Термоакустический двигатель – двигатель Стирлинга без поршней

Двигатель Стирлинга – двигатель с внешним подводом тепла. Внешний подвод тепла – это очень удобно, когда есть необходимость использовать в качестве источника тепла не органические виды топлива. Например, можно использовать солнечную энергию, геотермальную энергию, бросовое тепло с различных предприятий.

image

Приятная особенность цикла Стирлинга – это то, что его КПД равен КПД цикла Карно [1]. Естественно у реальных двигателей Стирлинга эффективность ниже и зачастую намного. Двигатель Стирлинга начал своё существование с устройства, имеющего множество подвижных деталей, таких как поршни, шатуны, коленчатый вал, подшипники [2]. К тому же еще и ротор генератора крутился (Рисунок 1).

image

Рисунок 1 – Двигатель Стирлинга альфа типа

Посмотрите на двигатель Стирлинга Альфа типа. При вращении вала поршни начинают перегонять газ то из холодного в горячий цилиндр, то наоборот, из горячего в холодный. Но они не просто перегоняют, а ещё и сжимают и расширяют. Совершается термодинамический цикл. Можно мысленно представить на картинке, что когда вал повернётся так, что ось, на которую крепятся шатуны, окажется вверху, то это будет момент наибольшего сжатия газа, а когда внизу, то расширения. Правда это не совсем так из-за тепловых расширений и сжатий газа, но примерно всё же всё это так.

Сердцем двигателя является так называемое ядро, которое состоит из двух теплообменников – горячего и холодного и между ними находится регенератор. Теплообменники обычно делаются пластинчатыми, а регенератор – это чаще всего стопка, набранная из металлической сетки. Зачем нужны теплообменники понятно – нагревать и охлаждать газ, а зачем нужен регенератор? А регенератор – это настоящий тепловой аккумулятор. Когда горячий газ движется в холодную сторону, он нагревает регенератор и регенератор запасает тепловую энергию. Когда газ движется из холодной на горячую сторону, то холодный газ подогревается в регенераторе и таким образом это тепло, которое без регенератора бы безвозвратно ушло на нагрев окружающей среды, спасается. Так что, регенератор – крайне необходимая вещь. Хороший регенератор повышает КПД двигателя примерно в 3,6 раза.

Любителям, которые мечтают построить подобный двигатель самостоятельно, хочу рассказать подробнее про теплообменники. Большинство самодельных двигателей Стирлинга, из тех что я видел, вообще не имеют теплообменников (я про двигатели альфа типа). Теплообменниками являются сами поршни и цилиндры. Один цилиндр нагревается, другой охлаждается. При этом площадь теплообменной поверхности, контактирующей с газом совсем мала. Так что, есть возможность значительно увеличить мощность двигателя, поставив на входе в цилиндры теплообменники. И даже на рисунке 1 пламя направлено прямиком на цилиндр, что в заводских двигателях не совсем так.

Вернёмся к истории развития двигателей Стирлинга. Итак, пускай двигатель во многом хорош, но наличие маслосъёмных колец и подшипников снижало ресурс двигателя и инженеры напряжённо думали, как его улучшить, и придумали.

В 1969 году Вильям Бейл исследовал резонансные эффекты в работе двигателя и позже смог сделать двигатель, для которого не нужны ни шатуны ни коленчатый вал. Синхронизация поршней возникала из-за резонансных эффектов. Этот тип двигателей стал называться свободнопоршневым двигателем (Рисунок 2).

image

Рисунок 2 – Свободнопоршневой двигатель Стирлинга

На рисунке 2 показан свободнопоршневой двигатель бета типа. Здесь газ переходит из горячей области в холодную, и наоборот, благодаря вытеснителю (который движется свободно), а рабочий поршень совершает полезную работу. Вытеснитель и поршень совершают колебания на спиральных пружинах, которые можно видеть в правой части рисунка. Сложность в том, что их колебания должны быть с одинаковой частотой и с разностью фаз в 90 градусов и всё это благодаря резонансным эффектам. Сделать это довольно трудно.

Таким образом, количество деталей уменьшили, но при этом ужесточились требования к точности расчётов и изготовления. Но надёжность двигателя, несомненно, возросла, особенно в конструкциях, где в качестве вытеснителя и поршня применяются гибкие мембраны. В таком случае в двигателе вообще отсутствуют трущиеся детали. Электроэнергию, при желании, с такого двигателя можно снимать с помощью линейного генератора.

Но и этого инженерам оказалось не достаточно, и они начали искать способы избавиться не просто от трущихся деталей, а вообще от подвижных деталей. И они нашли такой способ.

В семидесятых годах 20-го века Петер Цеперли понял, что синусоидальные колебания давления и скорости газа в двигателе Стирлинга, а также тот факт, что эти колебания находятся в фазе, невероятно сильно напоминают колебания давления и скорости газа в бегущей звуковой волне (рис.3).

image

Рисунок 3 — График давления и скорости бегущей акустической волны, как функция времени. Показано, что колебания давления и скорости находятся в фазе.

Эта идея пришла Цеперли не случайно, так как до него было множество исследований в области термоакустики, например, ещё сам лорд Рэлей в 1884 качественно описал это явление.

Таким образом, он предложил вообще отказаться от поршней и вытеснителей, и использовать только лишь акустическую волну для контроля над давлением и движением газа. При этом получается двигатель без движущихся частей и теоретически способный достичь КПД цикла Стирлинга, а значит и Карно. В реальности лучшие показатели – 40-50 % от эффективности цикла Карно (Рисунок 4).

image

Рисунок 4 – Схема термоакустического двигателя с бегущей волной

Можно видеть, что термоакустический двигатель с бегущей волной – это точно такое же ядро, состоящее из теплообменников и регенератора, только вместо поршней и шатунов здесь просто закольцованная труба, которая называется резонатором. Да как же работает этот двигатель, если в нём нет никаких движущихся частей? Как это возможно?

Для начала ответим на вопрос, откуда там берётся звук? И ответ – он возникает сам собой при возникновении достаточной для этого разницы температур между двумя теплообменниками. Градиент температуры в регенераторе позволяет усилить звуковые колебания, но только определённой длины волны, равной длине резонатора. С самого начала процесс выглядит так: при нагреве горячего теплообменника возникают микро шорохи, возможно даже потрескивания от тепловых деформаций, это неизбежно. Эти шорохи – это шум, имеющий широкий спектр частот. Из всего этого богатого спектра звуковых частот, двигатель начинает усиливать то звуковое колебание, длина волны которого, равна длине трубы – резонатора. И неважно насколько мало начальное колебание, оно будет усилено до максимально возможной величины. Максимальная громкость звука внутри двигателя наступает тогда, когда мощность усиления звука с помощью теплообменников равна мощности потерь, то есть мощности затухания звуковых колебаний. И эта максимальная величина порой достигает огромных величин в 160 дБ. Так что внутри подобного двигателя действительно громко. К счастью, звук наружу выйти не может, так как резонатор герметичен и по этому, стоя рядом с работающим двигателем, его еле слышно.

Усиление определённой частоты звука происходит благодаря всё тому же термодинамическому циклу – циклу Стирлинга, который осуществляется в регенераторе.

image
Рисунок 5 – Стадии цикла грубо и упрощённо.

Как я уже писал, в термоакустическом двигателе вообще нет движущихся частей, он генерирует только акустическую волну внутри себя, но, к сожалению, без движущихся частей снять с двигателя электроэнергию невозможно.

Обычно добывают энергию из термоакустических двигателей с помощью линейных генераторов. Упругая мембрана колеблется под напором звуковой волны высокой интенсивности. Внутри медной катушки с сердечником, вибрируют закрепленные на мембране магниты. Вырабатывается электроэнергия.

В 2014 году Kees de Blok, Pawel Owczarek и Maurice Francois из предприятия Aster Thermoacoustics показали, что для преобразования энергии звуковой волны в электроэнергию, годится двунаправленная импульсная турбина, подключенная к генератору [3].

image
Рисунок 6 – Схема импульсной турбины

Импульсная турбина крутится в одну и ту же сторону вне зависимости от направления потока. На рисунке 6 схематично изображены лопатки статора по бокам и лопатки ротора посередине.
А так турбина выглядит у них в реальности:

image
Рисунок 7 – Внешний вид двунаправленной импульсной турбины

Ожидается, что применение турбины вместо линейного генератора сильно удешевит конструкцию и позволит увеличить мощность устройства вплоть до мощностей типичных ТЭЦ, что невозможно с линейными генераторами.

Что ж, будем продолжать пристально следить за развитием термоакустических двигателей.

Список использованных источников

[1] М.Г. Круглов. Двигатели Стирлинга. Москва «Машиностроение», 1977.
[2] Г. Ридер, Ч. Хупер. Двигатели Стирлинга. Москва «Мир», 1986.
[3] Kees de Blok, Pawel Owczarek. Acoustic to electric power conversion, 2014.
Поделиться публикацией

Комментарии 85

    +6
    например, ещё сам лорд Рэлей в 1984 качественно описал это явление

    Лорд Рэлей умер в 1919 г.
      +3
      Опечатался. 1884 год на самом деле там должен быть, верно подмечено
        –4

        Спасибо, Кэп

        +4
        Двигатель без движущихся частей может быть очень полезным в космосе в связке с атомным реактором. А вы не сравнивали КПД такого двигателя с термоэлектрическими и прочими преобразователями?
          +4
          У НАСА совместно с Лос Аламосской национальной лабораторией есть такой проект. На МКС есть термоакустический холодильник. Там двигатель создаёт из тепла звук, а потом из звука производится холод. Очень надёжная штука. Только если разгерметизируется, тогда сломается.
            +5

            Вообще, за все 10 лет, что я внимательно следил за развитием технологии (попервой технология действительно завораживает красотой) было много обещаний, но гораздо меньше реальных достижений.


            Скажем, по контракту с ВМС были обещаны золотые горы, а выхлоп был в виде громоздкой штуковины, которая работала на газе (800С температура горячей части), запускалась только на гелии под давлением в несколько сотен атмосфер и имела КПД ниже, чем у ДВС.


            КПД на самом деле (как у любого стирлинга) критически зависит от теплоотвода от стенки к газу. Только в термоакустике всё сильно усугублено малыми характерными временами цикла — единицы-десятки миллисекунд.
            Откуда следует избыточный температурный напор на теплообмене и малый КПД.


            Практически, около 20% — это те рекорды, о которых я знаю. Но это уже при применении безумно дорогого хайтека и источника тепла с очень высоким потенциалом.


            Ессно, что даже такой стирлинг гораздо лучше ТЭГ (где КПД — 2-5.5%).
            Но другой стороны, получить вменяемый КПД на перепаде 300С-100С (на котором работают массовые ТЭГи) термоакустикой тоже малореально. Более того, не факт, что сколь-нить мощную термоакустику можно вообще запустить на этих температурах.


            А если топливо — природный газ, то и конкуренция уже не с ТЭГ, а, скажем, с ТОТЭ. С которыми показывали и 40-50% на мощности в киловатты, а в комбинированном цикле и в лабораториях и 60-70% можно показать.

              +1
              Да, всё так и было. Но потом за дело взялись ребятки из Астер Термоакустикса http://www.aster-thermoacoustics.com/. Они сделали два основных улучшения: многоступенчатый двигатель (а именно 4-х ступенчатый) и поставили турбину вместо линейных преобразователей. Это сильно улучшило и КПД и простоту и цену. У них КПД 50 % от цикла Карно при давлении гелия в резонаторе — 6 атмосфер
            +1
            До атомных реакторов в космосе еще очень далеко. А вот в качестве преобразователя в комплект к радиоизотопному источнику энергии вместо РИТЭГа очень пригодился бы, позволив увеличить выход полезной(электрической) энергии в несколько раз от того же самого источника и с теми же самыми радиаторами(холодильниками).

            Получился бы Stirling radioisotope generator вместо РИТЭГа (RTG)

            И такие проекты были, в т.ч. у НАСА как упомянули. Но по неясной причине все проекты зарезали, хотя уже и рабочие образцы были демонстрирующие характеристики близкие к запланированным и несмотря на дефицит плутония для производства классических РИТЕГов для миссий в дальний космос. В причинах официально невразумительно говорилось про недостаток финансирования и необходимость экономии, но на покупку/производство почти в 4 раза большего количества плутония для старых RTG они в результате потратят больше (по несколько миллионов долларов за каждый кг плутония-238), чем сэкономили отменив эту программу(около 100-150 млн. $ единоразово).

            Документы с проекта

            Advanced Stirling Radioisotope Generator for NASA Space Science and Exploration Missions

            Why does NASA need an ASRG?

            Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG) Thermal Power Model in MATLAB®
            +3
            Ну что, кто первый повторит «из подножного корма»?
              +5
              Мой термоакустический двигатель имеет диаметр 2 дюйма. Горячий теплообменник нагревается нихромовой спиралью, установленной внутри. Мощность нагрева 60 Вт. Значит, что мощность звука должна быть около 6 Вт. Между теплообменниками установлены 20 сеток из нержавейки с размером ячейки 0.5мм. Эта стопка сеток называется регенератором. Длина регенератора составляет 10 мм. А теплообменники по 15 мм в длину каждый. Двигатель не сразу запустился, а только тогда, когда накачал внутрь давление более 1 атм. Просто волновод — это резиновая труба, и когда я её надул, она стала жёстче и меньше вибрировала. И это снизило потери в трубе. Ну и к тому-же тепловые потери тоже снижаются с увеличением давления. А температура, при которой двигатель начал работать у горячего теплообменника составила 250 градусов, а у холодного 30. То есть разность температур между ними 220 градусов.
              Дерзайте пацанва
                0
                Длина трубы 4 метра если что и холодный теплообменник водой охлаждается, аквариумным насосом.
                  +1
                  а если сравнить гелеоколлектор + такой двигатель против солнечной батареи — где мощность будет больше при одинаковой площади колектора \ батареи?
                    +2
                    Допустим КПД солнечной батареи 25 %. У солнечного коллектора КПД 65 %. Допустим, он греет воду до 100 градусов. Холодный теплообменник охлаждается водой 15 градусов по цельсию. КПД идеального цикла Стирлинга при этом 22% У термоакустического двигателя КПД — 50% от КПД цикла Стирлинга, то есть — 11 %. В конечном итоге общий КПД составит 0,65*0,11=0,07, то есть 7%. КПД в 3 раза с небольшим ниже чем у солнечных панелей. Но не смотря на это, у такого метода есть огромные преимущества: отсутствует деградация(менять придётся только подшипники турбины и насосы раз в 10 лет). И возможность использовать вместо электрического аккумулятора — тепловые аккумуляторы, которые опять же не деградируют и полностью ремонтопригодны. В общем для малого срока службы лучше фотопанели, но для работы десятилетиями лучше такой двигатель и коллектора
                      0
                      > Допустим КПД солнечной батареи 25 %
                      средняя гораздо ниже. 14%-17%
                        0
                        С солнечными батареями есть еще одна немаловажная печаль в наших условиях. Наличие и угол падения светового потока.
                          0
                          Да, нам сложнее чем людям на экваторе, но нас это не остановит
                            0
                            Пока что, все официальные проекты, которые мне известны, основанные на энергии солнечных батарей — являются лишь попилом денежных средств с сомнительным выхлопом (к моему глубокому сожалению). И по указанным выше причинам так будет происходить до тех пор, пока не изменится ось эклиптики. Но там уже подозреваю, что человекам будет не до солнечных батарей. ;)
                              +1
                              Тем не менее, есть жизненные ситуации, когда других вариантов просто нет. Например, мой строящийся дом находится в 2.5 км от ближайшего трансформатора, и провода пришлось бы тянуть через лес. А набрав ферму из панелей киловатт на 6, я вполне решаю все бытовые задачи
                                0
                                А с теплом как проблему решаете? Дрова, уголь, мазут?
                                  0
                                  Дрова. Отопительная печь по типу «булерьяна»
                                    0
                                    не считали, не получится ли сэкономить установкой солнечного коллектора?
                                      0
                                      Там вот какая нехорошая штука, электрические панели можно снять и закрыть в доме, а коллектор с трубами придется оставить на растерзание охотников за металлом, коих после известных событий на Украине стало чрезвычайно много
                                        +1

                                        Не обязательно же заводской. Есть красивые варианты с воздушным коллектором: просто с южной стороны чёрная поверхность (хоть из чего — хоть из кухонной фольги) за стеклом. Через продушины воздух из пространства за фольгой конвективно поступает в дом.
                                        Заслонка, которая поднимается-опускается, если температура воздуха в коллекторе больше, чем в доме (а на солнце она быстро становится больше).


                                        Никаких проблем с замерзанием, никакого шума, красть тоже нечего (если у вас там ещё стёкла из окон не воруют). Минус — очевиден: КПД совсем не тот, что у водяного, да вакуумного, да с селективным покрытием… Но по цене за ватт — конкурировать с такими конструкциями нереально. Всё собирается на месте, из покупного — доски, краска да стекло.

                                          0
                                          Интуитивно кажется, чтобы нагреть дом объемом 400 кубометров, понадобится слишком большая площадь коллекторов. Надо будет посчитать…
                                            0
                                            Сильно зависит от термоизоляции. Если закончите расчет, сообщите, пожалуйста, методику, тоже пристально думаю про «тёплую стену», но в строительстве и теплотехнике полный дуб
                                              0
                                              Воздушный коллектор считать смысла нет, делаете сколько есть площади стены или материалов. Какой бы не сделали, снижение затрат на отопление будет. Это не водяной который можно запроэктировать с тепловым аккумулятором и этом случае все равно без основного отопления не обойтись.
                                              +1

                                              Солнечный коллектор не может быть единственным источником тепла в принципе. Поэтому счёт тут должен быть иной — сколько он сэкономит, и есть ли смысл.


                                              Я заспойлерю: смысл есть хотя бы в том, что если дом непостоянного проживания (сужу по Вашей реплике выше), СК бесплатно поднимает среднюю температуру в доме выше уличной, решая вопрос с влагой в доме, в том числе — в межсезонье. Опять же, по приезду в морозы протапливать дом с -10С до +20С — совсем не то же самое, что с +5С до тех же +20С.
                                              И сокращается отопительный сезон: больше времени в году, когда к печке вообще подходить не нужно.

                            0
                            У стирлинга в таком применении есть гигантский бонус: дешевле масштабировать. И до тех пор, пока зеркало будет стоить дешевле солнечных панелей, это будет так.
                              +1

                              Увы, этого бонуса практически нет (я подчёркиваю: на практике, а не в теории).
                              Потому что начиная с некоторого размера в полный рост встаёт проблема теплоотвода, и начинается нелинейный рост затрат на сбросное тепло или потери на КПД. Типичный расход ТЭЦ или АЭС на собственные нужды — порядка 5-10%. Это уже от электрической мощности.


                              СБ, будучи изначально размазанными по площади, изящно решают проблему отвода сбросного тепла прямо в воздух.


                              И зеркала, к сожалению, очень быстро деградируют — просто пыль на них и пылевая эрозия (с помутнением поверхности) РЕЗКО, сверхлинейно снижают выработку. Для СБ там линия или даже сублинейная зависимость.

                                0
                                Ну почему же? У Вас есть целое поле, на котором с тем же успехом можно расположить охладитель. Или воспользоваться грунтовыми водами, или, или, или… Есть куча способов решения этой проблемы.

                                С деградацией зеркал тоже вполне успешно можно бороться, более того, все эти проблемы также свойственны и для СБ.
                                  +1

                                  Ну, потому что я о практике. Конечно, можно расположить охладитель. Но он будет стоить уже совсем отдельных денег, а солнечная энергетика и без того достаточно дорогая штука.


                                  Нет, к сожалению, вот в борьбе с деградацией зеркал особенных успехов нет.
                                  А проблема в том, что чуть мутное или чуть пыльное зеркало теряет свои качества на почти 100%, а чуть замызганная или запылённая СБ — линейно: на проценты, пропорционально запылённости/исцарапанности поверхности.
                                  По надёжности/требовательности к обслуживанию зеркала и вся эта тепловая машинерия тоже отстают.


                                  У неё было одно преимущество (но, правда, сильное) — цена. Но с нынешней ценой СБ порядка 30 уже центов за Вт, с нынешней дешёвой электроникой и быстро дешевеющими аккумами… ниша солнечных тепловых машин быстро сужается, если даже считать, что она ещё существует (для опреснения, например, ещё есть шансы — там в аккурат нужно "низкое" тепло). А если посмотреть чуть на перспективу: у СБ есть ещё огромные резервы по снижению материалоёмкости на ватт, потому что там есть почти только приёмная поверхность и поддерживающие её конструкции.
                                  Для тепловых машин помимо самого зеркала есть ещё машинный преобразователь и теплоотвод.

                            +1

                            Нужен не гелио коллектор а параболические зеркало что бы поднять дельту температур и соответственно к п д. Такая система эффективнее солнечной батареи, но сложнее.

                            +2
                            Ну вот, уже опоздал Статья будет, я надеюсь?

                            > Между теплообменниками установлены 20 сеток из нержавейки

                            А отчего не трубки из алюминия?
                              +1
                              Смысл мелкой сетки в том, чтобы поры были мелкими и благодаря этому газ хорошо обменивался теплом с регенератором. Некоторые используют керамический катализатор от выхлопной системы авто. Но там ячейки порядка 1 мм, и это уже много, хотя и теплопроводность керамики низкая, что очень хорошо. В общем сетки — это дёшево и сердито
                          +1

                          А что если использовать пьезоэлементы...

                            0
                            Многие пробовали. Там КПД преобразования считанные проценты. Не прокатило короче.
                              0
                              > Там КПД преобразования считанные проценты.

                              Ежели я правильно понимаю, из того факта, что у пьезы высокая добротность, следует то, что при правильной конструкции КПД преобразования будет очень большим. Или я неправильно понимаю?
                                0
                                Как я понял, для эффективной работы двигателя нужна низкая частота колебаний — 100Гц и ниже и при этом пьезоэлементы совсем не годятся. Нужны большие амплитуды перемещения генераторного элемента для снятия мощности при этом, а пьезоэлемент может изгибаться на доли миллиметра допустим, потому и КПД низкий
                                  –2
                                  А если сделать своеобразный акустический трансформатор? На входе 100Гц большой амплитуды, на выходе килогерцы низкой, которые уже можно направлять в пьезогенератор.
                                    0

                                    А если вместо регенератора поставить заглушку? Не эффективнее ли будет.

                                      0
                                      Почему должно быть эффективнее?
                                        0

                                        Он ведь гасит те самые колебания.

                                          0
                                          Не, регенератор наоборот усиливает
                                    +3
                                    Пьезо работает эффективно на десятках килогерц. А теперь попробуйте разработать теплообенник, который на 10кц будут успевать чегото отдать.
                              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                  0
                                  Дело не в теплопроводности, а в том что газ в звуковой волне сжимается и разжимается и при этом двигается то из холодной части теплообменного аппарата в горячую, то наоборот, и полностью по аналогии с обычным двигателем Стирлинга, где газ ходит из горячего в холодный поршень, совершается термодинамический цикл.
                                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                      0
                                      Не мерил амплитуду колебаний давления, по этому не знаю какая там величина перемещений газа. В литературе советуют длину регенератора в 3 раза больше чем величина перемещений порции газа. То есть газ не гуляет между горячим и холодным концами, а гуляет между более горячим местом и менее горячим местом. Сетки тупо стопкой сложены без всяких вставок и зазоров, тепло паразитное из-за этого идёт от горячего к холодному конечно, но так как между проволочками сетки площадь контакта маленькая, то теплопроводность там не очень большая, но можно этот момент улучшить конечно
                                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                          0
                                          Неа, горизонтально всё как на рисунке 4
                                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                        0
                                        Там звук очень громкий, от этого бывают большие перемещения
                                    0
                                    Мне кажется что звуковые и ультразвуковые волны способны быстро разрушить любой материал и которого будет выполнена конструкция, не говоря уже резонансе.
                                      +3
                                      Там нет кавитации, так как среда — газ и частота колебаний очень низкая порядка 100 Гц и ниже. Ничего трубе не будет. Многих переживёт
                                        0
                                        Ну для «домашних» вариантов я бы побеспокоился за регенератор, сделанный из сетки. Если где-то будут шевеление или трение проволоки между собой, то долговечность узла будет под вопросом. Если говорить конечно о приличных сроках, измеряемых годами.
                                      +4

                                      Спасибо за статью, очень интересно было прочитать.

                                        0
                                        Как я уже писал, в термоакустическом двигателе вообще нет движущихся частей, он генерирует только акустическую волну внутри себя, но, к сожалению, без движущихся частей снять с двигателя электроэнергию невозможно

                                        Звуковая волна создаёт изменение давления в пространстве. Почему бы пьезоэлементы не использовать для преобразования энергии волны в электрическую энергию?
                                          0
                                          Или же использовать изолированые камеры с рабочим телом соединнённые с линейными генераторами за пределами «звукой гармошки».
                                            +2
                                            Амплитуда малая. Генераторы тоже должны быть очень малы. Дорого.
                                              0
                                              Как насчёт резонансного магнитного вибратора? Частота их низкая, как раз 33-100 Гц, создать что-то беличьей клетки асинхронного двигателя и снимать мощность с вибрации системы.
                                          +1
                                          Спасибо, любопытно.
                                          Для начала ответим на вопрос, откуда там берётся звук?

                                          Забавно, что необходимость как следует стукнуть (со знанием, куда именно) по установке для ее запуска можно буквально указывать в мануале.
                                            0
                                            Если это будет по мощности как маленькая ТЭЦ, то в комплекте будет кувалда для запуска установки или чугунная баба?
                                              +1
                                              Там невозможно сделать, чтобы микро и нано шорохов не было, так что самозапуск неизбежен. Удары чугунной бабой — это может быть просто как утренний ритуал для разминки. Но толку никакого
                                              0
                                              я так понимаю если сделать резонатор диаметром в цать километров
                                              то амплитуда колебаний будет доли герца
                                              но ветра будут ураганные
                                              но при этом колебаний по сути не будет и может заглохнуть из за потерь и турбулентностей

                                              а на 100Гц огромный резанатор не представляю, чтобы 100Гц получить размеры придется уменьшать,
                                              а это ограниченное количество газа, соответственно ограничения по мощности
                                              то есть соразмерно ТЭЦ никогда не получить. или только огромным количеством
                                              или я где-то просчитался?
                                                0
                                                Частота зависит от длины трубы, а от диаметра зависит мощность. Пока никто не нашёл максимально возможную длину трубы для данного двигателя. Самая низкая частота, что я встречал — это около 30 Гц. А самая большая электрическая мощность у Астера Термоакустикса — 10 кВт. Соразмерно ТЭЦ мощности можно будет получить с модификациями конструкции, если разделить внутреннюю полость трубы на отдельные каналы перегородками для выравнивания потока. При длине трубы допустим 20 метров и диаметрах пару тройку метров. Но о таком пока только мечты
                                                  –1
                                                  То есть нужен списанный токамак?
                                                0
                                                А на КПДВ что? Проект промышленной установки на этом эффекте?
                                                Вижу там 4 теплообменника, а посередине, наверное, турбина…
                                                Почему про нее (картинку) ничего не сказано?

                                                Физику возникновения звуковых колебаний Вы описали, а вот физика их поддержания и даже усиления — мне непонятна. Для эффективной работы надо весь горячий газ перемещать от нагревателя к охладителю и обратно. Если бежит звуковая волна — это же не значит что с ней бежит и вещество… А для усиления колебаний, как я понимаю, нужно за 1 акустическое колебание перемещать достаточно нагретого газа между теплообменниками. Прошу объяснить тех кто понимает.
                                                  +2
                                                  На КПДВ двигатель компании Aster thermoacoustics. Электрической мощностью 10 кВт. В центре действительно турбина.
                                                  Колебания усиливаются из-за того что как и в двигателе Стирлинга совершается термодинамический цикл, но работа цикла идёт не на разгон поршней, а на усиление звуковой волны. Рэлей так писал: «Если газу в момент наибольшего сжатия сообщить тепло, а в момент наибольшего разрежения тепло отобрать, то это стимулирует акустические колебания»
                                                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                    0
                                                    Если при подготовке статьи Вы видели статьи по рентабельности для загородного дома/хутора/малого производства, можете привести ссылки? Мечтаю об автономном тепло- и электроснабжении, уж очень не нравятся расценки для частного сектора, но не могу понять сроков окупаемости и цены обслуживания.
                                                      0
                                                      Тоже хотел купить, но пока никто не продаёт такие генераторы.
                                                        0
                                                        да я бы и собрал, если б была подробная инструкция и ВОМ примерно как на RepRap.
                                                          +1
                                                          если кто будет собирать установку, вот нашел готовую к печати модель лопасти bi-directional турбины http://www.thingiverse.com/thing:2111938
                                                          а то на youtube все на вибрирующих катушках или лопастях из CD диска собирают установки :)
                                                            +1
                                                            О, спасибо за находку
                                                        0
                                                        Немного погуглил, получается, что выгодно для домохозяйства с коровником или конезаводом (ну или врезкой в канализацию, без приусадебного хозяйства достаточно органики не набрать) и без подключения электроэнергии, чтобы не задолбали по поводу синхронизации.
                                                        Вот полезные ссылки:
                                                        http://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/kak-poluchit-biogaz.html
                                                        https://geektimes.ru/post/258678/
                                                        Обсуждение «малых форм»:
                                                        https://geektimes.ru/post/258678/#comment_8692512

                                                        Надеюсь, Uris и Muzzy0 расскажут больше, если забредут в комменты
                                                          0
                                                          Так потому и расценки такие что альтернатив вменяемых пока что нет. :(
                                                            0

                                                            Если есть газ то газовый электро генератор, а дымовые газы с него через котел (теплообменник) в трубу. 30% электро энергии, 60% тепла на отопление и ГВС.

                                                            –1

                                                            Если уж понтоваться отсутствием движущихся частей — надо делать МГД-генератор.

                                                              0

                                                              Низкотемпературная плазма в качестве рабочего тела. А это идея)

                                                              0

                                                              Терамо акустический двигатель стирлинга с МГД-генератором, на низко температурной плазме с рабочей частотой 50 Гц, можно напрямую в сеть подключать.

                                                                +2
                                                                Эти «двигатели» уже как лет 20 широчайшим образом применяются — только в ОБРАТНУЮ сторону :) А именно в виде термоакустических ХОЛОДИЛЬНИКОВ. Точнее — пульсационных криокулеров

                                                                Наберите в тындексе — и вам вывалит штук 100 коммерческих предложений. Устройство получается очень удачным: отсутствуют движущиеся части (кроме, собственно компрессора), практически бесшумное, компактное, вплоть до миниатюрных, встраиваемых прямо в гелиевые дьюары и (см. пункт 1) надежное.
                                                                  0
                                                                  Как он определят что делать? Вот выключили теплоподачу, теплоотвод, он их по инерции заморозит? А если волна встанет и пойдёт обратно и вместо замораживания печка получится?
                                                                    0
                                                                    Если подаётся тепло в аппарат, то возникает звук и это двигатель. А если ставят динамик внутрь и создают звук, то появляется разность температур на теплообменниках
                                                                  0
                                                                  Как насчет прямого отрезка трубы, с образованием стоячей волны в нем?
                                                                  Регулировать длину будет проще — телескопическая труба,
                                                                  установка будет проще — прямая труба а не бублик,
                                                                  значительно меньше потерь на отражении звука внутри бублика.
                                                                    0
                                                                    Такие есть. И не просто есть, а это самый распространённый вид термоакустических холодильников 100% и возможно двигателей тоже. В устройствах со стоячей волной реализуется другой термодинамический цикл нежели в устройствах с бегущей волной. В устройствах со стоячей волной термодинамический цикл близок к циклу Брайтона, который встречается в газотурбинных двигателях, а в устройствах с бегущей волной — похожий цикл на цикл Стирлинга. В общем, у цикла Стирлинга КПД выше чем у цикла Брайтона, по этому бублик перспективней

                                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                  Самое читаемое