RU2790904C1 - Closed loop combined air motor system with natural heat supply - Google Patents
Closed loop combined air motor system with natural heat supply Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790904C1 RU2790904C1 RU2022112528A RU2022112528A RU2790904C1 RU 2790904 C1 RU2790904 C1 RU 2790904C1 RU 2022112528 A RU2022112528 A RU 2022112528A RU 2022112528 A RU2022112528 A RU 2022112528A RU 2790904 C1 RU2790904 C1 RU 2790904C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- circuit
- air motor
- working medium
- pipeline
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к пневмодвигателям, работающим от сжатого воздуха/газа, которые могут быть использованы в качестве замены электродвигателей для привода различных машин и механизмов стационарного размещения.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to pneumatic motors powered by compressed air/gas, which can be used as a replacement for electric motors to drive various stationary machines and mechanisms.
В сегодняшнее время набирают обороты идеи, связанные с развитием альтернативных источников энергии, использование энергии солнца, ветра, земли и пр. для сохранения природных богатств и задействия восполняемых природных ресурсов.Today, ideas are gaining momentum related to the development of alternative energy sources, the use of solar, wind, earth, etc. energy to preserve natural wealth and use renewable natural resources.
Из уровня техники известны различные конструкции пневматических двигателей, включающие статор с эксцентрично установленным в нем ротором, в радиальных пазах которого расположены лопасти с возможностью их передвижения в плоскостях, проходящих через ось ротора, контактирующие своими концами с внутренней цилиндрической поверхностью статора, см., например, SU 1698459 А1, 15.12.1991 или SU 1165804 А, 07.07.1985, или SU 1188336 А, 30.10.1985, или DE 29811693 U1, 08.10.1998.Various designs of pneumatic motors are known from the prior art, including a stator with a rotor eccentrically mounted in it, in the radial grooves of which the blades are located with the possibility of their movement in planes passing through the axis of the rotor, contacting their ends with the inner cylindrical surface of the stator, see, for example, SU 1698459 A1, 12/15/1991 or SU 1165804 A, 07/07/1985, or
Однако, эти пневмодвигатели малоэффективны, поскольку требуют источника сжатого воздуха с большим давлением, что приводит к повышенному его расходу, а также, чтобы получить больший крутящий момент на выходе, требуются большие габаритные размеры двигателя, поскольку в передаче крутящего момента фактически участвует только одна лопасть, и, следовательно, чем больше рабочая площадь лопасти, тем больший крутящий момент передает двигатель. Кроме того, очень сложна технология изготовления этих двигателей, поскольку требуется высокая точность изготовления ротора с пазами, в которых с минимальными допусками должны двигаться лопасти. КПД этих двигателей также снижается из-за большого трения стенок лопаток в пазах ротора, а также из-за трения их концевых кромок о внутреннюю поверхность статора.However, these air motors are inefficient, since they require a source of compressed air with a high pressure, which leads to an increased consumption of it, and also, in order to obtain a larger torque at the output, large overall dimensions of the motor are required, since only one blade is actually involved in the transmission of torque, and, therefore, the greater the working area of the blade, the greater the torque transmitted by the engine. In addition, the manufacturing technology of these engines is very complex, since high precision is required in the manufacture of a rotor with grooves in which the blades must move with minimal tolerances. The efficiency of these engines is also reduced due to the high friction of the blade walls in the rotor slots, as well as due to the friction of their end edges against the inner surface of the stator.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) для заявленной системы комбинированного пневматического двигателя можно принять пневматический двигатель по патенту RU 2520768 С2, 27.06.2014, включающий статор с внутренней цилиндрической поверхностью, с фланцами, расположенными по его торцам с, по меньшей мере, одним впускным отверстием, сообщенным с источником сжатого воздуха и с, по меньшей мере, одним выпускным отверстием, эксцентрично установленный внутри статора ротор, выполненный в виде цилиндра с, по меньшей мере, двумя осевыми отверстиями, ориентированными вдоль его оси и проходящими по периферии упомянутого цилиндра, при этом каждое из этих осевых отверстий сообщается с наружной цилиндрической поверхностью ротора посредством продольного паза или, по меньшей мере, одного стыковочного отверстия, предназначенных для последовательной стыковки с упомянутыми впускным и выпускным отверстиями статора, причем упомянутые осевые отверстия выполнены глухими с двух сторон.As the closest analogue (prototype) for the claimed system of a combined pneumatic motor, you can take a pneumatic motor according to patent RU 2520768 C2, 06/27/2014, including a stator with an internal cylindrical surface, with flanges located at its ends with at least one inlet a hole communicated with a source of compressed air and with at least one outlet, a rotor eccentrically mounted inside the stator, made in the form of a cylinder with at least two axial holes oriented along its axis and passing along the periphery of the mentioned cylinder, with in this case, each of these axial holes communicates with the outer cylindrical surface of the rotor by means of a longitudinal groove or at least one docking hole designed for sequential docking with the said inlet and outlet holes of the stator, and the said axial holes are made blind on both sides.
Данное устройство также имеет существенные недостатки в виде необходимости использования источника сжатого воздуха с большим давлением, а также, чтобы получить больший крутящий момент на выходе, требуются также большие габаритные размеры двигателя. Кроме того, система имеет низкий КПД и не задействует восполняемые природные ресурсы.This device also has significant disadvantages in the form of the need to use a source of compressed air with high pressure, and also, in order to obtain a greater output torque, large overall dimensions of the engine are also required. In addition, the system has a low efficiency and does not use renewable natural resources.
В основу предложенного изобретения поставлена задача модернизации конструкции системы работы пневмодвигателя, устраняющую известные недостатки аналогов.The proposed invention is based on the task of modernizing the design of the air motor operation system, eliminating the known disadvantages of analogues.
Техническим результатом является повышение эффективности работы пневмодвигателя, повышение его КПД и крутящего момента с использованием восполняемых природных источников энергии.The technical result is to increase the efficiency of the pneumatic motor, increase its efficiency and torque using renewable natural energy sources.
Данный результат достигается тем, что система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с подводом тепла природных источников, включает комбинированный с компрессором пневмодвигатель, включающий цилиндро-поршневую группу (ЦПГ), а также головку блока цилиндра (ГБЦ) с системой впускного и выпускного коллектора с клапанным механизмом, а также поршневой блок воздушного компрессора, приводимый в движение узлами пневмодвигателя, включающий узел впуска и узел выпуска рабочей среды, при этом,This result is achieved by the fact that the system of a combined air motor of a closed circuit with the supply of heat from natural sources includes a combined air motor with a compressor, including a cylinder-piston group (CPG), as well as a cylinder head (cylinder head) with an intake and exhaust manifold system with a valve mechanism, as well as a piston unit of the air compressor, driven by the air motor units, including the inlet unit and the outlet unit of the working medium, while,
узел выпуска по первому контуру трубопровода проходит через основной теплообменник, подогреваемый третьим контуром природного источника тепла и, далее, связан с впускным коллектором пневмодвигателя для передачи разогретой до рабочей температуры рабочей среды,the outlet unit along the first circuit of the pipeline passes through the main heat exchanger heated by the third circuit of the natural heat source and, further, is connected to the inlet manifold of the air motor to transfer the working medium heated to the operating temperature,
выпускной коллектор по второму контуру трубопровода связан с узлом впуска компрессора, при этом трубопровод на своем пути дополнительно проходит через воздушный теплообменник, где осуществляется охлаждение рабочей среды.the exhaust manifold is connected to the compressor inlet unit along the second circuit of the pipeline, while the pipeline on its way additionally passes through an air heat exchanger, where the working medium is cooled.
Система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура дополнительно включает промежуточный теплообменник, через который проходят первый и второй контуры трубопровода, для одновременного подогрева рабочей среды первого контура и охлаждения рабочей среды второго контура.The closed circuit combined air motor system additionally includes an intermediate heat exchanger, through which the first and second pipeline circuits pass, for simultaneous heating of the working medium of the first circuit and cooling of the working medium of the second circuit.
Природный источник тепла имеет рабочую температуру от -10°С до +110°С и выше.The natural heat source has an operating temperature of -10°C to +110°C and above.
Природный источник тепла представляет собой источник геотермальных вод.The natural heat source is a source of geothermal waters.
Природный источник тепла представляет собой источник солнечной энергии.The natural heat source is a source of solar energy.
Выходной вал комбинированного пневмодвигателя на выходе из корпуса содержит уплотнительный узел.The output shaft of the combined air motor at the outlet of the housing contains a sealing unit.
Комбинированный с компрессором пневмодвигатель в одном корпусе включает генератор и/или гидромотор.The air motor combined with the compressor in one housing includes a generator and / or a hydraulic motor.
Далее, принцип работы устройства будет описан с учетом прилагаемой схемы по фигуре, где изображена предпочтительная система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с подводом тепла природных источников, гдеFurther, the principle of operation of the device will be described in view of the attached diagram in the figure, which shows the preferred system of a combined closed-loop air motor with the supply of heat from natural sources, where
1 - пневмодвигатель комбинированный замкнутого контура с компрессором;1 - combined air motor of a closed circuit with a compressor;
2 - впускной коллектор;2 - intake manifold;
3 - выпускной коллектор;3 - exhaust manifold;
4 - узел впуска компрессора;4 - compressor inlet unit;
5 - узел выпуска компрессора;5 - compressor outlet unit;
6 - воздушный теплообменник;6 - air heat exchanger;
7 - первый контур трубопровода;7 - the first contour of the pipeline;
8 - основной теплообменник;8 - main heat exchanger;
9 - второй контур трубопровода;9 - the second contour of the pipeline;
10 - третий контур природного источника тепла;10 - the third circuit of the natural heat source;
11 - источник природного нагрева;11 - source of natural heating;
12 - промежуточный теплообменник;12 - intermediate heat exchanger;
13 - уплотнительный узел;13 - sealing unit;
14 - генератор и/или гидромотор;14 - generator and/or hydraulic motor;
15 - герметичный корпус15 - sealed case
Система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с геотермальным источником тепла включает комбинированный с компрессором пневмодвигатель 1, размещенный в герметичном корпусе 15, включающий цилиндропоршневую группу (ЦПГ), а также головку блока цилиндра (ГБЦ) с системой впускного 2 и выпускного 3 коллектора с клапанным механизмом, система имеет полностью замкнутый контур с двумя основными контурами трубопроводов и дополнительным третьим контуром 10 природного источника тепла. Комбинированный пневмодвигатель дополнительно включает поршневой блок воздушного компрессора, приводимый в движение узлами пневмодвигателя, например, посредством элементов толкания поршней компрессора, размещенных на коленчатом валу пневмодвигателя или иной схеме, обеспечивающей приведение в движение поршней воздушного компрессора.The system of a combined closed-circuit pneumatic motor with a geothermal heat source includes an
Поршневой блок воздушного компрессора включает узел впуска 4 и узел выпуска 5 рабочей среды. В качестве рабочей среды могут использоваться различные газы с высокой тепловой емкостью. Наиболее эффективная работа системы осуществляется при использовании в качестве рабочей среды - фреона. Фреон обеспечивает его быстрый нагрев и охлаждение, большое изменение давления при нагреве, широкий диапазон рабочих температур, в зависимости от модификации, что положительно сказывается при его использовании в системе и ее эффективности.The piston unit of the air compressor includes an inlet assembly 4 and an outlet assembly 5 of the working medium. Various gases with high thermal capacity can be used as the working medium. The most efficient operation of the system is carried out when freon is used as a working medium. Freon provides its rapid heating and cooling, a large change in pressure during heating, a wide range of operating temperatures, depending on the modification, which has a positive effect on its use in the system and its efficiency.
Система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с геотермальным источником тепла включает два рабочих замкнутых контура 7, 9 трубопроводов. Система абсолютно герметична и потери в ней рабочей среды исключены.The combined air motor system of a closed circuit with a geothermal heat source includes two working closed
По первому контуру 7 трубопровода рабочая среда из узла выпуска 5 проходит через основной теплообменник 8. Первый контур 7 трубопровода, после основного теплообменника 8 связан трубопроводом с впускным коллектором 2 пневмодвигателя для передачи разогретой до рабочей температуры рабочей среды.Through the
Теплообменники 6, 8, 12 - это техническое устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя средами, имеющими различные температуры. Как правило, теплообменник выполняется в виде расположенного змейкой трубчатого замкнутого контура, пронизанного радиаторными пластинами, обеспечивающими нагрев/охлаждение рабочей среды. Конструкция теплообменников может быть и иной, например, спиральный контур, теплообменник типа «труба в трубе» и прочие виды.
Основной теплообменник 8 подогревается третьим контуром 10 от природного источника тепла 11.The
В качестве природного источника тепла 11 используется энергия подземных природных объектов: грунты и воды, энергия солнца, энергия воды и пр. Это может быть, например, горячий источник геотермальных вод, или водяная скважина, которая также имеет плюсовую температуру воды, или горизонтальный земляной контур, забирающий тепло с земли и пр. Природный источник тепла имеет рабочую температуру от -10°С до +110°С и выше. По третьему контуру 10 природного источника тепла циркулирует раствор, забирающий тепло среды (воды или грунтов или солнца и пр.) и передающий его в основной теплообменник 8.As a
Из узла выпуска 5 воздушного компрессора осуществляется нагнетание рабочей среды непосредственно в основной теплообменник 8, где осуществляется нагрев рабочей среды до заданной температуры. Таким образом, по данному контуру 7 трубопровода осуществляется нагрев рабочей среды в основном теплообменнике 8 и подача разогретой до заданной температуры рабочей среды во впускной коллектор 2 пневмодвигателя 1, для осуществления его работы.From the outlet unit 5 of the air compressor, the working medium is injected directly into the
Поступающая во впускной коллектор 2 разогретая до рабочей температуры рабочая среда способствует осуществлению работы пневмодвигателя 1. Попадающая во впускной коллектор 2 разогретая до рабочей температуры рабочая среда приводит к работе ЦПГ и осуществлению передачи вращения выходному валу, например на генератор и/или гидромотор 14. При этом, генератор и/или гидромотор 14 могут размещаться в одном герметичном корпусе 15 или же отдельно, снаружи системы.The working medium heated to the operating temperature entering the
По второму контуру 9 трубопровода, осуществлена замкнутая (герметичная) связь от выпускного коллектора 3 до узла впуска 4 компрессора. По данному контуру 9 осуществляется передача рабочей среды, которая все еще имеет высокую температуру, ее охлаждение в воздушном теплообменнике 6 и вход охлажденной до заданной рабочей температуры рабочей среды в узел впуска 4 компрессора.On the second circuit 9 of the pipeline, a closed (tight) connection is made from the
При этом второй контур 9 трубопровода на своем пути дополнительно проходит через воздушный теплообменник 6, где осуществляется охлаждение рабочей среды до необходимой температуры. Воздушный теплообменник 6 имеет, как правило, радиаторный блок и вентилятор для снятия тепловой энергии и охлаждения рабочей среды. Для повышения эффективности охлаждения могут дополнительно в контуре применяться более эффективные методы охлаждения, например гликолевый блок охлаждения.In this case, the second circuit 9 of the pipeline on its way additionally passes through the air heat exchanger 6, where the working medium is cooled to the required temperature. The air heat exchanger 6 has, as a rule, a radiator unit and a fan for removing heat energy and cooling the working medium. More efficient cooling methods, such as a glycol refrigeration unit, can be added to the circuit to improve cooling efficiency.
Система комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура дополнительно может включать промежуточный теплообменник 12, через который проходят оба контура 7, 9 трубопровода, для одновременного подогрева рабочей среды первого контура 7 и охлаждения рабочей среды второго контура 9, что дополнительно повышает эффективность работы системы и ее КПД.The combined closed-loop air motor system can additionally include an
При этом выходной вал комбинированного пневмодвигателя на выходе из корпуса 15 содержит уплотнительный узел 13 для исключения утечек рабочей среды. Уплотнительный узел 13 может иметь различную конструкцию, при этом его особенности конструкции не являются частью испрашиваемого объема охраны данной заявки.At the same time, the output shaft of the combined air motor at the outlet of the
Таким образом, созданная модернизированная конструкция системы комбинированного пневмодвигателя замкнутого контура с подводом природного источника тепла, обеспечивает повышение эффективности работы пневмодвигателя, повышение его КПД и крутящего момента с использованием восполняемых природных источников энергии.Thus, the modernized design of the combined closed-loop pneumatic motor system with the supply of a natural heat source, which has been created, provides an increase in the efficiency of the pneumatic motor, an increase in its efficiency and torque using renewable natural energy sources.
Claims (8)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2790904C1 true RU2790904C1 (en) | 2023-02-28 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN203412708U (en) * | 2013-08-05 | 2014-01-29 | 白坤生 | Device for converting low-temperature thermal energy into mechanical energy |
RU2520768C2 (en) * | 2012-09-10 | 2014-06-27 | Владимир Семенович Миронов | Mironov's pneumatic motor (versions) and vehicle equipped therewith |
RU2013111069A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-20 | Михаил Александрович Лимонов | METHOD FOR PRODUCING ENERGY BY A HEAT ENGINE AND A HEAT ENGINE |
CN106438236A (en) * | 2015-08-12 | 2017-02-22 | 钟世友 | Power device acting through natural heat energy |
CN106949024A (en) * | 2017-03-20 | 2017-07-14 | 吴联凯 | A kind of electricity generation system of utilization underground heat heat energy |
RU2725306C1 (en) * | 2019-09-23 | 2020-06-30 | Александр Геннадьевич Арзамасцев | Solar pneumatic power station |
RU2757620C1 (en) * | 2021-03-18 | 2021-10-19 | Владимир Викторович Михайлов | Air engine system and method of its operation |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2520768C2 (en) * | 2012-09-10 | 2014-06-27 | Владимир Семенович Миронов | Mironov's pneumatic motor (versions) and vehicle equipped therewith |
RU2013111069A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-20 | Михаил Александрович Лимонов | METHOD FOR PRODUCING ENERGY BY A HEAT ENGINE AND A HEAT ENGINE |
CN203412708U (en) * | 2013-08-05 | 2014-01-29 | 白坤生 | Device for converting low-temperature thermal energy into mechanical energy |
CN106438236A (en) * | 2015-08-12 | 2017-02-22 | 钟世友 | Power device acting through natural heat energy |
CN106949024A (en) * | 2017-03-20 | 2017-07-14 | 吴联凯 | A kind of electricity generation system of utilization underground heat heat energy |
RU2725306C1 (en) * | 2019-09-23 | 2020-06-30 | Александр Геннадьевич Арзамасцев | Solar pneumatic power station |
RU2757620C1 (en) * | 2021-03-18 | 2021-10-19 | Владимир Викторович Михайлов | Air engine system and method of its operation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2011058832A1 (en) | Engine waste heat recovery power-generating turbo system and reciprocating engine system provided therewith | |
US7637108B1 (en) | Power compounder | |
CN105587427B (en) | Engine waste heat recovery power generation system based on organic Rankine cycle | |
JP2017160910A (en) | Hot-air engine | |
JP2022544161A (en) | Micro gas turbine combined cycle system, transportation and charging system | |
RU2790904C1 (en) | Closed loop combined air motor system with natural heat supply | |
JP2009270559A (en) | Rotary type external combustion engine | |
RU2799744C1 (en) | Closed loop combined air motor system with natural heat supply | |
CN111022187A (en) | Triple-combination circulating system, vehicle and charging system | |
WO2022202585A1 (en) | Trilateral cycle system | |
CN212296518U (en) | Complementary flow type organic Rankine cycle system and two-stage expansion machine | |
WO2016137442A1 (en) | A turbine and method of making and using the same | |
RU2785025C1 (en) | Closed loop combined air motor system with external heat source | |
RU2745153C1 (en) | Steam rotor power generating plant | |
US20040200217A1 (en) | Bladed heat transfer stator elements for a stirling rotary engine | |
RU2784137C2 (en) | Combined air motor system with external heat source | |
US9574446B2 (en) | Expander for recovery of thermal energy from a fluid | |
WO2012047124A1 (en) | A pistonless rotary stirling engine | |
CN111594285A (en) | Parallel cooling circulation system for high-pressure turbine guide vane of aircraft engine | |
CN112360571B (en) | Low-heat-dissipation closed Brayton cycle thermoelectric conversion system | |
RU2787615C1 (en) | Combined air motor system with forced air supply and external heat source | |
KR20160056703A (en) | Engine applied Organic Rankine Cycle | |
JP2006258087A (en) | Rotary type external combustion engine | |
RU2815640C1 (en) | Icebreaker power plant | |
RU2821287C1 (en) | Thermal power plant |