Prototype this по-русски - выпуск 152. Вечный Стилинг?
Что-то мы давно не изобретали ничего вкусненького...
Ничего - это дело поправимое.
Итак, к делу.
Задумавшись об электроракетных микродвигателях, я естественно, задумался об источнике электропитания для них. На сегодняшний день таких источников ровно два - солнечные панели и ядерные установки. Причем долговременное питание могут обеспечить только изотопные источники. Однако КПД термоэлектрических преобразователей мал, а отдаваемое тепло велико. Хотелось бы повысить КПД установки, и здесь нужен более эффективный цикл. И такой цикл реализован в двигателе Стирлинга. Однако у Стирлинга есть своя проблема - механический износ. За то время, пока Стирлинг сохраняет плотность и газонепроницаемость в цилиндрах - далеко не улетишь, и на 100% использовать мощность и срок службы изотопного источника тепла не получится. А жаль...
Вопрос - а можно ли создать ВЕЧНЫЙ Стирлинг?
Готовы? Ну тогда в путь...
Все когда-нибудь ставили на плиту кастрюлю с водой. Потом вода закипала. А затем крышка на кастрюле начинала прыгать, совершая возвратно-поступательное движение... А возвратно-поступательное движение - это, ребята, механическая работа. Которую можно перобразовать в электричество.
Наш Стирлинг представляет из себя две сообщающиеся емкости - одна нагревается, в другой происходит конденсация. Между емкостями у нас стоит клапан - наша прыгающая крышка. Никаких иных подвижных частей, кроме крышки нет, а крышка не трется, а прилегает по плоскости к уплотнителю. То есть - истирание отсутствует.
Теперь два варианта реализации крышки рассматриваем.
Первый - крышка в закрытом состоянии прижимается слабыми магнитами, формируя дельту давления между емкостями. При превышении давления прижима крышка подпрыгивает, и сила, притягивающая ее к уплотнителю, резко падает из-за отдаления от магнитов прижима. Пар устремляется в холодную емкость, где происходит конденсация.
Второй вариант - у нас есть две крышки на коромысле. В силу естественной газодинамической неустойчивости между потоками пара возникают автоколебания, и наше коромысло начинает качаться, вибрируя, как язычок в органе. Неустойчивость можно увеличить, сделав впускные и выпускные отверстия для каждого из клапанов, и если диаметр выпускного отверстия будет меньше диаметра впускного - возникнет дельта сил, превращающая свободные колебания в вынужденные.
Конденсируясь в холодной емкости, пар оседает на холодной стенке. Как вернуть образовавшуюся жидкость в горячую камеру? Для этого мы можем использовать капиллярный эффект. Поскольку капиллярный эффект создает дополнительное давление, если это давление будет больше, чем давление открытия клапана - жидкость по капилляру будет возвращаться в горячую камеру. В горячей же камее, под действием тепла, жидкость будет испаряться, и покидать капилляр, что обеспечит непрерывный ток рабочего тела по капилляру из холодной области в горячую.
Используя капиллярный эффект в качестве поршня обратной подачи рабочего тела, и какую-либо, вплоть до пьезоэлектрической, систему клапана барьера из горячей емкости в холодную - мы получим систему преобразования тепла в энергию, устроенную по принципу Стирлинга, в которой механический износ сведен к теоретически минимально возможному.
Работа системы зависит от параметров капиллярного давления, соотношения площади и объема горячей камеры, площади клапана и метода преобразования энергии. Здесь нужно считать разные варианты, и для своего будет свой КПД. В случае, если можно будет найти интересный вариант - такая система может быть использована для подпитки электричеством спутников, а также для заряда конденсаторных батарей электроракетных микродвигателей системы ориентации...
Вот так.
.