Приводное устройство и способ приведения в действие двигателя

Изобретение относится к способу приведения в действие двигателя распылением воды для производства пара, а также к приводному устройству. Изобретение позволяет создать способ и устройство, которые преодолевают недостатки двигателей внутреннего сгорания. Способ приведения в действие двигателя распылением воды для производства пара заключается в том, что распыляемую воду подвергают воздействию высокого давления и впрыскивают в виде импульса через сопло в нагретую рабочую среду, находящуюся при нормальном давлении, приблизительно 1×10⁵ Па, в область двигателя так, что вода распыляется в виде очень мелких частиц, в результате ее высокого внутреннего давления, в результате чего происходит взрывное испарение воды. Приводное устройство содержит двигатель, имеющий область двигателя; регулируемое сопло, выполненное с возможностью распыления сжатой воды в область двигателя с переменным давлением предпочтительно 1500×10⁵ Па и электронного управления для регулирования количества впрыскивания; насос высокого давления, выполненный с возможностью создания давления предпочтительно 1500×10⁵ Па и электронного управления для обеспечения количества впрыскивания; средство подачи горячей рабочей среды при нормальном давлении приблизительно 1×10⁵ Па в область двигателя, в которую впрыскивают воду; подходящее охлаждающее устройство, которое обеспечивает конденсацию пара в воду; изоляционный кожух, окружающий двигатель, таким образом нагревая его теплом, производимым горелкой. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу приведения в действие двигателя распылением воды для производства пара, а также к приводному устройству.

Обычные бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания производят не только вредные выхлопные газы, но также преобразовывают приблизительно 50% топлива в процессе сгорания в тепло, которое не используется, для приведения в действие двигателя, но должно удаляться путем охлаждения для избежания перегрева двигателя. Кроме того, двигателям необходимы технические устройства высокой сложности для коленчатого вала, распределительного вала и клапанов, что влечет расходы, склонность к износу и увеличение веса. Наиболее близкие аналоги заявленного изобретения раскрыты в Европейском патенте №0287906, заявке на патент США №2005189437 и патенте РФ №2093694.

Цель настоящего изобретения заключается в создании способа и устройства, которые преодолевают недостатки двигателей внутреннего сгорания. Это достигается путем взрыва воды в рабочей среде и двигателем, который является подходящим для этой цели. Вода впрыскивается под высоким давлением в горячую рабочую среду таким образом, что вода распыляется в виде маленьких капелек размером 1 мкм³, которые моментально и по типу взрыва превращаются в перегретый пар. Этот инновационный метод фактически преодолевает все недостатки, присущие двигателям внутреннего сгорания.

Согласно способу рабочая среда, нагретая до нескольких сотен градусов Цельсия, подается внутрь двигателя, внутрь которого впрыскивается вода под давлением 1500 бар.

На основании научных экспериментов и по законам физики вода при этих условиях немедленно распыляется в виде маленьких капелек размером 1 мкм³, в результате чего 1 мм³ воды создает миллиард капелек. В результате увеличения площади водной поверхности, достигнутого таким образом, происходит превращения капелек в перегретый пар по типу взрыва.

Было необходимо разработать подходящий двигатель, в котором пар может осуществлять работу. Пар перемещает ротор вращательно-поступательного перемещения на половину оборота ведущего вала. Пар и горячая рабочая среда затем вытесняются через выходное отверстие в боковой стенке двигателя, пар вновь конденсируется охлаждающим устройством для образования воды.

Для избежания ненужных потерь тепла двигатель заключается в изоляционную капсулу. В двигателе таким образом поддерживается оптимальная рабочая температура в несколько сотен градусов по Цельсию.

Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создан способ приведения в действие двигателя распылением воды для производства пара, при котором распыляемую воду подвергают воздействию высокого давления и впрыскивают в виде импульса через сопло в нагретую рабочую среду, находящуюся при нормальном давлении приблизительно 1×10⁵ Па в область двигателя так, что вода распыляется в виде очень мелких частиц в результате ее высокого внутреннего давления, в результате чего происходит взрывное испарение воды.

Предпочтительно, распыляемую воду подвергают воздействию давления приблизительно 1500×10⁵ Па.

Предпочтительно, рабочую среду подогревают до нескольких сотен градусов по Цельсию.

Предпочтительно, производимые частицы воды имеют размер около 1 мкм³.

Предпочтительно, после выхода из двигателя пар снова конденсируется в воду в охлаждающем устройстве и конденсированную воду снова подают в емкость для воды.

Предпочтительно, двигатель теплоизолируют для избежания тепловых потерь.

Согласно второму объекту изобретения создано приводное устройство, содержащее двигатель, имеющий область двигателя/регулируемое сопло, выполненное с возможностью распыления сжатой воды в область двигателя с переменным давлением предпочтительно 1500×10⁵ Па и электронного управления для регулирования количества впрыскивания; насос высокого давления, выполненный с возможностью создания давления предпочтительно 1500×10⁵ Па и электронного управления для обеспечения количества впрыскивания; средство подачи горячей рабочей среды при нормальном давлении приблизительно 1×10⁵ Па в область двигателя, в которую впрыскивают воду; подходящее охлаждающее устройство, которое обеспечивает конденсацию пара в воду; изоляционный кожух, окружающий двигатель, таким образом нагревая его теплом, производимым горелкой.

Предпочтительно, нагретая среда содержит раскаленные печные газы.

Предпочтительно, двигатель содержит, по меньшей мере, два цилиндра, имеющих круглое поперечное сечение, которое ограничено с обеих сторон боковой стенкой, имеющий отверстия для поддержания ведущего вала, выпуск для смеси рабочей среды и пара, впуск для рабочей среды и впуск для впрыска воды, ротор поступательного перемещения/вращения, установленный с возможностью в цилиндрах, который имеет эллиптическую форму и разделяет каждый цилиндр на две камеры с увеличивающимся и уменьшающимся объемами, ведущий вал, расположенный эксцентрично в круглом цилиндре.

Предпочтительно, ротор соединен с ведущим валом так, что ротор и вал вращаются вместе, при этом ротор также выполнен с возможностью линейного перемещения в поперечном направлении так, что он осуществляет комбинированное вращение и поступательное перемещение.

Предпочтительно, ротор имеет вырезы для уплотнения с переменной длиной на обоих концах эллипса, так что во время вращения ротора, вследствие того, что область цилиндра является круглой и точка вращения вала расположена эксцентрично, ротор уплотняется на различной длине в каждом положении вращения.

Предпочтительно, уплотнения содержат три ролика, которые вставлены друг в друга и имеют различные диаметры, так что в результате соотношений давления в камерах один из роликов всегда прижат к стенке цилиндра и изолирует камеры друг от друга.

Предпочтительно, для каждого цилиндра ведущий вал имеет вырезанную область для элемента, выступающего в поперечном направлении, при этом области имеют угловое смещение относительно друг друга в расположенных рядом цилиндрах.

Предпочтительно, предусмотрено два цилиндра, при этом угловое смещение вырезанных областей составляет 90°.

Предпочтительно, элемент имеет форму пластины со скругленными краями, которая выполнена с возможностью проталкивания вперед и назад в вырезанной области в валу, при этом концы пластины прочно прикреплены к ротору для осуществления поступательного перемещения во время его вращения.

Предпочтительно, полость образована в центре ротора и удерживает ведущий вал и соединяющую стержневую пластину.

Предпочтительно, на ее боковых поверхностях ротор имеет вырезы, которые открывают впуск, который в другом случае закрыт боковыми поверхностями ротора, причем вырезы выбраны так, чтобы они открывали впуск только на одной восьмой оборота ротора.

Разработанная необходимая для этого конструкция описывается ниже со ссылками на примеры вариантов осуществления изобретения и прилагаемые схематичные чертежи, на которых:

на фиг.1 показан принцип работы водно-взрывного двигателя;

на фиг.2 показано схематичное поперечное сечение корпуса и ротора вращения, а также соединительная стержневая пластина;

на фиг.3 показан вид в перспективе блока корпуса и боковой стенки;

на фиг.4 показан вид в перспективе уплотняющих роликов, ротора и ведущего вала со вставленными соединительными стержневыми пластинами; и

на фиг.5 показан схематичный вид одного возможного устройства двигателя в изоляционном коробе.

Ротор (12) вращательно-колебательного перемещения перемещается в круглом цилиндре (10), который закрыт с обоих концов боковыми стенками (33) и в котором эксцентрично установлен подшипник ведущего вала (11). Ротор имеет форму эллипса, который уплотнен с обоих концов специально разработанным уплотнением, содержащим три ролика (13). В результате эксцентричного расположения ведущего вала (11) в круглом цилиндре (10) ротор (12) должен иметь различную длину в каждом положении при своем вращении для обеспечения уплотнения со стенкой цилиндра. Эта задача решается посредством 3-роликового уплотнения (13), показанного в четырех различных положениях во время оборота на фиг.1a-1d.

Перемещающаяся соединительная стержневая пластина (16) проходит через ведущий вал (11) внутри ротора (12), который имеет по центру свободное пространство (14) и соединена с ротором и обеспечивает его колебательно-поступательное перемещение для обеспечения вращательного перемещения ведущего вала.

Отверстия для выпуска (35) для пара и рабочей среды, а также впуска (36) для рабочей среды и впуска (37) для впрыска воды, а также отверстие (34) для подшипника ведущего вала расположены в боковой стенке (33) корпуса (32). Впуск (36) для нагретой рабочей среды закрывается ротором и открывается только тогда, когда углубление (17), вырезанное в роторе, показанное в виде заштрихованной области, проходит над впуском (36) во время его вращения. Во время этой фазы ротор всасывает раскаленные печные газы в область цилиндра.

Вода впрыскивается под давлением около 1500 бар, когда в камере А, образованной между ротором и стенкой цилиндра, находится достаточно горячая рабочая среда. Предпочтительно, когда ротор повернулся на 32° (фиг.1b).

Согласно законам физики вода, которая впрыскивается при давлении 1500 бар, распыляется в виде маленьких капелек размером 1 мкм³ в рабочую среду, которая находится при атмосферном давлении около 1 бар. Это означает, что результатом будет превращение 1 мм³ воды приблизительно в 1 миллиард капелек, которые моментально и по типу взрыва превращаются в перегретый пар в рабочей среде, уже нагретой до нескольких сотен градусов по Цельсию. Мощность, развиваемая паром, известна по обычным паровым двигателям.

Выпуск (35) для пара и рабочей среды является постоянно открытым. В то время как ротор находится под воздействием давления пара в камере А, он вытесняет смесь пара с рабочей средой наружу в противоположной камере В. Это означает, что два паровых взрыва должны будут возникать во время каждого оборота вала. После выхода из двигателя смесь пара и рабочей среды проходит через подходящее охлаждающее устройство, в котором пар конденсируется, вновь образуя воду, чтобы через выхлоп уходил только горячий воздух. Раскаленная среда производится подходящей газовой горелкой (53) пропана или горелкой топочного мазута.

Двигатель в целом окружен изоляционным кожухом (52), чтобы тепло горелки моментально не терялось, но также нагревало двигатель.

Предлагается, насколько это возможно, чтобы двигатель имел рабочую температуру в несколько сотен градусов по Цельсию, и только потеря тепла в результате превращения воды в пар использовалась для приведения в действие двигателя. Потребление энергии должно быть значительно меньше, чем у обычных двигателей и, вдобавок, выхлопных газов, создаваемых при непрерывном сгорании топлива, должно быть значительно меньше при использовании горелок современной технологии, чем в случае дизельного или бензинового двигателя внутреннего сгорания.

1. Способ приведения в действие двигателя распылением воды для производства пара, при котором распыляемую воду подвергают воздействию высокого давления и впрыскивают в виде импульса через сопло в нагретую рабочую среду, находящуюся при нормальном давлении, приблизительно 1·10⁵ Па, в область двигателя так, что вода распыляется в виде очень мелких частиц в результате ее высокого внутреннего давления, в результате чего происходит взрывное испарение воды.

2. Способ по п.1, в котором распыляемую воду подвергают воздействию давления приблизительно 1500·10⁵ Па.

3. Способ по п.1, в котором рабочую среду подогревают до нескольких сотен градусов по Цельсию.

4. Способ по п.1, в котором производимые частицы воды имеют размер около 1 мкм³.

5. Способ по п.1, в котором после выхода из двигателя пар снова конденсируется в воду в охлаждающем устройстве и конденсированную воду снова подают в емкость для воды.

6. Способ по п.1, в котором двигатель теплоизолируют для избежания тепловых потерь.

7. Приводное устройство, содержащее:
a) двигатель, имеющий область двигателя;
b) регулируемое сопло (51а, 51b), выполненное с возможностью распыления сжатой воды в область двигателя с переменным давлением предпочтительно 1500·10⁵ Па и электронного управления для регулирования количества впрыскивания;
c) насос высокого давления, выполненный с возможностью создания давления предпочтительно 1500·10⁵ Па и электронного управления для обеспечения количества впрыскивания;
d) средство подачи горячей рабочей среды при нормальном давлении приблизительно 1·10⁵ Па в область двигателя, в которую впрыскивают воду;
e) подходящее охлаждающее устройство, которое обеспечивает конденсацию пара в воду;
f) изоляционный кожух (52), окружающий двигатель (50), таким образом нагревая его теплом, производимым горелкой (53).

8. Устройство по п.7, в котором нагретая среда содержит раскаленные печные газы.

9. Устройство по п.7, в котором двигатель содержит, по меньшей мере, два цилиндра (21, 31, 10), имеющих круглое поперечное сечение, которое ограничено с обеих сторон боковой стенкой (33), имеющей отверстия для поддержания ведущего вала (34), выпуск (35) для смеси рабочей среды и пара, впуск (36) для рабочей среды и впуск (37) для впрыска воды, ротор (12, 23, 43) поступательного перемещения/вращения, установленный с возможностью перемещения в цилиндрах (21, 31, 10), который имеет эллиптическую форму и разделяет каждый цилиндр (10, 21, 31) на две камеры (А и В) с увеличивающимся и уменьшающимся объемами, ведущий вал (11, 24, 44), расположенный эксцентрично в круглом цилиндре (10, 21, 31).

10. Устройство по п.9, в котором ротор (12, 23, 43) соединен с ведущим валом (11, 24, 44) так, что ротор и вал вращаются вместе, при этом ротор также выполнен с возможностью линейного перемещения в поперечном направлении, так что он осуществляет комбинированное вращение и поступательное перемещение.

11. Устройство по п.10, в котором ротор имеет вырезы для уплотнения с переменной длиной на обоих концах эллипса, так что во время вращения ротора вследствие того, что область цилиндра является круглой и точка вращения вала расположена эксцентрично, ротор уплотняется на различной длине в каждом положении вращения.

12. Устройство по п.11, в котором уплотнения содержат три ролика (13, 27, 45), которые вставлены друг в друга и имеют различные диаметры, так что в результате соотношений давления в камерах (А, В) один из роликов всегда прижат к стенке цилиндра и изолирует камеры (А, В) друг от друга.

13. Устройство по п.9, в котором для каждого цилиндра ведущий вал (11, 24, 44) имеет вырезанную область для элемента (16, 25, 46), выступающего в поперечном направлении, при этом области имеют угловое смещение относительно друг друга в расположенных рядом цилиндрах.

14. Устройство по п.13, в котором предусмотрено два цилиндра, при этом угловое смещение вырезанных областей составляет 90°.

15. Устройство по п.13, в котором элемент (16, 25, 46) имеет форму пластины (46) со скругленными краями, которая выполнена с возможностью проталкивания вперед и назад в вырезанной области в валу (44), при этом концы пластины (46) прочно прикреплены к ротору (12, 23, 43) для осуществления поступательного перемещения во время его вращения.

16. Устройство по п.9, в котором полость (14, 26, 47) образована в центре ротора (12, 23, 43) и удерживает ведущий вал (11, 24, 44) и соединяющую стержневую пластину (16, 25, 46).

17. Устройство по п.9, в котором на его боковых поверхностях ротор (12, 23, 43) имеет вырезы, которые открывают впуск (36), который в другом случае закрыт боковыми поверхностями ротора, причем вырезы (17) выбраны так, чтобы они открывали впуск только на 1/8 оборота ротора.