Выбор компактного источника электроэнергии

[Ramich2077]

Всем привет. Прочитал некоторые темы с этого форума, и тоже решил задать тут интересующий меня вопрос - помогите определиться с двигателем для создания компактного генератора.
Небольшое вступление: сейчас собираю электрическое средство передвижения по городу (условно - электросамокат, хотя куда его реально отнести - затрудняюсь). Пока аппарат еще не до конца собран, поэтому данный реальных испытаний нет, но по прикидкам аккумуляторов должно хватать в среднем на полчаса работы. Для самоката этого вполне хватит, т.к. он создавался с целью доехать до метро и обратно, но все равно хотелось бы иметь возможность увеличить время работы без подзарядки. Ну и плюс, если потом я решу собрать что-то более крупное - вопрос по источнику электроэнергии будет актуальным.
В качестве генератора для механических вариантов предполагаю авиамодельный безколлекторный электромотор. Они компактные для своих параметров (мотор на 1,7 кВт реальной мощности весит 350 г, максимальный кпд 80-85 % при ~10000 об/мин). Для достижения адекватной мощности потребуются соответственно высокие обороты, полученный ток будет трехфазным и высокой частоты, и потом будет, скорее всего, преобразовываться в постоянный.
Теперь более подробно про рассматриваемые варианты.

1) Традиционный ДВС с генератором. Самый нежелательный вариант. Из плюсов только то, что привычная кострукция и примерно предсказуемые результаты. С учетом требования к компактности и оборотам - двигатель также будет авиамодельный. Что мне не нравится (и для чего я открыл данную тему): шумно, грязно, особенно если 2х-тактный, 4х-тактные имеют меньшие обороты, ресурс, мягко скажем, сомнительный.

2) Компактная паровая турбина. Изначально хотел задать вопрос именно про нее, потом решил добавить и другие варианты. Собственно, есть ли смысл? Турбину сделать закрытой, на каком-либо фреоне/органическом теплоносителе. Если я правильно понимаю ситуацию, то подобрав теплоноситель, который будет кипеть примерно при 20-30 по Цельсию, можно будет получать перегретый пар на входе в турбину, отработанный пар сжимать для конденсации, выделяющееся при этом тепло использовать для предподогрева перед нагревателем. Компактность под вопросом, т.к. достаточно много элементов (турбина, нагреватель, рекуператор, компрессор), но всеядность и малое количество высоконагруженных деталей привлекают. Собственно, один из главных вопросов - где можно достать достаточно компактную турбину, подходящую для этих целей? По размерам подходят турбокомпрессоры от машин, но насколько эффективно они будут отбирать энергию пара? Или всякие экзотические варианты, вроде турбины Тесла - ее хотя бы просто собрать.

3) Стирлинг? Про них я вообще не очень много знаю, но как минимум не нравится большее количество движущихся частей и высокое давление, необходимое для работы.

4) Тут еще была тема, в которой была ссылка на статью (http://www.popmech.ru/vehicles/10158-porshen-na-svobode-dvigatel-so-svobodnym-porshnem/#full) о двигателе со свободным поршнем, который сразу работает как генератор. Там писали о кпд около 70% - звучит круто, но берут здравые сомнения, что такую штуку можно собрать в домашних условиях. Да и он не сильно-то многотопливный. Кстати, немного вернувшись к теме стирлинга - можно ли в теории собрать стирлинг с похожей конструкцией, т.е. где возвратно-поступательное движение поршней будет сразу генерировать ток, без преобразования во вращательное?

5)Топливные элементы? Наиболее вменяемый вариант, кмк, это твердооксидные элементы. Метанольные - где и как хранить метанол, чтобы в случае чего не надышаться парами. Все варианты, которые работают на водороде, учитывая стоимость получения водорода, бесполезны.
Но твердооксидные тоже не идеал, ибо их надо греть, ну и плюс не знаю, бывают ли они размеров, подходящих для использования на транспорте.

Готов выслушать ваши комментарии, единственная просьба - по возможности, подтверждать сказанное ссылками на источник. Если кому-то будет нужна информация по модельным двигателям, либо по чему-то еще - пишите.

[Александрович]

Есть еще вариант на сжатом воздухе.

[ratay]

Если есть сжатый воздух - зачем промежуточный генератор?

[Александрович]

Не нужен.

[Евгений Машеров]

Единственно реалистичным здесь является ДВС. Остальными вариантами можно заниматься лишь в порядке техноспорта. Причём если топливный элемент "домашней выделки" будет в принципе работоспособен, только маломощен и дорог, то двигатель со свободным поршнем и электросъёмом, насколько можно судить из того, что цитированная статья заявляет, что "полноценный прототип генератора с настроенной системой управления и КПД не менее 50% будет готов уже к концу 2010 года", однако уже 2014 и ничего не слышно, представляет трудности даже для высококвалифицированных и хорошо финансируемых профессионалов. По-видимому, для создания по такой схеме Стирлинга надо преодолеть немногим меньшие трудности. Что до турбины - опять же, как игрушка реализуемо, но каков будет К.П.Д. при температуре нагревателя $20^oC$?

[Ramich2077]

Насчет КПД - посетило меня тут одно соображение, но озвучу чуть позже, как посчитаю. Да и почему температура нагревателя 20 градусов? Вода кипит при 100, а в турбинах пар нагревают до 400-500- еще больше? Тут уже точно не скажу.

[Евгений Машеров]

Исходя из:

Ramich2077 в сообщении #866346 писал(а):

подобрав теплоноситель, который будет кипеть примерно при 20-30 по Цельсию, можно будет получать перегретый пар на входе в турбину

Для турбины на водяном паре К.П.Д. можно, разумеется, получить нормальный.

[Oleg Zubelevich]

Ramich2077 в сообщении #866346 писал(а):

Выбор компактного источника электроэнергии

в смысле последовательностей или покрытий?

[DimaM]

Ramich2077 в сообщении #866346 писал(а):

Если я правильно понимаю ситуацию, то подобрав теплоноситель, который будет кипеть примерно при 20-30 по Цельсию, можно будет получать перегретый пар на входе в турбину

Ramich2077 в сообщении #866346 писал(а):

Там писали о кпд около 70%

Есть мнение, что выше, чем у цикла Карно, КПД не получить.

[ratay]

Хотелось бы живьем поглядеть на самодельную турбину требуемого вам малого размера с температурой пара 500 градусов по Цельсию.

[Toucan]

Oleg Zubelevich в сообщении #871069 писал(а):

в смысле последовательностей или покрытий?

Oleg Zubelevich, замечание за бессодержательное сообщение.

[Ramich2077]

ratay, а я и не писал, что турбина будет самодельной. Мне страшно представить что-то, вращающееся на десятках тысяч оборотов в минуту. Мне как раз интересно, а встречается ли что-то уже готовое полходящего размера?

По поводу кпд, я уточню такой момент. Цикл карно описывает максимально возможный кпд замкнутого термодинамического цикла. С кпд преобразования теплоты сгорания топлива в механическую работу это связано слабо, потому что если мы делаем турбину закрытого типа, и тепло пара на выходе отбираем и используем для предварительного подогрева пара на входе, то кпд будет определяться в основном различными потярями в системе. То есть цикл карно показывает, что мы не сможем отобрать у рабочего тела больше энергии, чем в цикле карно. Но про то,что теплоту на выходе нельзя использовать, в нем ничего нет. И да, я знаю второе начало термодинамики, но холодильники вполне себе исправно работают) Собственно отсюда единственный более-менее самодельный вариант - турбокомпрессор от авто. На вход подается пар, крутит лопатки, после чего через какой-нибудь буферный объем засасывается в компрессор, который его сжимает. При сжатии пар нагревается, и мы его охлаждаем паром, идущим на вход. Но с учетом того, что турбокомпрессор все же больше сжимать воздух предназначен, будет ли работать - хз.

[Александрович]

Ramich2077 в сообщении #872678 писал(а):

Мне страшно представить что-то, вращающееся на десятках тысяч оборотов в минуту. Мне как раз интересно, а встречается ли что-то уже готовое полходящего размера?

Я всё-таки протаскиваю пневматическое решение.

Цитата:

....По размером пневмоинструмент не больше(если не меньше) электрического дремеля, мощность раз в десять больше. Остальное похоже..
Двигателем пневматического инструмента является микротурбина или щелевой ротор. Это узлы прецизионной балансировки, работающие на запредельных скоростях(есть экземпляры с 30 тыс оборотов)...

[ratay]

Для начала надо просто посчитать, какое количество энергии можно запасать в баллоне со сжатым воздухом, в аккумуляторе и в емкости с жидким топливом. Читал я, что в шахтах с большой загазованностью используют сжатый воздух, но все это неэкономично и лишь от сильной необходимости.

[Евгений Машеров]

Использовать тепло на выходе двигателя, разумеется, можно. Для отопления, скажем. ТЭЦ именно на этом и основаны. Но вот превратить его в механическую (электрическую etc.) энергию удастся только при наличии ещё одного охладителя. И доля превращённой так энергии не превзойдёт К.П.Д. цикла Карно, но уже для которого нагреватель тепло отходящих газов, и есть охладитель. Такие установки существовали, скажем, в 20-е годы были дизельно-паровые судовые машины, в которых выхлопные газы нагревали котёл, работавший на дополнительную паровую машину, или подававшийся в подпоршневое пространство, так что дизель работал "двойным действием". Так удалось повысить К.П.Д., сделав его существенно выше тогдашних дизелей и приблизившись к современному его уровню, ценой усложнения и утяжеления машины. На малогобаритной же установке, боюсь, и этого не выйдет.