Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Włókna przędzione z nanorurek węglowych przyszłością silników elektrycznych?

ghost666 09 Paź 2014 15:14 5109 20
  • Włókna przędzione z nanorurek węglowych przyszłością silników elektrycznych?Niezwykle istotnym faktem jest to, iż, jak się szacuje, silniki elektryczne i systemy sterowane tego typu silnikami zużywają od 43% do 46% całej energii elektrycznej zużywanej na ziemi. Nie trzeba wspominać o fakcie, iż gdyby uczynić je bardziej efektywnymi, światowa konsumpcja energii elektrycznej spadłaby w sposób zauważalny. Badacze z Rice University zaprezentowali w 2011 roku iż z węglowych nanorurek można prząść grubsze struktury, które można następnie wykorzystać do przesyłania energii elektrycznej. Co istotne, włókna w ten sposób przygotowane charakteryzują się lepszymi parametrami elektrycznymi niż standardowo używana w przemyśle miedź. Być może niedługo uda się wykorzystać tą technikę w silnikach elektrycznych i w ten sposób zmniejszyć konsumpcję energii elektrycznej na świecie.

    Bazując na badaniach naukowców z Rice University, zespół z Uniwersytetu Technologicznego w Lappeenranta w Finlandii, zastąpił miedziane uzwojenie silnika elektrycznego włóknami wytworzonymi z odpowiednio spreparowanych nanorurek węglowych. Wynikiem ich pracy był silnik elektryczny o wyjątkowo wysokiej efektywności.

    "Jeśli nie będziemy w żaden sposób zmieniać projektu mechanicznego silnika elektrycznego i jedynie zastąpimy miedziane uzwojeniem wykonanym z włókien uprzędzionych z nanorurek węglowych, możliwe jest zmniejszenie strat cieplnych w uzwojeniu o połowę, w porównaniu do strat jakie obserwuje się w aktualnie produkowanych urządzeniach" tłumaczy Profesor Juha Pyrhönen, który kieruje pracami projektowymi nad prototypem silnika z węglowym uzwojeniem, stworzonym w Finlandii.

    Miedź jest tradycyjnie używana jako materiał do wykonywania uzwojeń w silnikach, gdyż charakteryzuje się jedną z najwyższych konduktywności w przyrodzie (w zasadzie drugą, spośród wszystkich metali) w temperaturze pokojowej i jest także relatywnie tania. Jednakże, pomimo wysokiej konduktywności, uzwojenie takie nadal posiada niezerową rezystancję, zauważalną przez inżynierów do tego stopnia iż często mówi się o tym iż część energii wręcz "ucieka w miedź".

    Wytworzone w międzyczasie włókna z nanorurek węglowych, charakteryzują się konduktywnością o wiele lepszą niż najlepsze z dostępnych metali, a póki co żadne ograniczenia konduktywności tego typu włókien nie zostało odnalezione. Udało się zmierzyć wartości tak wysokie jak 100 megasiemensów na metr włókna, w porównaniu do 58,65 MS/m dla miedzi. Z przewodnością tego rzędu, włókna oparte o nanorurki węglowe mogą oferować przewodność dwukrotnie wyższą niż uzwojenia miedziane, zgodnie z tym co twierdzą Fińscy naukowcy. Profesor Pyrhönen twierdzi iż wykorzystanie tego typu materiałów jako uzwojenia silnika elektrycznego może zmniejszyć straty cieplne silnika o połowę.





    W prototypie opracowanym przez zespół naukowców z Finlandii przędza jest wytwarzana i następnie pokrywana warstwą izolacyjną przez Japońsko-Duńską firmę Teijin Aramid. Technologia wykorzystywana przez tą firmę opracowana została przez naukowców z Rice University. Jako że technologia ta nie jest wykorzystywana jeszcze na przemysłową skalę i jest w powijakach, ilość możliwej do wyprodukowania przędzy węglowej jest ograniczona. Kwestie przemysłowej produkcji tych włókien będą musiały być rozwiązane gdy tylko rozwiązanie to zostanie zaadaptowane w przemyśle.

    Mimo ograniczeń prototypu, pokazał on iż poprawa działania silnika z uzwojeniem węglowym, w porównaniu do silnika opartego o miedziane uzwojenie, jest zauważalna. Naukowcy twierdzą, iż gwarantuje to, co najmniej, środki i zainteresowanie dalszymi badaniami, a w dalszej perspektywie możliwość aplikacji tych badań i wymiany uzwojeń silników z miedzianych na węglowe.

    "Istnieje istotna, póki co potencjalna, poprawa w działaniu silników elektrycznych, jednakże póki co mierzymy się z ograniczeniami natury materiałowej, które ograniczają możliwość budowy uzwojeń o dowolnej geometrii" tłumaczy doktor Marcin Otto, menadżer zarządzający działem rozwoju firmy Teijin Aramid. "Spodziewamy się iż w przyszłości przewodność włókien przędzionych z nanorurek węglowych może być nawet trzykrotnie wyższa niż przewodność miedzi. Co więcej węgiel jest materiałem bardzo popularnym, a miedź musi być wydobywana w kopalniach, lub odzyskiwana ze złomowanych urządzeń" dodaje doktor Otto.

    Jak widać istnieją firmy, które istotnie wierzą w potencjał swojego produktu i jego możliwe aplikacje. I z potencjalną możliwością zmniejszenia tych 45% w zużyciu energii elektrycznej na ziemi, która pochłaniana jest przez silniki elektryczne, dlaczego by nie wierzyć w ten potencjał?

    Poniżej zaprezentowano film, pokazujący jak działa silnik wyposażony w uzwojenie wykonane z włókien węglowych.



    Źródło:

    http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconduc...to-replace-copper-windings-in-electric-motors

  • #2 09 Paź 2014 18:35
    REVISOR
    Poziom 24  

    A chińczycy wpadli na inny pomysł i pchają uzwojenia aluminiowe do wiertarek szlifierek itp, chyba kierowali się ceną a nie niezawodnością i sprawnością.
    A tak na poważnie jak już ten sen się sprawdzi to chyba nanorurki będą tylko w sprzęcie kosmicznym, wojskowym lub innym specjalistycznym, tańsze od miedzi nie będzie zapewne przez następne 50 może 100 lat o ile wogóle trafi to z laboratorium do fabryk. Prędzej znajdzie się nadprzewodnik w pokojowej temperaturze jak tanie nanorurki.
    Zapomniałem, amatorzy tanich win trudniący się recyklingiem będą zawiedzeni jak zamiast cennej miedzi w złomie zobaczą węglowe nici, tak jak z kablami telekomunikacyjnymi, zamiast pęku miedzianych kabelków kilka szklanych włosków .

  • #3 09 Paź 2014 20:01
    KROKUS
    Poziom 2  

    Stosowanie przewodów aluminiowych nie zostało wynalezione przez Chińczyków. W latach siedemdziesiątych ub. stulecia Rosjanie uzbrajali swoje telewizory kolorowe Rubin i Elektron w transformatory sieciowe nawijane przewodami aluminiowymi. Transformatory takie były bardzo awaryjne, ale nanorurki mają szansę zastąpić miedź.

  • #4 09 Paź 2014 20:57
    jaga134
    Poziom 24  

    W latach 70-tych ub wieku przezwajałem silniki elektryczne produkcji NRD /DDR/ które również uzwajane były przewodami aluminiowymi. Oczywiście,my zamienialiśmy to uzwojenie na miedziane. Ale np. spawarki wirujące polskiej produkcji miały prądnice spawalnicze uzwojone taśmą aluminiową.Aluminiowe było również uzwojenie regulatora prądu tych spawarek.

  • #5 09 Paź 2014 22:11
    irondick
    Poziom 31  

    A ja doczytałem gdzieś na forum wolnej energii o wynalazku japońskiego konstruktora. Polega on na odpowiednim umieszczeniu dodatkowych magnesów neodymowych na wirniku silnika. Efektem jest pobór mocy niższy o 70%! Zastosowano to po raz pierwszy w wentylatorach gdzie moc pobierana była około 35W a wersja z magnesami pobiera 8W! Produkuje już silniki przemysłowe...
    Co do nanorurek to marzeniem jest wykonanie oprócz silników, transformatorów WN i linii przesyłowych (zanim nie opanuje się nadprzewodników). Zmniejszenie strat było by na miarę budowy wielu elektrowni.

  • #6 09 Paź 2014 22:38
    Strumien swiadomosci swia
    Poziom 43  

    irondick napisał:
    Efektem jest pobór mocy niższy o 70%! Zastosowano to po raz pierwszy w wentylatorach gdzie moc pobierana była około 35W a wersja z magnesami pobiera 8W! Produkuje już silniki przemysłowe...


    Z tym poborem mocy to jest sciema , przecież silnik to przetwornik energii elektycznej na mechaniczną.
    Więć nie może od tak spaść moc z 35W na 8W bo w końcu nie ruszy tym wentylatorem.
    Praw fizyki nie przeskoczy.

  • #7 10 Paź 2014 07:42
    irondick
    Poziom 31  

    No właśnie prawa fizyki są obalane lub nowelizowane według najnowszych badań... A wentylatory i silniki tak skonstruowane sprzedają w sklepach w Japonii. Jak znajdę link to tu wstawię.

  • #8 10 Paź 2014 08:06
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    irondick napisał:
    No właśnie prawa fizyki są obalane lub nowelizowane według najnowszych badań... A wentylatory i silniki tak skonstruowane sprzedają w sklepach w Japonii. Jak znajdę link to tu wstawię.


    Chętnie zobaczę jakieś studium obalające prawo zachowania energii ;). Tylko proszę o twardą literaturę.

  • #9 10 Paź 2014 08:33
    kult5
    Poziom 21  

    Jeśli mamy silnik o sprawności 93% to redukując straty na stojanie o połowę to jaką sprawność osiągniemy? 95%?
    Jeśli chcemy zbić te 45% zużywanej energii to trzeba po prostu zezłomować silniki starej generacji oraz jeszcze bardziej upowszechnić falowniki przy wentylatorach i pompach. Tam dwukrotne zejście z obrotami 8-krotnie zmniejsza zużycie energii (pomijając niższą sprawność silnika przy niższych obrotach. Najwięcej dobrego zrobiły falowniki oraz stosowanie magnesów trwałych w silnikach.

  • #10 10 Paź 2014 08:47
    Daniel_dan
    Poziom 14  

    No to perpetum mobile na wyciągnięcie ręki, ciekaw jestem czy silnik będzie miał nadsprawność i taka sama prądnica też będzie miała nadsprawność z takimi uzwojeniami? ale filmików się pojawi znowu na youtube...

  • #11 10 Paź 2014 09:31
    mipix
    Poziom 29  

    ghost666 napisał:
    Co więcej węgiel jest materiałem bardzo popularnym, a miedź musi być wydobywana w kopalniach...

    Cytat:
    “We expect that in the future, the conductivity of carbon nanotube yarns could be even three times the practical conductivity of copper in electrical machines. In addition, carbon is abundant while copper needs to be mined or recycled by heavy industrial processes."

    Zawsze myślałem, że węgiel jest z kopalni. Ale się teraz pozmieniało...

  • #12 10 Paź 2014 10:00
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    mipix napisał:
    ghost666 napisał:
    Co więcej węgiel jest materiałem bardzo popularnym, a miedź musi być wydobywana w kopalniach...

    Cytat:
    “We expect that in the future, the conductivity of carbon nanotube yarns could be even three times the practical conductivity of copper in electrical machines. In addition, carbon is abundant while copper needs to be mined or recycled by heavy industrial processes."

    Zawsze myślałem, że węgiel jest z kopalni. Ale się teraz pozmieniało...


    Mówisz poważnie?

  • #13 10 Paź 2014 10:28
    Strumien swiadomosci swia
    Poziom 43  

    ghost666 napisał:
    Chętnie zobaczę jakieś studium obalające prawo zachowania energii

    Nie daleko musisz szukać.

    https://www.elektroda.pl/rtvforum/forum314.html
    kult5 napisał:
    Tam dwukrotne zejście z obrotami 8-krotnie zmniejsza zużycie energii

    Tak i pompa wciąż zachowa pierwotną wydajność.... nigdy tak nie będzie.

    Rozumiem że lepsze przewodniki do mniejsze straty ale uzwojenia z plastycznej miedzi w rytm strumienia magnetycznego pulsują w silniku ciekawe czy nanorurki nie popękają.
    Może w procesorach i mikrolelektronice się przyjmie.

    Skoro NR ma 2x lepszą przewodność to straty w miedzi się tylko zmniejszą a reszta pozostaje bez zmian.

  • #14 10 Paź 2014 10:31
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Strumien swiadomosci swia napisał:
    ghost666 napisał:
    Chętnie zobaczę jakieś studium obalające prawo zachowania energii

    Nie daleko musisz szukać.


    Poszukuję twardej literatury, a nie 'pogranicz nauki' bo to może i są jej pogranicza i temat zbiega do limesu, ale od strony fikcji i hochsztaplerstwa.

  • #15 10 Paź 2014 12:00
    kult5
    Poziom 21  

    Strumien swiadomosci swia napisał:
    kult5 napisał:
    Tam dwukrotne zejście z obrotami 8-krotnie zmniejsza zużycie energii

    Tak i pompa wciąż zachowa pierwotną wydajność.... nigdy tak nie będzie.


    No nie będzie. Tam gdzie obciążenie jest stałe wystarczy prawidłowo dobrać pompę, ale i oszczędności wtedy nie ma się co spodziewać.

  • #16 10 Paź 2014 13:54
    Grzegorz_madera
    Poziom 30  

    Wszystko ładnie, tylko zastanawiam się po co? Jak wszyscy wymienią silniki na te z uzwojeniami z nanorurek i spadnie zużycie energii to zwyczajnie ZE podniosą ceny. I kto na tym zyska? Oczywiście ZE, bo za te same pieniądze będą produkować mniej energii, a najbardziej stracą użytkownicy, bo zapłacą za wymianę dobrych silników.

  • #17 10 Paź 2014 16:30
    Nathir
    Poziom 14  

    Jak już kolega wyżej wspominał.
    Obecne silniki elektryczne mają sprawność powyżej 90% typowo. Im większy tym większa sprawność.

    Weźmy taki 95% sprawności. Zmieńmy uzwojenie z miedzianego na nano rurki. Według newsa, straty spadną 2x.
    100% - 95% = 5%
    5% / 2 = 2,5%

    Nowa sprawność 97,5%.
    Zakładając, że te nanorurki są droższe niż miedź - news czysto teoretyczny.

  • #18 10 Paź 2014 20:34
    Chris_W
    Poziom 35  

    Trzeba przyjąć że materiał na nanorurki będzie tani jak barszcz. Ten węgiel nie musi (tylko może) pochodzić z kopalni - bo ten pierwiastek jest powszechny w przyrodzie i doskonale podlega resublimacji powiązanej z redukcją - generuje się formę węgla w postaci sadzy (to również metoda jego oczyszczania, taka forma destylacji). Może się okazać że pojawią się takie katalizatory "osadzania się węgla na ściankach" że wystarczy dorzucić węgla do jakiegoś pieca, a na ściankach reaktora nanorurki (albo inne grafeny) same będa się generowac i to kilogramami, a potem z tej nanorurkowej sadzy jakieś maszyny będą prząść odpowiednie przewody, albo z grafenowej sadzy będa produkowane jakieś płyty konstrukcyjne.
    Argument że przewody nanorurkowe pozwolą oszczędzać prąd, jest słaby, ale przy ciągłym rozwoju technologicznym ludzkości, miedź i tak musiałby być zastapiona czyś innym - po prostu będzie jej za mało aby utrzymywać ten rosnacy progres techniczny, a produkcja miedzi jest dość energochłonna (co samo w sobie jest dużą stratą skoro mowa o stratach na silnikach) - na pewno występuje tu limit technologiczny który uniemożliwia tańszą produkcję - a nie ma takiego limitu, przynajmniej teoretycznie, przy produkcji nanorurek - wydaje się, że te można w przyszłosci produkować prawie bezkosztowo.
    Przypuszczam konstrukcje nanowęglowe będą wypierać stopniowo pozostałe metale z techniki.

    Jeszcze drobna uwaga do wentylatorów 5W - wentylator wykonuje pewną pracę polegającą na "przepychaniu" powietrza (wydajność) i wykonuje to przeciw siłom wynikającym z róznicy ciśnień - on sam wytwarza pewną różnicę ciśnień i posiada pewną wydajność - analogicznie do ogniw elektrycznych gdzie spręż wentylatora jest odpowiednikiem SEM, a wydajnośc odpowiednikiem prądu.
    Jak sprawić żeby wentylator pobierał 5W? Można zmniejszyć mu wydajność do zera (niech nie tłoczy), można zmniejszyć spręż do minimum (i nie był w stanie tłoczyć), żeby nie wytwarzał sprężu (wymusić zgodną różnicę ciśnień z zewnatrz np ustawiając go w już istniejacym strumieniu powietrza) - można nawet tak dobrać warunki że ten sam wentylator zacznie pracować jako generator energi, a nie tylko odbiornik - przecież tak właśnie pracują turbiny - tylko wtedy trzeba wymuszać zewnętrzną różnicę ciśnień tak aby powstał strumień płynącego powietrza i mogło ono wykonywac pracę na wentylatorze.
    Wentylator o mocy 5W to wentylator dobry do chłodzenia laptopów i nic więcej.

  • #19 10 Paź 2014 22:33
    JacekTorun
    Poziom 17  

    Nathir napisał:
    Jak już kolega wyżej wspominał.
    Obecne silniki elektryczne mają sprawność powyżej 90% typowo. Im większy tym większa sprawność.

    Weźmy taki 95% sprawności. Zmieńmy uzwojenie z miedzianego na nano rurki. Według newsa, straty spadną 2x.
    100% - 95% = 5%
    5% / 2 = 2,5%

    Nowa sprawność 97,5%.
    Zakładając, że te nanorurki są droższe niż miedź - news czysto teoretyczny.


    Gdzie widziałeś takie sprawności w silnikach ????
    Największe silniki na okrętach i prądnice w elektrowniach dochodzą do 90% ale są wielkości domu, i chłodzone cieczą.

    Zwykłe silniki w odkurzaczach, wiertarkach mają sprawności realne w okolicy 50%.
    Indukcyjne miały sprawności od 35% dla mocy ~30w, do teoretycznie 85%, realnie 70% dla mocy powyżej 10kw, ale te większe bez obciążenia zużywają 3kw i to są w 100% straty, do tego był potężny cosinus fi i jak by liczyć AV to sprawność też poniżej 50%.
    Silniki z magnesami stałymi mają sprawności wyższe ~ do 85%, ale ich trwałość jest dużo krótsza bo magnesy nie lubią wysokiej temperatury.

    Mając uzwojenie które daje mniej ciepła + magnesy stałe, można będzie zbudować silnik o sprawności powyżej 90% a nie 70% tak jak teraz, i np do do pojazdów elektrycznych będą dużo lepsze niż te obecne silniki.

  • #20 11 Paź 2014 08:22
    submariner
    Poziom 32  

    Jedyną barierę jaką tu widzę to cena. Ktoś napisał, że nanorurki popękają :) to bardzo dobry ale żart one są zdecydowanie bardziej odporne na pękanie i ze 20 razy mechanicznie od miedzi, dodatkowo mniejsza gęstość pozwala zastosować takie silniki w lotnictwie. Miedź to zło konieczne póki co nie ma tańszego i lepszego przewodnika. Zapewne jeszcze długo nanorurki nie będą niestety używane na skalę masową bo nie ma taniej technologii ich wytwarzania, tak nawiasem to najczęściej produkowane są z metanu lub innych węglowodorów nie słyszałem aby ktoś to produkował z węgla kamiennego.

  • #21 12 Paź 2014 17:42
    Szopler
    Poziom 21  

    My tu gadu gadu o stratach w silnikach, a jak tam problem strat na przesyle energii?

TME logo Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
TME Logo