"Стирлинг" - сердце автономного дома

Если посмотреть начало прошлого века и чуть раньше (рассвет паровых машин и изобретение двигателей внутреннего и внешнего сгорания будет назад в будущее. Итак: двигатель стирлинга.


Двигатель Стирлинга имеет неоспоримые преимущества, которые вынуждают заниматься его разработкой.

Всеядность двигателя Как все двигатели внешнего сгорания (вернее - внешнего подвода тепла), стирлинг может работать от перепада температур между разными слоями в океане, от солнца, от ядерного или изотопного нагревателя, угольной или дровяной печки и т.д. Этот фактор прямо связан с экономичностью двигателя в широком плане - он позволяет заменить дорогие нефтяные топлива на дешевые альтернативные.

Простота конструкции В стирлинге отсутствуют многие элементы привычных двигателей: система зажигания, свечи, карбюратор, клапана, глушитель. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартёре. Его характеристики позволяют избавиться от святая святых автомобиля - коробки передач.

Увеличенный ресурс Отсутствие многих "нежных" агрегатов позволяет стирлингу обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
Экономичность Этот фактор становится в последнее время очень важным. К тому же в опытной эксплуатации автомобилей со стирлингами оказалось, что стирлинги ведут себя гораздо экономичнее при городской езде. При равный показателях мощности стирлинги практически везде давали экономию топлива по сравнению с ДВС (КПД до 46% против КПД 20% ДВС). В случае преобразования в электричество солнечной энергии стирлинги дают гораздо больший КПД (до 31,25%), чем фотопреобразователи (10-12%). На сегодняшний день стоимость электричества, полученного от солнечного стирлинга, существенно ниже стоимости фотоэлектричества.

Экологичность Стирлинги могут использовать в качестве источника тепла теплоаккумуляторы на расплавах солей. Такие аккумуляторы превосходят по запасу энергии химические аккумуляторы и дешевле их. Используя для регулировки мощности изменение фазного угла между поршнями, можно аккумулировать механическую энергию, тормозя двигателем. В этом случае двигатель превращается в тепловой насос.
Бесшумность двигателя Как и все двигатели внешнего сгорания стирлинг не имеет выхлопа, а значит - не шумит. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).

Применение

Двигатель Стирлинга с линейным генератором переменного токаУниверсальные источники электроэнергии

Двигатели Стирлинга могут применяться для превращения в электроэнергию любой теплоты. На них возлагают надежды по созданию солнечных электроустановок. Их применяют как автономные генераторы для туристов. Некоторые фирмы выпускают генераторы, которые работают от конфорки газовой печи. NASA рассматривает варианты генераторов на основе стирлинга, работающие от ядерных и радиоизотопных источников тепла.


Насосы

Эффективность систем отопления или охлаждения возрастает, если в контуре установлен насос принудительной подачи теплоносителя. Установка электрического насоса снижает живучесть системы, а в быту неприятно тем, что электросчётчик "накручивает" хоть и небольшую, но ощутимую сумму. Насос, использующий принцип двигателя Стирлинга, решает эту проблему.

Стирлинг для перекачки жидкостей может быть гораздо проще привычной схемы "двигатель-насос". В двигателе Стирлинга вместо рабочего поршня может использоваться перекачиваемая жидкость, которая одновременно служит для охлаждения рабочего тела.

Насос на основе стирлинга может служить для накачки воды в ирригационные каналы посредством солнечного тепла, для подачи горячей воды от солнечного коллектора в дом (в системах отопления теплоаккумулятор стараются установить как можно ниже, чтобы вода шла в радиаторы самотёком).

Стирлинг-насос может использоваться для перекачки химических реагентов, поскольку абсолютно герметичен.

Тепловые насосы

Тепловые насосы позволяют существенно экономить на отоплении. Обычно используются теплонасосы, приводимые в движение электричеством. Но электричество в ряде стран производится на теплоэлектростанциях, сжигающих газ, уголь, мазут, и в результате калория, полученная на таком теплонасосе оказывается не дешевле, чем полученная от сжигания газа. Агрегат, в котором совмещены двигатель Стирлинга и тепловой насос Стирлинга, делает ситуацию более благоприятной. Двигатель Стирлинга отдает в систему отопления бросовое тепло от "холодного" цилиндра, а полученная механическая энергия используется для подкачки дополнительных порций тепла, которое забирается из окружающей среды. Гибридный теплонасос "стирлинг-стирлинг" оказывается проще, чем композиция из двух стирлинг-машин. В агрегате совершенно отсутствуют рабочие поршни. Перепады давления, возникающие в двигателе, непосредственно используются для перекачки тепла тепловым насосом. Внутреннее простаранство агрегата герметично и позволяет использовать рабочее тело под очень высоким давлением.

Расчёты показывают, что в идеале тепловой насос "стирлинг-стирлинг" на каждую калорию сожжённого газа может добавить ещё от 3 до 10 калорий из окружающей среды. На практике эта величина оказывается меньше. Опыты по использованию таких устройств были прекращены.

Холодильная техника

Практически, все холодильники используют те же тепловые насосы. Применительно к системам охлаждения их судьба оказалась более счастливой. Ряд производителей бытовых холодильников собирается установить на свои модели стирлинги. Они будут обладать большей экономичностью, а в качестве рабочего тела будут использовать обычный воздух.

Сверхнизкие температуры

Стирлинги оказались эфективны для сжижения газов. Если не требуется огромных объемов, то стирлинги выгоднее, чем турбинные установки.

 

Подобные статьи об стирлингах я читал (открывши рот), еще будучи пионером. Прошло 30 лет. Далее статей и опытных экземпляров (Жигуль, аж со стирлингом тогда был) дело не пошло. Знать, не все так просто..

 

Все правильно. В борьбе за машины авто победил дизель. На сегодняшнем уровне технологий именно для дома! А может газовикам и нефтянникам неинтересно?

 

Продолжим. для ознакомления.

Двигатель Стирлинга - это агрегат, который преобразует тепло в механическую энергию. Его можно подключить к генератору и получать электричество. Или к насосу, циркулярке, короче, к любому потребителю механической энергии. Он, в перспективе, очень хорошо подходит для стационарного автономного энергоснабжения.
Теория конструирования Стирлинга в домашних условиях

 

Интересно, но "блондинкам" пока не очень понятно. Потом разберёмся (после картинок и 10 прочтения). Продолжайте пожалуста.

 

я тоже понял, что ничего не понял

 

У меня такое мнение, что все-таки САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПРИГОДНОГО К ПРАКТИЧЕСКОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ двигателя Стирлинга это сложновато для среднего участника нашего форума. Сложновато не только с точки зрения теории (а принципы работы и хотя бы элементарные методы расчета надо освоить для его построения), но и с точки зрения реализации. Так как это довольно сложное техническое изделие требующее хорошего инструмента, материалов и очень хороших навыков работы с металлом.
Такая задача представляется много труднее, чем, к примеру, печь практически полезную сложить, там хоть движущихся частей нет, кроме покупных дверок и задвижек. А даже до уровня хорошей печи у нас единицы из любителей дошли, потому как непросто это.

 

Мое мнение, что сделать кустарно стирлинга невозможно. Но в статье более просто описан сам смысл работы двигателя.

 

Консенсус.

Похоже, идея об использовании двигателя Стирлинга менее жизнеспособна чем, к примеру, ветряки и солнечные батареи, для которых, есть ситуации, когда это технически осмысленно, и даже ситуации, когда это осмысленно экономически.

Собственно, бензиновые, дизельные и газовые генераторы электричества доступны на рынке, хорошо отработаны, и Стирлингу с ними очень непросто конкурировать.
Насосов такой мощности, чтобы Стирлинг был экономически и технически выгоден, в домашнем хозяйстве не бывает.

С тепловым насосом менее понятно, возможно, при заводском исполнении могло бы что-то осмысленное и получится. Это, на мой взгляд, могла бы быть самая перспективная область для внедрения в домодачную практику двигателей Стирлинга, разумеется, при условии конструирования и исполнения на уровне массового заводского изделия. Впрочем, вполне могут быть огромные подводные камни и в этой области.

 

Пофантазирую. Чего хочется, если нет магистрального газа.
2 раза в день заложить котел (начало двигателя) и получить-
1. Отопление.
2. Холод.
3. Электричество.
Развитие технической мысли в 20 веке пошло не в сторону паровых бытовых машин. Может и зря?.
Японцы, а после наших решений и финны для снабжения своих целюлезных комбинатов пошли по такому пути. Эвкалипт вырастает до товарной массы за 7 лет. На 1 га вырастает допустим 100 м3. заводу надо 1000 м3 . Итого-70 га в собственности обеспечивают сырьевую безопасность завода. Естнственно потребности завода и количество земли надо умножить на миллион. Но возьмите один дом, а лучше автономный поселок, где нет других энергоносителей кроме дров. (причем которые каждый год растут-возобновляются!)

И получается, что именно паровая машина-идеальное решение.

 

Кстати да, когенерация плюс комбинация тепло-холод, именно как сочетание. Оформить как единый "домашний агрегат".

 

Существует в природе коммерческая когенерационная установка для домашнего применения - на базе двигателя Стирлинга: WhisperGen. В европе продается.. В России - нет. Как они сами пишут (пару недель назад) - в Россию планируют выйти через 2-3 года. Т.е. - почти никогда...

 

А есть ли в России производства, которые могли бы создать подобное устройство для дома и дачи и наладить сбыт? Какова экономическая выгода от производства устройства в России? Сколько времени требуется на разработку и запуск устройства в производство? Как я понимаю, очень многие форумчане заинтересованы в такой замечательной установке в собственном доме. Я вижу на форуме много "технарей" с очень "светлыми головами". Может стоит подумать о том как создать свое производство, "обкатать" образцы в домах форумчан? А там и до монополии в рамках России недалеко...Чубайс нервно грызет ногти в углу!

 

Светлая идея! Ребята не понимаю в механизмах ничего, но я думаю всем нужно не на монополистов надеяться, а на себя. Дерзайте!

 

По мне, если не просто фантазировать, а рассуждать практически, сердцем автономного дома нужно считать дровяной котел в сочетании с теплоаккумулятором.
Аргументы:
- естественно возобновляемое топливо для отопления
- при сжигании выделяется минимум вредных выбросов в атмосферу, сопоставимый с природными процессами гниения
- топливо может с успехом добываться без расхода промышленной энергии и связанной с нею эмиссией парниковых газов
- теплоаккумулятор повышает КПД дровяного котла, удобство его использования
- теплоаккумулятор позволяет наладить бесперебойное обеспечение дома горячей водой
- теплоаккумулятор удобно сопрягается с другими, помимо дров, источниками энергии (солнечный коллектор и даже электричество при избытке его производства домовой установкой).