Тепловий сонячний двигун

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 Винахід відноситься до геліотехніки, зокрема, до сонячних двигунів, що приводять у рух електрогенератори, 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 № 1625999 F03G 6/00,1988 р, що містить сонячне джерело нагрівання 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 № 4 720978 МКИ 4 F03G 7/02, публ 1988 р т 1086 № 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 робо ту 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 зворотнопоступальним рухом супроводжується вібраціями, шумом, що порушує екологічний стан навколишнього середовища Запропонований винахід вирішує задачу створення ефективного теплового сонячного двигуна (ТСД), 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 розташованого диска з прилеглою до нього поворотною заслінкою, що розділяє робочу порожнину циліндра на дві порожнини всмоктувальну і нагнітальну - у пер ю ю 55114 шому 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 вуглекомпозиційних матеріалів Використання ТСД, що заявляється, дозволяє одержати технічний результат, що відрізняється від прототипу 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 зворотнопоступального руху скорочує інерційні навантаження, вібрації, шум Застосування деталей з вуглекомпозиту різко знижує масогабарітні показники при тій же потужності, у п'ять разів зменшує вагу, скорочує втрати на тертя, дозволить замість дорогих мастил використовувати воду, що завдяки високій теплоємності одночасно є й охолоджувачем тріботехнічних вузлів і є екологічно чистим змащенням Запропонований ТСД працює в такий спосіб (див фіг1, 2) При запуску ротор першого циліндра 3 - (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 Qi при взаємодії з його гарячими стінками, розжареними сонячною енергією, після цього потік повітря 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 3 - 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 порожнині нагнітання вона притискалася до поверхні ротора Сонячне джерело 1, відбиває і концентрує промені сонця на поверхні теплообмінника 2 На фіг 1 зображена загальна система ТСД, на фіг 2 зображений робочий циліндр із ротором, на фіг 3 зображений робочий цикл ТСД Запропонований ТСД містить сонячне джерело 1 нагрівання робочого тіла, трубчатий теплообмінник 2, розташований у фокусному просторі сонячного джерела 1 нагрівання робочого тіла, з'єднаний з робочим циліндром 3, 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 3 і 5 (див фіг 2) ексцентрично 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 вихідним отвором 14 Ротори з'єднані між собою загальним валопроводом 15 (див фиг 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 3 - компресорному (РК), розширювальну і випускну - у другому робочому циліндрі 5 - роторно-розширювальної машини (РРМ) У результаті роботи запропонованого ТСД здійснюється розімкнутий термодинамічний цикл aczb (див фіг 3), де процес політропного стиску ас, процес квазизобарного теплопідводу c-z, процес розширення z-b, процес відводу теплоти в навколишнє середовище Ь-а Останній процес є умовним, фактично в навколишнє середовище викидається гаряче повітря з параметрами Рь.Ть, а з атмосфери всмоктується повітря з параметрами Р а ,Т а , ДЄ Р а , Рь - ТИСК у ВІДПОВІДНИХ ТОЧКЭХ ЦИКЛу, Та, Ть - температури Авторами розроблена методика проектування і розрахунку запропонованого ТСД Потужність ТСД N = Qnie, Qi = qcBI, де q c - інтенсивність випромінювання (для України q c = 0,8 -ь 1,0квт/м2), В, І - ширина і довжина джерела сонячної енергії, тіе - ефективний ККД ТСД (тіе = ЛоЛнЛПоіЛм) Лпро - оптичний ККД КСЭ (тіПр0 = 0,8 -ь 0,9), т|н - ККД сонячного нагрівача (т|н = 0,8 -ь 0,95), T t -термічний ККД термодинамічного циклу, | т|Оі - відносний індикаторний ККД (т|Оі = 0,8 + 0,95), тім - механічний ККД (т|м = 0,8 -ь 0,95), 55114