PL204725B1 - Silnik cieplny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest silnik cieplny do badania przemiany energii wewnętrznej na pracę mechaniczną mający zastosowanie w pracowniach fizycznych, zwłaszcza studenckich i szkolnych.

Znany silnik cieplny, przeznaczony do tego celu, opisany jest w książce Tadeusza Dryńskiego, pt. „Doświadczenia pokazowe z fizyki, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1966 r. stanowi rurkę szklaną 0 długości 15 cm, zakończoną odgiętymi ku górze kulistymi zbiorniczkami. Rurka i częściowo zbiorniczki wypełnione są łatwo parującą cieczą taką jak eter lub alkohol. Od góry nad zbiorniczkami znajdują się dwie poduszki, nasączone również łatwo parującą cieczą lub dwa kawałki lodu. Do rurki w połowie długości przymocowana jest prostopadle pozioma oś, umieszczona w łożyskach, dzięki czemu rurka może poruszać się ruchem wahliwym.

Działanie silnika rozpoczyna się przez pochylenie rurki w wyniku tego jeden ze zbiorniczków dotyka poduszki lub kostki lodu, co powoduje ochłodzenie pary znajdującej się nad cieczą w tym zbiorniczku. Ochłodzona para ma mniejsze ciśnienie niż para w drugim zbiorniczku i w rezultacie tego poziom cieczy w ochłodzonym zbiorniczku się podnosi. Skutkiem tego jest zachwianie równowagi rurki i wykonanie ruchu wahliwego, przez co drugi zbiorniczek unosi się ku górze i dotyka poduszki. Skutkuje to ochłodzeniem drugiego zbiorniczka i podwyższeniem w nim poziomu cieczy oraz przemieszczeniem tego zbiorniczka w dół. Dalej opisane procesy powtarzają się i silnik wykonuje ruch wahliwy.

Taki sam znany silnik cieplny, jak w książce Tadeusza Dryńskiego, opisany jest również w książce Richarda Manliffe Suttona, pt. „Demonstration Experiments in Physics, wydanej przez McGraw-Hill Book Company Inc. w Nowym Jorku i Londynie w 1938 r.

Inny znany silnik cieplny, przeznaczony do tego celu, opisany jest w książce Keitha Gibbsa, pt. „Resourceful Physics Teacher, 600 Ideas for Creative Teaching, wydanej przez Institute of Physics Publishing Ltd. w Bristolu i Filadelfii w 1999 r. Silnik ten składa się z rurki szklanej, zakończonej dwoma kulistymi zbiorniczkami - górnym i dolnym, przy czym rurka wchodzi do dolnego zbiorniczka nie dotykając dna i zaopatrzona jest w połowie długości w prostopadłą do niej poziomą oś, mogącą obracać się w łożyskach umieszczonych we wsporniku przymocowanym do brzegu naczynia, zawierającego łatwo parującą ciecz. Początkowo rurka zajmuje pozycję pionową a w dolnym zbiorniczku i częściowo w rurce znajduje się także łatwo parująca, zabarwiona ciecz, natomiast do górnego zbiorniczka przymocowana jest poduszka z nasiąkliwego materiału.

Działanie silnika rozpoczyna się od zmoczenia poduszki łatwo parującą cieczą, wyniku, czego obniża się ciśnienie pary w górnej bańce a ciśnienie pary znajdującej się nad cieczą w dolnej bańce wpycha ciecz do rurki i jej poziom podnosi się. Przez to podnosi się również środek masy rurki ze zbiorniczkami i ulega ona przechyleniu, co powoduje zanurzenie górnego zbiorniczka z poduszką w naczyniu z cieczą. W stanie nachylonym część pary z dolnego zbiorniczka przedostaje się przez rurkę do górnego zbiorniczka i powoduje wepchnięcie cieczy z rurki do dolnego zbiorniczka. Następnie, parująca z poduszki ciecz powoduje zmniejszenie ciśnienia pary w górnym zbiorniczku i podniesienie poziomu cieczy w rurce. Skutkuje to kolejnym podniesieniem się środka masy rurki i jej przechyleniem aż do zanurzenia poduszki w naczyniu z cieczą. Dalej opisane procesy powtarzają się, co zapewnia ciągłą pracę silnika.

Podobny, znany silnik jak w książce Richarda Manliffe Suttona, ujawniony jest na płycie CD, pt. „Fizyka i zabawki opracowanej przez zespół autorów pod kierunkiem Grzegorza Karwasza i wydanej przez Wydawnictwo Muzyczne Soliton ze Słupska w 2004 r. Jedyna różnica polega na tym, że wspornik nie jest przymocowany do brzegu naczynia z cieczą, ale stanowi element wolnostojący.

Wszystkie, znane z wymienionych w stanie techniki silniki cieplne mają tę niekorzystną cechę, że do rozpoczęcia pracy wymagają ochłodzenia jednego ze zbiorniczków oraz wykonują ruch wahliwy, co uniemożliwia ich zastosowanie do napędu urządzeń wymagających ruchu obrotowego.

Istota rozwiązania polega na tym, że silnik cieplny składa się z koła łopatkowego, osadzonego na poziomej stożkowo zakończonej osi mogącej się obracać w łożyskach umieszczonego w komorze górnej cylindrycznego przezroczystego naczynia zamkniętego przezroczystym kołpakiem. Komora dolna naczynia oddzielona jest od komory górnej korkiem zaopatrzonym w otwór kapilarny i odgiętą przezroczystą niedotykającą dna dyszę. W obu komorach znajduje się łatwo parująca, zabarwiona ciecz, korzystnie eter lub alkohol etylowy. Koło łopatkowe wprawiane jest w ruch obrotowy strumieniem łatwo parującej cieczy, wypływającym od dołu z dyszy wchodzącej z komory zawierającej tę ciecz i jej pary. Komora ogrzewana jest ciepłem dostarczanym z zewnątrz.

PL 204 725 B1

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest prostota konstrukcji i niezawodność działania silnika oraz wykonywanie ruchu obrotowego, przydatnego do napędu różnych urządzeń.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia silnik w widoku z boku, natomiast fig. 2 pokazuje silnik w przekroju podłużnym, płaszczyzną A-A.

Silnik cieplny według wynalazku składa się z koła łopatkowego 1, osadzonego na poziomej stożkowo zakończonej osi 2, mogącej się obracać w łożyskach 3, umieszczonego w komorze górnej 4, cylindrycznego przezroczystego naczynia 5 zamkniętego również przezroczystym kołpakiem 6, przy czy w komora dolna 7 naczynia 5 oddzielona jest od komory górnej korkiem 8, zaopatrzonym w otwór kapilarny 9 i odgiętą przezroczystą niedotykającą dna dyszę 10, zaś obu komorach znajduje się łatwo parująca, zabarwiona ciecz 11, korzystnie eter lub alkohol etylowy.

Działanie silnika cieplnego według wynalazku polega na tym, że po ogrzaniu komory dolnej 7, ciepłem dostarczonym z zewnątrz, wzrasta ciśnienie pary nad cieczą 11, co powoduje wypływ strumienia cieczy przez dyszę 10 do komory górnej 4 i strumień ten wprawia w ruch obrotowy koło łopatkowe 1, a następnie ciecz spływa na dno komory górnej 4, zaś po przepłynięciu całej objętości cieczy do komory górnej 4 jest ona sprowadzana przez otwór kapilarny 9 do komory dolnej 1 w wyniku ogrzania komory górnej 4 ciepłem dostarczonym z zewnątrz i wzrostu w niej ciśnienia par.

Claims (1)

1. Silnik cieplny do badania przemiany energii wewnętrznej na pracę mechaniczną, znamienny tym, że składa się z koła łopatkowego (1), osadzonego na poziomej stożkowo zakończonej osi (2), mogącej się obracać w łożyskach (3), umieszczonego w komorze górnej (4), cylindrycznego przezroczystego naczynia (5) zamkniętego również przezroczystym kołpakiem (6), przy czym komora dolna (7) naczynia (5) oddzielona jest od komory górnej korkiem (8), zaopatrzonym w otwór kapilarny (9) i odgiętą przezroczystą niedotykającą dna dyszę (10), zaś obu komorach znajduje się łatwo parująca, zabarwiona ciecz (11), korzystnie eter lub alkohol etylowy.