UA55114A - Тепловий сонячний двигун - Google Patents

Abstract

Тепловий сонячний двигун містить сонячне джерело нагрівання робочого тіла, у фокусному просторі якого розміщений теплообмінник та два робочих циліндри, з'єднаних трубопроводами з теплообмінником. В кожному циліндрі розміщений ротор у вигляді ексцентрично розташованого диска з прилеглою до нього поворотною заслінкою, що розділяє робочу порожнину циліндра на дві порожнини: всмоктувальну і нагнітальну - у першому циліндрі, розширювальну і випускну - у другому циліндрі. При цьому ротори знаходяться на одному валу, а газ, наприклад повітря, використовується як робоче тіло .

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до геліотехніки, зокрема, до сонячних двигунів, що приводять у рух електрогенератори, 2 насоси і т.д. Широке застосування винахід може знайти на промислових і сільськогосподарських підприємствах, а також у фермерів і приватних користувачів. В даний час відомо багато конструкцій сонячних двигунів, але всі вони є малоефективними, їх недоліки: складність і громіздкість конструкції, низька надійність і малий термін служби, гучність, вібрації, низька економічність.

Відомий сонячний двигун - а.с. СРСР Мо 1625999 РОЗО 6/00,1988 р., що містить сонячне джерело нагрівання 70 робочого тіла, виконаний у виді прозорого купола, теплообмінник, що обертається, заповнений теплоакомулюючою речовиною, а робочим тілом служить повітря. Недоліком цього сонячного двигуна є низька економічність через низькі параметри тиску й температури повітря і слабкий теплообмін.

Найбільш близьким до заявленого теплового двигуна - прототипом є поршневий тепловий двигун з циклом

Ранкина, що приводиться в дію сонячною енергією - патент США Мо 4 720978 МКИ 4 РОЗО 7/02, публ. 1988 р. т. 75 1086 Мо 4. Він містить сонячне джерело нагрівання робочого тіла, два робочих циліндра, з'єднаних трубопроводами з теплообмінником, розміщеним у фокусному просторі джерела сонячної енергії. Після нагрівання робочого тіла від зіткнення з гарячими стінками теплообмінника, отримана енергія здійснює роботу в циліндрі через поршень, що здійснює зворотно-поступальний рух і передає роботу споживачу через складний привід (шток, крейцкопф, шатун, кривошип).

Недоліком такого двигуна є складність механізму і відповідно великі втрати на тертя в тріботехнічних вузлах. По суті, даний двигун працює по замкнутому циклу парової машини, економічність якої, як відомо, вкрай низька. Крім того, робота циліндра двосторонньої дії зі зворотно-поступальним рухом супроводжується вібраціями, шумом, що порушує екологічний стан навколишнього середовища.

Запропонований винахід вирішує задачу створення ефективного теплового сонячного двигуна (ТОД), у якому нове виконання механічного зв'язку між робочими циліндрами дозволяє значно знизити втрати енергії на тертя, « що підвищує економічність, знизити вібрації і шум, спростити і здешевити конструкцію.

Для вирішення зазначеної задачі пропонується тепловий сонячний двигун, що містить сонячне джерело нагрівання робочого тіла, у фокусному просторі якого розміщений теплообмінник, два робочих циліндра, з'єднаних трубопроводами з теплообмінником. У кожному циліндрі розміщений ротор у вигляді ексцентрично З розташованого диска з прилеглою до нього поворотною заслінкою, що розділяє робочу порожнину циліндра на /- че дві порожнини: всмоктувальну і нагнітальну - у першому циліндрі, розширювальну і випускну - у другому циліндрі, при цьому ротори знаходяться на одному валу, а як робоче тіло використовується газ, наприклад, -- повітря. Корпус робочих циліндрів, ротори, поворотні заслінки, вставні втулки циліндрів виконані з ою вуглекомпозиційних матеріалів. 3о Використання ТОД, що заявляється, дозволяє одержати технічний результат, що відрізняється від прототипу: о заміна зворотно-поступального руху зі складною передачею простим обертальним рухом двох роторів - компресорного і розширювального дозволяє різко скоротити механічні втрати, спростити й здешевлює конструкцію, зменшити вагу і габарити. Відсутність зворотно-поступального руху скорочує інерційні « навантаження, вібрації, шум. Застосування деталей з вуглекомпозиту різко знижує масогабарітні показники при З тій же потужності, у п'ять разів зменшує вагу, скорочує втрати на тертя, дозволить замість дорогих мастил с використовувати воду, що завдяки високій теплоємності одночасно є й охолоджувачем тріботехнічних вузлів і є з» екологічно чистим змащенням.

На фіг.1 зображена загальна система ТОД, на фіг.2 зображений робочий циліндр із ротором, на фіг.З зображений робочий цикл ТОД.

Запропонований ТОД містить сонячне джерело 1 нагрівання робочого тіла, трубчатий теплообмінник 2, і-й розташований у фокусному просторі сонячного джерела 1 нагрівання робочого тіла, з'єднаний з робочим 4! циліндром З, нагнітальним трубопроводом 4, а з робочим циліндром 5 розширювальним трубопроводом 6.

Трубчатий теплообмінник 2, сонячне джерело 1 і частково трубопроводи 4 і 6 розміщені в корпусі 7 із прозорим - для сонячних променів вікном 8. У корпусі кожного робочого циліндра З і 5 (див фіг.2) ексцентрично - 20 розташований ротор 9 у вигляді обертового диска з прилеглою до нього поворотною заслінкою 10 і вставна втулка 11 з антифрикційним наповнювачем. Корпус 12 кожного циліндра обладнаний вхідним отвором 13 і

Т» вихідним отвором 14. Ротори з'єднані між собою загальним валопроводом 15 (див. фіг.1), що передає рух споживачу. Ротор 9 разом із прилеглою до нього поворотною заслінкою 10 розділяють робочу порожнину циліндра на дві порожнини: всмоктувальну і нагнітальну в першому робочому циліндрі З - компресорному (РК); 29 розширювальну і випускну - у другому робочому циліндрі 5 - роторно-розширювальної машини (РРМ). в. Запропонований ТСД працює в такий спосіб (див. фіг.17, 2). При запуску ротор першого циліндра З - (роторного компресору (РК)) при повороті з однієї сторони всмоктує повітря з атмосфери, а з іншої сторони стискає повітря попереднього циклу і нагнітає його в теплообмінник 2, де стиснене повітря одержує дозу теплоти 0 при взаємодії з його гарячими стінками, розжареними сонячною енергією, після цього потік повітря 60 надходить у другий циліндр 5 - роторно-розширювальну машину (РРМ), де відбувається позитивна робота з надавання руху РК і споживачів, як-то: електрогенератор, насос і т.д. Відпрацьоване повітря із РРМ надходить до атмосфери, чи при необхідності в систему утилізації. У цьому випадку в першому робочому циліндрі З - РК на вході маємо знижений тиск, а на виході - підвищений, у другому робочому циліндрі 5, навпаки - на вході підвищений тиск, а на виході знижений. Заслінка повинна розташовуватися так, щоб за рахунок тиску в бо порожнині нагнітання вона притискалася до поверхні ротора. Сонячне джерело 1, відбиває і концентрує промені сонця на поверхні теплообмінника 2.

У результаті роботи запропонованого ТСД здійснюється розімкнутий термодинамічний цикл ас25 (див. фіг.З3), де: процес політропного стиску а-с; процес квазіізобарного теплопідводу с-2; процес розширення 2-6; процес Відводу теплоти в навколишнє середовище бБ-а. Останній процес є умовним, фактично в навколишнє середовище викидається гаряче повітря з параметрами Р ь,Гь, а з атмосфери всмоктується повітря з параметрами Ра,Га, де Ра, Рь - тиск у відповідних точках циклу; Та, Ть - температури.

Авторами розроблена методика проектування і розрахунку запропонованого ТОД.

Потужність ТОД:

М - Оле, СХ хх ДОВ; де др - інтенсивність випромінювання (для України др - 0,8 -- 1,Оквт/м2);

В, І - ширина і довжина джерела сонячної енергії;

Че 7 ефективний ККД ТОД (пе У попнптлоїлм)

Ппро 7 ОПТИЧНИЙ ККД КСЗ (пдро 7 0,8 -- 0,9); пн ККД сонячного нагрівача (пу - 0,8 - 0,95); п- термічний ККД термодинамічного циклу; пої - Відносний індикаторний ККД (про - 0,8 - 0,95); ям - механічний ККД (пу - 0,8 -. 0,95);

Claims (2)

Формула винаходу

1. Тепловий сонячний двигун, що містить сонячне джерело нагрівання робочого тіла, у фокусному просторі якого розміщений теплообмінник, два робочих циліндри, з'єднаних трубопроводами з теплообмінником, який відрізняється тим, що в кожному циліндрі розміщений ротор у вигляді ексцентрично розташованого диска з « прилеглою до нього поворотною заслінкою, що розділяє робочу порожнину циліндра на дві порожнини: всмоктувальну і нагнітальну - у першому циліндрі, розширювальну і випускну - у другому циліндрі, при цьому ротори знаходяться на одному валу, а як робоче тіло використовується газ, наприклад повітря.

2. Тепловий сонячний двигун за п. 1, який відрізняється тим, що корпус робочих циліндрів, ротори, поворотні « заслінки, вставні втулки циліндрів виконані з вуглекомпозиційних матеріалів. «- «- ІС) ІС в) -

с . и? 1 1 - - 50 с» 60 б5