WO2019059878A1 - Способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2019059878A1
WO2019059878A1 PCT/UA2018/000103 UA2018000103W WO2019059878A1 WO 2019059878 A1 WO2019059878 A1 WO 2019059878A1 UA 2018000103 W UA2018000103 W UA 2018000103W WO 2019059878 A1 WO2019059878 A1 WO 2019059878A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
working
vacuum
traction
movable
atmosphere
Prior art date
Application number
PCT/UA2018/000103
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Игор Мыколайовыч ДУБЫНСЬКЫИ
Андрей Игоревич ДУБИНСКИЙ
Original Assignee
Игор Мыколайовыч ДУБЫНСЬКЫИ
Андрей Игоревич ДУБИНСКИЙ
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 Игор Мыколайовыч ДУБЫНСЬКЫИ, Андрей Игоревич ДУБИНСКИЙ filed Critical Игор Мыколайовыч ДУБЫНСЬКЫИ
Priority to EA202000115A priority Critical patent/EA202000115A1/ru
Publication of WO2019059878A1 publication Critical patent/WO2019059878A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/10—Alleged perpetua mobilia
    • F03G7/129—Thermodynamic processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/10—Alleged perpetua mobilia

Definitions

  • the invention relates to the field of power engineering, in particular, engine, and relates to the development of environmentally friendly, energy-saving technologies for generating energy. And it can be used, in particular, when creating a vacuum-atmospheric power amplifiers (hereinafter - VAUM), which use the external supply of the atmosphere for the production of mechanical work, with its subsequent conversion into useful electrical energy.
  • - VAUM vacuum-atmospheric power amplifiers
  • the invention can be used in self-contained efficient converters of the potential energy of the atmosphere into electrical energy, hybrid power plants, as well as self-contained power units of low and medium power.
  • ICE internal combustion engines
  • a device that implements the technology of vacuum-atmospheric supply of non-thermal external energy is known, in which atmospheric pressure is used to obtain mechanical work (in particular, moving the load relative to the supporting and underlying surfaces) (patent UA JV ° 89112, 2009 , as well as the EA patent N ° 013312, 2010).
  • Such a device consists of a support mounted on the underlying surface, a carrying platform with a supporting surface, a loading platform rigidly connected with a moving load, a vacuum working chamber with a working medium made in the form of a bellows with an elastic side surface.
  • the chamber is rigidly connected with its upper base to the supporting surface, and the lower base to the loading platform.
  • the working chamber is also connected to the pumping means through the exhaust valve, and to the working medium inlet system through the inlet valve.
  • a crank mechanism with a rotating shaft hereinafter - KSHM
  • crank wheel on the section of the kinematic scheme between the drive mechanism, in this case the moving traction platform, and the generator, limits the output power and efficiency of the device. That, in turn, does not allow to fully use the main advantage of the VAUM technology, which consists in a constantly acting force, unchanged in magnitude, during the working stroke. In contrast, for example, from the principle of operation of the internal combustion engine, in which the force of action on the piston during the working stroke is variable.
  • a known method of operation of a vacuum engine and a vacuum engine including a cylinder block with pistons, consisting in creating a vacuum in the working chamber, by communicating it with a vacuum chamber to move the piston to the upper dead center, and feeding gas into the working chamber to move the piston to the lower dead point (RU Patent N ° 2329383, 2008).
  • the cylinder block with pistons of the vacuum engine form working chambers in the cylinders.
  • the engine also contains a vacuum chamber, a crankshaft, a compressor and a camshaft with cams and pushers.
  • Each cylinder is equipped with a spring valve, and a hole is made in the body of each spring valve with the ability to communicate the working chamber with the atmosphere.
  • This principle is implemented, in particular, in a reciprocating power plant, which contains a thermal piston engine (consisting of two piston groups with antiphase pistons), a linear generator with magnetic conductors and a movable inductor, a system for automatically controlling the heat content of the air-fuel mixture.
  • the pistons of the heat engine are connected directly to the rod of the inductor of the linear generator (patent RU JV ° 221 1932, 2003).
  • the device contains an additional KSHM with a flywheel, the main purpose of which is to transfer the piston through dead points in a 4-stroke thermodynamic cycle.
  • the pistons are simultaneously connected directly to the rod of the inductor of the linear generator and to the connecting rod of an additional KSHM located on the console between the pistons and the inductor.
  • KSHM a hard limitation of the working stroke and ensuring a smooth transition of the dead points of inductors (solenoid) in a magnetic field.
  • inductors solenoid
  • the KSHM construction is structurally possible only on the side console relative to the main power axis of the kinematic chain of the device. That significantly complicates the design, dramatically reduces the service life due to vibrations, and makes it impossible to use additional devices with a power load together with the crankshaft crankcase.
  • the proposed kinematic scheme of the device greatly complicates the practical application of this method of passing the "dead” points and produces an additional power take-off for the operation of the device as a whole. That, in turn, eliminates the main advantage of the linear generator. And reduces the efficiency of the device as a whole.
  • There are additional ways to increase the efficiency of converters of supplying energy into useful work involving the creation in devices (thermal or vacuum-atmospheric engines) power pairs of working chambers with variable volume (piston or bellows).
  • an additional camera is placed opposite the first, connecting their movable elements with each other with a rigid rod or through connecting rods connected to a single eccentric axis of the crank shaft.
  • a power plant whose operation is based on the principle of converting the mechanical energy of a heat engine into electrical energy (patent RU N ° 2213236, 2003).
  • the working mechanism of the device consists of several power pairs of opposite working chambers with variable volumes, made in the form of bellows.
  • the movable ends of the chambers are rigidly interconnected by rods connected by a movable, sturdy frame.
  • the working chambers are made in the form of thin-walled bellows.
  • the operation of the bellows occurs at high-frequency differences in temperature and pressure. This sharply limits the life of the device and requires constant replacement of the bellows.
  • the closest to the claimed method is the conversion of the potential energy of the atmosphere into useful electrical energy, including the use of moving parts of the energy converter (actuator) vacuum-atmospheric engine (VAD) as a drive motor.
  • actuator energy converter
  • VAD vacuum-atmospheric engine
  • VAD contains at least one pair of coaxial, spaced opposite each other, vacuum working chambers with variable volume, into which the atmosphere is cycled and evacuated cyclically so that the atmosphere is fed into one of the chambers simultaneously with its pumping out from the second chamber.
  • Both working chambers can be rigidly interconnected into a single power pair with a common rod / rod, which, in turn, is rigidly connected to a moving element of the actuator, in particular, a linear generator (patent UA 102562, 2013, as well as, patent EA N ° 021678, 2015).
  • both working chambers can be interconnected into a single power pair through connecting rods mounted on the same eccentric axis of the crankshaft crank shaft, which is located between them (patent UA N ° 89894, 2010).
  • a common drawback of both devices close to the claimed device is the presence of a crank motor, the purpose of which is to severely limit the working stroke and ensure a smooth transition of the dead points of the inductance coils (solenoid) in a magnetic field.
  • the crankshaft crank and linear generator are located between the opposite working chambers, which determines the loss of up to 50% of the device power.
  • the aim of the invention is to create a way to convert Atmospheric potential energy - VAUM technologies, with direct conversion of the potential energy of the atmosphere into useful electrical energy, with the possibility of additional compensation for short-term peak power take-offs at variable loads in devices created using this method. And as a result - increase the efficiency of such devices, while increasing the reliability of their work, productivity and efficiency.
  • the method of converting potential energy of the atmosphere into useful electrical energy includes the use of atmospheric pressure to provide reciprocating movement of a moving working element of a linear generator of electric energy, kinematically connected simultaneously with moving elements of two coaxially vacuum working chambers with variable volume. In which cyclically let in and pump out the atmosphere so that the inlet of the atmosphere in one of the chambers carried out simultaneously with its pumping from the second chamber.
  • a new method is that, at the same time, additional power is transmitted to the linear generator from the inertial energy storage, acting simultaneously on the moving elements of both vacuum working chambers with variable volume, via a crank mechanism, through the additional kinematic link, ensuring alignment all elements of the layout.
  • L is the stroke length of the movable working element of the linear generator.
  • the cross-sectional area of the working element of the linear generator and the effective area of the moving element of each vacuum working chamber are chosen equal to each other.
  • the device for converting potential energy of the atmosphere into useful electrical energy contains a working mechanism consisting of two coaxial vacuum working chambers with variable volumes, the side and end surfaces of which are movable, with the possibility of reciprocating movement under the action atmospheric pressure, connected through inlet and exhaust valves with inlet systems and vacuum pumping of the working medium. And also, an actuator containing a moving reciprocating working element of the linear generator.
  • the device additionally contains an inertial energy storage device with a crank mechanism, and the working mechanism additionally includes a fixed bearing surface with an internal cavity.
  • the bases of vacuum working chambers with variable volumes are rigidly connected to the opposite external sides of which.
  • the movable end surfaces of the chambers are made in the form of traction platforms, rigidly interconnected by additional rods into a single power pair.
  • one of the traction platforms is rigidly connected by a rod with a movable working element of the actuator located on the same axis with the movable elements of both coaxial vacuum working chambers.
  • crank shaft of the crank motor is located on the same axis with the moving elements of both coaxial vacuum working chambers.
  • While the intake and exhaust valves are made in the bases of the working chambers, and the channels of inlet and pumping of the working medium are made in the cavity of the fixed bearing surface of the device.
  • the side surfaces of both vacuum working chambers with variable volumes can be made in the form of bellows with oppositely placed, relative to the supporting surface, movable closed ends that act as traction platforms.
  • Each vacuum working chamber with a variable volume can also be made in the form of a cylinder-piston group with a fixed piston and a movable hollow cylinder with one closed end acting as a traction platform, which is hermetically attached to the piston with the possibility of sliding reciprocating motion relative to it.
  • the pistons are rigidly fixed on opposite sides of the fixed bearing surface, and the intake and exhaust valves are made in the bases of the pistons.
  • inductance coil solenoid
  • the actuator of the device can also be made in the form of permanent magnets, which perform reciprocating motion in fixed inductance coil, the cross-sectional area of which is equal to the effective area of each movable traction platform, and its internal volume is equal to the maximum volume of each vacuum working chamber.
  • Inductance coil in this case, may consist of a set of individual coils located on the magnetic core, the total total internal volume of which is equal to the maximum volume of each vacuum working chamber.
  • KSHM in which it is derived from the kinematic scheme between the drive mechanism, in this case the moving traction platform, and the linear generator, and is included in the kinematic the scheme between the inertial accumulator and the opposite traction platform of the drive mechanism, on the same axis of the entire kinematic scheme.
  • the CRG is derived from the kinematics of energy generation to the load, where it plays a negative role, and is introduced into the kinematics between the generator and the inertial storage mechanism, where the CRG starts to play a positive role to improve the efficiency of the device, which uses VAUM technology, to 90 - 95 %
  • the system can operate as a two-stroke vacuum-atmospheric mechanical power unit with a given adjustable frequency and a vacuum-atmospheric closed cycle “pumping-inlet”.
  • the inventive method of converting the potential energy of the atmosphere using VAUM technology provides direct conversion of the potential energy of the atmosphere into useful electrical energy, which is carried out using the inventive device - the atmospheric-gravitational energy converter (hereinafter referred to as AGK).
  • AGK atmospheric-gravitational energy converter
  • the power of such a generating device is 100 W with a maximum volume of the working chamber of one liter. And if the vacuum-atmospheric cycle, with the given parameters, will occur at a frequency of 10 Hz (600 rpm), then, by means of a working chamber, it is possible to ensure, due to the potential energy of the atmosphere, 1 MW of power for performing mechanical work.
  • N nP a S 3 (p (p r [W] (4)
  • n is the number of revolutions of the power shaft
  • This formula determines the main parameters of a power implosive power plant operating in a vacuum-atmospheric cycle, with the transformation of the reciprocating movement of the platform into a crankshaft rotation, in which, as an external source of non-thermal energy, the potential energy of the external environment — the atmosphere.
  • the power output is two times less than the power unit’s mechanical power unit can produce.
  • the power that the device can generate will be 1 MW, however, the output power at the output power shaft, according to formula (6), is 0.5 MW.
  • the force F a does not change in magnitude during the working stroke and, if there are two opposedly located working chambers rigidly connected to a power pair of a mechanical unit, it will be constant during the entire push-pull cycle, since each turn is a worker. Thus, the absence of a crank wheel will eliminate power loss up to 50%.
  • ⁇ eff is the cross-sectional area (m 2 ) of the traction platform. It is known that the magnetic field energy of the solenoid is equal to:
  • L is the length of the solenoid, m
  • V c the volume of the solenoid, m 3 ;
  • N is the magnetic field strength, A / m
  • the working chamber is in a different medium, for example, in water, then it is necessary to take into account the density of the medium p located in the gravitational field, which in this case is a complete analogy of the magnetic permeability ⁇ 0 .
  • the solenoid moves due to the permanently operating, constant in size GARDEN, which in this case can be called the “conversion” force of the atmospheric pressure F K (hereinafter referred to as the AACS), which is directly proportional to the effective area of the traction platform.
  • the Ampere force F AMP is directly proportional to the strength of the current that is generated by the solenoid to work on the load, and also directly proportional to the sectional area of the solenoid.
  • the force F K will be more force F amp , and in this case more energy will be spent on pumping out the working chamber than the solenoid can convert.
  • the volume of the working cavity V k and the volume of the solenoid V c must also be equal for optimal conversion.
  • V k V c ⁇ bV c (10)
  • the main feature of the design is such an arrangement of coaxial opposed working chambers, when their working movable elements are arranged not towards each other, but are turned in opposite directions with respect to the fixed supporting surface. Unlike ICE devices and schemes of the above described analogs, including the closest ones.
  • the rigid connection of movable elements made in the form of traction platforms between each other by additional thrusters located outside of the opposite working chambers allows them to move simultaneously in the same direction.
  • a single rigid power unit providing a constant and unchanged magnitude effect of the force of atmospheric pressure on the moving element of a linear generator, during its reciprocating motion.
  • the proposed scheme of the device also makes it possible to arrange on the same axis with the traction platforms of the opposite working chambers and the linear generator and the inertial energy store, spaced relative to the power unit.
  • the claimed technical solution of the device ensuring the alignment of all elements of its layout, causes a very high strength and rigidity of the whole structure, and, as a result, the reliability of its work.
  • the rigid connection of the traction platforms of the working chambers allows the power pair to operate in a single-cycle vacuum-atmospheric cycle, in which each stroke of the power pair is a worker.
  • each stroke of the power pair is a worker.
  • the pistons are connected by a cardan shaft, and move in an opposite pair to meet each other.
  • any movement of the power pair in both directions is working, respectively, each turn of the inductor in the magnetic field of the linear generator is also working, which allows to obtain a stable voltage at the output of the AGC in the form of a sinusoid without loss of power at idle.
  • KSHM provides the transfer of additional power from the inertial drive to the linear generator if necessary to compensate for peak maximum energy consumption by inductive load, as well as to increase the efficiency of AGK to 90 - 95%.
  • the claimed method of forming a power pair with an inertial energy storage device provides in AGK a uniform power load of the bellows when converting it into useful work of an inductance coil, which contributes to the reliability and increase of its service life.
  • the device contains one power pair, consisting of two bellows 1, 2;
  • the bellows 1, 2 contain inlet valves, respectively, 5 and 6 of the working medium (atmospheric air), and valves, respectively, 7 and 8 of the vacuum pumping system.
  • Traction platforms 3 and 4 - the movable ends of the bellows are rigidly connected by rods 9 and move synchronously in both directions.
  • the fixed ends of the bellows are rigidly fixed to the support surface 10 of the AGC housing.
  • the right traction platform 4 is rigidly connected by a linear generator by means of a rod 11, on which the inductors 12 are located in a magnetic field created by permanent magnets (not shown in the drawing).
  • the left traction platform 3 is rigidly connected to the inertial energy storage 13 via the rod 14. All three nodes of the AGK layout scheme are rigidly fixed on the base plate 15.
  • the vacuum pumping system contains a standard set of elements ensuring the operation of the VAUM technology, including along a closed loop without release to the atmosphere, therefore not shown in the drawing.
  • AGC works as follows.
  • the valve for inlet 6 of the left bellows is open, and the pumping valve 8 is closed.
  • the vacuum cavity of the left bellows is filled with the working medium under atmospheric pressure and the XACS does not exert pressure on its traction platform 3, i.e. left bellows idle.
  • valve inlet 5 of the right bellows is closed, and the pumping valve 7 is open, while the right bellows vacuum chamber is pumped out to pressure P 0 and XACD acts on its traction platform 4, compressing the bellows and simultaneously moving the inductance coil, t. e.
  • the right bellows carries out the working stroke.
  • the left traction platform Since the mobile traction platforms are rigidly connected by rods 9, the left traction platform also moves to the left and transmits the KSAD force through the CRG to the inertial energy storage device 13.
  • the inlet valve 6 closes and the pumping valve 8 opens.
  • the left bellows performs the working stroke, simultaneously moving the inductance coil to the right, and the right bellows performs idle.
  • valves With the passage of the right dead center, the valves are again synchronously switched and the cycle of reciprocating motion of the AGC is repeated.
  • KSAD is constant in magnitude along the entire length of the stroke and is determined only by the area of the end surface of the bellows and the difference of external and internal pressure in the bellows.
  • the AGK should idle until the inertial drive gains the necessary kinetic energy for mechanical smoothing of possible braking of the linear generator system when the peak loads are connected.
  • the closed loop movement of the working fluid in the inventive device eliminates emissions into the atmosphere, which ensures the environmentally friendly operation of AGK.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

Предложены способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию и устройство для его осуществления, в которых используется давление атмосферы для производства механической работы, с последующим ее преобразованием в электрическую энергию.

Description

Способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию и устройство для его осуществления
Изобретение относится к области энергетического машиностроения, в частности, двигателестроения, и касается вопросов разработки экологически чистых, энергосберегающих технологий генерации энергии. И может быть использовано, в частности, при создании вакуумно-атмосферных усилителей мощности (далее - ВАУМ), в которых используется внешний подвод атмосферы для производства механической работы, с последующим ее преобразованием в полезную электрическую энергию.
Изобретение может быть использовано в автономных экономичных конверторах потенциальной энергии атмосферы в электрическую энергию, гибридных силовых установках, а так же автономных энергетических агрегатов малой и средней мощности. Известно, что альтернативой широко используемых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), с присущими им общеизвестными недостатками, основным из которых есть использование органического топлива для их работы и, соответственно, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, являются сегодня экологически чистые атмосферные двигатели, работающие за счет перепада атмосферного давления и вакуума.
Известно устройство, реализующее технологию вакуумно-атмосферного подвода нетепловой внешней энергии, в котором, для получения механической работы (в частности, перемещения груза относительно опорной и подстилающей поверхностей), в качестве внешнего источника энергии, используется атмосферное давление (патент UA JV° 89112, 2009 г., а также патент ЕА N° 013312, 2010 г.).
Такое устройство состоит из опоры, установленной на подстилающей поверхности, несущей платформы с опорной поверхностью, грузовой платформы, жёстко связанной с перемещаемым грузом, вакуумной рабочей камеры с рабочей средой, выполненной в виде сильфона с эластичной боковой поверхностью. Камера жёстко соединена своим верхним основанием с опорной поверхностью, а нижним основанием - с грузовой платформой. Рабочая камера также соединена со средствами откачки через выпускной клапан, а с системой напуска рабочей среды - через впускной клапан. При этом, к нижнему основанию рабочей камеры жестко подсоединен кривошипно-шатунный механизм с вращающимся валом (далее - КШМ).
Наряду с описанными с данном патенте преимуществами вакуумно-атмосферного конвертора потенциальной энергии атмосферы в полезную механическую работу, основанными на модификации схемы напуска и откачки рабочей среды, недостатком его является наличие КШМ, в котором возвратно-поступательное движение подвижной торцевой поверхности сильфона - тяговой платформы переводится во вращательное посредством коленчатого вала, который вращает генератор.
Наличие КШМ на участке кинематической схемы между приводным механизмом, в данном случае подвижной тяговой платформой, и генератором, ограничивает отдаваемую мощность и КПД устройства. Что, в свою очередь, не позволяет полностью использовать основное преимущество технологии ВАУМ, заключающееся в постоянно действующей силе, неизменной по величине, во время рабочего хода. В отличие, к примеру, от принципа работы ДВС, в котором сила действия на поршень во время рабочего хода переменна.
Поэтому, в определенных случаях, в данном устройстве, возможна потеря практически 50% мощности на КШМ.
Известен способ работы вакуумного двигателя и вакуумный двигатель, включающий блок цилиндров с поршнями, заключающийся в создании разрежения в рабочей камере, путем сообщения ее с вакуумной камерой для перемещения поршня к верхней мертвой точке, и подачу в рабочую камеру газа для перемещения поршня к нижней мертвой точке (патент RU N° 2329383, 2008 г.). Блок цилиндров с поршнями вакуумного двигателя образуют в цилиндрах рабочие камеры. Двигатель также содержит вакуумную камеру, коленчатый вал, компрессор и распределительный вал с кулачками и толкателями. Каждый цилиндр снабжен пружинным клапаном, а в корпусе каждого пружинного клапана выполнено отверстие с возможностью сообщения рабочей камеры с атмосферой.
Установка на крышке цилиндра пружинного клапана со штоком обеспечивает возможность сообщения рабочей камеры с атмосферой и позволяет использовать атмосферный воздух в качестве рабочей среды для перемещения поршня к нижней мертвой точке. Создание разрежения в рабочей камере двигателя с помощью компрессора исключает применение каких-либо токсичных газов и обеспечивает безопасность работы двигателя.
Однако недостатком данного способа и вакуумного двигателя на его основе, также является наличие КШМ на участке кинематической схемы между приводным и исполнительным механизмами данного устройства. Что ведет к нерациональной потере порядка 50 % мощности. К тому же, применение компрессора ведет к значительному увеличению диаметров поршней для обеспечения приемлемой мощности при его практическом использовании.
Известны способы (и устройства их реализующие) для исключения негативного влияния КШМ, связанного с отбором мощности для работы устройств в целом, основанные на использовании в качестве исполнительного механизма возвратно- поступательного (линейного) генератора. При этом обеспечивается непосредственное воздействие подвижных элементов рабочих камер (поршневых или сильфонных) устройств (тепловых или вакуумно-атмосферных двигателей) на движущийся возвратно-поступательно рабочий элемент линейного генератора.
Такой принцип реализован, в частности, в электростанции возвратно- поступательного движения, которая содержит тепловой поршневой двигатель (состоящий из двух поршневых групп с противофазными поршнями), линейный генератор с магнитопроводами и подвижным индуктором, систему автоматического регулирования теплосодержания топливовоздушной смеси. Поршни теплового двигателя соединены непосредственно со штоком индуктора линейного генератора (патент RU JV° 221 1932, 2003 г.).
Однако устройство содержит дополнительный КШМ с маховиком, основным назначением которого является перевод поршня через "мертвые" точки при 4- тактном термодинамическом цикле. При этом, поршни одновременно соединены непосредственно со штоком индуктора линейного генератора и с шатуном дополнительного КШМ, расположенного на консоли между поршнями и индуктором.
Назначением КШМ является жесткое ограничение рабочего хода и обеспечение плавного перехода мертвых точек катушек индуктивности (соленоида) в магнитном поле. Однако, в данной кинематической схеме устройства, когда, линейный генератор расположен между оппозитными рабочими камерами, размещение КШМ конструктивно возможно только на боковой консоли относительно основной силовой оси кинематической цепи устройства. Что значительно усложняет конструкцию, резко уменьшает ресурс работы за счет вибраций, и не дает возможности использовать совместно с коленчатым валом КШМ дополнительные устройства с силовой нагрузкой.
Предложенная кинематическая схема устройства значительно усложняет практическое применение данного способа прохождения «мертвых» точек и производит дополнительный отбор мощности для работы устройства в целом. Что, в свою очередь, нивелирует основное преимущество линейного генератора. И снижает КПД устройства в целом. Известны дополнительные способы повышения КПД преобразователей подводящей энергии в полезную работу, предполагающие создание в устройствах (тепловых или вакуумно-атмосферных двигателях) силовых пар рабочих камер с переменным объемом (поршневых или сильфонных). При этом, дополнительную камеру располагают оппозитно первой, соединяя их подвижные элементы между собой жесткой тягой или через шатуны, подсоединенные к единой эксцентричной оси коленвала КШМ.
Наличие в устройстве силовых пар рабочих камер позволяет производить повышенную (удвоенную) работу в течение одного однотактного цикла.
Так, известна силовая установка, действие которой основано на принципе преобразования механической энергии теплового двигателя в электрическую энергию (патент RU N° 2213236, 2003 г.). Рабочий механизм устройства, состоит из нескольких силовых пар оппозитных рабочих камер с изменяемыми объемами, выполненными в виде сильфонов. Подвижные торцы камер жестко соединены между собой тягами, объединенными подвижной прочной рамой. Внутри рамы, между оппозитными камерами, расположен линейный генератор с неподвижным статором и ротором, кинематически связанным посредством жесткой тяги с приводным звеном двигателя.
Однако в данном устройстве рабочие камеры выполнены в виде тонкостенных сильфонов. Работа сильфонов происходит при высокочастотных перепадах температур и давлений. Это резко ограничивает ресурс работы устройства и требует постоянной замены сильфонов. Наиболее близким к заявляемому является способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, включающий использование в качестве приводного двигателя подвижных частей преобразователя энергии (исполнительного механизма) вакуумно-атмосферного двигателя (ВАД).
При этом ВАД содержит, как минимум, одну пару соосных, расположенных оппозитно друг другу, вакуумных рабочих камер с изменяемым объемом, в которые циклично напускают и откачивают атмосферу так, что напуск атмосферы в одну из камер осуществляют одновременно с ее откачкой из второй камеры.
Обе рабочие камеры могут быть жестко соединены между собой в единую силовую пару общим штоком/штангой, которая, в свою очередь, жестко соединена с подвижным элементом исполнительного механизма, в частности, линейного генератора (патент UA 102562, 2013 г., а также, патент EA N° 021678, 2015 г.).
В ином случае, обе рабочие камеры могут быть соединены между собой в единую силовую пару через шатуны, закрепленные на одной эксцентричной оси коленвала КШМ, который расположен между ними (патент UA N° 89894, 2010 г.).
Оба устройства, описанные в указанных патентах, обладают всеми преимуществами технологии ВАУМ (в частности, экономичностью, экологичностью и пр.), а также преимуществами от использования силовых пар рабочих камер. Как упоминалось выше, наличие силовых пар рабочих камер с возможностью их одновременного синхронного движения в обоих направлениях, обеспечивает постоянное действие удвоенной силы на подвижный элемент исполнительного механизма в процессе двухтактного цикла. Что позволяет производить повышенную работу в режиме двухтактного цикла, в котором каждый ход есть рабочий.
Однако, каждому их этих устройств присущи недостатки. Как упоминалось выше, наличие КШМ в устройстве (по патенту Ν« 89894) на участке кинематической схемы между приводным двигателем и исполнительным механизмом, ограничивает отдаваемую мощность и КПД устройства в целом. К тому же, компоновочная схема данного устройства обуславливает наличие двух вакуумных насосов и ресиверов, что усложняет устройство.
Негативное влияние КШМ, расположенного на участке кинематической схемы между приводным двигателем и исполнительным механизмом, на КПД устройства, исключено в схеме, описанной в патенте N° 102562. Однако, данная кинематическая схема включает расположение общего подвижного штока рабочих камер исполнительного механизма в полости одной из них, с обеспечением скользящего вакуумного уплотнения штока. Сложность обеспечения скользящих вакуумных уплотнений, а также необходимость использования двух вакуумных насосов в таком устройстве, значительно усложняет конструкцию, уменьшает ее надежность и сокращает ресурс работы устройства в целом.
Общим недостатком обоих, близких к заявляемому, устройств является наличие КШМ, назначением которого является жесткое ограничение рабочего хода и обеспечение плавного перехода мертвых точек катушек индуктивности (соленоида) в магнитном поле. При этом, коленвал КШМ и линейный генератор расположены между оппозитными рабочими камерами, что предопределяет потерю до 50 % мощности устройства. Целью заявляемого изобретения является создание способа конвертации потенциальной энергии атмосферы - технологии ВАУМ, с прямым преобразованием потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, с возможностью дополнительной компенсации кратковременных пиковых изменений отбора мощности при переменных нагрузках в устройствах, создаваемых с применением этого способа. И как следствие - увеличение КПД таких устройств, при одновременном увеличении надежности их работы, продуктивности и экономичности.
Поставленная цель достигается тем, что способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, включает использование силы атмосферного давления для обеспечения возвратно-поступательного перемещения подвижного рабочего элемента линейного генератора электрической энергии, кинематически связанного одновременно с подвижными элементами двух соосных вакуумных рабочих камер с изменяемым объемом. В которые циклично напускают и откачивают атмосферу так, что напуск атмосферы в одну из камер осуществляют одновременно с ее откачкой из второй камеры.
Новым в способе является то, что, наряду с этим, осуществляют передачу линейному генератору дополнительной мощности от инерционного накопителя энергии, воздействуя одновременно на подвижные элементы обеих вакуумных рабочих камер с изменяемым объемом, посредством кривошипно-шатунного механизма, через дополнительное кинематическое звено, с обеспечением соосности всех элементов компоновочной схемы.
При этом, длину кривошипа / кривошипно-шатунного механизма выбирают из соотношения / = L I 2, где L - длина хода подвижного рабочего элемента линейного генератора. А площадь сечения рабочего элемента линейного генератора и эффективную площадь подвижного элемента каждой вакуумной рабочей камеры выбирают равными между собой.
Поставленная цель достигается также тем, что, устройство для конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, содержит рабочий механизм, состоящий из двух соосных вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами, боковые и торцевые поверхности которых выполнены подвижными, с возможностью возвратно-поступательного движения под действием давления атмосферы, соединенных через впускные и выпускные клапаны с системами напуска и вакуумной откачки рабочей среды. А также, исполнительный механизм, содержащий движущийся возвратно-поступательно рабочий элемент линейного генератора. Новым в устройстве является то, что устройство дополнительно содержит инерционный накопитель энергии с кривошипно-шатунным механизмом, а рабочий механизм дополнительно включает неподвижную опорную поверхность с внутренней полостью. К противоположным внешним сторонам которой жестко подсоединены основания вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами. А подвижные торцевые поверхности камер выполнены в виде тяговых платформ, жестко связанных между собой дополнительными тягами в единую силовую пару.
При этом, одна из тяговых платформ жестко связана штоком с подвижным рабочим элементом исполнительного механизма, расположенным на одной оси с подвижными элементами обеих соосных вакуумных рабочих камер.
А противоположная ей тяговая платформа жестко связана дополнительным штоком с КШМ инерционного накопителя энергии, при этом, коленчатый вал КШМ расположен на одной оси с подвижными элементами обеих соосных вакуумных рабочих камер.
При этом впускные и выпускные клапаны выполнены в основаниях рабочих камер, а каналы напуска и откачки рабочей среды выполнены в полости неподвижной опорной поверхности устройства.
Боковые поверхности обеих вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами могут быть выполнены в виде сильфонов с размещенными противоположно, относительно опорной поверхности, подвижными замкнутыми торцами, выполняющими роль тяговых платформ.
Каждая вакуумная рабочая камера с изменяемым объемом также может быть выполнена в виде цилиндропоршневой группы с неподвижным поршнем и подвижным полым цилиндром с одним замкнутым торцом, выполняющим роль тяговой платформы, который герметично прикреплен к поршню с возможностью скользящего возвратно-поступательного движения относительно него. При этом, поршни, жестко закреплены на противоположных сторонах неподвижной опорной поверхности, а впускные и выпускные клапаны выполнены в основаниях поршней.
Исполнительный механизм устройства может быть выполнен в виде катушки индуктивности (соленоида), движущейся в магнитном поле, площадь сечения Sk которой равна: Sk = Sp ± ASP, где Sp - эффективная площадь подвижной тяговой платформы, а ее объём Vk равен: Vk = Vp ± AVP, где Vp - максимальный объём вакуумной рабочей камеры.
Исполнительный механизм устройства также может быть выполнен в виде постоянных магнитов, совершающих возвратно - поступательное движение в неподвижной катушке индуктивности, площадь сечения которой равна эффективной площади каждой подвижной тяговой платформы, а ее внутренний объём равен максимальному объёму каждой вакуумной рабочей камеры.
Катушка индуктивности, при этом, может состоять из набора отдельных катушек, расположенных на магнитопроводе, общий суммарный внутренний объём которых равен максимальному объёму каждой вакуумной рабочей камеры.
Таким образом, в заявляемом способе конвертации потенциальной энергии атмосферы, с использованием технологии ВАУМ, заложен принципиально иной физический механизм применения КШМ, в котором он выводится из кинематической схемы между приводным механизмом, в данном случае подвижной тяговой платформой, и линейным генератором, и включается в кинематическую схему между инерционным накопителем и противоположной тяговой платформой приводного механизма, на одной оси всей кинематической схемы.
В предлагаемом способе КШМ выводится из кинематики генерации энергии на нагрузку, где он играет отрицательную роль, и вводится в кинематику между генератором и инерционным накопительным механизмом, где КШМ начинает играть положительную роль для повышения КПД устройства, в котором применяется технология ВАУМ, до 90 - 95 %.
Прежде всего, он жестко ограничивает рабочий ход и обеспечивает плавный переход мертвых точек катушек индуктивности (соленоида) в магнитном поле, но, при этом не участвует в передаче усилия сопротивлению движения катушек и не снижает отдаваемую мощность катушек на нагрузку.
Кроме этого, он обеспечивает передачу дополнительной мощности от инерционного накопителя линейному генератору, обеспечивая дополнительное механическое усилие и автоматическую компенсацию пиковых максимальных потреблений энергии индуктивной нагрузкой, например пусковых токов электродвигателей .
Чтобы получать в течение длительного времени положительную механическую работу устройства, в котором применен способ конвертации потенциальной энергии атмосферы с использованием технологии ВАУМ, необходимо обеспечить цикличность движения тяговых платформ относительно опоры.
Например, тяговая платформа площадью S3(j)(p = 1 м2, при прохождении расстояния I— \ м под действием силы Fa атмосферного давления Ра (далее - САД) атмосферного столба воздуха, который давит на эффективную площадь внешней стороны тяговой платформы, произведет работу: A = Fa l = 101 κΗ χ 1M = 101 [кДж] (1)
и может обеспечивать в секунду получение 101 КВт полезной мощности:
N =F /t = Ра Ξ3φφ l/t = 101 [кВт] (2)
Очевидно, что исходя из формул (1) и (2), мощность определяется скоростью откачки вакуумной полости с максимальным объёмом V = S^l.
Для возврата платформы в исходное положение необходимо естественным путем (напуском) заполнить вакуумную полость атмосферным воздухом для компенсации действия САД на внешнюю сторону платформы. Таким образом, система может работать как двухтактный вакуумно-атмосферный механический силовой блок с заданной регулируемой частотой и вакуумно-атмосферным замкнутым циклом «откачка - напуск».
Жесткое соединение данного двухтактного вакуумно-атмосферного механического силового блока с линейным генератором, в котором катушка индуктивности совершает в магнитном поле возвратно-поступательное движение по замкнутому циклу, обеспечивает прямую конвертацию механической работы, произведенной тяговой платформой, в электрическую энергию, генерируемую катушкой индуктивности в магнитном поле.
Таким образом, заявляемый способ конвертации потенциальной энергии атмосферы с использованием технологии ВАУМ, обеспечивает прямое преобразование потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, которое осуществляется с помощью заявляемого устройства - атмосферно-гравитационного конвертора энергии (далее - АГК).
С учетом формул (1) и (2), при Ра = const, мощность такого генерирующего устройства составляет 100 Вт при максимальном объёме рабочей камеры один литр. А если вакуумно-атмосферный цикл, при заданных параметрах, будет происходить с частотой 10 Гц (600 об/мин.), то, посредством рабочей камеры, можно обеспечить за счет потенциальной энергии атмосферы 1 МВт мощности для осуществления механической работы.
В случае стандартного преобразования поступательного движения платформы во вращение коленчатого вала при помощи КШМ, при преобразовании поступательного движения платформы во вращение коленвала, крутящий момент, с учетом формулы (1), будет равен:
Мкр= Раг = РЛффШ [Нм] (3)
а мощность этого устройства, с применением КШМ, равна: N = nPaS3(p(pr [Вт] (4)
где:
n - число оборотов силового вала;
Ра - атмосферное давление, Па;
Sg p - эффективная площадь внешней поверхности платформы, м2;
- радиус точки приложения силы, м.
Эта формула определяет основные параметры силовой имплозивной энергетической установки, работающей по вакуумно-атмосферному циклу, с преобразованием возвратно-поступательного движения платформы во вращение коленвала, в которой, в качестве внешнего источника нетепловой энергии, используется потенциальная энергия внешней среды - атмосферы.
Например, при нормальном атмосферном давлении Ра= 1,013* 105 Па, крутящий момент для рассматриваемого случая равен:
М ^кр== 11,,001133** 1105^8эфф1,/2 = 50650 [Нм] (5)
а отдаваемая мощность при п =10 будет равна:
Nomd= l,013* 105 WS^r = 506 [кВт] (6)
В данном случае отдаваемая мощность в два раза меньше, чем может произвести механический блок силовой энергетической установки. Согласно формуле (2), при частоте 10 Гц, мощность, которую может генерировать устройство, будет 1МВт, однако отдаваемая мощность на выходном силовом валу, согласно формуле (6) составляет 0.5 МВт.
Сила Fa не меняется по величине в процессе рабочего хода и, при наличии двух, оппозитно расположенных рабочих камер, жестко связанных в силовую пару механического блока, будет постоянна во время всего двухтактного цикла, т.к. каждый ход - рабочий. Т.о., отсутствие КШМ позволит исключить потери мощности до 50 %.
Потенциальная энергия атмосферы в гравитационном поле, которая используется посредством создания вакуумной полости в виде рабочей камеры с переменным объемом и подвижной тяговой платформой выражается формулой:
WPK = РЛФФ1 = Pa VpK (7)
где:
/ - длина (м) хода платформы при сокращении объёма рабочей камеры от максимального до минимального, что определяет ее рабочий объём Увк, м ;
^эфф - площадь поперечного сечения (м2) тяговой платформы. Известно, что энергия магнитного поля соленоида равна:
Figure imgf000013_0001
SC - площадь поперечного сечения соленоида, м2;
L - длина соленоида, м;
Vc- объём соленоида, м3;
Н- напряженность магнитного поля, А/м;
В - магнитная индукция, Т;
μ0- магнитная проницаемость. Из приведенных формул (7) и (8), очевидно, что энергия, полученная с помощью рабочей камеры, прямо пропорциональна её объёму и атмосферному давлению, а энергия соленоида прямо пропорциональна его объёму, магнитной индукции и напряженности магнитного поля, в котором он находится.
В общем виде, если рабочая камера находится в другой среде, например в воде, то необходимо учитывать плотность среды р, находящейся в гравитационном поле, что в данном случае, есть полная аналогия магнитной проницаемости μ0.
Жесткое соединение подвижной торцевой поверхности тяговой платформы с соленоидом, находящимся в магнитном поле, приводит к тому, что они движутся под постоянным действием силы САД с одинаковой скоростью по возвратно- поступательному вакуумно-атмосферному циклу. При этом работа, производимая тяговой платформой, будет в соленоиде конвертироваться в работу силы Лоренца, которая будет генерировать ЭДС индукции, пропорциональную работе, произведенной тяговой платформой.
Соленоид движется за счет постоянно действующей, неизменной по величине САД, которую в этом случае можно назвать «конвертационной» силой атмосферного давления FK (далее - КСАД), которая прямо пропорциональна эффективной площади тяговой платформы.
А создающая движению соленоида сопротивление (магнитное торможение) сила Ампера FAMP, прямо пропорциональна силе тока, который генерируется соленоидом для работы на нагрузку, и так же прямо пропорционально зависит от площади сечения соленоида. Таким образом, именно равенство эффективной площади тяговой платформы 8эфф и площади сечения соленоида SC позволяет получить максимальный КПД конвертера.
Если площадь будет больше сечения площади соленоида SC, то сила FK будет больше силы Famp, и в этом случае будет затрачиваться больше энергии на откачку рабочей камеры, чем может конвертировать соленоид.
Если же сечение соленоида больше эффективной площади S^, то невозможно будет получить максимальный ток, на который рассчитаны параметры соленоида.
При равенстве их площадей будет происходить оптимальная конвертация потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию.
Очевидно, что, исходя из формул (2) и (7), объём рабочей полости Vk и объём соленоида Vc так же должны быть равны для оптимальной конвертации.
Таким образом, в заявляемом способе конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию и в конверторе - устройстве для его осуществления должны соблюдаться следующие соотношения:
Sk = Sc ± ASc (9)
Vk = Vc ± bVc (10)
Предложенное техническое решение устройства, позволяет реализовать все вышеуказанные преимущества заявленного способа.
Основной особенностью конструкции является такое расположение соосных оппозитных рабочих камер, когда их рабочие подвижные элементы расположены не навстречу друг другу, а развернуты в противоположные стороны относительно неподвижной опорной поверхности. В отличие от устройств ДВС и схем вышеописанных аналогов, включая наиболее близкие.
При этом, жесткое соединение подвижных элементов, выполненных в виде тяговых платформ, между собой дополнительными тягами, расположенными за пределами оппозитных рабочих камер, позволяет им двигаться одновременно в одну и ту же сторону. Образуя, при этом единый жесткий силовой блок, обеспечивающий постоянное и неизменное по величине действие силы атмосферного давления на подвижный элемент линейного генератора, при его возвратно-поступательном движении.
Предложенная схема устройства также позволяет расположить на одной оси с тяговыми платформами оппозитных рабочих камер и линейный генератор и инерционный накопитель энергии, разнесенные относительно силового блока.
Заявленное техническое решение устройства, обеспечивающее соосность всех элементов его компоновочной схемы, обуславливает очень высокую прочность и жёсткость всей конструкции, и, как следствие, надежность ее работы.
В отличие от вышеописанных аналогов, в конструкциях которых линейные генераторы расположены между оппозитными рабочими камерами, что снижает прочность всей конструкции в целом, и, как следствие, надежность ее работы, а также ограничивается возможность применения дополнительных устройств.
Жесткое соединение тяговых платформ рабочих камер позволяет силовой паре работать в режиме однотактного вакуумно-атмосферного цикла, при котором каждый ход силовой пары есть рабочий. В отличие, к примеру, от классических двух и четырехтактных циклов двигателей внутреннего сгорания, в которых поршни соединены карданным валом, и движутся в оппозитной паре на встречу друг к другу.
В данном случае, любое движение силовой пары в обе стороны является рабочим, соответственно каждый ход катушки индуктивности в магнитном поле линейного генератора так же является рабочим, что позволяет получать на выходе АГК стабильное напряжение в виде синусоиды без потери мощности на холостом ходу.
Подсоединение к противоположному концу штока линейного генератора инерционного накопителя энергии посредством КШМ позволяет жестко ограничить рабочий ход и обеспечить плавный переход мертвых точек катушками индуктивности в магнитном поле, при этом не снижать отдаваемую мощность катушек на нагрузку.
Кроме этого, КШМ обеспечивает передачу дополнительной мощности от инерционного накопителя линейному генератору при необходимости компенсации пиковых максимальных потреблений энергии индуктивной нагрузкой, а так же повысить КПД АГК до 90 - 95 %.
Заявленный способ образования силовой пары с инерционным накопителем энергии обеспечивает в АГК равномерную силовую нагрузку сильфонов при конвертации ее в полезную работу катушки индуктивности, что способствует надежности и увеличению ресурса его работы.
Таким образом, совокупность признаков заявляемого изобретения является необходимой и достаточной для достижения поставленной цели.
На чертеже представлена схема заявляемого АГК для случая, когда:
- устройство содержит одну силовую пару, состоящую из двух сильфонов 1, 2;
- подвижные торцы сильфонов - тяговые платформы 3 и 4, а также вакуумные полости сильфонов находятся в среднем положении рабочего хода/холостого хода;
- стрелками показано направление движения рабочей среды через полость опорной поверхности/силовую пару;
- система откачки/напуска рабочей среды (атмосферного воздуха) не показана;
- R - радиус/длина кривошипа коленвала; 2R - длина соленоида/подвижного элемента линейного генератора. Сильфоны 1, 2 содержат клапаны напуска, соответственно, 5 и 6 рабочей среды (атмосферного воздуха), и клапаны, соответственно 7 и 8 вакуумной системы откачки. Тяговые платформы 3 и 4 - подвижные торцы сильфонов жестко соединены тягами 9 и движутся синхронно в обе стороны. Неподвижные торцы сильфонов жестко закреплены на опорной поверхности 10 корпуса АГК.
Правая тяговая платформа 4 жестко соединена линейным генератором посредством штока 11, на котором находятся катушки индуктивности 12, находящиеся в магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами (на чертеже не показаны).
Левая тяговая платформа 3 жестко соединена с инерционным накопителем энергии 13 посредством штока 14. Все три узла компоновочной схемы АГК жестко зафиксированы на базовой плите 15.
Вакуумная система откачки содержит стандартный набор элементов, обеспечивающую работу технологии ВАУМ, в том числе и по замкнутому контуру без выхода в атмосферу, поэтому на чертеже не показаны.
АГК работает следующим образом.
В начальном положении (на чертеже показана кинематическая схема АГК в среднем положении рабочего/холостого хода) клапан напуска 6 левого сильфона открыт, а клапан откачки 8 закрыт. При этом, вакуумная полость левого сильфона наполнена рабочей средой под атмосферным давлением и КСАД не оказывает давления на его тяговую платформу 3, т.е. левый сильфон осуществляет холостой ход.
В это время клапан напуска 5 правого сильфона закрыт, а клапан откачки 7 открыт, при этом, вакуумная полость правого сильфона откачана до давления Р0 и КСАД действует на его тяговую платформу 4, сжимая сильфон и, одновременно, двигая влево катушку индуктивности, т.е. правый сильфон осуществляет рабочий ход.
Так как подвижные тяговые платформы жестко связаны тягами 9, то левая тяговая платформа так же движется влево и передаёт усилие КСАД посредством КШМ на инерционный накопитель энергии 13.
При прохождении левой мёртвой точки в левом сильфоне клапан напуска 6 закрывается, а клапан откачки 8 открывается. При этом, левый сильфон выполняет рабочий ход, одновременно двигая вправо катушку индуктивности, а правый сильфон выполняет холостой ход.
При прохождении правой мертвой точки клапаны снова синхронно переключаются и цикл возвратно-поступательного движения АГК повторяется.
Таким образом, в АГК производится работа по замкнутому вакуумно- атмосферному циклу, в котором каждый ход является рабочим. Обеспечение возможности быстрого изменения давления в рабочей камере позволяет получить непрерывный цикличный процесс движения тяговых платформ, которые жестко соединены тягами и представляют собой единую конструкцию - силовую пару, совершающую работу по однотактному вакуумно - атмосферному циклу.
При этом, действующая на тяговые платформы КСАД постоянна по величине по всей длине рабочего хода и определяется только площадью торцевой поверхности сильфона и разницей внешнего и внутреннего давлений в сильфоне.
При первоначальном запуске АГК должен проработать на холостом ходу, пока инерционный накопитель не наберет необходимую кинетическую энергию для механического сглаживания возможного торможения движения системы линейного генератора при подключении пиковых нагрузок.
Применение данного устройства, реализующего заявленный способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, позволит создать экономичные вакуумно-атмосферные генераторы чистой электроэнергии с КПД до 95%.
А также мощные двигатели с малым потреблением топлива, что даст значительную экономию топлива для комбинированных автономных бензиновых и дизельных электростанций при той же отдаваемой мощности.
Замкнутый контур движения рабочего тела в заявляемом устройстве исключает выбросы в атмосферу, чем обеспечивается экологически чистая работа АГК.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, включающий использование силы атмосферного давления для обеспечения возвратно-поступательного перемещения подвижного рабочего элемента линейного генератора электрической энергии, кинематически связанного одновременно с подвижными элементами двух соосных вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами, в которые циклично напускают и откачивают атмосферу так, что напуск атмосферы в одну из камер осуществляют одновременно с ее откачкой из второй камеры, отличающийся тем, что, наряду с этим, осуществляют передачу линейному генератору дополнительной мощности от инерционного накопителя энергии, воздействуя одновременно на подвижные элементы обеих вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами, посредством кривошипно-шатунного механизма, через дополнительное кинематическое звено, с обеспечением соосности всех элементов компоновочной схемы.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, длину кривошипа / кривошипно- шатунного механизма выбирают из соотношения: / = L I 2, где L - длина хода подвижного рабочего элемента линейного генератора, а площадь сечения рабочего элемента линейного генератора и эффективную площадь подвижного элемента каждой вакуумной рабочей камеры выбирают равными между собой.
3. Устройство для конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию, содержащее рабочий механизм, состоящий из двух соосных вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами, боковые и торцевые поверхности которых выполнены подвижными, с возможностью возвратно-поступательного движения под действием давления атмосферы, соединенных через впускные и выпускные клапаны с системами напуска и вакуумной откачки рабочей среды, и исполнительный механизм, содержащий движущийся возвратно-поступательно рабочий элемент линейного генератора, отличающееся тем, что, устройство дополнительно содержит инерционный накопитель энергии с кривошипно-шатунным механизмом, а рабочий механизм дополнительно включает неподвижную опорную поверхность с внутренней полостью, к противоположным внешним сторонам которой жестко подсоединены основания вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами, подвижные торцевые поверхности которых выполнены в виде тяговых платформ, жестко связанных между собой дополнительными тягами в единую силовую пару, при этом, одна из тяговых платформ жестко связана штоком с подвижным рабочим элементом исполнительного механизма, расположенным на одной оси с подвижными элементами обеих соосных вакуумных рабочих камер, а противоположная ей тяговая платформа жестко связана дополнительным штоком с кривошипно-шатунным механизмом, коленчатый вал которого расположен на одной оси с подвижными элементами обеих соосных вакуумных рабочих камер, при этом впускные и выпускные клапаны выполнены в основаниях рабочих камер, а каналы напуска и откачки рабочей среды выполнены в полости неподвижной опорной поверхности устройства.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что боковые поверхности обеих вакуумных рабочих камер с изменяемыми объемами выполнены в виде сильфонов с размещенными противоположно, относительно опорной поверхности, подвижными замкнутыми торцами, выполняющими роль тяговых платформ.
5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что каждая вакуумная рабочая камера с изменяемым объемом выполнена в виде цилиндропоршневой группы с неподвижным поршнем и подвижным полым цилиндром с одним замкнутым торцом, выполняющим роль тяговой платформы, который герметично прикреплен к поршню с возможностью скользящего возвратно-поступательного движения относительно него, при этом, поршни, жестко закреплены на противоположных сторонах неподвижной опорной поверхности, а впускные и выпускные клапаны выполнены в основаниях поршней.
6. Устройство по п.п. 3-5, отличающееся тем, что исполнительный механизм устройства выполнен в виде катушки индуктивности, движущейся в магнитном поле, площадь сечения Sk которой равна: Sk = Sp ± &SP, где Sp— эффективная площадь подвижной тяговой платформы, а ее объём V равен: Vk = Vp ± Δ¥ρ, где Vp - максимальный объём вакуумной рабочей камеры.
7. Устройство по п.п. 3-5, отличающееся тем, что исполнительный механизм выполнен в виде постоянных магнитов, совершающих возвратно-поступательное движение в неподвижной катушке индуктивности, площадь сечения которой равна эффективной площади каждой подвижной тяговой платформы, а ее внутренний объём равен максимальному объёму каждой вакуумной рабочей камеры.
8. Устройство по п.п. 6, 7, отличающееся тем, что катушка индуктивности состоит из набора отдельных катушек, расположенных на магнитопроводе, общий суммарный внутренний объём которых равен максимальному объёму каждой вакуумной рабочей камеры.
PCT/UA2018/000103 2017-09-25 2018-09-20 Способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию и устройство для его осуществления WO2019059878A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA202000115A EA202000115A1 (ru) 2017-09-25 2018-09-20 Способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA201709334 2017-09-25
UA201709334 2017-09-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019059878A1 true WO2019059878A1 (ru) 2019-03-28

Family

ID=65810862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2018/000103 WO2019059878A1 (ru) 2017-09-25 2018-09-20 Способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию и устройство для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019059878A1 (ru)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA021678B1 (ru) * 2011-04-12 2015-08-31 Андрей Игоревич ДУБИНСКИЙ Устройство для получения механической работы от источника нетепловой энергии

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA021678B1 (ru) * 2011-04-12 2015-08-31 Андрей Игоревич ДУБИНСКИЙ Устройство для получения механической работы от источника нетепловой энергии

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A.V. PERYSHKIN: "Fizika. Uchebnik dlya 7 klassov obscheobrazovatelnykh uchrezhdeny", 2006, pages 90 *
FIZICHESKAIA ENTSIKLOPEDIYA, pages 262 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6793198B2 (ja) 水素エンジン及びその動力供給のための水素燃料の製造方法
US7255070B2 (en) Internal combustion engine
US6532916B2 (en) Opposed piston linearly oscillating power unit
JP2005524016A (ja) 電気直線駆動部を有するフリーピストン装置
WO1998049434A1 (en) Internal combustion engine
KR101618915B1 (ko) 고정형 블록 회전식 엔진/발전기
EP2572075A1 (en) Free-piston internal combustion engine
US10260413B2 (en) Multi-stage combustion hot-gas/steam pressure-differential parallel-cylinder opposed-piston engine for natural gas, hydrogen and other fuels with integrated electric generator
US20090095260A1 (en) method to convert free-piston linear motion to rotary motion
WO2019059878A1 (ru) Способ конвертации потенциальной энергии атмосферы в полезную электрическую энергию и устройство для его осуществления
RU2411379C2 (ru) Линейный электрогидродинамический двигатель внутреннего сгорания кущенко в.а.
US11815004B2 (en) Adaptive linear linked piston electric power generator
EA044395B1 (ru) Способ получения полезной электрической энергии и устройство для его осуществления
RU2213236C1 (ru) Силовая установка
JP2012002191A (ja) 同一気筒ハイブリッド機関
CN2763549Y (zh) 内燃式机械与电力双元能量输出装置
RU2070643C1 (ru) Поршневой двигатель-генератор с внешней камерой сгорания
CN2323507Y (zh) 内燃往复发电机
EP2742221A2 (en) A piston of a free piston engine generator
CN100363603C (zh) 内燃式机械与电力双元能量输出方法及其装置
RU2176025C1 (ru) Тепловая электрогенерирующая машина
RU2517956C1 (ru) Свободнопоршневой двигатель
CN203403951U (zh) 一种新型发电机组
WO2013137858A2 (en) Universal thermal electric energy and mobility systems
CN115163297A (zh) 四缸自由活塞发电机

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: 18858364

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18858364

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1