SK7009Y1 - Piestový motor s vonkajším spaľovaním - Google Patents

Abstract

Piestový motor s vonkajším spaľovaním pozostáva z rotačného sférického trojuholníkového piesta (1), excentricky umiestneného v statore (2) tvaru epitrochoidy, kde časť telesa statora (2) zasahuje do vonkajšej spaľovacej komory (3) s prívodom (7) plynného paliva do vonkajšej spaľovacej komory (3). Aspoň jeden výstup (4) statora (2) je výstupným kanálom alebo potrubím prepojený so vstupom chladiča (5) a výstup chladiča (5) je vstupným kanálom alebo potrubím prepojený s aspoň jedným vstupom (6) statora (2).

Description

Oblasť techniky

Predstavované technické riešenie sa týka konštrukcie motora s rotačným piestom a s vonkajším spaľovaním. Technické riešenie patrí z hľadiska výroby do oblasti strojárenstva, konštrukcie spaľovacích motorov. Technické riešenie z hľadiska využitia patrí najmä do energetického priemyslu.

Doterajší stav techniky

Zo stavu techniky je známe veľké množstvo motorov a strojov. Najbežnejším mechanickým piestovým motorom na prevod tlaku plynného média na rotačný pohyb je piestový motor s kľukovým hriadeľom.

Je známa aj konštrukcia spaľovacích motorov s osadenými piestami s rotačným pohybom, ako sú napríklad motory s kruhovým pohybom piesta v statore v tvare skrátenej epitrochoidy. Klasickým predstaviteľom takéhoto motora je tzv. Wankelov motor opísaný v US patentoch č. 3 442 257 a 4 434 757 a v DE patente č. 3 027 208. Pri tomto type motora dosiaľ pretrvávajú nedostatky hlavne s utesnením jednotlivých komôr a s opotrebovaním tesniacich líšt.

Ďalej sú známe aj Stirlingove motory, ktoré sa radia medzi piestové tepelné stroje, v ktorých sa energia pre pracovný cyklus privádza prestupom tepla z vonkajšieho zdroja. Teplo sa najčastejšie získava vonkajším spaľovaním paliva. Je to motor s uzavretým obehom, s regeneratívnym obehom a so stálou náplňou pracovného plynu. Existujú dva hlavné typy Stirlingových motorov, ktoré sú rozlíšené spôsobom, ako presúvajú pracovný plyn medzi teplou a studenou stranou motora. Prvá alfa konfigurácia obsahuje dva pracovné piesty, jeden je pre teplý valec a druhý je pre studený valec. Druhá beta a gama konfigurácia používa oddelený mechanický preháňač na presúvanie pracovného plynu z teplého priestoru do studeného a naopak. Preháňač musí byť dostatočne veľký, aby zaistil účinnú izoláciu teplého a studeného priestoru a presunul dostatok pracovného plynu. Spoločnou nevýhodou Stirlingových motorov je ich veľkosť a cena.

Z hľadiska použitého paliva Stirlingove motory dokážu spaľovať tekuté palivá, plynné palivá, ako je zemný plyn a bioplyn. Naproti tomu všetky piestové spaľovacie motory s vnútorným spaľovaním s priamočiarym vratným pohybom vyžadujú použitia špecifických palív, pretože je im prispôsobená aj konštrukcia motora spočívajúca v zaradení alebo úprave filtrov, vstrekovačov alebo splynovačov paliva. Alebo sa v dôsledku zmeny použitého paliva menia jeho prevádzkové parametre, ako je napríklad kompresný pomer. Ale aj po optimalizácii týchto konštrukčných úprav alebo zmene prevádzkových parametrov je pri spaľovaní bioplynu v piestových spaľovacích motoroch s vnútorným spaľovaním s priamočiarym vratným pohybom veľmi krátky čas na dokonalejšie spálenie všetkých zložiek bioplynu, čo vedie k zvýšenej tvorbe exhalátov a ich následnému usadzovaniu v spaľovacom priestore motora a výfukových kanálov.

V súčasnosti zvýšená produkcia bioplynu ako plynu z biomasy, plynu zo skládok, plynu z čistiarní odpadových vôd, koksového plynu, banského plynu nachádza obmedzenia jeho využitia v piestových spaľovacích motoroch s vnútorným spaľovaním s priamočiarym vratným pohybom práve z dôvodu zvýšenej tvorbe exhalátov.

Preto vznikla požiadavka na vytvorenie takého motora, ktorý by mal jednoduchú konštrukciu, bol by cenovo dostupný a mohol by spaľovať aj menej hodnotné palivo, ako je práve bioplyn. Výsledkom tohto úsilia je piestový motor s vonkajším spaľovaním opisovaný v tomto úžitkovom vzore.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky odstraňuje piestový motor s vonkajším spaľovaním podľa tohto úžitkového vzoru, ktorého podstata spočíva v tom, že výhodne pozostáva z rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta excentrický umiestneného v statore tvaru skrátenej epitrochoidy, kde časť telesa statora v oblasti kompresie a expanzie zasahuje do vonkajšej spaľovacej komory s prívodom plynného paliva do vonkajšej spaľovacej komory. Sú možné aj iné zaužívané usporiadania rotačného piesta a statora. Aspoň jeden výstup statora je výstupným kanálom alebo potrubím prepojený so vstupom chladiča a výstup chladiča je vstupným kanálom alebo potrubím prepojený s aspoň jedným vstupom statora. Objem statora vymedzený rotačným trojuholníkovým zaobleným sférickým piestom, objem chladiča a vstupný a výstupný kanál alebo potrubia sú vyplnené stálou náplňou pracovného plynu. Pracovným plynom môže byť hélium, vodík, vzduch alebo iná vhodná plynná zmes. Vo výhodnom uskutočnení vnútorná obvodová plocha statora je oválneho alebo polkruhového tvaru a tiež obvodová plocha rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta má komplementárny oválny alebo polkruhový tvar, pričom oválna alebo polkruhová obvodová plocha rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta je vybavená aspoň jednou tesniacou lamelou osadenou cez celú šírku oválnej alebo polkruhovej obvodovej plochy rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta. Plynným palivom pre vonkajšiu spaľovaciu komoru je akékoľvek palivo najmä bioplyn.

SK 7009 Υ1

Vo variantnom riešení je stator v axiálnej rovine delený, pričom jeho horúca časť s vonkajšou spaľovacou komorou je tepelnou izoláciou tepelne izolovaná od studenej časti s chladičom.

Ak sa uvedená podstata technického riešenia bude aplikovať na Wankelov motor, potom je postačujúce odstrániť zapaľovaciu sústavu a v časti telesa statora v oblasti kompresie a expanzie upevniť vonkajšiu spaľovaciu komoru s prívodom plynného paliva do vonkajšej spaľovacej komory. Prípadne je vhodné už časť výfuku a sania vybaviť chladením.

Výhody piestového motora s vonkajším spaľovaním skonštruovaného podľa technického riešenia spočívajú, ako už vyplýva z názvu úžitkového vzoru, najmä v tom, že tu ide o spojenie Stirlingovho termodynamického uzavretého pracovného cyklu na motore s rotačným piestom (Wankelov motor), čím je takýto motor jednoduchej konštrukcie s minimom pohyblivých častí. Konštrukciou sa dosiahne vysoký pomer výkonu k hmotnosti a objemu motora. Výhodou je aj jednoduché utesnenie pracovných komôr oproti konštrukciám zo stavu techniky, pretože sa zníži počet tesniacich elementov. Výhody motora sa prejavia najmä v tom, že je možné spaľovať aj akékoľvek menej hodnotné palivá, najmä bioplyn, ktorý nie je vhodným palivom pre spaľovacie motory s priamočiarym vratným pohybom piesta. Pritom motor pracuje so stálou plynovou náplňou. Odpadá aj problém mazania styčných plôch rotačného piesta a statora, pretože spaľovacia komora sa nenachádza vnútri motora. Po zanesení vonkajšej spaľovacej komory splodinami nie je problém s jej čistením.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Piestový motor s vonkajším spaľovaním podľa technického riešenia bude bližšie ozrejmený pomocou výkresov, na ktorých obrázok 1 v priečnom pohľade znázorňuje rez motorom. Na obrázku 2 je znázornené variantné riešenie s deleným statorom.

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná základná konštrukcia piestového motora s vonkajším spaľovaním konštrukčne vychádzajúca z Wankeloveho motora. Pozostáva z klasického statora 2 ako valca a rotora ako rotačného piesta 1 tvaru zaobleného sférického trojuholníka excentrický umiestneného v statore 2 tvaru skrátenej epitrochoidy. Táto zostava však už nie je vybavená klasickými zážihovým zariadením a sústavou dodávky alebo vstreku paliva. Úprava tohto motora podľa úžitkového vzoru, ako je to znázornené na obrázku 1, spočíva v tom, že časť telesa statora 2 v oblasti kompresie a expanzie zasahuje do vonkajšej spaľovacej komory 3 s prívodom 7 plynného paliva do vonkajšej spaľovacej komory 3. Výstup 4 statora 2 je výstupným kanálom prepojený so vstupom chladiča 5 a výstup chladiča 5 je vstupným kanálom prepojený so vstupom 6 statora 2. Objem statora 2 vymedzený rotačným trojuholníkovým zaobleným sférickým piestom 1, objem chladiča 5 a vstupný a výstupný kanál alebo potrubia sú vyplnené stálou náplňou pracovného plynu 8. Pracovným plynom 8 je hélium, alternatívne vodík alebo vzduch. V alternatívnom výhodnom uskutočnení vnútorná obvodová plocha statora 2 má polkruhový tvar a tiež obvodová plocha rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta 1 má komplementárny polkruhový tvar, pričom polkruhová obvodová plocha rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta 1 je vybavená tesniacou lamelou osadenou cez celú šírku polkruhovej obvodovej plochy rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta 1. Plynným palivom pre vonkajšiu spaľovaciu komoru 3 je bioplyn.

Príklad 2

V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia je opísaná odvodená konštrukcia piestového motora s vonkajším spaľovaním konštrukčne vychádzajúca z Wankeloveho motora, ako to už bolo dostatočne opísané v príklade 1. Úprava tohto motora podľa úžitkového vzoru, ako je to znázornené na obrázku 2, spočíva v tom, že stator 2 je v axiálnej rovine delený, pričom jeho horúca časť s vonkajšou spaľovacou komorou 3 je tepelnou izoláciou 9 tepelne izolovaná od studenej časti s chladičom 5.

Priemyselná využiteľnosť

Piestový motor s vonkajším spaľovaním podľa tohto technického riešenia nachádza uplatnenie najmä v stacionárnych uplatneniach.

Claims (7)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Piestový motor s vonkajším spaľovaním, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z rotačného sférického trojuholníkového piesta (1) excentrický umiestneného v statore (2) tvaru epitrochoidy, kde časť telesa statora (2) zasahuje do vonkajšej spaľovacej komory (3) s prívodom (7) plynného paliva do vonkajšej spaľovacej komory (3) a kde aspoň jeden výstup (4) statora (2) je výstupným kanálom alebo potrubím prepojený so vstupom chladiča (5) a výstup chladiča (5) je vstupným kanálom alebo potrubím prepojený s aspoň jedným vstupom (6) statora (2); pričom objem statora (2) vymedzený rotačným trojuholníkovým sférickým piestom (1), objem chladiča (5) a vstupný a výstupný kanál alebo potrubia sú vyplnené stálou náplňou pracovného plynu (8).

2. Piestový motor s vonkajším spaľovaním podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že vnútorná obvodová plocha statora (2) má oválny alebo polkruhový tvar a tiež obvodová plocha rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta (1) má komplementárny oválny alebo polkruhový tvar, pričom oválna alebo polkruhová obvodová plocha rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta (1) je vybavená aspoň jednou tesniacou lamelou osadenou cez celú šírku oválnej alebo polkruhovej obvodovej plochy rotačného zaobleného sférického trojuholníkového piesta (1).

3. Piestový motor s vonkajším spaľovaním podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že stator (2) je v axiálnej rovine delený, pričom jeho horúca časť s vonkajšou spaľovacou komorou (3) je tepelnou izoláciou (9) tepelne izolovaná od studenej časti s chladičom (5).

4. Piestový motor s vonkajším spaľovaním podľa nároku 1, vyznačujúci plynným palivom pre vonkajšiu spaľovaciu komoru (3) je bioplyn.

v y z tým, že

5. Piestový motor s vonkajším spaľovaním podľa nároku 1, covným plynom (8) je hélium.

6. Piestový motor s vonkajším spaľovaním podľa nároku 1, covným plynom (8) je vodík.

7. Piestový motor s vonkajším spaľovaním podľa nároku 1, covným plynom (8) je vzduch.