Электрогенератор тепловой: Все подробности про изготовление вихревых теплогенераторов своими руками

Тепловой электрогенератор своими руками

Самодельный термоэлектрический генератор на элементах Пельтье может быть использован в полевых условиях для зарядки аккумуляторов. Можно подзарядить три пальчиковых аккумулятора на 3,6 вольт в сумме, или аккумулятор мобильника.

Данная конструкция имеет две части: электрическую и механическую.

Устройство электрической части теплогенератора

Используются четыре элемента Пельтье 12705, но можно использовать любые аналогичные. Элемент 12705 представляет из себя квадрат размером 4х4 см, толщиной 3 мм., производимый ток 5 Ампер, мощность 60 Ватт. Работа элемента Пельтье основана на том, что если нагреть одну сторону, а вторую сторону охладить, на выходе появляется электроток. При разнице температур в 100 градусов один элемент выдает 2 ватта, то есть 2 вольта и 1 ампер. В данной установке четыре элемента дают 8 ватт, 7-8 вольт, ток 0,7-0,8 Ампер. Элементы соединяются друг с другом последовательно плюс к минусу.

Товары для изобретателей. Осенние скидки до 60%🔥Перейти в магазин Ссылка.

Механическая часть

Использованы две пластины размером 10х10 и толщиной 1 мм, под ними находятся четыре элемента Пельтье. Таким образом, учитывая размеры Пельтье, по краям остается еще по 1 см. Пластины крепятся термопастой. Сверху устанавливается консервная банка или другая емкость, в которой будет в полевых условиях разжигаться огонь, обеспечивающий 170-180 градусов. Элементы Пельтье не рекомендуется нагревать до температуры выше 200 градусов. К нижней части ко второй пластине болтами прикрепляется алюминиевый или медный радиатор. К самому радиатору присоединяется болтами еще одна изогнутая пластина 20х12 см. К этой пластине параллельно радиатору прикреплена еще одна пластина для установки на нее заводского кожуха от аккумуляторов. К нему припаивается разъем для зарядки телефона.

Купить модуль Пельтье можно  этом китайском магазине.  Есть и специальный кулер охлаждения.

Подробнее о электрической схеме и испытании теплоэлектрогенератора смотрите далее в видео.

Можно отрезать всю левую часть и выкинуть на берег, но как раз от этого я и хотел избавиться – от лишних проводов разбросанных по берегу! На счет радиатора частично согласен. Что хочу отметить: алюминий имеет хорошую теплопроводность и разница температур между водой и холодной частью подложки 10-15 град. Ну пусть мы сделаем за счет квадратного радиатора 5-10 град. КПД вырастит на 5-7 процентов это не плохо, но в данном случае не критично. Спасибо за совет. В следующих сборках буду учитывать.

продолжение:

В другой статье мы рассказали об использовании модуля Пельтье для охлаждения процессора и описали конкретную модель элемента.

Принцип работы ТЭЦ, устройство ТЭС

Принцип работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) основан на уникальном свойстве водяного пара – быть теплоносителем.

В разогретом состоянии, находясь под давлением, он превращается в мощный источник энергии, приводящий в движение турбины теплоэлектростанций (ТЭС) — наследие такой уже далекой эпохи пара.

Первая тепловая электростанция была построена в Нью-Йорке на Перл-Стрит (Манхэттен) в 1882 году. Родиной первой российской тепловой станции, спустя год, стал Санкт-Петербург. Как это ни странно, но даже в наш век высоких технологий ТЭС так и не нашлось полноценной замены: их доля в мировой энергетике составляет более 60 %.

И этому есть простое объяснение, в котором заключены достоинства и недостатки тепловой энергетики. Ее «кровь» — органическое топливо – уголь, мазут, горючие сланцы, торф и природный газ по-прежнему относительно доступны, а их запасы достаточно велики.

Большим минусом является то, что продукты сжигания топлива причиняют серьезный вред окружающей среде. Да и природная кладовая однажды окончательно истощится, и тысячи ТЭС превратятся в ржавеющие «памятники» нашей цивилизации.

Принцип работы

Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.

Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.

Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО₂, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Теплоснабжение

Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.

Как работают ТЭС на газе

По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора.

При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Новые технологии сжигания угля

КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.

Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.

Чистое сжигание угля (Clean Coal)

Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки. Оставшийся на выходе СО

2 закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.

Метод «oxyfuel capture»

Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.

Метод «pre-combustion»

Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO₂ – оксид серы. Далее происходит удаление СО₂ с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.

Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира

Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт.

Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.

Сургутская ГРЭС-2

Тепловая электростанция — это… Что такое Тепловая электростанция?

Тепловая электростанция — (ТЭС) – электрическая станция (комплекс оборудования, установок, аппаратуры), вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. В настоящее время среди ТЭС… …   Нефтегазовая микроэнциклопедия

тепловая электростанция — Электростанция, преобразующая химическую энергию топлива в электрическую энергию или электрическую энергию и тепло . [ГОСТ 19431 84] EN thermal power station a power station in which electricity is generated by conversion of thermal energy Note… …   Справочник технического переводчика

тепловая электростанция — Электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива …   Словарь по географии

ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ — (ТЭС) вырабатывает электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Основные типы ТЭС: паротурбинные (преобладают), газотурбинные и дизельные. Иногда к ТЭС условно относят… …   Большой Энциклопедический словарь

ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ — (ТЭС) предприятие для производства электрической энергии в результате преобразования энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Основные части ТЭС котельная установка, паровая турбина и электрогенератор, превращающий механическую… …   Большая политехническая энциклопедия

Тепловая электростанция — ПГУ 16. Тепловая электростанция По ГОСТ 19431 84 Источник: ГОСТ 26691 85: Теплоэнергетика. Термины и определения оригинал документа …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

тепловая электростанция — (ТЭС),вырабатывает электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. ТЭС работают на твёрдом, жидком, газообразном и смешанном топливе (угле, мазуте, природном газе, реже буром… …   Географическая энциклопедия

тепловая электростанция — (ТЭС), вырабатывает электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Основные типы ТЭС: паротурбинные (преобладают), газотурбинные и дизельные. Иногда к ТЭС условно относят… …   Энциклопедический словарь

тепловая электростанция — šiluminė elektrinė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. thermal power station; thermal station vok. Wärmekraftwerk, n rus. тепловая электростанция, f pranc. centrale électrothermique, f; centrale thermoélectrique, f …   Automatikos terminų žodynas

тепловая электростанция — šiluminė elektrinė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heat power plant; steam power plant vok. Wärmekraftwerk, n rus. тепловая электростанция, f; теплоэлектростанция, f pranc. centrale électrothermique, f; centrale thermique, f; usine… …   Fizikos terminų žodynas

Тепловая электростанция — (ТЭС)         Электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в конце 19 в. (в 1882 в Нью Йорке, 1883 в Петербурге, 1884 в… …   Большая советская энциклопедия

принцип работы и простейшая конструкция

Автор Aluarius На чтение 5 мин. Просмотров 1.7k. Опубликовано 08.06.2016

Альтернативных источников энергии на планете Земля огромное количество. Просто человечество еще не научилось эту энергию получать дешевыми способами, хотя многие из них уже используются. Практически все виды альтернативной энергии в теории разработаны и получены в лабораторных условиях. Одним из таких видов является энергия, получаемая от электролита, расположенного в магнитном поле. Такой эффект называется магнитогидродинамический, а установка, в которой эту энергию получают, МГД генератор. Ученым этот эффект известен давно. Стоит напомнить, что еще Фарадей в 1832 году пытался в лабораторных условиях найти электромагнитную движущуюся силу. Для этого он использовал воду из реки Темза. Давайте рассмотрим обе позиции (эффект и генератор) более подробно.

Магнитогидродинамический эффект

По сути, это возникновение электрического поля, а соответственно и электрического тока в электролите, который собой может представлять ионизированную воду, газ (это плазма) или жидкий металл. Получается так что сам эффект основан на принципе электромагнитной индукции, в основе которой лежит способ получения электричества внутри проводника, расположенного в магнитном поле. То есть, проводник должны пересекать силовые линии поля.

В этом случае внутри проводника возникают потоки ионов, заряды которых противоположны зарядам движущихся частиц внутри магнитного поля. При этом силовые линии магнитного поля движутся в противоположную сторону ионизированных зарядов внутри проводника.

Магнитогидродинамический генератор

МГД генератор – это установка преобразования тепловой энергии в электрическую, в основе которой лежит магнитогидродинамический эффект. На генераторы возлагались большие надежды, ученые в конце двадцатого столетия пытались разработать эффективные МГД генераторы промышленного исполнения, даже были построены экспериментальные образцы. Но все по непонятным причинам остановилось, видно прекратилось финансирование проектов.

Необходимо отдать должное ученым, которые не бросили начинания. Во всяком случае, теоретическая часть доведена до максимальной точности.

Достоинства и недостатки

Итак, каковы преимущества МГД генераторов:

• Это огромная мощность при небольших размерах установки (доходит до нескольких мегаватт).
• Полное отсутствие вращающихся деталей, а, значит, нет потерь на трение.
• МГД генератор – объемная установка. Почему? Во-первых, объемные процессы, которые протекают в генераторе, уменьшают наличие нежелательных процессов поверхностного типа, к примеру, снижено загрязнение, минимум токов утечек и так далее. Во-вторых, больше объем – больше мощность машины.
• Из предыдущего следует, что чем больше МГД генератор, тем выше коэффициент полезного действия, тем меньше вредных выбросов из установки.
• В свое время был достигнут достаточно серьезный показатель экономии и эффективности, когда магнитогидродинамический агрегат соединили с котельной. Эффект оказался тройным. После сжигания газа или другого энергоносителя в топке котла, отработанные газы (они ионизированные) поступали в генератор, который вырабатывал электрический ток, далее газы поступали на парогенератор ТЭЦ, дополнительно нагревая воду или пар для отопления. Необходимо отметить, что в те времена коэффициент полезного действия такой комбинации составлял 65%, и это по сравнению с традиционным КПД старых котельных 50%.
• И, конечно, магнитогидродинамические генераторы являются установками передвижными. А это, как показывает жизнь, иногда очень важно.

Теперь о недостатках:

• В первую очередь необходимо отметить, что установка МГД генератора должна изготавливаться из дорогих жаропрочных сплавов. Потому что температура внутри генератора очень высокая, а скорость движения внутри него горячих газов составляет 2000 м/с.
• МГД генератор может вырабатывать только постоянный ток, поэтому к нему придется добавлять эффективный инвертор.
• Существует два вида генераторов: с открытым циклом и открытым. В обоих из них протекают процессы с химически активными веществами.
• Электроды, которые и вырабатывают электрический ток внутри МГД генератора, расположен в так называемом МГД канале. Так вот в канале всегда присутствует температура, определяемая тысячами градусов. Поэтому электроды быстро выходят из строя.
• Всем известно, что мощность установки прямопропорциональна квадрату индукции магнитного поля. Поэтому для промышленных образцов требуются очень большие магнитные системы. Они в несколько тысяч раз мощнее, чем лабораторные образцы.
• Если температура газа, проходящего через МГД генератор, падает ниже +2000С, то в нем практически не остается свободных электронов. Поэтому такой газ использовать для получения электрического тока нет смысла.
• По непонятным причинам в основном разрабатывались МГД генераторы, работающие на плазме (ионизированном газе). А вот использование морской воды не применялось, хотя именно морская вода и является отличным электролитом. В ней заключено огромное количество энергии, которую можно было бы использовать. Видно пока не нашлись те технологии, которые смогли бы эту энергию получить через МГД генератор.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что проблем с устройством и использованием МГД генераторов много. И их придется еще преодолевать. Правда, некоторые позиции умельцам удается обходить, используя всевозможные хитроумные идеи. Но это опять-таки на уровне опытных образцов.

Как сделать МГД-генератор своими руками

Давайте рассмотрим вопрос, можно ли сделать МГД генератор своими руками? В принципе, ничего сложного нет, ведь теоретически схема и технология работы установки известна. Вот самый простой МГД генератор.

Для его изготовления потребуется плексигласовый брусок прямоугольного сечения вот с такими размерами: 120х26х18 миллиметров. В бруске необходимо сделать сквозное отверстие диаметром 12 мм. Внутрь отверстия устанавливаются две пластинки или из меди, или из латуни. Обратите внимание, что сечение полосок должно быть сегментным. Они соединяются клеммами.

С двух сторон к бруску необходимо подсоединить ниппели из алюминия. К ним будут присоединяться резиновые шланги. По граням бруска приклеиваются цилиндры из плексигласа, на которые будут надеты магниты диаметром 20 мм. Все, вот такая нехитрая конструкция. Этот МГД генератор позволяет проводить забавные опыты с магнитной индукцией и электродвижущей силой. Все будет зависеть от числа прикрепленных магнитов, уменьшая или увеличивая их, можно изменять скорость движения ионов, изменять заряды, количество и так далее.

Генератор для котла отопления — Система отопления

Абсолютно в каждом регионе России необходимо зимой, иногда осенью и весной обогревать дачу. Каждый знает, что уголь, газ, нефть всегда дорожают. Любой здравый человек желает ознакомиться: каким образом модернизировать систему жилища. Невозможно вообразить себе жизнедеятельность жителя в нашей стране без отопления жилища. На данном web портале размещенно много обогревательных систем дачи, использующих совершенно различные принципы производства обогрева. Перечисленные схемы отопления возможно реализовывать по отдельности или комбинировать.

Автономное отопление становится все более популярным. Преимущества его очевидны: возможность настройки отопления «под себя» и включения его в любое время вне зависимости от того, начался уже отопительный сезон или нет. Кроме того, современное отопительное оборудование отличается большой экономичностью, что позволяет снизить расходы на отопление.

Однако высокая экономичность отопительных котлов на любом топливе (природный газ, дрова, уголь, дизельное топливо) обеспечивается сложной автоматикой, для работы которой необходима стабильная подача электроэнергии. И вот с этим пунктом вполне могут возникнуть проблемы в результате аварийных ситуаций или скачков напряжения в сети.

Чтобы обеспечить работу котла при любых условиях, есть два варианта: во-первых, автономный генератор (обычно дизельный или бензиновый) или источник бесперебойного питания (ИБП) для систем отопления .

Источник бесперебойного питания для котла (UPS)

Преимуществ использования автономного отопления очень много, ведь оно дает возможность настраивать работу котла по своему удобству, к тому же, это экономично. Однако негативным аспектом является автоматика, требующая затрат электроэнергии. В связи с частыми скачками напряжения работа котла может быть остановлена.

Существует два варианта решения подобных проблем: дизельный генератор или ИБП для отопительных систем.

Почему ИБП лучше, чем генератор

Генератор, как правило, используют для обеспечения работы всех электроприборов в доме. ИБП для котлов предназначен исключительно для систем отопления, поэтому имеет много преимуществ. Во-первых, генератор имеет избыточную мощность для поддержания работы котла, во-вторых, устройство бесперебойного питания для котлов намного надежнее. Кроме того, оно абсолютно бесшумно, не требует наблюдения, топлива и отвода переработанных газов. И цена значительно ниже, чем у генераторов.

Разница между ИБП для техники и ИБП для котла

Оба этих устройства предназначены для бесперебойной работы приборов, однако разница между ними кардинальная.

Бесперебойник для компьютера защищает его от перепада напряжения и дает возможность устройству функционировать еще в течении получаса после отключения питания. ИБП для котла отопления может поддерживать работу несколько часов. Кроме того, газовые котлы требуют синусоидального напряжения, чего бесперебойники для компьютера обеспечить не могут. Эти факторы влияют на более сложную конструкцию ИБП для котлов.

Компания CyberРower предоставляет широкий спектр систем аварийного энергоснабжения по умеренным ценам.

Источник: http://www.cyberpower-eps.ru/ipb_kotel.php

Содержание статьи:

Выбор котла отопления для дома

Сегодня на современном рынке предлагается масса разнообразных котлов заграничных и отечественных производителей. Как же сделать правильный выбор и не ошибиться? Не просчитаться со стоимостью отопительного котла для дома? Можно, конечно, препоручить выбор котла для отопления дома квалифицированному специалисту, если он будет проектировать систему горячего водоснабжения и отопления. Он сможет обеспечить наилучшее совмещение элементов системы, подскажет, в пользу какого котла сделать выбор и как получить разрешительные документы, требующиеся для его установки. Но вполне можно и самому разобраться в приоритетах при выборе котла, которым можно будет экономично отапливать дом.

Для любого дома самыми важными оказываются коммуникации: водопровод, энергопроводка, отопление и канализация. Качество отопления оказывает прямое влияние на степень комфорта дома и на то, насколько затратным будет его содержание, особенно в период отопления.

Классификация отопительных бытовых тепловых генераторов

Навесные котлы

Простая схема однотрубной системы отопления одноэтажного дома.

Выбор навесного котла считается оптимальным при недостатке свободной площади. Навесные котлы, как правило, компактны. Габариты такого котла обычно не превышают 850 мм, а вес не больше 50 кг. Навесной котел не займет очень много полезной площади, что является чрезвычайно важным решением при установке на кухне, так как там всегда не хватает места.

Мощность теплового котла обычно не бывает более 35 кВт, но этого достаточно, чтобы отопить дом площадью до 320 м². При большей площади дома, можно смонтировать 2 таких котла параллельно. Навесные тепловые генераторы работают на природном газе, но если возникнет необходимость, могут перестроиться и на сжиженный газ.

Существует много моделей навесных генераторов, которые работают на электроэнергии. Но для установки электрокотла мощностью больше 6 кВт нужна трехфазная электроподводка, а при мощности 10 кВт и больше нужно согласовывать с органами Энергонадзора.

Навесные котлы по способу приготовления горячей воды разделяются на одноконтурные, двухконтурные проточные и двухконтурные со встроенным бойлером.

Схема отопления дома с твердотопливным котлом.

В первом случае вода, которую необходимо нагреть, подается в отдельный бойлер (объемом от 100 до 200 л). И нагревается в нем горячей водой, взятой от отопительного котла, до необходимой температуры. Автоматика, которая управляет котлом настроена так, что котел работает только на нагрев воды в бойлере до достижения заданной температуры, при этом отключается система отопления. Приоритет отдается горячему водоснабжению (ГВС). Система отопления не успевает заметно остыть, потому что процесс этот достаточно быстрый.

В проточном котле вода проходит через специальный теплообменник внутри котла и таким образом нагревается. Чем меньше воды проходит в минуту через теплообменник, тем до большей температуры и быстрее она нагревается. Горячую воду двухконтурные навесные котлы производят до 15-20 л/мин. При этом подразумевается, что температура нагретой воды выше водопроводной на 30°С. Получение более горячей воды напрямую связано с уменьшением производительности. Производительность такого водонагревателя может обеспечить одного потребителя горячей воды. При наличии 2-х и более потребителей приходится устанавливать дополнительный бойлер или мириться с недостатком горячей воды.

В генераторе со встроенным бойлером бойлер встроен в корпус котла и ограничен по объему. Обычно этот объем не превышает 60 л.

Летом навесной котел можно включить только на горячее водоснабжение, отключив при этом отопление. Оборудованы все навесные котлы атмосферными газовыми горелками.

Горелки бывают 3-х видов:

Схема разводки труб отопления.

• одноступенчатые, в которых один режим горения. Включаться или выключаться пламя может только автоматически;
• двухступенчатые горелки: пламя переключается с номинального уровня горения на сниженный автоматически. Происходит это в то время, когда расход теплоты в котле небольшой и достаточно немного энергии для ее пополнения. При этом увеличивается продолжительность цикла между выключением и включением горелки, снижается ее износ и уменьшается расход топлива;
• третий тип — это горелки с плавной модуляцией, которые делают процесс нагрева теплоносителя еще более экономичным за счет еще более гибкого реагирования на изменение его температуры. Температура теплоносителя в результате поддерживается в режиме, который необходим для поддержания неизменной температуры воздуха в помещении.

В наше время выпускаемые навесные генераторы для отопления дома имеют все необходимые системы безопасности: защита от поступления газа без воспламенения, от перегрева, от отключения электропитания, от нарушения режима удаления дыма. На случай отключения газа многие модели имеют защиту от замерзания. Мгновенная блокировка подачи газа, применяемая в ряде моделей, достигается ионизационным контролем горения.

Схема самотечной системы отопления.

Все модели выпускаемых отопительных навесных котлов имеют полный набор дополнительного оборудования, необходимого для его установки. Они комплектуются контрольно-измерительными приборами, группой безопасности, расширительным мембранным баком, циркуляционным насосом (иногда 2-мя) и т.п.

Монтаж такого отопительного генератора сводится к подключению газового ввода (или силового электрокабеля), электропитания, трубопроводов отопления и водоснабжения. Большинство навесных котлов для отопления дома имеют на случай отключения электроэнергии функцию самостоятельного запуска. Простота монтажа — это один из плюсов в экономии при выборе навесного отопительного котла.

Навесные генераторы и их недостатки

Вероятность отказа какого-либо агрегата в навесных котлах для отопления дома выше, а ремонт дороже. В навесных котлах теплообменники производятся из меди или стали. Их ресурс меньше, чем у чугунных теплообменников, применение которых в настенных котлах не обнаруживается. Срок службы без ремонта отопительного настенного котла, как правило, не превышает 12 лет. От скачков напряжения в электросети выходит из строя сложная электроника. Покупка стабилизатора напряжения становится необходимостью.

Схема электрического котла для отопления.

Из-за плохого качества водопроводной воды выходит из строя проточный теплообменник горячего водоснабжения. Теплообменник засоряется минеральными отложениями, растворенными в воде, вследствие чего перегревается и прогорает. Необходимо дополнительно устанавливать фильтры, чтобы добиться стандартного качества воды.

Несмотря на вышеперечисленные недостатки компактность навесных генераторов, невысокая стоимость, работа при пониженном давлении газа, возможность работы без дорогостоящих дымоходов делает их очень привлекательными среди эконом-класса. Выбор такого котла экономит достаточно средств.

Напольные генераторы для отопления дома

Это самый массовый вид котлов. Мощность их бывает от 4 кВт до нескольких сот кВт. Напольные генераторы могут работать на всех видах топлива.

Наибольшей популярностью пользуются генераторы для отопления дома, работающие на природном газе.

Природный газ на сегодняшний день — это самый дешевый энергоноситель. Любой генератор, который работает на природном газе, можно приспособить к работе на сжиженном газе. Но при этом резко возрастает стоимость топлива.

Различаются котлы разных моделей по материалу теплообменника и, соответственно, сроку службы. Он может быть изготовлен из стали, нержавеющей стали, чугуна и меди.

Схема отопления газового котла для частного дома — вариант 2.

Самый надежный и долговечный материал — чугун. Он крайне редко прогорает и практически не подвержен коррозии. Теплообменники из чугуна служат более 50 лет. Однако сильный удар может спровоцировать образование трещин, так как чугун — материал хрупкий. Также может треснуть чугун, если в горячий теплообменник попадет холодная вода. Высокая жесткость воды внутри генератора может образовывать накипь, приводящую к перегреву участков котла и появлению микротрещин. Выбор котла с чугунным теплообменником обеспечит дом теплом на долгие годы.

Теплообменники из стали менее критичны к деформациям и ударам. Они легче чугунных теплообменников в 2 раза. Однако такие теплообменники в более высокой степени подвержены коррозии (из-за конденсата) и быстрее прогорают. Срок службы зависит от толщины и качества стали, условий использования и составляет от 6 до 15 лет. В некоторых моделях используют нержавеющую и легированную сталь и применяются технологии, препятствующие образованию конденсата. Такие котлы могут успешно конкурировать с чугунными, но и цена их на порядок выше. Выбор такого современного котла окупится теплом и комфортом в доме.

Использование меди для изготовления теплообменника способствует увеличению его срока службы. Но когда мощность теплового генератора больше 40 кВт, предпочесть лучше чугунный котел. Так что выбор такого отопительного котла возможен только при небольших площадях дома.

Важнейшая деталь любого теплового генератора, функционирующего на газовом топливе, является горелка. От работы горелки напрямую зависит экономичность и эффективность котла. Горелки, которые используются в напольных котлах, делятся на 2 типа:

• горелки наддувные или вентиляторные;
• горелки атмосферного типа.

Схема двухконтурной системы отопления частного дома.

Горелки атмосферные — это конструктивная часть котла и они всегда встроены в котел. Они работают практически бесшумно. В Европе производят котлы с атмосферной горелкой, которые работают нормально только при давлении газа, которое не ниже 150 мм водного столба. При пониженном давлении газа в магистрали атмосферные горелки могут хорошо работать, если их настроить. Но если давление возрастет, то и горелку также необходимо будет перенастроить. А настройкой горелки может заниматься только специалист.

В вентиляторные горелки воздух в камеру сгорания принудительно нагнетается. Поступление воздуха меняется автоматически в зависимости от необходимого режима работы горелки. При нестабильном и пониженном давлении газа такие горелки работают устойчиво. У них есть 2 значительных недостатка: высокая стоимость и высокий уровень шума. Наддувные горелки — не часть котла, они навешиваются на него. Котел, коммутирующийся с навесными горелками, дает возможность применять и навесные дизельные горелки.

В напольных котлах газовые горелки (как и в навесных) бывают 3-х типов: с плавной модуляцией, одноступенчатые или двухступенчатые. Горелки с модуляцией пламени и двухступенчатые горелки снижают расход топлива, увеличивают ресурс генераторов, повышают возможность регулирования теплового режима. Поэтому они предпочтительнее одноступенчатых.

Отопительные котлы жидкотопливные

Схема устройства водяного отопления частного дома.

В основном жидкотопливные котлы работают на дизельном топливе (иногда используется мазут и печное топливо). Принцип работы и устройство жидкотопливных котлов не отличается от газовых. Такие котлы могут иметь как стальные, так и чугунные теплообменники. В конструкции горелки главное различие. Многие модели котлов предусматривают возможность работать на 2-х видах топлива. Для этого нужно иметь 2 специализированные горелки. Менять горелки, когда происходит смена вида топлива, не сложно. Такие двухтопливные котлы могут иметь мощность от 10 до нескольких тысяч кВт.

Жидкотопливные котлы бывают только напольными. Если не предполагается переход на газ, то есть возможность применять котлы со встроенной дизельной горелкой. Они недорогие и комплектуются стальным теплообменником, что снижает их вес, и полным набором дополнительного оборудования.

Недостатки жидкотопливных котлов

Высокая шумность работающей горелки — это первый недостаток. Второй — электрозависимость жидкотопливного котла. При отключении электричества необходимо присутствие человека для повторного запуска котла. Третий — требуется подогрев топливопровода при низких температурах воздуха (температура топлива должна быть не ниже + 5°С). Иначе фильтры забиваются, топливо густеет, и котел останавливается.

Источник: http://1poteply.ru/kotly/vybor/vybor-kotla-otopleniya-dlya-doma. html

Зима, мороз, дым из трубы. Картинка как на открытке. Хороший хозяин подготовился заранее, котел был установлен осенью, работает отлично, греет дом.

Но вот случилась оттепель, которые имеют место быть на всей территории страны в зимнее время. Пошел вначале снег, потом снег с дождем, а затем и ледяной дождь. Мгновенно намерзающие на проводах линий электропередач ледяные глыбы оборвали провода, электричества нет. И когда будет – неизвестно, бригады аварийных служб работают по всей округе.

Такие последствия ледяного дождя только в Подмосковье заставили сидеть без электричества 1,5 миллиона человек в самые холодные дни года от 1 до 3 недель.

При отсутствии электричества современные котлы не работают, не работают циркуляционные насосы в закрытых системах отопления, не работает погодозависимая автоматика.

И если нет резерва по электричеству, то остается только сливать воду из системы отопления и съезжать на городскую съемную квартиру до весны.

Какое резервное питание котла выбрать, чтобы при отключении электроэнергии дом продолжал отапливаться, давайте посмотрим детально.

Бесперебойное питание котлов – какой срок необходим

Чтобы выбрать резервное питание котла, нужно сначала задать себе вопрос, на какой срок нужно резервировать электричество. Самые распространенные ситуации, в которых требуется бесперебойное питание котлов. следующие:

• Постоянные кратковременные отключения электричества, связанные с превышением лимита потребления или с изношенностью сетей. Срок – 0,5 – 2 часа.
• Кратковременные отключения электроэнергии на время проведения работ по подключению новых абонентов, на время замены плавких вставок на КТП, на время ликвидации мелких аварий. Срок – 3-6 часов.
• Кратковременные отключения электричества в случае аварийного отключения системы при коротких замыканиях, в случае неисправностей в КТП. Если бригада выезжает регулярно и быстро, город рядом. Срок – 12-24 часа.
• Возможные аварийные ситуации, связанные со сложными погодными условиями или с невозможностью быстрого реагирования аварийных бригад. Срок – 1-3 дня.

Чтобы понять, какой источник питания для котла будет оптимальным, стоит прикинуть для каждой из этих ситуаций самый лучший вариант, а потом выбрать для себя пути его реализации.

Бесперебойное питание для котла в зависимости от ситуации

Итак, начнем разбираться по каждой ситуации, описанной выше, отдельно.

Когда сети изношены и кратковременные скачки потребления (мощный сварочный аппарат, подключение мощного отопительного прибора) способны на короткий срок оставить без электричества квартал или поселок, стоит подумать о резервировании питания котла при помощи источника бесперебойного питания (ИБП) с аккумуляторной батареей (АКБ).

Самый обычный компьютерный ИБП, к сожалению, в этой ситуации помочь не сможет ничем. Его батареи хватит для питания котла на 3-5 минут. Кроме того, на выходе он выдает не чистый синус, необходимый для питания котлового оборудования и циркуляционного насоса. а аппроксимацию синусоиды или меандр. Это такая форма выходного напряжения, которая может привести к поломке вашего котлового оборудования.

А потому потребуется ИБП, имеющий на выходе чистый синус и способный работать с подключенными АКБ.

Для того, чтобы продержаться 2-3 часа, вполне достаточно будет ИБП на 300-600 Вт и АКБ емкостью в 50 А*ч.

Если срок аварийного отключения электроэнергии увеличивается до 6 часов, стоит подумать о том, чтобы использовать АКБ 100 А*ч как источник питания для котла и циркуляционного насоса. Эта емкость позволит горелке котла и автоматике котла работать до 8 часов без подзарядки АКБ.

Даже сутки, то есть 24 часа, не будут помехой для питания котла от аккумулятора, только стоит рассчитать емкость батареи на этот срок. Подойдет АКБ емкостью до 200 А*ч.

А вот отключение электроэнергии более суток должно заставить вас задуматься над тем, чтобы плюсом к ИБП и емким АКБ докупить бензиновый генератор.

Генератор лучше всего покупать инверторный, потому как только инверторный генератор имеет на выходе чистый синус, так необходимый современному котловому оборудованию.

В случае, если у вас происходят длительные отключения электроэнергии, стоит сразу купить инверторный генератор и питать котел от него, без ИБП и аккумуляторов.

Аварии длительностью более 3 суток не оставляют вам выбора – только генератор. Никакая система питания на ИБП с разумным количеством АКБ не выдержит такого срока, не сможет обеспечить автономное питание котла. Разве что вы готовы установить в своей котельной 5 аккумуляторов емкостью по 100 А*ч. И то, их придется заряжать все тем же генератором, так как суммарной емкости в 500 А*ч не хватит для питания котельного оборудования сроком в 72 часа.

Источник питания для котла, таким образом, вырисовывается следующий:

• Для кратковременных отключений до 24 часов — ИБП с АКБ.
• Для отключений от 1 до 3 дней – ИБП с АКБ с подзарядкой от бензинового генератора.
• Для отключений более 3 дней – только бензиновый инверторный генератор или генератор с отдельным инвертором.

Критерии, по которым стоит выбирать источник питания для котла отопления, весьма просты:

• Чистый синус на выходе.
• Возможность подключения внешних батарей.
• Возможность подключения АКБ большой емкости (в идеале суммарно до 600 А*ч).
• Надежность и простота исполнения.
• Развитая сервисная поддержка в вашем населенном пункте.

Последний пункт важен, потому что в случае аварии неисправный ИБП – это фактически «мертвый» котел, и, как следствие, замерзание системы отопления вашего дома.

Все указанные выше критерии применимы для всех современных котлов отопления – газовых, дизельных, твердотопливных, пеллетных. Резервировать электрический котел на случай аварии можно либо котлом на другом виде топлива, либо генератором, если мощность котла не превышает 5-8 киловатт. В противном случае, вам придется покупать слишком мощный бензиновый генератор.

Частный случай – бесперебойное питание газового котла

Бесперебойное питание для газового котла будет осуществляться по тем же принципам, что и для дизельного и для пеллетного котла. Точно такая же автоматика, контролирующая процесс горения, потребует резервирования в реальном времени, без участия хозяина и без возможности отложить переход с одного источника питания на другой.

Получается, бесперебойное питание газового котла возможно при системе, состоящей из следующих компонентов:

• Источник бесперебойного питания (чистый синус, возможность подключения внешних АКБ).
• Аккумуляторные батареи (лучше тяговые или герметичные, не нужно использовать автомобильные стартерные АКБ).
• Генератор на случай долговременного отключения электроэнергии (для подзарядки АКБ).

Такая система позволит работать газовому котлу бесперебойно, ведь переключение ИБП с сети на АКБ в случае аварии составляет 3-5 мс. Газовый котел не успеет даже моргнуть.

Поделитесь ссылкой с друзьями в соцсетях

Источник: http://kotlobzor.ru/pitanie-kotla/

Есть два типа электрических генераторов. генераторы, построенные по классической схеме, вырабатывающие пилообразное напряжение и инверторные генераторы с двойным преобразованием, на выходе у которых форма напряжения в виде чистого синуса.

Ток от стационарного генератора отличается от переменного тока в стационарной сети. Форма напряжения в сети имеет вид чистого синуса (волна), а от генератора идёт пилообразное напряжение, волна с пилообразными всплесками.

Следующее очень важное отличие заключается в частоте переменного тока: в электрической сети значение частоты равно 50 герц, переменный ток от генератора поступает на потребителей с плавающей частотой, чётко выраженной частоты в 50 герц нет. Напряжение переменного тока от генератора так же отлично от 220 вольт. Многим газовым

Генератор электрического тока бензиновый для частного дома: цены

Чтобы дом был настоящей крепостью надо предусмотреть все возможные осложнения и ни в коем случае их не допустить. Одним из наиболее распространенной и неприятной проблемой в условиях жизни в частном доме может стать отключение электричества. Однако от этого несложно предостеречься, если приобрести генератор электрического тока бензиновый для частного дома или аналогичное устройство.

Типы генераторов

Однако прежде стоит разобраться, какой мощности нужна система энергообеспечения для частного дома, а также, какой больше подойдет: дизельный или бензиновый генератор для частного дома. Сегодня на рынке представлено множество различных по характеристикам и свойствам моделей, различающихся как по мощности, так и по принципу действия.

Бензиновый

Автономный генератор тока бензиновый для частного дома — оптимальный вариант для обеспечения бесперебойного энергоснабжения в периоды отключения. Принцип работы основывается на сгорании топлива, проходящего процедуру очистки от механических примесей, с участием кислорода, поступающего посредством втягивания в специальные фильтра. Сгорающая смесь образует приводящий поршневую систему в действие газ. Вращательный момент активизирует ротор, преобразующий его в электрическую энергию.

Мощность генерации бензиновых устройств, использующихся для обеспечения электроэнергией стандартного загородного дома на одну семью, в большинстве своем ограничено 12 кВт, чего вполне хватает для обеспечения напряжения в 220 и 330 В. Для питания энергией больших торговых и офисных помещений могут использоваться устройства мощностью до 30 кВт. Часовое потребление горючего варьируется от 0,3 до 4 литров в зависимости от выходного напряжения.

При приобретении необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией, в частности относительно рекомендованного времени бесперебойной работы. В среднем это время составляет от 10 до 12 часов, после чего требуется охлаждение системы. В то же время хороший бензиновый генератор способен работать дольше, но круглосуточное его использование тем не менее не рекомендуется. По видам различают бензиновый генератор для частного дома, цена которого ниже, — двухтактные и более дорогие, способные вырабатывать большую мощность, — четырехтактные.

Дизельный

Дизельные аппараты также используются в качества аварийного источника энергоснабжения, а также как дополнительный источник питания в тех случаях, когда предоставляемой мощности электроэнергии не хватает для обеспечения всех потребностей в ней. Дизельные аппараты весьма широко представлены, многие из них способны вырабатывать значительное количество электроэнергии, в связи с чем чаще используются для нужд нескольких домов. Принцип их работы схож с бензиновыми, однако, как следует из названия, работают на другом виде топлива. Есть также модель для обеспечения нужд одного хозяйства. Мощность трехфазных дизельных устройств, представленных на рынке, составляет от 8 до 30 кВА.

Газовый

Существуют также устройства, принцип работы которых основывается на природном газе, за счет энергии сгорания которого приводятся в движение лопатки турбины. Компрессор вращается за счет половины вырабатываемой энергии, другая питает сам генератор. В этом его преимущество, он полностью автономный, при этом экологически чистый.

Опасность газовых генераторов связана с возможной протечкой и, как следствие, взрывом при повреждении системы.

Однако необходимо отметить опасность, с которой сопряжена работа устройства. Еще опаснее устройство, принцип работы которого основан на сжиженном газе. Опасность связана с характерными для газовых устройств проблемами, подразумевающими протечку и, как следствие, возможность взрыва при повреждении системы.

Виды источников тока

Синхронные

Синхронный принцип действия системы заключается в том, что рабочие механизмы устройства, а именно: работа ротора и вращение магнитных полей статора происходит в упорядоченном, взаимосвязанном и синхронном режиме. Главное преимущества данного принципа заключается в стабильности и постоянстве получившегося на выходе напряжения.

Главный же недостаток связан, прежде всего, с перегрузками, случающимися вследствие этой взаимозависимости и повышения регулятором силы тока в роторе. Устаревшие модели также содержат недостаток, связанный с наличием щеточного устройства, которое требовало периодического обслуживания и замены. Синхронные установки в большинстве своем нашли свое применение в обеспечении током промышленных предприятий и морских судов.

Асинхронные

Асинхронные генераторы не приспособлены к пусковому тока, однако обладают устойчивостью к короткому замыканию и перегрузке. Также этот тип устройства вырабатывает напряжение, слабо подверженное нелинейному искажению, за счет чего устройство адаптировано к питанию бытовых электроприборов.

Преимущества также заключаются в следующем:

1. выработка полезной энергии за счет низкого клирфактора,
2. отсутствие требующих замены и ремонта «чувствительных» комплектующих,
3. длительный период эксплуатации.

Асинхронные модели представлены:

1. в виде коллекторных электродвигателей
2. в виде шаговых двигателей, обладающих низкой частотой вращения.

Инверторные

Принцип работы этих устройств, как следует из названия, основан на применении инверторной системы. Посредством налаженного выходного напряжения, обладающего показателем стабильности частоты, осуществляется контроль за широтно-импульсной модуляцией, производящей высококачественную электрическую энергию.

Первая ступень работы устройства — работа выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный. После этого с помощью стабилизации посредством работы специальных фильтров осуществляется очистка пульсации. Это позволяет вырабатываться переменному току при помощи транзисторов или тиристоров в мостовой схеме. Управление параметрами цепей обратной связки осуществляется с помощью системы инверторного устройства. Таким образом, выходной ток контролируется в своих параметрах на каждом участке, за счет чего стабилизируется его частота.

Работа устройства базируется на действие ротора, дополненного статором, и блока инвертора, состоящего из указанных выше составляющих:

1. выпрямитель,
2. фильтр,
3. преобразующая цепь.

Контроль за работой системы осуществляет микрокомпьютер. Ротор за счет вращения вырабатывает переменный ток (трехфазный), направляемый в инвертор, а затем — в цепь выпрямление, где происходит выравнивание напряжения и стабилизация выходных показателей.

К преимуществам относятся:

1. экономия электроэнергии, возникающая за счет интеллектуальной системы распределения,
2. компактность, легкость и простота монтажа,
3. система воздушного охлаждения двигателя, предохраняющая от перегрузок и перенагревания.

Система управления

Системы управления различны в зависимости от конкретных типов генераторов. В общем их следует разделить на ручные и автоматические. Чаще всего более дорогие устройства предполагают наличие дополнительного оборудования, осуществляющих в соответствии с заданными параметрами запуск, контроль и мониторинг работы системы электроснабжения. Для устройств некоторого типа обязательно предполагает наличие микрокомпьютера, осуществляющего эти функции.

Главные преимущества инверторных генераторов — это экономия электроэнергии, компактность и легкость монтажа.

В частности, это относится к инверторным типом устройств, от качества работы которых зависит обеспечение жизнедеятельности серьезных больших систем, сбой которых может привести к очень серьезным последствиям. Компактные, предназначенные для питания электроэнергией частного дома обычно управляются в ручном режиме, но в соответствии с установкой дополнительных опций могут быть оснащены системой автоматического управления и контроля.

Способы охлаждения

Работа устройства неизменно сопряжена с нагреванием системы энергоснабжения. Верхние допустимые пределы нагревания составных частей определяются примененных материалов изоляции, а также температурой воздуха снаружи. Верхнее допустимое значение температуры нагревания также классифицируется в соответствии с присвоенным устройству классом.

Система изоляции, предохраняющая от перенагрева также подвержена износу ввиду загрязнения, повышенного содержания влаги, окисления, воздействия электрического поля и повышенных нагрузок. Максимальная допустимая длительность эксплуатации изоляционной системы зависит от максимально допустимого уровня нагревания. Например, при постоянных достижениях температуры в пределах 120 градусов срок службы — 15 лет, а при этом значении в 140 градусов -всего 2 года.

Предохраняют систему от перенагревания с помощью использования искусственного охлаждения:

1. косвенное,
2. непосредственное

Косвенное предполагает охлаждение при помощи вентиляторов, расположенных в торцах ротора. Охлаждающее вещество попадает в генератор и проходит сквозь зазоры и специальные каналы. Непосредственное охлаждение отличает соприкосновением охлаждающего вещества с обмоткой устройства.

Генераторы обычно работают при помощи следующих типов охлаждения:

1. воздушное,
2. водородное,
3. жидкостное.

Воздушное охлаждение происходит либо в проточном, либо в замкнутом режиме. Проточное подразумевает однократное прохождение охлаждающего воздуха через систему, замкнутое — его циркуляцию.

Асинхронные генераторы обладают устойчивостью к короткому замыканию и перегрузке.

При водородной системе охлаждения охлаждающее устройство всегда встраивается непосредственно в корпус механизма, а не действует снаружи, как воздушное.

Жидкостное охлаждение происходит за счет действия дистиллированной воды, обладающей повышенной эффективностью по сравнению с водородом, за счет чего более высокая степень охлаждения происходит без увеличения размеров охлаждающих элементов.

Какую мощность выбрать

Какой мощности нужен генератор для частного дома ? Требуемая мощность генератора для частного дома напрямую зависит от потребности частного дома и количества используемого в хозяйстве электрооборудования. Генератор 220В, работающий на бензине, подходящий для нужд частного дома, в большинстве представленных моделей вырабатывает мощности от 3 до 8 кВт. Из данного диапазона выбрать подходящий следует с учетом частной потребности. Аппарат, вырабатывающий примерно 3 кВт подойдет, если необходимо обеспечение работы минимального набора бытовых устройств:

1. лампы накаливания,
2. холодильник,
3. чайник,
4. обогреватель.

Если требуется обеспечить работу еще телевизора, компьютера, зарядки мобильного телефона, микроволновки, тостера, — словом всего для комфортной жизни, то понадобится аппарат, вырабатывающий 8, а то и 12 кВт.

Дополнительные параметры, на что обратить внимание

Для удобства стоит выбрать генератор для частного дома с автозапуском. После выбора мощности и типа следует разобраться во всех представленных подходящих под заданные параметры моделях, а также обратить внимание на мнение потребителей.

Хотя все производители не склонны рассказывать покупателям о существенных недостатках выпускаемой продукции, нередко встречается генератор для частного дома, отзывы о котором способны эксплицитно продемонстрировать его очевидные недоработки и слабые стороны. На это также стоит обратить внимание, поскольку никто не хочет повторять чужих ошибок, тем более что в век информационных технологий существует возможность оградиться от них.

Подключение генератора в частном доме также требует базовых навыков или помощи профессионалов. Дистрибьюторы, реализующие системы бесперебойного энергоснабжения, чаще всего обладают штатом специалистов в данной области, способных (обычно за доплату) помочь с подключением.

В целом схема подключения генератора в частном доме зависит от типа устройства, разработанного для автономной работы или нет, дополненного вводным автоматом или без такового. Обо всех особенностях подключения следует справляться в соответствии с инструкцией или проконсультироваться со специалистами.

Пренебрегать всеми значимыми деталями не стоит, поскольку неправильное подключение несет в себе целую группу рисков, различных по своим последствиям, среди которых (только часть из возможных):

1. устройство выйдет из строя и потребует сервисного обслуживания,
2. возникнут проблем со всей энергосетью,
3. вырабатываемая электроэнергия пойдет не в дом, а распространится на всех подключенных пользователей сети.

Популярные модели бензиновых генераторов и цены

К производителям популярных и актуальных бензиновых генераторов, представленных сегодня на рынке, относятся:

1. Honda,
2. Briggs&Stratton,
3. Mitsui Power,
4. Mirkon energy,
5. REG,
6. SDMO,
7. Zenith.

Ниже представлена сравнительная таблица: минимально подходящий (примерно 2-3 кВт) и мощный (10-11 кВт) в линейке названого производителя системы энергообеспечения для частного дома, цена по скрину с сайта дистрибьютора.

Производитель	Маломощная модель/ цена	Мощная модель/ цена
Briggs&Stratton	Sprint 3200 A (3,1 кВт) 27 990	Sprint 3200 A (3,1 кВт) 233 890
Mitsui Power	ECO ZM 3500 (2,8 кВт) 25 416	ECO ZM 10000-E (10 кВт) 140 945
Mirkon energy	нет	MKG10MP 249 000
REG	GG3300-Х (3 кВт) 36 700	SG10-230 (11 кВт) 200 000
SDMO	PERFORM 3000 (3 кВт) 47 119	TECHNIC 15000 TE (11,5 кВт) 286 609
Zenith	Zh5000S (3,3 кВт) 45 000	Zh22000DXE (11 кВт) 355 000

Необходимо отметить, что представленный сравнительный анализ цен носит исключительно ознакомительный характер и для обоснованного решения о покупке должен быть дополнен более подробным ознакомлением покупателя с моделями различных производителей, поскольку, во-первых, представлены данные только по одному коммерческому предложению на разные модели, во-вторых, критерий выбора — мощность без учета типа устройства, что также оказывает значительное влияние на конечную цену автоматического бензинового генератора.

Несмотря на это, ознакомившись с данной таблицей, пользователь может составить первичное мнение о представленных на рынке производителях и политике ценообразования каждого, вследствие чего сузить круг рассматриваемых вариантов.

Мы подобрали для Вас ещё восемь полезных статей, смотрите далее.

Тепловые электрические генераторы (энергетический форум в перми)

http://tegpower.com/products.html

Итак, эта ссылка показывает единицы TEG и цены. ТЭГ генерируют электричество за счет разницы температур между двумя пластинами. Между двумя пластинами используются разные металлы, которые генерируют электричество при нагревании и охлаждении. Если вам нужна дополнительная информация, вам придется подождать, пока на вечеринке не появится более знающий участник, и спросить его или ее.

Преобразование жидкости в жидкость выглядит великолепно, пока вы не увидите цену на уровне 1500 долларов.00. Я не эксперт, но 200 Вт, которые он может выдавать при максимальной производительности, не кажутся стоящими этой цены. Может, я что-то упускаю.

500-ваттный выглядит неплохо за 265 долларов. Теоретически 1060,00 долларов (4 единицы) могут дать вам 2000 Вт — 2 кВт — в час безупречной работы или 48 кВт за 24-часовой период непрерывной работы, если я правильно понимаю спецификации, что может быть не так. Не стесняйтесь поправлять меня и объяснять, если я все облажался.

И последнее, но не менее важное: они рекламируют небольшое устройство для зарядки небольшой электроники от тепла походных печей и фонарей.Думаю, небольшие ракетные печи тоже должны работать. За 130 долларов, возможно, стоит просто купить Biolight или модель Стива Харриса и покончить с этим.

Итак, кто-нибудь использует ТЭГ в качестве основного или дополнительного источника электроэнергии? Кто-нибудь изучал их для возможной покупки? Кто-нибудь использовал их раньше?

Вот что я слышал о ТЭГах:
Предполагается, что они будут иметь долгий срок службы из-за отсутствия движущихся частей.
Они будут работать с домашними печами.
Слишком много тепла их разрушит.
Их нужно охладить.
Многие считают их слишком дорогими.
Они очень практичны.

Это все, что я знаю. Вроде бы можно нагреть эти вещи с помощью печи или печки. Зимой охладиться будет очень легко. 2 изолированных контейнера, один для холодного антифриза, а другой для горячего термомасла, вероятно, будут поддерживать генерацию ТЭГ между запусками печи или печи. При использовании как двух термосов, возможно, они будут поддерживать температуру жидкости в течение нескольких часов после отключения источника тепла, позволяя ТЭГам продолжать генерировать.

Почему это стоит учитывать или не стоит рассматривать для альтернативной энергетики? Что должно произойти, прежде чем они станут выгодным вариантом для альтернативной энергетики? Каковы их сильные и слабые стороны? Как вы думаете, каковы реальные цифры для сравнения с солнечными батареями? Разве они не будут лучше работать с солнечными батареями в качестве активного дополнения к генерации в ночное время?
Кто-нибудь видит какую-либо ценность в использовании электролизера HHO от TEG, подключенного к выхлопной системе автомобиля? По цене, похоже, потребуется много времени, чтобы окупиться за счет экономии на бензине.С другой стороны, предполагается, что HHO поможет обеспечить более чистое сгорание горючих веществ в двигателе, что приведет к более чистому выхлопу и увеличению срока службы двигателя, поэтому, возможно, это также следует учитывать.

Мысли или информация, которой можно поделиться?

ToughSF: NTER: Ядерная термоэлектрическая ракета

Там это тип ядерной двигательной установки, которая может иметь большую часть ускорения ядерной тепловой ракеты, но также и высокий Isp электрического двигателя.
Давайте посмотрим на ядерные «термоэлектрические» двигатели и их преимущества.
Заглавное изображение взято из ‘dV: Rings of Saturn’, здесь.

Пределы ядерных тепловых ракет

Ядерная Тепловые ракеты (НТР) работают за счет нагрева топлива. Тепловые потоки от ядерное топливо к ракетному топливу, повышая его температуру. Чем выше температура, тем быстрее топливо расширяется в сопле, что позволяет увеличить скорости истечения. это очевидно, что более высокие температуры допускают более высокие скорости выхлопа.Ядерная В конструкции ракет всегда стремились поднять температуру до предела, который с их материалами можно справиться. Из В Project Rover максимальная выдержанная температура составляет 2750K. Этого недостаточно, чтобы разбить водородное топливо на отдельные ионы H, таким образом, скорость истечения, которую они могли бы достичь в вакууме, составляет 8,86 км / с или Исп 904-х гг. В рамках проекта Timberwind были разработаны частицы карбидного топлива, способные выдерживать температуру 3100К, а в рамках российской ядерной космической программы температура была увеличена до 3500К.
От работая при этих более высоких температурах, они значительно увеличивают скорость выхлопа вызывая термическое разложение водородного пропеллента. В результате выхлоп с половиной молярной массы. В 3500K, возможна скорость выхлопа 12 км / с, что составляет Isp 1233 с. Этот конечно же отличный уровень исполнения. Скорость истечения в четыре раза больше, чем у химических ракет, но с двигательными установками с аналогичная плотность мощности означает, что космический корабль может выполнять миссии с четырьмя раз превышает требования deltaV.За Например, водородный ядерный тепловой космический корабль с такими же габаритами космический корабль, работающий на химическом топливе, может лететь на Луну и обратно четыре раза или достичь Марса вдвое быстрее. Но что, если бы мы захотели пойти еще дальше? Этот Это то место, где накладываются пределы ядерных тепловых ракет. В температурах выше 3200К, вы должны принять, что ядерное топливо будет съедено горячим водородом, потому что защитные материалы, используемые для защиты урановое топливо, такое как циркониевая или ниобиевая керамика, выходит из строя.В 4000K, использование углеродных материалов нерационально, так как углерод легко испаряется. даже без атаки перегретого топлива. Возможно, температуры как максимальная температура 4500K возможна с использованием самого термостойкого материала, который у нас есть обнаружено еще; Карбид тантала гафния. Но, даже при 4500K достижимая скорость выхлопа составляет 13,7 км / с, что всего на 14% лучше чем с обычными материалами. А известное решение этого вопроса — принять, что реактор плавится или даже работает в газообразное состояние. Это идея ракет с жидким или газовым сердечником.А Ядерная ракета с жидким или паровым сердечником может создавать температуру ядра до 6000 К. А Ракета с газовым сердечником может производить даже более высокие температуры. Эти являются многообещающими решениями, но мы не будем на них останавливаться в этом посте. Oни имеют собственные проблемы, такие как выброс радиоактивного топлива вместе с топливо, и еще не было продемонстрировано, чтобы работать. Вместо, давайте посмотрим на реальную альтернативу. Ядерная Электрическая альтернатива Если температуры, необходимые для достижения более высоких скоростей выхлопа, слишком велики, чтобы справиться, то будет разумным обойти проблему и использовать другую форму двигательная установка.Электрический пропульсивная установка не нагревает топливо, а ускоряет его другими способами. Скорости выхлопа 60 км / с производятся космическими зондами прямо сейчас, и 210 км / с было продемонстрировано. Ядерная реакторы являются предпочтительным методом обеспечения надежного источника энергии в пространство, не зависящее от удаленности от Солнца или конечных запасов химическое топливо. 2.Даже легкий карбоновые ребра наложили бы массу 345 тонн, и это без насосов и трубопровод, необходимый для передачи тепла. Повышение температуры радиатора до 800 Кельвинов может вдвое снизить мощность генератора, но уменьшить радиатор. масса снизилась до 43 тонн. При работе с космическими аппаратами, которые очень чувствительны к масса увеличивается (поскольку каждый набранный кг требует экспоненциально больше кг топлива будет добавлено), это достойный компромисс. В Произведенная электроэнергия затем используется для питания электрической силовой установки.«Ион» или «плазменные» двигатели такого рода. Они имеют очень высокую скорость истечения но очень низкая удельная мощность. А ядерная тепловая ракета имеет мощность от 100 кВт до 1 МВт. на кг, электродвигатель не сможет производить более 2 кВт на кг. Наиболее современные образцы достигают менее 1 кВт на кг. В низкая удельная мощность электродвигательной установки, масса радиаторов и масса оборудования, такого как турбины, все складывается, чтобы создать ядерно-электрическую ракету (ЯЭР), где за каждый кВт мощности оплачивается несколько килограммов массы.Этот, в сочетании с более высокими скоростями истечения режущей тяги (скорость истечения и тяги имеют обратную зависимость) означает космический корабль, который обязательно ускоряться очень медленно. Грузовые суда без экипажа не возражают против ожидания. Человек транспорты и корабли с экипажем предпочли бы использовать гораздо больше топлива для ускорения до своих межпланетных путешествий. Там предпринимались попытки получить преимущества как от ядерных тепловых, так и ядерная электрическая силовая установка. А Предлагаемое ранее решение — бимодальная ракета (БНТР).В одном режиме это тепловая ракета. В другом режиме это реактор, который обеспечивает теплом генератор, который питает электрическую силовую установку.



В Преимущество состоит в том, что он может производить мощный прожиг внутренних орбит и глубокие гравитационные скважины, такие как наша низкая околоземная орбита, максимизируют выгоды Oberth. Затем он медленно увеличивает свой скорость с электрическим двигателем с высоким Isp, чтобы сократить его межпланетное путешествие. В Проблема с этим подходом заключается в том, что переключение между двумя режимами двигательная установка требует, чтобы оборудование обоих типов постоянно присутствовало.Этот означает, что вам понадобится сопло ядерной тепловой ракеты, а также радиаторы для электрогенераторной системы. Оборудование для режима не в использовании становится мертвым грузом. Более того, ядерные зоны нельзя сделать горячими и мощными как для теплового режима, так и для стабильный и устойчивый к электрическому режиму. Температура 3000K + и высокая давления, которые заставили хороший ядерный тепловой режим вступить в противоречие с необходимостью снижения температуры и защитить ядерное топливо, чтобы оно могло обеспечивать тепло в течение нескольких дней до месяцев подряд.Все конструкции в конечном итоге снижают производительность. В результат — неоптимальная производительность в любом режиме. Более низкая температура термического режим с уменьшенным Isp и тягой, а также электрический режим с пониженным КПД с уменьшенной выходной мощностью.
В Конструкция ядерной термоэлектрической ракеты (НТЭР) предназначена для объединения двух различные типы силовой установки в настоящий гибрид, который не теряет факта что криогенное топливо растрачивает свою охлаждающую способность (как Алан Бонд выразился) в NTR и NER.Там возможно много вариантов, но мы объясним конструкцию с помощью одного из наиболее перспективный из них: атомная теплоэлектроэнергетическая установка с промежуточным охлаждением. ракета с магнитогидродинамическим ускорителем. Он будет использовать жидкий водород в качестве пропеллент.
Давайте проследить путь жидкого водорода из топливных баков через ядерная электротермическая ракета и выход из сопла. Давление, температура и другие упомянутые числа указывают только на то, что можно ожидать от этого дизайна.В Краткая версия состоит в том, что водород делает два прохода через активную зону реактора. Один раз при высоком давлении, другой раз при низком давлении. Много мегаджоулей энергии извлекаются из каждого килограмма водорода, образующего эти петли. Энергия преобразуется в электричество, которое используется для дальнейшего ускорения теплового выхлоп спускается через сопло с помощью электроусилителя.
1-охлаждение В водород начинается как криогенная жидкость. Крыльчатка небольшая или автогенная герметизация топливных баков выталкивает его при низком давлении.

Жидкость проходит через теплообменник. Поглощает тепло от одной из ступеней ниже и становится холодным газом (возможно, 150 Кельвинов) с низким давлением (1 бар).

Около 2,2 МДж тепла поглощается на каждый 1 кг прошедшего водорода. В холодный водородный газ теперь может проходить через двухступенчатый компрессор. В первая ступень увеличивает давление в 50 раз. Он высвобождает водород при давление 50 бар. Компрессионный нагрев повышает температуру газа до 468 К. Мы использовать изменения температуры, чтобы отслеживать, сколько энергии потребляется или выделяется, поскольку перепады давления восстанавливаются на более поздних этапах.Первая ступень компрессора требует 4,54 МДж энергии на кг водорода. В теплый водород проходит через интеркулер. Здесь тепло поглощает способность криогенного водорода эксплуатируется. Жидкий водород из топлива баки используются для понижения температуры водорода при 50 бар до 313 К. В Компрессор второй ступени увеличивает давление в 3 раза. Производит теплый газообразный водород при 150 бар и температуре 430К. Для этого потребуется 1,68 МДж / кг. водорода. В общее количество энергии, потребляемой ступенями компрессора, составляет 6.22 МДж / кг. 3 — Нагрев высокого давления В теплый водород поступает в секцию высокого давления активной зоны реактора. Мимо над топливными элементами он поглощает энергию и достигает температуры очень близкой с самим урановым топливом. В этом примере это будет 2500K. В горячий водород поступает в турбину. Он расширяется, понижается давление и температура. Лопатки турбины приводятся в движение за счет расширения водорода до экстракт 29,18 МДж / кг. Лезвия должны быть полыми, чтобы их можно было активно охлаждается, чтобы выдержать начальные температуры 2500 К.Водород выходит из турбины при температуре 698К и давлении 1 бар. В турбина и компрессоры связаны одним валом. Этот вал может быть подключен к электрогенератору. Энергия, потребляемая компрессорами и извлекаемый из турбины позволяет получить чистую прибыль. В этом примере это 22,96 МДж / кг. 6 — Нагрев низкого давления В Выхлоп турбины теперь проходит через сегмент низкого давления реактора. Его снова нагревают до 2500K и добавляют цезий. Цезий представляет собой крошечная часть потока водорода (0.1% или менее по массе), но значительно увеличиваются его электропроводность. 7 — Насадка с бустером В форсунка окружена электромагнитами. Они действуют на проводящие выхлопные газы. как электрическая плазменная ракета, чтобы еще больше ускорить выхлоп. Электричество поступает от турбогенератора. Без любой электрический наддув и большое вакуумно-оптимизированное сопло, выхлоп ракеты скорость будет 8,45 км / с, что соответствует Isp 862 с. Однако добавление 22,96 МДж / кг, полученная от генератора, обеспечивает скорость истечения 10.8км / с, или Isp 1104s! Естественно, это идеальный сценарий, когда все на 100% эффективно. Было бы больше реально добавить к водороду всего 17 МДж / кг, увеличив Isp до «Только» 1046s. Этот все еще очень значительное улучшение. Мы получаем значительно улучшенный Isp из твердого ядра ядра без повышения температуры, которое могло бы в противном случае понадобиться чисто тепловая ракета. Напротив, 2500K температура позволяет значительно повысить выносливость сердечника и снизить тепловое нагрузки на все задействованные компоненты.Только одно упоминание об этом типе движителя существует за пределами нескольких научные труды: игра «dV: Кольца Сатурна ». Он имеет множество сложных технологий SF, в том числе пример такого типа двигательной установки. Двигатель называется «Росатом-Антонов К-37: турбинная ядерная тепловая ракета с ускорителем на основе эффекта Лоренца», в котором используется шаги, описанные выше, для достижения скорости выхлопа 15 км / с, невозможно для твердотопливной ядерной ракеты иначе. Здесь вы можете посмотреть отличную последовательность запуска этого двигателя.
Ядерные теплоэлектрические варианты и Производительность Мы теперь пройдемся по списку возможных вариантов, каждый со своими преимущества и недостатки, а также определить вероятный уровень производительности. Поскольку технология прогрессирует или предположения меняются, производительность, которая рассчитывается тоже изменится. Мы будем использовать набор предположений об эффективности «ближайшего будущего». а затем экстраполировать на «дальнейшее будущее», где материалы улучшились и технологии несколько продвинулись.это важно установить ориентир, чтобы увидеть, какое относительное преимущество NETR имеет более NTR. А крупномасштабный двигатель, который может быть построен на основе проверенных конструкций, достигнет мощности плотностью 1 МВт / кг и работают при 2800К с использованием современных технологий. Это дает Isp 912 (8,9 км / с) с использованием жидкого водорода и 635 (6,2 км / с) с жидким метан. А более продвинутая версия будет работать при более высокой температуре и использовать более сильную, более легкие материалы. Температура ядра 3200K позволяет использовать жидкий водород Isp 1214 с. (11.9 км / с) и жидкого метана Isp 679s (6,6 км / с). Заметка что в этот момент повышение температуры до абсолютных пределов понятные в настоящее время технологии материалов (<4200K) только увеличат Isp на 15% по сравнению с передовым дизайном, но с использованием плотных огнеупорных керамик бы врезаться в плотность мощности. В В этом варианте эффект Зеебека используется для выработки электроэнергии. А термоэлектрическая пара стоит между источником тепла и холодным стоком так, чтобы температурный градиент заставляет электроны производить ток.Мы иметь доступный источник тепла> 2800K и криогенное топливо в качестве холодного тонуть. Ни один термоэлектрический генератор не может выдержать такую ​​огромную температуру градиент за один шаг. Более вероятно, что несколько генераторов установлены на друг над другом, каждый обрабатывает только меньший температурный градиент. В максимальная температура, с которой сегодня могут работать термоэлектрические материалы, составляет около 1300К. Пропеллент сначала необходимо перекачать в батарею термоэлектрических генераторов (ТЭГ), чтобы держите холодный конец при низкой температуре.0,5 + Tc / Th) Tc есть температура холодного конца в Кельвинах. Этот температура горячего конца в Кельвинах. ZT — это характерное значение в зависимости от термоэлектрических материалов. А незначительная неэффективность возникает из-за необходимости перекачивать топливо через трубопровод от топливных баков, через теплообменники и в активную зону реактора. Этот означает, что охлаждающая способность жидкого водорода 7 МДж расходуется на обработку (1-0,16): 84% тепла реактора теряется. 1,33 МДж превращается в электрическую энергию.Холодопроизводительность жидкого метана 1,43 МДж / кг превращается в 0,27 МДж электроэнергии. Продвинутая термоэлектрический генератор, выдерживающий температуру 2000K и имеющий ZT = 2 может поднять его эффективность до 27%. Он будет извлекать 2,59 МДж электроэнергии из охлаждающая способность по водороду и 0,53 МДж по метану. Преимущества этой конструкции практически не имеют движущихся частей и имеют только один проход топлива через реактор. Было бы жестко и надежно. Десятки тысяч ожидаемые часы работы.Недостатки низкий КПД и большой вес термоэлектрических генераторов. В высокие температуры, поступающие из активной зоны реактора, могут вызвать прямое испускать электроны. Это термоэлектронный эффект, который можно использовать для получения электричество.
Два пластины, излучатель и приемник, удерживаются близко друг к другу. Излучатель нагревается до высокой температуры, что приводит к высвобождению электронов. Электроны прыгают промежуток между двумя пластинами и собирается как электрический ток.Однако приемник поглощает все тепловое излучение приемника, что является основным источником неэффективности. Мы хотим, чтобы температурный разрыв был таким как можно выше, поэтому приемник с низким эмиттансом и низкой температурой идеальный. Эмиттер может быть изготовлен из таких материалов, как молибден или вольфрам; в Фактически, он даже более устойчив к температуре, чем ядерная зона, и может поэтому будь таким горячим, как мы хотим. Однако холодный конец — проблема. В предыдущие примеры ядерной термоэмиссии, имеющие низкую температуру Приемник противоречил необходимости иметь высокую температуру радиатора, чтобы избавиться от отходящего тепла в вакуум.У нас есть доступ к криогенному топливу, который может поглощать тепло даже при очень низких температурах, так что это не так сильно проблема. Мы знайте, что высокий КПД уже возможен. Японское исследование солнечной двигательной установки усилие произвел термоэлектронный преобразователь (TIC), который удерживал эмиттер на 1850К и охладил коллектор до 1100К. Им удалось 57% максимальная эффективность Карно, что дает фактический КПД 23,2%. А современная ядерная термоэлектрическая ракета с термоэлектронным преобразователем могла бы поднять температура эмиттера до 2700К, лишь немногим ниже температуры ядра с помощью тепловых трубок, которые не требуют электричества для отвода тепла (только разница температур).An электрический насос или выхлопной байпас приводит в действие насос низкого давления для выталкивания топлива через теплообменник, охлаждающий термоэмиссионный коллектор. Он мог удержать это на 1000К. В максимальная эффективность Карно при этом температурном градиенте составляет 64,3%. Ближайшее производительность может составлять 30% от этого максимума, достигая 19,3%. Водород может поглощать 14,2 МДж / кг при нагревании от жидкости до 1000 К. С термоэлектронной КПД преобразователя, мы можем производить 3,4 МДж электроэнергии с каждого килограмма водорода. Метан впитывает 3.4 МДж / кг в той же ситуации, что позволяет потреблять 0,81 МДж электроэнергии. быть произведенным. В затем горячие газы из коллектора направляются в реактор для нагрева до температуры ядра 2800К, а затем проталкиваются через сопло. Электроэнергия, произведенная термоэмиссией, затем используется для ускорения выхлопа из сопло. Водород теперь позволяет производить 9,9 МДж электроэнергии, а метан позволяет производить 2,4 МДж. В преимущества этой конструкции в том, что она может выдерживать очень высокие температуры и извлекать больше энергии, используя криогенное топливо.Он так же устойчив к повреждение как термоэлектрический вариант. Недостатки имеют низкую удельную мощность, хотя и намного лучше термоэлектрического преобразователя. Один Вариант термоэмиссии пытается использовать три ступени термоэмиссии, все с одинаковыми температура эмиттера, но при все более высоких температурах коллектора. Пропеллент газ перемещается от ступени к ступени, максимально используя свою охлаждающую способность в виде каскада. За Например, на первом этапе передатчик может быть на 2800K, а приемник — на 500К.У второго есть приемник на 1000K, а на последнем шаге есть приемник на 1500К. Продолжая с допущениями предыдущего варианта термоэлектронная эффективность между 2800K и 500K могут достигать 24,6%. Нагрев водорода из жидкости до 500К поглощает 7 МДж / кг, поэтому на этом этапе может быть произведено 2,3 МДж электроэнергии. В на втором этапе рециркулируют теплые газы, выпущенные на первом этапе и далее. нагревает их до 1000К. Доступны еще 7,35 МДж / кг охлаждающей способности из которые 1,76 МДж могут быть извлечены как электричество, если мы ожидаем термоэлектронной эффективность 19.3%. В На третьем этапе мы дополнительно нагреваем водород до 1500К. Термоэлектронная эффективность падает до 13,9%, что все еще достаточно, чтобы получить еще 1,25 МДж из водорода. А Всего произведено 5,3 МДж электроэнергии. Переделывать числа для метана, мы генерируем 0,47 + 0,45 + 0,41: 1,33 МДж. An расширенная версия может достичь 60% идеала Карно, работать на более высоком 3200К температуры эмиттера и добавить ступень 4 ^-й , которая поднимает коллектор температура до 2000К. В КПД ступеней — 50.6%, 41,2%, 31,8% и 22,5% с коллектором температуры при 500, 1000, 1500 и 2000 К. В электрическая мощность, вырабатываемая на каждой стадии с использованием 1 кг водорода, составит 7,2 МДж, 5,2 МДж, 3,6 МДж и 2,4 МДж, всего 18,4 МДж. В те же цифры для метана будут 2,5 МДж, 1,3 МДж, 1,2 МДж и 0,87 МДж, в сумме 5,87 МДж.

Ясно Преимущество здесь в том, что охлаждающая способность топлива используется очень сильно. более эффективно. Однако наличие нескольких термоэмиссионных преобразователей означало бы снижение общей удельной мощности.Термоэлектрический генераторы ограничены по максимальной температуре, с которой они могут работать. Этот предел может быть нарушен другим вариантом, гибридом с коллектором термоэмиссионного преобразователь действует как горячий конец термоэлектрического генератора.

Криогенный пропеллент может сначала охладить холодный конец термоэлектрического генератора до 500 К. В полученный теплый газ затем используется для охлаждения коллектора термоэмиссионного приемника. до 1300К. Этот более горячий газ проходит через горячий конец термоэлектрического генератор перед входом в активную зону реактора.Термоэмиттер тем временем непосредственно нагревается ядерным реактором до 2800К.

Термоэлектронный КПД может достигать 16% в диапазоне от 1300K до 2800K. Термоэлектрический КПД также будет 16% между 500K и 1300K. Запуск с водородом, мы выяснили, что термоэлектрический генератор производит 1,33 МДж электричества, а термоэлектронный преобразователь производит еще 2,29 МДж, что в сумме 3,6 МДж. Метан следование тому же пути позволяет производить 0,27 МДж и 0.63 МДж, всего 0,9 МДж электроэнергии. An усовершенствованная версия с усовершенствованным термоэлектрическим генератором ZT = 2 работающий от 500K до 2000K, и термоэлектронный преобразователь с более высокой температурой работая между 2000K и 3200K, будет эффективность от 27% до 17% соответственно. Это будет извлекать 2,59 МДж и 4,83 МДж электроэнергии из каждой ступени на каждый кг водорода, всего 7,4 МДж. Каждый кг метана дает 1,95 МДж электроэнергии.
Кроме того, термоэлектроника может работать с другими системами преобразования энергии для достижения очень высокого общего КПД.В то время как излучение черного тела от высокотемпературного термоэмиттера является источником неэффективности, его можно использовать для производства электроэнергии с использованием термофотоэлектрических панели (ТПВ). Обнаружено, что термофотоэлектрический элемент работает как фотоэлектрический элемент. в солнечных панелях, за исключением того, что он может преобразовывать длины волн, испускаемых поверхностью менее яркий, чем Солнце в электричество. ток работа направлена ​​на повышение эффективности термофотоэлектрических систем с использованием излучатели при более низких температурах (от 1000 до 2000 К) с КПД от 25 до 38% предсказано.Однако у нас может быть эмиттер 2800K, непосредственно нагреваемый ядерным реактор, излучающий длины волн с пиком на 1000 нанометров. Преобразование КПД может достигать 56% с использованием многопереходных фотоэлектрических элементов галлий-индий-мышьяк-фосфор. В качестве был упомянут в предыдущем сообщении ToughSF, Была продемонстрирована эффективность 61%. В тепловое излучение, достигающее этих фотоэлектрических элементов, нагревает их. Горячей фотоэлектрические элементы быстро теряют эффективность. Поэтому важно поддерживать температура около 300К, которую мы реализуем с помощью криогенного топлива как радиатор.С помощью КПД 50%, мы находим, что термофотоэлектрическая установка с очень высокой температурой система может производить 4,2 МДж электроэнергии при использовании жидкого водорода в качестве радиатор. Продвинутая версия этой установки вряд ли увеличит эффективность или температуры намного дальше. Хотя плотность мощности могла бы стать лучше. В преимуществом термофотовольтаики является их хорошая удельная мощность относительно термоэлектрические или термоэлектронные устройства и отличный общий КПД. Однако, необходимость работы при низких температурах означает, что только часть используется охлаждающая способность криогенного топлива.Теперь мы переходим к совершенно другому методу выработка электроэнергии. Он работает с использованием двух поршней, которые обмениваются газами как один нагревается, а другой остывает. Движение поршней приводит в действие генератор.
Цикл Стирлинга в настоящее время является крупнейшим действующим видом ядерной энергетики для космоса, с помощью НАСА «Kilopower». Из протокола испытаний конструкции можно процитировать: «Тепловой КПД двигателя колеблется от 30 до 34% примерно при 50% Карно ».
Это интересная информация.Это говорит нам, что если есть генератор Стирлинга (STG) с соответствующими материалами (возможно, карбид вольфрама с инертным гелием газ в качестве рабочего тела), мы могли бы иметь горячий конец, непосредственно нагретый ядерным сердечник до 2800К, а холодный конец охлаждается криогенным топливом. Холодный конец 1000K означает, что генераторы Стирлинга работают при температуре от 2800K до 1000K. градиент, обеспечивающий максимальную эффективность Карно 64%. Если генератор управляет половиной этого максимального КПД, получаем 32%.

Охлаждение емкость жидкого водорода, нагретого до 1000К, составляет 14,2 МДж / кг. КПД 32% означает, что на каждый килограмм использованного водорода можно произвести 6,7 МДж электроэнергии.

Использование жидкости метан позволяет производить 1,6 МДж электроэнергии.

Более продвинутый В конструкции Стирлинга будет использоваться свободный поршень внутри линейного генератора для достижения 63% коэффициента Карно. максимум. В паре с 3200K hot конец из более высокотемпературной ядерной зоны и того же холодного конца 1000K, что и ранее мы могли ожидать общую эффективность 43%.
Электричество который может быть образован при использовании водорода, увеличивается до 10,7 МДж, а с метаном до 2,6 МДж. Главное преимущество Стирлинга генераторы в том, что они могут достичь лучший процент максимальной эффективности Карно и, как правило, лучше плотности мощности, чем альтернативы. Газ в баллонах может быть отличается от охлаждающих жидкостей, используемых для повышения или понижения их температуры, поэтому теоретически они могут выдерживать очень высокие температуры, не беспокоясь о химических деградация.

Недостаток хотя они работают в большом температурном градиенте, поэтому они должны быть прочными и, следовательно, более тяжелыми, и у них есть несколько движущихся частей, которые сократить срок их эксплуатации. На космических кораблях им может потребоваться включить гаситель вибрации.

Это дизайн, который мы описали ранее, когда объясняя ядерную теплоэлектрическую концепцию. Горючее используется для привода Цикл Брайтона. Энергия извлекается из разницы температур между теплообменник и выход турбины и используется для привода вала, который вращает электрический генератор.Процесс зависит от ряда факторов, таких как степенью давления и теплоемкостью газов. Следовательно, это невозможно использовать простой процентный показатель для эффективности. Используя «современную» ядерную зону в качестве внешнего источника тепла, мы ожидаем, что температура будет достигать 2800K, чтобы максимизировать эффективность. Однако лопатки турбины должны нести основную тяжесть этих температур. Oни должны вращаться на высоких оборотах и ​​сохранять достаточную прочность, чтобы не сломаться или медленно удлиняются.Что еще хуже, с турбиной на космическом корабле на самом деле невозможно охлаждать лопатки турбины холодным воздухом снаружи или холодная вода из бесконечного водоема. Результат — жесткие ограничения на температуры, с которыми могут работать турбогенераторы.
Максимальное значение, с которым может справиться типичная неохлаждаемая лопатка турбины на никелевой основе, составляет 1200 К. Давайте посчитаем, используя водород. Начнем с двух ступеней компрессора, каждая увеличение давления газа в 10 раз. Температура увеличивается в 1 раз.95 после каждого этапа. Промежуточный охладитель между ступенями поглощает немного тепла. Если установить температуру на входе 410K, водород будет выходить из компрессора первой ступени при 800К. Он входит в интеркулер, в котором холодный жидкий водород используется для поглощения тепла, добавляемого сжатие. Сжатый газ охлаждается до 410К, а жидкость водород нагревается до 400К газа, готового к отправке в компрессор. 5,7 МДж тепловой энергии обменивается на килограмм. Проходим второй этап компрессор позволяет достичь 100-кратного начального давления и температуры 800К.Нагреваем водород в активной зоне реактора до 2000К. Водород под высоким давлением и при высокой температуре теперь входит ступень турбины должна быть расширена, чтобы ее энергия могла быть извлечена как механическая работа. Расширение до 100-кратного перепада давления снижает температура в 3,8 раза, поэтому выходит при 526К. Компрессоры на сжатие каждого килограмма водорода израсходовано 11,4 МДж. Турбина может извлекают 23,2 МДж, поэтому чистый результат составляет 11,8 МДж на каждый кг водорода. Тогда это преобразуется в электричество генератором переменного тока.Если мы примените реальную эффективность к этим шагам (95%, 90% и 95%), мы больше скорее всего, вместо этого вырастет 8,4 МДж. Это общая эффективность около 52%. В выхлоп турбины снова проходит через активную зону реактора для повторного нагрева на выходе через сопло, где полученная электрическая энергия используется для увеличения скорость истечения. Метан в том же цикле Брайтона потребляет 1,1 МДж / кг в компрессорах, извлекает 6,4 МДж / кг. в турбине и получает 5,3 МДж электроэнергии на каждый использованный килограмм.При реальной общей эффективности 56% это 4,4 МДж. А более совершенная турбина может активно использовать полые лопатки турбины из керамических материалов охлаждается жидкометаллической тепловой трубкой. Карбид гафния может образовывать внешний слой в то время как карбид кремния образует сердцевину. Такое расположение сводит к минимуму использование очень плотный гафний-рений-вольфрам сплава при использовании того факта, что внутренняя часть лопатки турбины может быть хранить при температуре <2000K, где более легкий карбид кремния удерживает его сила.Активный охлаждение - это то, как нам удается повысить производительность турбины с помощью существующих материалов, только то, что мы применяем концепцию здесь к значительно улучшенным материалы. Благодарность с этими улучшенными материалами мы можем работать при 2800К. Мы также будет использовать компрессоры большего размера для достижения еще более высоких давлений, возможно, 500 раз первоначальное давление. Это похоже на выполнение простого турбонасосы на ракетных двигателях сегодня, такие как Raptor, где давление на выходе 643 бар. Чтобы максимизировать эффект промежуточного охлаждения, мы можем разделить сжатие на три этапы.Между каждой ступенью находится промежуточный охладитель, в котором используется криогенный охлаждающая способность топлива. Давайте запустите числа на образце дизайна. Три компрессоры, нацеленные на увеличение давления в 500 раз, могут быть установлены для достижения 10x, 10x и 5x. Это повысит температуру газообразного водорода в 1,95 раза, 1.95x и 1.59x соответственно. Если газообразный водород поступает на вход турбины с температурой 200К, выходит из первая ступень компрессора на 390К. Компрессор потребляет 2,66 МДж на каждый килограмм, который проходит.В первый интеркулер снижает температуру водорода до температура на входе компрессора. В теплообменнике газообразный водород охлаждается с 390К до 200К и разогрев холодного топлива с 22К до 166; это обмен 2,66 МДж тепла на каждый килограмм. В Вторая ступень компрессора также потребляет 2,66 МДж / кг и выпускает 390 тыс. газа. Это передает газы во второй охладитель, который снижает их температуру до 358 К. С холодной стороны теплообменника интеркулера мы получаем газы на 200К, которые пойдут на вход турбины.С горячей стороны получаем газы при температуре 358K, которые войдут в стадию заключительного сжатия. В третий компрессор потребляет 3,1 МДж, а нагрев компрессора вызывает температура газообразного водорода увеличится с 358К до 571К. Горячий напорный Затем водород подается в активную зону ядерного реактора. Водород выход из ядра находится на 2800К. Турбина расширяет его до 500-кратного давления градиент. Расширение охлаждает водород до 460 К и 38,2 МДж. энергия может быть извлечена из каждого кг водорода, прошедшего через турбина.Он преобразуется в электричество генератором переменного тока. В Чистая энергия, произведенная в виде электричества в этой конструкции, составляет 29,78 МДж. С реалистичным КПД, это 27,4 МДж. Мы выяснили, что общий КПД составляет 76%. Метан Использование в этой конструкции позволяет получить реалистичный прирост энергии 8,4 МДж / кг. Общая эффективность метана составляет 73%. Много эти турбины извлекают больше энергии на каждый килограмм криогенного топлива, чем с предыдущими генераторами. Турбины также очень легкие за мощность, с которой они работают, и их можно использовать в паре с электрическими генераторами которые уже достигают более 15 кВт / кг удельной мощности.Сверхпроводящий версии последнего могли достигать 40 кВт / кг. Вместе мы видим силу система преобразования, которая в десять раз превосходит показатели предыдущих примеров в ваттах на килограмм массы оборудования. Этот выгодный уровень производительности - вот почему турбомашинное оборудование является предпочтительным методом генерирования энергии на Земле и в космосе. Один из недостатков турбин с керамическими лопатками, однако, является то, что они хрупкие при более низких температурах и склонны к растрескиванию при слишком быстром нагреве.Как правило, у них более короткий срок службы, чем у генераторов, и они практически не двигаются. части, еще короче, если они начинают получать удары во время бой или удары при входе в атмосферу. Этот делает турбомашины относительно хрупкими. это также возможно добавить регенератор, когда выхлоп турбины холоднее чем газы, проходящие через компрессоры. За Например, если температура на входе в компрессор составляла 400K, а на выходе температура была 781К, а температура выхлопа турбины 526К, как в современный дизайн 2000K выше, тогда мы используем выхлоп турбины как холодную сторону теплообменник и компрессор газ в качестве горячей стороны.В регенератор позволяет этим газам достигать промежуточной температуры. В этом случае, среднее значение 781 КБ и 526 КБ составляет 653 КБ. Эффект охлаждения компрессора газ поэтому 128к. 1,8 МДж регенерированной таким образом тепловой энергии может снизить необходимость использования охлаждающей способности криогенного топлива за счет то же количество. Эту охлаждающую способность лучше использовать в другом месте. В пример усовершенствованного генератора Брайтона, описанный ранее, два промежуточных охладителя используются между тремя ступенями сжатия.Первый интеркулер потребляет больше всего охлаждающей способности криогенного топлива, поэтому вторая ступень может только снизить температуру газообразного водорода на 32К перед переходом на третью ступень. С помощью регенератор позволил бы значительно снизить температуру и соответствующее снижение расхода на сжатие третьего ступень компрессора, так как она будет работать с более холодными газами. Этот переводится в значительную часть этой экономии, в конечном итоге электричество в конце.Однако вопрос в том, действительно ли увеличившийся вес от регенератора позволяет повысить общую эффективность, которая незначительно влияют на общую удельную мощность. В другие варианты, возможные с использованием цикла Брайтона, - это конструкция с двойной петлей, где выхлоп одной турбины подается во вторую турбину или замкнутый контур, где криогенный водород используется только для охлаждения выхлопа турбины, чтобы он могут быть переработаны, как и радиатор. Этот это еще один совершенно другой метод производства электроэнергии.А Магнитогидродинамический генератор (МГД) использует магнитные поля для замедления проводник движется через него. Кинетическая энергия проводника прямо равна преобразуется в электричество. Водород, метан или другое хорошее ракетное топливо не подходят для непосредственного использования в МГД-генераторе, так как они должны быть ионизированы, чтобы стать хорошими проводниками (как плазма), но это происходит только при очень высоких температурах. Когда они остывают проходя через каналы генератора МГД, они снова становятся нейтральными газами.Было предложено несколько решений: заделка пороха элементами, которые легко ионизировать при более низких температурах, ионизируя порох электронным лучом или имеющий замкнутый МГД-генератор с отдельной жидкостью. Замкнутый цикл - это на чем мы сосредоточимся сейчас, а не на открытом цикле. В нем циркулирует легко ионизируемый элемент, например цезий, калий, рубидий или ксенон между нагревателем, воздуховодом MHD, охладителем и насос. Нагреватель передает тепловую энергию от активной зоны ядерного реактора.Возможны экстремальные температуры. Горячая жидкость проходит по каналам МГД, где добывается часть его энергии. При этом жидкость теряет давление и температура. Затем он проходит через кулер, куда мы вносим криогенное топливо для работы в качестве радиатора. Затем охлаждающая жидкость перекачивается обратно. до расчетного давления, чтобы снова пройти через контур. Технически, это еще один цикл Брайтона. По сравнению с турбиной вариант с МГД имеет больше преимуществ. способность выдерживать любую температуру, но теряет способность извлекать большую часть энергия жидкости.Существуют конструкции МГД-генераторов, работающих на 4000К. температуры и выше, что-то невозможно отправить через турбину. Гелий используется, засеянный калием. Температура горячего конца 2800К, как и у активная зона реактора, обеспечивающая тепло. Температура холодного конца ограничена точка, в которой калий перестает ионизироваться и становится нейтральным атом. Это происходит примерно на 1000К. Этот означает, что максимальная эффективность Карно составляет 64%. Неэффективность МГД Генератор и требования к насосу означают только половину этого доступны, поэтому общая эффективность составляет 32% с помощью промежуточных охладителей и регенераторы.Если мы установите температуру кулера на 500K, тогда охлаждающая способность 7 МДж / кг может быть получается из жидкого водорода и 1,43 МДж / кг из жидкого метана.

Этот означает выигрыш в 3,29 МДж электроэнергии на каждый килограмм жидкости. расход водорода, или 0,67 МДж на каждый килограмм жидкого метана.

Много больше можно сделать с более совершенным МГД-генератором и более высокой температурой ядерного реактора. За Во-первых, смесь гелия и калия может быть нагрета до 3200 К. Это увеличивает максимальный КПД Карно до 68.8%, при той же температуре на выходе 1000К. Мы может также использовать сверхпроводящие магниты для МГД-генератора и электрического двигатели, вращающие компрессоры. Это может позволить нам использовать общую эффективность цифра 66%. Положив все эти расширенные функции вместе и предполагая одинаковую более низкую температуру 500 К, мы можем получить 13,5 МДж из жидкого водорода или 2,78 МДж для жидкого метана. Из Конечно, цикл МГД-генератора можно значительно улучшить. 1000К газов на выход из канала МГД достаточно горячий, чтобы запустить еще один цикл выработки электроэнергии.Это может быть еще один цикл Брайтона с использованием турбины, где мы можем извлечь еще 40% оставшейся энергии между 1000K и 500K, что улучшит общее КПД усовершенствованной МГД-конструкции до 79,6% (а прирост энергии на колоссальный фактор 1,66x, до 22,41 МДж с жидким водородом и 4,6 МДж с жидкостью метан). Или скромное устройство ТЭГ, которое может получить только несколько процентов остается энергия, но не добавляет движущихся частей. Там — несколько преимуществ МГД-генератора. Имеет очень высокую удельную мощность, никаких движущихся частей, кроме насосов и ядерного реактора, нужно было бы только иметь одну секцию одинарного давления, которую пропеллент проходит один раз.Это может легко может использоваться в качестве дополнительного цикла для энергогенерирующих систем, которые не могут выдерживают экстремальные температуры, но могут использовать выхлоп MHD. Фактически, это лучше всего иметь магнитогидродинамический, брайтонский и термоэлектронный / термоэлектрический работает последовательно.
Каждый цикл лучше всего работает в определенном диапазоне температур. Магнитогидродинамические генераторы хорошо работают при экстремальных температурах, турбины предпочитают более низкие температуры, с которыми могут работать лопатки турбин, в то время как термоэлектрические генераторы могут работать при низких температурах.Общий КПД при использовании «комбинированного» цикла приближается к 80%. Комбинация с наивысшей плотностью мощности, вероятно, будет конструкцией с турбо-МГД. Однако, имеющий высокотемпературную жидкость, смешанную с химически активными металлами, циркулирующую и круглая петля приведет к проблемам с коррозией, которые сокращают срок службы генератор. Магниты, которые должны оставаться холодными для максимальной эффективности, должны размещать рядом с перегретыми газами. Сверхпроводящие магниты имеют даже большие проблемы с терморегулятором. В В этом разделе мы рассмотрим, как электрическая энергия, производимая генераторы из предыдущего раздела можно использовать для увеличения скорости выхлопа.Resistojet — это простое нагревательное устройство, в котором пропеллент проходит через вольфрам или другой огнеупорный материал материал, так что температура увеличивается за счет проводимости. Вольфрам может выдерживать температуры до 3500 К. Обычно это выше, чем температуры самих ядер, так как они в другом исполнении ограничения (например, выживание в условиях интенсивной радиации). Если мы использовать резистивный двигатель в качестве электрического усилителя для «современного» ядерного теплового ракета, мы можем поднять температуру выхлопа с 2800К до 3500К.Этот может показаться незначительным увеличением, но есть существенное преимущество с водородным топливом, термически распадающимся на отдельные атомы (от h3 до H). Это вдвое уменьшает среднюю молярную массу выхлопа, а это означает, что Isp увеличивается. от 912 с (8,94 км / с) до 1270 с (12,4 км / с). За усовершенствованное ядерное ядро, уже работающее на 3200К, выгода столь незначительна, как пренебрежимо малым, поскольку он уже термически разложил водород и только получит увеличение Isp с 1213 (11,9 км / с) до 1270 (12.4 км / с). Эффективность считается, что составляет около 80%. Arcjet нагревает топливо до очень высоких температур с помощью электрической дуги. Нет, это не так ограничен температурой плавления любого материала, но страдает от постоянного эрозия его электродов. Температуры достижимы до 12000K, а поскольку выхлопные газы уже были нагреты ядерным реактором, мы можем отбросить ионизационные потери и посмотреть только на 80-90% тепловой КПД.

В с этим электрическим усилителем мы не ограничены по температуре, а по энергии.

любой топливо, попадающее в электрический ускоритель, следует рассматривать как плазму (или скоро будет!). Это означает, что он имеет коэффициент теплоемкости 1,66 и фиксированная теплоемкость 20,37 Дж / моль / К. В На практике, чтобы нагреть 1 кг одноатомного водорода на 1 кг, требуется 20,37 кДж. Кельвина и 6,36 кДж для нагрева 1 кг метана, термически разложенного на составляющие (средняя молярная масса 3,2 г / моль) на 1 Кельвин. Если мы имея 6 МДж на каждый кг водородного топлива, мы можем увеличить температуру на 265К (при КПД 90%) от 3200К до 3465К, с соответствующее увеличение скорости истечения всего на 4%.

Те те же 6 МДж, подаваемые на дуговой двигатель, работающий на метане, увеличивают температуру на 849K с 3200K до 4049K, увеличивая скорость выхлопа на 12,4% …

Микроволновая печь, Лазерный и радиочастотный индукционный нагрев Эти являются усовершенствованными способами дальнейшего подогрева пороха. Микроволны или лазеры могут использоваться для непосредственного нагрева топлива, при этом выбор делается в зависимости от того, насколько хорошо поглощаются их длины волн. РФ Индукция использует переменное магнитное поле для воздействия на проводящий порох.Эффективность с помощью этих методов может быть от хорошего (эффективность лазеров> 60%) до высокого (> 90% эффективные индукционные катушки) и не имеют температурных ограничений. Эрозии нет проблема, поэтому они могут работать очень долго. Плотность мощности также улучшается с каждым годом.

В отличие от резистивных или дуговых струй, здесь нет практических ограничений по температуре, только тепловой поток, с которым могут справиться стены. Электромагнитный разгон Этот Категория электроусилителя использует электромагнитные силы для прямого ускорения порох с использованием эффектов Лоренца, Холла или пондеромоторного типа.Больше электричества энергия напрямую превращается в кинетическую энергию, что делает их гораздо более эффективными, чем просто нагревая топливо. Мы интересуются безэлектродными плазменными двигателями. Потому что источник нашего Плазма — это активная зона ядерного реактора, испускающая газы очень высокой температуры, к которым может быть добавлен легко ионизируемый посевной материал, нам не придется потери от использования оборудования, необходимого для генерации плазмы. Это уже значительно повышает нашу потенциальную эффективность. Некоторые более простых конструкций, таких как импульсный индуктивный двигатель, непригодны для использования в качестве пропеллент из реактора непрерывный.Другие подобно пондеромоторному плазменному двигателю, основанному на ненагревающей части двигателя VASIMR, плазменный ускоритель бегущей волны или ELF конструкция может напрямую преобразовывать электричество в кинетическое движение с КПД превышает 80% при использовании различных топлив и практически неограниченная скорость выхлопа (предполагается, что VASIMR на высокой передаче достигнет Isp 30,000!). Использование сверхпроводящих магнитов может принести плотность мощности электрического ускоритель до приемлемого уровня, поэтому они не влияют на массу движителя требований слишком много.Более того, они не повышают значительно температуру выхлопных газов, поэтому они могут работать намного дольше с более легкими материалами.

Высокоэффективный цикл выработки энергии с использованием всех приемов, описанных в книге (рециркуляция, комбинированные циклы, регенерация и т. Д.) С использованием этих типов ускорителей, может поднять Isp до 1800-х годов. С помощью криогенное топливо в качестве радиатора не означает, что радиаторы необходимо исключены из дизайнов, которые могут их использовать. Сила генерирующие циклы с более высокой температурой холодных концов могут излучать много отводите тепло, используя относительно небольшие радиаторы.2 двухсторонних ребра, находящиеся в открытом пространстве, могут отводить 7 кВт отработанного тепла при излучении на 500K, и 113,4 кВт при 1000 К. Радиаторы других типов могут справиться с этим отходящим теплом с очень небольшой массой оборудования путем распыления жидкости капли или электростатический цикл пыли в теплообменнике и из него. Следовательно, у нас могут быть циклы выработки энергии, в которых используются радиаторы в дополнение к охлаждающая способность топлива для извлечения еще большего количества электроэнергии из каждого килограмм израсходован. Каждый MJ, удаленный с помощью радиаторов, — это MJ, который не использует увеличить охлаждающую способность топлива.2. А космический корабль может использовать радиаторы для увеличения общего количества электроэнергии, которую он производит или снижает скорость, с которой расходуется топливо. Радиаторы можно удлинить или убран для изменения выходной мощности или скорости расхода топлива, это хороший вариант, когда вы сталкиваетесь с различными ситуациями, такими как бой (где радиаторы могут быть повреждены) или длительные ускорения (где предпочтительнее максимально эффективный электродвигатель). Сила системы генерации, которые могут работать при разных температурах, дают еще больше параметры.Небольшие радиаторы можно использовать для отвода тепла от высоких температур (например, термоэмиссионный преобразователь, работающий от 2000 до 1500K) при более низкой температуре шаги, которые потребовали бы тяжелого управления температурой, могли бы вместо этого использовать поток криогенное топливо. Когда необходимо убрать радиаторы, все требования к охлаждению. Если дополнительная мощность не требуется, мощность цикл генерации работает только с высокотемпературными ступенями и отключает более низкие температуры. Два типы космических кораблей максимально выигрывают от ядерной теплоэлектроэнергетической тяги технологии.В Во-первых, это быстрые транспорты, которые хотят минимизировать время межпланетных путешествий. Второй — военные корабли. Быстрый транспортные средства стремятся путешествовать по очень энергичным траекториям, используя много deltaV. Они хотят быстрого ускорения ядерных тепловых двигателей, но также Исп ядерной электродвигательной установки. Быстрый ускорение необходимо, чтобы быстро покинуть низкие орбиты вблизи планет, как максимизация эффекта Оберта и сокращение времени, затрачиваемого на прохождение радиационные пояса. Химические двигатели большой тяги — вот почему миссии Аполлона могут получить на Луну за 3 дня при стоимость 4 км / с deltaV, но предлагаемая электрическая Двигательной установке потребуется 9 месяцев, чтобы медленно продвинуться туда.А ядерная тепловая ракета может обеспечить такую ​​высокую тягу, а также удвоить удельный импульс. Благодаря термоэлектрической конструкции, увеличивающей Isp примерно с 1000 к почти 2000-м годам пропускная способность deltaV снова удваивается без значительных потерь ускорение. Этот Документ НАСА описывает, как космический корабль с опциями как с высокой тягой, так и с двигателем с высоким Isp в конечном итоге имеет лучшую производительность, чем любой другой вариант. НТЭР может реализовать тот идеал. Военные корабли получить еще больше от ядерной теплоэлектрической двигательной установки.Это будет иметь три конкурирующих требования. Первый — вырабатывать электроэнергию. так что он может использовать лазеры, электромагнитные ускорители, активные датчики и другое энергоемкое оборудование. Второй — защитить себя от врага. Огонь. Третий — не отставать от своих целей и убегать от ракет. В первые два требования противоречат друг другу, потому что создание электричество также производит отходящее тепло, и обычно избавляется от отходящего тепла означает выставление больших радиаторных панелей в космос.Эти панели нельзя бронировать. (это нарушит их функцию) и станут большими слабыми местами, что когда повреждены, предотвращают выработку электричества. В второе и третье требования противоречат друг другу, потому что потребности deltaV должны удовлетворяться в основном запасы топлива. Лучшее топливо, такое как жидкий водород, очень объемные и прикрытие топливных баков броней становится массовым наказанием. Противник может принести в бой больше оружия, если у него нет такого же массовый штраф, в то время как вы будете полностью во власти ракет и кинетики, если вы не можете уйти с дороги, если не защитили топливные баки.Все из этих конкурирующих требований могут быть выполнены NTER. От используя топливо в качестве радиатора, электричество может вырабатываться, когда радиаторы втянуты или даже не являются частью конструкции. Это означает полностью бронированный космический корабль без слабых мест все еще может генерировать мегаватты, необходимые для победы борьба. Кроме того, электрическая мощность может использоваться для увеличения выхлопа. скорость более плотного, менее оптимального топлива, такого как жидкий метан. Это 6,7 раз плотнее жидкого водорода, поэтому объем топливных баков для данное массовое отношение соответственно меньше.Требуется меньше брони. А военный корабль, использующий NTER, может в конечном итоге обогнать космические корабли, используя NTR, и превзойти космические корабли, использующие NER как для защиты, так и для ускорения.

С точки зрения научной фантастики, это может дать аргумент в пользу того, почему нет видимых излучателей. Двигательная установка NTER означает, что мы можем рассматривать «более мягкие научно-фантастические» конструкции как обоснованные с научной точки зрения.

Вам не нужно идти на компромисс между соображениями реализма и вашим выбором внешнего вида космического корабля.

Power Generation — термоэлектрический

Выходная мощность (P _o ) модуля в ваттах составляет:

P _o = R _L x

Возможно, но маловероятно, что в рамках данного применения генератора будут существовать точные условия, при которых один модуль будет обеспечивать точную желаемую выходную мощность. В результате большинство термоэлектрических генераторов содержат ряд отдельных модулей, которые могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или последовательно / параллельно.Типичная конфигурация генератора показана на рисунке (13.2). Этот генератор имеет общее количество модулей NT с количеством модулей, подключенных последовательно, и количеством модулей, подключенных параллельно. Общее количество модулей в системе:

NT = NS x NP

Рисунок (13-2)

Типовой термоэлектрический генератор

с последовательно-параллельным расположением модулей

Ток (I), проходящий через сопротивление нагрузки R _L , составляет:

	NS x S M x DT
I =	__________________
	NS x R M
	_____________ + R L
	НП

Выходное напряжение (В _O ) от генератора в вольтах составляет:

Выходная мощность (P _O ) генератора в ваттах составляет:

	NT x (S M x DT) 2 _________________ 4 x R M
P O = V O x I =

Общая тепловая нагрузка (Qh) на генератор в ваттах составляет:

КПД (E _g ) генератора составляет:

P _O
E _г = ——— x 100%
Qh

Максимальный КПД достигается, когда внутреннее сопротивление генератора (R _GEN ) равно сопротивлению нагрузки (R _L ).Сопротивление генератора:

NS x R _M
R _GEN = —————
NP

13.3 ПРИМЕР КОНСТРУКЦИИ: Чтобы проиллюстрировать типичный процесс проектирования, давайте проанализируем потребность в термоэлектрическом генераторе на 12 В, 1,5 А. Генератор необходим для питания телеметрической электроники на удаленном нефтепроводе, где горячая, непрерывно текущая нефть создает температуру кожуха трубы 130 ° C.Проточная вода (имеющая температуру 10 ° C) также доступна на удаленном участке, и было определено, что эффективный радиатор с водяным охлаждением может поддерживать температуру +30 ° C на холодной стороне генератора TE. используйте уравнения из раздела 11, чтобы получить значения SM, RM и KM для наших расчетов.

Чтобы начать процесс проектирования, мы рассмотрим параметры системы и сделаем некоторые предварительные расчеты.

Дано:

T _h = + 130 ° C = 403.2 ° K
T _c = + 30 ° C = 303,2 ° K
V _o = 12 вольт
I = 1,5 ампер

Для этого:

T _ср = (T _h + T _c ) / 2 = (403,2 + 303,2) / 2 = 353,2 ° K
R _L = V _o / I = 12 / 1,5 = 8,0 Ом
P _o = V _o x I = 12 x 1,5 = 18 Вт
DT = T _h -T _c = 403.2 — 303,2 = 100 ° К

Обычно желательно выбирать термоэлектрический модуль относительно «высокой мощности» для генераторов, чтобы минимизировать общую стоимость системы. По этой причине мы выберем модуль на 127 пар, 6 ампер, который будет использоваться в нашей конструкции.

При расчете SM, RM и KM для нашего выбранного модуля на 127 пар, 6 ампер, при Tav = 353,2 ° K получены следующие значения:

S _M = 0,05544 В / ° K
R _M = 3.0994 Ом
K _M = 0,6632 Вт / ° K

Требуемая мощность для нагрузки была рассчитана как 18 Вт. Теперь необходимо определить минимальное количество модулей, необходимых для удовлетворения этого требования к нагрузке. Максимальная выходная мощность от одного модуля:

	(S M x DT) 2	(0.05544 x 100) 2
P макс. =	____________ =	______________	= 2,479 Вт
	4 x R M	4 х 3.0994

Минимальное количество необходимых модулей:

	P o —— P макс	18 = ——— = 2,479
NT мин =			7.3 »8

Поскольку максимальная эффективность генератора достигается, когда R _GEN = R _L , для большинства приложений желательно выбрать конфигурацию последовательного / параллельного модуля, которая наилучшим образом приблизит этот баланс сопротивлений. Одним из возможных исключений для выравнивания R _GEN с R _L является ситуация, когда требуется относительно низкий ток (в миллиамперном диапазоне) и умеренное напряжение. В этом случае соединение всех модулей электрически последовательно может дать наилучшие результаты.Однако имейте в виду, что максимальное выходное напряжение от генератора будет получено от группы модулей с прямым последовательным соединением только тогда, когда сопротивление нагрузки значительно превышает внутреннее сопротивление генератора.

В качестве отправной точки при оценке любого термоэлектрического генератора часто бывает полезно сначала изучить прямую последовательно соединенную конфигурацию. Сопротивление последовательной цепочки из восьми модулей составляет:

R GEN =

NS x R M ————— = NP

8 х 3.0994 ————— 1

= 24,8 Ом

Видно, что сопротивление генератора 24,8 Ом значительно выше, чем сопротивление нагрузки 8,0 Ом, что указывает на то, что прямое последовательное соединение модулей, вероятно, не лучший вариант. Для условий всех серий, где NS = 8 и NP = 1, выходное напряжение составляет:

В группе из восьми модулей следующая наиболее логичная конфигурация соединения — это две параллельные цепочки по четыре модуля, т.е.е., NS = 4 и NP = 2. Сопротивление генератора для этой конфигурации, таким образом, составляет:

R GEN =

NS x R M ———— = NP

4 x 3,0994 ———— 2

= 6,2 Ом

В то время как R _{на 6,2 Ом, значение GEN} не совсем соответствует 8.Сопротивление нагрузки 0 Ом, это значение обычно считается находящимся в удовлетворительном диапазоне. В любом случае, это наиболее близкое соответствие сопротивления, которое может быть получено с выбранным типом модуля. Напряжение для этой схемы (12,49 В) рассчитывается следующим образом:

Теперь мы можем видеть, что Vo довольно близко к желаемому значению, и очевидно, что мы получили оптимальную последовательную / параллельную конфигурацию. Если требуется «точная настройка» Vo, это необходимо будет выполнить либо с помощью некоторой формы электронного регулирования напряжения, либо путем внешнего изменения применяемого перепада температур (DT).В некоторых случаях будет обнаружено, что выходное напряжение значительно выходит за пределы допустимого диапазона, несмотря на попытку всех возможных последовательностей / параллельных комбинаций. В этом случае может потребоваться использование альтернативного термоэлектрического модуля, имеющего другой номинальный ток и / или количество пар.

Теперь можно завершить анализ конструкции, определив уровни мощности и КПД. Поскольку мы установили Vo, выходную мощность (Po) можно просто вычислить:

(V _o ) ² (12.49) ²
P _o = ——— = ——— = 19,5 Вт
RL 8,0

Общая тепловая нагрузка (Qh) на генератор составляет:

КПД генератора (Eg) составляет:

E г =

P o —— Q h

х 100% =

19.5 ——— 657,5

x 100% = 2,97%

Тепло, передаваемое радиатору холодной стороны (Qc), составляет:

Q _c = Q _h — P _o = 657,7 — 19,5 = 638,2 Вт

Максимально допустимое тепловое сопротивление (Qs) радиатора холодной стороны составляет:

(Qs) =

T подъем ————— = Q c

30–10 ° C —————— = 638.2

0,031 ° C / Вт

Для любой конструкции термоэлектрического генератора всегда желательно максимизировать применяемый перепад температур, чтобы минимизировать общее количество модулей в системе. Эта ситуация хорошо видна на рисунке (13.3). Требования к модулям для типичного 12-вольтового генератора с силой тока 1 ампер показаны при нескольких фиксированных значениях Th, основанных на использовании 127-парных 6-амперных модулей TE.Из этого графика видно, что требуется очень большое количество модулей, когда температура холодной стороны (Tc) высока и, следовательно, перепад температур невелик. Производительность радиатора с холодной стороны имеет первостепенное значение, и его тепловое сопротивление должно быть чрезвычайно низким. Во многих случаях проектирование теплоотвода с холодной стороны оказывается самой сложной инженерной проблемой.

Рисунок (13-3)

Общее количество 127 пар модулей по 6 ампер, необходимых для 12-вольтового термоэлектрического генератора мощностью 1 ампер

13.4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ В КАЛОРИМЕТРЕ : Менее, но жизнеспособное применение термоэлектрических модулей, работающих в режиме выработки электроэнергии, заключается в создании калориметров. В обычном калориметре для измерения тепла используются обычные термопары, основанные исключительно на эффекте Зеебека. За счет использования термоэлектрического охлаждающего модуля с несколькими парами можно изготовить калориметр, имеющий чувствительность (выходное напряжение на единицу плотности теплового потока) в 10-200 раз большую чувствительность стандартной термопары медь-константин.При использовании в калориметре термоэлектрический модуль часто называют термобатареей. Выходное напряжение холостого хода (В) одной термоэлектрической пары, как описано в параграфе 13.2 и показано на рисунке (13.1), составляет:

В = S x DT

Где :

В = выходное напряжение пары в вольтах
S = средний коэффициент Зеебека в вольтах / ° K
DT = разница температур в паре в ° K, где DT = Th-Tc

Для реального модуля TE, имеющего несколько пар и коэффициент Зеебека SM, выходное напряжение (Vo) составляет:

V _o = S _M x DT

Тепловой поток через ТЭ или «термобатарею» составляет:

	K M x V o ————— S M
Q = K M x DT =

Где :

Q = тепловой поток в ваттах
KM = теплопроводность модуля в ваттах / ° K

Общая площадь поперечного сечения (AM) всех элементов в модуле составляет:

A _M = A x N

Где :

AM = общая площадь всех элементов модуля в см ²
A = площадь поперечного сечения одного элемента в см ²
N = общее количество элементов в модуле

Плотность теплового потока (q) в Вт / см ² составляет:

q =

K M x DT ————— = A M

K M x V o ————— S M x A M

Большинство стандартных термоэлектрических охлаждающих модулей могут использоваться в калориметрах, но улучшенная чувствительность может быть достигнута путем изменения отношения длины к площади (L / A) элементов ТЕ.Относительно большое отношение L / A, приводящее к высокому и «тонкому» элементу, обеспечивает наилучшую чувствительность калориметра. Чтобы проиллюстрировать эту ситуацию, рассмотрим следующее:

Чувствительность модуля как калориметра (Sc):

S c =

V o ————— q

S M x A M = ————— K M

Было замечено, что чувствительность (Sc) прямо пропорциональна коэффициенту Зеебека (SM) и общей площади поперечного сечения (AM) и обратно пропорциональна теплопроводности (KM).Переписав приведенное выше уравнение относительно теплопроводности (k) вместо теплопроводности (KM), мы получим:

S c =

S M x A M ————— k x N x A / L

Поскольку N x A = AM, выражение можно переформулировать как:

S c =

S M x L ————— k

Из этого уравнения очевидно, что чувствительность калориметра напрямую связана с длиной (L) элемента, и поэтому желательно выбирать термоэлектрический модуль с максимально возможным соотношением сторон элемента.Имейте в виду, что существуют практические ограничения на геометрию элемента из-за хрупкости кристаллического материала теллурида висмута. Однако, работая в этих пределах, можно изготавливать специальные модули, которые особенно подходят для использования в калориметрах.

Щелочные тепловые электрические генераторы AMTEC

Щелочно-металлический термоэлектрический преобразователь (AMTEC)

AMTEC — это электрохимическое устройство для прямого преобразования тепла в электроэнергия.Используется рециркуляционный рабочая жидкость из щелочного металла (натрия или калия), проходящая через твердый электролит в замкнутом контуре для получения поток электронов во внешней нагрузке.

Устройства

AMTEC зависят от уникальных свойств некоторых твердых керамических электролитов, таких как β «или P» оксид алюминия, которые благодаря своей кристаллической структуре очень хороши. проводники ионов, но плохие проводники электронов.

Рабочая жидкость приводится в движение по замкнутому термодинамическому циклу между источником тепла и радиатором, поддерживаемым при разных температурах, а во время паровой фазы цикла — доступная работа за счет изотермического расширения рабочего тела при прохождении через электролит. преобразуется непосредственно в электрическую энергию.

Принцип работы AMTEC

На схеме ниже показаны основные компоненты системы.

Термодинамический цикл работает следующим образом:

• Твердоэлектролитная ОСНОВА, являющаяся проводником Положительные ионы, но изолятор для электронов расположены в контуре рабочего тела натрия, и в нем поддерживается высокая разница температур.
• Тепло добавляется на стороне анода, повышая температуру натрия до более чем 1000 ° K, в результате чего он испаряется, а его давление повышается до более чем 20 килопаскалей.
• На холодной стороне устройства тепло отводится, так что температура падает ниже 700 ° K, а давление, соответственно, ниже 100 Па. Несмотря на то, что это «холодная» сторона, температура все еще относительно высока, потому что натрий должен храниться в жидкой форме.
• На анодной поверхности BASE нейтральные атомы натрия в паре ионизируются с высвобождением электронов. (Окисление — атом теряет электрон) Образующиеся ионы натрия поглощают скрытую теплоту испарения.
• Из-за большой разницы давлений на BASE и ее дифференциальная проводимость между электронами и ионами, положительные ионы натрия диффундируют через BASE к катоду, в то время как электроды обеспечивают путь проводимости для свободных электронов, которые вместо этого проходят через внешнюю нагрузку, выполняя полезную работу на своем пути к катоду где они рекомбинируются с ионами натрия для преобразования нейтрализованных паров металлического натрия.(Редукция — ион получает электрон)
• На холодной стороне пар выделяет скрытую теплоту испарения и конденсируется в жидкий натрий, который транспортируется обратно на горячую сторону электромагнитным насосом или в небольших системах с помощью простого пассивного фитильного механизма.
• Вернувшись к горячей стороне, натрий снова испаряется в испарителе, и цикл начинается снова.

Выходное напряжение между электродами находится в пределах 1.4 и 1,6 В постоянного тока.

В системе нет движущихся частей, и она будет продолжать вырабатывать электроэнергию до тех пор, пока в систему подается тепло и поддерживается разность температур на БАЗЕ.

КПД

Цикл AMTEC нагрева пара натрия для увеличения его давления с последующим его расширением и падением давления в твердом электролите и последующим охлаждением может рассматриваться как тепловой двигатель, максимальная теоретическая (идеальная) эффективность преобразования энергии или эффективность Карно. цикла определяется как (1-T _c / T _h ) * 100% , где T _h — температура на горячей стороне устройства, а T _c — это температура температура на холодной стороне устройства.В приведенном выше примере КПД Карно составляет (1-700/1000) * 100, что составляет 30%, хотя 40% теоретически возможно при более высокой рабочей температуре.

На практике, однако, наивысшая эффективность преобразования, которая была достигнута с устройствами AMTEC, составляет чуть более 20%, что очень выгодно отличается от альтернативных устройств прямого преобразования энергии, таких как матрицы полупроводниковых термопар (TEG), которые обычно имеют КПД от 5% до 7%. Это особенно важно для батарей, таких как радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), используемых в космических аппаратах, поскольку масса радиоактивного источника тепла, необходимого устройству AMTEC для производства заданного количества электроэнергии, будет составлять только четверть массы, необходимой для эквивалентный термопарный преобразователь энергии.Это означает огромную экономию массы системы, количества топлива и стоимости.

Поскольку устройство AMTEC не имеет движущихся частей и использует замкнутый тепловой цикл, его общая эффективность преобразования также выгодно отличается от обычных систем преобразования энергии паровых турбин и двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые имеют значительную неэффективность сгорания, потери на трение и в случае ДВС , насосные потери. В то время как эффективность всех трех систем страдает из-за потерь тепла, системы паровых турбин и ДВС должны работать в гораздо более высоких температурных диапазонах, чтобы достичь достаточно высокого КПД Карно, чтобы компенсировать дополнительные потери.См. Также КПД теплового двигателя.

См. Также Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую (1) Термоэлектричество

История

Вернуться к Обзор электроэнергетики

.