PL209552B1 - Przelot komory wentylatora, komora wentylatora, wielokomorowe urządzenie o napędzie spalinowym i sposób przekazywania gazu z pierwszej komory do drugiej komory - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przelot komory wentylatora, komora wentylatora, wielokomorowe urządzenie o napędzie spalinowym i sposób przekazywania gazu z pierwszej komory do drugiej komory, w którym gazy pod ciśnieniem są wyrzucane na zewnątrz z przestrzeni pierwszej komory do przestrzeni drugiej komory o niższym ciśnieniu.

Urządzenia o napędzie spalinowym są dobrze znane ze stanu techniki. Praktycznym zastosowaniem tej technologii są urządzenia do dokręcania elementów złącznych. Jedno ze znanych typów takiego urządzenia, znane również pod marką IMPULSE^®, stosowane do wkręcania elementów złącznych w elementy obrabiane, opisują patenty Stanów Zjednoczonych, należący do Nikolich o nr 32 452 oraz patenty Stanów Zjednoczonych o numerach 4 522 162; 4 483 473; 4 483 474; 4 403 722; 5 197 646 oraz 5 263 439, które bę dą poniż ej przywoł ywane w charakterze odniesienia. Podobne urządzenia o napędzie spalinowym, służące do wbijania gwoździ i zszywek są dostępne poprzez firmę ITW-Paslode z Vernon Hills, Illinois, USA pod marką IMPULSE^® oraz poprzez firmę ITW-S.P.I.T. z Bourg-les-Valence, Francja, pod marką PULSA^®.

Stan techniki został przedstawiony na załączonym rysunku, na którym pos. I przedstawia schematyczny widok znanego urządzenia wykorzystującego komorę wentylatora, pos. II - prędkość rozdziału zawirowania gazu w znanej komorze wentylatora, pos. III - widok ukośnej płyty komory wentylatora wykorzystującej znany przelot, pos. IV - widok skośny w powiększeniu znanego przelotu, ukazujący przepływ przez przelot.

Znane urządzenie do dokręcania elementów złącznych o napędzie spalinowym ukazuje fig. 1.

Urządzenie 10 zawiera obudowę 12 w kształcie pistoletu, w której umieszczony jest niewielki silnik spalinowy 14. Silnik jest zasilany z kanistra, zawierającego paliwo (nie pokazanego) w postaci sprężonego gazu, określanego mianem ogniwa paliwowego. Zasilany z baterii elektroniczny rozdzielacz (nie pokazany) wytwarza iskrę zapłonową, a wentylator 16, umieszczony w komorze spalania 18, zapewnia zarówno efektywne spalanie w komorze 18, jak również usprawnia proces pomocniczy w stosunku do spalania.

Taki proces pomocniczy zawiera: dostarczenie paliwa do komory 18; mieszanie paliwa z powietrzem wewnątrz komory 18 oraz usuwanie lub wydech produktów spalania. Poza procesem pomocniczym wentylator służy również do schładzania narzędzia i zwiększania wydatku energii spalania. Silnik 14 zawiera tłok przesuwny 20 z wydłużonym, sztywnym ramieniem napędowym 22, umieszczony wewnątrz cylindrycznego korpusu 24.

Tuleja zaworowa 26 jest osiowo przesuwna względem cylindrycznego korpusu 24 i poprzez połączenie (nie pokazane) porusza się, zamykając komorę spalania 14, kiedy element roboczy 28, na drugim końcu połączenia jest wciskany w materiał obrabiany 30. Ten nacisk uruchamia również zawór odmierzający paliwo (nie pokazany), który wprowadza określoną ilość paliwa do zamkniętej komory spalania 18.

Poruszany jest również spust 32, powodujący powstanie iskry zapalającej mieszankę gazową wewnątrz komory spalania 18 silnika 14, tłok 20 z ramieniem napędowym 22, które są wystrzeliwane w dół i uderzają umiejscowiony element złączny (nie pokazany), wprowadzając go w materiał obrabiany 30. Tłok 20 powraca do początkowego położenia, lub do położenia „gotowości”, dzięki różnicy ciśnień gazów wewnątrz cylindrycznego korpusu 24. Elementy złączne są podawane „magazynkowo” do części szczytowej 34, w której są utrzymywane w ustalonym położeniu, w oczekiwaniu na uderzenie ramienia napędzającego 22.

Po zapłonie palnej mieszanki paliwa z powietrzem, spalanie w komorze 18 przepycha zapalony gaz przez przelot 36 do komory 18, co powoduje przyspieszenie zestawu tłoka/ramienia 20/22 i wprowadzenie elementu złącznego w materiał obrabiany 30, jeżeli uprzednio element złączny znajdował się w części szczytowej 34. Ciśnienie spalania w komorze 18 jest ważne, ponieważ ciśnienie to decyduje o sile, z jaką tłok 20 napędza element złączny. Inne ważne cechy to czas wymagany do napędzenie tłoka przez zapalony gaz przesyłany przez przelot 36 oraz czas wymagany dla procesów pomocniczych, pomiędzy cyklami spalania w silniku.

Podczas spalania znaczna ilość gazu musi być przetransportowana z komory spalania 18 do cylindrycznego korpusu 24 w krótkim czasie. Wentylator 16 przez swój obrót przyspiesza ten proces.

Efektywność wentylatora 16 jest w znacznym stopniu uzależniona od sposobu ukształtowania i połączenia komory 18 i cylindrycznego korpusu 24. Wentylator 16 spełnia również inne funkcje. WentylaPL 209 552 B1 tor 16 miesza paliwo z powietrzem, odprowadza spaliny, chłodzi urządzenie 10 i zwiększa wydatek energii spalania.

Figury 2 do 4 ukazują efekt obrotu wentylatora 16 w komorze 18. Kiedy wentylator 16 obraca się wytwarzane jest zawirowanie w komorze 18, w kierunku A. Prędkość zawirowania jest równa zero w środku obrotu i maksymalna przy zewnętrznej ścianie 38 komory 18. Komora 18 jest zazwyczaj cylindryczna, aby maksymalizować efektywność zawirowania w kierunku okrężnym. Zmiana rozdziału prędkości w zawirowaniu, od środka obrotu, w kierunku zewnętrznej ścianki 38 zazwyczaj wzrasta liniowo, w funkcji promienia okrągłego przekroju cylindrycznej ścianki 38 komory 18, jak ukazuje to fig. 2.

Przepływ zawirowania jest przekazywany poza komorę 18 przez przelot 36, znajdujący się na tarczowej płycie górnej 40, połączonej z ścianą zewnętrzną 38. Płyta 40 zawiera co najmniej jeden przelot. W celu szybkiego przekazywania znacznych ilości gazu przez przelot 36 jest on tak duży jak to tylko możliwe i usytuowany z daleka od środka płyty 40, w kierunku zewnętrznej ściany 38 tam, gdzie prędkość zawirowania jest największa. Środkowy obszar płyty 40 jest zazwyczaj stały i może służyć jako dogodne umiejscowienie dla zestawu zaworu i ogranicznika 42, jak ukazuje fig. 3.

Kształt przelotu 36 i zaworu/ogranicznika 42 określa powstały przekrój przepływu gazu przez przelot 36. Autor przedmiotu wynalazku odkrył, że kiedy przelot 36 jest okrągły, powstały przekrój przepływu jest eliptyczny i niestały wzdłuż i w poprzek przelotu 36, jak ukazuje fig 4. Ta niestałość może powodować, że przepływ gazu przez przelot 36 jest niestabilny i może w ten sposób wygaszać płomień zapalonego gazu, przechodzący przez przelot. Pomimo, iż takie wygaszanie jest niepożądane, może w dalszym ciągu umożliwiać przekazywanie wystarczającą ilość zapalonego gazu z komory 18 do pełnego przyspieszenia ramienia napędowego 22, nawet jeżeli gaz stykający się z tłokiem 20 nie jest już płonący. Wyższa energia spalania powstaje jednak, jeżeli uda się uniknąć wygaszania płomienia.

Istnieje kilka znaczących wad stosowania okrągłego przelotu w tego typu komorach spalania. Okrągły przelot wykorzystuje naturalną prędkość rozdziału przepływu, wytwarzaną przez wentylator 16. Jak wspomniano powyżej, prędkość rozdziału przepływu zwiększa się liniowo od środka obrotu. Okrągły przelot z definicji ma zawsze połowę obszaru przelotu, oddaloną od środka obrotu. W związku z tym liniowy obszar okrągłego przelotu 36, najdalszy od środka obrotu zbliża się do zera, tam, gdzie prędkość rozdziału przepływu jest największa. Okrągły przelot 36 nie umożliwia zatem przepływu gazu o największej energii, co jest również objawem niepożądanym.

Znane są również podobne urządzenia z dwoma lub więcej komorami spalania, które mogą uzyskiwać znacznie większą energię spalania. Jedno z takich urządzeń opisane jest w powiązanym wniosku patentowym Stanów Zjednoczonych (nr rejestru 13696), przytoczony w charakterze odniesienia. Kiedy stosowana jest więcej niż jedna komora jednym wentylatorem, efektywność wentylatora jest uzależniona od tego jak ukształtowane i połączone są komory.

W takim układzie wielokomorowym najwyższy wydatek przepływu gazu przez przelot jest osiągany dzięki ograniczeniu drogi gazu z jednej komory do drugiej. Przelot łączący dwie komory zazwyczaj zawiera zawór zwrotny, który pozostaje zazwyczaj zamknięty, zabezpieczając przed cofnięciem się ciśnienia z drugiej komory do pierwszej.

Jakkolwiek w tego typu urządzeniu, zawierającym przelot okrągły, zastosowanie bardziej ograniczonej drogi celem uzyskania większej energii spalania może w negatywny sposób wpływać na zdolność przekazywania gazu, we właściwy sposób, z jednej komory do następnej, w początkowej fazie spalania. Dodatkowo, kiedy zastosowane są zwężenia, przeloty, zawory i ograniczników zaworów na połączeniu komór, w wielokomorowym urządzeniu z wentylatorem, środowisko działania systemu, które umożliwia stabilne działania staje się znacznie zawężone. Zwiększone prawdopodobieństwo niestabilności zwiększa prawdopodobieństwo, że płomień z zapalonego gazu, przechodzący z jednej komory do następnej przez ograniczoną drogę, zostanie wygaszony.

Wygaszanie płomienia w układzie wielokomorowym może być znaczącym problemem. Ciśnienie powstałe z zapalonego gazu w jednej komorze może być w znacznym stopniu pochłonięte przez gaz w następnej komorze, kiedy gaz przekazywany z pierwszej komory nie zapali gazu w komorze następnej. Innymi słowy, ciśnienie gazu na styku z tłokiem po wygaszeniu płomienia będzie niższe niż ciśnienie przepływu wpadającego do komory stykającej się z tłokiem. Strata ciśnienia napędzającego tłok, spowodowana przez wygaszenie płomienia staje się tym większa im większa jest ilość zastosowanych komór.

Niestabilność przepływu przez ograniczoną drogę może również zmniejszać żywotność zaworu zastosowanego na tej drodze. Ponadto złożoność układu, jak i ilość wymaganych części składowych,

PL 209 552 B1 w niepożądany sposób zwiększają ograniczenie i złożoność przepływu pomiędzy komorami. W związku z tym, pożądane jest uzyskanie ulepszonego urządzenia, przezwyciężającego wspomniane powyżej problemy.

Przelot komory wentylatora, wyznaczającej przestrzeń otoczoną co najmniej jedną ciągłą ścianą pionową, która łączy poziomą ścianę podstawy z przeciwległą poziomą ścianą wylotową, przy czym wewnątrz tej przestrzeni znajduje się wentylator, obrotowy w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny co najmniej jednej z poziomych ścian, oraz przelot ograniczony przez jedną ścianę wewnętrzną, usytuowaną pomiędzy środkiem ściany wylotowej i zewnętrzną krawędzią ściany wylotowej, jedną ścianę zewnętrzną, usytuowaną pomiędzy ścianą wewnętrzną i zewnętrzną krawędzią ściany wylotowej, przy czym ta ściana wewnętrzna jest umieszczona pomiędzy ścianą zewnętrzną a środkiem ściany wylotowej, oraz dwie przeciwległe ściany sieczne, łączące odpowiednie końce ściany zewnętrznej i ściany wewnętrznej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ściana wewnętrzna komory tworzy linię prostą i/lub linię wypukłą w stosunku do środka ściany wylotowej.

Pozioma ściana wylotowa jest płytą o kształcie okrągłym.

Przeciwległe ściany sieczne są usytuowane wzdłuż promieni płyty o kształcie okrągłym.

Przeciwległe ściany sieczne są równoległe do średnicy okręgu.

Ściana wewnętrzna i ściana zewnętrzna odpowiadają łukom okręgu.

Ściana wewnętrzna jest równoległa do ściany zewnętrznej.

Przelot korzystnie ma kształt prostokątny.

Ściany sieczne są nierównoległe względem siebie, przy czym rozwarcie pomiędzy nimi stopniowo maleje w miarę zbliżania do środka odpowiednio do rozkładu względnej prędkości gazu, powodowanej wytwarzanym przez wentylator zawirowaniem w przelocie.

Komora wentylatora, zawierająca poziomą ścianę podstawy, poziomą ścianę wylotową, ciągłą ścianę pionową, łączącą ścianę podstawy ze ścianą wylotową, wentylator wewnątrz komory, obrotowy w płaszczyźnie równoległej do co najmniej jednej ze ścian, na które składa się ściana podstawy i ściana wylotowa oraz przelot umieszczony na poziomej ścianie wylotowej i zawierający ścianę wewnętrzną i ścianę zewnętrzną, przeciwległą do ściany wewnętrznej oraz dwie przeciwległe ściany sieczne, połączone ze ścianą wewnętrzną i ścianą zewnętrzną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ściana wewnętrzna komory tworzy linię prostą i/lub wypukłą w stosunku do środkowego obszaru poziomej ściany wylotowej.

Ściana zewnętrzna ma długość równą lub większą niż długość ściany wewnętrznej.

Komora według wynalazku zawiera ponadto zawór do zakrywania przelotu na zewnątrz komory, który to zawór pozostaje zazwyczaj zamknięty, lecz otwiera się, kiedy ciśnienie wewnątrz komory jest wyższe niż ciśnienie na zewnątrz komory.

Na zewnątrz komory jest umieszczony ogranicznik zaworu zakrywający zawór i przelot.

Jeden koniec ogranicznika zaworu jest zamontowany do środkowego obszaru poziomej ściany wylotowej, a drugi koniec ogranicznika zaworu otwiera się od ściany wylotowej najbliżej ściany pionowej.

Kształt ogranicznika zaworu tworzy pochylnię, która wzrastająco otwiera się w miarę wzrostu odległości od środka tak, że jest najlepiej dostosowany do przekrojowego rozkładu prędkości gazu, wypychanego z komory przez przelot przy pomocy obrotowego wentylatora.

Komora zawiera ponadto co najmniej jeden otwór wlotowy oraz otwór recyrkulacyjny, umieszczone na pionowej ścianie.

Wielokomorowe urządzenie o napędzie spalinowym, zawierające obrotowy wentylator, powodujący zawirowanie gazu spalinowego wewnątrz urządzenia, a także pierwszą komorę, tworzącą pierwszą przestrzeń, drugą komorę tworzącą drugą przestrzeń oraz przelot łączący, usytuowany pomiędzy pierwszą przestrzenią a drugą przestrzenią, przy czym ten przelot łączący ma elementy umożliwiające przechodzenie zapalonego płomienia gazu z pierwszej przestrzeni do drugiej przestrzeni, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ściana wewnętrzna komory tworzy linię prostą i/lub wypukłą w stosunku do środka ściany wylotowej, a przelot ma kształt odpowiadający rozkładowi prędkości zawirowania palnego gazu oraz strumienia zapalonego gazu w przelocie.

Urządzenie według wynalazku zawiera ponadto element zapłonowy, umieszczony w pierwszej komorze, zapalający gaz palny, zaś obrotowy wentylator jest umieszczony w pierwszej komorze poniżej elementu zapłonowego.

Urządzenie zawiera ponadto co najmniej jeden otwór wlotowy, usytuowany pomiędzy elementem zapłonowym a płaszczyzną obrotu wentylatora na ścianie pierwszej komory prostopadłej do

PL 209 552 B1 płaszczyzny obrotu wentylatora oraz otwór recyrkulacyjny, umieszczony na prostopadłej ścianie, pomiędzy płaszczyzną obrotu wentylatora a przelotem.

Urządzenie zawiera ponadto otwór w drugiej komorze, komorę tłokową połączoną z drugą komorą przez otwór w drugiej komorze oraz tłok umieszczony w komorze tłokowej i mający elementy umożliwiające jego napędzanie przez ciśnienie spalania wewnątrz drugiej przestrzeni, w kierunku od drugiej komory.

Urządzenie zawiera ponadto zawór zwrotny oraz ogranicznik zaworu, umieszczone ponad przelotem poniżej płomienia zapalonego gazu, przy czym ten zawór zwrotny pozostaje normalnie zamknięty, lecz otwiera się, kiedy ciśnienie w drugiej komorze jest niższe niż ciśnienie w pierwszej komorze.

Sposób przekazywania gazu z pierwszej komory do drugiej komory, połączonej z pierwszą komorą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że polega na powodowaniu zawirowania gazu w pierwszej komorze oraz na połączeniu ruchomej przestrzeni zawirowanego gazu z pierwszej komory do drugiej komory przez przelot, łączący pierwszą i drugą komorę w stosunku do rozkładu progresywnej prędkości ruchomej przestrzeni w pierwszej komorze.

Element łączący jest ukształtowany tak, aby odpowiadał progresywnej prędkości rozdziału.

Przedmiotem wynalazku jest przeznaczony do realizacji sposób przekazywania gazu z pierwszej komory do drugiej komory, połączonej z pierwszą komorą, w której stosuje się zawirowanie gazu w pierwszej komorze oraz połączenie ruchomej przestrzeni zawirowanego gazu z pierwszej komory do drugiej komory przez element łączący pierwszą i drugą komorę, w stosunku do progresywnej prędkości rozdziału ruchomej przestrzeni w pierwszej komorze, przy czym element łączący jest ukształtowany tak, aby odpowiadał progresywnej prędkości rozdziału.

Powyższe problemy są przezwyciężane dzięki zastosowaniu przelotu komory wentylatora, stanowiącego przedmiot wynalazku. Komora wentylatora ma solidną budowę i zawiera gaz palny. Wentylator powoduje zawirowanie gazu w komorze i wytwarza turbulencję, umożliwiającą szybkie przemieszczanie się gazu przez przelot.

Mówiąc bardziej szczegółowo, przedmiot wynalazku dotyczy przelotu komory wentylatora wykonanego w postaci ciągłej, pionowej ścianki, połączonej poziomą podstawą z przeciwległą ścianą wylotową. W tej przestrzeni umieszczony jest wentylator, który jest obrotowy w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny tworzonej przez co najmniej jedną z poziomych ścian. Przelot jest ukształtowany tak, aby jego wewnętrzna strona była umieszczona pomiędzy zewnętrzna stroną a środkiem ściany wylotowej, a dwie przeciwległe sieczne strony łączyły odpowiednie końce zewnętrznej strony z wewnętrzną. Wewnętrzna strona może być zarówno linią prostą, jak i linią wypukłą w stosunku do środka ściany wylotowej. Dzięki takiemu ukształtowaniu przelotu wykorzystuje on naturalny przepływ wytwarzany przez obrotowy wentylator, a tym samym może być bardziej efektywny w wyrzucaniu gazu na zewnątrz przestrzeni.

W innym przykł adzie wykonania przelot, stanowią cy przedmiot wynalazku, mo ż e być efektywnie zastosowany jako przelot łączący dwie przestrzenie gazu w wielokomorowym urządzeniu o napędzie spalinowym. Urządzenie zawiera co najmniej dwie komory oraz obrotowy wentylator, powodujący zawirowanie gazu palnego wewnątrz urządzenia. Pierwsza z dwóch komór tworzy pierwszą przestrzeń, a druga z komór drugą przestrzeń. Przelot łączący pomiędzy dwoma przestrzeniami jest skonstruowany i ukształtowany tak, aby umożliwiał przechodzenie płomienia zapalonego gazu z pierwszej przestrzeni do drugiej. Przelot łączący ma również kształt odpowiadający prędkości rozdziału zawirowanego gazu palnego oraz gazu zapalonego, widzianego w przekroju przelotu łączącego.

Przelot, stanowiący przedmiot wynalazku w bliższy sposób odpowiada naturalnej prędkości rozdziału gazu i materiałom, które przepływają przez przelot, napędzane obrotowym wentylatorem. Dzięki lepszemu dostosowaniu do tego rozdziału prędkości przedmiot wynalazku może przekazywać więcej gazu i materiału przez przelot w krótszym czasie, umożliwiając w ten sposób wyższą energię spalania w urządzeniu o napędzie spalinowym.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z góry jednego z przykładów wykonania przedmiotu wynalazku, fig. 2 - pionowy przekrój schematyczny przykładu wykonania przedmiotu wynalazku z fig. 2, wykonany wzdłuż linii 6-6, w zaznaczonym kierunku, a fig. 3 - widok z góry innego przykładu wykonania przedmiotu wynalazku.

Figury 1 i 2 ukazują komorę wentylatora, w całości oznaczoną jako 50, zawierającą przelot 52 i płytę 54. Płyta 54 tworzy poziomą ścianę komory 50 i dopełnia kształt pionowej ściany 56 komory, uszczelniając ścianę 56 w jednym końcu.

PL 209 552 B1

Korzystnie, płyta 54 i ściana 56 są ze sztywnego, metalowego materiału, lecz mogą też być wykonane z innych, wytrzymałych, sztywnych i odpornych na spalanie materiałów, znanych ze stanu techniki. Płyta 54 i ściana 56 są korzystnie, odpowiednio, płaską tarczą i cylindrem, lecz osoby zaznajomione ze stanem techniki dostrzegą, że mogą mieć wiele innych kształtów, które umożliwiają dostarczenie zawirowanego gazu pod ciśnieniem z wewnątrz komory do przestrzeni zewnętrznej przez przelot, bez odchodzenia od zakresu przedmiotu wynalazku.

Wentylator 58 w komorze obraca się w płaszczyźnie równoległej do płyty 54, wytwarzając zawirowanie gazu w kierunku B. Palne paliwo jest podawane do komory 50, korzystnie w obszarze niskiego ciśnienia komory 50, ponad wentylatorem 58. Pomimo, iż jednym ze znanych i stosowanych w urządzeniach o napędzie spalinowym paliwem jest C3H4 (gaz MAPP), może nim być również dowolny gaz palny, znany ze stanu techniki. Paliwo miesza się z powietrzem w komorze 50 tworząc gaz palny. Obrotowy wentylator 58 szybko i równomiernie miesza paliwo z powietrzem w komorze 50.

Źródło zapłonu (nie pokazane), połączone z komorą 50 jest korzystnie umieszczone powyżej wentylatora 58 i wytwarza iskrę, która zapala palną mieszankę paliwa z powietrzem w komorze 50, a przednia część płomienia jest skierowana tak, aby przebiegała od źródła zapłonu w dół, poniżej wentylatora, w kierunku płyty 54, która korzystnie umieszczona jest poniżej wentylatora. Ciśnienie spalania powoduje wyrzucenie płomienia na zewnątrz komory 50 przez przelot 52, w postaci wysokoenergetycznego płomienia gazowego. Im większa ilość zapalonego gazu może przejść przez przelot 52 w tym samym czasie, tym większa jest uzyskiwana energia płomienia. Autor przedmiotu wynalazku odkrył, że kształt przelotu 52 może w znacznym stopniu wpływać na to, jak dużo gazu może być przetransportowane przez przelot w tym samym czasie.

Po spalaniu pożądane jest gwałtowne odprowadzenie spalin z komory 50. Obrotowy wentylator 58 umożliwia również szybkie odprowadzenie ich z komory 50. Autor przedmiotu wynalazku odkrył również, że kształt przelotu 50 ma również wpływ na ilość nie spalonego gazu, który może być odprowadzony z komory przez przelot 52. W związku z tym, przedmiot wynalazku znajduje zastosowanie nie tylko jako przelot dla zapalonego gazu spalinowego.

Wracając do tego, co ukazuje fig. 1, autor przedmiotu wynalazku odkrył, że taki kształt przelotu 52 jest najbardziej użyteczny, który może wykorzystywać naturalną prędkość rozdziału zawirowania, wytwarzanego przez wentylator 58. Jednym z korzystnych kształtów jest ten, który zapewnia względnie stałe pole przekroju, w stosunku do prędkości rozdziału przepływu zawirowania. Ten korzystny kształt przelotu 52 jest oparty na kształcie prostokątnym lub kwadratowym. Ponieważ spodziewane jest, że więcej materiałów będzie przepływać w pobliżu zewnętrznej, pionowej ściany komory 56, niż w kierunku środka obrotu 60, bardziej zgodne pole powierzchni przekroju, w stosunku do prędkości rozdziału przepływu gazu, umożliwia większe i stabilniejsze przejście dla materiałów przez przelot, pod ciśnieniem wytworzonym w komorze 50.

W tym przykładzie wykonania przelot 52 jest otworem w płycie 54, zawierającym stronę wewnętrzną 62 i przeciwległą stronę zewnętrzną 64. Strona wewnętrzna 62 jest bliżej środka obrotu 60, a zewnętrzna bliżej ściany pionowej 56.

W korzystniejszym przykładzie wykonania zewnętrzna strona 64 jest umieszczona w najbardziej wewnętrznym wymiarze 66 zewnętrznej ściany pionowej 56, jak ukazuje to fig. 2 tak, aby wyłapywać jak największą ilość materiału, przepływającego przy największej prędkości rozdziału. Wewnętrzna i zewnętrzna strona 62, 64 mogą tworzyć linie proste, lecz korzystniej, jeżeli są one zakrzywione tworząc łuk odpowiadający kierunkowi zawirowania. W związku z tym, krzywa łuku powinna być wypukła, w stosunku do środka obrotu 60. W tym przykładzie wykonania wewnętrzna strona 62 ma tą samą długość, co strona zewnętrzna 64.

Dwie przeciwległe, sieczne strony 68, 70 łączą odpowiednie końce wewnętrznej i zewnętrznej strony 62, 64. Strony sieczne 68, 70 korzystnie tworzą linie proste wzdłuż przecinających siecznych płyty 54. W tym przykładzie wykonania strony sieczne 68, 70 są równoległe do siebie i średnicy D, okrągłej płyty 54 i są oddzielone po przeciwległych stronach średnicy D na taką samą odległość.

Jak ukazuje fig. 1, strona płyty 54, skierowana w stronę komory 50 może być widziana jako umiejscowiona wzdłuż dwóch płaszczyzn wymiarowych, posiadających oś x i oś y. W tym przykładzie średnica D okrągłej płyty 54 tworzy oś y, a prędkość rozdziału zawirowania jest pokazana jako poruszająca się poprzecznie do kierunku B obrotu zawirowania (w kierunku x, w stosunku do średnicy D, jak ukazuje fig. 1). Siła prędkości rozdziału jest zatem rozważana jako rosnąca liniowo od zera wraz ze wzrostem odległości wzdłuż osi y, od środka obrotu 60 oraz jako funkcja promienia R płyty 54. W związku z tym, cały przelot 52 powinien znajdować się pomiędzy środkiem 60 a zewnętrzną ściaPL 209 552 B1 ną pionową 56. Innymi słowy, żadna część przelotu 52 nie powinna przecinać lub stykać się ze środkiem 60.

Ten korzystny przykład wykonania przedmiotu wynalazku posiada kilka zalet, w stosunku do przelotów okrągłych, znanych ze stanu techniki. Ponieważ pole przekroju przelotu 52 w bliższy sposób odpowiada naturalnemu przepływowi, wytwarzanemu przez wentylator 58, przepływ przez przelot jest stabilniejszy, z mniejszymi zakłóceniami, odpowiadając w ten sposób szerszemu zakresowi stabilności przepływu przez przelot 52, co skutkuje znacznie niższym prawdopodobieństwem wygaszania płomienia. Większa ilość gazu jest zatem transportowana szybciej przez przelot 52, co z kolei zwiększa maksymalny wydatek energii spalania. Te zalety przedmiotu wynalazku są uzyskiwane zarówno, kiedy przelot 52 jest zastosowany w systemie z pojedynczą komora spalania, jak ukazuje fig 1, jak i w systemie wielokomorowym. Te zalety mogą być również uzyskiwane, kiedy przelot, stanowiący przedmiot wynalazku jest stosowany w połączeniu z otworami wlotowymi (nie pokazanymi) i/lub przelotami recyrkulacyjnymi (nie pokazanymi) umieszczonymi wzdłuż ciągłej ściany pionowej 56.

Figura 2 ukazuje, jak wspomniano powyżej, że niektóre systemy spalania, zarówno jedno, jak i wielokomorowe mogą wykorzystywać zawory, ograniczniki zaworów i zwężenia, w połączeniu z przelotem, przez który wyrzucany jest gaz. Zawór 72 oraz ogranicznik zaworu 74 są zastosowane wraz z przelotem 52, stanowiącym korzystny przykład wykonania przedmiotu wynalazku.

Korzystnie, zawór zwrotny, znany ze stanu techniki zawór 72, pozostaje zazwyczaj zamknięty, zapobiegając przed cofaniem się ciśnienia z przestrzeni zewnętrznej do komory 56. Pomimo, iż korzystne jest zastosowanie zaworu zwrotnego, inne typy zaworów, znane ze stanu techniki, mogą być również zastosowane w połączeniu tym przykładem wykonania przedmiotu wynalazku, bez odchodzenia od jego zakresu. Ogranicznik 74 może być wykonany z dowolnego, sztywnego, odpornego na spalanie materiału, znanego ze stanu techniki.

Jak wspomniano powyżej, prędkość rozdziału przepływu w przelocie 52, w kierunku x, wzrasta wraz ze wzrostem odległości od środka 60, w kierunku y. Autor przedmiotu wynalazku odkrył również, że zawirowanie wentylatora 58 powoduje, że rozdział materiału przechodzącego przez przelot 52, w kierunku z, wzrasta wraz ze wzrostem odległości od środka 60. W związku z tą zależnością korzystne jest zastosowanie jako zaworu 72 zaworu zwrotnego, ponieważ może on być otwierany stopniowo, na zawiasach lub pochylni, w kierunku zewnętrznej strony 64 przelotu 52, jak ukazuje to fig. 6.

Zawór 72 i ogranicznik 74 powinny zatem być korzystnie umieszczone tak, aby powstałe pole powierzchni w osi y-z mogło odpowiadać naturalnej prędkości rozdziału przepływu gazu przez przelot, powodowanemu przez wentylator. W związku z tym, zawór 72 i ogranicznik 74 powinny być płaskie i umieszczone wzdłuż promieniowej linii (nie pokazanej), która zwiększa się w kierunku z, od środka 60 do zewnętrznej ściany 56. Oś obrotu/zawias 76 zaworu 72 powinien być korzystnie umieszczony w obszarze płyty 54, w pobliżu środka 60 i obracać się w dół tak, aby szczelina pomiędzy nachyloną częścią ogranicznika 74 (lub otwartego zaworu 72) a przelotem 52 była większa przy ścianie zewnętrznej 56 i miejsca w pobliżu środka 60. Wewnętrzna powierzchni 78 ogranicznika 74, skierowana w stronę przelotu 52 powinna korzystnie odpowiadać kształtowi płaskiej pochylni.

Ten korzystny układ zaworu/ogranicznika najlepiej odpowiada przekrojowi prędkości rozdziału przepływu zawirowania gazu prze przelot 52, z położenia zamkniętego zaworu, kiedy zawór 72 w pełni zamyka przelot 52, do położenia zaworu otwartego, w którym zawór 72 w pełni styka się z ogranicznikiem 74. Każde pośrednie położenie zaworu 72, pomiędzy tymi dwoma położeniami umożliwia co raz większe zwiększenie przepływu w kierunku z, w stronę ściany zewnętrznej 56. Inną zaletą umieszczenia przelotu 52 z dala od środka 60 jest to, że obszar płyty 54, otaczający środek 60 może pozostać sztywny i umożliwia montaż ogranicznika 74 i osi obrotu/zawiasu 76 zaworu 72. Zawór 72 i ogranicznik 74 są korzystnie przymocowane do płyty 54 śrubami, lecz mogą również być przymocowane innymi sposobami, znanymi ze stanu techniki.

Uproszczony układ zaworu i ogranicznika umożliwia również ogranicznikowi 74 osłanianie przelotu 52 od otoczenia zewnętrznego, eliminując tym samym potrzebę dodatkowego zwężenia, opisanego powyżej, stosowanego do uzyskania ograniczonej drogi przepływu, dla zwiększenia wydatku energii spalania. W tym korzystnym układzie zawór 72 i ogranicznik 74 są zdolne do zapewnienia wystarczająco ograniczonej drogi, uzyskiwanej zazwyczaj przez dodatkowe zwężenie, przy jednoczesnym ulepszonym przekazywaniu gazu z komory do przestrzeni zewnętrznej. W związku z tym, przedmiot wynalazku umożliwia uniknięcie przeciwdziałania wymianie pomiędzy wysokoenergetyczną, ograniczoną drogą, a właściwym przekazywaniem gazu i płomienia, co występuje w istniejących układach zaworu i przelotu.

PL 209 552 B1

Ten korzystny układ ma również tę zaletę, że zwiększa prędkość rozdziału w trzech wymiarach, a nie tylko w dwóch, jak ukazuje to fig. 1. Dodatkowo, pomimo, iż układ zaworu jest opisany w odniesieniu do przelotu w komorze spalania, osoba zaznajomiona ze stanem techniki dostrzeże, ze układ zaworu i przelotu, stanowiący przedmiot wynalazku może również być wykorzystany w połączeniu z różnymi komorami w układzie wielokomorowym, w komorze położonej za komora zawierająca obrotowy wentylator lub nawet w systemie, który nie wymaga przekazywania spalania gazu przez przelot.

Figura 3 ukazuje komorę wentylatora, oznaczoną w całości jako 80, zawierającą wiele cech komory 50, które określono tymi samymi numerami. Komora 80 zawiera przelot 82, stanowiący kolejny, korzystny przykład wykonania przedmiotu wynalazku.

Przelot 82 jest podobny do przelotu 52, za wyjątkiem układu stron siecznych 68 i 70. W tym korzystnym przykładzie wykonania strony sieczne 68 i 70 nie są już równoległe do siebie i do średnicy D, lecz są umieszczone wzdłuż promienia R płyty 84. Poprzez umieszczenie stron siecznych 68, 70 wzdłuż promienia R płyty 84 są one automatycznie równo oddzielone po obu stronach średnicy D. Ten przykład wykonania ma najszerszy otwór przelotu 82, korzystnie najbliżej pionowej ściany komory 56, który staje się stopniowo coraz węższy w stronę środka obrotu 60. Taki układ przelotu 82 przypomina klin w kształcie kawałka toru i również w najbliższy sposób odpowiada naturalnemu przepływowi gazu przez przelot, powstającemu dzięki zawirowaniu, wytwarzanemu przez wentylator 58.

Autor przedmiotu wynalazku odkrył, że ten przykład wykonania jest szczególnie korzystny, kiedy nie stosuje się zaworu i ogranicznika zaworu na ograniczonej drodze lub kiedy zastosowany jest zawór, który otwiera się na ograniczoną odległość w poprzek przelotu 82 (równolegle do przelotu 82 i płyty 84, w kierunku z). Prędkość rozdziału przepływu przez przelot 82 może być osiągnięta przez kształt przelotu wyłącznie w płaszczyznach x i y. Osoby zaznajomione ze stanem techniki dostrzegą, że różne kombinacje przelotu i zaworu mogą również określać rozdział prędkości trójwymiarowego przepływu przez przelot 82, bez konieczności odchodzenia od zakresu przedmiotu wynalazku.

Pomimo, iż korzystne jest zastosowanie obu stron siecznych 68, 70 wzdłuż promienia R, w przykładzie wykonania przedmiotu wynalazku, autor przedmiotu wynalazku rozważa również, ze jedna z dwóch przeciwległych stron może być równoległa do średnicy D lub nawet równoległa do przeciwległej strony, przebiegającej wzdłuż promienia R. Jakkolwiek korzystnym układem jest taki, w którym strona sieczna 68 jest co najmniej na tyle oddalona od strony siecznej 70, w miejscu, w którym przecinają one zewnętrzną ścianę 64, jak w miejscu, w którym przecinają one wewnętrzną ścianę 62. Korzystniejsze jest nawet, jeżeli strona sieczna 68 jest bardziej oddalona od strony siecznej 70 w miejscu, w którym przecinają one zewnętrzną ścianę 64, niż w miejscu, w którym przecinają one wewnętrzną ścianę 62.

Przeloty, stanowiące przedmiot wynalazku, opisane powyżej, lepiej wykorzystują naturalne zawirowanie, wytwarzane przez obrót wentylatora w komorze wentylatora i mogą w ten sposób umożliwiać większy przepływ gazu przez przelot, w krótszym czasie, co może z kolei zwiększać maksymalny wydatek energii z komory. Ten ulepszony układ umożliwia szerszy zakres stabilności przepływu przez przelot, co skutkuje znacznie mniejszym ryzykiem wstępnego wygaszenie płomienia, kiedy gaz jest palny i zapalony. Przedmiot wynalazku umożliwia również zastosowanie bardziej uproszczonego układu zaworu i ograniczonej drogi, celem zakrycia przelotu, a dzięki temu, jak opisano powyżej, wymaga mniejszej ilości części składowych.

Osoby zaznajomione ze stanem techniki dostrzegą, że pomimo, iż przeloty, wykorzystywane w urządzeniach do spalania, stanowiące przedmiot wynalazku mogą być równie efektywnie wykorzystane w innych urządzeniach, wykorzystujących wentylator do szybkiego przekazywania gazu z jednej przestrzeni do drugiej, urządzeniach wykorzystujących tłok lub napędzanych urządzeniami spalinowymi w ogóle. Pomimo, iż mechanizm spalania, stanowiący przedmiot wynalazku, został pokazany i opisany w poszczególnych przykładach wykonania, możliwie jest również wprowadzanie w nim zmian i modyfikacji, bez odchodzenia od zakresu przedmiotu wynalazku, w szerokim znaczeniu takim, które zostało ujęte w zastrzeżeniach patentowych.

Claims (22)

1. Przelot komory wentylatora, wyznaczającej przestrzeń otoczoną co najmniej jedną ciągłą ścianą pionową, która łączy poziomą ścianę podstawy z przeciwległą poziomą ścianą wylotową, przy czym wewnątrz tej przestrzeni znajduje się wentylator, obrotowy w płaszczyźnie równoległej do płaszPL 209 552 B1 czyzny co najmniej jednej z poziomych ścian oraz przelot ograniczony przez jedną ścianę wewnętrzną, usytuowaną pomiędzy środkiem ściany wylotowej i zewnętrzną krawędzią ściany wylotowej, jedną ścianę zewnętrzną, usytuowaną pomiędzy ścianą wewnętrzną i zewnętrzną krawędzią ściany wylotowej, przy czym ta ściana wewnętrzna jest umieszczona pomiędzy ścianą zewnętrzną a środkiem ściany wylotowej oraz dwie przeciwległe ściany sieczne, łączące odpowiednie końce ściany zewnętrznej i ściany wewnętrznej, znamienny tym, że ściana wewnętrzna (62) komory (50) tworzy linię prostą i/lub linię wypukłą w stosunku do środka (60) ściany wylotowej (54, 84).

2. Przelot według zastrz. 1, znamienny tym, że pozioma ściana wylotowa (54) jest płytą o kształcie okrągłym.

3. Przelot według zastrz. 1, znamienny tym, że przeciwległe ściany sieczne (68, 70) są usytuowane wzdłuż promieni płyty (84) o kształcie okrągłym.

4. Przelot według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że przeciwległe ściany sieczne (68, 70) są równoległe do średnicy okręgu.

5. Przelot według zastrz. 2, znamienny tym, że ściana wewnętrzna (62) i ściana zewnętrzna (64) odpowiadają łukom okręgu.

6. Przelot według zastrz. 1, znamienny tym, że ściana wewnętrzna (62) jest równoległa do ściany zewnętrznej (64).

7. Przelot według zastrz. 1, znamienny tym, że przelot (52) ma kształt prostokątny.

8. Przelot według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że ściany sieczne (68, 70) są nierównoległe względem siebie, przy czym rozwarcie pomiędzy nimi stopniowo maleje w miarę zbliżania do środka (60) odpowiednio do rozkładu względnej prędkości gazu, powodowanej wytwarzanym przez wentylator zawirowaniem w przelocie (52).

9. Komora wentylatora, zawierająca poziomą ścianę podstawy, poziomą ścianę wylotową, ciągłą ścianę pionową, łączącą ścianę podstawy ze ścianą wylotową, wentylator wewnątrz komory, obrotowy w płaszczyźnie równoległej do co najmniej jednej ze ścian, na które składa się ściana podstawy i ściana wylotowa oraz przelot umieszczony na poziomej ścianie wylotowej i zawierający ścianę wewnętrzną i ścianę zewnętrzną, przeciwległą do ściany wewnętrznej oraz dwie przeciwległe ściany sieczne, połączone ze ścianą wewnętrzną i ścianą zewnętrzną, znamienna tym, że ściana wewnętrzna (62) komory (50) tworzy linię prostą i/lub wypukłą w stosunku do środkowego obszaru (60) poziomej ściany wylotowej (54, 84).

10. Komora według zastrz. 9, znamienna tym, że ściana zewnętrzna (64) ma długość równą lub większą niż długość ściany wewnętrznej (62).

11. Komora według zastrz. 9, znamienna tym, że zawiera ponadto zawór (72) do zakrywania przelotu (52) na zewnątrz komory (50), który to zawór (72) pozostaje zazwyczaj zamknięty, lecz otwiera się, kiedy ciśnienie wewnątrz komory (50) jest wyższe niż ciśnienie na zewnątrz komory (50).

12. Komora według zastrz. 11, znamienna tym, że na zewnątrz komory (50) jest umieszczony ogranicznik zaworu (74) zakrywający zawór (72) i przelot (52).

13. Komora według zastrz. 12, znamienna tym, że jeden koniec ogranicznika zaworu (74) jest zamontowany do środkowego obszaru poziomej ściany wylotowej (54), a drugi koniec ogranicznika zaworu (74) otwiera się od ściany wylotowej (54) najbliżej ściany pionowej (56).

14. Komora według zastrz. 13, znamienna tym, że kształt ogranicznika zaworu (74) tworzy pochylnię, która wzrastająco otwiera się w miarę wzrostu odległości od środka (60) tak, że jest najlepiej dostosowany do przekrojowego rozkładu prędkości gazu, wypychanego z komory (50) przez przelot (52) przy pomocy obrotowego wentylatora (58).

15. Komora według zastrz. 9, znamienna tym, że zawiera ponadto co najmniej jeden otwór wlotowy oraz otwór recyrkulacyjny, umieszczone na pionowej ścianie (56).

16. Wielokomorowe urządzenie o napędzie spalinowym, zawierające obrotowy wentylator, powodujący zawirowanie gazu spalinowego wewnątrz urządzenia, a także pierwszą komorę, tworzącą pierwszą przestrzeń, drugą komorę tworzącą drugą przestrzeń oraz przelot łączący, usytuowany pomiędzy pierwszą przestrzenią a drugą przestrzenią, przy czym ten przelot łączący ma elementy umożliwiające przechodzenie zapalonego płomienia gazu z pierwszej przestrzeni do drugiej przestrzeni, znamienne tym, że ściana wewnętrzna (62) komory (50) tworzy linię prostą i/lub wypukłą w stosunku do środka (60) ściany wylotowej (54), a przelot (52) ma kształt odpowiadający rozkładowi prędkości zawirowania palnego gazu oraz strumienia zapalonego gazu w przelocie (52).

PL 209 552 B1

17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że zawiera ponadto element zapłonowy, umieszczony w pierwszej komorze (50), zapalający gaz palny, zaś obrotowy wentylator (58) jest umieszczony w pierwszej komorze (50) poniżej elementu zapłonowego.

18. Urządzenie według zastrz. 16 albo 17, znamienne tym, że zawiera ponadto co najmniej jeden otwór wlotowy, usytuowany pomiędzy elementem zapłonowym a płaszczyzną obrotu wentylatora (58) na ścianie (56) pierwszej komory (50) prostopadłej do płaszczyzny obrotu wentylatora oraz otwór recyrkulacyjny, umieszczony na prostopadłej ścianie (56), pomiędzy płaszczyzną obrotu wentylatora a przelotem (52).

19. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że zawiera ponadto otwór w drugiej komorze, komorę tłokową (24) połączoną z drugą komorą przez otwór w drugiej komorze oraz tłok (20) umieszczony w komorze tłokowej (24) i mający elementy umożliwiające jego napędzanie przez ciśnienie spalania wewnątrz drugiej przestrzeni, w kierunku od drugiej komory.

20. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że zawiera ponadto zawór zwrotny (72) oraz ogranicznik zaworu (74), umieszczone ponad przelotem (52) poniżej płomienia zapalonego gazu, przy czym ten zawór zwrotny (72) pozostaje normalnie zamknięty, lecz otwiera się, kiedy ciśnienie w drugiej komorze jest niższe niż ciśnienie w pierwszej komorze (50).

21. Sposób przekazywania gazu z pierwszej komory do drugiej komory, połączonej z pierwszą komorą, znamienny tym, że polega na powodowaniu zawirowania gazu w pierwszej komorze (50) oraz na połączeniu ruchomej przestrzeni zawirowanego gazu z pierwszej komory (50) do drugiej komory przez przelot (52) według zastrz. 1 do 8, łączący pierwszą i drugą komorę w stosunku do rozkładu progresywnej prędkości ruchomej przestrzeni w pierwszej komorze (50).

22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że element łączący jest ukształtowany tak, aby odpowiadał progresywnej prędkości rozdziału.