Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAOIGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zwierciadło solarne i generator stirlinga - sens oraz czy są lepsze rozwiązania?

niwen2058 26 Lip 2014 21:10 4638 9
  • #1
    niwen2058
    Poziom 9  
    Witam serdecznie!

    Cierpiąc dzisiaj od wielkiego upału i jeszcze większej nudy postanowiłem zająć czymś umysł i jako paliwo posłużyła mi stara idea zaprzęgnięcia słońca do pracy :)
    Z góry mówię że w najbliższej przyszłości raczej nie będę wykonywać prototypów bo to kosztuje czas i pieniądze które występują u mnie sporadycznie, natomiast jestem ciekawy co inni sądzą o generatorze jakiego animację zmajstrowałem oraz chciałbym się dowiedzieć czy są jakieś inne ciekawe metody zaprzęgnięcia słońca do produkcji prądu (z wyłączeniem efektu fotowoltaicznego który choć elegancki to nie rozbudza wyobraźni ;) )

    Animacja przedstawia się tak:
    Zwierciadło solarne i generator stirlinga - sens oraz czy są lepsze rozwiązania?

    Niebieski prostokąt - chłodnica
    Czerwony prostokąt - Nagrzewnica
    Szary Prostokąt - stirlingowski tłok wyporowy (nieszczelny dla gazu, izolator termiczny)
    Czarno-żółty element pomiędzy tłokami wyporowymi - tłok roboczy, z nawiniętą cewką miedzianą
    Żółty element z czarnymi kropkami - Duża cewka nawinięta na cylindrze

    Schemat oczywiście ideowy, zakładając żeby w ogóle działał to z pewnością wymagał by dopasowania proporcji, rozwiązania kwestii smarowania, znalezienia odp materiałów itp itd. Na razie założenie jest takie że do całości konstrukcji wprowadzamy maksymalnie możliwie sprężony wodór z małą domieszką innych gazów aby urządzonko miało odpowiednią gęstość mocy - brak części typu korbowód, popychacz, skrzynia korbowa itp sprzyja szczelności i trwałości :)

    Pytanie więc jest takie, czy:
    a) Ma to podstawy fizyczne by działać
    b)Ma jakieś poważne, nieusuwalne wady ideowe które mocno ograniczały by sprawność
    c) Ma jakieś poważne wady ale można je usunąć nie ingerując w ideę zamkniętego szczelnie zbiornika (jak)

    Generator działał by chyba jako alternator - cewka na tłoku wzbudzana prądem z zewnątrz wytwarza pole magnetyczne które indukuje napięcie na cewce nawiniętej na cylindrze. Generował by prąd zmienny, być może niezbyt czysty (zmienny ruch tłoka w czasie)

    A żeby było słonecznie - źródłem energii do tego cuda(ka :P ) byłoby zwierciadło słoneczne z folii lustrzanej zalanej po uformowaniu zbrojoną pianką poliuretanową. Myślę że z odrobiną wprawy można by dość niskim kosztem wykonać kilka takich modułów o średnicy metra, połączyć je na stelażu metalowym/drewnianym w jeden większy i mieć do dyspozycji jakie 6kW darmowej i naturalnej energii cieplnej... Która jednak warto by przerobić na elektryczną w jakiś ciekawy gadżeciarski sposób. Czy taki by zadziałał? :) A jeśli nie to może macie jakieś inne ciekawe pomysły na takie zwierciadło słoneczne? ;)
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • #2
    atom1477
    Poziom 43  
    Nie będzie to działać.
    A to z powodu braku wyprzedzenia/opóźnienia w sterowania grzaniem/chłodzeniem.
    Domyślam się że to miało działać tak że jak lewa strona jest grzana a prawa chłodzona (tak jak jest teraz na rysunku), to tłoki będą się przemieszczać w lewo.
    A po przemieszczeniu zmiana.
    Ale niestety nie ma tutaj wyprzedzenia.
    To dość paradoksalne ale wymagane jest przesunięcie i to aż o 90*.
    Czyli zamiana grzania na chłodzenie musi następować w końcu ruchu tłoka. A u Ciebie jest w połowie.
    Bez wyprzedzenia grzania/chłodzenia, tłoki osiągną położenie środkowe w momencie jak sterowanie grzania/chłodzenia też będzie na środku.
    Sterowanie więc się zniesie (bo grzanie i chłodzenie będzie po równo), i tłok pracy zostanie pozbawiony siły która go przemieszcza. I silnik się zatrzyma.
    Podobnie z silnikiem elektrycznym DC z jedną cewką. Ma on położenie równowagi i z tego położenia nie chce ruszyć. Ruszony będzie pracował ale kiepsko. Działa dobrze dopiero jak się trochę przestawi szczotki względem magnesów (jest wtedy w stanie sam ruszyć i lepiej pracować).
    Tak samo tutaj. Nie może istnieć położenie równowagi. Czyli takie miejsce gdzie siły napędowe się znoszą na środku położenia tłoka. A tutaj niestety takie miejsce jest: właśnie na środku.
    Żeby to działało trzeba wyeliminować położenie równowagi. Czyli żeby tłok pracy środkowe położenie pokonywał mając siłę napędową która nie pozwoli mu się tam zatrzymać.
    Podczas pokonywania tego środkowego położenia przez tłok pracy, tłoki sterujące powinny być w skrajnych pozycjach (jeden na full grzanie a drugi na full chłodzenie). Czyli jak tłok pracy przekracza zero (sinus w zerze), to tłoki sterujące są na max w lewo i praco (cosinusy na -1 i +1).
    Z kolei jak tłok pracy jest na skrajnej pozycji (-1 albo +1), to tłoki sterujące powinny zamieniać grzanie na chłodzenie albo odwrotnie (przechodzić przez 0).
    Dlatego też praktycznie każdy silnik Stirlinga ma koło bo to pozwala łatwo uzyskać przebiegi sinus i cosinus.
    Dobrze to widać na przykładzie silnika typu Beta (Twój też był by typu beta):
    http://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine#mediaviewer/File:Beta_stirling_animation.gif
    Widać że jak jeden tłok się przemieszcza najszybciej to drugi ma najmniejszą prędkości i zmienia kierunek. I odwrotnie.
    Ale silnik Alfa też ma przesunięcie o 90* choć ciężko to zauważyć i w ogóle na pierwszy rzut oka zrozumieć jak on działa.
    Poza tym bardzo długim wyjaśnieniu działania silnika powiem tylko że cała reszta będzie działać jak najbardziej :D
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • IGE-XAOIGE-XAO
  • #4
    niwen2058
    Poziom 9  
    Na wstępie przepraszam za tak długą zwłokę w odpowiedzi, niestety woodstock mnie zaabsorbował całkowicie na cały poprzedni tydzień.. :)

    maszynaz, nie aż tak dużą, patrząc po rozmiarach to około 600-700 W max, tym niemniej w zastosowaniach podwórkowych jest to z pewnością spektakularne :) Choć wykonanie wybitnie pracochłonne, ja bym to zrobił raczej wyklejając folią lustrzaną tą parabolę niż bawić się cięciem i przyklejaniem kawałków lustra ze szkła..

    atom1477, dziękuję bardzo za merytoryczną i pomocną odpowiedź, faktycznie po spojrzeniu z twojego punktu widzenia silnik nie ma w tej postaci racji bytu, a i po przekształceniach takich aby przełączanie następowało w najbardziej optymalnych punktach pozostaje kwestia regeneracji :) Jak widać za gorąco było wtedy i pominęło mi się tak oczywistą sprawę ;) Dla mnie właśnie zasada działania alfy jest bardziej czytelna i jasna niż bety, choć poszperałem i obydwa modele maja dla mnie zrozumiałą zasadę działania. Ale szperanie w okolicach Stirlinga pana Wąsowskiego doprowadziło mnie do jednej idei, nie mojej a któregoś z forumowych kolegów którego niestety nick zapomniałem. Postulował on że silnik stirlinga można by opracować na zasadzie silnika turbinowego, najłatwiej chyba przedstawi to mała grafika:

    Zwierciadło solarne i generator stirlinga - sens oraz czy są lepsze rozwiązania?

    Pytanie moje teraz jest takie, czy pojawiały się już albo były badane takie rozwiązania? Technologie są w końcu znane, to zwykły silnik turbinowy jak np w samolotach czy też bardziej czołgach/helikopterach, tylko temperatura pracy mniejsza. Ale gdyby zamknąć układ i zwiększyć ciśnienie w którym ta turbina by pracowała to czy mogło by być wydajne?
  • #5
    kybernetes
    Poziom 39  
    Fakt, że idea silnika Stirlinga znana jest od 200 lat i dotychczas nie znalazła zastosowania poza konstrukcjami eksperymentalnymi i zabawkami jasno dowodzi, że nie ma sensu dalej drążyć tego tematu. A tym bardziej w konstrukcjach "garażowych". Autorowi wątku polecam zainteresować się raczej silnikami parowymi na niskowrzących mediach (np. freony) lub np. silnikami z obiegiem parowo-amoniakalnym.
  • #6
    niwen2058
    Poziom 9  
    Cóż, chętnie, o ile jest to wykonalne w warunkach względnie domowych, tylko że.. Informacji na temat takich rozwiązań jest jak na lekarstwo. I o ile silnik stirlinga przewija się co i rusz czy na tym forum czy w innych miejscach sieci, zasada działania jest znana i prosta, wykonanie w zależności od modelu też możliwe przy względzie niskim, 4 cyfrowym nakładzie kosztów, były też skuteczne aplikacje w postaci takiego silnika przymocowanego do dużego zwierciadła solarnego ( http://en.wikipedia.org/wiki/Dish_Stirling#Dish_designs ) dwa razy wydajniejsze niż panele FV, to o silnikach na media niskowrzące czy dwufazowe jest naprawdę niedużo szeroko dostępnych opracowań. W każdym razie ja do tej pory znalazłem tylko skrawki informacji.
    Ale jeśli ma pan dostęp do takich informacji chętnie poczytam, gdyż fakt że jakaś technologia znana jest od nawet setek lat nie znaczy że nie może mieć praktycznego zastosowania przy wykorzystaniu nowszych materiałów czy rozwiązań :)
    Ogólnie jeśli chodzi o maszyny parowe nie jest dla mnie większym problemem to w jakiej temperaturze startują, dla dużego zwierciadła solarnego uzyskanie temperatury ~500 stopni C nie powinno być problemem. Bardziej martwi mnie fakt że są dość mało wydajne i skomplikowane, choć to drugie da się obejść wg mnie stosując elektrozawory zamiast mechanicznego rozrządu, w końcu maszyna i tak ma produkować prąd.

    Natomiast naprawdę jestem ciekawy opinii o układzie jaki opisałem w poprzednim poście, oparty na turbinach tesli i wysokoobrotowej prądnicy byłby naprawdę prosty w budowie :) Jeśli idea jest niejasna mógłbym zmajstrować jakąś animację która jaśniej pokazywała by jak to miało by działać ;)
  • #7
    atom1477
    Poziom 43  
    No ja jestem bardzo ciekaw jak by to miało działać na turbinach. Sam o tym myślałem kiedyś ale nic nie wymyśliłem.
    Tak więc zamieść tą animację.
  • #8
    niwen2058
    Poziom 9  
    Do ogrzewania wody w bojlerze są stosowane prostsze i bardziej zwarte metody, tzw Kolektory Słoneczne. Słońca nie trzeba na nich skupiać, ewentualnie lekko, drogi bardzo system to też nie jest, w Polsce ostatnio coraz bardziej rozpowszechniony - w samej mojej miejscowości, a mieszkam w małym 13 tyś mieście, około 2-3% domów ma kolektory.
    Zwierciadło przydaje się kiedy chcemy energię skupić koniecznie w punkt aby uzyskać np wysoka różnicę temperatur - do celów mikro-ciepłowniczych nie ma to większego sensu, w słoneczny dzień woda w wężu ogrodowym leżącym na trawie potrafi się rozgrzać do 70 stopni, w profesjonalnym kolektorze próżniowym nagrzeje nam sie do tej temperatury nawet w zimę, a że jest to temperatura użytkowa to nieekonomiczne jest ogrzewać mocniej - im większa różnica temperatur tym szybszy przepływ ciepła do otoczenia, m. in. w formie strat...

    Animacje wstawię wkrótce, teraz trochę jeżdżę i załatwiam a do tego trzeba by usiąść na ładnych parę godzin
  • #9
    kybernetes
    Poziom 39  
    Proszę nie pisać o "bojlerze"! "Bojler" to jest w łazience do grzania wody do kąpieli, a to co masz w instalacji słonecznej to po polsku nazywamy "kotłem". Z angielskiego: "boiler" -> "kocioł".
  • #10
    niwen2058
    Poziom 9  
    Cóż... Więc technicznie powiedzieliśmy dobrze tylko w innym języku.. I było to zrozumiałe sformułowanie.. Walka z makaronizmami na pewno jest szczytna w pewnych kręgach, jednak dużo chyba do tego stricte technicznego tematu nie wnosi, prawda? :)