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

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 компрессора. 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 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°C; аммиак - 33°C; цис- и транс-Бутен-2 соответственно +3 и 0°C 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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Биотопливо для самолетов 07.09.2016 Несколько образцов биологического топлива с высоким октановым числом, произведенного на основе отходов, в настоящее время проходят испытания в крупных авиакомпаниях. Основная задача проекта - сдерживать рост углекислого загрязнения окружающей среды. Но насколько реален переход от нефти к переработке отходов в топливной промышленности? Представители ООН намерены одобрить эти виды органического топлива в качестве одной из ключевых частей плана по стабилизации и снижению загрязнения окружающей среды авиацией к 2020 году. Однако критики говорят, что эта стратегия никогда не будет реализована из-за того, что авиакомпании не принимают проблему всерьез. Один из самых больших минусов Парижского климатического соглашения, принятого в декабре 2015 года, состоит в том, что оно не распространяется на выбросы от судоходного и авиационного транспорта. Конечно, в сравнении с автомобильной промышленностью уровень загрязнения атмосферы авиационными выхлопами кажется совсем небольшим: однако уже в 2015 году их цифра достигала 2% от общего количества вредных выбросов СО2 - а это уже серьезно. Испытания альтернативных видов "зеленого" топлива проводились уже неоднократно: так, в 2008 году Virgin Atlantic провела первый рейс, во время которого были использованы десятки тестовых образцов топлива из семян масличных культур и животных жиров. Помимо этого, индустрией были испытаны образцы реактивного топлива из древесных опилок. Новый вид топлива производится из спирта под названием "бутанол", который получается естественным образом в процессе ферментации множества продуктов, таких например, как хлеб. Но, конечно, переоборудование топливной индустрии под биопроизводство обойдется слишком дорого и займет непозволительно много времени. В настоящее время себестоимость 1 галлона биотоплива равна $3, что все еще почти в два раза больше, чем аналогичная стоимость топлива на основе нефтепродуктов. Это не говоря о том, что нефтяные магнаты, в случае перехода на альтернативный источник энергии, потеряют значительную часть своей прибыли, что может отрицательно сказаться на экономике многих стран. В результате этого мнения разделились. Конечно, производство топлива из органических отходов предпочтительнее: с одной стороны, это не только экологически намного более чистый способ получать энергию, но еще и полностью возобновляемый источник сырья, которому не требуются десятки миллионов лет для того, чтобы образоваться. С другой - современная промышленность просто не может позволить себе такую роскошь. Впрочем, такие метаморфозы в промышленности никогда не осуществляются мгновенно. Теоретически, если внедрять технологию постепенно, одновременно вкладывая деньги в развитие соответствующих отраслей науки, то уже через пару десятилетий можно получить небольшую, но стабильно развивающуюся отрасль в индустрии топливного производства, которая будет постепенно сводить фактор загрязнения среды к минимуму.

Другие интересные новости:

▪ Медицинский датчик на ногте

▪ Робот-хирург отправится на Международную космическую станцию

▪ LPS33HW - датчик давления с защитой от воды

▪ Intel: прорыв в фотонике

▪ BGA5L1BN6 - малошумящий усилитель для диапазона 868 МГц

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Конспекты лекций, шпаргалки. Подборка статей

▪ статья Слуга царю, отец солдатам. Крылатое выражение

▪ статья Почему слоны всегда ходят на цыпочках? Подробный ответ

▪ статья Сертификация организации работ по охране труда

▪ статья Электросварочный полуавтомат. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автоматическое зарядное устройство для Ni-Cd-аккумуляторов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025