Строим солнечный двигатель
Солнечный двигатель часто используется в качестве бортового источника тока, применяемого в BEAM-роботах, которых часто называют «живущими» роботами (см. обсуждение BEAM-роботов в главе 8). Свое распространение солнечные двигатели получили благодаря работам Марка Тилдена, который сконструировал первый подобный двигатель. Другим изобретателем был Дэйв Хранкив из Канады, который построил свою версию солнечного двигателя для питания «танцующего» робота. Мне так понравились эти разработки, что я решил сделать свой вариант солнечного двигателя. В процессе работы мне удалось придумать новый вариант схемы, который увеличил его эффективность по сравнению с оригинальным вариантом.
На рис. 3.1 изображена электрическая схема солнечного двигателя. Рассмотрим ее работу. Солнечная батарея заряжает конденсатор емкостью 4700 мкФ. По мере заряда конденсатора, напряжение на нем возрастает. Однопереходный транзистор входит в режим колебаний и посылает импульс, отпирающий тиристор. Когда тиристор открыт, вся запасенная в конденсаторе энергия разряжается через двигатель с высоким КПД. Во время разряда конденсатора двигатель вращается. Потом происходит остановка и цикл повторяется.
Рис. 3.1. Схема солнечного двигателя
Схема солнечного двигателя проста и некритична к используемым деталям. Она может быть собрана на макетной плате, выводы элементов при этом соединены проводниками. Для желающих собрать двигатель на печатной плате – чертеж платы представлен на рис. 3.2. Печатная плата входит в набор для создания солнечного двигателя. На рис. 3.3 показана схема расположения деталей на печатной плате. На рис. 3.4 помещена фотография двигателя в сборе.
Рис. 3.2. Чертеж печатной платы
Рис. 3.3. Размещение деталей на печатной плате
Рис. 3.4. Солнечный двигатель в сборе
Список деталей солнечного двигателя
• транзистор 2N2646 (1)
• тиристор 2N5060 (1)
• конденсатор электролитический 22 мкФ (1)
• конденсатор электролитический 4700 мкФ (1)
• двигатель постоянного тока
• элемент солнечной батареи (2)
• печатная плата
• резистор 200 кОм 0,25 Вт
• резистор 15 кОм 0,25 Вт
• резистор 2,2 кОм 0,25 Вт
Двигатель с высоким КПД
Далеко не все электродвигатели имеют высокий КПД. Например, небольшие моторчики постоянного тока из радионаборов, как правило, имеют низкий КПД. Для определения этого существует простая процедура. Повращайте пальцами ось двигателя. Если ротор вращается плавно и продолжает вращение, когда вы отпустите ось, то, возможно, это двигатель с высоким КПД. Если ось ротора поворачивается рывками, и вы чувствуете сопротивление, то, скорее всего, КПД такого двигателя невелик.
Особенности конструкции солнечного двигателя
Солнечные элементы, использованные в устройстве, имеют высокий КПД и высокое выходное напряжение. Для солнечных элементов типично выходное напряжение в пределах 0,5–0,7 В при различных токах, которые зависят от размеров элемента. Солнечный элемент, использованный в данной схеме, дает паспортное напряжение порядка 2,5 В, но без нагрузки он заряжает конденсатор до уровня 4,3 В.
Я уверен, что некоторые из тех, кто захочет построить подобную схему, уже думают о возможности более быстрого заряда емкости через увеличение количества солнечных элементов. Данной вещи делать не следует. Дополнительные элементы действительно увеличат ток заряда и, соответственно, сократят его время, но только в первом цикле. Для того чтобы тиристор закрылся и начался новый цикл, необходимо, чтобы ток, протекающий через тиристор, прекратился (или стал очень малым). А в случае, если солнечная батарея будет отдавать достаточно большой ток, то тиристор «залипнет» в открытом состоянии. Соответственно, вся энергия батареи будет через открытый тиристор рассеиваться на подключенной нагрузке. Конденсатор не будет заряжаться, и схема выйдет из циклического режима.
Для правильной работы детали схемы специальным образом подобраны. Единственный компонент, допускающий вариации в значительных пределах, это накопительный конденсатор. Меньшие значения емкости приведут к более быстрому циклу «заряд-разряд». Большие значения емкости или использование нескольких конденсаторов приведут к запасанию большего количества энергии и, соответственно, совершению большей работы, однако следует помнить, что при использовании подобных емкостей цикл «заряд-разряд» может сильно удлиниться.
Применение
Схема солнечного двигателя может находить массу новых и неожиданных применений, например, как бортовой источник энергии солнечного гоночного автомобильчика, источник питания реле, бакена, собранного на светодиодах, моторчика для передвижения робота или, как показано на рис. 3.5, устройства поворота американского флага.
Рис. 3.5. Поворот флажка с помощью солнечного двигателя
Привлекательность солнечного двигателя в том, что он может работать «вечно», пока не выйдет из строя какая-то из его частей, что может произойти через годы.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
tech.wikireading.ru
На каждой пластине установлены грузы 6. С их помощью увеличивается момент инерции и, следовательно, мощность двигателя. При сборке очень важно обратить внимание на тщательную балансировку вала, диска, пластин и грузов.
Вал модели начинает сразу же вращаться, если её выставить под прямые солнечные лучи. Больший эффект получается тогда, когда половина биметаллических пластин освещается солнцем, а половина остаётся в тени. Скорость вращения возрастёт, если на пути лучей поставить линзу-концентратор.
Enertia кажется совершенным электрическим мотоциклом
С точки зрения физики объяснить работу двигателя Найденова несложно: биметаллическая пластина солнечными лучами нагревается и искривляется. Если с внешней стороны пластины поставлен слой с большим коэффициентом линейного расширения, изгиб будет направлен внутрь. В результате её центр тяжести переместиться ближе к оси вращения, равновесие нарушится и вал провернётся на некоторый угол. Когда же пластина окажется в тени, она, остывая, выпрямится. А та, что попала под лучи солнца, в свою очередь, изогнётся. Вал повернётся ещё на некоторый угол. Конечно, подогрев и остывание пластин происходят непрерывно. Поэтому двигатель работает непрерывно, пока на него падают солнечные лучи.
В. Рощаховский Опубликовано в журнале "Юный техник", №10, 1980 г. Источник: http://energy.org.ru/ Если вам понравился этот материал, то предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП об экологически безопасных технологиях, новой науке и научных открытиях вы можете найти там, где вам максимально удобно ВКонтакте или В Фейсбуке Если у вас неправильно отображается страница, не воспроизводится видео или нашли ошибку в тексте, пожалуйста, нажмите сюда.
До широкого внедрения в жизнь солнечных и ветряных электроустановок, мобильные электрические генераторы вращали в основном двигатели внутреннего сгорания, бензиновые или дизельные. Технология, зарекомендовавшая себя как надежный, хоть и «грязный» с экологической точки зрения источник энергии, широко применяется и по сей день. Можно ли сделать ее чище, совместив с преимуществами солнечной энергетики? Свое решение предлагают изобретатели из Миссури Мэтт Беллу (Matt Bellue) и Бен Купер (Ben Cooper). Они работают над проектом HydroICE.
HydroICE расшифровывается как Hydro Internal Clean Engine, что-то вроде водяного внутреннего чистого двигателя. Его идея довольно оригинальна. HydroICE требуется для работы вода, масло и солнце. Происходит все следующим образом.
В цилиндры двигателя подается не бензин или другое углеродное топливо, а разогретое солнцем масло. Под действием солнечного света температура масла в нагревательном коллекторе системы достигает значения 200-370 градусов Цельсия.
Вместе с горячим маслом в цилиндры поступает небольшое количество воды. Что происходит в результате? Примерно, то же самое, что и при воздействии искры на бензо-воздушную смесь в цилиндрах обычного бензинового двигателя. Смесь буквально взрывается, мгновенно расширяясь.
Однако если в обычном двигателе давление образуется за счет химической реакции углеводородов с кислородом, то в HydroICE ничего не сгорает, под действием температуры масла вода превращается в пар и толкает поршень.
Выполнив работу, паро-масляная смесь удаляется из цилиндра и разделяется в сепараторе на масло и воду для повторного использования. Таким образом «топливо» никуда не исчезает, многократно выполняя одну и ту же работу.
Полезной нагрузкой HydroICE может служить электрический генератор, или какое либо другое устройство, например насос для перекачки жидкости. Идея настолько проста, что вызывает сомнение в своей жизнеспособности. Однако изобретатели уже построили миниатюрный прототип и уверены в его будущем.
Для тестирования технологии Беллу и Купер приспособили стандартный двухтактный бензиновый двигатель, и у них все получилось. По оценке изобретателей к.п.д. тестовой системы достигает 15%, что соизмеримо с эффективностью действующих коммерческих фотоэлектрических систем. Однако у HydroICE есть одно важное преимущество – цена. Изобретатели утверждают, что она не превысит четверти стоимости эквивалентной по производительности фотоэлектрической панели.
Совершенствуя технологию, Беллу и Купер сотрудничают с учеными из Университета штата Миссури, в части создания эффективных периферийных устройств, в частности – солнечного коллектора. На сайте Indiegogo они объявили сбор средств, необходимых для продолжения работы.
По материалам Indiegogo
www.facepla.net
Для умелых рук
Болгарский инженер Найден Найденов построил модель двигателя, в котором солнечная энергия превращается сразу в механическую. Познакомимся с двигателем на рисунке ниже.
В боковых стойках скобы 1 просверлены отверстия и нарезана резьба. В отверстиях завернуты два болта,служащие своего рода подшипниками 2. В их головках просверлены отверстия, куда входят конические головки вала 3. На валу закреплен диск 4 из теплоизоляционного материала. К диску параллельно валу прикреплены биметаллические пластины 5 (на рисунке показаны только две пластины, хотя их может быть и больше). Слои биметаллической пластины желательно разделить теплоизоляционными прокладками, чтобы снизить приток тепла от внешнего слоя к внутреннему.На каждой пластине установлены грузы 6. С их помощью увеличивается момент инерции и, следовательно, мощность двигателя. При сборке очень важно обратить внимание на тщательную балансировку вала, диска, пластин и грузов.
Вал модели начинает сразу же вращаться, если ее выставить под прямые солнечные лучи. Больший эффект получается тогда, когда половина биметаллических пластин освещается солнцем, а половина остается в тени. Скорость вращения возрастет, если на пути лучей поставить линзу концентратор.С точки зрения физики объяснить работу двигателя Найденова несложно: биметаллическая пластина солнечными лучами нагревается и искривляется. Если с внешней стороны пластины поставлен слой с большим коэффициентом линейного расширения, изгиб будет направлен внутрь! В результате ее центр тяжести переместится ближе к оси вращения, равновесие нарушится и вал повернется на некоторый угол. Когда же пластина окажется в тени, она, остывая, выпрямится. А та, что попала под лучи солнца, в свою очередь, изогнется. Вал повернется еще на некоторый угол. Конечно, подогрев и остывание пластин происходят не прерывно. Поэтому двигатель работает непрерывно, пока на него падают солнечные лучи.
В. РОЩАХОВСКИЙ Смотрите также:Солнечный двигательСолнце в упряжке
allpowr.su
Сила, энергия и мощность.Возобновляемая энергия. ВведениеЭффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив
Солнечная тепловая энергия1. Введение2. Солнечный водонагреватель на крыше3. Природа и пригодность солнечного излучения4. Солнечная радиация и времена года5. Удивительные свойства стекла6. Использование низкотемпературного оборудования на солнечной энергии - 1, 27. Активное солнечное нагревание8. Пассивное солнечное нагревание - 1, 2, 3, 4
9. Солнечные тепловые двигатели и электрогенераторы
Пока что мы рассмотрели только низкотемпературные приборы на солнечной энергии. Если же солнечный свет концентрировать с помощью зеркал, можно достичь достаточно высоких температур, чтобы кипятить воду и двигать поршни для управления паровозами. В настоящее время водяной пар выполняет механическую работу по движению электрического генератора.
Используемые системы имеют долгую историю и многие современные заводы мало отличаются от прототипов, построенных 100 лет тому назад. Действительно, если бы дешевая нефть и газ не появились в 1920-х, солнечные двигатели, возможно, развились бы быстрее, и были широко распространенными в солнечных странах.
Легенда гласит, что в 212 до н.э. Архимед отражающую силу отполированных бронзовых щитов греческих воинов, чтобы поджечь римские суда, осаждающие крепость Сиракуз. Хотя многие давно высмеяли эту историю как миф, греческие морские эксперименты в 1973 году показали, что если 60 мужчин вооружить зеркальными щитами каждый площадью 1-1,5 м3, то действительно можно зажечь деревянную лодку длиной 50 м.
Если каждое зеркало точно отразит солнечный свет на один и тот же квадрат, то концентрационное соотношение составит 60. При случайной прямой лучевой интенсивности 800 Вт*м-2 цель получила бы 48 кВт*м-2, что приблизительно эквивалентно плотности энергии кипящей воды в электрической кастрюле.
Самый употребимый метод концентрации солнечной энергии - использовать параболическое зеркало. Все лучи света, который идут параллельно к оси зеркала, формируются в пучки и отражаются к центру. Однако, если лучи идут под углом к оси, то они не пройдут через центр. Поэтому для такой зеркальной системы существенно отслеживает положение солнца.
Хочу снова вспомнит вот эти рисунки:
Переводы надписей:
Низкотемпературные солнцесборники (слева).
Неостекленная система, нагревающая на 0-10°С.Черная поглощающая пластина.Каналы для тока воды.
Плоская пластина (с водой), нагревающая на 0-50°С.Прозрачное покрытие.Оправа, обшивка, кожух (или-или).Черная поглощающая пластина.Ток воды.Изоляция.
Плоская пластина (с воздухом), нагревающая на 0-50°С.Воздушный канал.Ток воздуха.--------------------
Средне- и высокотемпературные солнцесборники (справа).
Фокусирующая линия, нагревающая на 50-150°С.Фокус.Ток воды.
Эвакуирующая трубаEvacuated tube
Нагревательный трубчатый конденсаторHeat pipe condenser
Водный потокWater flow
Нагревательный трубчатый испарительHeat pipe evaporator
Эвакуирующая стеклянная трубаEvacuated glass tube
Частично покрытая абсорбирующая пластинаSelectively coated absorber plate
Точечная фокусирующая системаЗеркалоФокусВходящий ток водыИсходящий ток воды--------------------
Как видите, эти зеркала могут быть сделаны с фокусными центрами в виде линии или в виде центральной точки. Для концентрации солнечного света в точку или на линию светоотражающие зеркала должны быть большую часть времени повернуты на юг, и необходимо отслеживать положение солнца на небе и поворачивать зеркала навстречу свету – и стороны в сторону, вверх и вниз. При фокусе в точку свет можно сконцентрировать на паровом котле. Для оптимальной работы системы ось зеркальной системы должна быть направлена непосредственно на солнце все время, поэтому требуется отслеживать солнце как в поднятии, так и в азимуте.
Большинство зеркал собрано из листов искривленного или плоского стекла, приспособленного к структуре. При создании таких концентрирующих систем приходится балансировать между сложностью проекта концентрирующей системы и его концентрационным соотношением (концентрирующей способностью). Хорошо спроектированный параболический солнцесборник может достичь концентрационного соотношения выше 1000. При фокусировке света на линии в каждой отдельной точке фокусам можно достичь концентрационного соотношения 50, но этого вполне достаточно для такой энергетической установки. Требуемое соотношение зависит от искомой, целевой температуры.
Параболическое зеркало облегчает фокусировку солнечных лучей в его центре.
Если бы вся доступная солнечная энергия использовалась оборудованием, будь то лодка или паровой котел, требовалось бы более тщательно поддерживать температурное равновесие между поступлением тепла и его отдаче окружающему воздуху. Эта теплоотдача большей частью осуществляется конвекцией и повторным излучением инфракрасной энергии, и ее размер будет зависеть от поверхности контакта с окружающей средой. При фокусировке света на линию в параболическом солнцесборнике создается температура 200-400°C. Система в виде блюда (или перевернутого зонта) может давать температуру выше 1500°C.
Что важно, никакой концентратор не может собрать больше энергии, чем будет потеряно, но ее можно сконцентрировать в одной маленькой области.
Первое поколение солнечных двигателей
Процесс превращения сконцентрированной солнечной энергии в полезную механическую работу начался в девятнадцатом столетии. Когда в 1860-х Франция ощутила недостаток поставки дешевого угля, Огюст Мушо (Augustin Mouchot), профессор математики из города Тур (Tours), предложил использовать солнечную энергию для движения паровозов. В 1870-х и 1880-х Муксо и его помощник, Авель Пифте (Abel Pifte), изготовили серию машин, использующих энергию солнечного света для работы печатных прессов (см. следующий рисунок), винных дистилляторов, кухонных печей и даже передвижных холодильных установок.
Печатная машина Авеля Пифте на солнечной энергии
Их базовый проект солнцесборника был параболическим концентратором с паровым нагревательным котлом, расположенным в центре. Паровые трубы шли к поршневой машине внизу. Система работала подобно железнодорожному паровозу.
Хотя эти системы широко внедрялись, их слабым местом был низкий КПД из-за низкой энергетической плотности солнечной энергии. Для того, чтобы понять некоторые особенности работы таких двигателей, использующих солнечную энергию, необходимо вспомнить второй закон термодинамики и его использование в двигателе Карно:
Тепловой двигатель, эффективность Карно ORC-циклы
Паровоз для движения использует кипяток, производящий пар высокого давления. Пар поступает к «расширителю», в котором из него извлекается энергия, пар истощается и становится низко эффективным. Расширитель может быть поршневой машиной или турбиной. Такие системы известны как тепловые двигатели.
Все тепловые двигатели работают с учетом второго закона термодинамики. Они все выполняют работу, получая тепло высокой температуры (Тзатраченное) и испускают тепло низкой температуры (Тполуч). В наилучшем случае максимальная эффективность, которой можно достичь, составляет:
Максимальная эффективность = 1 – Тполученное / Тзатраченное
где Тполученное и Тзатраченное выражены в градусах Келвина (или градусы Цельсия плюс 273). Эта идеальная эффективность известна как эффективность Карно, по имени французского ученого 19 столетия Сади Карно (Sadi Carnot).
Например, турбина, питаемая энергией от параболических солнцесборников, может получить пар с темпертурой 350°C и отдать пар охлаждающим колоннам до 30°C. Его теоретическая эффективность составляет:
1 - (30 + 273) / (350 + 273) = 0,51, т.е. 51%.
Его практическая эффективность около 25% - из-за различных потерь.
Системы, которые используют турбины, часто называют циклами Ренкина, по имени другого пионера термодинамики Уильяма Ренкина (William Rankine).
Естественно, что для кипячения воды ее нужно нагреть как минимум до 100°C. Этого трудно достичь с простыми солнцесборниками. Было бы удобнее работать с жидкостью с более низкой точкой кипения. Для того, чтобы это сделать, применяется система «замкнутого цикла» - с конденсатором, который возвращает генерируемый пар обратно в жидкость, а она снова поступает к паровому котлу.
Системы также развивались за счет использования устойчивых органических химикатов, снижающих точки кипения жидкостей. Подобные охладители используются в теплонасосах. Вариант работы тепловой турбины с охладителями известен как органический цикл или ORC-цикл (organic Rankine cycle). Эти циклы обычно используются в солнечных водоемах, OTEC-системах и некоторых видах геотермальных фабрик.
Вероятно, эти низкотемпературные системы имеют маленькую эффективность. Например, теоретическая эффективность Карно теплового двигателя, который вращается относительно низкотемпературным паром в 85°C, нагреваемым солнцесборником с плоской нагреваемой пластиной, составляет только 14%. При этом в результате его использования снижении температуры носителя составляет 35°C.
Первые французские солнечные паровозы не были способны создавать пар действительно высоких температур. В результате их тепловая эффективность была крайне низкой. Для их работы требовалась машина, которая занимала 40 м2 площади, а ее мощность была только пол лошадиной силы. (Это меньше, чем мощность современного домашнего пылесоса!)
В 1890-х стало ясно, что они не смогут конкурировать с возобновившимися поставками угля во ранции. А ситуация улучшилась в результате новых инвестиций в шахты и железные дороги.
В начале двадцатого столетия в США предприниматель Фрэнк Шуман (Frank Shumаn) снова использовал принцип нагрева солнцем снова, но использовал большие параболические солнцесборниками. Он понимал, что лучший результат можно получить в странах с солнечным климатом. После создания целого ряда прототипов он получил достаточно финансирования для большого проекта в Миди (Meаdi) в Египте. Он использовал пять параболических солнцесборников, каждый длиной 80 м и шириной 4 м. В центре стояли чугунные трубы, по которым пар поступал к двигателю.
В 1913 году его система выдавала 55 лошадиных сил, и была продемонстрирована целому ряду высокопоставленных лиц, в том числе лорду Китченеру, члену британского правительства. Если экономить уголь, который в Египет завозили из Великобритании, время окупаемости было только четыре года.
К 1914 году Шуман вел переговоры о строительстве солнцесборников на площади 20 000 квадратных миль в Сахаре, которые на постоянной основе производили бы 270 миллионов лошадиных сил, что соответствует энергоемкости всего добываемого ископаемого топлива в 1909 году (чтобы изучить вопрос подробнее, см. Butti и Perlin, 1980). Но началась Первая Мировая Война, а за ней последовала эра дешевого масла. Интерес к солнечным паровозам угас до второй половины 20-го столетия.
Продолжение следует
.
universal-inf.livejournal.com
Продолжая тему солнечной энергии я расскажу о моих эксперименты с двигателем Стирлинга. А одна из следующих статей будет посвящена экспериментам с солнечными батареями. Также я обосную свое мнение: почему именно солнечные батареи имеют большие перспективы, несмотря на их высокую стоимость.
Вернемся к двигателю Стирлинга. Двигатель Стирлинга изобрел Роберт Стирлинг (Rev Dr Robert Stirling) 🙂 Двигатель Стирлинга, который работает по циклу Стирлинга не смог конкурировать с двигателем внутреннего сгорания, который работает по циклу Карно. Теоретически КПД обоих циклов примерно одинаковый, но на практике Двигатель Стирлинга реализовать с высоким КПД значительно сложнее, чем двигатель внутреннего сгорания. Это и стало решающим моментом в “борьбе” двух систем. Несмотря на это, двигатели Стирлинга остаются достаточно интересными и сейчас. Особенно, когда речь идет о преобразовании дармовой тепловой энергии, например – солнечной, в механическую.
Я не эксперт в вопросе строительства двигателей Стирлинга. Вообще я этим занялся исключительно под влиянием работ Игоря Белецкого г. Харьков http://physicstoys.narod.ru/ Если Вы хотите строить двигатели Стирлинга – Вам к нему. Я изготовил только одну модель, с одной целью – проверить эффективность двигателя Стирлинга для утилизации солнечной энергии. И, по возможности, сравнить с эффективностью и удобством солнечных батарей. При этом определить технические аспекты, которые могут возникнуть при реальной реализации реального проекта. Моя модель должна была работать от моего солнечного концентратора. Но, двигатель работал даже от тепла обычной лампочки мощностью 60 Вт.
Двигатель сделан из низкой стеклянной чаши (1). Я использовал чашку Петри. В ней расположен диск из пенополистирола (пенопласта), который выполняет роль вытеснителя (2). Можно использовать любой другой легкий материал. На нижней поверхности наклеена фольга, окрашенная в черный цвет. Эта поверхность будет нагреваться светом. Как я говорил ранее, планировалось, что двигатель будет работать от солнечного концентратора, поэтому расположение этой поверхности снизу – вполне логично. В верхней части вытеснителя размещен магнит (5). Я использовал небольшие неодимовые магниты диаметром 3 мм. Вес вытеснителя должна быть минимальным, чтобы под действием другого магнита на расстоянии 5-10 мм вытеснитель мог притягнутися к нему вверх. Стеклянная чаша накрыта металлической крышкой-холодильником (6) которая в центре имеет отверстие. Я использовал диск со старого HDD. К этому отверстию закреплена горловина (7) на которой закрепляется резиновая мембрана (кусок медицинской перчатки). На этой мембране закреплен другой магнит (4). Мембрана выполняет роль свободного поршня. Одновременно эта же мембрана будет работать и как поршень помпы.
В положении (А) свет попадает снизу на черную поверхность вытеснителя (2). Воздух нагревается и расширяется, что вызывает движение мембраны (3) вверх в положение (B).
Когда мембрана поднимается на расстояние при которой магниты уже не могут удерживать вытеснитель, тот падает на дно стеклянной чаши (1) и вытесняет горячий воздух к холодильнику (6). Положение (С).
Воздух начинает охлаждаться и сжиматься. Что приводит к опусканию мембраны. Когда мембрана опустится достаточно низко, сила притяжения магнитов увеличивается и вытеснитель поднимается вверх, вытесняя холодный воздух в зону нагрева (положение (A)). Цикл повторяется.
В конструкции насоса мембрана (3) выполняет роль поршня двигателя и помпы одновременно. В качестве клапанов были использованы пластиковые шариковые клапаны от бытовых распылителей.
Это видео снято год назад. Предлагаю посмотреть что из этого получилось.
Во время экспериментов возникла техническая особенность, которая влияла на эффективность работы двигателя. Объем двигателя герметичен. Этот объем в состоянии покоя меняется в зависимости от атмосферного давления и температуры окружающей среды. То есть, если настроить двигатель при определенном атмосферном давлении – он работает идеально, но уже завтра атмосферное давление может измениться, следовательно объем в состоянии покоя тоже изменится. Это приводит к смещению среднего положения поршня, влияющим на эффективность работы двигателя.
На видео видно, как двигатель Стирлинга, работая от света обычной эклектической лампы мощностью 60 Вт, перекачивает воздух, то есть работает как помпа. Планировалось, что он будет перекачивать воду, но качество шариковых клапанов была достаточно низкой и они застревали после нескольких движений. Итак, система работоспособна, хотя и требует доработок и достаточно аккуратного изготовления всех деталей.
Эксперименты прекратились за технических сложностей. А именно:
Все эти недостатки (кроме финансов) решили солнечные батареи. О которых я расскажу в следующей статье.
Успехов!
Смотри также:
www.avislab.com
Дата публикации: 12 июня 2014
В предыдущей статье был приведен краткий обзор истории энергетики Земли с 2000 года до нашей эры и до 1748 -го года. Продолжим.
«Английский ученый Уильям Николсон и сэр Энтони Карлисле обнаружили, что при подаче постоянного тока в воду происходит выделение водорода и газообразного кислорода. Позже данный процесс и был назван электролизом»
Обнаружение такого удивительного явления, как электролиз, стало значительным шагом в развитии водородной энергетики и водорода вообще в качестве топливного элемента.
(По данным Национальной Ассоциации Водорода, «История водорода». 2009 год)
«В 1821 году первая газовая скважина с целью добычи природного газа была проделана Уильямом Хартом во Фредонии, США, штат Нью-Йорк.
После того, как на поверхности воды в устье реки Уильямом были замечены газовые пузыри, он проделал 27-футовую скважину с надеждой попробовать увеличить выход газа на поверхность. С тех пор, Харта называют даже «отцом природного газа» в США…
В течение всего 19-го столетия, природный газ использовался исключительно почти как источник освещения. Тогда не было трубопроводной инфраструктуры, транспортировка газа на дальние расстояния представлялась почти невыполнимой задачей, не говоря уже об использовании его для отопления домов и просто для приготовления пищи. В ту давнюю пору, большая часть природного газа извлекалась из угля, в качестве альтернативы добыванию его из скважин. Ближе к концу 19-го столетия, в связи с развитием электрификации, освещение при помощи природного газа стало заменяться электрическим»
(По материалам «Ассоциация Снабжения Природным Газом», «История», 2009 год)
Главный толчок к использованию угля случился в 1830 году, когда первый американский коммерческий локомотив под названием Tom Thumb («Мальчик с Пальчик») был выпущен на заводе. Это детище прогресса использовало уголь для работы, и в итоге довольно быстро практически каждый локомотив тех времен в США перевели на угольное топливо. Вот тогда-то индустрия угледобычи в США и стала приобретать свои очертания.
(Национальная Лаборатория Энергии и Технологий», в работе «История применения угля в США»)
«В самом начале 1830-х годов … американская металлургическая индустрия все еще функционировала на древесном угле. Новая Англия все еще полагалась на поставки железа из Европы, металл еще не столь широко по объемам применялся в машиностроении, а пар все еще с большими трудностями использовался в паровых двигателях как источник энергии. Отставание в использовании энергии пара в металлургии привело к отставанию и трудностям почти во всех отраслях народного хозяйства, за исключением текстильной.»
Однако спустя 10 лет эта ситуация стала кардинально меняться. Настоящая революция в металлургии США началась в 1830-1840-х годах как раз за счет использования угля для производства кованого железа, а в 1840-х в восточной Пенсильвании плавильная печь была адаптирована к работе на угле. В эти же два десятилетия энергия пара стала интенсивно внедряться в промышленное производство США.
(Альфред Д. Чендлер, доктор наук, «Уголь и зачатки индустриальной Революции в Соединенных Штатах», Обзор истории бизнеса, лето 1972 г.)
«За 30-40 лет до того, как нефть была обнаружена в Пенсильвании, ведущим видом топлива был камфен (тогда его просто называли «горючая жидкость»). Это была смесь высококонцентрированного этилового спирта с 20 или до 50% скипидара, чтобы придать пламени определенный цвет свечения плюс несколько капелек камфорного масла, чтобы приглушить все тот же запах скипидара. Алкоголь в камфене стал главным практически веществом для производителей, увеличились его продажи весьма значительно именно в качестве топлива (от 30% до 80% всех продаж алкоголя). Самый первый патент в США на использование алкоголя в качестве топлива для ламп освещения был выдан в 1834 году мистеру С. Кейси, ливанцу по крови из штата Мен.
В конце 1830-х различные смеси алкоголя с другими горючими субстанциями вытеснили с рынка необычайно дорогой жир китов на большей части территории США. А уже к 1860 году тысячи производителей поставили буквально на поток производство, по меньшей мере, 90 млн. галлонов алкоголя в год чисто для использования оного в лампах освещения».
(Билл Коварик, доктор наук, «Генри Форд, Чарльз Кеттеринг и топливо будущего», исторический обзор. Весна 1998г.)
«Уильям Роберт Гроув (1811-1896). Адвокат из Уэлша, который решил стать ученым, приобретает известность за развитие и улучшение батареи с жидким электролитом в 1838 году. «Батарея Гроува» — как ее иногда еще называли – состояла из платинового электрода, погруженного в азотную кислоту, и цинкового электрода в цинковых сульфатах. Сей аппарат производил 12 амперный постоянный ток мощностью 1,8 Вольт.
В 1800 г. британский ученый Уильям Николсон и Энтони Карлисле описали в своих работах процесс расщепления воды на водород и кислород. Но сведение воедино газов и воды для производства электричества, согласно Гроуву, стало «шагом вперед, которого раньше не могло быть». Гроув сообразил, что если собрать воедино несколько комплектов данных электродов в определенный цикл, то, таким образом, можно получить «эффект расщепления воды на составные ее химические элементы». Вскоре он смог осуществить этот «трюк» с аппаратом, который он назвал «газовой батареей» — первой аккумуляторной батареей с жидким электролитом.
(Смифсонианский Национальный Музей Американской Истории», «Истоки аккумуляторных батарей: 1840-1890 гг» .
«Ветер – как природная сила – стал важнейшим источником энергии в поселениях Запада. Эти простейшие насосные сооружения, работающие на энергии ветра, помогали выжить здесь первопроходцам. Что удивительно они все еще используется для этих целей ибо они являются самым лучшим «посредником» между силой Природы и человеком в пален получения энергии. Ветряные мельницы высвобождали подземные воды для полива засохших земель Запада (где влажность и так всегда почти невелика) тем самым создавая технологии освоения и улучшения качества и доступного количества пастбищ с травой для выращивания скота.
Несмотря на то, что это была окружающая среда Запада, которая и создала потребность в обновленной ветряной мельнице, механик из Коннектикута Дэниэл Хэлладей создал нечто гениальное для своего времени. В 1857-м году он создал усовершенствованную инновационную ветряную мельницу, основав затем фирму «Компания ветряных мельниц Хэлладея».
Первыми кто воспользовался продукцией предприимчивого Дэниэла стали строители железных дорог на Западе. Рука об руку со строительством трансконтинентальной железной дороги шли и ветряные мельницы, чтобы добывать воду для мощного «чрева» локомотивов с паровыми двигателями.
Миновали годы. Ветряные мельницы все больше расцвечивали пейзажи США, качая воду для людей и техники. Сейчас даже приблизительно невозможно оценить их количество в то время, но некоторые исследователи называют цифру в 6 млн. экземпляров, а то и больше!
(Роберт В. Райтер, доктор наук, «Энергия ветра в Америке. История», 1996г.)
Керосин потихоньку начинает заменять другие виды топлива в лампах освещения.
В середине второго десятилетия девятнадцатого века угольный газ стал замещать дорогой жир китов в лампах наружного освещения, как в частных домовладениях, так и в общественных местах. Но все равно, и этот вариант оказался далеким от идеального: для потребителей слишком дорого! Добывать и хранить его являлось довольно опасным занятием, потому что он выказывал свойства отравляющего вещества и, к тому же, взрывоопасного.
Абрахам Дженсер – канадский химик – обнаружил, как получать керосин из нефти в 1853 году. Керосин оказался гораздо лучшим выбором по многим параметрам.
В 1859 году И.Л. Дрейк…занимался поиском нефти в так называемой Нефтяной Бухте в Титусвилле, Пенсильвания. Но он отказался от идеи докопаться до нефти, а попробовал использовать сверление почвы машиной, которая приводилась в действие посредством парового двигателя.
Ему удалось продвинуться на 71 фут 29 августа 1859г., и с этого момента первый мощный нефтяной фонтан вырвался наружу. Начался бум нефтедобычи в Нефтяной Бухте. Он продлился 20 лет и за это время нефтяные фонтаны дали около 56 миллионов галлонов сырья, а керосиновые лампы получили широчайшее распространение. Бизнес по убою китов с целью получения их жира в качестве топлива для ламп начинает умирать и вскоре становится совсем малозначимым»
(Альфред В. Кросби, доктор наук. «Дети солнца: история неутолимого голода Человечества к различным видам энергии». 2006г)
Обеспокоенность ограниченностью эффективности привычных видов топлива (дерево, уголь, керосин) привела к тому, что изобретатель Аугустин Мошо (Augustine Mouchot) разработал систему использования энергии солнца для индустриальных нужд.
Мошо искренне верил, что энергия солнца способна заменить уголь, который необходимо сжигать для получения энергии и он полагал, что Солнце способно дать новый импульс промышленности Европы.
Мошо проводил исследования в области возможностей использования больших зеркал, и они привели его к идее создать первый мотор, работающий на энергии солнца. Мотор должен был нагреваться от концентрированного луча с изогнутых огромных зеркал, отражающих солнечный свет в одну точку и тем самым давать жар для работы двигателя.
(Джон Перлин, «Из космоса на Землю. История солнечной энергии», 1999 г.)
***
Михаил Берсенев, по материалам зарубежных сайтов
Продолжение смотрите здесь
altenergiya.ru
