Краснов Александр Использование эффекта Пельтье в силовых

УДК
Использование эффекта Пельтье в силовых установках. Увеличение
эффективности механизмов с двигателями внутреннего сгорания
Краснов Александр Александрович,
научный руководитель: Дубоделов Семён Русланович
Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Средняя
общеобразовательная школа №22»
Паровая машина как таковая в настоящем времени используется в очень узком кругу
структур. И мы поставили перед собой цель исследовать, возможно, ли дать вторую
жизнь, такому замечательному изобретению. Сейчас на планете возникла глобальная
проблема бесхозного мусора а проект переработки мусора с применением паровой
машиной может решить сразу несколько проблем, во первых утилизацию мусора путем
сжигания, во вторых получение из этого мусора полезной энергии. Последние 30 лет мало
кто исследовал вопрос возможности использования или усовершенствования паровой
машины, многие считают что её время ушло безвозвратно, мы постараемся дать свой
ответ на этот вопрос. Во время поиска информации о паровой машине мы нашли
единичное количество работ на эту тему и все они ограничиваются рефератами.
Цель: Разработать конструкцию механизма, использующего в качестве топлива,
тепло выделяемое двигателем внутреннего сгорания
Задачи:
1.
Ознакомиться и проанализировать, информацию, имеющуюся у
человечества о паровых машинах.
2.
Сравнить паровой двигатель с другими видами двигателей.
3.
Разработать способ применения преимуществ паровых машин в системах с
двигателем внутреннего сгорания
В процессе исследования мы использовали такие методы и методики как: мозговой
штурм, ТРИЗ, моделирование, объединение альтернативных систем.
Исследовав двигатель внутреннего сгорания автомобиля мы пришли к выводу что
основная часть топлива уходит не на полезную работу (движение автомобиля, обогрев
солона в холодное время года), а на процессы разогрева и охлаждения самого двигателя,
грубо говоря с 10 литров топлива «переваренных двигателем» только 4 литра уходит на
полезную работу, остальные 6л «греют атмосферу и космос». Все это происходит из за
несовершенной конструкции автомобиля и в частности ДВС, так как тепло выделяемое
им уходит в атмосферу не выполняя никакой полезной функции.
Моя идея заключается в модификации паровой машины, полностью изымая из её
конструкции топливный котел и изменение конструкции парового (водяного) котла,
после этих изменений конструкции паровой машины она легко интегрируется в любую
систему и любой механизм в основе которого лежит двигатель внутреннего сгорания.
Именно на «отходах» двигателя внутреннего сгорания таких как тепло выделяемое им,
будет работать и давать дополнительную мощность в систему паровая машина, тем
самым повышая эффективность работы механизмов и систем в которые она
интегрирована.
КПД двигателя внутреннего сгорания и автомобиля в целом вычисляется по
следующий формуле:
КПД авто = Апол / Q, Апол – полезная работа совершенная двигателем (движение
авто), Q - тепло или энергия выделяемая горючей смесью при сжигании её в цилиндрах
ДВС.
КПД пар маш = Апол / Q, Апол – полезная работа совершенная паровой машиной
(движение авто, подъем груза итд), Q - тепло или энергия выделяемая горючей смесью
топливом при сжигании её в котле паровой машины.
Модернизировав и отказавшись в нашей конструкции паровой машины от котла для
сжигания топлива и использовав вместо него тепло выделяемое двигателем внутреннего
сгорания формула коэффициента полезного действия примет следующий вид.
КПДпар маш = Апол, то есть стремиться к 100%, но из за потерь в трении между
деталями паровой машины при применении текущих технологий нашего времени такой
показатель недостижим.
Однако, объединив ДВС и модернизированную паровую машину, мы получим
следующую формулы для вычисления КПД новой системы для авто.
КПДнов = КПД авто + КПД пар маш
Апол / Q
Апол
А пол двс + А пол пар маш
КПД нов =
_________________________________
Q
Разработана новая конструкция механизма, использующего в качестве топлива,
тепло выделяемое двигателем внутреннего сгорания.
В основу этого механизма положена интеграция двух силовых установок, двигателя
внутреннего сгорания и паровой машины.
1 – Двигатель внутреннего сгорания
2 – Подкапотное пространство автомобиля
3 – Водяной накопитель паровой машины
4 – Теплопоглощающий змеевик (паровой котел)
5 – Выпускной коллектор штатной системы выпуска отработанных газов
6 – Система выпуска отработанных газов
7,8 – Передняя и задняя ось автомобиля
9 – Паровая машина силовая часть
Рабочая жидкость поступает из накопителя(3) в теплопоглощающий змеевик(4)
выполняющий роль парового кота, выпускной коллектор(5) работающего двигателя(1)
имеет температуру около 300ºС, находясь в непосредственном контакте вода в паровом
котле(4) нагревается до температуры кипения и поступает в силовую часть паровой
машины(9), которая в свою очередь может приводить в движение какие либо механизмы.
Выведена формула измерения коэффициента полезного действия для разработанной
установки
А пол двс + А пол пар маш
КПД нов =
_________________________________
Q
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Брандт, "Курс П. машин" (СПб., 1896; c указанием литературы);
2. Викитека
статья
Паровые
машины
http://ru.wikisource.org/wiki/%D0%AD%D0%A1%D0%91%D0%95/%D0%9F%D0%B0%D1
%80%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B5_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%B
D%D1%8B
3. Богомазов В.К. Паровые двигатели (Государственное издательство технической
литературы УССР 1952)
4. Баландин С.С. Бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания
(1972г. Машиностроение)
5. Учебник по физике 10 класс Мякишев, Буховцев (2010г. Просвещение)