УНикальная технология преобразования углеводородов
и любых других источников тепловой энергии

EHFE TECHNOLOGY

от дома до предприятия
ОТ автомобиля до танкера


4 ключевых патента и PCT заявки

90%
Экологичнее ДВС
Уровень экологичности как у газовой плиты
КПД

35 - 70%
КПД выше чем у ДВС
ДВС - двигатели внутреннего сгорания
10 - 25 %
Повышает КПД Органического Цикла Ренкина
50%
Потенциально проще и дешевле, чем современные ДВС
Видео прототипа
Анимация прототипа
Рис. 1
Область применения EHFE-технологии

На рис. 1 "классическая" принципиальная схема широко известных паросиловых установок. На схеме цветами показано изменение температуры рабочего тела. Эта схема с замкнутой циркуляцией рабочего тела, в которой расход рабочего тела в виде пара компенсируется подачей жидкого рабочего тела питательным насосом. Насос, закачивая конденсат, преодолевает рабочее давление установки, доходящее до нескольких сотен атмосфер. Это очень большое давление и часто, чтобы преодолеть это давление, используют сложнейшие многоступенчатые схемы питательных насосов. А главное, затраты мощности на привод этих насосов составляют до 20% и зависят как от износа и типа питательного насоса, так и от вида рабочего тела. Например, в последнее время широко используются низкокипящие рабочие тела для реализации ORC (органических циклов Ренкина). В них расход рабочего тела на выработку 1 кВт мощности во много раз больше в сравнении с "водяными" циклами Ренкина, что резко повышает затраты мощности на привод питательных насосов.

EHFE-технология исключает необходимость в питательных насосах с соответствующими затратами мощности на их привод, при этом создаёт условия для повышения эффективности теплообмена, технология применима в паросиловых установках особенно при их ORC-режимах работы, а также для локальных энергетических установок (частное энергоснабжение дом, улица, многоквартирный дом, предприятие и т.д.)
Рис. 2
Область применения EHFE-технологии

На рис. 2 одна из "классических" схем двигателя Стирлинга. Известно, что как и паросиловые установки двигатели Стирлинга работают на цикле с внешним подводом теплоты, и значит являются в 10-ки раз более экологичными по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Более того двигатели Стирлинга имеют потенциальную эффективность сравнимую, только с максимальной эффективностью цикла Карно. В реальности достичь этой эффективности пока не получалось по ряду технологических причин, связанных с термической стойкостью конструкционных материалов, низкой эффективностью теплообмена при многократном (10-ки раз в секунду) перемещении рабочего тела из "холодной" зоны двигателя в "горячую", а также из-за гидравлических потерь и связанной с этим трудностью уплотнения двигателя, работающего на высокотекучих рабочих телах (гелий, водород) и т.п.

EHFE-технология не просто решает перечисленные проблемы, её применение заставляет по новому увидеть сам принцип устройства двигателей, работающих на циклах, подобных циклу Стирлига. Стало возможным приблизиться к потолку эффективности и экологичности с помощью двигателя, отвечающего требованиям простоты, надежности, экологичности и конкуретного преимущества.
Рис. 3
Описание EHFE-технологии

На рис. 3 показана принципиальная схема паросиловой установки с фрагментацией (разделением) и периодической герметизацией рабочего тела в камерах. Этот пример показывает одно из направлений применения EHFE-технологии и реализует принцип безнасосной циркуляции рабочего тела за счет временного соединения камер и возникающей в них разности плотностей паровой и жидкой фаз рабочего тела за счет зависимости температуры кипения от давления согласно индивидуальной "линии насыщения" для разных рабочих тел. Это простое и надежное техническое решение позволяет не только реализовать безнасосную работу замкнутой паросиловой установки, но и использовать фрагментированное (разделенное) в камерах рабочее тело для его нагрева от какой-либо греющей среды за счёт реализованной схемы противоточного теплообменника.

Это решение на базовом уровне запатентовано нашей компанией. Патентный поиск говорит о новизне этой разработки. Мы также сотрудничаем с Сибирским федеральным университетом (СФУ), в котором заинтересованы нашей работой, сейчас ведётся подготовка к научно-изыскательным, опытно-конструкторским работам (НИОКР). Заключен договор с дружественной нам технологической компанией, профилирующейся на производстве отопительного оборудования (котлы). Силами её конструкторского отдела создается первоначальная концепция тепло-электрогенерирующей установки малой и средней мощности, работающей на природном газе или пеллетном топливе с отдельным контуром теплоносителя между продуктами сгорания и рабочим телом . Для качественного конструирования стоит задача детально исследовать и создать расчётные инструменты для процессов замещения жидкой фазы рабочего тела его паровой фазой при перетекании рабочего тела из "верхней" в "нижнюю" камеру с одновременным теплообменом между этими фазами через стенку паропровода или непосредственно, без паропровода. Есть расчёты, выполненные сотрудниками СФУ, которые описывают этот процесс.

За счёт отказа от питательного насоса и применения поршневого преобразователя, не требующего системы смазки, разрабатываемая система отличается простотой и высокой надежностью. Она применима в локальной (частной) энергетике, в областях рынка уже испытывающих дефицит в подобных технологиях и имеет большие перспективы развития на мировом уровне.
Рис. 4
Описание EHFE-технологии

На рис. 4 показана принципиальная схема паросиловой установки, отображающая еще один пример EHFE-технологии. Как и на схеме рис. 3, в этом случае также реализован принцип безнасосной циркуляции рабочего тела и его нагрева за счёт периодической фрагментации рабочего тела в камерах, расположенных радиально. Перемещение рабочего тела между камерами при его нагреве отсутствует. Рабочее тело с момента наполнения в виде конденсата и до выхода в виде пара находится в одной камере. Наполнение и опорожнение таких камер происходит переключением каналов подвода и отвода рабочего тела, также и поток греющей среды переключается относительно камер по мере их прогрева для соблюдения принципа противоточного теплообменника. В опытной установке, разработанной в нашей компании, переключение потоков греющей среды и подачи/отвода рабочего тела реализовано распределителем. Более того, в этом стенде в качестве потока греющей среды использовано отработанное рабочее тело (внутрицикловая рекуперация). В отличие от схемы на рис. 3 в схеме на рис. 4 полностью отсутствуют необратимые потери, связанные с перемещением рабочего тела между камерами. Затраты на привод распределителя очень малы и по первоначальным оценкам составляют не более 1% от выработанной мощности.

В компании проделан большой объём работы, которая и сейчас продолжается. Ведется интенсивная патентная работа, создан стенд, в котором дополнительно к схеме внутри цикловой рекуперации использован "изотермический" поршневой преобразователь, который подробно будет рассмотрен далее. Для работы над стендом заключен договор с технологическим партнером и в этом случае ведется подготовка к комплексу НИОКР с учеными СФУ. Составлено предварительное заключение о перспективности разработок, выполнены базовые расчёты, демонстрирующие эффективность установки по удельной мощности в районе 27%. КПД цикла, например с пентаном в качестве рабочего тела и максимальной температурой 240 градусов. 240 град - не предел, конструкционные материалы позволяют минимум в 2 -3 раза увеличить температуру, использовать другие рабочие тела и значительно увеличить КПД и удельную мощность.

Важной особенностью рассматриваемой схемы является возможность работы на сверхкритических параметрах для рабочих тел с фазовым переходом и газообразных рабочих тел, так как нет необходимости выдерживать разницу плотностей паровой и жидкой фаз рабочего тела. Использование распределения потоков описанным образом является важной частью EHFE-технологии и особенно перспективно, так как позволяет достигнуть максимальной эффективности при общей простоте конструкции двигателя или паросиловой установки. Это область достойна и требует участия самых передовых инженерных и производственных ресурсов.
Рис. 5
Оптимально совместимая с EHFE-технологией, разработка компании

В описанных выше схемах паросиловых установок и двигателей с применением EHFE-технологии для нагрева фрагментированного рабочего тела по принципу противоточного теплообменника оптимально вписывается использование различных циклов с внутренней рекуперацией. Качественная внутрицикловая рекуперация или регенерация, например регенеративный цикл Стирлинга, дает возможность приблизиться к максимально возможной эффективности тепловых двигателей. В том же цикле Стирлинга регенеративные процессы охлаждения и нагрева рабочего тела оптимально соотносятся с изотермическими процессами расширения и сжатия. Известно, что сохранение температуры за счёт подвода тепла и тем более её рост в процессе расширения рабочего тела даёт самую большую величину производимой работы по отношению к массе израсходованного рабочего тела. Отсюда очень интересно и перспективно сочетание качественного "изотермического" преобразователя с EHFE-технологией.
Рис. 5.1
В нашей компании разработан такой качественный "изотермический" преобразователь с многократно увеличенной площадью нагрева. Эта разработка сама по себе является ценной, на неё в компании подана заявка на патент и выполнен испытательный стенд. Имеется соглашение с Сибирским федеральным университетом на проведение НИОКР с составлением программных средств численного моделирования. Предварительные оценки дают представление о в 10-ки раз улучшенных показателях теплообмена как для рабочих тел с фазовым переходом, так и газообразных рабочих тел.

Данный преобразователь даёт возможность при сравнимых с классическими двигателями Стирлинга показателях удельной мощности снизить температуру нагревателя, что уменьшает требования к материалам, снижает стоимость, увеличивает ресурс и т.д. Этот преобразователь позволяет использовать "тяжелые", плохо текучие рабочие тела, тем самым снижая требования к герметичности и установке в целом.

Данная схема "изотермического" преобразователя позволяет высокоэффективно сжимать какое-либо рабочее тело, будь то преобразователь в составе двигателя (холодный цилиндр двигателя Стирлинга) или простого компрессора.

Рис. 6
Пример реализации EHFE-технологии в двигателе с фазовым переходом рабочего тела

На рис. 6 показан идеализированный термодинамический цикл в координатах "давление" (P) и "объем" (V) для паросиловой установки с реализованной EHFE-технологией и адиабатическим преобразователем (турбина или цилиндро-поршневая группа без подвода теплоты). Этот цикл за исключением процесса 4-1, аналогичен широко известному циклу Ренкина. Отличие процесса 4-1 в том, что повышение давления до рабочего значения при постоянном объеме в случае цикла Ренкина достигается питательным насосом, а в нашем случае за счёт нагрева рабочего тела в камере с постоянным объемом. Все остальные процессы аналогичны: 1-2 - кипение/испарение, 2-3 - адиабатическое расширение рабочего тела в преобразователе, 3-4 - конденсация.
Рис. 7
На рис. 7 показан идеализированный термодинамический цикл в координатах "давление" (P) и "объем" (V) паросиловой установки с реализованной EHFE-технологией и дополнительной разработкой нашей компании - "изотермическим" преобразователем (цилиндро-поршневая группа с подводом теплоты). Этот цикл сам по себе уникален. Как и в предыдущем случае, процесс 5-1 это повышение давления рабочего тела при постоянном объеме камеры за счет его нагрева. Процесс 1-2 - кипение и спарение. Процесс 2-3 - "изотермическое" или приближенное к нему расширение рабочего тела. Процесс 3-4 - рекуперативное охлаждение отработанного рабочего тела, при преимущественной передаче теплоты от этого процесса, процессу 5-1. Процесс 4-5 - конденсация.

Вычисления с помощью расчётных модулей выполненных сотрудниками СФУ производились с применением расчетного инструмента Coolprop http://www.coolprop.org

Вычисления показывают до 30% увеличение производимой работы в случае изотермического или "сверх" изотермического расширения рабочего тела и до 20% увеличение производимой работы за счет отсутствия затрат на привод питательных насосов, особенно в случае применения низкокипящих рабочих тел для установок ORC.


Рис. 8
Пример реализации EHFE-технологии в двигателе с газообразным рабочим телом

На рис. 8 под буквой А) процесс расширения РТ в камере №3 и надпоршневом пространстве преобразователя. Одновременно происходит процесс сжатия в подпоршневом пространстве и камере №1.

В точке 1 цикла поршень приближен к нагревателю над поршневое пространство близко к минимальному, происходит открытие впускного канала распределителем.
В точке 2 цикла поршень находится в промежуточном положении, происходит закрытие впускного канала (эта точка дана для примера, её может не быть).
В точке 3 цикла поршень удален от нагревателя, надпоршневое пространство близко к максимальному, в случае отсутствия точки 2 происходит закрытие впускного канала.
Точках 4-5 цикла процесс сжатия происходит одновременно с процессом расширения.

На рис. 8 под буквой B) процессы рекуперации рабочего тела в камере №2. Происходит одновременный нагрев рабочего тела в камере №2 и охлаждение отработанного рабочего тела.

В точке 3 цикла поршень удален от нагревателя, надпоршневое пространство близко к максимальному, происходит открытие выпускного канала и открытие канала сжатия, при этом через эти каналы подключается теплообменник рекуператора в камере №2.
В точке 4 цикла поршень приближен к нагревателю, надпоршневое пространство близко к минимальному, произошло перемещение РТ через теплообменник рекуператора камеры №2 из надпоршневого в подпоршневое пространство.
В точках 5-1 цикла процесс нагрева РТ в камере №2 происходит одновременно с охлаждением РТ при его проходе между точками 3-4.

В показанном примере цикла возможно приближение к потолку эффективности идеальных циклов Стирлинга и Карно. Особенность цикла в одновременных процессах расширения и сжатия, а также в одновременных процессах рекуперативного нагрева и охлаждения. Это стало возможным, благодаря EHFE-технологии, так как участвуют разные фрагменты рабочего тела, что позволяет увеличением числа камер и их объемом увеличить эффективность теплообмена.

Испытательный стенд созданный по EHFE - технологии с реализованной схемой внутрицикловой рекуперации и "изотермическим" преобразователем.
Испытательный элемент стенда - "изотермический" преобразователь.
Константин Финников

Кандидат физико - математических наук, доцент кафедры теплофизики Сибирского федерального университета.


Цитата:

"Эта технология позволит достичь более высоких значений КПД преобразования, чем в паросиловом цикле, а в двигателях подобных Стирлингу за счет обеспечения постоянства температуры газа в ходе его расширения и сжатия позволит повысить КПД до величин, близких к КПД цикла Карно"

читать полный текст



Ответы на часто задаваемые вопросы:

(раздел наполняется)
В мире внедряется и разрабатывается много новых технологий в области энергетики, почему вы думаете, что EHFE-технология перспективна? (20 декабря 2016 года)
На самом деле новых технологий не так уж много. Сейчас развит большой интерес к электромобилям, топливным элементам, но это лишь устройства для аккумулирования энергии, которая изначально всё также вырабатывается на тепловых, гидро, атомных и прочих электростанциях. По сути же новых разработок нет, при этом доля транспорта в энергетике составляет около 30% (1 млрд автомобилей). Взвалить на классические электростанции потребление энергии ещё и транспортом — нереальная задача. Ветро, солнце и геотермальные электростанции очень придирчивы к местным условиям и имеют крайне низкую удельную мощность, т.е. большой срок окупаемости, а самое большое энергопотребление приходится именно на "северные" страны, где они вовсе не применимы. Потребление углеводородов также никто не отменял, и не отменят, разведанных запасов нефти и газа хватит на срок до 100 лет. При этом посмотрите, что творится с экологией в городах: люди фактически задыхаются, в некоторых странах уже готовятся законодательные нормы на запрет двигателей внутреннего сгорания (ДВС) из-за их токсичности. Сроки ставятся к 2030 году. Ситуация очень сложная, ДВС исчерпали свой ресурс.
Выход именно в принципиально новой технологии! Любой специалист подтвердит, что двигатели с внешним подводом теплоты (ДВПТ) в 10-ки раз экологичнее и практически бесшумны. В своей основе они известны с 18 века, но изначально строились по подобию двигателей внутреннего сгорания, что было большой ошибкой; возникал целый веер проблем, главные из которых это низкая эффективность и дороговизна.
Поэтому мы уверенны, что революционная EHFE-технология — это выход для всей мировой энергетики. Принцип фрагментации и внешнего нагрева уже сегодня применим как в стационарных теплоэлектрогенераторах, так и в двигателях для тяжелых наземных и водных транспортных средств, а также идеально сочетается с распределённой энергетикой, за которой будущее. Будущее, в котором есть место и топливным элементам и электромобилям и энергонезависимым домам и предприятиям! К тому же технология применима не только при сжигании углеводородов, но и при использовании тепла от любого другого источника, в том числе и низкопотенциального, что ещё больше увеличивает экологичность и перспективу разработки.
Где можно ознакомиться с вашей продукцией, когда
появятся рабочие версии эксплуатации, например в
транспортных средствах? Когда ваша продукция
будет доступна для покупки? (26 декабря 2016 года)
Наша продукция в данный момент это интеллектуальная собственность, конструкторские и стендовые наработки, а также коллектив. Суть разработок, позволяющая оценить перспективность, довольно подробно раскрыта на сайте. Вся остальная информация будет предоставлена при личном запросе и формализации сотрудничества. Всё готово для работы по созданию опытных промышленных образцов, есть соглашение с Сибирским федеральным университетом на выполнение программных средств и выдачу рекомендаций для конструирования двигателей. Сам этап конструирования предполагается проводить по тендеру, возможно с участием нескольких, в том числе и иностранных, коллективов. Открытая нами технология касается широкой области в энергетике, поэтому желательно одновременное создание прототипов стационарных теплоэлектрогенераторов и двигателей для транспортных средств. Всё зависит от масштаба инвестиций, вполне реально к концу 2017 года иметь сертифицированный промышленный образец или, желательно, образцы. При этом дополнительной задачей является многократное усиление портфеля интеллектуальной собственности для дальнейшего лицензирования. В общем, ключевой вопрос для нас - это инвестиции!
Ключевые участники проекта
Михаил Надточей
изобретатель, предприниматель и менеджер проекта
Александр Зайцев
изобретатель и разработчик
Констанин Финников
Теплофизик, наш научный консультант, кандидат Физико-Математичекских наук, доцент кафедры теплофизики Сибирского Федерального Университета
Игорь Горбов
программист и электронщик
Виталий Климов
опытный технолог
Сотрудничество и развитие






Появилась возможность укомплектовать экспортируемые Россией углеводороды российской же технологией их эко-потребления!

Мы, инновационная компания из Новосибирского Академгородка, разработали EHFE-технологию, применимую в домашних и промышленных электростанциях, двигателях различных транспортных средств. Готовы к сотрудничеству и проведению всесторонних экспертиз. Осознавая перспективность и технологическую простоту разработки, мы нацелены на скорейшее создание конкурентных промышленных образцов и усиление интеллектуальной собственности. Для достижения этой цели требуется объединение инженерных и научных кадров с передовыми технологическими и финансовыми партнерами, специалистами в области патентного права.

За короткое время наша разработка позволит занять одно из лидирующих мест на мировом рынке распределенной (дом/предприятие) энергетики, в производстве двигателей для крупного наземного/водного транспорта и зарядных станций для электромобилей. EHFE-технология - это благо для людей всей планеты в плане экологии, бережливого использования углеводородных ресурсов, а также геотермальных источников энергии и сбросовой теплоты от промышленной деятельности человека.

Позади несколько лет напряжённой работы, за это время было создано несколько испытательных стендов. Совместно с учёными Сибирского федерального университета из Новосибирска и Красноярска проводится комплекс научных исследований и опытно-конструкторских изысканий. Создана теоретическая база, накоплены конструктивные и расчётные решения. Получены ключевые приоритетные документы по интеллектуальной собственности с положительными результатами патентных поисков.


Изобретениями и научными открытиями являются:

1. Принцип фрагментации рабочего тела, который исключает необходимость в питательных насосах с соответствующими затратами мощности на их привод, что буквально преображает традиционную технологию преобразования тепла в паросиловом цикле, особенно в варианте с органическими рабочими веществами. Создаёт условия для организации оптимального теплообмена в циклах работы с разнообразными рабочими веществами, что делает практически достижимой эффективность цикла Карно.
2. Принцип "изотермического" преобразования энергии рабочего тела в механическую работу, за счёт уникальной конструкции поршневого
преобразователя совмещенного с теплообменниками, при этом удаётся снимать значительно больше работы с аналогичной массы рабочего
вещества в сравнении с известными схемами, применяемыми в двигателях с внешним подводом теплоты.

Практический эффект:

1. КПД от 35 до 70% при работе на рекуперативном цикле и с газообразным рабочим телом.
2. На 10-25% повышение КПД установок на органическом цикле, подобном циклу Ренкина, за счёт без насосной циркуляции рабочего тела.
3. Упрощение конструкции, снижение технологических требований, снижение себестоимости, повышение надежности и ресурса работы.
4. В разы более экологичную в сравнении с ДВС (двигателями внутреннего сгорания) работу силовых установок и двигателей за счёт внешнего сгорания топлива, системы рекуперации и возможной утилизации сбросовой теплоты.

Разработки компании открывают целый пласт в "новейшей" тепловой энергетике, открывая пути для развития и скорейшей реализации нескольких её направлений. Ожидаемое нами партнёрство и
интенсификация работы уже через полгода позволят представить на
мировой энергетический рынок качественные технологические продукты с многомиллиардным потенциалом.

Благодарим Вас и ждем предложений!
Приглашаем к сотрудничеству и будем рады комментариям и обратной связи!

ehfengine@gmail.com
Made on
Tilda