Сверхкритический флюид с высокой электропроводностью

[Stak]

В 08.04.2024 в 11:13, chemister2010 сказал:

Почему вы уперлись именно в критическое состояние? Чем вас не устраивает обычный пар?

Пар нужен с высокой электропроводностью. А с этим есть проблема...
С  СКФ - по крайней мере, одно решение (условно применимое) - удалось накопать.
Тогда можно применить МГД-преобразование, и реализовать цикл брайтона (для установок побольше) или стирлинга (поменьше).
Собственно, началось всё с этого:


 

В 08.04.2024 в 10:59, user2022 сказал:

Даже если греть этот стирлинг до разрешенных безучетных 200ц - там при 100 атм скорее допустимо только 5 литров. Маловато будет на заметную комерческую мощность. А все горячее 200ц вроде подлежит учету даже и при более низких давлениях и меньших размерах.

Для "домашнего использования" - это лишь один из вариантов, причем не основной. Да и брайтон кажется более интересным, чем термоакустический стирлинг - не нужен резонатор, значит можно сократить объём рабочего тела в аппарате.

Так-то плюсов в подобной установке, если подумать, можно немало накопать - механического износа нет, может быть практически бесшумной. Так что на ограничениях  по учету в органах Ростехнадзора - давайте пока не концентрироваться (хотя за информацию спасибо).

Хотя, может быть, и правда ерундовину придумал нежизнеспособную)
 

[chemister2010]

Нашел табличку электропроводности паров ртути под давлением: https://chem21.info/pics/543897/

При 2700 атм и 1400 С электропроводность 1/10 от проводимости ртути при обычных условиях.

[user2022]

В 08.04.2024 в 11:58, chemister2010 сказал:

и 1400 С

При таких градусах там уже может быть ощутимая часть проводимости от ионизации от градусов. Тогда опять же деды делали плазменный режим работы гревно-генерильных диодов при 1000+ц с парами цезия. Там простая ударная поверхностная ионизация чтобы плазму цезия получать без расходов электро поля или ионизирующего излучения. Ну зазор достаточно тонкий - но токи в амперы на мало квадратных сантиметров бегают. И при давлении сильно меньше 100 кПа полностью безопасном по хлопкам. И в конструкции ну почти совсем нету подвижных веществ - только электроны и ионы бегают в зазоре между горячим и холодным.

 

Игрушки со стирлингами скорее интересны при градусах заметно меньше 800ц когда уже на термоэмиссионных простых системах мало эмиссии даже с оксидными катодами с малой работой выхода. 

[Stak]

В 08.04.2024 в 11:58, chemister2010 сказал:

При 2700 атм и 1400 С

Вот в этих цифрах и кроется проблема (

 

В 08.04.2024 в 12:44, user2022 сказал:

Игрушки со стирлингами скорее интересны при градусах заметно меньше 800ц

Если решить вопрос с подходящим рабочим телом - то чем выше диапазон температур, тем больше КПД. Карно не даст соврать.

Может быть всё же вернуться и идее с солями металлов?

Конечно, их электропроводность ниже, но это по сути влияет в основном на удельную мощность. Нужно что-то, что хорошо растворяется в доступных СКФ (см ниже) и обеспечивает при этом максимально высокую электропроводность СКФ раствора.

"Сверхкритические флюиды (СКФ) представляют собой нечто среднее между жидкостью и газом. Они могут сжиматься как газы (обычные жидкости практически несжимаемы) и способны растворять твердые вещества, что газам не свойственно. Так, сверхкритический этанол (при температуре выше 243 °С) легко растворяет некоторые неорганические соли (CoCl2, KBr, KI)."

 

[Stak]

В 08.04.2024 в 11:13, chemister2010 сказал:

Данных по температуре разложения 15-краун-5 эфира, к сожалению, не нашёл.

Нашёл, что температура кипения выше 350С, https://www.chemeo.com/cid/18-331-4/15-Crown-5.pdf

А критическая точка - 613С. т. е. сам по себе разлагаться не должен. 

 

Но было упоминание, что крауны реагируют с металлами выше 100С (и в растворе тоже?) , хотя я в литературе ссылок на это не нашёл. Если так - то фокус не получится... 

 

[chemister2010]

Крауны сами по себе довольно устойчивы. Но щелочные металлы их расщепляют.

 

Если хотите сверхкритических жидкостей - наверно лучше выбрать сверхкритическую воду - дешево, доступно, должно быть много информации.

[user2022]

В 08.04.2024 в 14:41, Stak сказал:

чем выше диапазон температур, тем больше КПД. Карно не даст соврать.

 

В практическом хозбыте стрилингов с гревом от костра при 100 кПа (чтобы было просто и дешево) есть еще проблема дотягивания градусов даже до 1000+ц. В достаточно удобно самогорящем костре угли дотягивают до около 900ц. А улетающие газы скорее и меньше заметно. И чтобы в стирлинг еще лезли гревные джоули на достаточной скорости он должен быть заметно холоднее доступной грелки. Потому тут выходит кпд по Карно ограничен возможностями простых и удобных хозяйственных грелок типа костра из деревях (растишек).

 

Потому кпд стиргингов всяко достаточно низок и они имеют смысл больше как добор части полезности от наличных отопительных систем с атмосферными горелками достаточно низких температур. Уж сколько выйдет добрать столько и хорошо. Так по мелочи и по скромному - подзарядить батарейку маломощной резервной системы электропитания хозяйства на время между от разбомблением районной электростанции и до прихода наземных зачищающих подразделений.

 

Потому можно предварительно осторожно рассчитывать на прогрев стирлинга примерно до 500ц при прогоне через него где-то четверти мощности отопительного костра.

Изменено 9 Апреля, 2024 в 15:00 пользователем user2022

[Stak]

В 09.04.2024 в 14:10, chemister2010 сказал:

Крауны сами по себе довольно устойчивы. Но щелочные металлы их расщепляют.

 

Если хотите сверхкритических жидкостей - наверно лучше выбрать сверхкритическую воду - дешево, доступно, должно быть много информации.

Интересно выглядят СКФ метан, этан и пропан - используются как растворители в СКФ экстракции. И имеют относительно низкие крит. параметры - менее 100С и около 45 атмосфер. Однако, сведений по растворимости в них солей металлов не нашёл. Однако, т. к неполярные - может и не растворяются они соли...

 

Ещё вариант СКФ этанол, он точно некоторые соли растворяет, но тут вопрос с температурой разложения в присутствии этих солей, ну и Крит. Температура у него  повыше. 

 

Однако, по проводимости - любой из этих вариантов точно хуже, чем натрий в СКФ аммиаке. Т. е. этот вариант остаётся самым интересным, если удастся повысить температуру в нагревателе. Т. К. процесс не стационарен, и рабочее тело циркулирует по контуру (в варианте с циклом Брайтона, по крайней мере), можно предположить, что образовшихся (и разложившихся на H2 и N2) за один проход по контуру амидов/имидов будет меньше, чем весь объем рабочего тела. Но это не точно))) 

Тогда задача сводится к синтезу аммиака в присутствии натрия, и выбору подходящего катализатора, если таковой существует)

[Stak]

В 09.04.2024 в 17:58, user2022 сказал:

можно предварительно осторожно рассчитывать на прогрев стирлинга примерно до 500ц при прогоне через него где-то четверти мощности

Не очень понял, почему Вы так настаиваете на Стирлинг варианте, для Брайтона кпд будет выше. Пока сложно сказать, какой именно, но если дельту Т ограничить 200С (от 130 до 330С) - то по Карно потолок 33%, что уже неплохо и пригодно для ряда применений. 

[user2022]

В 11.04.2024 в 01:55, Stak сказал:

настаиваете на Стирлинг

Тут больше была идея как-то назвать назвать тепловую машину с внешним сгоранием. Имени кого там внутри цикл менее важно. 

 

Самые мощные тепловые машинки в гражданском хозбыте достаточно массовом это газоводогреи - так там при температуре сгорателя в сотни ц выходит собрать больше 80..90 процентов джоулей только на воду с температурой около 70ц макс. Ну котлы отопления примерно такие же. С мощностями до десятков киловат обычно. А тут хотят как-то собрать и прогнать через какую-то тепловую машинку весьма заметное количество джоулей горелки при температуре почти выхлопа горелки. Т.к. типовые горелки даже на очень дорогих и чужих газовых веществах типа метана (от хозяев газпрома) с трудом дают около 1000ц при прилично настроеной смеси - то что-то дальше согреть при прокачке всех желаемых киловатов дальше скорее выйдет примерно до половины (цельсиевых) градусов горелки. В случае с более доступными и надежными дровяными горючими веществами там все еще хуже по температуре.

 

Когда в быту мутят какие-то печки типа муфельных и там горелками за кучу времени нагоняют почти температуру выхлопа горелки - так там отбор мощщи около 0 и все густо умотано теплоизоляторами.

 

Потому сначала может попробовать начать с построения системы грева на обещаные десятки киловат могущей прогнать этот грев каким-то образом через хотя бы просто тонкую жестяную стенку (еще без разницы давления в 100+ бар). И передать на какое-то рабочее вещество при ожидаемых тут 1000..1400ц. Может там в разумных бытовых габаритах такой грелки при нужных по Карно десятках киловат прогона грева через установку выйдет с трудом догреть и до 200ц. И тогда выбор веществ рабочих уже можно делать под реальную температуру вместо теоретической температуры горелок.