ze względu na to, że zmniejszenie sprawności może być z nawiązką skompensowane przez znaczny wzrost mocy wyjściowej przy tych samych wymiarach silnika.

Jakkolwiek wykonanie przedstawione na fig. 4 ukazuje wał korbowy napędzający generator 247, to możliwe jest stosowanie sinika również do napędu kół do jazdy po drodze lub po szynach, bądź śruby okrętowej.

W odmianie wykonania, tłoki mogą być sprzężone ze sobą i napędzane przez obrotowy układ mechaniczny, inny niż wał korbowy, na przykład przez przekładnię planetarną. W następnym wykonaniu, może być korzystne skonstruowanie silnika tak, aby sprężanie w komorach kompresyjnych odbywało się z mniejszą szybkością niż spalanie w komorach spalania. Innymi słowy, silnik może być skonstruowany tak, że w jednostce czasu odbywa się więcej cykli spalania, niż cykli sprężania. Można to osiągnąć przez zastosowanie odpowiedniej przekładni między wałem korbowym komory kompresyjnej i wałem korbowym komory spalania. Jeżeli silnik zaopatrzony jest również w komorę ekspansyjna powietrza, w celu odzyskiwania ciepła odlotowego lub nadmiarowego w różnych częściach cyklu, to jest możliwe skonstruowanie silnika tak, aby cykl rozprężania powietrza był wykonywany szybciej, niż cykl sprężania i/otermie/nego. Zaletą, takiej konstrukcji jest to, że proces sprężania może odbywać się z umiarkowaną szybkością dla zapewnienia dostatecznego czasu przekazywania ciepła między gazem i kroplami cieczy, tak aby proces sprężania zawsze był w zasadzie izotermiczny, i aby straty ciepła na cykl w komorze spalania były zmniejszone dla zwiększenia sprawności i podwyższenia mocy wyjściowej silnika.

W jednym z przykładów wykonania, niniejszy wynalazek może być dostosowany do stosowania chłodzenia w konwencjonalnym silniku benzynowym, dieslowskim lub gazowym, w celu odzyskiwania ciepła i przetwarzania tego ciepła na użyteczną pracę. W swoim kształcie podstawowym, ta odmiana wykonania zawiera komorę kompresyjną i przyporządkowany jej tłok służący do izotermicznego sprężania gazu przy wprowadzaniu strumienia rozpylonej cieczy podczas sprężania do komory ekspansyjnej, oraz przyporządkowany jej tłok połączony albo z zewnętrznym napędem silnika, albo zjakimś innym napędem mogącym dostarczać dodatkowej mocy, wymiennik ciepła do wstępnego nagrzewania chłodnego sprężonego gazu, z sprężania i/oteπnic/nego, ciepłem odlotowym sinika (które w innym przypadku byłoby tracone) oraz środki do podawania wstępnie nagrzanego sprężonego gazu do komory ekspansyjnej. Wymiennik ciepła może po prostu składać się z kanałów ukształtowanych w ściankach komory spalania silnika w celu umożliwienia cyrkulacji sprężonego powietrza przed jego zassaniem do komory

173 469 ekspansyjnej. Komory, izotermicznego sprężania i rozprężania, mogą być podobne do przedstawionych na fig. 4, przy czym główna różnica tej odmiany wykonania w stosunku do przedstawionej na fig. 4 polega na tym, że całe, a nie tylko część sprężanego izotermicznie powietrza wykorzystuje się do odzyskiwania ciepła.

W razie potrzeby dowolny z silników opisanych powyżej może z łatwością być dostosowany do wykorzystania w kombinowanych układach grzewczych i napędowych. Zastosowanie nie skraplającego się gazu w charakterze gazu roboczego zapewnia większą elastyczność przy wyborze temperatury pracy, niż w przypadku cyklu z kondensacją par.

Układ po prostu doregulowuje się do odbierania ciepła przy wyższej temperaturze, niż przy generacji wyłącznie energii napędowej. Inną opcją która może być wykorzystywana do wytwarzania maksymalnej ilości ciepła o niskiej temperaturze, do suszenia, ogrzewania pomieszczeń, ogrzewania wody, jest budowa silnika cieplnego napędzającego pompę cieplną.

Ciepło pobierane z silnika można wykorzystać do wytwarzania ciepła o niskiej temperaturze. Poza tym mechaniczna móc wyjściowa może napędzać pompę cieplną wytwarzającą, większą ilość ciepła. Obliczenia wykazały, że byłoby możliwe, w przypadku silnika spalinowego o otwartym cyklu, wytwarzanie dwukrotnie większej ilości ciepła o niskiej temperaturze, od ilości ciepła pobieranego w postaci wartości kalorycznej paliwa. Dodatkowa ilość ciepła może być przepompowywana z atmosfery, z gruntu, lub z dużych zbiorników wodnych.

Pompa cieplna z wtryskiem rozpylonej cieczy, zarówno gorącej, jak i zimnej, nadaje się do ogrzewania pomieszczeń domowych i handlowych oraz do ogrzewania wody. Jednakowoż możliwe jest skonstruowanie pompy cieplnej pracującej przy wyższej temperaturze. Zaletą tego konkretnego typu pompy cieplnej jest to, że nie jest ona związana tak ściśle z konkretnym zakresem temperatury, jak w przypadku pomp cieplnych działających z odparowywaniem cieczy i kondensacją par.

Pompa cieplna w innym przykładzie wykonania może zawierać zawory umożliwiające pracę w otwartym cyklu, podobnie do układów przedstawionych na fig. 2, 3 lub 4. Jednak w tym przypadku nie występuje spalanie w komorze ekspansyjnej i jest wyeliminowany rekuperacyjny czy regeneracyjny wymiennik ciepła, oraz wtrysk kroplowy do chłodnej komory ekspansyjnej. Na przykład powietrze w komorze ekspansyjnej może się rozprężać adiabatycznie. Powietrze w komorze kompresyjnej jest sprężane izotermicznie, z użyciem tłoka i przy rozpylaniu kropel cieczy, a nadmiar ciepłajest przekazywany do dogodnego odbiornika ciepła. Taka postać pompy cieplnej jest użyteczna przy klimatyzacji powietrza i do zastosowania w bloku wentylacji i klimatyzacji, przy znacznie niższej temperaturze powietrza wychodzącego, niż powietrza wchodzącego. Układ jest niezbyt przydatny do przepompowywania ciepła do wnętrza budynku z zimnego powietrza atmosferycznego, ze względu na problem oblodzenia wewnątrz komory ekspansyjnej.

Możliwe są inne odmiany wykonania układu stanowiącego pompę cieplną podobną, do opisanej, lecz bez cieczowych tłoków. Wszystkie sprężania i rozprężania mogą się odbywać z użyciem tłoków stałych. Na przykład możliwe jest stosowanie ciekłych uszczelnień, bez konieczności stosowania cieczowych tłoków. Dla specjalisty jest oczywiste, że możliwych jest wiele różnych konstrukcji mechanicznych dla przetwarzania ruchu liniowego tłoka na obrót wału napędowego. Przy stosowaniu cieczowych tłoków, gdy część napędu mechanicznego stanowi wał napędowy bądź transmisyjny, przechodzący przez ściankę kanału, jak to pokazano na fig. 1 i 2, między ścianką, i wałem napędowym wykonującym ruch posuwisto-zwrotny musi być zainstalowana uszczelka. Jednak jedna z możliwych wad tej konstrukcji polega na tym, że między uszczelką i wałem napędowym może występować znaczne tarcie. Alternatywna konstrukcja, która zmniejsza tarcie, zawiera mechanizm z kołem zębatym i zębatką zainstalowany w poziomym odcinku kanału. Koło zębate jest zainstalowane obrotowo z osią umieszczoną w poprzek ruchu tłoka, a zębatka jest odpowiednio sprzężona, bądź połączona ze stałym tłokiem, czy tłokami. Koło zębate jest dostosowane do napędu obrotowego wału przechodzącego przez ścianę kanału przez uszczelnienie, służąc do przenoszenia mocy z tłoka na zewnątrz. Możliwe

173 469 jest stosowanie tłoka stałego sprzężonego z ruchem cieczowego tłoka skonstruowanego z możliwością wykonywania ruchu posuwisto-zwrotnego w jednym lub drugim z ramion kanału, przy czym w jednym kanale można stosować więcej niż jeden taki tłok stały.

Możliwe jest również przetwarzanie ruchu liniowego tłoka na ruch obrotowy wału napędowego z zainstalowaniem pewnego rodzaju śruby hydraulicznej, na przykład wentylatora lub łopatki turbiny zainstalowanej obrotowo wewnątrz kanału, na wale napędowym przechodzącym przez kanał. W tym przypadku wał napędowy jest równoległy do kierunku ruchu tłoka. Przy stosowaniu wałów wykonujących ruch posuwisto- zwrotny, w dwóch pętlach siodłowych, jest dogodne sprzężenie wału napędowego pętli komory kompresyjnej z wałem napędowym innej pętli ekspansyjnej. Zamiast układu mechanicznego korzystnie stosuje się hydrauliczny układ napędowy. Tak więc w powyższym przypadku, każdy z kombinowanych wałów napędowych pętli siodłowych napędza zewnętrzny tłok poruszający się ruchem posuwisto-zwrotnym w zewnętrznym cylindrze hydraulicznym w celu przejpoupowywania płynu hydraulicznego. Można zapewnić zadany z góry kąt fazowy (na przykład 90°) między współpracującymi dwoma kombinowanymi wałami napędowymi, przez synchronizację otwierania zaworów w cylindrach hydraulicznych, zapobiegając wychodzeniu wałów zbyt daleko od ich pożądanych pozycji w konkretnym etapie cyklu.

W urządzeniu pracującym jako silnik lub pompa cieplna z cieczowymi tłokami, możliwe jest instalowanie stałych pływaków na powierzchni cieczowych tłoków. Możliwe modyfikacje odmian wykonania są oczywiste dla specjalisty.

173 469 £7

173 469

173 469

173 469

(Ο

Ν ϋ U ftf 0) Μ •Η Ο U en

Ν υ

φ

-Η υ

chłodna

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 4,00 zł

Claims (52)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do przetwarzania energii cieplnej i mechanicznej, zawierający co najmniej jeden zespół komór, pierwszej i drugiej, które są połączone ze sobą za pośrednictwem przewodu, a w każdej z komór są umieszczone tłoki, przy czym pierwszy tłok umieszczony w pierwszej komorze jest połączony z zespołem uruchamiającym, a w jednej z komórjest umieszczony aparat wtryskowy, znamienny tym, że z co najmniej jednym z pierwszego tłoka (5,5’,112,114) znajdującego się w pierwszej komorze (9,l1,109,l1l) i z drugiego tłoka (7,7’,120,122) umieszczonego w drugiej komorze (17,19,117,119) co najmniej jednego zespołu komór jest połączony stały człon.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stały człon stanowi wyjściowe tłoczysko (53,55,171) drugiego tłoka (7,7’,120,122) umieszczonego w drugiej komorze (17,19,117,119), a przy drugiej komorze (17,19,117,119) każdego zespołu komór jest usytuowany zespół grzewczy sprężonego gazu.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że zespół grzewczy zawiera wymiennik ciepła (25,27,127) umieszczony pomiędzy pierwszą komorą (9,11,109,111) i drugą komorą (17, 19, 117,119) zespołu komór.
4. 4. Układ według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że zespół grzewczy jest umieszczony w drugiej komorze (17,19,117,119).
5. 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że zespół grzewczy zawiera aparaty wtryskowe (33.35) gorącej cieczy, które są usytuowane w drugiej komorze (i 7,19,117,119).
6. 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że zespół grzewczy zawiera źródło cieczy o co najmniej dwóch różnych temperaturach, które jest połączone z aparatami wtryskowymi (29.31.33.35) co najmniej jednej z komór pierwszej (9,11,109,111) i drugiej (17,19,117,119).
7. 7. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że pierwsza komora (9,11,109,111) zawiera zawór wlotowy (57, 59,157,159) oraz zawór kontrolny (61,63, 185,187,232,234) usytuowany pomiędzy pierwszą komorą (9,11,109,111) i drugą komorą (17,19,117,119), a z drugą komorą (17,19,117,119) jest połączony otwór wlotowy paliwa (73,75,174,176).
8. 8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że zawory kontrolne (61,63) są usytuowane w wylocie pierwszej komory (9,11,109,111).
9. 9. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że zawory kontrolne (185,187,232,234) są usytuowane we wlocie drugiej komory (17,19,117,119) zespołu komór.
10. 10. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że pierwsza komora (109,111) jest połączona przewodem (177,179,216,218) z dodatkową komorą (228,230) zawierającą dodatkowy tłok (224,226), a przed dodatkową komorą (228,230) jest umieszczony zespół grzewczy sprężonego gazu.
11. 11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że zespół grzewczy jest połączony z płaszczem chłodzącym drugiej komory (117,119).
12. 12. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że zespół grzewczy zawiera wymiennik ciepła (244,246) umieszczony pomiędzy pierwszą komorą (109,111) i drugą komorą (117,119).
13. 13. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że dodatkowy tłok (224,226) jest połączony ze stałym członem.
14. 14. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że, dodatkowa komora (228,230) jest połączona poprzez zawór wlotowy (232, 240) ze źródłem gazu.
15. 15. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, ze pierwszy tłok (5,5’,112,114) jest połączony z drugim tłokiem (7,7’,120,122 ).
16. 16. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy tłok (5,5’,112,114) i drugi tłok (7,7’,120,122) są połączone za pośrednictwem elementów łączących ze stałym kątem przesunięcia fazowego pomiędzy nimi.

    173 469
17. 17. Układ według zastrz. 16, znamienny tym, że z co najmniej jednym z pierwszego tłoka (5,5’,112,114) i drugiego tłoka (7,7’, 120,122) jest połączony wał korbowy.
18. 18. Układ według zastrz. 15, znamienny tym, że pomiędzy pierwszym tłokiem (5,5’,112,114) i drugim tłokiem (7,7’120,122) jest usytuowany reduktor prędkości ruchu drugiego tłoka (7,7’,120,122).
19. 19. Układ według zastrz. 15, znamienny tym, że do pierwszego tłoka (5,5’,112,114) jest dołączony pierwszy wał korbowy, a do drugiego tłoka (7,7’,120,122) jest dołączony drugi wał korbowy.
20. 20. Układ według zastrz. 19, znamienny tym, że pomiędzy wałami korbowymi pierwszym i drugim jest umieszczony reduktor prędkości ruchu drugiego tłoka (7,7’,120,122,224,226).
21. 21. Układ według zastrz. 20, znamienny tym, że do pierwszego wału korbowego jest dołączonych kilka pierwszych tłoków (5,5’,112,114) kilku zestawów komór, a do drugiego wału korbowego jest dołączonych kilka drugich tłoków (7,7’,120,122) kilku drugich komór (17.19.117.119) i dodatkowe tłoki (224,226) dodatkowych komór (228,230) kilku zestawów komór.
22. 22. Układ według zastrz.7, znamienny tym, że z drugą komorą (109,111) poprzez jej wlot gazu (156,158) jest połączony turbinowy zespół załadowczy.
23. 23. Układ według zastrz. 22, znamienny tym, że na wale obrotowym turbinowego zespołu załadowczego jest zamontowany obrotowy kompresor i obrotowa rozprężarka.
24. 24. Układ według zastrz. 23, znamienny tym, że obrotowa rozprężarka jest usytuowana pomiędzy otworem wylotowym (165,167) drugiej komory (117,119) i wlotem wymiennika ciepła (224,226), który jest umieszczony pomiędzy pierwsza komorą (109,111) i drugą komorą (117.119) .
25. 25. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy pierwszą komorą (9,11) i drugą komorą (17,19) zespołu komór jest umieszczony wymiennik ciepła (25,27).
26. 26. Układ według zastrz. 25, znamienny tym, że w drugiej komorze (17,19) zespołu komór jest umieszczony zespół grzewczy.
27. 27. Układ według zastrz. 26, znamienny tym, że zespół grzewczy zawiera aparat wtryskowy (33,35) umieszczony w drugiej komorze (17,19).
28. 28. Układ według zastrz. 25, znamienny tym, że z pierwszym tłokiem (5, 5’,112,114) umieszczonym w pierwszej komorze (9,11,109,111) zespołu komór jest połączony stały człon.
29. 29. Układ według zastrz. 1 albo 2 albo 25, znamienny tym, że co najmniej jeden z pierwszego tłoka (5,5’) i drugiego tłoka (7,7’) stanowi ciecz umieszczona w kanale (1,3), a komory pierwszą (9,11) i drugą (17,19) zespołu komór są usytuowane nad cieczą w tym kanale (1,3).
30. 30. Układ według zastrz. 29, znamienny tym, że kanał (1,3) ma kształt w zbliżony do litery U.
31. 31. Układ według zastrz. 29, znamienny tym, że zespół komór zawiera parę kanałów (1,3) w kształcie litery U, w każdym z których jest umieszczona ciecz stanowiąca tłok (5,5’,7,7’), przy czym pierwsza komora (9,11) jest usytuowana w każdym ramieniu (13,15) pierwszego kanału (1), zaś druga komora (17,19) jest usytuowana w każdym ramieniu (21,23) drugiego kanału (3), a pierwsze komory (9,11) są połączone z drugimi komorami (17,19) za pośrednictwem pierwszego przewodu (25) drugiego przewodu (27).
32. 32. Układ według zastrz. 29, znamienny tym, że para kanałów (1,3) jest połączona z drugą parą kanałów w kształcie litery U, a drugi tłok (7,7’) w umieszczony w drugiej komorze (17,19) jednej pary kanałów (1,3)jest zamontowany z przesunięciem fazowym o 90° względem drugiego tłoka drugiej komory drugiej pary kanałów (1,3).
33. 33. Układ według zastrz. 29, znamienny tym, że pierwszy tłok (5,5’) styka się ze stałą przegrodą (49) stanowiącą część zespołu uruchamiającego pierwszy tłok (5,5’).
34. 34. Układ według zastrz. 33, znamienny tym, ze stała przegroda (49) jest połączona z tłoczyskiem (53) przechodzącym przez ściankę (13) pierwszego kanału (1) zawierającego pierwszy tłok (5,5’).
35. 35. Układ według zastrz. 29, znamienny tym, że drugi tłok (7,7’) styka się ze stałą przegrodą (51) stanowiącą część zespołu uruchamiającego drugi tłok (7,7’).

    173 469
36. 36. Układ według zastrz. 35, znamienny tym, że stała przegroda (51) jest połączona z tłoczyskiem (55) przechodzącym przez ściankę (23) drugiego kanału (3) zawierającego drugi tłok (7,7’).
37. 37. Układ według zastrz. 32, znamienny tym, że tłoki pierwszy (5,5’) i drugi (7, 7’) są połączone z aparatami wtryskowymi (29,31) umieszczonymi w komorach pierwszej (9,19) i drugiej (11,17).
38. 38. Układ według zastrz. 37, znamienny tym, że pomiędzy tłokami pierwszym (5,5’) i drugim (7,7’) i aparatami wtryskowymi (29,31) są umieszczone pompy.
39. 39. Układ według zastrz. 1 albo 2 albo 25, znamienny tym, że tłoki pierwszy (112,114) i drugi (120,122) zespołu komór mają postać doków stałych.
40. 40. Układ według zastrz. 39, znamienny tym, że zespół komór zawiera dwie pierwsze komory (109,111) i dwie drugie (117,119), przy czym dwa pierwsze tłoki (112,114) sąpołączone ze sobą z przesunięciem fazowym o 180° i dwa drugie tłoki (120,122) są połączone ze sobą z przesunięciem fazowym o 180°.
41. 41. Układ według zastrz. 40, znamienny tym, że zespół komór zawiera dwie pary pierwszych komór (109,111) i dwie pary drugich komór (117,119), przy czym jedna para pierwszych tłoków (112,114) jest zamontowana z przesunięciem fazowym równym 90° względem drugiej pary pierwszych doków (112,114), a jedna para drugich tłoków (120,122) jest zamontowana z przesunięciem fazowym o 90° względem drugiej pary drugich tłoków (120,122).
42. 42. Układ według zastrz. 3 albo 25, znamienny tym, że wymiennik ciepła (25,27,127) zawiera regenerator.
43. 43. Układ według zastrz. 3 albo 25, znamienny tym, że wymiennik ciepła (25,27,127) zawiera pierwszy przewód sprzężonego gazu, którego wlot jest połączony z pierwszą komorą (9,11,109,111) a wylot z drugą komorą (17,19,117,119) oraz zawiera drugi przewód usytuowany przy pierwszym przewodzie, którego wlot jest połączony z drugą komorą (17,19,117,119).
44. 44. Układ według zastrz. 1 albo 2 albo 25, znamienny tym, że z co najmniej jedna z pierwszej komory (9,11,109,111) i drugiej komory (17,19,117,119) jest połączony separator wilgoci (37,39,137,139).
45. 45. Układ według zastrz. 1 albo 2 albo 25, znamienny tym, ze w pierwszej komorze (9,11,109,111) są umieszczone aparaty wtryskowe (29, 31,129,131), które są połączone ze źródłami cieczy o co najmniej dwóch różnych temperaturach.
46. 46. Układ według zastrz. 27, znamienny tym, że w drugiej komorze (17,19) są umieszczone aparaty wtryskowe (33,35), które są połączone ze źródłami cieczy o co najmniej dwóch różnych temperaturach.
47. 47. Układ według zastrz. 28, znamienny tym, że pierwszy tłok (5,5’,112,114) jest połączony z silnikiem elektrycznym.
48. 48. Układ według zastrz. 28, znamienny tym, że z pierwszym tłokiem (5,5’,112,114) jest połączony wał korbowy (169), który jest dołączony do drugiego tłoka (7, 7’,120,122).
49. 49. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że zespół grzewczy zawiera wymiennik ciepła połączony z silnikiem spalinowym.
50. 50. Układ według zastrz. 49, znamienny tym, że z wyjściowym wałem silnika spalinowego jest sprzężony człon stały.
51. 51. Układ według zastrz. 49, znamienny tym, że wymiennik ciepła jest połączony z co najmniej jedną ze ścian komory spalania silnika spalinowego.
52. 52. Układ według zastrz. 49 albo 51, znamienny tym, że wymiennik ciepłajest połączony z wylotem gazu komory spalania.