Нетрадиционная энергетика

Форум по малым альтернативным источникам энергии
Текущее время: 20 июл 2024, 10:06

Часовой пояс: UTC + 4 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 7 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Тепловая машина на горячей воде
СообщениеДобавлено: 21 авг 2010, 23:20 
Не в сети
Новичок

Зарегистрирован: 21 авг 2010, 22:17
Сообщения: 3
Откуда: Санкт-Петербург
Тепловая машина на горячей воде

Назначение
Предлагается альтернативный способ обеспечения электроэнергией небольшого односемейного дома с помощью рассматриваемой здесь тепловой машины, которая работает исключительно на горячей воде, запасенной в тепловом накопителе достаточного объема. Вода в этом накопителе нагревается от солнечного теплового коллектора или от специальной печи, которая при неблагоприятной погоде протапливается древесными отходами или топочными гранулами (pellets). Запасенное тепло одновременно используется для горячего водоснабжения в доме и отопления помещений в осенне-зимний период.

Конструкция
Изображенный на рисунке двигатель состоит из двух цилиндров большого объема, закрытых крышками на сильфонных вставках. Крышки шарнирно связаны с коленвалом в противофазе так, что он приходит в движение, если газ в одном цилиндре расширяется, а в другом одновременно сжимается. Воздух внутри замкнутого объема цилиндров является рабочим телом, нагревание и охлаждение которого осуществляется попеременным впрыскиванием через специальные форсунки горячей и холодной воды. Вода на форсунки подается от двух пар плунжеров, которые приводятся в действие от кулачков, закрепленных на том же коленвалу. На следующем рисунке показана диаграмма работы двигателя. В зоне верхней и нижней мертвой точки открывается вентиль, соединяющий цилиндры между собой. При этом более сжатый газ из горячего цилиндра перетекает в холодный, давление в цилиндрах выравнивается, что позволяет экономить часть энергии, которая потребовалась бы для выравнивания температур газа в цилиндрах. Форсунки установлены таким образом, чтобы отработанная вода собиралась раздельно в правой и левой половинах цилиндра. Обратные клапаны позволяют выводить эту воду в фазе повышенного давления в цилиндре. Отработка по холодной воде направляется в холодильник, где охлаждается до 25 градусов, отработка по горячей воде возвращается в накопитель.

Силовые возможности
Попробуем оценить способность такого двигателя совершать механическую работу на конкретном примере. Пусть объем цилиндров будет по 200 литров, площадь поршня 0.25 кв. метра, ход поршня 0.1 метра, а разность температур рабочего тела, которая поддерживается в течение рабочего хода 30 град. С (плюс – минус 15 градусов). Эта разность температур по Кельвину приводит к разности давлений в 0.1 бар, и за полный оборот коленвала генератору будет передано 500 джоулей энергии. При выбранном темпе работы в 2 оборота в секунду такая машина может развивать мощность в 1 кВт, что составит за сутки больше 20 кВт-час энергии. Этой электроэнергии достаточно для нужд односемейного частного дома. При уменьшении размеров цилиндров, можно увеличивать количество оборотов коленвала, что частично компенсирует уменьшение номинальной мощности.

Физика процесса
В паровой машине, рабочим телом является пар, приготовляемый в отдельном нагревателе – котле, в двигателе внутреннего сгорания сам цилиндр является топкой, двигатель Стирлинга работает с рабочим телом, находящимся в замкнутом объеме, получающим и отдающим тепло через теплопроводящую перегородку. В рассматриваемом здесь двигателе рабочее тело – воздух, заключенный в замкнутом объеме. Для передачи и соответственно отъема тепла от газообразного рабочего тела служит некий промежуточный теплоноситель, находящийся в жидкой фазе, например, вода. Жидкость удобно распылять и просто удалять из цилиндров после теплового контакта с рабочим телом.
Взаимодействие струи горячей воды с воздушной массой в замкнутом объеме нужно рассматривать как процесс в неравновесной двухфазной системе – вода и воздух с водяным паром. При движении поршня вверх испарение отнимает много тепла, зато парциальное давление водяного пара с ростом температуры быстро увеличивается (20=0.023 40= 0.074 60=0.199 80=0.447 90=0.702 100=1.014, где первая цифра – температура, а вторая – давление в барах). То есть, водяной пар работает, как в паровой машине, наряду с работой расширяющегося воздуха. Относительная влажность при расширении остается ниже 100%, варьируясь в зависимости от степени распыления водяной струи и от скорости движения поршня. В холодном цилиндре воздух работает при температурах ниже точки росы и теплота от конденсации пара отдается через охлаждающую воду холодильнику. В зоне мертвой точки (верхней или нижней) объемы цилиндров соединяются с помощью вентиля, сухой и горячий газ смешивается с холодным. При этом давления и температуры выравниваются, а часть тепла переходит
в цилиндр с меньшей энергией. На приведенной диаграмме иллюстрируется работа машины в диапазоне плюс – минус 15 градусов. Рассчитанные для этого числового примера величины проставлены на графике. Довольно высокий КПД, приближающийся к пределу Карно, достигается за счет возврата горячей отработки обратно в накопитель, а также благодаря рекуперации тепла в верхней и нижней рабочей точке. Тепло, отводимое в холодильник, в холодное время года может использоваться для целей отопления здания.
Как альтернатива, в качестве жидкостного теплоносителя можно использовать, например, глицерин. Его высокая температура кипения (290 град. С) позволила бы существенно расширить температурный диапазон тепловой машины, поднять ее КПД и найти для нее новые области применения.

Достоинства и недостатки
Настоящая тепловая машина позволяет преобразовывать в механическую работу энергию источников тепла низких параметров, в этой нише для нее нет альтернативы. Достоинством ее является также экологичность, простота устройства, ненапряженные условия работы узлов конструкции и низкий уровень шумов при ее работе. К недостаткам следует отнести невысокий КПД, что частично компенсируется условиями ее предполагаемой эксплуатации, когда неиспользованная в цикле тепловая энергия возвращается в накопитель и употребляется для отопления помещений. Недостатком также является отсутствие практических наработок в конструировании аналогичных машин и сомнения в перспективности этого направления. В 2002 г. мною в Казахстане был построен насос для подъема воды из скважины (без ступени преобразования в электроэнергию), работающий по этому же принципу (одноцилиндровый и без рекуперации). В солнечную погоду достаточно было повернуть маховик, чтобы машина начинала выкачивать воду из скважины.
Картинки:
http://rulev-igor.narod.ru/theme_9/gr88.jpg
http://rulev-igor.narod.ru/theme_9/ust88.jpg
Подробное описание:
http://www.rulev-igor.narod.ru/theme_9.html


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: 22 авг 2010, 00:42 
Не в сети
Активный участник

Зарегистрирован: 19 июл 2009, 23:04
Сообщения: 493
Откуда: Riga, Latvija
а че на немецком :shock:

_________________
стройзал.рф


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: 22 авг 2010, 01:15 
Не в сети
Активный участник

Зарегистрирован: 05 май 2008, 01:46
Сообщения: 2985
Откуда: Россия, Петрозаводск
Это очередной изобретатель, который хочет выморщить денег на прект :mrgreen:

_________________
С уважением, Дмитрий.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения:
СообщениеДобавлено: 08 май 2011, 02:10 
Не в сети
Новичок

Зарегистрирован: 08 май 2011, 01:11
Сообщения: 3
Откуда: Воронеж
Ну здесь ничего фантастического нет, Стирлинг вполне рабочая и во многих отношениях удобная машинка. При этом у него довольно высокий КПД ( до 30 процентов, есть новая разработка российского изобретателя, с роторным аналогом, там вроде до 40 %). Причем Стирлииг работает на низких перепадах температуры. В Испании есть солнечная электростанция, где рабочим элементом является Стирлиг вместо фотоэлементов.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 29 янв 2015, 17:45 
Не в сети
Новичок

Зарегистрирован: 29 янв 2015, 17:31
Сообщения: 1
Какие 30 - 40%? Господа, когда вы говорите о КПД двигателя Стирлинга, то не забывайте говорить при каких температурах этот КПД достигается. Так как мы говорим об источнике "горячая вода", то скорее всего её температура вряд ли превышает 100С, а температура охлаждения 25С. Даже если охлаждение будет грунтом или скважиной это составит 4-6 градусов Цельсия.
Формула КПД
КПД = (Тн — Тх) / Тн
т.е. при охлаждении 25С мы получаем от горячей воды КПД ~20%
а при 4С и той же воды с температурой 100С КПД~25.7%

Нельзя говорить о КПД двигателя как о величине постоянной. Это нелинейная зависимость, читайте здесь.
Там же для ленивых есть и онлайн калькулятор для расчёта КПД.
Также хочу заметить, что это рассчитан идеальный КПД. Реальный же может отличаться в разы! Очень повезёт, если вы с потраченных на нагрев 3 кВт получите 5%, т.е. 150 Вт.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 18 дек 2015, 17:26 
Не в сети
Новичок

Зарегистрирован: 21 июн 2010, 14:18
Сообщения: 2
Откуда: Мытищи МО
В году 2002-2004 был такой сайт energy.org , там эту тему обсосали со всех сторон, а действующего образца так и не видел :roll:

_________________
Дом->работа->семья->могила


Вернуться к началу
 Профиль  
 
СообщениеДобавлено: 26 янв 2016, 00:10 
Не в сети
Новичок

Зарегистрирован: 21 ноя 2015, 23:54
Сообщения: 7
Ну так что, действующий образец так и не появился??? А темка очень интересная...низкотемпературный двигатель Стирлинга http://www.youtube.com/watch?v=1Xmf_s_5Ev0


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 7 ] 

Часовой пояс: UTC + 4 часа


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения

Перейти:  
cron
Powered by Forumenko © 2006–2014
Русская поддержка phpBB