способ получения и преобразования энергии рабочей среды в механическую работу и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения и преобразования энергии рабочей среды в механическую работу, заключающийся в преобразовании энергии расширения двухкомпонентного рабочего тела в полезную работу, при этом газообразную компоненту первоначально сжимают отдельно от жидкостной, затем в сжатую газообразную компоненту впрыскивают жидкостную компоненту, причем жидкостную компоненту предварительно нагревают до температуры, равной или превышающей температуру сжатой газообразной компоненты, и полученную двухкомпонентную среду расширяют с получением механической энергии, отличающийся тем, что впрыск жидкостной компоненты производят в смесительную камеру, в камере равномерно перемешивают газообразную и жидкостную компоненты, а затем через образовавшуюся двухкомпонентную среду производят электрический разряд мощностью, обеспечивающей парообразование жидкостной составляющей среды и разрушение молекул рабочей среды с образованием плазмы, приводящих к повышению энергии рабочей среды, при этом в качестве жидкостной компоненты используют воду.

2. Устройство для получения и преобразования энергии рабочей среды в механическую работу, включающее в себя машину сжатия-расширения, выполненную в виде поршневой машины, в верхней части цилиндра которой установлены входные и выходные клапаны для пропуска рабочей среды и форсунка для подачи жидкостной компоненты, автономный источник теплоты, систему нагрева и подачи жидкостного компонента, систему обработки и подачи газообразного компонента, отличающееся тем, что оно снабжено смесительной камерой округлой конфигурации, в которую введены через изоляционные втулки электроды, связанные электрическими цепями с генератором электрической энергии, при этом форсунка для подачи жидкостной компоненты расположена в верхней части смесительной камеры между электродами, а смесительная камера соединена с верхней торцевой частью цилиндра переходным каналом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, паросиловым установкам н двигателям, работающим на горячих газах, а также устройствам для обработки горячих газов электровозбуждающими средствами.

Известно явление холодной плазмохимии, при которой с атомов кислорода, азота, аргона и других газов слетают верхние электронные оболочки, образуются ионы и другие активные частицы, с выделением теплоты за счет частичного ядерного распада атомов. Условия для протекания плазмохимии определяются температурой около 3000°С и могут быть созданы за счет электрических разрядов (журнал "Промышленный вестник", №9,1999, стр.19).

Известен способ повышения энергии рабочей среды для совершения полезной работы, заключающий в себя процессы всасывания рабочей среды, ее сжатия, пропускание через сжатую рабочую среду электровозбуждающей среды (электрической дуги или лазерного луча) с повышением энергии рабочей среды и расширение этой рабочей среды с получением полезной работы. Для реализации данного способа поршневая машина снабжена цилиндром, в верхней части которого расположены впускной и выпускной клапана и электроды, связанные с генератором электрической энергии электрическими цепями, а также поршнем, совершающим возвратно-поступательное движения в цилиндре (заявка Великобритании №2241746, F 02 G 1/02. Реферативный журнал "Изобретения стран мира", выпуск №65, №5, 1993, стр 22). Однако для ионизации и получения избыточной энергии в рабочей среде (воздухе) необходим достаточно мощный генератор электрической энергии.

Известен способ преобразования теплоты в механическую работу и силовая установка для его осуществления, заключающийся в использовании энергии расширения двухкомпонентного рабочего тела, при этом газообразную компоненту первоначально сжимают отдельно от жидкостной, затем в сжатую газообразную компоненту впрыскивают жидкостную компоненту, причем жидкостную компоненту предварительно нагревают до температуры, равной или превышающей температуру сжатой компоненты, а также известна установка для реализации этого способа, содержащая машину сжатия-расширения, выполненную в виде поршневой машины, в верхней части цилиндра которой установлены входные и выходные клапана для пропуска рабочей среды и форсунка для подачи жидкостной компоненты, автономный источник теплоты, систему нагрева и подачи жидкостной компоненты, систему обработки и подачи газообразной компоненты (Патент РФ №2075599, F 01 К 21/00. Бюл. №8 от 20.03.97). Однако для получения тепловой энергии не используется внутренняя энергия двухкомпонентной рабочей среды.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения на основе предлагаемого способа получения и преобразования энергии рабочей среды заключается в повышении КПД силовых установок и двигателей, работающих на горячих газах, решении вопросов экологической чистоты перспективных энергетических установок.

Для достижения данного технического результата в предлагаемом способе получения и преобразования энергии рабочей среды в механическую работу, заключающимся в преобразовании энергии расширения двухкомпонентного рабочего тела в полезную работу, в котором газообразную компоненту первоначально сжимают отдельно от жидкостной, затем в сжатую газообразную компоненту впрыскивают жидкостную компоненту, причем жидкостную компоненту предварительно нагревают до температуры, равной или превышающей температуру сжатой компоненты, и полученную двухкомпонентную среду расширяют с получением механической энергии, смешивают газообразную и жидкостную компоненты равномерно в смесительной камере, а затем через образовавшуюся двухкомпонентную среду пропускают электрический разряд мощностью, обеспечивающей парообразование жидкостной составляющей среды и разрушение молекул рабочей среды с образованием плазмы.

Введение в предлагаемый способ получения и преобразования энергии рабочей среды равномерного смешивания газоообразной и жидкостной компонент и пропускание через образовавшуюся двухкомпонентную среду электрического разряда мощностью, обеспечивающей парообразование жидкостной составляющей среды и разрушение молекул рабочей среды с образованием плазмы, позволяет получить новое свойство, заключающееся в комбинированном повышении энергии рабочей среды за счет парообразования с ростом давления, а также ионизации этой среды посредством электрического разряда, обеспечивающего разрушение молекул рабочей среды, что приводит к выделению теплоты и увеличению температуры рабочей среды в начале процесса расширения.

Предлагаемый способ получения и преобразования энергии рабочей среды в механическую работу может быть осуществлен в описываемом ниже устройстве.

Устройство для получения и преобразования энергии рабочей среды, включающее в себя машину сжатия-расширения, выполненную в виде поршневой машины, в верхней части цилиндра которой установлены входные и выходные клапана для пропуска рабочей среды и форсунка для подачи жидкостной компоненты, автономный источник теплоты, систему нагрева и подачи жидкостной компоненты, систему обработки и подачи газообразной компоненты, снабжено смесительной камерой округлой конфигурации, в которую введены через изоляционные втулки электроды, связанные электрическими цепями с генератором электрической энергии, при этом форсунка для подачи жидкостной компоненты расположена в верхней части смесительной камеры между электродами, а смесительная камера соединена с верхней торцевой частью цилиндра проходным каналом.

На чертеже изображена поршневая машина устройства, реализующего предлагаемый способ получения и преобразования энергии рабочей среды в механическую энергию.

Поршневая машина для преобразования теплоты в механическую работу, реализующая предлагаемый способ, содержит цилиндр 1, внутри которого расположен поршень 2. Цилиндр 1 поршневой машины в верхней торцевой части снабжен впускным 3 и выпускным 4 клапанами и соединен проходным каналом 5 со специальной смесительной камерой 6, в которую входят электроды 7 и 8, связанные электрическими цепями 9 и 10 с генератором электрической энергии 11. Между электродами 7 и 8 расположена форсунка 12 для подачи сжатой жидкостной компоненты. Электроды 7 и 8 установлены в цилиндре 1 с помощью втулок 13 и 14, выполненных из изолирующего материала.

Предлагаемый способ осуществляют в описанной поршневой машине следующим образом.

При движении поршня 2 вниз от BMT через впускной клапан 3 из окружающей среды и цилиндр 1 засасывается воздух (газовая часть рабочей среды). При достижении НМТ, поршень 2 начинает двигаться вверх к ВМТ, начинается процесс сжатия газовой компоненты рабочей среды, при этом сжатая газовая компонента через проходной канал 5, в основном, сосредоточивается в специальной смесительной камере 6. При достижении поршнем 2 ВМТ в смесительную камеру 5 под давлением через форсунку 12 впрыскивается, предварительно нагретая, жидкостная компонента (например, вода), которая за счет округлой конфигурации смесительной камеры 6 равномерно перемешивается с газообразной компонентой. Через образовавшуюся двухкомпонентную среду пропускают электрический разряд между электродами 7 и 8, связанными электрическими цепями 9 и 10 с генератором электрической энергии 11. Электрический разряд приводит к увеличению давления рабочей среды за счет парообразования жидкостной составляющей части среды и дополнительному нагреву рабочей среды, что в целом резко повышает энергию рабочей среды.

Выделившиеся теплота и давление парообразования рабочей среды реализуется в механическую работу при расширении рабочей среды и движении поршня 2 от ВМТ к НМТ. Отработанная рабочая среда выпускается из цилиндра 1 через выпускной клапан 4, при движении поршня 2 от НМТ к ВМТ с последующим ее восстановлением в естественных условиях. Затем цикл поршневой машины повторяется.

Для безопасности работы электроды 7 и 8 установлены в смесительной камере 6 с помощью втулок 13, 14, выполненных из изолирующего материала.

Источники информации

1. Журнал "Промышленный вестник", №9, 1999, стр.19.

2. Заявка Великобритании №2241746, F 02 G 1/02. Реферативный журнал "Изобретения стран мира", выпуск №65, №5, 1993, стр.22.

3. Патент РФ №2075599, F 01 К 21/00. Бюл. №8 от 20.03.97 - прототип.