Transformarea energiei termice în energie electrică. Metodă de transformare a energiei electrice în energie termică și de creare a transferului de căldură
Capitolul 14 Convertoare de energie termică
Am vorbit despre „oceanul de energie” care ne înconjoară. Acest ocean de energie este eterul, al cărui fenomen de polarizare îl cunoaștem ca câmp electric. Percepem fenomenele vortex în eter ca campuri magnetice. Am arătat în capitolul anterior metode de utilizare a fenomenelor electrice și magnetice pentru a crea surse de energie.
În Natură există exemple frumoase de similitudine, de exemplu, orbitele planetelor și orbitele electronilor. Desigur, totul este mult mai complicat, dar pentru a înțelege esența lucrurilor, trebuie să găsești micul în mare și să vezi corespondențele inverse. Fenomenele eterice, inclusiv undele longitudinale în mediul eteric, sunt ușor de analizat prin metoda similarității cu procese în mediul aerian. Asemenea metode de obținere a energiei precum utilizarea mișcărilor termice ale moleculelor de aer fac posibilă înțelegerea metodelor de utilizare a energiei termice a eterului, deoarece temperatura eterului stabilește temperatura aerului. Să luăm în considerare subiectul mai detaliat.
Energia termică a aerului este una dintre variantele de căldură disipată (cu potențial scăzut) a mediului. Pe lângă aer, acest tip de energie este conținut în apă, precum și în pământ (surse geotermale). Transformarea acestui tip de energie în muncă utilă este percepută cel mai adecvat atunci când discutăm despre diverse modele de surse de energie care nu necesită combustibil, deoarece înțelegem sursa primară. Există atât mecanice cât și dispozitive electronice capabil să funcționeze offline prin conversia căldurii mediului. Anterior, teoreticienii au negat această posibilitate, necesitând prezența a două surse de temperatură pentru a funcționa muncă utilă. Suntem așa moduri traditionale luăm în considerare și noi. Acestea sunt pompe de căldură convenționale. În plus, vom prezenta mai multe modalități de extragere directă a energiei termice din mediu și anume, utilizarea și transformarea energiei cinetice a mișcării moleculelor de aer. Diverse metode, atât mecanice cât și tehnologii moderne folosind fenomene electromagnetice şi materiale speciale.
P.K. Oșcepkov, A.F. Okhatrin, E.G. Oparin și alți cercetători. Pavel Kondratievich Oshchepkov este cunoscut drept fondatorul radarului rusesc. În 1967, Oshchepkov a creat Institutul Public pentru Problema Inversiei Energiei, la Moscova, sub Comitetul pentru Utilizarea Rațională a Resurselor Materiale.
Oshchepkov a scris: „Poate că cel mai îndrăzneț vis al omenirii este să stăpânească procesele ciclului natural al energiei din natură. Energia este, de asemenea, indestructibilă, precum și necreabilă, de aceea este destul de firesc ca procesele de disipare a energiei și procesele de concentrare a acesteia să existe în unitate. Există oameni care susțin că această idee este contrară legii termodinamicii. Nu este adevarat. A doua lege a termodinamicii, care s-a justificat în mii și mii de cazuri, arătând calea în rezolvarea multor probleme științifice și tehnice, este cu siguranță legea corectă pentru orice sistem închis. Este pur și simplu inutil să-i contestăm validitatea pentru aceste sisteme. Dar în lumea reala Nu există sisteme absolut închise. Lumea este infinită în timp și spațiu, iar interacțiunea dintre substanțele materiale are loc conform unor legi mai complexe decât cea de-a doua lege a termodinamicii. Știința viitorului este menită să descopere aceste legi. Utilizarea procesului ciclului energetic natural în natură în beneficiul omenirii nu reprezintă o amenințare de supraîncălzire a suprafeței Pământului, deoarece nu se poate schimba. echilibru termic planeta noastră. De asemenea, este lipsit de pericol radioactiv, de poluarea atmosferei prin produse de ardere. Ea poartă cu ea o abundență incomparabilă de energie, care este baza principală viața... Nevoia de a rezolva problema utilizării proceselor de circulație naturală a energiei în natură este imperativul timpului nostru.”
Oshchepkov a introdus termenul „kessor”, desemnând un concentrator de energie de mediu. În literatura de specialitate pe această temă, există o combinație de „C-cassor”, care desemnează un convertor condensator (capacitiv) al energiei termice a mediului în energie electrică.
Sarcinile stabilite de Oshchepkov depășesc domeniul de aplicare al pompelor de căldură convenționale. „Energia viitorului, după părerea mea, este energia electronică. Trebuie să rezolve cea mai importantă sarcină - nu doar să preia căldură din spațiul înconjurător, ci să o transforme în energie electrică. În aceasta văd cea mai mare problemă științifică și tehnică a timpului nostru. Gândirea științifică și inginerească caută modalități de a o rezolva.” Angajații Institutului Oshchepkov au creat o teorie și au efectuat calcule pentru proiectarea instalațiilor electronice pentru generarea de curent electric ca urmare a conversiei energiei de mediu. Au fost create și funcționează mai multe instalații electronice experimentale, transformând direct energia mediului în electricitate. În circuite special concepute de rezistențe și diode semiconductoare special prelucrate (au creat un „paliativ dur” al barierei de potențial), a fost posibil să se creeze un dispozitiv în care se generează o tensiune de peste zece volți.
Oshchepkov a scris: „De mulți ani, ministerele și departamentele au adus și continuă să aducă bogății naturale de neînlocuit - cărbune, petrol, gaze - la altarul economiei costisitoare. Nu numai că rezervele lor sunt epuizate în fața ochilor noștri, ci sunt și o materie primă excelentă și valoroasă pentru industria chimică. Sunt arse în cuptoarele centralelor electrice, poluând atmosfera, ceea ce poate provoca în cele din urmă o catastrofală " Efectul de seră”, pe care, din punct de vedere al pericolului pentru omenire, oamenii de știință o pun la egalitate cu o catastrofă termonucleară. Există un alt paradox al tehnologiei tradiționale în sectorul energetic - energia uriașă este mai întâi produsă într-un singur loc, iar apoi este adesea transportată prin linii electrice scumpe și nu întotdeauna fiabile, la mii de kilometri până la consumator. Dacă acesta este un apartament, atunci... la bec. Nu este prea complicat și risipitor? Totul poate fi organizat diferit, mai ușor, mai ieftin, mai fiabil, mai eficient. Lăsați sistemele de alimentare puternice să furnizeze energie electrică fabricilor și industriilor mari. Consumatorul de masă, în special în zonele rurale din Nordul Rusiei și Siberiei, poate fi prevăzut cu mini-instalații care transformă energia mediului în energie electrică cu o capacitate de unul sau doi kilowați. Acest lucru este suficient pentru a oferi unui apartament energie pentru iluminat, încălzire și alte nevoi. Dimensiunea unei astfel de instalații nu este mai mult decât o lampă de masă. Dacă omenirea vrea să trăiască în armonie cu mediul înconjurător, trebuie să facă totul pentru a învăța cum să obțină energie fără a perturba echilibrul ecologic al naturii.” Aceste cuvinte ale profesorului Oshchepkov sunt și astăzi relevante, în 2012.
În revista Technique of Youth, nr. 11, 1983, a fost luată în considerare clasificarea principalelor metode de inversare a energiei termice a mediului. O vom lua ca bază, dar o vom completa cu noi metode.
Fotoinversie. Proprietățile unor substanțe (fosfori) sunt cunoscute pentru a reemite lumina incidentă asupra lor, dar cu o lungime de undă diferită, crescută (așa-numita „luminiscență Stokes”). Ulterior, au fost descoperite cazuri de scădere a lungimii de undă a luminii reemise, adică o creștere a energiei cuantelor (aceasta este așa-numita „luminiscență anti-Stokes”). Creșterea energiei cuantelor are loc aici datorită transformării energiei termice proprii a fosforului în energia radiației luminiscente. Datorită selecției energiei termice, fosforul este răcit, iar scăderea temperaturii acestuia este compensată de afluxul de căldură din mediu. In consecinta, cresterea energiei in radiatia luminiscente are loc, in final, prin concentrarea energiei termice a mediului inconjurator, iar aceasta crestere poate fi foarte semnificativa. Teoretic, poate ajunge la 160%, adică fosforul poate emite energie cu 60% mai mult decât o primește sub formă de radiație. În prezent, se lucrează intens la aplicarea practică a acestui efect (răcirea obiectelor, masere luminiscente, fotomultiplicare luminiscentă etc.).
inversie chimică. Sistemele catalitice deschise din punct de vedere energetic au capacitatea de a acumula energie și există într-o stare termodinamică de neechilibru. Acest proces este posibil datorită combinației dintre o reacție exotermă care are loc pe catalizator cu o reacție endotermă (răcire) a catalizatorului. Aceste reacții, capabile de auto-susținere (și de autovindecare), realizate pe absorbția căldurii disipate a mediului, deschid perspective pentru crearea de noi procese tehnologice.
Exista celule galvanice lucrând asupra reacțiilor endoterme. Energia pentru apariția acestor reacții este preluată din rețeaua cristalină a structurii, datorită căreia corpul elementului este răcit (acoperit cu îngheț) și energia termică a mediului înconjurător curge (se concentrează) continuu către acesta. Prin urmare, energia electrică dintr-o astfel de sursă de energie chimică se datorează, în parte, absorbției energiei din mediu.
Mecanoinversiune. Există diferite moduri de a utiliza energia cinetică a moleculelor de aer. Aceste dispozitive pot fi pasive sau active, adică tehnologii cu jet de cerneală și streaming.
Versiune gravitațională. Deoarece câmpul gravitațional face mediul neomogen, aceasta ar trebui să introducă „distorsiuni” în procesul termodinamic de egalizare a stărilor, caracterizat prin indicele de creștere a entropiei.
Această circumstanță a fost remarcată de Maxwell și Tsiolkovsky, care au exprimat ideea că un gradient vertical de temperatură ar trebui să apară în atmosferă sub influența unui câmp gravitațional. Ciolkovski a prezis că acest gradient ar trebui să depindă de compozitia moleculara gaz.
Teoria modernă a unor astfel de generatoare de energie a fost dezvoltată în detaliu de profesorul VF Yakovlev, care a calculat dependența gradientului de temperatură de compoziția moleculară a gazului. Pe baza acestui efect, el, împreună cu E. G. Oparin, a propus ideea unui generator de energie fundamental nou, format din două conducte umplute cu gaze diferite. orez. 205.
Orez. 205. Inversarea gravitațională a energiei termice în schema Yakovlev-Oparin
Din diagramă este evident că temperatura gazelor din cele două tuburi, în partea superioară, va diferi semnificativ una de cealaltă, iar aceasta poate fi folosită pentru a genera energie, de exemplu, folosind termoelemente.
Inversie termică. Luați în considerare un motor cu piston care funcționează la injecție într-o cameră cu un cilindru incombustibil gaz lichefiat(azot, heliu). Presiunea gazului rezultat va mișca pistonul, în timp ce cilindrul va fi răcit, pe măsură ce gazul se dilată, iar fluxul de energie termică din mediu se grăbește spre el. Munca unui astfel de motor, în total, va consta nu numai în munca de expansiune a gazelor, dar va exista și o anumită creștere datorită utilizării energiei termice a mediului.
Inversie electrică. În acest domeniu de cercetare, marile speranțe ale lui P.K. Oshchepkov au fost asociate cu convertoarele semiconductoare de căldură-electricitate. Există și alte metode. Nikolai Emelyanovich Zaev a brevetat o metodă de concentrare a energiei mediului prin utilizarea proprietăților unui condensator neliniar și a unui feromagnet neliniar. Le vom analiza mai detaliat mai târziu.
Să arătăm câteva tehnologii și idei pe această temă. O invenție importantă în domeniul inversării mecanice a energiei termice a fost realizată de un autor din Sankt Petersburg, Mihail Porfiryevich Beshok ( [email protected]). Articolul său „Energia aerului” a fost publicat în revista „New Energy” nr. 1, 2003. În decembrie 2010 am vorbit la telefon și a fost de acord să-și prezinte deschis ideea cititorilor acestei cărți. Esența invenției sale este următoarea: pe suprafața plăcii este creat un relief cu dimensiuni de ordinul a 1-10 lungimi ale drumului liber al unei molecule de aer (acestea sunt dimensiunile ordinului elementelor moderne). microcircuite, aproximativ 500-50 nanometri). Cealaltă parte a plăcii are o suprafață plană, fig. 206. Il citez pe Mihail Porfirevici:
Orez. 206. Metoda de creare a gradientului presiunii aerului
„După cum se știe din teoria cinetică moleculară a gazelor, moleculele de aer se mișcă aleatoriu (indiferent de debitul de aer) cu o viteză de 500 de metri pe secundă, în condiții normale de presiune atmosferică și temperatura camerei. Masa unui metru cub de aer este mai mare de 1 kg. Este ușor de calculat că atmosfera conține o cantitate uriașă de energie, ar putea fi direcționată „să lucreze într-o turbină”, dar mișcarea moleculelor de aer este haotică și este general acceptat că energia într-un astfel de mediu poate fi doar absorbit și disipat, iar acest proces se presupune că este ireversibil. Într-adevăr, în măsurile uzuale de spațiu și timp, moleculele se mișcă complet aleatoriu, numărul lor este uriaș, iar procesul, însoțit de o creștere a entropiei, este cel mai probabil în acest caz. Între timp, mișcarea moleculei în secțiunea „cale liberă”, în intervalul de timp dintre ciocniri apare ca ordonat, liniar și previzibil. Distanța medie parcursă de o moleculă în acest timp este de zeci de nanometri.”
Rețineți că nanotehnologiile care au apărut în ultimii ani fac posibilă proiectarea elementelor necesare unui convertor de energie având un microrelief, folosind, de exemplu, nanotuburi. Un microrelief de ordinul a 100 nm este o sarcină tehnică simplă și pentru un producător de microcircuite.
Mai mult, Mihail Porfirievich ia în considerare două cazuri, primul: o placă, a cărei ambele părți sunt suprafețe absolut plane și au zone S1 și S2 (Fig. 206, stânga sus). În acest caz, forțele care acționează pe ambele părți ale plăcii sunt în mod normal direcționate către placă și sunt numeric egale cu impulsurile totale. Aceste impulsuri sunt transmise de fiecare parte de către moleculele de aer care se ciocnesc. Deoarece impulsurile totale sunt proporționale cu ariile laturilor și sunt egale, atunci forțele sunt egale. În această situație, nu există nicio diferență în forțele de presiune pe placă din două părți.
O altă opțiune: să presupunem că o parte a plăcii este acoperită cu un fel de relief, de exemplu, este realizată în relief, fig. 206, mai jos. La dimensiuni suficient de mici ale reliefului de suprafață, când distanța d este mai mică decât drumul liber mediu al moleculei, apare un factor care încalcă echilibrul de forțe stabilit mai sus. Normal Presiunea atmosferică este egal cu aproximativ 1 kg pe 1 centimetru pătrat, iar o diferență de presiune de unu la sută este deja destul de semnificativă. Calculele preliminare, foarte aproximative, arată că diferența de presiune poate fi de zeci de procente, adică o forță de 100-400 de grame pe 1 centimetru pătrat. Prin plasarea unor astfel de plăci pe rotor se poate obține o rotație constantă a rotorului generatorului electric sub sarcină.
Ar trebui să remarc că, după înțelegerea mea, esența acestui concept nu este de a crea o zonă diferită S1 și S2. Subiectul se referă la proiectarea unui astfel de nanorelief de suprafață, care va permite crearea diferitelor presiuni de mediu pe o placă de material, dintre care o parte are un microrelief. Acest rezultat poate fi obținut în diferite moduri. De exemplu, dacă mișcarea haotică a moleculelor mediului, datorită nanoreliefului, devine ordonată, atunci viteza relativă a moleculelor mediului și a plăcii se modifică, pe partea în care este realizat microrelieful. În acest caz, forța de ridicare este furnizată, dar spre deosebire de binecunoscutul efect Jukovski-Chaplygin, forța acționează asupra unui „nanofoil” nemișcat situat într-un mediu nemișcat, ale cărui molecule se mișcă.
Deci, problema este rezolvată fie prin selecția parțială a energiei cinetice a particulelor din mediu, fie prin ordonarea parțială a haoticului acestora. mișcarea termică. Când mediul este răcit, este posibil efectul apariției de ceață, condensarea vaporilor de apă atmosferici. În acest sens, există o analogie semantică interesantă: spunem „avânt”, „înălțime” despre ceva ce zboară în aer într-un singur loc. Poate că asta cuvânt străvechi reflectă sensul tehnologiilor pe care le-am uitat.
Extracția parțială a energiei din particule ar trebui să fie însoțită de încălzirea nanoelementelor, de exemplu, nanopărul va fi încălzit datorită deformărilor lor. Ordonarea, adică laminarizarea, am luat în considerare deja în capitolul despre motorul molecular. Această metodă poate fi împărțită în două metode: crearea unui vector preferențial de mișcare a particulelor de-a lungul suprafeței plăcii sau perpendicular pe placă datorită reliefului. În consecință, presiunea mediului pe placă din partea reliefului fie scade, fie crește.
Materialul propus se numește CAM - power active material, sau SANM - power active nanomaterial, deoarece funcțiile sale sunt de a crea o forță activă care acționează asupra plăcii datorită presiune diferită mediu pe diferite părți ale plăcii. Forța se numește „activă” deoarece nu necesită ejectarea masei reactive. Rezolvăm problema creării unei forțe motrice prin metoda opusă. În propulsia cu reacție, masa de lucru primește un impuls și este aruncată departe de propulsor, dându-i impulsul corespunzător. Într-o mișcare activă, este adevărat opusul: mișcătorul primește un impuls egal cu impulsul preluat de la moleculele mediului. Legea conservării impulsului, în interacțiunea dintre motor și masa de lucru, desigur, este respectată cu strictețe. În același timp, mediul se răcește.
Efectul „nanowing” creează nu numai forță activă, dar și modificările corespunzătoare ale mediului, în special, răcirea acestuia. Acest lucru se datorează faptului că macromomentul plăcii generat trebuie să fie echivalent cu pierderea valorii micromomentum a particulelor din mediu. În acest sens, tehnologia CAM deschide noi perspective calitativ în domeniul energiei autonome. Utilizarea nanotuburilor pentru dezvoltarea acestui concept pare a fi cea mai promițătoare, deși se pot găsi și alte metode de obținere a unui microrelief, inclusiv bionanotehnologii. uz practic.
Acest proiect se află în stadiul formării unei noi companii, sunt invitați investitori și specialiști în domeniul nanotehnologiei. Vă rugăm să contactați autorul cărții.
În opera lui Mihail Porfiryevich, există notă importantă privind necesitatea ciocnirii elastice cu suprafața plăcii. Aceasta este conditie obligatorie transmiterea impulsurilor. Luând în considerare designul său, am propus o variantă similară, dar mai simplă, fără microrelief. Metoda propusă este prezentată în fig. 207. O placă, a cărei latură este făcută dintr-un material care are proprietăți elastice atunci când interacționează cu moleculele de aer, iar cealaltă parte a plăcii este acoperită cu un material care absoarbe impulsul de impact al moleculelor de aer, se deformează și se transformă parțial. impulsul în energie termală. Datorită diferenței de modulul impulsului total din stânga și din dreapta, placa va primi un impuls al forței motrice către suprafața sa inelastică. În acest design, suprafața inelastică a plăcii va fi întotdeauna mai caldă decât suprafața elastică. Căldura trebuie îndepărtată la Mediul extern, cu o capacitate mare a structurii.
Orez. 207. Metodă de creare a unui gradient de presiune a aerului
Acționările mecanice proiectate conform acestei tehnologii pot fi folosite nu numai în sectorul energetic pentru a crea cuplu, ci și în transport, pentru a crea forțe de ridicare și de antrenare de orice dimensiune, fără consum de combustibil.
Calculul forței, cu o asimetrie de 10% a presiunii atmosferice asupra materialului activ de putere (CAM) din diferite laturi, dă o valoare a forței de aproximativ 1 tonă pe 1 metru pătrat.
Un pachet de astfel de 100 de plăci, fiecare de 5 mm grosime, cu un spațiu de 5 mm, va ocupa un volum de un metru cub și va putea ridica 100 de tone în aer.
În acest sens, putem aminti ideile lui Maxwell despre posibilitatea creării unui mecanism care împarte moleculele de gaz în lent „rece” și rapid „fierbinte”. Un astfel de mecanism este un relief special care face posibilă obținerea unui gradient de temperatură fără costuri.
Rețineți că acest principiu a fost arătat de mine, inclusiv experimental, la conferința „Noi idei în știința naturii”, 1996, Sankt Petersburg, raport „Conceptul gravitației”, iar mai târziu, în 1998, la conferința „Spațiu, timp”. and gravity”, Peterhof, Universitatea, Colecția de Rapoarte, partea 1, 1999. Într-o formă prescurtată, un articol pe această temă a fost publicat în revista americană ELECTRIC SPACECRAFT, Nr. 27, 1997.
Cel mai simplu experiment în favoarea conceptului propus este cunoscut încă din 1935 și a fost descris pentru prima dată în Popular Science, No. 126, 1935, a cărui explicație a fost făcută în raportul meu din 1996. Pe fig. 208 arată rezultatele interacțiunii a două greutăți care „se împrăștie” din punctul central, teoretic, având același impuls.
Orez. 208. Experimentați pentru a demonstra interacțiunea asimetrică
În experimentul meu, în poziția inițială, arcul este comprimat și greutățile sunt ținute împreună cu un fir. După ce firul este distrus (ars), se mișcă în direcții diferite, cu aproximativ același impuls. Caracteristici ale interacțiunii greutăților cu suportul sunt cele din dreapta, în Fig. 208, greutatea interacționează elastic, iar în stânga, rigid, cu deformare. Astfel, în partea dreaptă sunt create Condiții mai bune pentru a transfera impulsul greutății pe suport decât în partea stângă a dispozitivului, unde energia impulsului este parțial convertită în căldură. Ca rezultat al unui impuls total diferit de zero, întregul dispozitiv este deplasat către interacțiune elastică. Experimentul este ușor de repetat, cu același rezultat. Este mai bine să-l petreci pe o platformă plutitoare sau pe o masă lustruită.
Permiteți-mi să vă reamintesc că importanța interacțiunii elastice pentru a asigura transferul impulsului fluidului de lucru către carcasa rotorului, am remarcat-o deja în mod repetat, inclusiv atunci când luăm în considerare diagrama din Fig. 2. Mai detaliat, tehnologia SAM este luată în considerare în cartea mea „New Space Technologies” 2012. Oferă calcule pentru proiectarea transportului aerian cu o capacitate de transport de 1 milion de tone, în plus, care nu necesită combustibil.
Ne abatem în considerarea acestui experiment pentru a înțelege mai bine condițiile de funcționare ale dispozitivului propus mai devreme și prezentat în Fig. 207. Comercializarea acestei invenţii se reduce la căutarea materialelor optime pentru acoperirea elastică şi inelastică a plăcilor. Acest lucru nu este atât de simplu, având în vedere masa și energia cinetică a moleculei de aer, adică mărimea impulsului. Cu toate acestea, un avantaj clar aceasta metoda este costul redus și aplicația largă, inclusiv pentru transportul aerospațial. Detaliile pot fi discutate la revizuirea proiectului tehnic pe această temă, cu participarea mea în rolul de dezvoltator. Licenta oferita.
Una dintre metodele de conversie mecanică a energiei termice a mediului a fost propusă de B.M. Kondrashov ( [email protected]), în articolul „Tehnologii de energie cu reacție”, revista „New Energy”. Autorul scrie despre „conectarea în paralel” a maselor de aer suplimentare la curentul cu jet staționar al unui motor cu turbină cu gaz, care are loc fără un consum suplimentar de energie de combustibil din cauza „forței de presiune exterioare dezechilibrate pe clopotul de admisie (admisie) al ejectorului”. Aceste dezvoltări se referă la tehnologii pentru „utilizarea gestionată a energiei atmosferice pentru a lucra”, după cum scriu autorii acestei invenții.
Sunt cunoscute metode de antrenare a aerului atmosferic: pulsațiile jetului activ creează o rarefacție periodică a mediului (presiune scăzută) la conducta de admisie a duzei ejectorului. Această zonă include și descoperirea O.I. Kudrin: „Fenomenul unei creșteri anormal de mare a forței într-un proces de ejectare a gazului cu un jet activ pulsatoriu”. În articolul său, Kondrashov scrie: „Astfel, datorită energiei atmosferei, transformată în proces conexiune serială perioadele anterioare, aerul este condus pompa de caldura, în timpul căreia se creează condiții pentru conversia, în următoarele perioade, a energiei cu potențial scăzut a masei exterioare de gaz, aflată în echilibru, în energie cinetică disponibilă pentru utilizare, căldură și „rece” cu potențial ridicat. a temperaturii calculate.
În această metodă, masa gazelor de eșapament este rece și nu conține produse de ardere. Sursele de energie sunt căldura cu potențial scăzut a aerului atmosferic și gravitația, care creează presiunea atmosferică statică (ca într-un proces stocastic natural). Condițiile de conversie a energiei atmosferei sunt create de dilatarea aerului comprimat, comprimat datorită unei părți din puterea obținută în perioadele anterioare. Prin urmare, dispozitivele care implementează această metodă folosind cicluri termodinamice deschise se numesc „motoare cu reacție atmosferice fără combustibil”. Lucrările lui B.M. Kondrashov pot fi studiate în detaliu conform brevetelor sale, Nr. 2188960 RU F 02 C 3/32, 5/12 „Metoda de conversie a energiei într-o instalație cu reacție (opțiuni), un motor cu reacție adaptiv și un gaz. generator”, și o cerere internațională de brevet PCT/RU2002/000338 F 2 C 3/32 „Metoda de conversie a energiei în motoarele cu reacție” PCT WO2004/008180A1.
Bazele teoretice ale acestor procese sunt dezvoltate și de autorii lucrărilor privind „laminarizarea” fluxurilor turbulente de aer, gaze și alte medii. Cu alte cuvinte, energia cinetică a mediului într-un flux turbulent nu poate fi utilizată pe deplin de către noi până când nu asigurăm o aliniere cel puțin parțială a vectorilor de mișcare ai particulelor de curgere, adică „laminarizarea fluxului”.
Din cartea Artilerie autor Vnukov Vladimir PavloviciCapitolul doi O sursă indispensabilă de energie
Din cartea Cernobîl. Cum a fost autor Dyatlov Anatoly StepanoviciCapitolul 14. Utilizarea energiei atomice Cu toate acestea, nu se poate face fără a exprima o opinie cu privire la acceptabilitatea sau inacceptabilitatea utilizării centralelor nucleare. Cumva pe întrebare pusă despre atitudinea mea față de viitorul centralelor nucleare în legătură cu dezastrul de la Cernobîl și personalul meu
Din cartea Noi tehnologii spațiale autorCapitolul 12 Antigravitația în generatoarele de energie liberă Este interesant de observat că un număr de oameni de știință care studiază metode de extragere a energiei prin transformarea proprietăților spațiu-timpului notează aceleași caracteristici ale lucrării structurilor lor experimentale,
Din cartea Noi surse de energie autor Frolov Alexandru VladimiroviciCapitolul 13 Convertoare de putere în stare solidă Să aruncăm o privire la câteva exemple de generatoare de energie special concepute care nu au părți rotative ale structurii și pretind o eficiență ridicată. Ele sunt denumite în mod obișnuit generatoare cu roată liberă „în stare solidă”.
Din cartea Istoria ingineriei electrice autor Echipa de autori2. CONTABILITATEA ENERGIEI DE CÂLDURĂ ȘI PURTĂTORULUI DE CÂLDURĂ LA SURSA DE CĂLDURĂ 2.1. Organizarea contorării energiei termice și a lichidului de răcire furnizat sistemelor de încălzire a apei 2.1.1. Noduri de contabilizare a energiei termice a apei la sursele de căldură: centrale termice combinate (CHP), termocentrale
Din cartea autorului3. CONTABILIZAREA ENERGIEI DE CÂLDURĂ ȘI A PURTĂTORULUI DE CÂLDURĂ LA CONSUMATOR ÎN SISTEMELE DE APĂ CU CONSUM DE CĂLDURĂ 3.1. Organizarea contorizării energiei termice și purtătorului de căldură primite de sistemele de consum de căldură în apă 3.1.1. În sistemele de consum de căldură deschise și închise la unitatea de contorizare a căldurii
Din cartea autorului4. CONTABILIZAREA ENERGIEI DE CÂLDURĂ ȘI A PURTĂTORULUI DE CÂLDURĂ LA CONSUMATOR ÎN SISTEMELE DE CONSUM DE CĂLDURĂ CU ABUR 4.1. Organizarea contorării energiei termice și a calduratorului obținut prin sistemele cu abur de consum de căldură 4.1.1. LA sisteme cu abur consumul de căldură la unitatea de contorizare a energiei termice și
Din cartea autorului5. CERINȚE DE BAZĂ PENTRU DISPOZITIVELE DE CONTORARE A CĂLDURII 5.1. Cerințe generale5.1.1. Unitatea de măsurare a energiei termice este echipată cu instrumente de măsurare (contoare de căldură, contoare de apă, contoare de căldură, contoare de abur, dispozitive care înregistrează parametrii lichidului de răcire și
Din cartea autorului6. ADMITEREA ÎN FUNCȚIONARE A UNITĂȚII DE CONTORARE A CĂLDURII LA SURSA DE CĂLDURĂ 6.1. Admiterea în exploatare a unității de contorizare a sursei de căldură se efectuează de către un reprezentant al Autorității de Supraveghere a Energiei de Stat în prezența reprezentanților sursei de căldură și rețelelor de căldură, care se întocmește
Din cartea autorului7. ADMITEREA ÎN FUNCȚIONARE A UNITĂȚII DE CONTORARE A CĂLDURII LA CONSUMATOR 7.1. Admiterea în exploatare a unităților de contorizare a consumatorilor se efectuează de către un reprezentant al organizației de furnizare a energiei în prezența unui reprezentant al consumatorului, despre care se întocmește un act corespunzător (Anexa 4).
Din cartea autorului8. FUNCȚIONAREA UNITĂȚII DE CONTORARE A CĂLDURII LA SURSA DE CĂLDURĂ 8.1. Unitatea de măsurare a energiei termice la sursa de căldură trebuie să fie exploatată în conformitate cu documentatie tehnica specificate în clauza 6.1 din prezentele Reguli.8.2. Pentru starea tehnică a aparatelor de contorizare
Din cartea autorului9. FUNCȚIONAREA UNITĂȚII DE CONTORARE A CĂLDURII LA CONSUMATOR 9.1. Unitatea de contorizare a energiei termice la consumator trebuie să fie exploatată în conformitate cu documentația tehnică specificată în clauza 7.1 din prezentele Reguli.9.2. Responsabilitate pentru operare și întreținere continuă
Din cartea autorului11.2.2. CONVERTOARE CONTROLATE CU MERCUR O îmbunătățire calitativă importantă a redresorului cu mercur a fost apariția unei rețele de control. Funcția inițială (diodă) a supapelor de mercur cu creșterea tensiunilor de funcționare a necesitat introducerea de ecrane de protecție a anodului
Din cartea autorului11.3.4. CONVERTOARE PUTERNICE PENTRU ÎNCĂLZIRE POR INDUCȚIE câmp electromagnetic. Este necesară o sursă pentru a crea un câmp
Pe unul dintre forumurile electrice, a fost pusă următoarea întrebare: „Cum pot obține energie electrică folosind gaz obișnuit de uz casnic?” Acest lucru a fost motivat de faptul că gazul acestui tovarăș, și de fapt, ca mulți alții, este plătit pur și simplu conform standardelor fără contor.
Indiferent cât de mult îl folosești, tot plătești o sumă fixă și de ce să nu transformi gazul deja plătit, dar neutilizat, în electricitate gratuită? Așadar, pe forum a apărut un nou subiect, care a fost preluat de restul participanților: o conversație inimă la inimă ajută nu numai la scurtarea zilei de lucru, dar și la uciderea timpului liber.
Au fost propuse multe variante. Cumpărați doar un generator de benzină și umpleți-l cu benzină obținută prin distilare gaz menajer, sau refaceți generatorul pentru a funcționa imediat pe gaz, ca o mașină.
În locul unui motor cu ardere internă, a fost propus un motor Stirling, cunoscut și ca motor cu ardere externă. Aici este doar subiectul de pornire (cel care a creat subiect nou) a pretins o putere a generatorului de cel puțin 1 kilowatt, dar a fost raționat cu, spun ei, un astfel de stirling nu s-ar potrivi nici măcar în bucătăria unei mici săli de mese. În plus, este important ca generatorul să fie silentios, altfel, ei bine, știi ce.
După multe sugestii, cineva și-a amintit că a văzut un desen într-o carte care arăta o lampă cu kerosen cu un dispozitiv sub forma unei stele cu mai multe fascicule pentru alimentarea unui receptor cu tranzistor. Dar acest lucru va fi discutat puțin mai departe, dar deocamdată...
Termogeneratoare. Istorie și teorie
Pentru a obține energie electrică direct de la un arzător cu gaz sau altă sursă de căldură, se folosesc termogeneratoare. La fel ca un termocuplu, principiul lor de funcționare se bazează pe, descoperit în 1821.
Efectul menționat este că într-un circuit închis de doi conductori diferiți apare o fem dacă joncțiunile conductorilor sunt la temperaturi diferite. De exemplu, o joncțiune fierbinte este într-un vas cu apă clocotită, iar cealaltă este într-o ceașcă de gheață care se topește.
Efectul rezultă din faptul că energia electronilor liberi depinde de temperatură. În acest caz, electronii încep să se deplaseze de la conductor, unde au o energie mai mare către conductor, unde energia sarcinilor este mai mică. Dacă una dintre joncțiuni este încălzită mai mult decât cealaltă, atunci diferența de energii a sarcinilor de pe ea este mai mare decât pe cea rece. Prin urmare, dacă circuitul este închis, apare în el un curent, exact aceeași putere termoelectrică.
Aproximativ, puterea termoelectrică poate fi determinată printr-o formulă simplă:
E = α * (T1 - T2). Aici α este coeficientul termoelectric, care depinde doar de metalele din care este compus termocuplul sau termoelementul. Valoarea sa este de obicei exprimată în microvolți pe grad.
Diferența de temperatură a joncțiunilor din această formulă este (T1 - T2): T1 este temperatura joncțiunii calde și, respectiv, T2 a joncțiunii reci. Formula de mai sus este ilustrată destul de clar în Figura 1.
Figura 1. Principiul de funcționare al unui termocuplu
Acest desen este clasic, poate fi găsit în orice manual de fizică. În figura este prezentat un inel format din doi conductori A și B. Joncțiunile conductoarelor se numesc joncțiuni. După cum se arată în figură, în joncțiunea fierbinte T1, puterea termoelectrică are o direcție de la metalul B la metalul A. Iar în joncțiunea rece T2, de la metalul A la metalul B. Direcția de putere termoelectrică indicată în figură este valabilă. pentru cazul în care puterea termoelectrică a metalului A este pozitivă în raport cu metalul B .
Cum se determină puterea termică a unui metal
Puterea termoelectrică a metalului este determinată în raport cu platina. Pentru a face acest lucru, un termocuplu, unul dintre electrozi este platină (Pt), iar celălalt este metalul testat, este încălzit la 100. Valoarea rezultată în milivolți pentru unele metale este prezentată mai jos. Mai mult, trebuie acordată atenție faptului că nu numai valoarea termoputerii se modifică, ci și semnul acesteia în ceea ce privește platina.
Platina în acest caz joacă același rol ca 0 grade pe scara de temperatură, iar întreaga scară a valorilor termoputerii arată astfel:
Antimoniu +4,7, fier +1,6, cadmiu +0,9, zinc +0,75, cupru +0,74, aur +0,73, argint +0,71, staniu +0,41, aluminiu + 0,38, mercur 0, platină 0.
După platină vin metalele cu o putere termoelectrică negativă:
Cobalt -1,54, nichel -1,64, constantan (un aliaj de cupru și nichel) -3,4, bismut -6,5.
Folosind această scală, este foarte ușor să determinați valoarea termoputerii dezvoltată de un termocuplu format din diverse metale. Pentru a face acest lucru, este suficient să calculați diferența algebrică dintre valorile metalelor din care sunt fabricați termoelectrozii.
De exemplu, pentru o pereche de antimoniu - bismut, această valoare va fi +4,7 - (- 6,5) \u003d 11,2 mV. Dacă o pereche fier-aluminiu este folosită ca electrozi, atunci această valoare va fi doar +1,6 - (+0,38) = 1,22 mV, care este de aproape zece ori mai mică decât cea a primei perechi.
Dacă joncțiunea rece este menținută la o temperatură constantă, de exemplu 0 grade, atunci puterea termoelectrică a joncțiunii calde va fi proporțională cu schimbarea temperaturii, care este utilizată în termocupluri.
Cum au fost create termogeneratoarele
Deja la mijlocul secolului al XIX-lea s-au făcut numeroase încercări de a crea termogeneratoare- aparate de receptie energie electrica, adică să aprovizioneze diverși consumatori. Ca astfel de surse, trebuia să folosească baterii de termoelemente conectate în serie. Designul unei astfel de baterii este prezentat în Figura 2.
Figura 2. Termopilă, proiectare schematică
primul baterie termoelectrică creat la mijlocul secolului al XIX-lea de către fizicienii Oersted și Fourier. Bismutul și antimoniul au fost folosite ca termoelectrozi, tocmai aceeași pereche de metale pure, care are puterea termoelectrică maximă. Joncțiunile calde au fost încălzite cu arzătoare cu gaz, iar joncțiunile reci au fost plasate într-un vas cu gheață.
În procesul de experimente cu termoelectricitatea, au fost inventate ulterior termopilele, potrivite pentru utilizarea în unele procese tehnologiceși chiar iluminarea. Un exemplu este bateria Clamont, dezvoltată în 1874, a cărei putere a fost destul de suficientă pentru scopuri practice: de exemplu, pentru aurire prin galvanizare, precum și pentru utilizarea în tipografii și ateliere de fotogravură. Aproximativ în același timp, omul de știință Noe a fost, de asemenea, implicat în studiul termopilelor, termobateriile sale au fost, de asemenea, distribuite pe scară largă la un moment dat.
Dar toate aceste experimente, deși de succes, au fost sortite eșecului, deoarece termopilele bazate pe termoelemente metalice pure aveau o eficiență foarte scăzută, ceea ce împiedica aplicarea lor practică. Vaporii de metal pur au o eficiență de doar câteva zecimi de procente. Materialele semiconductoare au o eficiență mult mai mare: unii oxizi, sulfuri și compuși intermetalici.
Elemente termice semiconductoare
O adevărată revoluție în crearea termoelementelor a fost făcută de lucrările academicianului A.I. Ioffe. La începutul anilor 30 ai secolului XX, el a prezentat ideea că, cu ajutorul semiconductorilor, este posibilă transformarea energiei termice, inclusiv a energiei solare, în energie electrică. Datorită cercetărilor efectuate, deja în 1940 a fost creată o fotocelulă semiconductoare pentru a converti lumina energie solaraîn electric.
Prima aplicație practică termoelemente semiconductoare ar trebui considerată, aparent, o „pălărie de melon de partizan”, care a făcut posibilă furnizarea de energie a unor posturi de radio partizane portabile.
Termogeneratorul a fost bazat pe elemente din constantan și SbZn. Temperatura joncțiunilor reci a fost stabilizată prin apă clocotită, în timp ce joncțiunile calde au fost încălzite cu o flacără de foc, asigurându-se totodată o diferență de temperatură de cel puțin 250...300 de grade. Eficiența unui astfel de dispozitiv nu a fost mai mare de 1,5 ... 2,0%, dar era suficientă putere pentru a alimenta stațiile radio. Desigur, în acele vremuri de război, designul „bowlerului” era un secret de stat și chiar și acum dispozitivul său este discutat pe multe forumuri de pe Internet.
Termogeneratoare de uz casnic
Deja în anii cincizeci postbelici, industria sovietică a început să producă termogeneratoare TGK - 3. Scopul său principal a fost să alimenteze radiourile cu baterii în zonele rurale neelectrificate. Puterea generatorului a fost de 3 W, ceea ce a făcut posibilă alimentarea unor receptoare de baterii precum Tula, Iskra, Tallinn B-2, Rodina-47, Rodina-52 și altele.
Aspectul termogeneratorului TGK-3 este prezentat în Figura 3.
Figura 3. Termogenerator TGK-3
Design termogenerator
După cum sa menționat deja, termogeneratorul a fost destinat utilizării în zonele rurale, unde lămpi cu kerosen „fulger”. O astfel de lampă, echipată cu un termogenerator, a devenit nu numai o sursă de lumină, ci și energie electrică.
În același timp, nu au fost necesare costuri suplimentare de combustibil, deoarece tocmai acea parte a kerosenului a zburat pur și simplu în conducta care s-a transformat în electricitate. În plus, un astfel de generator era întotdeauna gata să funcționeze, designul său a fost astfel încât pur și simplu nu avea nimic de spart în el. Generatorul putea rămâne inactiv, funcționa fără sarcină, nu se temea de scurtcircuite. Durata de viață a generatorului vs. baterii galvanice părea a fi pentru totdeauna.
Rolul țevii de evacuare la lampa cu kerosen „fulger” este jucat de o parte cilindrică alungită a sticlei. Când se folosește o lampă împreună cu un termogenerator, sticla a fost scurtată și a fost introdus în ea un dispozitiv de transfer de căldură metalic 1, așa cum se arată în Figura 4.
Figura 4 Lampă cu kerosen cu generator termoelectric
Partea exterioară a dispozitivului de transfer termic are forma unei prisme poliedrice pe care sunt montate termopilele. Pentru a crește eficiența transferului de căldură, dispozitivul de transfer de căldură avea mai multe canale longitudinale în interior. Trecând prin aceste canale, au intrat gaze fierbinți țeavă de eșapament 3, încălzind simultan termopilul, mai exact, joncțiunile sale fierbinți.
Un radiator răcit cu aer a fost folosit pentru a răci joncțiunile reci. Este format din nervuri metalice atașate la suprafete exterioare blocuri de termopile.
Termogenerator - TGK3 a constat din două secțiuni independente. Unul dintre ele a generat o tensiune de 2V la un curent de sarcină de până la 2A. Această secțiune a fost utilizată pentru a obține tensiunea anodică a lămpilor folosind un traductor de vibrații. O altă secțiune la o tensiune de 1,2V și un curent de sarcină de 0,5A a fost folosită pentru alimentarea filamentelor lămpilor.
Este ușor de calculat că puterea acestui termogenerator nu a depășit 5 wați, dar a fost destul de suficient pentru receptor, ceea ce a făcut posibil să înveselească serile lungi de iarnă. Acum, desigur, pare pur și simplu ridicol, dar în acele vremuri îndepărtate un astfel de dispozitiv era, fără îndoială, un miracol al tehnologiei.
Metode de bază și modalități de transformare a energiei electrice în căldură sunt clasificate după cum urmează. Există încălzire electrică directă și indirectă.
La incalzire electrica directa conversia energiei electrice în energie termică are loc ca urmare a trecerii unui curent electric direct printr-un corp sau mediu încălzit (metal, apă, lapte, sol etc.). La incalzire electrica indirecta Curentul electric trece printr-un dispozitiv special de încălzire (element de încălzire), din care căldura este transferată către corpul sau mediul încălzit prin conducție termică, convecție sau radiație.
Există mai multe tipuri de conversie a energiei electrice în energie termică, care determină moduri incalzire electrica.
Fluxul curentului electric prin solide conductoare electric sau medii lichide este însoțit de eliberarea de căldură. Conform legii Joule-Lenz, cantitatea de căldură Q \u003d I 2 Rt, unde Q este cantitatea de căldură, J; I - silatoka, A; R este rezistența corpului sau a mediului, Ohm; t - timpul de curgere a curentului, s.
Încălzirea cu rezistență poate fi efectuată prin metode de contact și electrozi.
cale de contact
Este utilizat pentru încălzirea metalelor atât după principiul încălzirii electrice directe, de exemplu, în aparatele de sudură cu rezistență electrică, cât și după principiul încălzirii electrice indirecte - în elementele de încălzire.
Metoda electrodului
utilizat pentru încălzirea materialelor conductoare nemetalice și a mediilor: apă, lapte, furaj suculent, sol, etc. Materialul sau mediul încălzit este plasat între electrozi, cărora li se aplică o tensiune alternativă.Curentul electric, care circulă prin materialul dintre electrozi, îl încălzește. Apa obișnuită (nedistilată) conduce curentul electric, deoarece conține întotdeauna o anumită cantitate de săruri, alcalii sau acizi, care se disociază în ioni care sunt purtători de sarcini electrice, adică curent electric. Natura conductibilității electrice a laptelui și a altor lichide, a solului, a furajelor suculente etc. este similară.
Încălzirea directă a electrodului se realizează numai pe curent alternativ, deoarece DC. provoacă electroliza materialului încălzit și deteriorarea acestuia.
Încălzirea cu rezistență electrică și-a găsit o aplicație largă în producție datorită simplității, fiabilității, versatilității și costului scăzut al dispozitivelor de încălzire.
Încălzire cu arc electric
Într-un arc electric care are loc între doi electrozi într-un mediu gazos, energia electrică este transformată în energie termică.
Pentru a începe arcul, electrozii conectați la sursa de alimentare sunt atinși pentru un moment și apoi depărtați încet. Rezistența contactului în momentul diluării electrozilor este puternic încălzită de curentul care trece prin acesta. Electronii liberi, aflati in miscare constanta in metal, cu o crestere a temperaturii in punctul de contact al electrozilor, accelereaza miscarea acestora.
Pe măsură ce temperatura crește, viteza electronilor liberi crește atât de mult încât se desprind de metalul electrozilor și zboară în aer. Pe măsură ce se mișcă, se ciocnesc cu moleculele de aer și le împart în ioni încărcați pozitiv și negativ. Există o ionizare a spațiului de aer dintre electrozi, care devine conductiv electric.
Sub influența tensiunii sursei, ionii pozitivi se îndreaptă spre polul negativ (catod), iar ionii negativi - spre polul pozitiv (anod), formând astfel o descărcare lungă - arc electricînsoţită de degajare de căldură. Temperatura arcului nu este aceeași în diferitele sale părți și este cu electrozi metalici: la catod - aproximativ 2400 ° C, la anod - aproximativ 2600 ° C, în centrul arcului - aproximativ 6000 - 7000 ° C .
Există încălzire cu arc electric direct și indirect.
Principala aplicație practică se regăsește prin încălzirea directă cu arc electric în instalațiile de sudare cu arc electric. In instalatii încălzire indirectă arcul este folosit ca o sursă puternică de raze infraroșii.Dacă o bucată de metal este plasată într-un câmp magnetic alternativ, atunci o variabilă e va fi indusă în ea. d.s., sub influența cărora curenți turbionari. Trecerea acestor curenți în metal va face ca acesta să se încălzească. Această metodă de încălzire a unui metal se numește inducție. Dispozitivul unora încălzitoare cu inducție bazată pe utilizarea fenomenului efectului de suprafață și a efectului de proximitate.
Pentru încălzire prin inducție, curenți industriali (50 Hz) și frecventa inalta(8-10 kHz, 70-500 kHz). Cea mai răspândită este încălzirea prin inducție a corpurilor metalice (piese, semifabricate) în inginerie mecanică și în repararea echipamentelor, precum și pentru călirea pieselor metalice. Metoda de inducție poate fi folosită și pentru a încălzi apa, solul, betonul și pasteurizarea laptelui.
Încălzire dielectrică
Esența fizică a încălzirii dielectrice este următoarea. În mediile solide și lichide cu conductivitate electrică slabă (dielectrice), plasate într-un câmp electric în schimbare rapidă, energia electrică este transformată în energie termică.
Orice dielectric are sarcini electrice legat de forte intermoleculare. Aceste sarcini sunt numite legate, spre deosebire de încărcături gratuite în materialele conductoare. Sub acțiunea unui câmp electric, sarcinile legate sunt orientate sau deplasate în direcția câmpului. Deplasarea sarcinilor legate sub acțiunea unui câmp electric extern se numește polarizare.
în variabilă câmp electric există o mișcare continuă a sarcinilor și, în consecință, a moleculelor asociate acestora prin forțe intermoleculare. Energia cheltuită de sursă pentru polarizarea moleculelor materialelor neconductoare este eliberată sub formă de căldură. În unele materiale neconductoare există o cantitate mică de încărcări libere, care, sub influența unui câmp electric, creează un curent mic de conducere, care contribuie la eliberare. căldură suplimentarăîn material.
În timpul încălzirii dielectrice, materialul de încălzit este plasat între electrozi metalici - plăci condensatoare, cărora le este furnizată o tensiune de înaltă frecvență (0,5 - 20 MHz și mai mare) de la un generator special de înaltă frecvență. Instalația de încălzire dielectrică constă dintr-un generator cu tuburi de înaltă frecvență, transformator de putereși un dispozitiv de uscare cu electrozi.
Încălzirea dielectrică de înaltă frecvență este o metodă de încălzire promițătoare și este utilizată în principal pentru uscarea și tratarea termică a lemnului, hârtiei, alimentelor și furajelor (uscarea cerealelor, legumelor și fructelor), pasteurizarea și sterilizarea laptelui etc.
Încălzire cu fascicul de electroni (electronic).
Când un flux de electroni (fascicul de electroni) accelerat într-un câmp electric întâlnește un corp încălzit, energia electrică este transformată în energie termică. Caracteristica încălzirii electronice este densitate mare concentrația de energie, care este de 5x10 8 kW / cm2, care este de câteva mii de ori mai mare decât în cazul încălzirii cu arc electric. Încălzirea electronică este folosită în industrie pentru sudare foarte piese miciși topirea metalelor superpure.
Pe lângă metodele considerate de încălzire electrică, este utilizat în producție și viața de zi cu zi. încălzire în infraroșu (iradiere).
Metoda se realizează folosind ca element de încălzire una sau mai multe spire închise ale conductorului de curent electric, formând înfășurarea secundară a transformatorului electric, și introducerea lichidului de răcire în contact cu suprafețele conductorului. EFECT: invenția îmbunătățește fiabilitatea conversiei energiei electrice în timpul schimbului de căldură. 1 z.p.f-ly, 1 bolnav.
Invenția se referă la o tehnologie de transformare a energiei electrice în energie termică și de creare a transferului de căldură. Poate fi utilizat pentru încălzirea lichidelor în sistemele de preîncălzire a motoarelor cu ardere internă, încălzire și alimentare cu apă caldă. întreprinderile industrialeși clădiri rezidențiale, pentru încălzirea plasmei și a altor substanțe. Există o metodă cunoscută de conversie a energiei electrice în energie termică și de creare a transferului de căldură, bazată pe transmiterea directă a curentului electric prin lichidul de răcire, creată prin alimentarea cu tensiune a rețelei de alimentare prin cablurile de curent către electrozi (vezi A.P. Althausen și colab. ., „Încălzire electrică la temperatură joasă”, Moscova, Energie, 1968). Este folosit pentru a încălzi lichide, beton, pentru a dezgheța soluri, minereu, nisip și alte substanțe. Principalele dezavantaje ale acestei metode sunt riscul electric crescut din cauza tensiunilor relativ mari (380 V sau 220 V), precum și dependența încălzirii electrice și a transferului de căldură de rezistența electrică a lichidului de răcire. În special, la apa încălzită se adaugă aditivi speciali pentru a asigura o valoare dată a rezistenței electrice. Este cunoscută o metodă cunoscută pentru conversia energiei electrice în energie termică și pentru crearea unui schimb de căldură între un element de încălzire și un lichid de răcire, inclusiv alimentarea cu energie a unui element de încălzire, care este un tub metalic, în interiorul căruia există o bobină de încălzire presată într-un umplutură special. , care trece curent electric prin serpentina de incalzire(vezi A.P. Althausen și colab., „Încălzire electrică la temperatură joasă”, Moscova, Energia, 1968). Această metodă a devenit larg răspândită în diverse zone Economie nationala. Tubular incalzitor electric(TEN) poate fi plasat în apă, sare, metal lichid, matriță, carter al unui motor cu ardere internă etc. Cu toate acestea, tensiunea electrică este furnizată bobinei încălzite direct de la rețea, iar tensiunea relativ ridicată este rezistență electrică spirală, care implică necesitatea izolației electrice a spiralei pentru a asigura siguranța electrică și care, la rândul său, reduce conductivitatea termică dintre spirală și tubul metalic și, prin urmare, agravează schimbul de căldură dintre elementul de încălzire (ohm) și lichidul de răcire ca un întreg. Izolarea electrică a bobinei nu exclude posibilitatea defecțiunii sale electrice și potențialul electric ridicat căderea pe tubul metalic al elementului de încălzire (a), ceea ce duce la necesitatea împământării acestuia. În plus, elementele de încălzire au o durată de viață limitată din cauza arderii bobinei. Există o metodă cunoscută de conversie a energiei electrice în energie termică și de creare a transferului de căldură, numită „Sudura de contact” (vezi N.S. Kabanov, „Sudarea pe mașini de contact”, Moscova, ed. „ facultate", 1985; Yu.N. Bobrinsky și N.P. Sergeev, "Proiectarea și ajustarea contactului aparate de sudat", Moscova, ed. "Inginerie", 1967; V.G. Gevorkyan, "Fundamentals of Welding", Moscova, ed. "Higher School", 1991). În această metodă, elementul de încălzire și lichidul de răcire este metalul sudat, care închide înfăşurare secundară transformator de sudare, în urma căruia printr-un circuit închis circulă un curent electric, suficient pentru încălzirea și sudarea metalului. În acest caz, fiecare tură a înfășurării secundare a transformatorului este o sursă separată de electricitate, deoarece acoperă același flux magnetic creat în circuitul magnetic de înfășurarea primară a transformatorului. Această metodă este un prototip. Dezavantajul acestei metode este că se aplică numai lichidelor de răcire cu rezistență electrică relativ scăzută. In cazul folosirii unui lichid, de exemplu a apei, ar fi necesar sa se refuze scaderea tensiunii folosind un transformator, iar metoda s-ar transforma in prima luata in considerare cu toate neajunsurile ei. Siguranța și fiabilitatea conversiei energiei electrice în energie termică, eficiența transferului de căldură în metoda propusă sunt obținute prin utilizarea unei bucle închise a unui conductor de curent electric sau a mai multor spire care formează înfășurarea secundară a transformatorului ca element de încălzire și introducerea lichidul de răcire în contact cu suprafețele conductorului. Când bobina conductorului care înconjoară circuitul magnetic al transformatorului este închisă, în ea se induce mai puțin EMF față de cel alimentat înfășurării primare în numărul de spire, ceea ce asigură siguranța electrică și curentul care circulă prin cel închis. bobina crește brusc datorită rezistenței electrice scăzute a bobinei și o încălzește indiferent de rezistența electrică a lichidului de răcire. În același timp, contactul direct al lichidului de răcire cu suprafețele unei bucle închise a conductorului crește eficiența transferului de căldură datorită unei scăderi accentuate a pierderilor de căldură. Pot fi create condiții care exclud posibilitatea arderii bobinei, ceea ce asigură fiabilitatea conversiei. Desenul prezintă un exemplu de echipament care implementează metoda propusă. Metoda se realizează după cum urmează. Folosind comutatorul K, înfășurarea primară a transformatorului cu numărul de spire W 1 este conectată la rețea curent alternativ. În circuitul magnetic 1 ia naștere un flux magnetic alternativ, care induce un EMF în spirele închise ale conductoarelor 2 și 3 și induce un curent electric în acestea, încălzindu-i. Conductorul 2 este realizat sub formă de țeavă, conductorul 3 este format dintr-un mănunchi închis de fire de cupru. La intrarea A se introduce un lichid de răcire rece, de exemplu, apă, care intră în conductorul 2 și spală din exterior conductorul 3. Schimbul de căldură are loc prin interfețele conductoarelor 2 și 3 și lichidul de răcire, lichidul de răcire se încălzește și, datorită la convecție, intră în priza B. Într-un caz particular, conductorul 3 poate fi absent (este necesar atunci când rezistența electrică a conductorului 2 nu este în concordanță cu puterea transformatorului). Într-un alt caz particular, pentru a preveni disiparea căldurii de pe suprafața exterioară a conductorului 2, în locul conductorului 2 poate fi utilizată o țeavă izolatoare electrică, iar apoi căldura va curge în lichidul de răcire numai din conductorul 3. În al treilea caz, lichidul de răcire în sine, plasat în interior teava izolatoare sau în volumul unei alte forme, acoperind miezul magnetic. Un exemplu de implementare specifică a metodei. A fost luat un radiator din oțel ștanțat marca 2M3-500 (vezi p. 189, Manual de munca deosebita editat de N.A. Kokhanenko, Moscova, ed. literatură de construcție, 1964) cu o suprafață de încălzire echivalentă de 3,53 ekm (echivalent cu 11 - secțional calorifer din fontă M-140 conform GOST 8690-58) cu o capacitate de 13,3 litri. Din țeavă de oțel cu diametrul de 3/4 "" s-a realizat o bobină închisă care acoperă circuitul magnetic al unui transformator de putere cu o putere de 1,5 kW. Intrarea bobinei A a fost conectată la ieșire (țeavă în partea de jos a radiatorului montat vertical), iar ieșirea bobinei B a fost conectată la admisia radiatorului (țeavă în partea de sus) folosind furtunuri de cauciuc. În partea de sus a radiatorului a fost instalat rezervor de expansiune cu o capacitate de 0,25 litri. Apoi sistemul (radiator - rotire) a fost umplut cu apă și înfășurarea primară a transformatorului a fost conectată la o rețea cu o tensiune de 220 V. Temperatura din jurul caloriferului înainte de pornirea transformatorului a fost de 4,5 o C într-un volum de cameră de 300 m 3 . După pornirea transformatorului, s-a măsurat tensiunea de pe bobină 0,8 V și curentul electric care trece prin bobină, care se ridica la 1875 A. După 20 de minute, temperatura apei din calorifer a crescut la 96 o C (temperatura inițială a apei. a fost de 12 o C), după care cu ajutorul unui sistem de control cu tiristoare, puterea consumată din rețea a fost mai întâi redusă la 800 W, ceea ce a asigurat menținerea temperaturii apei la 82 o C, iar apoi după 2 ore la 500 W. W, care a asigurat menținerea temperaturii apei la 60 o C. Ca urmare, temperatura camerei de testare timp de 4 ore a ajuns la 18 o C. A doua zi sistemul a fost pornit cu un consum de energie de 1,5 kW. După 4 ore, temperatura din încăpere a ajuns la 23 o C, după care sistemul a fost trecut la un consum de 500 W și a funcționat 1 lună ca dispozitiv de încălzire. Au fost efectuate teste de încălzire a sistemului de încălzire cu o capacitate de 150 de litri conform metodei propuse cu un consum de energie de 800 de wați. În timpul testului, încălzirea apei a fost setată de la 16 o C la 58,5 o C în 7 ore, după care sistemul a fost transferat într-un mod care menține temperatura la 58 o C cu un consum de energie de 500 wați. Au fost efectuate teste de introducere în interiorul unei bobine închise a unui fascicul de țevi de oțel de fire de cupru închise prin lipire (conductorul 3). În urma testelor, s-a stabilit că, folosind conductorul 3, este posibilă reducerea rezistenței electrice echivalente a spirelor închise în aproape orice domeniu și creșterea consumului de energie până la încărcarea completă a transformatorului. Testele au arătat posibilitatea reducerii consumului de energie electrică de 1,5 -2 ori atunci când se utilizează metoda propusă în comparație cu cele tradiționale.
Revendicare
1. Metodă de conversie a energiei electrice în energie termică și de creare a schimbului de căldură între un element de încălzire și un purtător de căldură, folosind ca element de încălzire înfășurarea secundară a unui transformator electric, realizată sub forma unei bucle închise de conductor sub forma a unei conducte cu o intrare și o ieșire a lichidului de răcire, caracterizată prin aceea că convenția lichidului de răcire este asigurată prin elementul de încălzire prin conectarea admisiei acestuia la orificiul de evacuare a lichidului de răcire de la radiator și la orificiul de evacuare a lichidului de răcire de la elementul de încălzire la admisia radiatorului , racordurile se fac cu furtunuri, radiatorul este instalat vertical astfel incat evacuarea lichidului de racire din radiator sa fie in partea sa inferioara, in partea superioara a radiatorului este instalat un vas de expansiune si intregul sistem este umplut cu lichid de racire si transformatorul este conectat la rețea. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că bucla închisă sub formă de ţeavă este realizată dintr-un material electroizolant, iar în interiorul acesteia sunt montate una sau mai multe spire închise ale conductorului.
DESENE
MM4A Încetare anticipată valabilitatea brevetului Federația Rusă pentru o invenție din cauza neplatei taxei de menținere în vigoare a brevetului până la data scadenței