Электричество из звука

На первый взгляд, прибор своей мигающей лампочкой напоминает R2D2 – незабываемого робота из Звездных войн. Однако, в действительности речь идет о термоакустическом генераторе канадского предприятия Etalim. Машина обещает быть такой же эффективной, как топливный элемент и одновременно такой же дешевой как традиционный двигатель внутреннего сгорания.

Генератор Etalim TEG в первую очередь предназначен для обеспечения домашних хозяйств водой и электричеством. Кроме того, он мог бы перерабатывать отработанное тепло солнечных коллекторов и таким образом повышать их эффективность. Компьютерные модели прибора обещают более 40% КПД.

В основании принципа Etalim TEG лежит двигатель Стирлинга, в котором в одном цилиндре расширяется нагретый газ, например, гелий, а во втором цилиндре газ охлаждается и сжимается. Принцип получения механической работы из тепла известен миру еще с 18 века: газ нагревается, расширяется, поднимая при этом поршень, и затем охлаждается. И – опять все с начала.

Эффективность такой машины не зависит ни от вида используемого газа, ни от давления, созданного в машине. Она зависит лишь от максимальной и минимальной температуры, которую принимает газ. Таким образом, чтобы достичь максимальной эффективности, нужно, чтобы горячая часть машины была как можно более горячей, а область потери тепла – как можно более холодной, как сообщает www.heise.de

Однако, слабая сторона двигателя Стирлинга состоит в том, что он эффективен только при высоких температурах и давлении, рассказывает руководитель фирмы Рон Клопфер. А это обуславливает высокую стоимость герметизации цилиндра, в котором находится поршень. «При таких температурах нельзя использовать обычную изоляцию: резина и смазочные средства не выдержат, подойдет только сухой металл на металл», – объясняет Клопфер. «Это требует высокоточного изготовления деталей и выливается в немалые расходы».

Поэтому Томас Штайнер, основатель и научный советник Etalim, делает ставку на термоакустическую конструкцию: в герметической камере находится газ, через который при нагревании двигаются звуковые волны. Их интенсивность зависит от энергии, попадающей в камеру. Механическую энергию выводит из камеры не поршень, а металлическая пластина. Когда гелий, находящийся под давлением, нагревается, звуковые волны в газе усиливаются и приводят к колебаниям пластины. Эти колебания через слой гелия передаются находящейся под ним металлической мембране, которая периодически нажимает на вал. Вал в свою очередь приводит в движение ротор генератора переменного тока.

Благодаря такому процессу в цикле термодинамического процесса нет механического трения. Чтобы нагреть газ в камере снаружи, можно использовать разные источники тепла: природный газ, биомассу, биодизель, этанол, солнечные коллекторы.

Отклонение вала минимальное – один миллиметр за цикл. При этом он передвигается 500 раз в секунду. «С высокой частотой можно получить больше тока», – говорит Грег Свифт, исследователь в области термоакустики Национальной лаборатории в Лос Аламос. «Идея Штайнера действительно замечательная, и ему удалось прекрасно воплотить ее в модели машины», – считает Свифт.

Первый коммерческий прибор появится в 2012 году, и он должен при температуре 700 градусов достичь 40% КПД. При температуре в 1000 градусов КПД составит 50%. Разработан термоакустический генератор как конкурент небольших топливных элементов домашнего использования. Руководители фирмы собираются производить машину меньше чем за доллар на ватт, а в перспективе расходы снизятся до 15 центов на ватт, что значительно дешевле, чем обычные генераторы тока на ДВС.

Положительные стороны Etalim TEG для обычных пользователей очевидны – это необычайная простота эксплуатации, универсальность с точки зрения источника тепла, высокая эффективность и дешевизна. Кроме того, прибор идеально подходит семьям и хозяйствам, отдающим предпочтение экологически дружественным источникам энергии.