Freonový motor

[Jim68]

Ty jsi lišák! A zacykluješ to....

[beldy]

prave pomocou tej pumpy, a je to ...

[poota]

Vlákno je učesané k příjemnějšímu čtení - poo.

[Navarson]

Dobrý den všem vinšuji.

Fóra tohoto webu navštěvuji již nějaký čas, neb se též zajímám o využívání obnovitelných zdrojů v ostrovních systémech výroby elektrické energie.
Mám již za sebou nějaké experimentování s dřevoplynem a s bioplynem, dalo by se říci celkem úspěšné, neb v obou případech se soustrojí, které používám na pokoušení (elektrocentrála, zážehový čtyřdobý jednoválec OHV 6,5 HP s generátorem 3kW), nakonec rozběhlo.
Oba plyny lze stlačit do tlakových nádob (byť za cenu ztráty části vyrobené energie a tím tedy i snížení celkové účinnosti zařízení) a není tedy nutné, mít generátory plynu (zvláště to platí o bioplynu) tak veliké, aby pokryly okamžitou spotřebu motoru.
Nicméně po čase mi došlo (díky experimentování), že i když odmyslím počáteční vstupy do pořízení a zprovoznění těchto zařízení (čas a peníze), je potom třeba tato zařízení také provozovat. S tím je spojeno určité množství práce, která stojí nějaké to úsilí a také čas. No a to je právě ono. Kdybych tento čas věnoval práci která mě živí (zaměstnání), nakoupil bych za vydělaný peníz několikanásobně větší množství energie od dodavatele, než by vyrobilo mé soustrojí.
Již delší dobu tedy přemýšlím o pohonu elektrického generátoru, jehož obsluha by na jednotku výstupního výkonu, nevyžadovala tolik úsilí.

Vybral jsem toto vlákno, neb nápad který nosím v hlavě a s kterým bych se rád zde s vámi podělil, bych přirovnal ke kříženci tepelného motoru a ledničky. Motor by měl pracovat s využitím přeměny skupenství nějaké látky, vlastnostmi blízké chladírenskému médiu.
Dle fázových diagramů se mi jeví, jako vhodný plyn n-butan (používá se do náplně zapalovačů).
K napsání tohoto příspěvku, jsem se odhodlal po úspěšném ověření funkce jedné z částí pracovního cyklu pohonu.
Pokus byl velice jednoduchý, při údržbě sekačky a její přípravě na jaro, jsem po zkušebním běhu vyšrouboval svíčku. Na setrvačníku jsem nakreslil značky pro horní a dolní úvrať pístu (zjištěno zasunutím tyčky do válce) a kliku jsem natočil cca 20° po horní úvrati. Mezi žebra chlazení motoru jsem umístil teploměr a počkal, až pelota klesne na cca 60°C. Poté jsem vstříkl pomocí injekční stříkačky naplněné pomocí bombičky na plnění zapalovačů cca 1cm3 tekutého plynu do válce otvorem pro zapalovací svíčku.
Nejenom, že tlak plynu který vyrazil z otvoru pro svíčku, mne vyrobil účes s pěšinkou na druhé straně, ale hlavně posunul píst do dolní úvrati.
Pro případný experiment bych použil motor věnovaný sousedem, je to stabilák Slavia 1S100, sice chybí chladič, nádrž, spodní kryt kliky, oba setrvačníky, zdvihátka vahadel a pojízdný rám, na kterém byl motor původně uložen. Zato ale, po vyšroubování vstřiku lze s klikovkou otáčet s přiměřeným odporem bez zadrhávání a podezřelých zvuků. Zdá se, že budou v pořádku i vodní pumpa a vstřikovací čerpadlo, taktéž vačka se otáčí. Motor má vrtání 100mm, zdvih 125mm.

Nyní popíši samotnou ideu funkce motoru.

1, Motor bude napojen (zdroj dodávané energie) na vodu o výstupní teplotě 80°C, připravované pro tento účel ve vyřazeném, ale funkčním kotli na tuhá paliva Dakon 12kW. Výstup, kotle bude napojen na vstup chladící vody z původního chladiče do motoru, vstup kotle naopak na výstup chladicí vody z motoru. Cirkulaci topné vody by měla napomáhat vlastní vodní pumpa motoru. (kotel tak bude vlastně místo původního chladiče)
2, Sací ventil nebude třeba, nebude osazeno zdvihátko ventilu a ventil utěsněn. Vačková hřídel dostane nový převod, původní 2:1 ke klikovce bude změněn na 1:1 a původní vačka zdvihátka výfukového ventilu bude upravena a načasována tak, aby se ventil začal otvírat v dolní úvrati pístu a zavřel se v horní úvrati pístu.
3, Náhon vstřikovacího čerpadla, bude taktéž nutno upravit na poměr vstřik:otáčka klikovky na poměr 1:1, načasování vstřiku v horní úvrati pístu.
4, Na výfuk bude připojen vstup vhodného chladiče (může být i ochlazován původním ventilátorem na ochlazování původního vodního chladiče). Na výstup z chladiče by měl být připojen vhodný kompresor poháněný nejspíš mechanicky od nějaké rotující části motoru. Za tento kompresor bude zřejmě nutno zařadit ještě chladič již zkapalnělého média. Za tímto chladičem by byla již umístěna nádržka vhodné velikosti v které by kapalné médium bylo připraveno pro vstřikovací čerpadlo.

Předpokládejme, že při startu motoru máme hlavu a válec motoru nahřátý na teplotu vody z kotle. Pootočením klikové hřídele uvedeme v činnost vstřikovací čerpadlo které vstříkne do válce určité množství kapalného média (v tomto případě n-butan) v okamžiku, kdy se píst nachází v horní úvrati. Plyn mění vlivem okolní teploty skupenství a roztahuje se. Tlačí píst do spodní úvrati a ochlazuje sebe i své okolí (hlavu a válec). Tepelná ztráta ochlazeného válce musí být kryta dodávkou tepla z kotle. Píst dosáhl dolní úvrati, otevírá se výfukový ventil a natlakovaný plyn uniká výfukem do chladiče, zároveň setrvačnost klikového ústrojí pohybuje pístem k horní úvrati, píst vytlačuje zbytky plynu z válce. Píst dosahuje horní úvrati, výfukový ventil se zavírá a vstřikovací čerpadlo se chystá započít nový cyklus vstříknutím kapalného plynu.
Plyn vyfouknutý z válce se ochlazuje v chladiči, pomocí kompresoru kapalní, znovu se dochlazuje a v zásobní nádržce je připraven na vstříknutí do válce.
Zatím neřeším doplňování média uniklého netěsnostmi, nebo bezpečnostní ventily, nebo tlakové dimenzování chladící a zásobníkové časti, které mají jistě místo v reálném použití, v této úvaze jde pouze o princip, který jsem se pokusil popsat.
Je mi jasné že, zde mám co do činění s termodynamickými zákony (práce získaná změnou skupenství plynu versus práce vynaložená na opačnou změnu) a dalšími fyzikálními faktory jako je např. rychlost roztahování plynu při dané teplotě a tím otáčky motoru, tlak působící na dno pístu a tím kroutící moment na hřídeli, množství vstřiknutého plynu a tím efektivita expanze a podobně. Je to poměrně dost teoretické práce, která samozřejmě zabere svůj čas.
Proto bych chtěl požádat, čistě jen o odhad na základě vašich empirických zkušeností, zvláště zdejší členy, jako např. Akord či Ilem (dle jejich příspěvků předpokládám rozsáhlou teoretickou výbavu), samozřejmě uvítám příspěvek všech kteří chtějí přispět svým názorem, zda má smysl se pustit do praktické stavby tohoto zařízení. Mám stanovenou hranici že při 100% dodané práce ve formě vody 80°C chci alespoň 15% práce ve formě elektřiny.
Pokud tento stroj na tomto principu již někde běhá, sdělte prosím jak se nazývá, abych se mohl dále informovat. Zároveň se omlouvám, pokud je někde publikace podobného stroje, že neumím hledat.

Děkuji Navarson.

[Jim68]

Toz pekne, ale prave ztraty bodou vetsi nez se zda. Na kondenzaci asi nebude potreba kompresor - tlakovat to bude pist pri vyfuku, potrebujes jen chladit. Jestli mas nejakou tabulku n-butanu, mohu ti to vsechno spocitat. Ale bez gradientu a celkove merne tepelne kapacity a tepelneho odporu sten valce to bude pusta teorie. Z vodniho plaste asi nebude jednoduche ten valec ohrivat. Bude super, kdyz se to bude tocit. Elektrika 14 procent, to by bylo dobre.

[Navarson]

Pro lepší představu jak by to asi (ne)fungovalo, přikládám jednoduchou animaci.

[Jim68]

Jasně, rozumíme si. Ale chce to spočítat.