Концентраторы тепла.

Предлагаю обсудить способы повышения эффективности подачи тепла в зону нагрева. Способы, материалы, технология, идеи.

Вот вариант для солнечного тепла. Применить лист закопченного алюминия, площадью около кв.м., к середине которого c теневой стороны прикреплён "горячей" стороной стирлинг. По периметру бортики высотой 5-7 см. На них сверху натягивается прозрачная плёнка, выполняющая роль теплоизоляции для запертого внутри воздуха. Теневая часть до самого стирлинга утепляется пенопластом и закрывается укрепляющим материалом (оргалитом, к примеру).

Это не рацпредложение, а мысли в слух. По идее, такой солнечный коллектор (СК) практически равносилен сферическому зеркалу аналогичной площади. При этом такой СК менее критичен к точности направления на солнце. Алюминий имеет достаточную толщину. В приделах разумного.

Вариант его же. Без большого толстого листа алюминия. Такой же короб, только чёрная поверхность из окрашеного в чёрный пенопласта. Стирлинг расположен в самой верхней части с нагревательной зоной внутри короба. Стирлинг снабжен радиатором, отбирающем тепло от воздуха. Этот вариант отличаица от первого только технологией применения алюминия. Затраты на алюминий примерно одинаковы. В первом его больше, во втором обработки его больше.

Ещё вариант. Вводица ещё один промежуточный теплоноситель - жидкость. Берём короб из второго варианта и располагаем в нём трубчатый СК. Вот самый дешёвый и эффективный вариант. Берём два куска толстой полиэтиленовой плёнки размером с короб. Одна прозрачная, другая чёрная. Накладываем друг на друга и провариваем чем положено канальную систему в виде трубок, объединённых с одной и другой стороны. Некоторым технологическим приёмом ввариваем штуцера. Вкладываем и закрепляем эту плёночную систему в коробе. Штуцера наружу. Далее трубочками подключаем приспособленную под эту затею зону нагрева стирлинга.

Вот как-то так.

samorez пишет:Предлагаю обсудить способы повышения эффективности подачи тепла в зону нагрева. Способы, материалы, технология, идеи.

По идее, такой солнечный коллектор (СК) практически равносилен сферическому зеркалу аналогичной площади. При этом такой СК менее критичен к точности направления на солнце.

Идеи интерестные. Можно вакуумный стеклопакет использовать перед листом, тогда и зимой эффективность повысится. Однако коллектор и концентратор идентичны по усвоению количества солнечной радиации, но функции разные - концентратор позволяет всю энергию сконцентрировать на небольшой площади для получения высокой температуры. Идея с конвекцией лично мне понравилась, но мне кажется эффективно ее можно использовать по другому, я это изложил в теме низкотемпературников.

Даннную ветку форума считаю очень полезной и актуальной, так как очень часто энергия сгорания часто рассеивается и "уходит в трубу", а ведь КПД передачи энергии тоже играет большую роль. Если полноценно использовать энергию свечи, то можно добиться стабильного свечения нескольких светодиодов для неплохого освещения. Или получить ноутбук, работающий на природе от бачка солярки.

Айрат пишет:...функции разные - концентратор позволяет всю энергию сконцентрировать на небольшой площади для получения высокой температуры...

Это на первый взгляд. Концентратор неплохо греет воздух около упомянутой вами небольшой площади. Предложенный мной первый вариант, что с толстым листом алюминия, скорее всего будет иметь эффективность равную.

Небольшое пятно прогревает небольшую часть "горячей" части стирлинга. Потом происходит распределение тепла по всей этой части. Как бы нагреваем одно место, чтоб от него прогрелась вся необходимая площадь. Согласитесь, не такое уж идеальное решение использования энергии, как кажеца на первый взгляд. Напрашиваица вывод о некоторой расфокусировке, чтоб покрыть максимальную площадь. В случае с плоскими "горячими" зонами это будет частным случаем от применения первого варианта. Там как бы полная расфокусировка и максимальная площадь теплоприёмника. С цилиндрическими же конструкциями теплоприёмников повышение эффективности от концентрирования не произойдёт без применения иной оптической схемы концентратора - надо осветить и теневую сторону.

samorez пишет:

Айрат пишет:...функции разные - концентратор позволяет всю энергию сконцентрировать на небольшой площади для получения высокой температуры...

Это на первый взгляд. Концентратор неплохо греет воздух около упомянутой вами небольшой площади. Предложенный мной первый вариант, что с толстым листом алюминия, скорее всего будет иметь эффективность равную.

Небольшое пятно прогревает небольшую часть "горячей" части стирлинга. Потом происходит распределение тепла по всей этой части. Как бы нагреваем одно место, чтоб от него прогрелась вся необходимая площадь. Согласитесь, не такое уж идеальное решение использования энергии, как кажеца на первый взгляд. Напрашиваица вывод о некоторой расфокусировке, чтоб покрыть максимальную площадь. В случае с плоскими "горячими" зонами это будет частным случаем от применения первого варианта. Там как бы полная расфокусировка и максимальная площадь теплоприёмника. С цилиндрическими же конструкциями теплоприёмников повышение эффективности от концентрирования не произойдёт без применения иной оптической схемы концентратора - надо осветить и теневую сторону.

Здесь проблема в том, что скорость передачи тепла в листе алюминия не такая уж и высокая, и по факту мощный стирлиг будет отводить тепло быстрее, чем приходить из удаленной зоны коллектора (Для быстрого отвода тепла от микросхем бесполезно использовать очень большие радиаторы именно по этой причине - обдув или водное охлаждение благодаря физическому переносу теплоносителя эффективнее статичных металлических конструкций). Если это не так, значит у вас слабый стирлинг. Киловатт солнечной энергии, сконцентированный на рабочей области позволяет нагревать рабочее тело гораздо эффективнее, чем киловатт, размазанный по большой площади на большом удалении от рабочего тела

Айрат пишет:...скорость передачи тепла в листе алюминия не такая уж и высокая, и по факту мощный стирлиг будет отводить тепло быстрее, чем приходить из удаленной зоны коллектора..

Разумеица. В пределах доли квадратного метра нормально, а при сборе большего к-ва излучения нужен теплоноситель. Идею с большими зеркалами или "френелями" не рассматриваю как не практичную и дорогую.

samorez пишет:

Айрат пишет:...скорость передачи тепла в листе алюминия не такая уж и высокая, и по факту мощный стирлиг будет отводить тепло быстрее, чем приходить из удаленной зоны коллектора..

Разумеица. В пределах доли квадратного метра нормально, а при сборе большего к-ва излучения нужен теплоноситель. Идею с большими зеркалами или "френелями" не рассматриваю как не практичную и дорогую.

В данном случае хорошим теплопередатчико могли бы послужить тепловые трубки (там, если не ошибаюсь, процес основан на конденцировании и испарении амиака), но дорого. Скорее в подобном исполненнии коллектор должен представлять из себя наклонный узкий бак с водой (антефризом), теплоизолированный с обратной стороны.

Кстати, производство солнечных коллектров в промышленном маштабе стоила бы совсем не дорого - штампуй себе из листового материала. А механизм слежения вобщем то даже электронники не требует. По сути - разновидность часового механизма с медленным поворотом от востока на запад и учитывающий налон к линии горизонта от времени года. В гараже, конечно сделать такой не просто, но при наличии производственных возможностей.... Или использовать шаговый двигатель с реле времени...
Солнечная исоляция ведь составляет от киловатта на квадратный метр летом и даже зимой это сотни киловатт... А на гектар?
Мне кажется можно обойтись из без многомиллионных инвестиций...

Айрат пишет:...Мне кажется можно обойтись из без многомиллионных инвестиций...

Тогда бы стирлинги были бы распространены. И уж в каждую печку вставлялись бы как штатная приблуда.

Если взять широкое полотно лавсановой металлизированной плёнки и натянуть на некоторый обод высотой сантиметров 15, а потом натянуть аналогичное прозрачное полотно на этот обод с другой стороны и всё тщательно загерметизировать, то выкачивая воздух из внутренней полости этой конструкции мы начнём обладать вогнутым зеркалом. Конструктивные тонкости на любителя.

Казалось бы проще сделать подобное на ободе меньшей высоты и применить надувательство, используя зеркальную поверхность сквозь прозрачную, но тогда мы получим воздушный солнечный коллектор, тепло которого сделает конструкцию нестабильной от перегрева.

Вот как-то так.

Ценный концентратор!

samorez пишет:...сделает конструкцию нестабильной от перегрева

Конструкция будет примерно одинаково нестабильной о обоих случаях. Закон сохранения энергии гласит: R+T+A=1, где R - коэффициент отражения, T - коэффициент пропускания, A - коэффициент поглощения. Именно поглощение, которое никогда не может быть равно нулю, обеспечит нагрев воздуха внутри системы. Все дело в том, насколько эта нестабильность "вредна и опасна".
Эта идея уже реализована (первая страница на вкладке "солнечные концентраторы") http://www.physicstoys.narod.ru/page/koncentrator/koncentrator1.html
На той же вкладке обратите внимание на систему концентрических конусов Вити Васильева.

А почему вы рассматриваете, что вся энергия сосредоточена внутри? Что ж, меньшая температура в тени противоречит этому закону?
А то, что идея не нова знаю. Я предложил рабоче-крестьянскую технологию. Всё демонстрируемое там высокотехнологично по сравнению с обсуждаемыми тут образцами.

samorez пишет:А почему вы рассматриваете, что вся энергия сосредоточена внутри? Что ж, меньшая температура в тени противоречит этому закону?

Этот закон применим к любой поверхности, к любому слою, через который проходит свет. Даже к прозрачному стеклу или пленке. Допустим, что металлическое зеркальное покрытие отразило 90% падающего на него излучения (это близко к достижимым параметрам), остальные 10% распределены между пропусканием и поглощением. Поглощенное тепло остается внутри металлического слоя, который нагревается сам и греет подложку на которую нанесен. Дальше работает теплопроводность сначала подложки, а затем воздуха в откачанной/накачанной камере. А причем здесь тень?

[quote="samorez"]Предлагаю обсудить способы повышения эффективности подачи тепла в зону нагрева. Способы, материалы, технология, идеи.

Коллеги, всех с наступающим!
У меня такая идея:
Если взять спутниковую тарелку-шаблон, покрыть ее фольгой, потом тканью, окуратно сложив все складки, и покрыть ее полимерным составом (лаком каким нибудь) в несколько слоев (я такое видел в какой-то передаче про ремонт, там простыню чем-то пропитывали и делали из этого опору стола). Или эпоксидкой промазать. Складки должны образовать ребра жесткости.
После засыхания вынуть (вместе с фольгой) и проклеить зеркальной пленкой.
Что думаете?

samorez пишет:Всё демонстрируемое там высокотехнологично по сравнению с обсуждаемыми тут образцами.

Ничего уж страшно высокотехнологичного там нет. Если вам нужен солнечный концентратор, заказывайте. Сделаю любой: хоть сферический, хоть параболический, хоть тангенс гиперболический. Задавайте диаметр в разумных пределах (до 2-х метров) и фокусное расстояние. О деталях договоримся.

Sogokon'A пишет:... А причем здесь тень?

А как ещё рассматривать состояние воздушной полости, которая в варианте с наддувом получает энергии в разы больше?! Если дискретно оценить прозрачность зеркальной плёнки, то она скорее отражает, чем поглощает\пропускает. Таким образом воздух в полости находится в тени зеркального слоя. Как-то так.

Если вам нужен солнечный концентратор, заказывайте... ...О деталях договоримся.

Поимел бы плексигласовую френельку о двух метрах. Детали интересны после объявления цены.

Айрат пишет:...Что думаете?

Каковы предполагаемые затраты? А идея вообщем-то рабочая.
Но сдаёца мне, что экономически эффективней оставить тарелку как есть, только содрать краску, зашлифовать, заполировать и защитить. Не забываем, что у тарелки уже есть кронштейн крепления и место для закрепления стирлинга.

samorez пишет:

Sogokon'A пишет:... А причем здесь тень?

А как ещё рассматривать состояние воздушной полости, которая в варианте с наддувом получает энергии в разы больше?!

Странный у нас получается разговор. Вы свои аргументы подаете с помощью предмета похожего на «огнестрельное оружие». А мне приходится по-настоящему применять это «оружие».

Допустим, что металлический слой находится внутри полости и совершенно непрозрачный, т.е. Т=0, или А=1-R. Тогда для левого рисунка находим: А=1-IoR(1-Rф), где Rф – френелевское отражение от подложки.(формула на рисунке)
Для правого рисунка получаем А=1- IoR(1-2Rф) (1+2Rф). Поглощением воздуха внутри полости мы пренебрегаем, так как если излучение прошло через толщу атмосферы в 15 километров, то на длине 15 сантиметров говорить не о чем. Сопоставьте эти два выражения и увидите, что речь может идти о процентах или даже их долях.

samorez пишет:
Поимел бы плексигласовую френельку о двух метрах.

Двухметровую линзу френеля можно купить в Москве http://media-security.ru/

Sogokon'A пишет:...предмета похожего на «огнестрельное оружие». А мне приходится по-настоящему применять это «оружие».

ЗачОт!

Про остальное... "Был не прав... Вспылил... Готов искупить!... " (С)

Значит правый вариант лучше. Технологичнее.

samorez пишет:
Значит правый вариант лучше. Технологичнее.

И левый имеет право на жизнь: обеспечивает меньшую толщину.

Меньшую где?

samorez пишет:Меньшую где?

Тыльную сторону можно сделать глухой и плоской.

О френеле и расчете можно почитать из литературы о радиотехнике. Море статей о расчете антенн на основе колец френеля и в том числе расчеты, а сделать ее проще простого: из куска фанеры и фольги. Сам когда-то делал когда баловался со спутниковым приемом. И могу сказать что концентратор френеля работает.
Кому в облом, может при помощи воды наклеить на спутниковую антенну фольгу , которую на окна летом клеят и в фокус движок поставить

Экспериментами с солнечными концентраторами и системами слежения занимаюсь уже несколько лет. Хочу изложить свой взгляд на эту тему, и представить некоторые достигнутые результаты. Я не сильно ошибусь, если скажу, что 95% участников этого форума концентратор с системой слежения представляют как спутниковую тарелку, в которой вместо детектора стоит стирлинг. Да и картинки в интернете подтверждают и поддерживают такое представление.

В моем представлении двигатель, как олицетворение чего-то мощного, железного и тяжелого, должен, как вкопанный, стоять на земле, в крайнем случае, иметь возможность поворачиваться по горизонтали. И вокруг этого двигателя должны бегать разработчики, экспериментаторы и следящие системы. При таком подходе выясняется, что и следящую систему тоже можно очень хорошо «приземлить». Но тогда зеркало должно удовлетворять целому ряду особых требований, а так как я оптик по образованию, то это не создало больших проблем.

В результате большого количества экспериментов, выяснилось, что наиболее оптимальными с точки зрения производства, оказались зеркала следующих диаметров: 56-62см (условно 60см), 85см, 120см, 150см, 180см. Поскольку форма поверхности зеркал, предназначенных для работы в схеме показанной на рисунке, мало отличается от сферической, то я их называю квазисферическими.

А вот для реализации более дерзкой идеи – следящей системы, «прикованной» к земле, – нужны зеркала с экзотической поверхностью. Вот одно из них в эксперименте с кипячением воды в чайнике.

Sogokon'A пишет:Тыльную сторону можно сделать глухой и плоской.

Тогда идея потеряет изюмину - малый вес, устойчивая форма и самая низкая цена.
А так простой обруч гимнастический заваренный в плёнку, весом на всё грамм 200 со штуцерами и лапками крепления.

...двигатель, как олицетворение чего-то мощного, железного и тяжелого, должен, как вкопанный, стоять на земле, в крайнем случае, иметь возможность поворачиваться по горизонтали...

Вы совершенно правы. Однако в данном случае концентратор являица неотъемлемой частью стирлинга. Следует рассматривать крепление устройства не только в статике, а скорее в динамике. Так вот парусность концентратора вообщем-то и подскажет любому инженеру чему быть вкопанному, а что будет двигаца.