"Стирлинг" - сердце автономного дома

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Ну до 100 Ватт колесами можно заниматься. Есть еще нитиноловые колеса.

 

До 100 ватт с тем же успехом можно (и нужно) вместо колёс заниматься фреоновой паровой машиной. За основу берётся холодильная установка с поршневым компрессором электрической мощностью 400 ватт, думаю, она будет стоить не более 20 тыр. Из неё получится паровая машина на 100 ватт на горячей воде, с КПД (тепло, полученное от котла-электричество) порядка 1/4 от Карно, но нужно решить ряд задач и преодолеть некоторые трудности. Если их решить, то эта машина может работать вечно (десятки тысяч часов), как холодильник.

Задачи:
1. Создать механизм парораспределения. Я пытался встроить его в габариты существующего компрессора, вот тут картинка есть. https://www.chipmaker.ru/topic/91715/page__view__findpost__p__1782658 Планировалось заменить головку цилиндра, где у исходного компрессора находятся клапана. Вот как выглядит компрессор эл. мощностью 600 вт без головки цилиндра
Диаметр поршня ЕМНИП 27мм.
Не скажу, что эта работа была успешно завершена. Может быть, это вообще невозможно.

2. Конденсатный насос. Думается, можно сделать из второго холодильного компрессора путём переделки клапанов на более просторные. Наверное, есть и другие варианты.

3. Контроль миграции масла. Читается N книжек о том, как это делается в холодильных установках и далее по аналогии. Возможно, будут проблемы с регулированием поведения масла в самом компрессоре. Там всё устроено довольно тонко.

4. Смазка. Компрессор смазывается принудительно маслонасосом, установленным на валу. Если вы уменьшите число оборотов, то смазка не будет работать. Если не уменьшать число оборотов, может плохо работать. Я планировал внешний маслонасос, но тут есть трудность.

5. Контуры внешних теплоносителей. Фреон нельзя греть огнём, его надо греть водой, воду можно греть в водогрейном котле. Нужно подобрать подходящий теплообменник вода-фреон. Он принципиально должен быть дешевле, чем теплообенник "воздух-фреон", но может оказаться дороже, поскольку производится менее массово.

6. Превращение двигателя в генератор. Как это сделать - я не знаю.

Это были задачи, а теперь трудности.

1. Низкий КПД маломощных электроприводов. При попытке включить в систему любой маломощный электропривод, будь то маслонасос, конденсатный насос или циркуляционный насос вторичного теплоносителя, вы столкнётесь с тем, что КПД маломощных моторов исчезающе мал. Допустим, 10-20% при мощности в 10 ватт. Один такой мотор уполовинит мощность и КПД вашей установки либо сведёт их к нулю. Возможно, есть приводы с более высоким КПД, но я пока не нашёл. Кто найдёт - дайте знать.

2. Сброс тепла в окружающую среду. Я не буду расписывать, в чём проблема, но когда вы приступите к этому вопросу не на уровне абстрактных идей, а конкретно с расчётами стоимости и рассмотрением всяких "а что, если замёрзнет там и забъётся снегом здесь или медведь-шатун наступит вот тут", вы поймёте сами. Нужно учитывать существование первой трудности - любой циркуляционный насос может убить всю систему. Также учтите, что вы не можете сделать слишком большие контуры с фреоном. По условиям контроля масла может не получиться. Всё масло может утечь в этот контур и конец машине.

Я в своём проекте пока не касаюсь охлаждения, но на всякий случай принял температуру холодильника +40С. Такой перепад даёт шанс сбросить тепло в воздух при температуре воздуха не выше нуля. И при этом не разориться на внешнем холодильнике. Если в паровой машине на фреоне принять холодильник +40, а нагреватель +95С, то КПД машины будет 3,7%.

Кажется идеальным вариантом сбрасывать тепло в систему ГВС или отопления. Но тогда КПД системы на перепаде 95 - 60С составляет около 2,4%. Это уже вызывает сомнения в нужности такой системы. Если снизить температуру холодильника, это может оказаться недостаточным для отопления (придётся поставить вдвое больше батарей, а это деньги).

Другой вариант - это обычная паровая машина на воде. Там свои, другие заморочки. Одна лишь проблема вода-масло может оказаться весьма неприятной - машина будет жрать расходники и выплёвывать "какашки" в виде фильтров масла. Также она будет жрать химию для водоподготовки. Если вы совершите ошибку в подготовке воды, машина молча умрёт. Плюс к тому давление будет хотя бы 10 атмосфер, а это опять котлонадзор, взрывоопасность, захочется вынести машину в пристройку, тогда теплотрасса, а в итоге разорение, табуретка и петля.

Если вы думаете, что минто-колесо вас спасёт, то вы ошибаетесь. Вы уже пришли к повышенному давлению воздуха. А значит, у вас уже есть проблема воздух под давлением + масло (взрывоопасно), либо фторопласт+воздух+высокая температура (смертельно опасные яды), большой объём воздуха под давлением (котлонадзор), подкачка компрессором (шум, замена фильтра, конденсат внутри машины, снижение КПД), а от трудностей, которые я обозначил чуть выше, вы даже не начинали пока что избавляться. Не говоря о том, что отсутствие регенерации тепла В ЦИКЛЕ, т. е. внутри машины, не даст вам добиться высокого КПД. Я это сказал, вы не услышали. Говорю второй и последний раз. Чтобы было понятнее - рассчитывайте на КПД вашего колеса в 4% (в идеальнейшем случае, если догреете до 650С) + КПД котла при такой температуре дай Бог 40% + КПД генератора 60% итого КПД системы 0,9% без учёта циркуляционных насосов.

Поэтому нужно бросить всё это и присоединиться к моему проекту стирлинга

Он хоть и уныл, но гораааааздо менее уныл, чем ваше колесо. Потому что я уже насчитал КПД машины в 16% и это может оказаться недалеко от правды. Может быть, получится обогнать ТЭГи и сделать машину, которая проработает хотя бы полгода без обслуживания.

 

@Denis2
Денис, привет.
Надеюсь что скоро я займусь нитиноловым двигателем, по некоторым данным кпд может достигать 20%, а это уже интересно.

 

Привет, Николай! Не стоит. Не получится 20%.

 

@Denis2,
Посмотрим, мне самому интересно.

 

У меня нет токарного станка или токаря, который готов за идею точить детали Стирлинга. 200-сотник питерских ребят наглядно показывает, что получается в итоге и с какими затратами. Минто или нитинол реально сделать в гараже без станков с помощью дрели и паяльника. Нитинол заказывать на 64 пружины - недешёвое удовольствие. Минто дешевле выходит.

 

Проблема не в станке и не в токаре. Мне, допустим, 3 человека обещают помощь с металлообработкой и даже 3d-печатью, дай только чертежи. Если они чего-то не смогут, я готов на это деньги потратить. Дело в том, чтобы спроектировать, это очень много работы. Сделать лабораторную работу по испытанию конкретного узла. В том, чтобы обшарить интернет в поисках той или иной инфы. Найти книжку. Что-то посчитать. Тупо даже что-то найти в продаже - это тоже бывает сложно. И т. п. Проекты лучше делать командой. Вот у меня например по электрике есть конкретный вопрос - как сделать генератор с высоким КПД и сколько он будет стоить. Никто пока не может на него ответить, в т. ч. питерские ребята, и ещё некоторые люди, которые делают паровые машины на фреоне, но не светятся до поры. Все знают только генераторы от автомобиля с КПД <=63%.

Второй такой же вопрос - про маломощный моторчик привода вентилятора. Эта проблема не менее важная, как я выше написал. И кстати, это конкретный рынок - маломощный вентилятор есть в каждом кондиционере в количестве не менее чем двух штук, не говоря о куче других применений.

 

Да - с сапр по счету электромашин на максимум кпд похоже в разваливающейся цивилизации уже большая беда. Остались в основном старики времен середины совсоюза считающие на наноэвм настольных днями и месяцами.

 

Никаких проблем сделать генератор с высоким КПД (95% и выше). Сколько стоить будет - это да... вопрос...
Но тут надо знать чего хотим - скорость вращения вала, разброс скорости вращения, мощность на валу и т. д...

 

Знаем, что хотим. Скорость вращения 1000 об/мин, разброс для начала игнорируем, мощность на валу 200 Вт, охлаждение гелием при 8 атм и температуре 50С. Желательно вписаться в диаметр 10см. 95% не надо, 85% для начала вполне хватит.

Вопрос - есть ли люди, способные в ответ на эту спецификацию написать циферку, сколько это будет стоить. Я пока таких не нашёл.

 

Скорость хорошая, и диаметр вполне подходящий для такой мощности и оборотов... да и температура для неодимовых магнитов нормальная...
А вот цена - дело интересное... Уж очень она зависит от серийности...
При очень серийном производстве думаю можно уложиться в цену шести неодимовых магнитов шайб диаметром 20мм толщиной 10мм умноженной на три-четыре.
А вот при заказе одного - может и 100 т. р. будет мало...

 

Число очень зависит от состояния поставки. Пойти купить готовое меньше 10 круб. Сделать комплект кд по ескд и пройти испытания - больше мегарубля и ощутимо.

 

Для кпд 85% достаточно обмотать люминием кусок железия как кетайцы делают возбуждение. Будет та же тесла гораздо дешевле и без проблем магнитов.

 

Мегарублём не располагаю. Можете артикул товара привести?

 

https://windstreampower.com/products-page/permanent-magnet-dc-generators/443902-permanent-magnet-dc-generator/

200 вт при 1000 рпм и 24в. Кпд в среднем обещают около 0.85, но у этого может быть и выше 0.9 в каком-то режиме. Лучше их спросить график кпд.