Nitinol-moottori, ilmaista energiaa

D

denzil dexter

Well-known member
En huomannut, että tätä vempelettä olisi käsitelty, joten merkataan muistiin.

Kyseessä on siis muistimetallimoottori, jolla voidaan hyvin pienellä lämpötilaerolla tehdä aika paljon työtä. Laite voisi soveltua esimerkiksi itsestään toimivaksi vesipumpuksi joka nostaa vettä kaivosta tai järvestä, hukkalämmön talteenottoon tms. Se toimisi myös esimerkiksi maaperän ja (pakkas)ilman välisellä lämpötilaerolla.

Kilpailee siis samassa sarjassa peltierin, kylmähöyrykoneiden yms kanssa.

Seuraavassa videossa on leluja ja pieniä moottoreita, jotka toimivat tuolla periaatteella:

https://youtu.be/3MfTJVAtx6w

Hiukan vakavammalla mielellä tehty moottori McDonnell Douglasin toimesta:

https://youtu.be/8-dCIkJAjyM

Yritys joka on viime aikoina patentoinut paljon aiheeseen liittyen ja myy

hukkalämpömoottoreita:

https://www.exergyn.com

Toivottavasti saadaan jotain edullista ja toimivaa markkinoille. Suomi kun on lämpötilaerojen luvattu maa.
 
S

Savonius

Well-known member
Tämä ei ole Nitinol mutta halpaa energiaa kuitenkin. Okinavalla käytössä 2014 lähtien noin 100Kw:n laitos. Toimii matalahkon lahden 30 asteen pintavedellä . Jäähdytysvesi syvänteestä runsaan sadan metrin syvyydeltä jossa vesi noin 8 astetta. Tutkimuslaitoksen 24Kwh:n yksikkö oli kooltaan 2,5x1,2 ja parisen metriä korkea. Lämpö tuli kuumasta lähteestä. 150Kw:n laitos oli myös käytössä. Tuo 23,8asteessa kiehuva neste on joku Freonin kehittyneempi versio.
Meidän alhaisissa lämpötiloissa tuo jäähdytys olisi helppo toteuttaa.  [img]

[ATTACH=full]4541[/ATTACH]
 
D

denzil dexter

Well-known member
30-asteinen pintavesi vs  8-asteinen syvänteen vesi; lämpötilaero 24 astetta.

Suomessa pääsee samaan helposti talvella käyttämällä lämpöpuolena joko vesistöä tai maaperää. Ei tarvitse kaivaa kuin metrin verran, tai tehdä pieni avanto.

Tuollaisessa sähköntuotannossa olisi sellainen erittäin mielenkiintoinen piirre, että se tuottaa aina sitä enemmän, mitä kovempi pakkanen on. Siitä taas Suomen sähkönkulutuspiikit tykkäisivät. Se mahdollistaisi myös itsenäisen, täysin automaattisen, ilman polttoainetta tai verkkosähköä toimivan lämmitysjärjestelmän rakentamisen.

Mitä taas nitinoleihin tulee, niin sain hankittua lankoja ebaysta. Pitänee jossain vaiheessa rakentaa pieni moottori, lämpimän veden pumppu tms niistä.
 
S

Savonius

Well-known member
Valitettavasti tämä ei perustu lämpötilaeroon suoranaisesti. Pitää vain saavuttaa tuo 23,8asteen lämpö jolloin tuo vaihtoehtofreoni alkaa kiehua eli höyrystyä jolloin propeli alkaa pyöriä. Sen paino(kaasun) on 1,38 joten liikkeessä on voimaa. Propelin jälkeen kaasu on lauhdutettava nesteeksi johon Suomessa on etenkin talvella.
Tuon höyrystyvän nesteen kilohinta on noin 4 dollarin paikkeilla joten tuollaisen kolme kilovattisen rakentaminen ei olisi ylivoimainen suoritus. Kun tarvittavan lämmön tuottaisi itse valmistetulla biokaasulla niin oltaisiin melko vihreitä.
 
D

denzil dexter

Well-known member
Melkein väittäisin, että perustuu. Joku tuollainen laite on kyseessä:

https://en.wikipedia.org/wiki/Organic_Rankine_cycle

Aine valitaan sitten sellaiseksi, mikä toimii käytetyllä lämpötila-alueella. Sehän voi olla vaikka -80 ja -50 asteen välillä, jos sellaiset olosuhteet jostakin löytyvät.
 
P

Pähkäilijä

Active member
Savonius sanoi:
Valitettavasti tämä ei perustu lämpötilaeroon suoranaisesti. Pitää vain saavuttaa tuo 23,8asteen lämpö jolloin tuo vaihtoehtofreoni alkaa kiehua eli höyrystyä jolloin propeli alkaa pyöriä. Sen paino(kaasun) on 1,38 joten liikkeessä on voimaa. Propelin jälkeen kaasu on lauhdutettava nesteeksi johon Suomessa on etenkin talvella.
Tuon höyrystyvän nesteen kilohinta on noin 4 dollarin paikkeilla joten tuollaisen kolme kilovattisen rakentaminen ei olisi ylivoimainen suoritus. Kun tarvittavan lämmön tuottaisi itse valmistetulla biokaasulla niin oltaisiin melko vihreitä.
Klikkaa laajentaaksesi...

puulämmityksen kaveriksi jos laittaisi ja varaajassa on riittävän kuumaa vettä verrattuna sisäilmaan niin 23c lämpötilaeron saa aikaan sisätiloissa jossa hukkalämpökin muuttuu lämmitykseksi eli patterin korvike?
 
P

Pähkäilijä

Active member
Pähkäilijä sanoi:
Savonius sanoi:
Valitettavasti tämä ei perustu lämpötilaeroon suoranaisesti. Pitää vain saavuttaa tuo 23,8asteen lämpö jolloin tuo vaihtoehtofreoni alkaa kiehua eli höyrystyä jolloin propeli alkaa pyöriä. Sen paino(kaasun) on 1,38 joten liikkeessä on voimaa. Propelin jälkeen kaasu on lauhdutettava nesteeksi johon Suomessa on etenkin talvella.
Tuon höyrystyvän nesteen kilohinta on noin 4 dollarin paikkeilla joten tuollaisen kolme kilovattisen rakentaminen ei olisi ylivoimainen suoritus. Kun tarvittavan lämmön tuottaisi itse valmistetulla biokaasulla niin oltaisiin melko vihreitä.
Klikkaa laajentaaksesi...

puulämmityksen kaveriksi jos laittaisi ja varaajassa on riittävän kuumaa vettä verrattuna sisäilmaan niin 23c lämpötilaeron saa aikaan sisätiloissa jossa hukkalämpökin muuttuu lämmitykseksi eli lämpöpatterin korvike?
Klikkaa laajentaaksesi...
 
S

Savonius

Well-known member
Tässä japanilaisversiossa kaasu on saatava nesteytetyksi. Se jäähdytetään noin 15 asteeseen jolloin se muuttuu nesteeksi joka siellä kuumalla puolella taas höyrystetään.
 
P

Pähkäilijä

Active member
Savonius sanoi:
Tässä japanilaisversiossa kaasu on saatava nesteytetyksi. Se jäähdytetään noin 15 asteeseen jolloin se muuttuu nesteeksi joka siellä kuumalla puolella taas höyrystetään.
Klikkaa laajentaaksesi...

eli tuon loppujäähdytyksen kun tekis tuloilmakanavassa niin sitten homma pyörisi "ilman hukkalämpöä" kun kaiken voisi käyttää lämmitykseen.
 
S

Savonius

Well-known member
Itse asiassa en ymmärrä miksi se pitäisi jäähdyttää noinkin kylmäksi. Periaatteessa sehän voisi olla koko ajan tuo 23,8 astetta. Siihenhän riittäisi silloin se että kuumalla puolella siihen pistettäisiin sen verran lämpöä että faasi tapahtuisi ja kylmällä puolella vastaava määrä lämpöä poistettaisiin. (saattoi johtua myös huonosta japanin kielen taidostani että käsitin sen jäähdytettävän 15asteeseen) Se poistettava energia käytettänee sen kuuman puolen lämmittämiseen.
 
S

Savonius

Well-known member
Freonin korvikkeen lämpö ei siis nouse tai laske faasissa. Pitäähän sen veden tietenkin olla kuumemempaa ja kylmempää. Sen korvikke aine on HFC-245fa ja nimi Pentafluoropropane (kai)

Okinavan laitos joka on toiminut 2014 lähtien näyttää tältä. Toimii siis merivedellä. Ei toimi jos pintaveden lämpö laskee, alle 24 asteen.


WIN_20181217_111729.JPG
 
D

denzil dexter

Well-known member
Siis todennäköisesti jäähdytys tapahtuu käyttäen 15 asteen lämpötilaa ja lämmitys käyttäen 24 asteen lämpötilaa.

Tietenkin olomuodonmuutos tapahtuu millä tahansa lämpötilaerolla, mutta joutuu vain odottamaan muutaman kuukauden, jos lämpötilaero on pieni. Silloin laite ei ehdi tuottamaan edes itse käyttämäänsä energiaa.
 
K

kotte

Well-known member
Tuollaiset pienen lämpötilaeron lämpövoimakoneet eivät kumminkaan pysty peittoamaan Carnotin armotonta sääntöä

      hyötysuhde  <  1 - TC/TH , missä

TC on kylmän puolen lämpötila (kelvin-asteina) ja TH on lämpimän puolen absoluuttinen lämpötila (kelvin-asteina). Kun lämpötilaero on luokkaa jokusen kymmenen astetta, on käytännössä mahdotonta saavuttaa luokkaa prosentteja tai edes promilleja suurempi hyötysuhde.

Olen itse hiukan epäileväinen tuollaisen nitinol-moottorin hyötysuhteeseen pienellä lämpötilaerolla. ORC-moottori tunnetusti toimii, mutta lämmön siirto on huonoa, kun lämpötilaero on pieni. Osa OTEC-ratkaisuista (OTEC: Ocean thermal energy conversion eli valtamerten pinta- ja pohjalämpötilojen eroja hyödyntävä energiantuotanto) soveltaakin suorahöyrystystä ja tiivistystä, eli kylmäaineenä käytetään pinnalta imettyä lämmintä vettä, jota höyrystetään alipaineessa ja matalapaineturbiinia käyttävä paine-ero tuotetaan ruiskuttamalla pohjalta imettyä kylmää vettä tiivistykammioon. Tässä tapauksessa vain ongelmana on kylmän veden pitkän pumppusmatkan ohella veden imeminen pois tiivistyskammiosta sekä valtameren veden sisältämien kaasujen pumppauksen imeminen pois kyseisen poistovesivirran mukana (esim. injektori- tai vesirengaspumpputekniikalla) tuotetulla bruttoenergiamäärällä. Ratkaisun on sinällään osoitettu toimivan jo sata vuotta sitten, mutta talous on ollut yleensä ollut pahasti kuralla.

Ei kannata unohtaa vanhaa tuttua stirling-moottoriakaan tai sille läheistä sukua olevaa ericsson-kiertoprosessia. Suomen oloissa voisi saada aikaa siedettävän moottorin talvipakkasille niin, että nostaa ulkoilman painetta palkeilla tiivistettyyn maakellariin ja ottaa energian talteen toisella sopivalla luisti- tai läppämekanismilla varustetulla palkeella, jonka on tuotettava riittävästi energiaa puristuspalkeen ja läppämekanismin käyttämiseen, jolloin loppu on mahdollista käyttää hyödyksi. Ideanahan on, että kun kaasu laajenee kellarissa lämmetessään, painetta purkava palje pystyy käymään suuremmalla taajuudella kuin ulkoilmasta painetta kellariin nostava palje olettaen, että palkeet ovat muutoin samanlaisia. Tuo ratkaisu on ajatukseltaan lähinnä ericsson-prosessia (ja voihan sitä pitää myös muunnoksena kaasuturbiineista tutusta brayton-kiertoprosessista, joka sekin alun perin kehitettiin mäntämoottoreille).
 
K

kotte

Well-known member
denzil dexter sanoi:
Ei Carnot'n sääntö ole voimassa tuollaisilla koneilla jotka perustuvat faasimuutokseen (eikä Nitinol-moottorilla, peltierillä tms).
Klikkaa laajentaaksesi...
Siitä vaan ns. toisen asteen ikiliikkujaa patentoimaan...

Vakavasti puhuen noilla kummallakin esiintyä ilmiöitä, joilla on helppo ymmärtää, miksi Carnotin sääntö astuu kuvaan näidenkin tapauksessa: peltier-elementin tapauksessa syntyvä teho aiheuttaa samalla virtuaalisen ja vastakkaisen lämpöpumppuilmiön, joka siirtää lämpöä kuumemmasta tilasta kylmempään ja paljon enemmän, mitä sähkönä ulos saadaan. Nitinol-tapauksessa taas syntyy mekaaninen jännitys, jonka purkautuminen jäähdyttää materiaalia valmiiksi hiukqn, mutta paljon vähemmän kuin mitä lämpöä joudutaan hukkaamaan siinä vaiheessa, kun materiaali joutuu kosketuksiin jäähdyttävän väliaineen kanssa. Kiinteä aine kuten nitinol toimii varsin samojen luonnonilmiöiden tapaan kuin vaikkapa kaasun tilamuutokset, fasimuutokset tai nesteen laajenemiseen liittyvät ilmiöt, eli kaikila vaikutuksilla on aina vastavaikutuksensa. Nitinoliakin voisi käyttää lämpöpumpun mekanismina lämmittämällä sitä puristaen luonnollista muotoa vastaan ja jäähdyttämällä sitä päästäen muodon palautumaan luonnolliseen muotoonsa. Luontoa ei vain pysty huijaamaan näin yksinkertaisilla tempuilla, kun ei onnistu vaikeammillakaan.
 
D

denzil dexter

Well-known member
kotte sanoi:
denzil dexter sanoi:
Ei Carnot'n sääntö ole voimassa tuollaisilla koneilla jotka perustuvat faasimuutokseen (eikä Nitinol-moottorilla, peltierillä tms).
Klikkaa laajentaaksesi...
Siitä vaan ns. toisen asteen ikiliikkujaa patentoimaan...

Vakavasti puhuen noilla kummallakin esiintyä ilmiöitä, joilla on helppo ymmärtää, miksi Carnotin sääntö astuu kuvaan näidenkin tapauksessa: peltier-elementin tapauksessa syntyvä teho aiheuttaa samalla virtuaalisen ja vastakkaisen lämpöpumppuilmiön, joka siirtää lämpöä kuumemmasta tilasta kylmempään ja paljon enemmän, mitä sähkönä ulos saadaan. Nitinol-tapauksessa taas syntyy mekaaninen jännitys, jonka purkautuminen jäähdyttää materiaalia valmiiksi hiukqn, mutta paljon vähemmän kuin mitä lämpöä joudutaan hukkaamaan siinä vaiheessa, kun materiaali joutuu kosketuksiin jäähdyttävän väliaineen kanssa. Kiinteä aine kuten nitinol toimii varsin samojen luonnonilmiöiden tapaan kuin vaikkapa kaasun tilamuutokset, fasimuutokset tai nesteen laajenemiseen liittyvät ilmiöt, eli kaikila vaikutuksilla on aina vastavaikutuksensa. Nitinoliakin voisi käyttää lämpöpumpun mekanismina lämmittämällä sitä puristaen luonnollista muotoa vastaan ja jäähdyttämällä sitä päästäen muodon palautumaan luonnolliseen muotoonsa. Luontoa ei vain pysty huijaamaan näin yksinkertaisilla tempuilla, kun ei onnistu vaikeammillakaan.
Klikkaa laajentaaksesi...

Carnot kierto on kaasujen laajenemisen prosessi. Esittämäsi Carnot'n säännön jonka mukaan hyötysuhde riippuu lämpötilaerosta voi kiertää millä tahansa esimerkiksi faasimuutokseen perustuvalla laitteella. Niissähän voi tehdä työtä niin paljon kuin haluaa, vaikka lämpötila ei muutu juuri lainkaan. Tuotettu mekaaninen työ riippuu siirretystä lämpömäärästä, eikä lämpötilaerosta.

Sama juttu Nitinolin kanssa. Voit jämähdyttää 40-asteen langan +41 asteella; se vai kestää kauemmin kuin jos sen tekisi vaikka +100 asteella. Prosessissa siirretty lämpömäärä on kuitenkin sama eli ideaalitapauksessa se, mitä langan lämpötilan nostaminen vaatii. 
Toisin sanoen Nitinol-moottorin hyötysuhde ei muutu mihinkään vaikka lämmittäisit sitä +4000 asteella - se vain käy nopeammin, mutta yksi sykli haukkaa silti saman lämpömäärän.
 
K

kotte

Well-known member
denzil dexter sanoi:
kotte sanoi:
denzil dexter sanoi:
Ei Carnot'n sääntö ole voimassa tuollaisilla koneilla jotka perustuvat faasimuutokseen (eikä Nitinol-moottorilla, peltierillä tms).
Klikkaa laajentaaksesi...
Siitä vaan ns. toisen asteen ikiliikkujaa patentoimaan...

Vakavasti puhuen noilla kummallakin esiintyä ilmiöitä, joilla on helppo ymmärtää, miksi Carnotin sääntö astuu kuvaan näidenkin tapauksessa: peltier-elementin tapauksessa syntyvä teho aiheuttaa samalla virtuaalisen ja vastakkaisen lämpöpumppuilmiön, joka siirtää lämpöä kuumemmasta tilasta kylmempään ja paljon enemmän, mitä sähkönä ulos saadaan. Nitinol-tapauksessa taas syntyy mekaaninen jännitys, jonka purkautuminen jäähdyttää materiaalia valmiiksi hiukqn, mutta paljon vähemmän kuin mitä lämpöä joudutaan hukkaamaan siinä vaiheessa, kun materiaali joutuu kosketuksiin jäähdyttävän väliaineen kanssa. Kiinteä aine kuten nitinol toimii varsin samojen luonnonilmiöiden tapaan kuin vaikkapa kaasun tilamuutokset, fasimuutokset tai nesteen laajenemiseen liittyvät ilmiöt, eli kaikila vaikutuksilla on aina vastavaikutuksensa. Nitinoliakin voisi käyttää lämpöpumpun mekanismina lämmittämällä sitä puristaen luonnollista muotoa vastaan ja jäähdyttämällä sitä päästäen muodon palautumaan luonnolliseen muotoonsa. Luontoa ei vain pysty huijaamaan näin yksinkertaisilla tempuilla, kun ei onnistu vaikeammillakaan.
Klikkaa laajentaaksesi...

Carnot kierto on kaasujen laajenemisen prosessi. Esittämäsi Carnot'n säännön jonka mukaan hyötysuhde riippuu lämpötilaerosta voi kiertää millä tahansa esimerkiksi faasimuutokseen perustuvalla laitteella. Niissähän voi tehdä työtä niin paljon kuin haluaa, vaikka lämpötila ei muutu juuri lainkaan. Tuotettu mekaaninen työ riippuu siirretystä lämpömäärästä, eikä lämpötilaerosta.

Sama juttu Nitinolin kanssa. Voit jämähdyttää 40-asteen langan +41 asteella; se vai kestää kauemmin kuin jos sen tekisi vaikka +100 asteella. Prosessissa siirretty lämpömäärä on kuitenkin sama eli ideaalitapauksessa se, mitä langan lämpötilan nostaminen vaatii. 
Toisin sanoen Nitinol-moottorin hyötysuhde ei muutu mihinkään vaikka lämmittäisit sitä +4000 asteella - se vain käy nopeammin, mutta yksi sykli haukkaa silti saman lämpömäärän.
Klikkaa laajentaaksesi...
Faasimuutoslaitteiden antama teho riippuu ehdottomasti lämpötilasta: Kaasut sattuvat olemaan sen verran "fiksuja", että laajenevat samaan tilavuuteen, jos ne ensiksi höyrystetään tietyssä lämpötilassa (kuten vesi 100 asteessa) ja sen jälkeen kuumennetaan kaasuna loppulämpötilaan (vaikkapa 200 astetta) tai suoraan höyrystetään loppulämpötilaan (200 astetta) kuumennetulta pinnalta. Niinpä perinteinen rankinen kiertoprosessi tai ORC eivät ole niinkään kaukana tuosta carnot-prosessin kaasupohjaisesta järjestelystä. Nesteen höyrystyminen ei sinällään tuota energiaa, vaan siitä seuraavasta kaasun laajenemisesta saatavan energian pyydystäminen.

Nitinol on kinkkisempi juttu, kun se perustuu materiaalin kidemateriaalin muutokseen ja metallin luujuuden lähes täydelliseen katoamiseen tietyllä lämpötilan suppealla muutosalueella (lujuus palaa korkeammassa tai matalammassa lämpötilassa melko jyrkästi, mutta ei suinkaan yhtäkkiä). Itse asiassa tuosta ilmiöstä on hyvin vaikea saada energiaa talteen hyvällä carnot-hyötysuhteella, mutta parhaiten kaiketi juuri tuolla muutosvyöhykkeellä, jolloin ei ehkä olla hirmuisen kaukana carnot-prosessin suorituskyvystä. Suurella lämpötilaerolla nitinol epäilemättä toimii paljon heikommin, kun ominaisuudet eivät paljon muutu, vaikka kauemmas aktiiviselta alueelta joudutaan.

Kannattaa tehdä mielessään ajatuskoe: Jos olisi mahdollista peitota carnot-hyötysuhderaja millä tahansa lämpötila-alueella, voisi rakentaa toisen asteen ikiliikkujan rakentamalla carnot-ehdoilla toimiva lämpöpumpu nostamaan tuota alempaa lämpötilaa ylemmäs ja käyttää sitten tuota ihmevekotinta lämpövoimakoneena. Energiaa saisi silloin talteen ja systeemin kokonaislämpötila lähtisi laskemaan, avot. Sopivalla pumppaustekniikalla toteutettu suorahöyrystys-lauhdutus-lämpöpumppu ei esimerkiksi jää kovin kauas carnot-rajasta. Häviötön ideaalinen lämpövoimakone ja häviötön ideaalinen lämpöpumppuhan ovat carnotin mielessä käänteisiä tapahtumia ja noiden peräkkäisellä soveltamisella voidaan tässä teoreettisessa mielessä kumota toistensa vaikutukset.
 
Ylös