Двигатель Эриксона

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Да.
Ведь при пиковом потреблении 5-6 кВт не нужно использовать технологию умощнения с промежуточным буфером ЭЭ в виде или очень_немалого массива свинца, или хотя_бы малоёмкой, но ОЧЕНЬ дорогой титатантной батарейки... Да и инвертор- для умощнения- тоже не очень нужен...

 

Это Ваши домыслы. Я про такое не писал. Я писал выше, про необходимость буфера, экономии, разумном планировании и потреблении. Если вам надо 5-6 КВт в течение суток, извините, надо свинец и побольше. Я лично склоняюсь к 3КВт в течение двух часов. 6КВт*ч. Ну, десять-двенадцать штук свинца. Но я лучше напишу про щелочные элементы. Они живут десятилетиями, в отличие от свинца, и примерно чуть чуть дороже. Но повторяюсь, учитывая выработку электричества из теплоты, проще теплоту сразу направить на приготовление пищи, а не использовать электричество в виде промежуточного носителя энергии. Электрочайник можно оставить в качестве исключения. Он работает всего 5 минут в час при максимальной частоте чаепития. Поэтому... Где вы возьмете потребитель на 5-6КВт да хотя бы на час?

 

Это вот ЭТО мои домыслы:

?
"беззаморочек"- это когда взял железку, воткнул её в щиток домохозяйства, и тратишь законные тысячу ватт как хочешь. И имеешь

Реальность <> ваши слова про отсутствие заморочек.

 

К сожалению, указание степени замороченности здесь лишнее. Говорилось скорее о замороченности расчетов и выводов, подсчете потребителей и тому подобного. Взял железку на 1000 Ватт, затопил печь, а потом пользуешься как ни в чем не бывало. Примерно без заморочек. Конечно нельзя будет взять и воткнуть туда проточный водонагреватель на 6КВт, или электрокотел на 15КВт. Но на 1000 Ватт и 10 свинцово-кислотных аккумуляторов можно себе позволить практически все и практически без заморочек.
Но повторяюсь, если у нас электричество из теплоты, то глупо его тратить на подогрев. А подогрев нужен только пище и кипятку. Некоторые стиральные и посудомоечные машины сразу умеют горячую воду брать, а горячей воды, как известно, будет очень много и даже иногда лишняя.

 

Реальность, она вообще штука страшная. Иногда кажется, что "теория <> практика", а потом этот тезис устаревает, и вот, уже по-новому: "теория != практика".

 

Коронавирус сильно изменил мир. Теперь работодатели перестали воспринимать дистанционно работающих сотрудников как "бездельников" и стали платить им деньги, более-менее достаточные для проживания в сельской местности (вне мегаполисов). Для такой работы нужен практически только ноутбук с интернетом. И если с марта по октябрь ноутбук можно прокормить солнечными панелями (это на личном примере), то с ноября по февраль электричество будет наиболее оптимально добывать из тепла которое всё равно нужно для отопления дома в нашем климате. Выше по тексту @wcreader писал что в таком варианте будет достаточно кпд около 3%. То есть достаточно лишь три, ну может пять процентов энергии сжигаемого топлива (обычно дров) превратить в электричество чтобы можно было жить где-нибудь на достаточно отдаленном хуторе.

Исходя из личного опыта одиночного проживания в автономной избе (не коттедже или особняке, а именно деревенской избе) могу сказать что расход электричества примерно 1 кВт*ч в сутки если особо не экономить или 0.7 кВт*ч при разумной экономии. Печка топится часа четыре-пять,обычно вечером - это не обременительно и не превращает жильца в кочегара. Следовательно, чтобы за это время закачать в аккумуляторы необходимый киловатт-час требуется двигатель мощностью около 250 ватт. Для типичной избы в среднем требуется около 150 кВт*ч тепловой энергии в сутки. Если печка горит пять часов то мощность ее топки должна быть около 30 кВт. Чтобы из 30 кВт тепла получить 250 ватт электричества нужен кпд всего около ОДНОГО процента. Мне кажется что это должно быть вполне достижимо даже при самодельных теплообменниках.

Чем мне сильно не нравятся "современные" автономные генераторы продаваемые в магазинах - так это тем, что из-за воздушного охлаждения ДВС мне приходится отапливать улицу дорогим покупным топливом. Так как типичный кпд небольших генераторов не превышает 20% даже с использованием разных ухищрений для его оптимизации. То есть
80% потраченых на топливо денег греют улицу. А генераторные ДВС с водяным охлаждением обычно имеют очень сильно избыточную мощность - дома их просто нечем нагрузить так чтобы они могли работать в сколько-нибудь оптимальном режиме.

Естественно тем что подобные двигатели способны работать на дровах/угле. То есть на наиболее доступных в российских условиях видах топлива.

Полностью согласен!
Понятно, что автономная жизнь в сельской местности - это на любителя. Но и жизнь в квартире в центре города с окнами на проспект с грузовым движением - это тоже очень на любителя. Причем этот любитель должен иметь железное здоровье и его не жалеть.

В сельской местности при доме обязательно есть какие-то хозпостройки, так что занимаемый двигателем объем, как и его вес, не особо критичны, в разумных пределах конечно. Сравним например с размерам твердотопливных котлов, особенно тех что изначально расчитаны под дрова и имеют большую площадь теплообменника.

 

Имею опыт проживания в дачном домике круглогодично в г. Новосибирск. Все сказанное справедливо.

Я тоже делал подобные выводы (3% КПД хватит), но не хотелось пугать людей таким фактом. Я сделал скидку на современность строительных материалов и утеплителей. А значит потребность дома в тепловой энергии меньше. При этом, не всегда на улице так холодно, поэтому расчетное постоянное теплопотребление дома я принимаю в районе 5-10 КВт в зависимости от размера дома и утепленности. При КПД 5-10% все как раз становится адекватным. А еще, нужно не забывать про рабочую температуру двигателя - она должна быть достаточно высокой, лишь чуть ниже температуры красного каления материала котла. А это значит, что дымовые газы будут выходить из котла двигателя с достаточно высокой температурой, поэтому целесообразно ставить регенеративный воздухоподогреватель, который бы нагревал воздух, приходящий в топку, дымовыми газами. А это уже слишком! Еще куча металла требуется на это, да и принудительная циркуляция тогда будет кстати, из-за сопротивления теплообменников и снижения плотности горячего воздуха... Проще отнять остаточное тепло традиционным способом - нагревать воду в системе отопления. Поэтому, я считаю, что тепловой КПД двигателя должен быть в районе 15 процентов, результирующий КПД установки будет в районе 5-7%.

В голове все становится на места, после того, как из пыльного шумного города перебираешься в дачный домик, не совсем для круглогодичной жизни предназначенный, и начинаешь там выживать. Всем советую.

Скорее всего, такой двигатель и будет выглядеть как котел, это основной его объем.
Сама машина-генератор будут занимать небольшой объем, поскольку это всего лишь цилиндр, КШМ и электрогенератор. Допустим, при наддуве в районе 10бар и мощности 500Вт объем цилиндра будет в районе 100 см3. С потолка взял, цифра приблизительная, справедлива для двигателей Стирлинга.



Теперь по схеме, слева-направо:
1) Ресивер низкого давления, 10 бар, допустим. Возьмем литров 50. (в 500 раз больше объема цилиндра)
2) Съужатор / компрессор.(Твердый знак авторский, не стилизация) Это несколько цилиндров сжатия воздуха от 10 бар до 20-30 бар с промежуточным охлаждением. Нарисованы две стадии.
3) Ресивер высокого давления на 20-30 бар. Объем, скажем, в 100 раз больше объема цилиндра. Литров 10. С ребрами охлаждения или погруженный в жидкость, или лучше сказать... Пусть он будет в виде змеевика из трубы толстостенной, погружен в воду, которая циркулирует в контуре отопления. И все промежуточные интеркулеры и другие охладители пусть будут погружены в эту же единую емкость бака-охладителя.
4) Регенератор. В оригинале, стальная вата, набор нержавеющих сеток, никелевая пена или другой теплообменник, обладающий большой площадью поверхности, низким сопротивлением потоку воздуха и небольшим внутренним вредным объемом. Или, как вариант, противоточный теплообменник воздух-воздух (кожухотрубный, например). Тогда мертвый объем нас перестает волновать. Но штука будет дорогая.
5) Расширяторы с промежуточными догревами. Пара цилиндров различного объема, движущиеся в противофазе. Впуск через регенератор, лучше после регенератора пустить контур догрева в котел, потом впуск в цилиндр высокого давления. Реализовать впускной клапан с отсечкой впуска, это и будет регулятором двигателя. Дальше расширение в цилиндр низкого давления с промежуточным перегревом рабочего тела. После - выхлоп через регенератор через финальный интеркулер (остужает остаточную теплоту от неэффективности регенератора) в ресивер низкого давления. И так по кругу.

Компрессор и расширительная машины связаны вариаторной передачей (клиноременной) или для простоты, например компрессор сидит на электрической муфте сцепления и подключается при падении давления на ресивере ниже установленного порога, при этом производительность компрессора заранее больше расчетных нужд.

 

Нисколько не противоречит моим расчетам. 5 кВт круглосуточной тепловой мощности как раз и дают мощность топки
30 кВт если она горит 4 часа из 24.

Теплоемкость воздуха весьма мала, так что особо большого эффекта от его предварительного подогрева ожидать не приходится. А вот отбирать тепло от дымовых газов надо - обычным большим теплообменником греть отопительную воду.
Котел котлом и остается, просто к нему добавляется двигатель.

Такой высокий кпд не обеспечивают большинство используемых автономщиками небольших генераторных ДВС. Чтобы
выжать 15% надо загонять ДВС в правильный режим, чего большинство пользователей не делают.

У клиновых ремней очень уж большое трение. Посмотрите как сильно греются вариаторы у скутеров и снегоходов при существенной нагрузке.

 

Тем не менее, чтобы повысить КПД установки, нужен воздушный экономайзер. Этого не учитывают многие стирлингостроители и теряют в эффективности всей установки в целом.

Домашние генераторы, особенно крупные неинверторные, потребляют одинаково, что с небольшой нагрузкой, что под нагрузкой. Это говорит об очень низкой эффективности. 10-15 это приблизительно то, что имеем. Здесь же 15% - это КПД именно по машине, КПД котла не учитывается. Чем выше рабочая температура двигателя, тем больше потеря в КПД, поэтому не всегда выгодно до бесконечности повышать температуру, есть некий максимум КПД, после которого уже не выгодно повышать температуру без использования воздушного экономайзера. Вообще, термодинамический цикл надо рассматривать всегда в совокупности (цикл сгорания топлива + рабочее тело), очень много интересного тогда приходит в голову

Передаваемая мощность будет сильно другая, поэтому, смею предположить, что и ремень нужен другого размера. Решаемая задача - плавно согласовывать подводимую тепловую мощность, поскольку мы не управляем подводом теплоты. Котел не должен перегреваться, и чтобы его охлаждать, я думаю, что можно регулировать степень сжатия для изменения оборотов двигателя. А можно, наверное, жестко связать компрессор и расширятор, а обороты регрулировать отсечкой впуска. Изотерма пострадает, конечно. Здесь пока что темный лес и нужны эксперименты

 

В связи с этим возникает вопрос не вырастет ли кпд обычного генераторного ДВС если ему воздух на впуске подогревать например от выхлопа?

 

Забыли еще одно промежуточное состояние. Двигатель Эриксона преобразует теплоту в механическое вращение и только потом появляется электричество. Это вращение тоже можно использовать для работы каких то механических насосов, компрессоров. Какое число оборотов у двигателей Эриксона?
Насколько возможно совмещение этого двигателя с другим эффективным вариантом - тепловым насосом?

 

Это очень интересный вопрос. С таких вопросов начинается путешествие в мир двигателей внутреннего сгорания с регенерацией теплоты. Вот, что будет, если подогревать воздух, который попадает в цилиндр? Воздуха в цилиндре становится меньше, так как горячий воздух занимает больший объем! А его температура после сжатия - выше. А детонация топлива при повышенной температуре - более вероятной. То есть, обычный ДВС начинает работать хуже. А когда он начинает работать лучше? Когда воздух во время сжатия охлаждают. Тем самым уменьшается работа сжатия, количество воздуха в цилиндре становится больше, мощность двигателя больше, а эффективность - выше. Такой вот парадокс! А как сделать, так, чтобы использовать теплоту выхлопных газов на пользу? Нужно забирать воздух в холодный цилиндр компрессора, охлаждать в процессе сжатия, а нагревать при переходе из цилиндра компрессора в цилиндр рабочий. И топливо впрыскивать с помощью ТНВД. Попадем в мир двигателей split cycle - двигателей, где сжатие воздуха или топливовоздушной смеси происходит в одном цилиндре (холодном), а воспламенение и расширение - в другом (горячем). Соответственно, возможна регенерация теплоты выхлопных газов при изохорной передаче воздуха из компрессионного цилиндра в расширительный...

 

Так как мы имеем очень большую и замороченную установку, можно поставить хороший генератор с высоким КПД. Это, скажем, в районе 80% от механической энергии. Намного проще использовать уже имеющиеся электрические приборы, так как они более распространены, а электроэнергия по проводам в доме передается почти что без потерь.

Как и у любого двигателя - чем больше, тем лучше! А на самом деле обороты будут ограничены конструкцией газораспределительного механизма - насколько быстро и точно смогут открываться и закрываться клапана. Я думаю, в зависимости от размера двигателя, это будет в районе 3000-5000, поскольку нет явного ограничения на обороты, как у двигателя Стирлинга (скорость нагрева/охлаждения). Ведь если нам не будет хватать мощности котла на повышенные обороты, можно будет просто добавить площади поверхности и увеличить мощность горелки. Со Стирлингом такое не пройдет.

 

Ну и потом не забыть еще назвать термодинамический цикл своей фамилией... Цикл Спирита! Изотермическое сжатие - изохорный регенеративный подогрев воздуха - изохорное повышение температуры за счет сгорания топлива - адиабатическое расширение рабочего тела (полное, глушитель не нужен! Миллер и Аткинсон курят дымовые газы) - изобарический отвод дымовых газов (с использованием теплоты на регенеративный подогрев)! Могу еще циклов насочинять на имя, фамилию, отчество (свое, жены, родственников).

 

Детонация - это очень частный случай, напрямую к термодинамическому циклу не относящийся. При впрыске топлива с помощью ТНВД побороть ее легко. Это в 19 веке ТНВД был большой проблемой. Но не сейчас.

Мощность в контексте данного обсуждения не важна вообще. Это автомобильные двигатели оптимизируются на максимальную мощность потому что это важный маркетинговый показатель. Нас же интересует только два параметра - это эффективность преобразования тепловой энергии в механическую работу и моторесурс. Да и то расчеты показывают что при совмещении отопления с выработкой электричества достаточно иметь кпд в единицы процентов. От отопления в нашем благословенном климате никуда не уйти и топливо всё равно сжигается. Не в двигателе так в обычном котле.
А вот насчет работы сжатия - если воздуха в цилиндре меньше то и она тоже меньше. С этой точки зрения больше воздуха в цилиндре получается не выгодно.

Не очень понимаю зачем сначала охлаждать, а потом сразу нагревать.

Их и так придумано немало. Но "ведущие производители" чаще всего выбирают те, которые позволяют получить наиболее выгодно выглядящие маркетинговые показатели. Мощность с литра объема и с килограмма массы двигателя.
Случаев, когда двигатель оптимизируют по кпд без особой оглядки на эти два параметра - не так уж много. Это например большие судовые двигатели. Но они слишком большие, оттуда мало что позаимствовать получится потому как напрямую "вниз" не масштабируется.

Тоже весьма спорное утверждение. При увеличении оборотов растут механические потери. А также увеличиваются скорости газовых потоков, что тоже приводит к потерям. И не факт что только это. Опять же смотрим на судовые двигатели - они низкооборотные. Причем и поршневые и турбинные. Если например сравнивать судовые турбины с авиационными где важно соотношение мощность-масса.

Вобщем - надо рыться в патентных базах. Там много всего интересного. Но нужен быстрый и дешевый интернет - явно не мой случай.