Ανάλυση και σχεδιασμός πολυβάθμιου πτερυγιοφόρου εκτονωτή ψυκτικού αερίου μέσου. - Αράπκουλες, Νικόλαος-Κυριακός (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Στοιχείων Μηχανών, 2015)
Μικρά (1–10kW) και πολύ μικρά (0.1–1kW) συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που λειτουργούν με βάση τον Οργανικό Κύκλο Rankine χρησιμοποιούνται σήμερα σε τοπική ή οικιακή κλίμακα. Στην αρχή του 2015 η εταιρία Heliix εισήγαγε ένα νέο θερμοδυναμικό κύκλο ως βελτίωση του Οργανικού Κύκλου Rankine, ο οποίος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως αναφορά για να αναπτυχθεί μια σειρά από προϊόντα ανάκτησης θερμότητας. Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός συστήματος αποκλειστικά για ανάκτηση ενέργειας από μια μόνο πηγή είναι αρκετά δύσκολος. Πέρα από την θερμοδυναμική προσέγγιση, θα πρέπει επίσης να επιλεχθεί ένα κατάλληλο εργαζόμενο μέσο σε συνδυασμό με τον αντίστοιχο εκτονωτή. Oι ογκομετρικές μηχανές μπορούν να υιοθετηθούν σε αντικατάσταση των στροβιλομηχανών, σε μικρής κλίμακας εφαρμογές, όπως για παράδειγμα εφαρμογές οικιακής συμπαραγωγής ηλεκτρισμού - θερμότητας. Η συνήθης επιλογή για αυτές τις εφαρμογές είναι ελικοειδείς (scroll) ή κοχλιωτοί (screw) εκτονωτές. Ωστόσο, οι εκτονωτές αυτού του τύπου είναι πολύπλοκοι και ακριβοί στην κατασκευή. Οι περιστροφικοί (rotary) εκτονωτές είναι μηχανικά απλούστεροι και φθηνότεροι. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσεται και περιγράφεται ο σχεδιασμός πολυβάθμιου περιστροφικού πτερυγιοφόρου εκτονωτή ψυκτικού αερίου μέσου υψηλών θερμοκρασιών λειτουργίας (R245fa), για εφαρμογή σε εγκαταστάσεις ανάκτησης θερμότητας χαμηλής και πολύ χαμηλής ισχύος. Συγκεκριμένα, ο εκτονωτής αναπτύχθηκε με σκοπό να καλύψει τις προδιαγραφές λειτουργίας της συσκευής PhaethonΤΜ, μιας μονάδας ανάκτησης θερμότητας οικιακής κλίμακας που αναπτύσσεται από την εταιρεία Heliix, ιδρυτής της οποίας είναι ο συγγραφέας της εργασίας. Ως εκ τούτου, ο πυρήνας αυτής, αφορά την επίτευξη υψηλών επιδόσεων και ομαλής λειτουργίας του εκτονωτή, με το ελάχιστο δυνατό κόστος κατασκευής. Για την υλοποίηση αυτού του στόχου, ο σχεδιασμός που προτείνεται διαφέρει από τις υπάρχουσες λύσεις που επικρατούν μέχρι σήμερα, στην βραδέως εξελισσόμενη περιοχή της σχεδίασης εκτονωτών ψυκτικών μέσων μικρής ισχύος. Η προσέγγιση που υιοθετήθηκε αφορά την ελαχιστοποίηση των κινούμενων μερών, την επίτευξη ικανοποιητικού λόγου πιέσεων, την εξάλειψη των ταλαντωτικών φαινομένων κατά τη λειτουργία και την εξομάλυνση του παλμού παροχής της μηχανής. Στο κείμενο που ακολουθεί αναπτύσσονται εκτενώς τα χαρακτηριστικά αυτού του σχεδιασμού και δικαιολογούνται οι αποφάσεις που λήφθηκαν. Στην συνέχεια, προς επιβεβαίωση της αξιοπιστίας της λειτουργίας παρατίθενται έλεγχοι που έγιναν αναφορικά με τα στατικά και δυναμικά χαρακτηριστικά των κεντρικών στοιχείων της μηχανής. Τέλος, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από αυτήν την διαδικασία και προτείνονται σχέδια μελλοντικής επέκτασης του σχεδιασμού.