การศึกษาเครื่องยนต์ที่มีอากาศอัดเป็นต้นกำลัง

Abstract

การแปรเปลี่ยนพลังงานเป็นกำลังงานทางกลจำเป็นต้องอาศัยเครื่องยนต์ โดยปัจจุบันเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพและได้รับความนิยมอย่างกว้างขว้าง ได้แก่เครื่องยนต์ที่อาศัยการสันดาปภายใน จากการแปรเปลี่ยนพลังงานเคมีของเชื้อเพลิงปิโตรเลียม ในปัจจุบันเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่า เครื่องยนต์ที่อาศัยการสันดาปได้ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศ และปัญหาสิ่งแวดล้อมมากมาย ในขณะเดียวกันเชื้อเพลิงก็มีอยู่อย่างจำกัด ซึ่งเป็นแรงขับดันในการคิดค้นต้นกำลังชนิดใหม่ ที่อาศัยพลังงานจากแหล่งพลังงานที่ได้จากอนุพันธ์ทางพลังงานของดวงอาทิตย์ หนึ่งในแนวคิดการใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์คือ การแปรเปลี่ยนพลังงานโดยเครื่องยนต์ที่ใช้อากาศความดันสูงเป็นต้นกำลัง ซึ่งสามารถใช้ในระบบสำรองพลังงานและประยุกต์ใช้ในยานพาหนะส่วนบุคคลได้ โดยการบีบอัดอากาศให้มีความดันสูงและผ่านอากาศที่มีความดันสูงนี้ สู่เครื่องยนต์ที่ประกอบด้วยอุปกรณ์ขยายตัวแบบ 2 ขั้น คือขั้นสูงและขั้นต่ำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ให้สูงขึ้น และกำลังงานทางกลที่มากกว่าการขยายตัวแบบ 1 ขั้น โดยอากาศความดันสูงจะผ่านขบวนการ Throttling โดย Pressure regulator ให้อยู่ในระดับ 35-20 บรรยากาศ ก่อนไหลเข้าสู่ระบบ ซึ่งประกอบไปด้วยอุปกรณ์ขยายตัว 2 ชุดเป็นแบบ Sliding vane จำนวน 5 ใบ และปริมาตรภายในสำหรับขั้นสูง 12.5 cc สำหรับขั้นต่ำ 60 cc ขบวนการศึกษาประกอบด้วย 2 ส่วนคือ การออกแบบอุปกรณ์ระบบและทดลองกับเครื่องต้นแบบที่ได้สร้างขึ้น จากผลการทดลองอากาศความดัน 30 บรรยากาศ อุณหภูมิห้องจ่ายให้กับเครื่องยนต์ จะได้กำลังสูงสุดรวมประมาณ 752 วัตต์ โดยอุปกรณ์ขยายตัวขั้นสูงจะได้กำลังงาน 252 วัตต์ ที่ความเร็วรอบ 1925 รอบต่อนาที แรงบิด 1.25 นิวตันเมตร สำหรับอุปกรณ์ขยายตัวขั้นต่ำ จะได้กำลังงาน 500 วัตต์ที่ความเร็วรอบ 1475 รอบต่อนาที แรงบิด 3.24 นิวตันเมตร จากผลการทดลองประสิทธิภาพทางกลของระบบโดยรวมสำหรับเครื่องยนต์ต้นแบบ ยังคงมีค่าต่ำมากเมื่อเทียบกับทางทฎษฎี.