Энергоагрегат с низкотемпературным двигателем Стирлинга и вихревой трубой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Преобразование низкотемпературной тепловой энергии в промышленное тепло возможно с использованием теплового насоса или двигателя, работающего по циклу Стирлинга. Тепловые насосы с циклом Стирлинга широко освещены в литературе; здесь рассматривается использование вихревой трубы, позволяющее за счет эффекта Ранка-Хилша получить тепло достаточной для обогрева температуры и холод для холодильных установок.

Общая схема установки показана на рис. 2.4.1. В качестве теплоисточника может использоваться теплота сточных вод, теплота водоемов, теплота земли (скважин). Передача тепла в нагретую часть двигателя Стирлинга осуществляется тепловой трубой. Охладителем является низкотемпературная среда - зимой атмосферный воздух, летом - запасенная ледяная масса.

В качестве двигателя с циклом Стирлинга могут быть использованы свободнопоршневая машина Била (Beale) или двигатель с приводной мембраной. Характеристики таких двигателей отличаются от двигателей с кривошипно-шатунным механизмом; они полностью герметичны, что позволяет использовать практически любые рабочие тела.

Рис.2.4.1 (нажмите для увеличения)

Двигатель рис. 2.4.2. состоит из трех основных элементов: тяжелый рабочий поршень, легкий вытеснитель и цилиндр с уплотнениями. Рабочая полость находится над поршнем и разделяется на полость сжатия между рабочим поршнем и вытеснителем и полость расширения - над вытеснителем. Полость расширения взаимодействует с нагревателем, полость сжатия с холодильником.

Двигатель (в настоящей схеме) используется как газовый компрессор, т.е. колеблющийся рабочий поршень выполняет также роль поршня комрессора. Выполненные исследования двигателя такого типа (Agbi, 1971) показали его вполне удовлетворительную работу рис.

Еще более перспективным для данной схемы является двигатель компрессор мембранного типа с абсолютной герметизацией двигательной полости.

Анализ термодинамической эффективности цикла низкотемпературного двигателя Стирлинга в сравнении с обычными условиями выявляет, как и ожидалось, низкие рабочие параметры: так при температуре нагревателя - 300 К и температуре охладителя - 250 К, термический к.п.д. цикла составляет лишь 17%, но с учетом того, что здесь перерабатывается бросовое низкотемпературное возобновляемое тепло, система становится вполне конкурентоспособной.

Рис.2.4.2. Двигатель Стирлинга свободно поршневого типа (схема Била, Beale W.): 1. Тепловая труба нагревателя, 2. Нагреватель, 3. Вытеснитель, 4. Корпус, 5. Охладитель, 6. Шток втеснителя, 7. Поршень, 8. Выход сжатого воздуха, 9. Вход воздуха, 10. Тяжелый поршень, 11. Картер

Особый интерес представляет использование в двигателе двухфазного рабочего тела. Теория двигателя Стирлинга показывает, что для повышения удельной мощности двигателя необходимо повышение среднего давления рабочего процесса. Отношение рабочих объемов Vmax/Vmin у таких двигателей редко превышает 2-2,5 и изменения давления всецело определяется этими цифрами. При нижнем давлении, равном или близком к атмосферному, верхнее давление не превышает 0,3-0,5 МПа. Однако двухфазные рабочие тела - например (Бутадиен-1,3, температура кипения которого - 4,4°С; аммиак - 33°С; цис- и транс-Бутен-2 соответственно +3 и 0°С и др.) позволяют получить более высокое среднее давление цикла.

Для любого рабочего тела удельный объем жидкости значительно меньше объема насыщенного пара. С повышением среднего давления увеличивается выходная мощность и улучшается теплопередача при прохождении процессов испарения и конденсации.

Таким образом, при использовании двухфазного рабочего тела возможно повышение рабочей мощности в 2-3 раза при тех же температурных пределах.

Известные преимущества двигателя Стирлинга - бесшумность работы, отсутствие вредных эмиссий, герметичность, отсутствие вибраций являются особо ценными в данной схеме, так как позволяют разместить энергоблок в непосредственной близости к жилому помещению.

Вихревая труба является сегодня наиболее простым и изученным инструментом для одновременного получения тепла и холода. Соотношение между горячими и холодными потоками газа достаточно просто регулируется, т.е. зимой большая часть энергии тратится на обогрев, летом - на охлаждение.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Твердотельные батареи Panasonic 04.10.2025

Твердотельные аккумуляторы считаются следующим шагом в эволюции энергосистем: в отличие от традиционных литиево-ионных, они не содержат жидкого электролита, что существенно снижает риск возгорания и утечки. Именно на это делает ставку Panasonic, намереваясь завершить подготовку первых образцов к марту 2027 года, то есть к концу 2027 финансового года. Как сообщил технический директор подразделения Panasonic Energy Сеичиро Ватанабе, после выпуска опытных моделей клиенты проведут тесты, которые могут занять около двух лет, прежде чем начнется полноценное серийное производство. Хотя основным направлением для компании по-прежнему остаются литиево-ионные аккумуляторы, Panasonic стремится использовать свой опыт в сфере электромобильных технологий, чтобы выйти на новые рынки - прежде всего в области роботов и промышленных систем. На этом направлении японская корпорация намерена соперничать с такими компаниями, как TDK, уже закрепившимися в сегменте твердотельных решений. Интерес к новой ...>>

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Случайная новость из Архива Сверхтонкие солнечные панели для дирижаблей 11.11.2024 В последние годы стремление обеспечить связь в труднодоступных уголках Земли дало толчок разработке воздушных платформ, функционирующих как псевдоспутники (HAPS) на большой высоте. Одной из важнейших задач на этом пути стало создание источника питания, который позволил бы таким платформам автономно находиться в воздухе длительное время. Именно здесь на помощь пришли солнечные панели, которые становятся все более легкими и эффективными. Компания Softbank объявила о значительном прогрессе в этой области, представив сверхтонкие и легкие кремниевые солнечные панели, специально предназначенные для стратосферных дирижаблей. Основная цель разработки Softbank - создать панели, которые могут поддерживать работу стратосферных платформ для связи, способных заменить обычные вышки в труднодоступных местах, где невозможно установить традиционные базовые станции. Новые панели не только легки, но и обладают достаточно высоким коэффициентом полезного действия (КПД). Текущая версия весит 665 граммов на квадратный метр и достигает КПД 22,2%. Однако это промежуточный этап: цель компании - достичь веса в 500 граммов на квадратный метр, что еще больше повысит эффективность и удобство эксплуатации панелей на летающих платформах. На сегодняшний день стратосферные платформы чаще всего представляют собой дирижабли, способные находиться в воздухе длительное время на высоте 20 километров, что позволяет им заменять наземные ретрансляторы. Однако для их эффективной работы необходимы источники энергии, которые не добавят лишний вес и смогут обеспечить платформу энергией на протяжении длительного времени. Именно для таких задач компания Softbank выбрала кремниевые солнечные элементы. Хотя в космической индустрии применяются более эффективные многослойные солнечные панели на базе материалов, превосходящих кремний, их стоимость остается слишком высокой для земного использования. Совместная разработка компаний LONGi (Китай) и Fujipream Corporation (Япония) представляет собой гибкие солнечные элементы на основе гетеропереходов. Панели состоят из четырех слоев: защитного листа толщиной 25 микрометров, слоя фотоэлементов толщиной 80 микрометров, герметика толщиной 150 микрометров и заднего защитного листа толщиной 50 микрометров. Фотоэлементы соединяются с помощью медных проводников толщиной 250 микрометров, для пайки которых используется низкотемпературный припой. Каждая панель размером 563 на 584 мм весит всего 218,5 грамма, что на единицу площади составляет 665 граммов на квадратный метр. Сейчас специалисты LONGi и Fujipream продолжают работать над улучшением характеристик солнечных панелей, стремясь к достижению целевого веса в 500 граммов на квадратный метр. Это позволит не только повысить производительность и надежность стратосферных дирижаблей, но и значительно снизить стоимость эксплуатации. Успешное внедрение таких панелей откроет возможности и для наземного применения, например, в строительстве, автомобилестроении и на других объектах, где доступные, но неровные поверхности могут быть использованы для сбора солнечной энергии. Потенциал подобных солнечных панелей велик: их гибкость и легкость делают их пригодными для установки на самых разных конструкциях, где необходим автономный источник питания. Массовое производство также позволит сделать их более доступными, что принесет пользу не только для технологий связи, но и для множества других сфер, где требуется легковесное, но эффективное энергоснабжение. Усилия Softbank, LONGi и Fujipream нацелены на создание уникального продукта, способного улучшить связь и повысить доступность интернета в самых удаленных точках планеты. Новые солнечные панели - важный шаг на пути к тому, чтобы сделать энергоэффективные воздушные платформы реальностью, что может радикально изменить подход к телекоммуникациям на Земле.

Другие интересные новости:

▪ Квантовый компас для навигации без GPS

▪ Лазерный проекционный дисплей для автомобиля

▪ Cмартфон с жидкостным охлаждением CPU

▪ Химики борются с глобальным потеплением

▪ Мощные индукторы серии HPI

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Индикаторы, датчики, детекторы. Подборка статей

▪ статья Наше дело правое. Крылатое выражение

▪ статья Где покручивание указательным пальцем у виска означает, что человек думает? Подробный ответ

▪ статья Оператор отдела компьютерного тестирования учебно-инновационной службы. Должностная инструкция

▪ статья Система впрыска Mitsubishi MPI. Самодиагностика и коды неисправностей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сеанс с веревками (несколько фокусов). Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025