Термоэмиссионный генератор с КПД более 80 процентов

 
1 2 3 4 5 6

dimir

втянувшийся
☆★
Л.Н. Смирнов, В.Г. Сухоруков, ГУП "НИИЭнергоцветмет"
Перспективы термоэмиссионной энергетики

В энергетике основная доля выработки тепловой, механической и электрической видов энергии производится путем сжигания углеводородного топлива. Растущая стоимость добываемого топлива приводит к необходимости поиска путей его экономного расходования. Особенно остро стоит проблема эффективного преобразования тепла сжигания топлива в электрическую энергию.

Выработка электроэнергии паросиловыми агрегатами, составляющими основу современной электроэнергетики, из тепловой энергии осуществляется с малым коэффициентом полезного действия, значение которого не превосходит 28-31%. Проблема более эффективного преобразования тепловой энергии в электрическую не решается и с помощью тепловых машин внутреннего сгорания -дизельных газотурбинных. КПД машин внутреннего сгорания лишь незначительно превосходит КПД паросиловых агрегатов, при этом используются дорогие виды топлива.

При решении задачи эффективного использования тепловой энергии в электрическую особую актуальность приобретает проблема использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) в металлургии. Металлургия является одной из самых энергоемких отраслей народного хозяйства Российской федерации. В 2002 году потребление энергоресурсов в целом по отрасли составило 152,2 млн. тонн условного топлива, из них на долю электроэнергии приходится 48,6%. По причине низкого значения КПД преобразования паросиловых агрегатов стоимость электрической энергии превосходит стоимость тепловой энергии в 3-4 раза. Доля тепла сжигаемого топлива, полезно используемого при выплавке металлов, не превосходит 25%. Остальное тепло плавки уходит с дымом в атмосферу. Применяемые в металлургии для полезного использования "бросового" тепла котлы-утилизаторы и элементы испарительного охлаждения вырабатывают пар и горячую воду, большая доля тепловой энергии которых в летний период времени не находит применения.

Существующее положение вызывает незатухающий интерес к разработкам преобразователей химической, солнечной, термоядерной и других видов энергии непосредственно в электрическую. Наиболее эффективными по производству электроэнергии с единицы объема являются батареи термоэмиссионных статических преобразователей, нашедшие применение в аэрокосмической технике. В качестве источника тепла применен ядерный источник. Так, базовую систему космической ядерной энергии США составляют элементы термоэсмиссионного преобразователя. Система имеет следующие характеристики: энергетическая мощность 2 МВт, КПД 9,3%, масса 24 тонны, расчетный ресурс 7 лет. В разработке преобразующих элементов принимала участие и Россия. Контактный способ передачи тепла от источника к термоэмиссионным элементам, примененный в космическом преобразователе, обеспечивает компактность устройства, но не позволяет осуществлять эффективно преобразование тепла источника в электрическую энергию, и поэтому значение КПД космического термоэмиссионного преобразователя невелико. При способе передачи тепла посредством подвижного теплоносителя (горячих газов от сжигания углеводородного топлива или бросовых горячих газов металлургических печей) обеспечивается резкое увеличение эффективности преобразования тепла в электрическую энергию. Способ легко реализуется в наземном варианте термоэмиссионного генератора (патент № 2144241).

В 1992 году при содействии действительного члена АИН РФ, доктора технических наук, профессора Ф.М. Черномурова в "НИИЭнергоцветмет" была поставлена задача создания опытно-промышленного образца термоэмиссионного преобразователя высокой эффективности и формой напряжения в потребительских вариантах.

Термоэмиссионный генератор является устройством внешнего сгорания и может работать на всех видах топлива - газообразном, жидком, твердом, а также на тепле отходящих газов металлургических печей. Он бесшумен, обладает пониженным уровнем вредных выбросов, что характерно для машин с внешним подводом тепла. Плоские термоэмиссионные элементы располагаются в виде ширм в канале для прохода топочных горячих газов. Горячие газы, омывая поверхности термоэмиссионных элементов, отдают тепло через них. Оно расходуется на испарение электронов в элементах и образование электрического тока термоэмиссии. Термоэмиссионные элементы объединены в единую электрическую сеть. Генератор имеет КПД преобразования свыше 80%, его работа поддается полной автоматизации. Устройство управления генератором позволяет обеспечивать его работу в одном из трех режимов - постоянный ток, трехфазный переменный и однофазный переменный. Предусмотрено частотное регулирование в диапазоне изменения частоты 0-2000 гц.

Технология изготовления термоэмиссионных элементов известна. Генераторы могут быть созданы на неограниченную мощность. При этом не требуется применение сложных и дорогих паровых турбин, электрогенераторов и других комплектующих, характерных для электростанций, оснащаемых паросиловыми агрегатами. Термоэмиссионные генераторы могут использовать в качестве автономных электростанций и как альтернатива котельным ЖКХ. В этом случае удобно применять электрическую энергию, и это будет недорого, т.к. КПД преобразования тепла в электроэнергию термоэмиссионных генераторов близок к КПД нагрева воды в котлах ЖКХ, достигающем 92%.

В комплекте с электродвигателем термоэмиссионный генератор может использоваться в качестве электропривода универсального назначения. Энергоустановка -термоэмиссионный малогабаритный асинхронный двигатель -достаточно компактна и может быть легко размещена в моторно-транспортных отделениях транспортных средств.

При установке термоэмиссионных элементов в виде ширм в газоходах отходящих газов металлургических печей для выработки электроэнергии металлургическая отрасль могла бы перейти на самообеспечение электроэнергией до уровня, составляющего 60% от требуемого потребления.

Прямое преобразование тепловой энергии непосредственно в электрическую посредством термоэмиссии в условиях развитой добычи углеводородного топлива может послужить существенной перестройке как на рынке генерации энергии, так и на рынке распределяющих сетей.

Здесь есть
рисунок Проекты | Инновационный портал УрФО (Уральский федеральный округ)
Ещё не вечер!  

dimir

втянувшийся
☆★
Замечу также, что в настоящее время этот генератор проходит последние испытания перед запуском производства.
В 2007 году промышленные образцы и отладка технологии.
В 2008г. - серийное производство.
Финансирует Военно промышленный венчурный фонд ВПК.
На настоящее время вложения составляют 56000000 рублей.
Разработка данного генератора велась с 1992г.
Ещё не вечер!  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Еть твою мать... 80% КПД - это законы термодинамики для них не писаны? Их преобразователи научились выдерживать температуру в 4000 градусов? Или ребята открыли халявный источник жидкого гелия для холодильника?

>Так, базовую систему космической ядерной энергии США составляют элементы термоэсмиссионного преобразователя. Система имеет следующие характеристики: энергетическая мощность 2 МВт, КПД 9,3%, масса 24 тонны, расчетный ресурс 7 лет.

Сильно напоминает крепкую и забористую траву.
"Базовая система"... Нда. Как минимум, ни одна подобная хреновина не летала.
 

TEvg

аксакал

админ. бан
А причем тут термодинамика? Они что по циклу Карно работают?
Скажем обычная печка может иметь КПД порядка 90%, без гелия и 4000 градусов
 

TEvg

аксакал

админ. бан
А примус Нансена имел КПД около 100% Правда в Арктике довольно холодно, но криогенки все-таки немае.
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Печка, как и примус Нансена, не вырабатывают электричество, и никаким другим образом не преобразуют тепло в работу :)
Азы термодинамики :)
 
+
-
edit
 

Wyvern-2

координатор
★★★★★
TEvg> А примус Нансена имел КПД около 100% Правда в Арктике довольно холодно, но криогенки все-таки немае.

ЛЮБОЙ электронагреватель имеет КПД =100% :F Любимая задача Капицы ;)

КПД - Коэфициент ПОЛЕЗНОГО действия. У нагревателя - ПОЛЕЗНОЕ ДЕЙСТВИЕ - нагрев. А в любом приборе почти 100% потерь = ТЕПЛО

Ник
Жизнь коротка, путь искусства долог, удобный случай мимолетен, опыт обманчив.... Ἱπποκράτης  

TEvg

аксакал

админ. бан
>Печка, как и примус Нансена, не вырабатывают электричество

Ну и что?

По вашей термодинамике гелию и 4000 градусам:
Да я в курсе что циклы Ренкина и Карно чувствительны к нагревателю и холодильнику.
Но здесь не они. Так что откуда следует невозможность преобразования в эл. энергию?
 

au

   
★★☆
(внимательно ещё не читал)
Может подразумевается когенерация для ЖКХ? Тогда 80% — это так себе даже.
 
MD Serg Ivanov #01.12.2006 13:36
+
-
edit
 

Serg Ivanov

аксакал
★☆
80% - ещё ничего. Многие изобретатели больше 100% обещают..
 
EE Татарин #01.12.2006 13:38
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★★☆
TEvg> Да я в курсе что циклы Ренкина и Карно чувствительны к нагревателю и холодильнику.
TEvg> Но здесь не они. Так что откуда следует невозможность преобразования в эл. энергию?
Про невозможность я бы не сказал (я не знаю, откуда Факир взял необходимость 4К и 4000К для КПД в 0.8).
Но термоэмиссионный дивайс - это нормальный дивайс, который вполне себе подчиняется термодинамике.

И все ограничения цикла Карно к нему более чем применимы.
...А неубитые медведи делили чьи-то шкуры с шумом. Боюсь, мы поздно осознали, к чему всё это приведёт.  
MD Serg Ivanov #01.12.2006 13:41
+
-
edit
 

Serg Ivanov

аксакал
★☆
"Контактный способ передачи тепла от источника к термоэмиссионным элементам, примененный в космическом преобразователе, обеспечивает компактность устройства, но не позволяет осуществлять эффективно преобразование тепла источника в электрическую энергию, и поэтому значение КПД космического термоэмиссионного преобразователя невелико.
При способе передачи тепла посредством подвижного теплоносителя (горячих газов от сжигания углеводородного топлива или бросовых горячих газов металлургических печей) обеспечивается резкое увеличение эффективности преобразования тепла в электрическую энергию." - это с какой такой радости "резкое увеличение" будет-то?
Брехня...
 
EE Татарин #01.12.2006 13:50
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★★☆
S.I.>...это с какой такой радости "резкое увеличение" будет-то?
S.I.> Брехня...
Мне тоже так кажется.

Но пока не опубликована идея в деталях, однозначно сказать, ИМХО, нельзя.
Здесь нет нарушения никаких фундаментальных принципов. Здесь есть только технические характеристики, которые кажутся невероятными.
...А неубитые медведи делили чьи-то шкуры с шумом. Боюсь, мы поздно осознали, к чему всё это приведёт.  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Татарин
>Про невозможность я бы не сказал (я не знаю, откуда Факир взял необходимость 4К и 4000К для КПД в 0.8).

Не "И", а "ИЛИ"! Или нагреватель в 4000 К, или холодильник не теплее жидкого азота :) Тertium non datum :) И то - это лишь теоретический предел, на практике-то хуже всегда (много ты знаешь машин, работающих именно по Карно, а не по другим циклам, КПД которых ВСЕГДА хуже? ).

Вон солнечные батареи - в качестве нагревателя солнечный свет с температурой 6000, холодильник - сам фотоэлемент комнатной температуры. Ну и получается теоретический предел КПД 93%.
Так что для 80% либо сильно горячий нагреватель, либо сильно холодный холодильник.
Просто заменой преобразователя - невозможно.
Так что бред и шарлатанство.
 
EE Татарин #02.12.2006 03:43
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★★☆
Fakir> Татарин
>>Про невозможность я бы не сказал (я не знаю, откуда Факир взял необходимость 4К и 4000К для КПД в 0.8).
Fakir> Не "И", а "ИЛИ"! Или нагреватель в 4000 К, или холодильник не теплее жидкого азота :)
Гм. КПД 80% означает, что абсолютная температура нагревателя как минимум в 5 раз больше абсолютной температуры холодильника: nu http://wap.college.ru/img/12R20810_2.gif
Если холодильник у нас при комнате (300К), то нагреватель - 1500К или примерно 1200С...
Вполне себе тертиум... можно еще квартиум, пентиум и сикстиум привести, которые будут далеки и от жидкого гелия с твердым азотом, и от 4000К.

Fakir> (много ты знаешь машин, работающих именно по Карно, а не по другим циклам, КПД которых ВСЕГДА хуже? ).
Пока по жизни ни одной не встретил. Но я еще не то чтобы стар. :)

Fakir> Так что для 80% либо сильно горячий нагреватель, либо сильно холодный холодильник.
Вопрос - насколько сильно. :)

Fakir> Так что бред и шарлатанство.
Я повторюсь: мне тоже так кажется.
Но не потому, что 80% КПД противоречат теории, а потому что моя ограниченная фантазия не может подсказать мне как из термоэмиссии можно выжать такой КПД при приемлимом ресурсе (да и при каком бы там ни было ресурсе :)).
...А неубитые медведи делили чьи-то шкуры с шумом. Боюсь, мы поздно осознали, к чему всё это приведёт.  

dimir

втянувшийся
☆★
Fakir>> Татарин
Татарин> >>Про невозможность я бы не сказал (я не знаю, откуда Факир взял необходимость 4К и 4000К для КПД в 0.8).
Fakir>> Не "И", а "ИЛИ"! Или нагреватель в 4000 К, или холодильник не теплее жидкого азота :)
Татарин> Гм. КПД 80% означает, что абсолютная температура нагревателя как минимум в 5 раз больше абсолютной температуры холодильника: nu http://wap.college.ru/img/12R20810_2.gif
Татарин> Если холодильник у нас при комнате (300К), то нагреватель - 1500К или примерно 1200С...
Татарин> Вполне себе тертиум... можно еще квартиум, пентиум и сикстиум привести, которые будут далеки и от жидкого гелия с твердым азотом, и от 4000К.
Fakir>> (много ты знаешь машин, работающих именно по Карно, а не по другим циклам, КПД которых ВСЕГДА хуже? ).
Татарин> Пока по жизни ни одной не встретил. Но я еще не то чтобы стар. :)
Fakir>> Так что для 80% либо сильно горячий нагреватель, либо сильно холодный холодильник.
Татарин> Вопрос - насколько сильно. :)
Fakir>> Так что бред и шарлатанство.
Татарин> Я повторюсь: мне тоже так кажется.
Татарин> Но не потому, что 80% КПД противоречат теории, а потому что моя ограниченная фантазия не может подсказать мне как из термоэмиссии можно выжать такой КПД при приемлимом ресурсе (да и при каком бы там ни было ресурсе :)).

Действительно, был раньше (вы наверняка его не видели в натуре) в 50-х годах и продавался как товар народного потребления термоэмиссионный генератор.
Одевался как абажур на обычную керосиновую лампу, два вывода. Электроэнергии хватало на то, чтобы работал приёмник "Родина" (о таком вы тоже наверное не слышали).
КПД этого "абажура" был не более 5 процентов.

А в настоящем случае, может быть дело в некоторых новых материалах?
Может быть эти материалы не требуют столь большого перепада температур на "горячей" и "холодной" сторонах?
Для возникновения термоэмиссии?
Ещё не вечер!  
Это сообщение редактировалось 02.12.2006 в 06:04

dimir

втянувшийся
☆★
А вообще, посмотрим.
Но тот кто в Екатеринбурге, вместо предположений, может лично убедиться.
Вот координаты с сайта автора.

Как нас найти... E-mail:
koafund.uralfo.ru Тел./факс:
(343) 378-91-12 г.Екатеринбург, пл.Октябрьская, 3

Венчурный фонд тоже в Екатеринбурге.
Задайте им вопросы.
Как это при наших предположениях и рассуждениях, что такого не может быть, потому что быть не должно, вы вкладываете деньги и запускаете производство.
Ещё не вечер!  
RU Dem_anywhere #02.12.2006 07:15
+
-
edit
 

Dem_anywhere

аксакал
★☆
Татарин> Если холодильник у нас при комнате (300К), то нагреватель - 1500К или примерно 1200С...
Собственно, весьма вероятная температура для продуктов сгорания...

Татарин> а потому что моя ограниченная фантазия не может подсказать мне как из термоэмиссии можно выжать такой КПД при приемлимом ресурсе (да и при каком бы там ни было ресурсе
А при чём тут ресурс? Он где тратится?
А вот например - берём термос, покрываем наружный слой внутренней колбы чем надо и наливаем туда что-то тёплое.
И получаем, что термоэмиссия - единственный путь переноса тепла изнутри наружу. КПД будет близок к теоретическому - и изнашиваться нечему...

Wyvern-2> ЛЮБОЙ электронагреватель имеет КПД =100% Любимая задача Капицы
А холодильник, используемый в качестве нагревателя? :)
 
EE Татарин #02.12.2006 07:22
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★★☆
dimir> Действительно, был раньше (вы наверняка его не видели в натуре) в 50-х годах и продавался как товар народного потребления термоэмиссионный генератор.
dimir> Одевался как абажур на обычную керосиновую лампу, два вывода. Электроэнергии хватало на то, чтобы работал приёмник "Родина" (о таком вы тоже наверное не слышали).
Тот генератор был термоэлектрический - обратный эффект Пельтье (эффект Зеебека). Они и сейчас замечательно продаются, и в виде абажура, и в виде котелка на костер. И там действительно очень большие проблемы с КПД из-за материалов (то есть, довольно таки неприятного требования сочетать несочетаемое - низкое сопротивление ПП с низкой же теплопроводимостью).
Термоэмиссия при таких низких температурах (сотни С) работает очень вяло или не работает вообще.

dimir> КПД этого "абажура" был не более 5 процентов.
dimir> А в настоящем случае, может быть дело в некоторых новых материалах?
dimir> Может быть эти материалы не требуют столь большого перепада температур на "горячей" и "холодной" сторонах?
dimir> Для возникновения термоэмиссии?
Угу.
Проблема только в том, углеродные наноиглы - материал с наименьшей сейчас известной энергией выхода - таких фокусов все равно никак не позволяют, и в дальней перспективе не позволят... :\
Это помимо той проблемы, что теоретический КПД и технический - очень разные вещи, и отличие не в пользу второго.
...А неубитые медведи делили чьи-то шкуры с шумом. Боюсь, мы поздно осознали, к чему всё это приведёт.  
EE Татарин #02.12.2006 07:33
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★★☆
Татарин>> а потому что моя ограниченная фантазия не может подсказать мне как из термоэмиссии можно выжать такой КПД при приемлимом ресурсе (да и при каком бы там ни было ресурсе
Dem_anywhere> А при чём тут ресурс? Он где тратится?
Ну горячий электрод испаряться должен, а испарившееся должно конденсироваться. Диффузия должна идти интенсивно... еще большой вопрос, что там за вакуум будет, и сколько он продержится...

Dem_anywhere> А вот например - берём термос, покрываем наружный слой внутренней колбы чем надо и наливаем туда что-то тёплое.
Dem_anywhere> И получаем, что термоэмиссия - единственный путь переноса тепла изнутри наружу. КПД будет близок к теоретическому - и изнашиваться нечему...
Опаньки... :)
А, например, радиационный теплоперенос - попросим покурить выйти? :)
Это он для кофе мал (хотя, как сказать - кофе в итоге остывает-таки), а при 1200С там с этим делом все будет очень строго.
Опять же - как насчет поддержания вакуума?

Не надо считать разработчиков термоэмиссионных генераторов за идиотов. Они умные и хитрые, только задачка очень технически непростая.
И непонятно, что же такое можно было выдумать, что всех их таки нужно теперь считать за идиотов. :)
...А неубитые медведи делили чьи-то шкуры с шумом. Боюсь, мы поздно осознали, к чему всё это приведёт.  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Татарин> Гм. КПД 80% означает, что абсолютная температура нагревателя как минимум в 5 раз больше абсолютной температуры холодильника:
Татарин> Если холодильник у нас при комнате (300К), то нагреватель - 1500К или примерно 1200С...
Татарин> Вполне себе тертиум... можно еще квартиум, пентиум и сикстиум привести, которые будут далеки и от жидкого гелия с твердым азотом, и от 4000К.

Ну так это для чистого Карно. А иде его взять в нашей провинции? :D Тем более - для термоэлемента. Так что температурка повыше нужна. И выдержать её - тоже трудновато будет бедняге :)

Татарин> Пока по жизни ни одной не встретил. Но я еще не то чтобы стар. :)

Подозреваю, что и не встретишь :) А если чудом и встретишь, то это точно будет не термоэлемент :D
 
EE Татарин #02.12.2006 21:08
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★★☆
Татарин>> Если холодильник у нас при комнате (300К), то нагреватель - 1500К или примерно 1200С...
Fakir> Ну так это для чистого Карно.
Ну так ты ж на него и ссылался? :)
Ясен пень, что техничесих проблем там - хоть ложкой ешь.

Fakir> А иде его взять в нашей провинции? :D Тем более - для термоэлемента. Так что температурка повыше нужна.
А для КПД 70% перепад температур - всего три раза. :) То есть, перепад 700С-30С уже вполне канает.

Татарин>> Пока по жизни ни одной не встретил. Но я еще не то чтобы стар. :)
Fakir> Подозреваю, что и не встретишь :) А если чудом и встретишь, то это точно будет не термоэлемент :D
Ну хватит пессимизма... Вот Спаситель вернется - еще и не такие чудеса покажет. :)
...А неубитые медведи делили чьи-то шкуры с шумом. Боюсь, мы поздно осознали, к чему всё это приведёт.  

TEvg

аксакал

админ. бан
А вообще где ТЭГи продаются?
Я хочу его в печку встроить, чтоб циркнасос воды крутил. И вентилятор наддува.
 
+
-
edit
 

Jerard

аксакал

ЛЮБОЙ электронагреватель имеет КПД =100% Любимая задача Капицы
 


А на переменном токе? :)
"Остановите Землю — я сойду" (С) Лесли Брикасс, Энтони Ньюли  

yuu2

опытный

Татарин> Ясен пень, что техничесих проблем там - хоть ложкой ешь.

Отослал ссылку нашим термоэмиссионщикам - смеялись до колик. Такого "разводилова на бабки" они дакно не встречали. Максимум достигнутого сейчас - КПД 25% при работе в лабораторных условиях. Малейшее появление эксплуатационных загрязнений - и не больше 10-12. И это при использовании ПЛАТИНЫ и прочих редкостей.
 
1 2 3 4 5 6

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru