Восковой мотор
Восковый двигатель — это линейное приводное устройство, которое преобразует тепловую энергию в механическую энергию, с изменением фазы используя поведение восков . [1] Во время плавления воск обычно увеличивается в объеме на 5–20% ( Freund et al., 1982 ).
В восковых двигателях можно использовать широкий спектр восков: от высокоочищенных углеводородов до восков, извлеченных из растительных веществ. Конкретные примеры включают парафины из ряда н-алканов с прямой цепью. Они плавятся и затвердевают в четко определенном и узком температурном диапазоне.
Дизайн
[ редактировать ]Основными компонентами воскового двигателя являются:
- Закрытый объем воска
- Плунжер или шток для преобразования термогидравлической силы воска в полезную механическую мощность.
- Источник тепла, такой как:
- Электрический ток; обычно термистор PTC , который нагревает воск
- Солнечная радиация; например, вентиляционные отверстия в теплице
- Теплота сгорания; например, избыточное тепло от двигателей внутреннего сгорания
- Окружающее тепло
- Раковина для отвода тепловой энергии , такая как:
- Конвекция в более холодный окружающий воздух
- Устройство на эффекте Пельтье, предназначенное для отвода тепловой энергии.
Когда к источнику тепла подается питание, восковой блок нагревается и расширяется , выталкивая поршень наружу за счет объемного смещения. Когда источник тепла удаляется, восковой блок сжимается по мере охлаждения и воск затвердевает. Для извлечения плунжера обычно требуется смещающая сила, преодолевающая механическое сопротивление уплотнений, содержащих жидкий воск. Сила смещения обычно составляет от 20% до 30% рабочей силы и часто обеспечивается механической пружиной или собственным весом, приложенным снаружи к восковому двигателю ( Duerig 1990 , стр. 214).
В зависимости от конкретного применения восковые двигатели потенциально имеют преимущества перед магнитными соленоидами:
- Они создают большую гидравлическую силу расширения воска, порядка 4000 Н (что соответствует примерно 400 кг или 900 фунтам при стандартной силе тяжести) ( Tibbitts 1988 , стр. 13).
- Как нанесение, так и высвобождение воскового мотора происходит не мгновенно, а плавно и нежно.
- Поскольку восковой двигатель представляет собой резистивную , а не индуктивную нагрузку, восковые двигатели, управляемые симисторами, не требуют снабберных схем.
- Восковые двигатели могут работать полностью пассивно, используя источники энергии из окружающей среды. Учитывая, что для воска, используемого внутри двигателя, возможны различные температуры плавления, можно выбрать одну из них, соответствующую диапазону рабочих температур окружающей среды в конкретном применении. Таким образом, воск можно плавить и затвердевать в этом диапазоне за счет передачи тепловой энергии. При расположении рядом с источником тепла восковые двигатели могут работать без необходимости использования дополнительного внешнего источника питания.
Приложения
[ редактировать ] |
Аэрокосмический контроль
[ редактировать ]Восковые двигатели широко используются в аэрокосмической промышленности, где они используются для контроля топлива, гидравлических и других масел, имеющих решающее значение для безопасного полета сегодня на современных самолетах. [2]
Смесительные клапаны - ОВиК
[ редактировать ]Восковые двигатели находятся внутри «самодействующих» термостатических смесительных клапанов , где восковые двигатели определяют температурные изменения и реагируют соответствующим образом, обеспечивая желаемую температуру смешанной жидкости.
Стиральные машины
[ редактировать ]с фронтальной загрузкой В некоторых стиральных машинах для включения дверного замка используются восковые моторы. Когда цикл запускается, срабатывает восковой двигатель, выталкивая штифт наружу и запирая дверцу. Эта конструкция имеет преимущества в стоимости, надежности и безопасности. Во влажных условиях восковой двигатель стоит дешевле, обеспечивая такую же надежность, как электромагнитный соленоид или защелка двигателя. Он имеет предсказуемую пассивную задержку выпуска. В случае отключения электроэнергии дверца на короткое время остается запертой, что рассчитано на время, превышающее время выбега в цикле высокоскоростного отжима, а затем надежно разблокируется по мере остывания воска.
Системы водяного отопления
[ редактировать ]Восковые двигатели также широко используются для привода зонных клапанов в системах жидкостного отопления (горячей воды).
Посудомоечные машины
[ редактировать ]Они используются во многих посудомоечных машинах для открытия защелки дверцы дозатора моющих средств. Двигатель для воска действует как соленоид , когда он активируется таймером или устройством управления посудомоечной машины, а поршень приводит в действие механизм, который затем освобождает защелку дверцы дозатора. Они также используются для управления вытяжным отверстием в цикле сушки.
Вентиляционные отверстия в теплице
[ редактировать ]Восковые двигатели широко используются для регулирования температуры в теплицах.
В этом случае при повышении температуры окружающей среды в теплице воск плавится, приводя в действие плунжер и открывая вентиляционные отверстия. Когда температура в теплице достаточно снижается, воск остывает и затвердевает, позволяя вентиляционным отверстиям снова закрыться.
Парафиновый микроактуатор
[ редактировать ]Парафиновый микроактуатор — это тип воскового двигателя, часто изготавливаемый с помощью технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС), а иногда и точной механики . [3]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сетрайт, LJK (1976). «Охлаждение». В Яне Уорде (ред.). Анатомия автомобиля . Орбис. стр. 61–62. ISBN 0-85613-230-6 .
- ^ Group, Techbriefs Media (октябрь 2018 г.). «Термостатические решения для систем контроля температуры» . www.aerodefensetech.com . Проверено 15 марта 2021 г.
- ^ Огден, Сэм; Клинтберг, Лена; Торнелл, Грегер; Хьорт, Клас; Боден, Роджер (30 ноября 2013 г.). «Обзор миниатюрных парафиновых приводов, клапанов и насосов с фазовым изменением» . Микрофлюидика и нанофлюидика . 17 : 53–71. дои : 10.1007/s10404-013-1289-3 . S2CID 85525659 .
- Фройнд, М.; Чикос, Р; Кестхей, С; Мозес, Гай (1982). Парафиновые изделия: свойства, технологии и применение . Будапешт, Венгрия: Венгерская академия наук . ISBN 963-05-2680-8 .
- Дюриг, ТВ (1990). Технические аспекты сплавов с памятью формы . Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 0-7506-1009-3 .
- Тиббитс, Скотт (1988). «Высокопроизводительные парафиновые приводы: использование в аэрокосмических механизмах» . Сервер технических отчетов НАСА . Ганновер, Мэриленд: Центр аэрокосмической информации НАСА (CASI) . Проверено 31 мая 2019 г.
