Главная / Дин Кеймен запатентовал мопед работающий на любом виде топлива

Дин Кеймен запатентовал мопед работающий на любом виде топлива

Опубликовано Мир науки и техники в 1 Июль, 2009 - 09:04.

Cкутер с двигтелем Стирлинга

Дин Кеймен– мультимиллионер и изобретатель, прославившейся созданием электрического самоката Segway, сейчас на пути разработки нового мопеда, который комбинирует электроэнергию и генератор, работающий на почти любом виде топлива, которое может гореть.

Построенный он на базе довольно обычной комбинации аккумулятора и электромотора, но в качестве генератора, у него используется двигатель Стирлинга. Основанный на технологии, которая была разработана еще в конце XVII века, напомним, что двигатель внутреннего сгорания появился спустя почти столетие. Двигатель Стирлинга по принципу действия ближе к паровому двигателю, поскольку относится к двигателям внешнего сгорания. Без потребности в конкретном виде топлива этот двигатель может использовать фактически все, что может гореть. Следовательно, можно использовать легко возобновляемые виды топлива.

Как показано в патенте, мопед похож на обычный скутер, с двигателем Стирлинга и топливным баком, установленным под сиденьем, перезаряжающейся аккумуляторной батареей и радиатором. У двигателя Стирлинга будет низкая мощность и вряд ли он выдаст больше чем 5 л.с. эффективной мощности. Это означает, что ему нужно будет работать, даже когда мопед будет стоять на месте, чтобы выработать достаточно энергии для последующего движения.

Кеймен уже вложил больше чем $50 миллионов в развитие єтой технологии двигателя, используя эту идею для мопедов, автомобилей и даже водных очистителей, которые будут использоваться в развивающихся странах.

Принцип действия двигателя Стирлинга

Хотя двигатель Стирлинга был запатентован ещё в 1816 году, он никогда не производился массово, то есть многим принцип его роботы остается непонятным. Он заключается в постоянно чередуемых нагревании и охлаждении рабочего тела в закрытом цилиндре. Обычно в роли рабочего тела выступает воздух, но также используются водород и гелий.

Двигатель Стирлинга использует цикл Стирлинга, который по термодинамической эффективности не уступает циклу Карно, и даже обладает преимуществом. Цикл Стирлинга состоит из четырёх фаз и разделён двумя переходными фазами: нагрев, расширение, переход к источнику холода, охлаждение, сжатие и переход к источнику тепла. Таким образом, при переходе от тёплого источника к холодному источнику происходит расширение и сжатие газа, находящегося в цилиндре. Разницу объёмов газа можно превратить в работу, чем и занимается двигатель Стирлинга.

Недостатки:

  • Основной недостаток двигателя — материалоёмкость.
  • У двигателей внешнего сгорания вообще, и двигателя Стирлинга в частности, рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массогабаритных показателей силовой установки за счет увеличенных радиаторов.
  • Для получения характеристик, конкурентных по сравнению с ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм.) и специальные виды рабочего тела — водород, гелий.
  • Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплообменник работает в очень напряженных условиях теплопередачи, и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, весьма трудно. Чем выше площадь теплообмена, тем меньше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе.
  • Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно реагирует на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске. Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы, отличные от тех, которые применялись в двигателях внутреннего сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция двигателя на управляющее действие водителя является практически мгновенной.

Тем не менее, двигатель Стирлинга имеет неоспоримые преимущества:

  • Всеядность двигателя
  • Простота конструкции. В Стирлинге отсутствуют многие элементы привычных двигателей: система зажигания, свечи, карбюратор, клапана, глушитель. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач.
  • Увеличенный ресурс. Отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет Стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
  • Экономичность
  • Экологичность
  • Бесшумность. Стирлинг не имеет выхлопа, а значит — не шумит.

Двигатель Стирлинга достиг совершенства?

Кеймен не единственный человек, заинтересовавшийся идеей двигателя Стирлинга, поскольку мир находиться в поисках дешевых и экологически чистых видов энергии, но у него благодаря нескольким годам работы и более чем $50 миллионам вкладов капитала есть преимущество.

Применение двигателей Стирлинга:

  • Хонда запатентовала систему, состоящую из маленьких двигателей Стирлинга и подсоединенную к выхлопной системе обыкновенного двигателя. Используя высокую температуру выхлопа как бесплатную энергию для двигателей Стирлинга, которые могли бы использоваться вместо генератора, тем самым не использую мощность двигателя.
  • Ёще одну идею использования двигателей Стирлинга для дома предложила компания Prodrive. Идея состоит в том, чтобы создать машину размерами с сушку, которая нагреет дом и обеспечит все его электрические потребности.
  • Также есть идеи по созданию автономного робота для американских вооруженных сил, спроектирован он на базе двигателя Стирлинга, который позволяет ему фактически «есть» лес или листья тем самым, оставаясь боеспособным в течении многих лет подряд не нуждаясь в подзарядке или дозаправке.
  • В Тайване, крошечные двигатели Стирлинга разрабатываются для обеспечения энергией вентиляторов, охлаждающих компьютерные микросхемы.

Теги: , , , ,

Читайте нас тут


Наш RSS В Контакте [info]

Фото обзоры

Рейтинг@Mail.ru