Wacław Mączka SUPLEMENT

Transkrypt

1 Wacław Mączka SUPLEMENT do skróconego opisu patentowego nr PL00970 pt. Sposób uzyskiwania energii z ciepła atmosfery i wieloobiegowy silnik do tego sposobu w akumulacji energii do pneumatycznego napędu pojazdów kołowych Praca zawiera 11 figur rysunków Lublin 011 r.

2 Spis treści suplementu 1. Oznaczenia Figur do Suplementu...3. Zmiany w konstrukcji silnika akumulacyjnego Silnik akumulacyjny na ciekły azot jako skraplacz azotu Prawo akumulacji energii pod postacią skroplonego azotu...8

3 3 Suplement do skróconego opisu patentowego nr PL00970 na wynalazek pt. Sposób uzyskiwania energii z ciepła atmosfery i wieloobiegowy silnik do tego sposobu w akumulacji energii do pneumatycznego napędu pojazdów kołowych (ekologicznych). 1. Oznaczenia Figur do Suplementu Fig.14 przekrój poprzeczny K-K zespołu II (średniego ciśnienia) Fig.14a pół półprzekroju poprzecznego L-L II zespołu Fig.14b przekrój częściowy M-M II zespołu Fig.15 przekrój osiowy N-N II zespołu Fig.15a przekrój osiowy R-R suwaka 68 Fig.15b przekrój wzdłużny poziomy P-P suwaka 68 Fig.15c przekrój poprzeczny schodkowy S-S suwaka 68 Fig.16 przekrój osiowy T-T chłodnicy Fig.16a widok A chłodnicy z przekrojami częściowymi; U-U, W-W, X-X Fig.16b powiększony szczegół B chłodnicy Fig. 17 schemat ideowy układu skraplacza, silnika elektrycznego i sprężarki mocy.. Zmiany w konstrukcji silnika akumulacyjnego Zmiany w konstrukcji zespołu II (średniego ciśnienia) i zmiany w konstrukcji chłodnicy dokonane przez twórcę wynalazku w 10 lat po jego opracowaniu i zgłoszeniu w 001 r. miały na celu ogólne utrzymanie wysokiej sprawności efektywnej akumulacji energii. Sprawność tę zapewni przeciwprądowa chłodnica z nieprzerywanym strumieniem chłodziwa, płynącym w dwu rurach śrubowych, oraz sprawność przepływu czynnika przez 5-cio stopniowy II zespół (średniego ciśnienia) i I zespół (wysokiego

4 4 ciśnienia). Zespół I pozostawiono bez zmian, natomiast zmian dokonano w II zespole z uwzględnieniem możliwości przestawiania silnika akumulacyjnego w wariant paliwowy. Nastąpiła zmiana w konstrukcji nastawialnych sektorów 7 i 8 (Fig. 5) i zastąpienie ich układami klap 69 i 74 obrotowych, osadzonych sztywno i szczelnie na wałkach 70 (Fig. 14). Uprości to technologię wykonania korpusu 1, usprawni i skróci czas przestawiania silnika z jednego wariantu w drugi wariant. Klapy 74 osłonięte są wkładkami 7 sztywno i szczelnie połączonymi z korpusem 1 za pomocą śrub 73 i 75. Na końcu klapy 74 jest wykonany ząb oporowy 71 (Fig. 14, Fig. 14a, Fig. 14b). Dolny układ klap 69 osadzony jest sztywno na obrotowym wałku 70 zakończonym dźwignią 71a, napędzaną siłownikiem z zamkiem. W podobny napęd zaopatrzony jest układ klap 74. Poprzedni układ kanałów k 0 osiowych został zastąpiony nowym układem 67 (Fig. 15) o zmniejszonych stratach przepływu ośrodkowego czynnika do komór międzyłopatkowych w wariancie paliwowym. Wprowadzenie suwaka 68 (Fig. 15a i Fig. 15b) w układzie 67 znacznie zmniejszy zawirowania czynnika na drodze od jego rozprężenia do wydechu. Układ kanałów 67 jest wsuwany w korpus wewnętrzny II zespołu od końca zaślepionego wału tulejowego 8 wirnika łopatkowego 66 w końcowej fazie montażu tego zespołu. Skok h suwaka jest równy połowie długości łopatki sekcji S 5. Zamyka lub otwiera on okna 79 przepływu odśrodkowego czynnika. Suwak połączony z trzonem 76 poprzez wspornik 77 i napędzany jest tłoczkiem 7a umieszczonym w cylindrze układu 67. Konstrukcja chłodnicy (Fig. 16, 16a, 16b).

5 5 Chłodnica ma konstrukcję rury śrubowej 81 o stałym skoku H i podzielona jest na sekcje Ch 1, Ch, Ch 3 i Ch 4 o malejącym ciśnieniu w każdej z nich. We wnętrzu rury 81 znajdują się dwie stykające się rury 8 śrubowe, a punkty styczności układają się na poziomej średnicy rury 81. Rury 8 są dwoma przewodami biegnącymi przez całą chodnicę od zaworu dławiącego 85 do wylotu zużytego termicznie azotu. Zawór 85 jest połączony przewodem poprzez wlot ze zbiornikiem 84 kriogennym. Do szczelnego łączenia poszczególnych sekcji rur 81 ze sobą służą krążki 83 (Fig. 16b) przyspawane najpierw do rur 8, następnie łączone z końcami rur 81 przylegającymi do krążków 83. Całość chłodnicy jest umieszczona w materiale termicznej izolacji. Tak zaprojektowana chłodnica nie jest trudna do wykonania i ma dużą sprawność wymiany ciepła przez dużą powierzchnię wymiany ciepła na jednostkę długości l zwoju w stosunku do powierzchni przekroju poprzecznego przepływu chłodziwa. πdl 4 4l η 1 = = chłodziwo płynie jednym przewodem πd d przekrój przepływu F = πd 4 4l η = chłodziwo płynie dwoma przewodami d przekrój przepływu d d = Po podstawieniu otrzymujemy πd 4 π = d 4

6 6 η 4l 4l = = d d = η > η 1 4l d Dwie sekcje muszą być zrobione przez podział sekcji Ch3 (rury 81) i muszą być połączone te dwa elementy ze sobą przez regulacyjny zawór dławiący dla chłodnicy skraplacza, ponieważ na wykresie entropowym Fig. a są trzy stopnie rozprężania, podczas gdy dwa stopnie Sn3 i Sn rozprężania są w III zespole (Fig. 10). Zawór ten nie jest pokazany na figurach 16, 16a, 16b, ale miejsce tego podziału jest oznaczone literą C na Fig. 16. Figury: Fig. a, Fig. 10 znajdują się w skróconym opisie patentowym nr PL Spadek ciśnienia z 0,1 MPa do 0,074 MPa Fig. a (punkt G) jest wynikiem dławienia przepływu mokrej pary azotu (powietrza). Regulacyjny zawór dławiący dławi czynnik chłodzący podczas skraplania, natomiast podczas pracy silnika akumulacyjnego zawór ten jest oddałwiony. Rury śrubowe 8 chłodnicy są bez zmian. Kierunki przepływu czynnika skraplanego i czynnika chłodzącego w chłodnicy są przeciwne do kierunków przepływów tych czynników przez chłodnicę silnika akumulacyjnego. 3. Silnik akumulacyjny na ciekły azot jako skraplacz azotu Silnik akumulacyjny z ważnymi zmianami konstrukcji może pracować jako skraplacz azotu (praktycznie powietrza) po przyłożeniu

7 7 momentu obrotowego np. z silnika elektrycznego. Obroty skraplacza są przeciwne względem obrotów silnikowych. Ponieważ masowe natężenie przepływu czynnika w obiegu głównym silnikowym jest 3,9 raza większe od masowego natężenia przepływu obiegu pomocniczego silnikowego, zaś dla obiegu chłodniczego głównego mnożnik ten jest większy i wynosi 3,43. Aby skraplacz mógł pracować skutecznie przełożenie kół zębatych z I 3,43 zespołu na II zespół musi być większe do skraplania i = i = i 1, 04. 3,9 W tym celu należy zastosować dwubiegową przekładnię łączącą te dwa zespoły, przez użycie tzw. dwójki przesuwnej kół zębatych. Zbiornik 84 kriogenny może być wielokrotnego użycia, a jego ładowanie może odbywać się w garażu. W tym celu między silnikiem akumulacyjnym 86 a sprężarką 87 transmisji mocy ze współosiowo umieszczonymi wałami umieszczony jest silnik elektryczny 88 o podwyższonych parametrach, który ma drążony wał 88a i wirnika 88b, przez który przechodzi wał napędu z silnika 86 akumulacyjnego na sprężarkę 87. Z tym wałem współpracują dwa sprzęgła rozłączne. Jedno 89 służy do łączenia silnika elektrycznego z wałem skraplacza przy wyłączonym sprzęgle 90 drugim, łączącym silnik akumulacyjny ze sprężarką mocy (Fig. 17). Po fazie rozruchu następuje faza ładowania zbiornika 84 przy oddławionym zaworze 85. Ciekłe powietrze może być pozyskiwane z sieci sprzedaży tego nośnika energii otrzymywanego ze źródeł odnawialnego momentu obrotowego. Korzystnym skutkiem stosowania wynalazku będzie budowa siłowni większej mocy, pobierających energię losową zmienną po to, by ją akumulować w zbiornikach 84 na okresy niedoboru tej energii. Siłownie te będą przetwarzać moment obrotowy rotorów w strumienie sprężonego powietrza lub wody pod ciśnieniem (siłownie fali morskiej) do silników

8 8 pneumatycznych lub hydraulicznych napędzających skraplacze akumulujące energię odnawialną, zaś każdy skraplacz będzie pracował jako silnik akumulacyjny napędzający np. prądnicę elektryczną. Siłownia wiatrowa i fali morskiej jest przedstawiona w polskim opisie patentowym nr PL Wynalazek został zgłoszony w 1988, a jego twórcą jest Wacław Mączka. Siłownia ta przetwarza energię odnawialną w strumień sprzężonego powietrza lub wody pod ciśnieniem w rotacyjnej sprężarce pompie przepływu ciągłego, wyporowego napędzanej rotorem siłowni. 4. Prawo akumulacji energii pod postacią skroplonego azotu Jeżeli górna temp. T obiegów sprzężonych silnikowych jest równa górnej temp. T obiegów sprzężonych skraplających azot, to teoretyczna sprawność akumulacji energii nie zależy od temperatury T. Dowód Parametry obliczeniowe do dowodu pochodzą z opisu patentowego nr PL Przy T=300 K η sprawność akumulacji wynosi 9576 mm E η = 0,805 = =, mm E E pole pracy silnika, E sk pole pracy skraplacza Niech temp. obniżona T 1 =50 K, temp. dolna T d =75 K E 1 jest proporcjonalne do ilorazu = α E 1 sk jest proporcjonalne do ilorazu sk = α 75

9 9 ponieważ pole geometrycznej figury wykresu entropowego o znanej podstawie (różnica entropii) prostopadłej do jej wysokości jest proporcjonalne do tej wysokości. η Eα = E α 1 = sk η 1 = η 0,805 Stąd wniosek, że zimą i latem sprawność akumulacji jest ta sama, ale ilość energii z 1 kg skroplin w porze letniej jest większa od ilości energii otrzymanej zimą. Najbardziej opłacalne będzie skraplanie zimą i gromadzenie skroplin do wykorzystania w porze letniej. Poprawia się bowiem znacznie sprawność akumulacji i gęstość energii z jednostki masy skroplin. Lublin 011 r. Wacław Mączka

10 10

11 11

12 1

13 13

14 14

15 15

16 16 Kopia pierwszej strony dokumentu Polskiego Urzędu Patentowego na wynalazek pt. Sposób uzyskiwania energii z ciepła atmosfery i wieloobiegowy silnik do tego sposobu w akumulacji energii do pneumatycznego napędu pojazdów kołowych.

17 17 Kopia podstawowego, amerykańskiego wykresu entropowego azotu z zakresu niskich temperatur opracowanego przez Burnetta.