четверг, 10 августа 2017 г.

Здесь дано для ознакомления описание изобретения, которое находится сейчас в стадии патентования. Формула изобретения и номер заявки в конце этой страницы.

В данный момент ищу инвестора, партнера или покупателя изобретения (до 90% имущественных прав по будущему патенту) по стоимости в десятки раз меньшей, чем возможная стоимость после получения патента.  Предварительные переговоры по адресу giharevalx@gmail.com.

Суть изобретения –  это способ увеличения участия в теплообмене газообразной среды в процессе ее сжатия или расширения внутри рабочей камеры объемного компрессора или объемного пневматического двигателя, заключающийся в создании принудительной конвекции в этой среде. Для этих целей могут применяться вентиляторы или насосы, размещенные в рабочих камерах компрессоров или пневматических двигателей.

  Что дает это самое «увеличения участия в теплообмене газообразной среды»? Прежде всего увеличивается КПД компрессора или пневматического двигателя. Также это позволяет достигать ощутимого сжатия (выше 20 атм) за одну ступень, так как газ в рабочей камере не нагревается, а потому нет проблем с возгоранием смазки или разрушением уплотнений и других ограничений, вызванных высокой температурой. Расширение газа, сжатого до давления более 20 атмосфер также вызывает проблемы, но уже связанные с сильным охлаждением этого газа - это и увеличение вязкости смазки и обледенение деталей и другие сложности.

Областью применения этого изобретения могут быть как системы хранения энергии, основанные на сжатом воздухе, так и различные мощные компрессоры.

Немного подробнее остановлюсь на КПД. При сжатии/расширении газа без существенного обмена с охладителем/нагревателем (например, окружающей средой), этот процесс близок к адиабатному, а вот при наличии этого теплообмена к изотермическому. А у адиабатного сжатия тем меньше КПД, чем выше степень сжатия, в отличии от изотермического, затраты энергии при котором прямо пропорциональны степени сжатия. По этой же причине, при изотермическом сжатии не требуется многоступенчатого сжатия для достижения большой степени сжатия. По похожим причинам изотермическое расширение дает больше механической энергии, чем адиабатное.

Реализация изобретения возможна как простым размещением вентилятора в рабочей камере, когда теплообмен осуществляется через ее стенки и увеличивается за счет постоянного перемешивания газа внутри этой камеры, так и использованием совместно с вентилятором теплообменников с большой площадью. Пример реализации последнего варианта изображен на рисунке:





Здесь предлагается между головкой цилиндра и самим цилиндром компрессора разместить теплообменник, выполненный в виде монолитного блока с вырезанными в нем пазами со стороны рабочей камеры цилиндра и каналами для теплоносителя, находящимися между этими пазами. Таким образом площадь стенок теплообменника, через которую контактируют сжимаемый/расширяемый газ и теплоноситель весьма высока. Но, само по себе размещение такого теплообменника в рабочей камере компрессора не имеет смысла, так как при отсутствии только небольшая часть газа будет контактировать со стенками теплообменника. Другое дело, когда в процессе участвует вентилятор - засасывая газ из цилиндра через центральные пазы теплообменника и выдувая через крайние пазы происходит постоянное перемещение газа через теплообменник, а в самой рабочей области происходит постоянное перемешивание газа.

Размещение дополнительных устройств в рабочей камере имеет недостаток - газ не может быть полностью вытеснен из цилиндра после сжатия. Чтобы сократить "вредный объем" используются вытеснительные пластины на поршне, которые входят в пазы теплообменника в конце цикла сжатия. Газ, находящийся в области вентилятора вытеснить из цилиндра никак не получиться, но его потенциальную энергию можно использовать для возвратного движения поршня. Это приведет к меньшей производительности цилиндра того же размера, так как часть газа все время будет находится в цилиндре и, по сути, будет сжиматься газ меньшего объема, чем объем цилиндра. Но это только немного увеличивает размер цилиндра для того же объема газа  и совсем незначительно увеличивает трение поршня. В целом, эти потери не слишком существенны по сравнению с увеличением КПД.

Заявка на выдачу патента № 2017128006 от 06.08.2017 г.

Название изобретения
Использование принудительной конвекции в сжимаемой среде.

Формула изобретения
1.    Способ увеличения участия в теплообмене газообразной среды в процессе ее сжатия или расширения внутри рабочей камеры объемного компрессора или объемного пневматического двигателя, заключающийся в создании принудительной конвекции в этой среде, путем применения дополнительных устройств или изменений конструкции существующих узлов компрессора или пневматического двигателя, результатом которых является создание принудительной конвекции в газообразной среде, находящейся в рабочей камере компрессора или пневматического двигателя.
2.    Создание принудительной конвекции в рабочей камере компрессора или пневматического двигателя по п.1, с использованием вентиляторов или насосов, размещенных внутри рабочей камеры компрессора или пневматического двигателя, в области сжатия или расширения газообразной среды.
3.    Создание принудительной конвекции в рабочей камере компрессора или пневматического двигателя по п.1, с использованием вентиляторов или насосов, размещенных внутри рабочей камеры компрессора или пневматического двигателя, в области сжатия или расширения газообразной среды, вместе с размещаемыми в той же камере теплообменниками, с которыми взаимодействуют потоки этой среды, возникающие в результате созданной принудительной конвекции.
4.    Создание принудительной конвекции в рабочей камере компрессора или пневматического двигателя по п.1, с использованием вентиляторов, компрессоров или насосов, размещенных за пределами рабочей камеры, через соединительные трубки перемещающих газообразную среду из рабочей камеры обратно в эту же камеру, создавая при этом потоки этой среды в рабочей камере.
5.    Создание принудительной конвекции в рабочей камере компрессора или пневматического двигателя по п.1, с использованием вентиляторов, компрессоров или насосов, размещенных за пределами рабочей камеры, через соединительные трубки перемещающих газообразную среду из рабочей камеры обратно в эту же камеру, создавая при этом потоки этой среды в рабочей камере, которые взаимодействуют с теплообменники, размещаемыми внутри рабочей камеры.
6.    Создание принудительной конвекции в рабочей камере компрессора или пневматического двигателя по п.1, путем придания вращения рабочим поршням и выполнения поверхности этих поршней в виде ребер или лопастей.