WO2014142708A1 - Способ преобразования энергии сжатого газа - Google Patents

Способ преобразования энергии сжатого газа Download PDF

Info

Publication number
WO2014142708A1
WO2014142708A1 PCT/RU2014/000017 RU2014000017W WO2014142708A1 WO 2014142708 A1 WO2014142708 A1 WO 2014142708A1 RU 2014000017 W RU2014000017 W RU 2014000017W WO 2014142708 A1 WO2014142708 A1 WO 2014142708A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
liquid
cylinder
gas
gap
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000017
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Леонид Борисович КУЛИКОВ
Original Assignee
Kulikov Leonid Borisovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kulikov Leonid Borisovich filed Critical Kulikov Leonid Borisovich
Priority to DE112014000122.8T priority Critical patent/DE112014000122T5/de
Publication of WO2014142708A1 publication Critical patent/WO2014142708A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements

Definitions

  • the invention relates to the field of mechanical engineering, and in particular, to methods for converting mechanical energy into potential energy of compressed gas and vice versa and can be used to organize the working cycle in compressors, internal combustion engines, expanders and other reciprocating machines.
  • the prior art method for the mutual conversion of mechanical energy and the potential energy of compressed gas which consists in cyclically changing the volume of gas enclosed between the cylinder and the piston placed inside it, when they move relative to each other and periodically update the gas in the specified volume through the gas supply and exhaust channels (see patent GB 191209061, CL F02B 57/08, publ. 31.10.1912).
  • the disadvantages of this method are the low energy conversion coefficient due to high mechanical friction losses in the piston-cylinder pair, the need for lubrication, and, as a consequence, the contamination of the compressible gas with oil, and the inability to obtain a gas compression ratio of more than 10 atm in one stage. because with greater compression, the gas is heated to a temperature of more than 250 ° C, which leads to a rapid burnout of the lubricating oil.
  • the objective of the invention is to remedy these disadvantages.
  • the technical result consists in increasing the efficiency of the process by reducing friction losses and approximation compression process to an isothermal process.
  • the problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that according to the method of mutual conversion of mechanical energy and potential energy of compressed gas, which consists in cyclically changing the volume of gas enclosed between the cylinder and the piston placed inside it, when they move relative to each other and periodically update the gas in the specified volume through the channels for supplying and discharging gas, the cylinder and the piston are made in the form of hollow glasses having a bottom and a shell and facing open ends to each other, with a guaranteed gap between the shells, the gap, partially the cylinder and piston are filled with liquid, and the cylinder and piston with the liquid are placed in the field of potential forces in such a way that the difference in the static pressures of the liquid columns inside the piston and in the gap compensates for the difference in gas pressure inside the piston and external pressure acting on the surface of the liquid in the gap.
  • Figure 1 presents the compressor operating according to the proposed method in the field of gravitational forces (suction cycle);
  • figure 2 the same as in figure 1 (injection cycle);
  • Fig. 3 shows a compressor with combined pistons in combined cylinders operating according to the proposed method in the field of centrifugal forces; in Fig.4 - the same as in Fig.Z, with several fan-shaped pistons and cylinders.
  • FIGS. 1-2 The simplest compressor in which the proposed method can be implemented is shown in FIGS. 1-2 and consists of a fixed cylinder 1 in the form of a hollow cup equipped with a compressed air exhaust channel 2 and a self-acting exhaust valve 3.
  • a piston 4 having a bottom 5 is placed inside the cylinder and a cylindrical shell 6. Between the shell 6 of the piston 4 and the inner surface of the shell of the cylinder 1 there is a guaranteed annular gap 7, which is filled with liquid 8.
  • liquid 8 either water or solutions of salts, alkalis, sludge can be used and a melt of a substance resistant to oxidation and degradation at high temperatures (for example, molten glass or salt).
  • an air supply channel 9 is made with a self-acting inlet valve 10.
  • the bottom 5 of the piston 4, the inner surface of its shell 6 and the free surface of the liquid 8 located in the piston 4 form a closed air cavity 1 1, the volume of which cyclically changes when the back -the translational movement of the piston 4 in the cylinder 1.
  • the system is located in the field of gravity g.
  • a pump is provided that constantly pumps liquid 8 into cylinder 1 (not shown in the drawing).
  • the compressor depicted in figure 1-2 works as follows. At the beginning of the movement of the piston 4 upward (see FIG. 1), a certain vacuum of air is created in the cavity 1 1, under the influence of the difference between the atmospheric air pressures and the air pressure in the cavity 1 1, the inlet valve 10 opens and, with a further upward movement of the piston 4, increases the volume of the cavity 1 1 is filled with atmospheric air. The exhaust valve 3 is thus closed.
  • the difference in pressure of atmospheric air and air in the cavity 1 1 during the suction stroke moves the fluid 8 in such a way that the difference in the static pressures of the fluid 8 in the gravity field due to the difference “H” of the heights of the liquid columns in the piston 4 and the gap 7 compensates for the difference air pressure in the atmosphere and in the cavity 1 1.
  • the exhaust valve 3 After compressing the air in the cavity 1 1 to the required pressure, the exhaust valve 3 opens and, with the piston 4 moving downward, compressed air from the cavity 1 1 through the exhaust channel
  • the piston 4 begins to move up and the compressor cycle is repeated.
  • the difference in pressure of atmospheric air and air in the cavity 1 1 during the compression and forcing stroke moves the fluid 8 in such a way that the difference in the static pressures of the fluid 8 in the gravity field is caused by the difference “H” of the heights of the liquid columns in the piston 4 and the gap 7, always compensates for the difference in air pressures in the atmosphere and in cavity 1 1.
  • the booster pump (not shown) constantly adds a new cool 8 fluid bottom cylinder 1.
  • the height of the upper open end of cylinder 1 is selected so that during each compression cycle the excess liquid 8 from the gap 7 overflows over the upper edge of the cylinder 1, after which these excess heated liquid 8 is disposed of.
  • the maximum degree of air compression in this compressor design is directly proportional to the acceleration of gravity, the density of the liquid 8 and the difference in height of the liquid in the piston 4 and in the annular gap 7. Therefore, to increase the degree of compression of air, it is advisable to use liquids with a high density, for example, mercury or solutions salts, for example, solutions of calcium bromide, zinc bromide, zinc chloride, or mixtures thereof with a density of up to 2200 kg / cu. m.
  • a high density for example, mercury or solutions salts, for example, solutions of calcium bromide, zinc bromide, zinc chloride, or mixtures thereof with a density of up to 2200 kg / cu. m.
  • the maximum compression ratio is limited by the evaporation temperature of the liquid used, but, subject to constant renewal of the liquid, the temperature of the compressible gas can significantly exceed the temperature of evaporation of the liquid.
  • the cooling of a compressible gas by a constantly renewing cold liquid brings the gas compression process closer to isothermal compression, which also increases the efficiency of the compressor.
  • the compressor (FIG. 3) consists of an outer casing rotating around a fixed axis 12 and made in the form of a cylindrical pipe with blind ends integrating two cylinders 1.
  • the bottom of each cylinder is provided with air supply channels 9 ending with an inlet valve 10.
  • Inside the outer case an inner case is installed, combining two pistons 4, and made with the possibility of reciprocating motion along the guides 13.
  • the inner case is made in the form of a cylindrical pipe with two partitions, each of which is the bottom 5 of one of the pistons 4 dividing it into three parts.
  • Between the inner cylindrical surface of the outer casing and the outer cylindrical surface of the inner casing there is an annular gap 7 in communication with the atmosphere.
  • a buffer cavity 14 is formed between the bottom 5 of one piston 4 and the bottom of the other connected to the air exhaust channel and separated from the working cavities 1 1 by exhaust valves 3.
  • the compressor depicted in FIG. 3 operates as follows.
  • the outer casing of the cylinders 1 with the inner casing of the pistons 4 placed therein is rotationally driven around the axis 12, while the fluid 8 is pressed by centrifugal forces to the ends of the cylinders 1.
  • the inner casing, consisting of pistons 4 With the translational movement of the inner casing, consisting of pistons 4, from the upper end to the lower end in the upper cavity 1 1 creates some discharge of air, under the influence of the pressure difference atmospheric air and air pressure in the upper cavity 1 1, the inlet valve 10 opens and, with further movement, the upper cavity 1 1 increasing in volume is filled through the inlet channel 9 with atmospheric air.
  • the exhaust valve 3 is thus closed.
  • the difference in pressure of atmospheric air and air in the upper cavity 1 1 during the suction stroke moves the fluid 8 in such a way that the difference in static pressures of the fluid 8 located in the centrifugal force field is due to the difference “H” of the heights of the liquid columns in the cavity 1 1 and in the gap 7 , compensates for the difference in air pressure in the atmosphere and in the cavity 1 1.
  • the inlet valve 10 closes in the lower cavity 11
  • the exhaust valve 3 is still closed, the volume of the lower cavity 11 is reduced and air is compressed in it.
  • the exhaust valve 3 opens and, with continued movement of the housing from the pistons 4 from the upper end to the lower, compressed air from the lower cavity 1 1 through the exhaust valve 3 enters the cavity 14, from where it passes through the air exhaust channel (not indicated in FIG. 3) is allocated to the consumer.
  • the lower cavity 1 1 becomes suction
  • the upper one becomes the discharge one.
  • the maximum degree of air compression in this compressor design is directly proportional to centripetal acceleration, fluid density 8 and the difference in fluid heights in the upper and lower cavities 1 1 and in the annular gap 7.
  • FIG. 4 schematically shows a third embodiment of a compressor for compressing atmospheric air, which implements the proposed method.
  • the compressor consists of an external, rotating around a fixed axis 12 of the housing 15, including eight interconnected cylinders 1, placed open ends to the axis of rotation 12, and an internal, rotating around a fixed axis 16, a rotor 17, including eight interconnected pistons 4.
  • Pistons 4 are hollow cups facing open ends from the axis of rotation 16, with the pistons 4 entering the cylinders 1.
  • the axis of rotation 12 and 16 are parallel to each other and offset relative to each other by an eccentricity “e”.
  • Each of the pistons 4 has an inlet valve 10 connected through the air supply channel 9 to the atmosphere, and an exhaust valve 3 connected to the high pressure air channel 2. Gaps 7 and cylinders 1 are filled with liquid 8. Between the bottom 5 of the pistons 4 and the free surface of the liquid 8, closed cavities 1 1 are formed, which cyclically change their volume as the housing 15 rotates together with the rotor 17.
  • the pistons 4 are periodically immersed in and out of the liquid 8 located in the cylinders 1. Accordingly, the volume of closed cavities 1 1 changes periodically.
  • the outlet valve 3 in it automatically closes and the inlet valve 10 opens. Atmospheric air fills the cavity 1 1 until it reaches its maximum volume.
  • Further mutual rotation of the housing 15 and the rotor 17 leads to a decrease in the volume of this cavity 1 1, air is compressed to a certain pressure, at which the exhaust valve 3 is set. Then, the exhaust valve 3 of this cavity 1 1 opens and the compressed air is forced out into the air exhaust channel 2 .
  • the inlet valve 3 in this cavity 1 1 is closed.
  • the described compressor is simple in design, it does not have reciprocating movements of the executive bodies, and there is no sliding friction, which leads to higher efficiency than the prototype.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Compressor (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам преобразования механической энергии в потенциальную энергию сжатого газа и может быть использовано для организации рабочего цикла в поршневых машинах. Способ заключается в циклическом изменении объема газа и периодическом обновлении газа в объеме через каналы подвода и отвода газа. Объем газа заключен между цилиндром и помещенным внутрь него поршнем и изменяется при их перемещении относительно друг друга. Цилиндр и поршень выполняют в виде полых стаканов, имеющих дно и обечайку. Стаканы обращены открытыми торцами друг к другу и выполнены с гарантированным зазором между обечайками. Зазор заполняют жидкостью. Цилиндр и поршень с жидкостью помещают в поле действия потенциальных сил таким образом, что разница статических давлений столбов жидкости внутри поршня и в зазоре компенсирует разницу давления газа внутри поршня и внешнего давления, воздействующего на поверхность жидкости в зазоре. Повышается КПД процесса за счет уменьшения потерь на трение и приближения процесса сжатия к изотермическому процессу.

Description

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ СЖАТОГО ГАЗА
Изобретение относится к области машиностроения, а именно, к способам преобразования механической энергии в потенциальную энергию сжатого газа и наоборот и может быть использовано для организации рабочего цикла в компрессорах, двигателях внутреннего сгорания, детандерах и других поршневых машинах.
Из уровня техники известен способ взаимного преобразования механической энергии и потенциальной энергии сжатого газа, заключающийся в циклическом изменении объема газа, заключенного между цилиндром и помещенным внутрь него поршнем, при их перемещении друг относительно друга и периодическом обновлении газа в указанном объёме через каналы подвода и отвода газа (см. патент GB 191209061 , кл. F02B 57/08, опубл. 31.10.1912). Недостатками известного способа являются низкий коэффициент преобразования энергии из-за высоких механических потерь на трение в паре поршень-цилиндр, необходимость применения смазки, и, как следствие - загрязнение сжимаемого газа маслом, а также невозможность получения степени сжатия газа в одной ступени более 10 атм., т.к. при большем сжатии газ нагревается до температуры более 250°С, что приводит к быстрому выгоранию смазочного масла.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в повышении КПД процесса за счет уменьшения потерь на трение и приближения процесса сжатия к изотермическому процессу. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что согласно способу взаимного преобразования механической энергии и потенциальной энергии сжатого газа, заключающемуся в циклическом изменении объема газа, заключенного между цилиндром и помещенным внутрь него поршнем, при их перемещении друг относительно друга и периодическом обновлении газа в указанном объёме через каналы подвода и отвода газа, цилиндр и поршень выполняют в виде полых стаканов, имеющих дно и обечайку и обращенных открытыми торцами друг к другу, с гарантированным зазором между обечайками, зазор, частично цилиндр и поршень заполняют жидкостью, причём цилиндр и поршень с жидкостью помещают в поле действия потенциальных сил таким образом, что разница статических давлений столбов жидкости внутри поршня и в зазоре компенсирует разницу давления газа внутри поршня и внешнего давления, воздействующего на поверхность жидкости в зазоре. Цилиндр и поршень с жидкостью предпочтительно помещают в поле действия гравитационных или центробежных сил. В качестве жидкости может быть использована вода, расплав или раствор. Жидкость постоянно или периодически добавляют и обновляют.
На фиг.1 представлен компрессор, работающий согласно предлагаемому способу в поле гравитационных сил (цикл всасывания);
на фиг.2 - то же, что на фиг.1 (цикл нагнетания);
на фиг.З представлен компрессор с объединёнными поршнями в объединённых цилиндрах, работающий согласно предлагаемому способу в поле центробежных сил; на фиг.4 - то же, что на фиг.З, с несколькими веерообразно расположенными поршнями и цилиндрами.
Простейший компрессор, в котором может быть реализован предлагаемый способ, представлен на фиг.1-2 и состоит из неподвижного цилиндра 1 в виде полого стакана, снабженного каналом 2 отвода сжатого воздуха и самодействующим выпускным клапаном 3. Внутри цилиндра размещен поршень 4, имеющий дно 5 и цилиндрическую обечайку 6. Между обечайкой 6 поршня 4 и внутренней поверхностью обечайки цилиндра 1 имеется гарантированный кольцевой зазор 7, который заполнен жидкостью 8. В качестве жидкости 8 может быть применена или вода или растворы солей, щелочей, или расплав вещества, стойкого к окислению и деструкции при высоких температурах (например, расплавленное стекло или соль). В дне 5 поршня 4 выполнен канал 9 подвода воздуха с самодействующим впускным клапаном 10. Дно 5 поршня 4, внутренняя поверхность его обечайки 6 и свободная поверхность жидкости 8, находящейся в поршне 4, образуют замкнутую полость 1 1 воздуха, объем которой циклически изменяется при возвратно-поступательном движении поршня 4 в цилиндре 1. Система расположена в поле силы тяжести g. Для восполнения объема жидкости 8, неизбежно уменьшающейся за счет испарения и уноса с потоком сжатого газа, а также для замещения нагревающейся от сжатия газа жидкости 8, предусмотрен насос, постоянно подкачивающий жидкость 8 в цилиндр 1 (на чертеже не показан).
Компрессор, изображенный на фиг.1 -2, работает следующим образом. При начале движения поршня 4 вверх (см. фиг.1) в полости 1 1 создается некоторое разряжение воздуха, под действием разницы давлений атмосферного воздуха и давления воздуха в полости 1 1 открывается впускной клапан 10 и, при дальнейшем ходе поршня 4 вверх, увеличивающаяся в объеме полость 1 1 наполняется атмосферным воздухом. Выпускной клапан 3 при этом закрыт. Разница давлений атмосферного воздуха и воздуха в полости 1 1 во время такта всасывания перемещает жидкость 8 таким образом, что разница статических давлений жидкости 8, находящейся в поле силы тяжести, обусловленная разницей «Н» высот столбов жидкости в поршне 4 и зазоре 7, компенсирует разницу давлений воздуха в атмосфере и в полости 1 1.
При начале движения поршня 4 вниз (см. фиг.2) впускной клапан 10 закрывается, выпускной клапан 3 тоже пока закрыт, происходит уменьшение объема полости 1 1 и сжатие в ней воздуха.
После сжатия воздуха в полости 1 1 до требуемого давления открывается выпускной клапан 3 и, при продолжающемся движении поршня 4 вниз, сжатый воздух из полости 1 1 через выпускной канал
2 отводится потребителю. Далее поршень 4 начинает движение вверх и цикл работы компрессора повторяется. Разница давлений атмосферного воздуха и воздуха в полости 1 1 во время такта сжатия и нагнетания перемещает жидкость 8 таким образом, что разница статических давлений жидкости 8, находящейся в поле силы тяжести, обусловленная разницей «Н» высот столбов жидкости в поршне 4 и зазоре 7, всегда компенсирует разницу давлений воздуха в атмосфере и в полости 1 1. При сжатии воздуха в полости 1 1 его температура повышается, что за счет теплоотдачи приводит к нагреванию жидкости 8. Подкачивающий насос (на рисунке не показан) постоянно добавляет новую холодную жидкость 8 в цилиндр 1. При этом высота верхнего открытого торца цилиндра 1 выбрана с таким расчетом, чтобы при каждом цикле сжатия излишки жидкости 8 из зазора 7 переливались через верхний край цилиндра 1 , после чего эти излишки нагретой жидкости 8 утилизируются.
Максимальная степень сжатия воздуха в данной конструкции компрессора прямо пропорциональна ускорению свободного падения, плотности жидкости 8 и разнице высот жидкости в поршне 4 и в кольцевом зазоре 7. Поэтому, для повышения степени сжатия воздуха, целесообразно использовать жидкости с высокой плотностью, например, ртуть или растворы солей, например, растворы бромида кальция, бромида цинка, хлорида цинка, или их смеси с плотностью до 2200 кг/куб. м. В вышеописанной конструкции компрессора, по сравнению с общеизвестными конструкциями поршневого компрессора, отсутствуют боковые силы, прижимающие поршень к цилиндру, отсутствует непосредственный контакт боковых поверхностей поршня и цилиндра, что значительно уменьшает потери на трение. Максимальная степень сжатия ограничена температурой испарения применяемой жидкости, но, при условии постоянного обновления жидкости, температура сжимаемого газа может значительно превышать температуру испарения жидкости. Кроме того, охлаждение сжимаемого газа постоянно обновляющейся холодной жидкостью приближает процесс сжатия газа к изотермическому сжатию, что также повышает КПД работы компрессора.
В другом варианте реализации способа компрессор (фиг.З) состоит из наружного корпуса, вращающегося вокруг неподвижной оси 12 и выполненного в виде цилиндрической трубы с глухими торцами, объединяющей два цилиндра 1. Дно каждого цилиндра снабжено каналами 9 подвода воздуха, заканчивающимся впускным клапаном 10. Внутри наружного корпуса установлен внутренний корпус, объединяющий два поршня 4, и выполненный с возможностью совершения возвратно-поступательного движения по направляющим 13. Внутренний корпус выполнен в виде цилиндрической трубы с двумя перегородками, каждая из которых представляет собой дно 5 одного из поршней 4, делящими его на три части. В дне 5 каждого поршня 4 расположен выпускной клапан 3. Между внутренней цилиндрической поверхностью наружного корпуса и наружной цилиндрической поверхностью внутреннего корпуса имеется кольцевой зазор 7, сообщающийся с атмосферой. Внутри зазора, а значит, внутри наружного корпуса и поршней 4 помещена жидкость 8, которая при вращении прижимается центробежными силами к торцам цилиндров 1 наружного корпуса. Между свободными поверхностями жидкости 8 у двух торцов цилиндров 1 и дном 5 поршней 4 образуются рабочие полости 1 1, объем которых попеременно изменяется при возвратно- поступательном движении внутреннего корпуса в виде поршней 4. Между дном 5 одного поршня 4 и дном другого образована буферная полость 14, соединённая с каналом отвода воздуха и отделённая от рабочих полостей 1 1 выпускными клапанами 3.
Компрессор, изображенный на фиг.З, работает следующим образом.
Наружному корпусу из цилиндров 1 с размещенным в нем внутренним корпусом из поршней 4 придают вращательное движение вокруг оси 12, при этом жидкость 8 центробежными силами прижимается к торцам цилиндров 1. При поступательном движения внутреннего корпуса, состоящего из поршней 4, от верхнего торца к нижнему торцу в верхней полости 1 1 создается некоторое разряжение воздуха, под действием разницы давлений атмосферного воздуха и давления воздуха в верхней полости 1 1 открывается впускной клапан 10 и, при дальнейшем движении, увеличивающаяся в объеме верхняя полость 1 1 наполняется через впускной канал 9 атмосферным воздухом. Выпускной клапан 3 при этом закрыт. Разница давлений атмосферного воздуха и воздуха в верхней полости 1 1 во время такта всасывания перемещает жидкость 8 таким образом, что разница статических давлений жидкости 8, находящейся в поле центробежных сил, обусловленная разницей «Н» высот столбов жидкости в полости 1 1 и в зазоре 7, компенсирует разницу давлений воздуха в атмосфере и в полости 1 1.
Параллельно, в это же время, в нижней полости 11 впускной клапан 10 закрывается, выпускной клапан 3 тоже пока закрыт, происходит уменьшение объема нижней полости 11 и сжатие в ней воздуха. После сжатия воздуха в этой полости 11 до требуемого давления открывается выпускной клапан 3 и, при продолжающемся движении корпуса из поршней 4 от верхнего торца к нижнему, сжатый воздух из нижней полости 1 1 через выпускной клапан 3 поступает в полость 14, откуда через канал отвода воздуха (на фиг.З не обозначен) отводится потребителю. При реверсе движения внутреннего корпуса из поршней 4 нижняя полость 1 1 становится всасывающей, а верхняя - нагнетательной.
Максимальная степень сжатия воздуха в данной конструкции компрессора прямо пропорциональна центростремительному ускорению, плотности жидкости 8 и разнице высот жидкости в верхней и нижней полостях 1 1 и в кольцевом зазоре 7.
В вышеописанной конструкции компрессора, по сравнению с общеизвестной конструкцией поршневого компрессора, отсутствуют боковые силы, прижимающие поршень к цилиндру, отсутствует непосредственный контакт боковых поверхностей поршня и цилиндра, что значительно уменьшает потери на трение. Максимальная степень сжатия ограничена температурой испарения применяемой жидкости, но, при условии постоянного обновления жидкости, температура сжимаемого газа может значительно превышать температуру испарения жидкости. Кроме того, охлаждение сжимаемого газа постоянно обновляющейся холодной жидкостью приближает процесс сжатия газа к изотермическому сжатию, что также повышает КПД работы компрессора.
На фиг.4 схематично изображен третий вариант компрессора для сжатия атмосферного воздуха, в котором реализован предлагаемый способ. Компрессор состоит из наружного, вращающегося вокруг неподвижной оси 12 корпуса 15, включающего восемь соединенных между собой цилиндров 1, размещенных открытыми торцами к оси вращения 12, и внутреннего, вращающегося вокруг неподвижной оси 16, ротора 17, включающего восемь соединенных между собой поршней 4. Поршни 4 представляют собой полые стаканы, обращенные открытыми торцами от оси вращения 16, при этом поршни 4 заходят в цилиндры 1. Оси вращения 12 и 16 параллельны между собой и смещены друг относительно друга на эксцентриситет «е».
Каждый из поршней 4 имеет впускной клапан 10, соединенный через канал 9 подвода воздуха с атмосферой, и выпускной клапан 3, соединенный с каналом 2 отвода воздуха высокого давления. Зазоры 7 и цилиндры 1 заполнены жидкостью 8. Между дном 5 поршней 4 и свободной поверхностью жидкости 8 образуются замкнутые полости 1 1 , циклически изменяющие свой объем по мере вращения корпуса 15 совместно с ротором 17.
Компрессор, изображенный на фиг. 4, работает следующим образом. T RU2014/000017
При совместном вращении корпуса 15 с ротором 17 поршни 4 периодически погружаются в жидкость 8, находящуюся в цилиндрах 1, и выходят из нее. Соответственно, периодически изменяется объем замкнутых полостей 1 1. При увеличении объема какой-либо из полости 1 1 , автоматически закрывается выпускной клапан 3 в ней и открывается впускной клапан 10. Атмосферный воздух заполняет полость 1 1 до достижения ею максимального объема. Дальнейшее взаимное вращение корпуса 15 и ротора 17 приводит к уменьшению объема данной полости 1 1 , происходит сжатие воздуха до определенного давления, на которое настроен выпускной клапан 3. Затем выпускной клапан 3 данной полости 1 1 открывается и происходит вытеснение сжатого воздуха в канал 2 отвода воздуха. Впускной клапан 3 в данной полости 1 1 при этом закрыт. Таким образом, происходит циклическое всасывание атмосферного воздуха, его сжатие и вытеснение в канал высокого давления в каждой из восьми полостей 1 1.
Описанный компрессор прост по конструкции, в нем отсутствуют возвратно-поступательные движения исполнительных органов, а также отсутствует трение скольжения, что приводит к более высокому КПД, чем у прототипа.
Изложенные варианты выполнения устройств, реализующих заявленный способ, являются лишь примерами и не ограничивают объём притязаний, изложенных в формуле. При этом предлагаемый способ, реализованный в любом устройстве, благодаря использованию жидкости в потенциальном поле для компенсации давления позволяет значительно повысить КПД процесса за счет уменьшения потерь на трение и приближения процесса сжатия к изотермическому процессу.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ взаимного преобразования механической энергии и потенциальной энергии сжатого газа, заключающийся в циклическом изменении объема газа, заключенного между цилиндром и помещенным внутрь него поршнем, при их перемещении друг относительно друга и периодическом обновлении газа в указанном объёме через каналы подвода и отвода газа, отличающийся тем, что цилиндр и поршень выполняют в виде полых стаканов, имеющих дно и обечайку и обращенных открытыми торцами друг к другу, с гарантированным зазором между обечайками, зазор, частично цилиндр и поршень заполняют жидкостью, причём цилиндр и поршень с жидкостью помещают в поле действия потенциальных сил таким образом, что разница статических давлений столбов жидкости внутри поршня и в зазоре компенсирует разницу давления газа внутри поршня и внешнего давления, воздействующего на поверхность жидкости в зазоре.
2. Способ по п.1 , отличающийся тем, что цилиндр и поршень с жидкостью помещают в поле действия гравитационных сил.
3. Способ по п.1 , отличающийся тем, что цилиндр и поршень с жидкостью помещают в поле действия центробежных сил.
4. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в качестве жидкости используют воду.
5. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве жидкости используют расплавы или растворы веществ.
6. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что жидкость постоянно или периодически добавляют и обновляют.
PCT/RU2014/000017 2013-03-15 2014-01-15 Способ преобразования энергии сжатого газа WO2014142708A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112014000122.8T DE112014000122T5 (de) 2013-03-15 2014-01-15 Verfahren zur gegenseitigen Umformung von mechanischer Energie und von potentieller Druckgasenergie

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013111591 2013-03-15
RU2013111591/06A RU2511810C1 (ru) 2013-03-15 2013-03-15 Способ взаимного преобразования механической энергии и потенциальной энергии сжатого газа

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014142708A1 true WO2014142708A1 (ru) 2014-09-18

Family

ID=50438198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000017 WO2014142708A1 (ru) 2013-03-15 2014-01-15 Способ преобразования энергии сжатого газа

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112014000122T5 (ru)
RU (1) RU2511810C1 (ru)
WO (1) WO2014142708A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110608104B (zh) * 2019-09-20 2022-04-15 山东休普动力科技股份有限公司 一种稳定自由活塞直线发电机上止点位置的控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191209061A (en) * 1911-04-19 1912-10-31 Felix Tesse Two Stroke Explosion Engine.
RU90144U1 (ru) * 2008-11-19 2009-12-27 Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" Многоступенчатый поршневой компрессор высокого давления
CN201496216U (zh) * 2009-08-27 2010-06-02 潘建民 偏心推动圆周分布式柱塞泵
RU2440514C1 (ru) * 2011-01-11 2012-01-20 Ривенер Мусавирович Габдуллин Скважинная насосная установка

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB191209061A (en) * 1911-04-19 1912-10-31 Felix Tesse Two Stroke Explosion Engine.
RU90144U1 (ru) * 2008-11-19 2009-12-27 Открытое Акционерное Общество "Ордена Ленина Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Энерготехники Имени Н.А. Доллежаля" Многоступенчатый поршневой компрессор высокого давления
CN201496216U (zh) * 2009-08-27 2010-06-02 潘建民 偏心推动圆周分布式柱塞泵
RU2440514C1 (ru) * 2011-01-11 2012-01-20 Ривенер Мусавирович Габдуллин Скважинная насосная установка

Also Published As

Publication number Publication date
DE112014000122T5 (de) 2015-03-12
RU2511810C1 (ru) 2014-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU125635U1 (ru) Поршневой насос-компрессор
CA2809945C (en) Compressor with liquid injection cooling
CN108708840B (zh) 气态流体的热压缩装置
US4132505A (en) Thermocompressor utilizing a free piston coasting between rebound chambers
CN101387295A (zh) 双缸平动式旋转压缩装置
RU2578748C1 (ru) Поршневой компрессор с автономным жидкостным охлаждением
RU2511810C1 (ru) Способ взаимного преобразования механической энергии и потенциальной энергии сжатого газа
RU2578776C1 (ru) Способ работы машины объёмного действия и устройство для его осуществления
CN103492720B (zh) 通过液体喷射进行冷却的压缩机
RU2640970C1 (ru) Поршневой двухцилиндровый компрессор с жидкостным рубашечным охлаждением
KR102503493B1 (ko) 이온성액체를 사용한 압축기 구조
US20240125312A1 (en) Piston compressor, more particularly for a heat pump
RU2520793C1 (ru) Способ взаимного преобразования механической энергии и потенциальной энергии сжатого газа
RU2513056C1 (ru) Ротативный компрессор
RU130007U1 (ru) Ротативный компрессор
JP6114752B2 (ja) 圧縮機
RU2513068C1 (ru) Ротативный детандер
RU156149U1 (ru) Роторный компрессор
RU2734088C1 (ru) Ступень поршневого компрессора с жидкостным охлаждением
RU2722116C1 (ru) Способ работы поршневого двухступенчатого компрессора и устройство для его осуществления
CN101476552B (zh) 多缸平移压缩装置
RU145697U1 (ru) Насос плунжерный
RU135011U1 (ru) Ротационный компрессор
RU2605492C2 (ru) Поршневая гибридная машина
RU2369776C2 (ru) Ротационный компрессор

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14765500

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120140001228

Country of ref document: DE

Ref document number: 112014000122

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14765500

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1