محرك الشمع
المحرك الشمعي هو جهاز تشغيل خطي يحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية من خلال استغلال سلوك تغير الطور للشموع . [ 1 ] أثناء الانصهار، يتمدد الشمع عادةً في الحجم بنسبة 5-20% ( Freund et al. 1982 ) .
يمكن استخدام مجموعة واسعة من الشموع في محركات الشمع، بدءًا من الهيدروكربونات عالية التكرير وصولًا إلى الشموع المستخلصة من المواد النباتية. ومن الأمثلة المحددة على ذلك شموع البارافين في سلسلة الألكانات العادية ذات السلسلة المستقيمة. تذوب هذه الشموع وتتصلب ضمن نطاق حراري محدد وضيق.
تصميم
المكونات الرئيسية لمحرك الشمع هي:
- حجم مغلق من الشمع
- مكبس أو قضيب شوط لتحويل القوة الحرارية الهيدروليكية من الشمع إلى ناتج ميكانيكي مفيد
- مصدر للحرارة مثل:
- التيار الكهربائي؛ عادةً ما يكون مقاومًا حراريًا من نوع PTC ، يقوم بتسخين الشمع
- الإشعاع الشمسي؛ على سبيل المثال، فتحات التهوية في البيوت الزجاجية
- حرارة الاحتراق؛ على سبيل المثال، الحرارة الزائدة من محركات الاحتراق الداخلي
- الحرارة المحيطة
- مصرف لطرد الطاقة الحرارية مثل :
- الحمل الحراري إلى الهواء المحيط الأكثر برودة
- جهاز تأثير بلتييه مصمم لنقل الطاقة الحرارية بعيدًا
عند تشغيل مصدر الحرارة، يسخن قالب الشمع ويتمدد ، دافعًا المكبس للخارج بإزاحة حجمه. وعند إزالة مصدر الحرارة، ينكمش قالب الشمع مع تبريده ويتصلب الشمع. ولسحب المكبس، يلزم عادةً قوة دافعة للتغلب على المقاومة الميكانيكية للأختام التي تحتوي على الشمع السائل. تتراوح هذه القوة الدافعة عادةً بين 20% و30% من قوة التشغيل، وغالبًا ما تُوفَّر بواسطة نابض ميكانيكي أو ثقل ميت يعمل بالجاذبية يُطبَّق خارجيًا على محرك الشمع ( Duerig 1990 ، ص 214) .
بحسب التطبيق المحدد، قد تتمتع محركات الشمع بمزايا على الملفات اللولبية المغناطيسية:
- إنها توفر قوة هيدروليكية كبيرة من تمدد الشمع في حدود 4000 نيوتن (ما يعادل تقريبًا 400 كجم أو 900 رطل عند الجاذبية القياسية) ( Tibbitts 1988 ، ص 13) .
- إن عملية وضع محرك الشمع وإطلاقه ليست فورية، بل سلسة ولطيفة.
- لأن محرك الشمع هو حمل مقاوم وليس حملاً حثياً ، فإن محركات الشمع التي يتم التحكم فيها بواسطة الترياكات لا تتطلب دوائر تخميد .
- يمكن تشغيل محركات الشمع بشكل سلبي تمامًا بالاعتماد على مصادر الطاقة المحيطة. ونظرًا لتعدد درجات انصهار الشمع المستخدم داخل المحرك، يمكن اختيار درجة انصهار مناسبة لنطاق درجات حرارة التشغيل المحيطة في تطبيق معين. وبهذه الطريقة، يمكن إذابة الشمع وتجميده ضمن هذا النطاق عن طريق نقل الطاقة الحرارية. وعند وضع المحرك بالقرب من مصدر الحرارة، يمكن تشغيله دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي إضافي.
التطبيقات
ضوابط الفضاء الجوي
تُستخدم المحركات الشمعية على نطاق واسع في صناعة الطيران والفضاء، حيث تُستخدم للتحكم في الوقود والزيوت الهيدروليكية وغيرها من الزيوت الضرورية لسلامة الطيران في الطائرات الحديثة. [ 2 ]
صمامات الخلط - أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
توجد محركات الشمع داخل صمامات الخلط الحرارية "ذاتية التشغيل" ، حيث يستشعر محرك الشمع التغير الحراري ويستجيب وفقًا لذلك للحصول على درجة حرارة السائل المختلط المطلوبة.
غسالات الملابس
تستخدم بعض غسالات التحميل الأمامي محركات شمعية لتشغيل آلية قفل الباب. عند بدء دورة الغسيل، يُفعّل المحرك الشمعي دافعًا دبوسًا للخارج، مما يؤدي إلى قفل الباب. يتميز هذا التصميم بمزايا من حيث التكلفة والموثوقية والسلامة. في الظروف الرطبة، يكون المحرك الشمعي أقل تكلفةً مع الحفاظ على نفس مستوى الموثوقية مقارنةً بالملف اللولبي الكهرومغناطيسي أو مزلاج المحرك. كما يتميز بتأخير تحرير سلبي يمكن التنبؤ به. في حال انقطاع التيار الكهربائي، يبقى الباب مغلقًا لفترة وجيزة، مصممة لتكون أطول من زمن توقف دورة العصر عالية السرعة، ثم يُفتح تلقائيًا مع تبريد الشمع.
أنظمة تسخين المياه
تُستخدم محركات الشمع أيضًا بشكل شائع لتشغيل صمامات المناطق في أنظمة التدفئة المائية (الماء الساخن).
غسالات الأطباق
تُستخدم هذه المحركات في العديد من غسالات الأطباق لتحرير مزلاج باب موزع المنظفات. يعمل محرك الشمع كصمام لولبي عند تشغيله بواسطة مؤقت غسالة الأطباق أو وحدة التحكم، ويقوم المكبس بتشغيل الآلية التي بدورها تحرر مزلاج باب الموزع. كما تُستخدم هذه المحركات للتحكم في فتحة تهوية العادم لدورة التجفيف.
فتحات تهوية الدفيئة
تُستخدم محركات الشمع على نطاق واسع لتشغيل فتحات تنظيم درجة الحرارة في البيوت الزجاجية.
في هذا التطبيق، مع ارتفاع درجة الحرارة المحيطة داخل الدفيئة، يذوب الشمع، مما يؤدي إلى تنشيط المكبس وفتح فتحات التهوية. وعندما تنخفض درجة حرارة الدفيئة بشكل كافٍ، يبرد الشمع ويتصلب، مما يسمح بفتحات التهوية بالإغلاق مرة أخرى.
محرك دقيق من البارافين
المحرك الدقيق المصنوع من البارافين هو نوع من محركات الشمع، وغالبًا ما يتم تصنيعه بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) أو أحيانًا بتقنية الميكانيكا الدقيقة. [ 3 ]
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ سيترايت، إل جيه كيه (1976). "التبريد". في إيان وارد (محرر). تشريح السيارة . أوربيس. ص 61-62 . ISBN 0-85613-230-6.
- ↑ مجموعة، تيك بريفز ميديا (أكتوبر 2018). "حلول ترموستاتية لتطبيقات التحكم في درجة الحرارة" . www.aerodefensetech.com . تاريخ الاسترجاع: 15 مارس 2021 .
{{cite web}}له|last=اسم عام ( مساعدة ) - ↑ أوجدن، سام؛ كلينتبرغ، لينا؛ ثورنيل، جريجر؛ هيورت، كلاس؛ بودين، روجر (30 نوفمبر 2013). "مراجعة حول مشغلات وصمامات ومضخات تغيير الطور المصغرة المصنوعة من البارافين" . علم الموائع الدقيقة وعلم الموائع النانوية . 17 : 53-71 . doi : 10.1007/s10404-013-1289-3 . S2CID 85525659 .
- فروند، م.؛ تشيكوس، ر.؛ كيزثيلي، س.؛ موزيس، غي (1982). منتجات البارافين: الخصائص والتقنيات والتطبيقات . بودابست، المجر: الأكاديمية المجرية للعلوم . ISBN 963-05-2680-8.
- دويريج، تي دبليو (1990). الجوانب الهندسية لسبائك الذاكرة الشكلية . أكسفورد: باتروورث-هاينمان . ISBN 0-7506-1009-3.
- تيبتس، سكوت (1988). "المشغلات البارافينية عالية الأداء: استخدامها في آليات الفضاء الجوي" . خادم التقارير الفنية التابع لناسا . هانوفر، ماريلاند: مركز ناسا لمعلومات الفضاء الجوي (CASI) . تاريخ الاسترجاع: 31 مايو 2019 .
روابط خارجية
- المحركات