ブレイトンサイクル
ブレイトンサイクルはジョージブレイトンにちなんで名付けられた熱力学的サイクルで、定圧熱機関の働きを説明しています。オリジナルのブレイトンエンジンはピストンコンプレッサとピストンエキスパンダを使用しました、しかし、より現代のガスタービンエンジンと空気を吸い込むジェットエンジンもブレイトンサイクルに続きます。サイクルは通常開放系として運転される（そして実際には内燃機関が使用されるならばそのように走行しなければならない）が、排ガスは吸気中に再使用されることを熱力学的分析の目的のために慣用的に仮定する。システム。
エンジンサイクルは、もともとピストンエンジン用に開発されたアメリカのエンジニア、ジョージ・ブレイトン（1830年 – 1892年）にちなんで名付けられましたが、もともと1791年に英国人ジョン・バーバーによって提案され特許を取得しました。[1] ジュールサイクルとも呼ばれます。逆ジュールサイクルは外部熱源を使用し、再生器の使用を取り入れている。あるタイプのブレイトンサイクルは大気に開放されており、内燃室を使用する。もう一つのタイプは閉鎖型で熱交換器を使用しています。
歴史 [編集]
ブレイトン複動形定圧エンジン1872
1872年、George Braytonは往復動定圧エンジンである "Ready Motor"の特許を申請した。エンジンは2ストロークで、毎回の回転でパワーを生み出しました。ブレイトンエンジンは、圧縮空気がエキスパンダーシリンダーに入るときに内部の火によって加熱された状態で、別々のピストンコンプレッサーとピストンエキスパンダーを使用しました。ブレイトンエンジンの最初のバージョンは、加熱面キャブレターによってコンプレッサーに入るときに燃料と空気を混合する蒸気エンジンでした[2] 。膨張シリンダーと燃焼した。燃料／空気混合物が膨張シリンダーに入ると、パイロット火炎によって点火された。スクリーンが火災が貯水池に出入りするのを防ぐために使用された。エンジンの初期のバージョンでは、このスクリーンは時々失敗して爆発が起こるでしょう。 1874年、ブレイトンはエキスパンダーシリンダーの直前に燃料を追加することで爆発の問題を解決しました。エンジンは現在、灯油や燃料油などのより重い燃料を使用していました。 [3] ブレイトンは、揚水、工場操業、発電機の運転、船舶推進などの様々な作業を行うために「レディモーター」を製造販売した。 "Ready Motors"は1872年から1880年代に製造されました。この期間に数百ものそのようなモーターが生産された可能性があります。 BraytonはイギリスのSimoneにデザインをライセンスしました。レイアウトのさまざまなバリエーションが使用されました。あるものは単動式であり、あるものは複動式でした。何人かは歩く梁の下にいました。他の人はオーバーヘッドウォーキングビームを持っていました。水平モデルと垂直モデルの両方が構築されました。サイズは1から40馬力以上の範囲でした。当時の批評家たちは、エンジンが円滑に作動し、合理的な効率を持っていると主張した。 [4]
ブレイトンサイクルエンジンは、動力に使用された最初の内燃エンジンの一部です。 1875年、ジョンホランドはブレイトンエンジンを使って世界初の自走潜水艦（ホーランドボート＃1）を動かしました。 1879年に、ブレイトンエンジンは2番目の潜水艦、 Fenian Ram に動力を供給するために使用されました。 John Philip Hollandの潜水艦は、ニュージャージー州パターソンのOld Great Falls歴史地区にあるPaterson博物館に保存されています[5]
ジョージBセルデンが1905年にブレイトン自動車を運転した
1878年、ジョージBセルデンが最初の特許を取得しました。内燃機関車[6] 1876年にフィラデルフィアで開催された100周年記念博覧会でBraytonが発明した内燃機関に触発されて、セルデンは小型軽量の多気筒車の作業を行う4輪車の特許を取得しました。その後、彼は自身の出願に対して一連の修正を行い、それによって法的手続きが延長され、1895年11月5日に特許[7] が付与されるまでに16年の遅れが生じました。1903年、セルデンはフォードを特許侵害で訴え、ヘンリーフォードを訴えました。セルデンは1911年までセルデン特許を争っていました。セルデンは実際に作業車を製造したことがなかったので、試行中に2つの機械が特許図面に従って製造されました。フォードは彼の車がセルデン自動車で使用されたブレイトンサイクルエンジンではなく４ストロークのAlphonse Beau de RochasサイクルまたはOttoサイクルを使用したと主張した。フォードは原告の訴訟で上訴した [8]
1887年、ブレイトンは4ストローク直接噴射式オイルエンジンを開発し特許を取得した（1890年の米国特許第432,114号、1887年出願）。燃料システムは、可変量ポンプと液体燃料、高圧、スプレータイプの噴射を使用しました。液体は、燃料を小さな液滴に分割させる原因となる、バネ式のリリーフタイプのバルブ（インジェクター）を通過させられました。注射は、圧縮行程のピーク時またはピーク付近で起こるように時期を決めた。プラチナイグナイターが発火源となった。 Braytonは、発明を次のように説明しています。「私は、重油がシリンダーの燃焼部分または連通燃焼室で機械的に微細な状態に変換できることを発見しました。」私の知る限りでは、液体燃料を燃焼室またはシリンダーに直接放出して、直燃焼に非常に有利な細かく分割された状態に可変制御することによって速度を調整しています。エンジン回転数と出力を調整します。このようにして、あらゆる動力行程で発射されたエンジンと速度および出力は、噴射された燃料の量によってのみ制御された。
1890年、ブレイトンは4ストロークエアブラストオイルエンジンを開発し特許を取得した（米国特許第432,260号）。燃料システムは、圧縮行程のピーク時またはピーク付近で、加圧下でシリンダの中心に可変量の気化燃料を供給した。発火源は白金線から作られた点火器であった。可変量噴射ポンプがインジェクターに燃料を供給し、そこでシリンダーに入ったときに空気と混合した。小型のクランク駆動式圧縮機が空気の供給源を提供した。このエンジンもリーンバーンシステムを使用していました。
Rudolf Dieselはもともと、圧縮熱が燃焼熱を超えるような非常に高い圧縮定温サイクルを提案しましたが、数年の実験の後、ピストンエンジンでは定温サイクルが機能しないことに気付きました。 。初期のディーゼルエンジンは1890年にブレイトンによって開拓されたエアブラストシステムを使用しています。その結果、これらの初期のエンジンは定圧サイクルを使用します。[9] [edit]
蒸気ピストンエンジンから蒸気タービンが採用されたように、初期のピストン定圧エンジンからガスタービンも採用されました。
初期のガスタービンの歴史 [編集
- 1791ガスタービンの最初の特許（John Barber、イギリス）
- 1904年ベルリンのFranz Stolzeによるガスタービンプロジェクトの失敗（19659022）フランスのArmengaud Ladyによる1906 GT（遠心圧縮機、有用な動力なし）
- 1910年間欠燃焼を特徴とする最初のGT（Holzwarth、150kW、定容燃焼）
- 1923最初の排気ガスターボチャージャーディーゼルエンジンの動力を増加させる
- 1939年スイス、ヌーシャテルの発電用の世界初のガスタービン（Brown Boveri Company）
（Stodolaのvelox burner、aerodynamics）
ブレイトン型エンジンは、コンプレッサー、ミキシングチャンバー、エキスパンダーの3つのコンポーネントで構成されています。
現代のブレイトンエンジンはほとんど常にタービンタイプですが、ブレイトンはピストンエンジンしか製造していません。
オリジナルの19世紀のブレイトンエンジンでは、周囲の空気がピストンコンプレッサに引き込まれ、そこで圧縮されます。理想的には等エントロピー過程です。その後、圧縮空気は、燃料が添加される混合室を通過します。これは、等圧プロセスです。加圧空気と燃料との混合物は次に膨張シリンダ内で点火され、エネルギーが放出され、加熱された空気および燃焼生成物をピストン／シリンダを通して膨張させる。これは別の理想的には等エントロピープロセスである。ピストン／シリンダによって抽出された仕事の一部は、クランクシャフト構成を介して圧縮機を駆動するために使用される。
ガスタービンもブレイトンエンジンです。これには、ガス圧縮機、バーナー（または燃焼室）、および膨張タービンという3つのコンポーネントもあります。
理想のブレイトンサイクル：
