Как добавить секцию к чугунной батарее: Как соединить чугунные батареи между собой

Батарея отопления на 9 секций, но в комнате всё равно холодно, почему, что делать?

Причин довольно много, но в начале нужно определиться с материалом изготовления радиатора отопления, а так же с тепловой мощностью каждой секции.

Чтобы температура в помещении была комфортной, перед покупкой радиаторов отопления нужно знать тепловую мощность каждой секции и + лучше производить расчёты отталкиваясь от объёма помещения, а не от его площади.

Так тепловая мощность каждой секции биметаллического радиатора отопления 200 Вт, тепловая мощность секции чугунной батареи 80-160 Вт.

Возможно у Вас помещение большой площади и Вам нужно добавить несколько секций.

К примеру вот такой радиатор (биметалл) на 9 секций

обогреет комнату площадью до 18 кв.м (ориентировочный расчёт 100 Вт тепловой мощности на кв).

Чугунной батареи на 9 секций, для этого же помещения, уже не достаточно.

Возможны и иные причины:

Расчёты по количеству секций произведены правильно, но квартира угловая в этом случае поможет наружное утепление (внутренне менее эффективно и может привести к обратному результату).

Возможно у Вас установлены старые деревянные окна, отсюда и значительные теплопотери.

Вместо этих окон установите окна со стеклопакетами (можно и деревянные, материал изготовления рамы, клееный брус).

Температура теплоносителя не достаточная, если речь о центральном отоплении, то звоните в УК, поднять температуру теплоносителя своими силами можно лишь с случае автономного отопления.

Причиной может быть и не правильная установка радиаторов отопления, или же радиаторы не прогреваются полностью, причина в воздушной пробке.

Откройте кран Маевского и спустите воздух из системы.

Возможно у Вас установлены старые чугунные батареи и их не промывали годами, батареи нужно снимать, промывать, или менять на новые, я у себя заменил старые чугунные батареи на биметаллические и в помещении стало значительно комфортней.

Если решите увеличить количество секции батареи отопления, то на это нужно получать разрешение, то есть вносить изменения в систему отопления самостоятельно, нельзя.

Это же относится к установки дополнительных радиаторов отопления.

Как надёжно зафиксировать чугунную батарею?

Если батарею ещё не устанавливали, или уже установили, но есть байпас, то можно перекрыть краны (не сливая теплоноситель с системы отопления) и снять батарею.

Далее увеличить количество кронштейнов.

У меня в квартире чугунная батарея установлена вот на таких

кронштейнах, это стальной крюк и к нему дюбель.

Расстояние от верхнего края чугунного радиатора и до подоконника должно быть не менее 10 см, учитываем это.

Проводим ровную горизонтальную линию по уровню.

Кронштейны крепятся между секций батареи, или двух кронштейнов мало, устанавливаем 3-4.

Далее сверлим отверстия, вбиваем дюбеля, закручиваем крюк в дюбеля и устанавливаем батарею, подключаем.

Если батарею снять нет возможности, то можно приобрести вот такие

опоры (напольный кронштейн) для чугунных радиаторов отопления.

Напольный кронштейн состоит из скобы, самой опоры и двух болтов, длинной этих болтов можно «играть», чтобы кронштейн доставал до пола, то есть не до конца их затягивать при необходимости.

Вначале между секций вставляется скоба опоры, далее устанавливается опора и закручиваются болты.

Напольных опор можно установить несколько.

Если и этот вариант не подходит, то можно попробовать забить арматуру между секций батарей, арматура забивается как в верхней части радиатора (между секций) так и в нижней.

Нужна именно арматура, а не гладкий пруток.

А дальше уже учитывайте из какого материала возведена стена за батареей.

Если это бетон, то берём перфоратор и к нему длинный бур.

Делаем разметку, далее сверлим отверстие, в отверстие забиваем арматуру.

Если стена блочная, то я забивал куски арматуры напрямую (нужна лёгкая кувалда, или тяжёлый молоток) без сверления отверстий.

Арматуру (её заходную часть) можно чуть заточить, например при помощи болгарки и заточного диска к ней, или УШМ + плоскость отрезного диска по металлу.

Я бы установил крепления в другом месте, или нужно демонтировать крепления, в разбитое отверстие залить ремонтный раствор, на основе цемента, и после полного высыхания установка креплений повторно.

Но батарею нужно снимать.

Лучше купите новые кронштейны (см. фото выше) и установите их в другом месте.

Если стена «рыхлая» отверстия под дюбеля можно сверлить без удара (не разобьёте отверстие при сверлении).

Как снять секцию с чугунной батареи

На чтение 16 мин Просмотров 2 Опубликовано 17.08.2019

Преимущества чугунных радиаторов все перечислить достаточно сложно: эти батареи стояли десятилетиями и были способны функционировать в самых сложных условиях эксплуатации.

Высокая теплоотдача, отличная антикоррозийная устойчивость, долговечность, доступная цена, низкое гидравлическое сопротивление – причины их популярности до сегодняшнего дня.

Нельзя не упомянуть и тепловую инерционность, которую тоже можно смело отнести к преимуществам.

Особенности конструкции чугунных радиаторов

По конструкции чугунные радиаторы похожи между собой, независимо от цены. Чаще всего они состоят из одного или нескольких колончатых секций с каналами круглой формы. Секции соединяются между собой при помощи ниппелей, перемежаются герметизирующими паронитовыми прокладками (или прокладками из термостойкой резины).

Количество секций подбирают в зависимости от площади помещения и потребности в тепле. Батареи могут иметь высоту 350–1500 мм, а глубина 65–500 мм. Батареи располагаются чаще всего под окнами.

Расчет необходимой теплоотдачи по площади помещения

Тепло, передаваемое батареей воздуху помещения, должно компенсировать его теплопотери. В упрощенном виде это значит, что на каждые 10 кв.м площади помещения следует устанавливать радиаторы с тепловой мощностью примерно 1 кВт. Подробнее методиках расчета батарей отопления.

В реальности этот показатель увеличивают дополнительно еще на 15% или полученную мощность батарей умножают еще на коэффициент 1,15

Это очень приблизительный способ, который применяется при высоте потолков в помещении не выше 2,7 м. Вдобавок этот способ не учитывает количество окон и тип стеклопакетов, количество наружных стен и их толщину, климатическую зону.

Расчет количества секций чугунного радиатора

Мощность радиатора принято выражать мощностью одной секции. Чугунные батареи собираются из отдельных секций. Каждая секция имеет мощность приблизительно 0.15 кВт (или 150 Вт). Значение может незначительно изменяться в зависимости от геометрии секции.

Мощность каждой отдельной секции прямо пропорциональна её площади поверхности. Для любых типовых чугунных изделий значение площади одинаково.

Обычная комната площадью около 15 кв.м, потребует 10 чугунных секций. Каждое дополнительное окно — это еще 1 или 2 дополнительные секции. Если площадь помещений больше 20 кв.м, лучше установить 2 батареи с суммарной мощностью.

Стандартную мощность приборов нужно пропорционально увеличивать в случае, если высота потолка превышает 3 метра. Например, для потолка 3,1м, требуется произвести вычисление 3,1/3*120=124Вт.

Порядок проведения работ по установке чугунного радиатора

1. Сначала определяется количество кронштейнов. На 1 кв.м. нагревательной поверхности ставится 1 кронштейн.
2. Разметьте стену под кронштейны, высверлите отверстия по меткам, вставьте в них дюбеля, вкрутите крепления.
3. Теперь нужно перекрыть отопительный контур и удалить из него воду.
4. Батарею навешивается на кронштейны.
5. Подключают к системе сгонами с резьбой.
6. Стыки герметизируют паклей или другими уплотняющими материалами. Можно сварить стыки.
7. Заключительный этап — опрессовка.

Как соединить чугунные радиаторы?

Любые батареи соединяются по одному и тому же принципу: секции соединяются ниппель-гайками. Ниппель-гайки представляют собой полые кольцеобразные гайки с резьбой, нанесенной на оба конца. Внутри каждой есть специальные пазы, в которые вставляется ключ, который и стягивает/разъединяет секции. Герметизацию обеспечивает паронитовая или силиконовая прокладка.

Паронитовые прокладки прочнее и долговечнее. Если их нет под рукой можно традиционно использовать сантехнический лён, который наматывается на резьбу. Для надёжности на резьбу можно нанести герметик Unilock.

Как покрасить чугунные радиаторы?

Для окрашивания чугунных радиаторов подбирают специальные термостойкие ЛКМ, которые могут выдерживать температуру до 90 градусов и не меняют цвет при длительной эксплуатации. Обычно это:

• алкидные краски;
• водно-дисперсионные акриловые эмали;
• акриловые эмали на растворителях;
• допускается использование масляных красок для людей, которые могут в течение длительного времени дожидаться выветривания запаха краски.

Как красятся чугунные батареи :

1. смывается смывкой старое покрытие;
2. поверхность обрабатывается наждачкой;
3. сначала специальными кистями радиатор окрашивается изнутри;
4. радиатор окрашивается снаружи;
5. лучше наносить 2 тонких слоя.

Как промыть чугунные радиаторы?

Для очистки батареи необходимо:

• снять батарею;
• поставить с одной стороны заглушки;
• заполнить батарею горячей водой с каустической содой или с другим средством против накипи;
• закрыть со всех сторон заглушками;
• подержать так несколько часов, постукивая по батарее киянкой со всех сторон;
• слить жидкость;
• промыть под напором водой;
• повторить несколько раз в зависимости от возраста батареи.

Как разобрать чугунный радиатор отопления?

Чтобы разобрать радиатор, следует его снять и положить горизонтально на пол. Новый радиатор разобрать сантехническим радиаторным ключом не представляет сложности. Важно только правильно определить направление резьбы.

Радиаторный ключ — это самодельное приспособление, представляющее собой рабочий прямоугольный наконечник размерами 40 на 24 мм, приваренный к длинному стержню арматуры. С другой его стороны есть проушина для рычага.

Ключ вводится в ниппель гайку и методом рычага гайка срывается по направлению резьбы. Сначала делается оборот сверху, потом снизу — и так по очереди. Для рассоединения старой батареи требуется соединение прогреть строительным феном.

От автора: здравствуйте, уважаемые читатели! Когда рынок наводнился радиаторами отопления, сделанными из различных современных материалов, чугунные батареи начали терять позиции. Что, в общем-то, неудивительно, ведь они раньше выполнялись в одном дизайне (если это вообще можно так назвать), были громоздкими и некрасивыми.

Тем не менее, чугун не сдался, и теперь все большее количество людей начинают приобретать такие радиаторы. Сам по себе, этот материал обладает отменными характеристиками, а современные технологии позволяют получить красивое и функциональное изделие. Например, теперь эти радиаторы можно наращивать. Но для этого необходимо знать, как разобрать чугунную батарею отопления по секциям, а затем снова ее собрать.

Впрочем, эта информация пригодится вам не только в том случае, если вы захотите усилить отопительную систему, но и для ремонтных процедур, от которых не застрахован ни один радиатор. К счастью, процесс разборки не так уж сложен, и справиться с этим сможет даже неопытный домашний мастер.

Работа с новым радиатором

Проще всего разбирать, конечно, оборудование, недавно выпущенное фабрикой. Места соединений еще не превратились в единое целое, все прекрасно раскручивается и закручивается. Если это ваш случай, то вам несказанно повезло.

Для того чтобы разобрать радиатор, вам понадобится разводной ключ, а также специальный радиаторный инструмент. С первым проблем не возникнет, а вот второй — изделие уникальное и самодельное, в магазинах его обычно нет.

Чтобы добыть сантехнический радиальный ключ, вам нужно обратиться в какую-нибудь мастерскую соответствующей направленности и попросить инструмент в аренду. Или же попытайте счастья у кого-нибудь из знакомых сантехников.

Итак, необходимо выполнить несколько простых действий.

1. Первым делом нужно перекрыть и слить воду в системе отопления. Если вы живете в частном доме, то можете сделать это самостоятельно. Если же во многоквартирном, то придется предварительно обратиться с заявлением в управляющую компанию. Оттуда придет специалист, который сможет отключить стояк. Стоит отметить, что проводить данную процедуру возможно только вне отопительного сезона, поскольку отключение подачи теплоносителя затронет не только вашу квартиру, но и соседские.
2. После того как стояк перекрыт, отсоедините радиатор от подведенных к нему труб (для этого вам понадобится разводной ключ) и снимите его с крепежных элементов, с помощью которых он удерживался на стене.
3. Затем нужно открыть специальную заглушку на боковой стороне батареи, наклонить радиатор и слить из него остатки воды. Конечно, делать это нужно над какой-либо емкостью. Прежде чем браться за эту работу, вспомните о немалом весе чугуна и пригласите помощника.
4. С помощью сантехнического радиального ключа открутите втулки, с помощью которых соединены секции радиатора. Сделать это не так-то просто. Сначала попытайтесь определить направление резьбы. Впрочем, у современных радиаторов сделать это несложно, поскольку на втулках обычно присутствует соответствующая маркировка. Если вам необходимо отсоединить один из крайних участков, то просто нащупайте ее инструментом. Если же речь идет о среднем сегменте, то сделайте на ключе пометку, показывающую прохождение нужного расстояния. Затем вводите инструмент в батарею до нужного уровня и начинайте откручивание. Делать это необходимо со всей аккуратностью, медленно — помните, что чугун, несмотря на внушительный внешний вид, является довольно хрупким материалом. Работать нужно поочередно с обеими гайками, верхней и нижней. Сначала откручиваете на пол-оборота одну из них, затем так же вторую, потом снова возвращаетесь к первой, и так далее. Это поможет избежать перекоса радиатора.
5. После того как гайки полностью откручены, секцию можно снять.

Разборка старого радиатора

Вообще, процесс разборки старого чугунного радиатора отопления осуществляется точно так же, как и нового. Но проблема в том, что все соединения со временем покрываются накипью и практически спаиваются друг с другом. Вследствие этого обойтись одним лишь сантехническим радиальным ключом становится просто невозможно.

Кроме того, в работе появляется дополнительный пункт — промывка. Старый радиатор, в любом случае, забит изнутри всякой грязью. Поэтому, если уж вы взялись его усовершенствовать. то необходимо позаботиться об очистке оборудования, это позволит ему работать гораздо дольше и качественнее.

Производить промывку желательно на улице, так вы убережете ванну от повреждений. Процедура осуществляется с помощью обычной проточной воды, ничего сложного в этом нет. А вот дальнейший процесс может весьма озадачить. Если вы обнаружили, что гайки крепко сроднились с радиатором и не желают с ним разлучаться, то можете применить три разных способа для того, чтобы разбить этот союз:

• прикипевшее соединение можно разделить с помощью нагрева. Для этого вам понадобится или паяльная лампа, или строительный фен. Первый вариант гораздо эффективнее в работе, но и второй может дать необходимый результат. С помощью этого вспомогательного оборудования прогрейте необходимое вам место соединения по периметру, а затем сразу попробуйте удалить гайку, не дожидаясь остывания. Если сразу не помогло, повторите ту же процедуру еще несколько раз, после каждого захода снова пытаясь разобраться с проблемой. При этом учтите, что работа с раскаленным металлом очень опасна. не забудьте обезопасить себя с помощью защитной одежды — рукавиц и фартука — и специальных очков;
• если предыдущая процедура не помогла, то придется пытаться решить задачку более радикальным методом — распилом. В качестве инструмента для этого вам понадобится ножовка по металлу или болгарская пила. Болгарка прекрасно справляется с распиливанием металла, но тут снова следует учесть хрупкость чугунной батареи — если пилить одно и то же место слишком долго, то материал может просто растрескаться, и придется выбрасывать весь радиатор. Чтобы подобного не произошло, следует делать пропилы поэтапно, давая батарее немного отдохнуть после каждого захода. А вообще. если у вас есть возможность потратить значительное количество времени и сил, то лучше воспользоваться для распила ножовкой по металлу. Конечно, это гораздо более муторный и долгий процесс, чем в случае с болгаркой. Но зато отсутствует риск повредить радиатор в тех местах, где это вовсе не требуется;
• третий вариант еще более брутален. Если нагрев не помог решить проблему, а распил по каким-то причинам невозможен, то выход один — просто разбить нужную секцию. Это делается с помощью кувалды. Естественно, лупить со всего размаха не стоит, поскольку в этом случае вы останетесь без батареи. Действовать нужно аккуратно и не торопясь, начиная с середины секции и постепенно доходя до места ее соединения с соседней. Как и в случае с паяльной лампой, не забудьте надеть защитные очки — даже при аккуратном разбивании есть риск того, что какой-нибудь из осколков резко отскочит.

Дорогие читатели, теперь вы знаете, как правильно разобрать чугунную батарею, даже если она втрое старше вас и яростно желает сохранить свою целостность. Сборка осуществляется, в общем-то, точно так же, но в обратном порядке.

Даже если радиатор совсем новый, все места соединений перед сборкой необходимо тщательно зачистить с помощью наждачки. А уж в случае со старой батареей это вообще обязательная процедура. Кроме того, желательно заменить все прокладки. Если до этого стояли резиновые, то замените их на более современные, сделанные из силикона или паронита. Эти материалы гораздо меньше подвержены деформации и обладают очень большим сроком эксплуатации.

Как вы уже поняли, самое важное в процессе разборки чугунного радиатора отопления — это аккуратность. Хрупкость материала требует исключительно неспешного подхода. Кроме того, не забывайте и о безопасности, которая, как известно, превыше всего. При правильном подходе к процессу ваш чугунный радиатор будет служить долго и качественно. Успехов!

Потребность разборки батарей отопления может возникнуть в каждом доме. Если одна из секций дала течь, то ее требуется заменить или убрать. Добавлять дополнительные ребра приходится, когда имеющееся не прогревают помещение до нужной температуры. А если во время отопительного сезона в квартире становится жарко, нужно убрать лишние секции. Подобные задачи решаются с помощью профессионалов, но если финансовое состояние оставляет желать лучшего, придется узнавать, как разобрать радиатор отопления своими руками. Это позволит сэкономить и получить полезный опыт.

Как разобрать радиатор отопления своими руками

Конструкции радиаторов отопления

При возникновении поломки отопительного элемента, особенно в холодное время года, его необходимо немедленно отремонтировать или заменить. Возможна ли разборка радиатора, зависит от типа его конструкции. Довольно часто в квартирах устанавливают неразборные виды радиаторов, которые восстановлению не подлежат. В таком случае лучше сразу приобрести новую батарею. Но есть и разборные модели, которые можно демонтировать для замены поврежденного элемента и установить назад.

Изделия делятся на два основных вида:

1. Секционные батареи, собранные из нескольких одинаковых секций, надежно соединенных между собой. В каждой из них есть канал, по которому циркулирует вода, а ребра, излучающие тепло обогревают помещение. Секционные батареи являются наиболее популярными, поскольку стоимость таких радиаторов ниже. При возникновении поломки, достаточно заменить только поврежденную секцию, а при необходимости всегда можно добавить или убрать ребра.

Секционные батареи отопления

1. Монолитные изделия представляют собой одну цельную конструкцию, которая не имеет отдельных секций. По внешним признакам эти радиаторы могут напоминать секционные аналоги, но отличия между ними очевидны. В монолитных устройствах нет соединительных стыков, за счет чего они способны выдерживать большее давление. От этого и сроки безотказной работы этих конструкции почти в два раза больше, чем у секционных. Но в случае протечки монолитное устройство придется менять полностью. В секционных изделиях достаточно будет заменить поврежденный элемент.

Биметаллический монолитный радиатор

Подготовка к разборке

На этом этапе нужно приготовить все необходимые инструменты и демонтировать батарею с места крепления. Для работы, в зависимости от вида и состояния радиатора, могут понадобиться такие инструменты:

• радиаторный (ниппельный) ключ;
• разводной ключ или набор гаечных ключей с разными размерами головок;
• автоген или болгарка;
• строительный фен;
• молоток, кувалда;
• зубило.

Инструменты для разборки батарей отопления

Ниппельный ключ представляет собой железный прут с головкой в виде лопатки на одном конце, и отверстием или загнутым «ухом» на другом. Приобретенный в магазине инструмент имеет засечки, расстояние между которыми равно ширине секций радиатора отопления. Они помогут найти месторасположения нужной ниппель-гайки.

После подготовки инструментов, необходимо обустроить место для разборки радиатора. Подойдет пол или прочный стол. Нужно учитывать то, что из батареи будет вытекать грязная вода, и не забыть подстелить под нее непромокаемую ткань.

Чтобы отсоединить радиатор от системы и снять его с места крепления, необходимо выполнить следующее:

1. Остановить циркуляцию воды и сбросить давление.
2. Если батарея отопления горячая, нужно подождать пока она остынет, а затем отсоединить от системы. Для этого нужно открутить соединительные муфты на входе и выходе.
3. Отодвинуть муфту от радиатора по трубе снять устройство с кронштейнов.
4. Слить оставшуюся воду и положить изделие на место разборки лицевой стороной вверх.
5. Вытянуть и сразу промыть фильтр, чтобы загрязнения на нем не засохли.

Разборка биметаллических и алюминиевых секционных изделий

На следующем этапе радиатор разбирается на отдельные секции. Чтобы избежать повреждений во время работы, необходимо разобраться в какую сторону нужно крутить ниппель-гайку. Этот элемент представляет собой кольцеобразную гайку с внешней резьбой и пазами внутри с обеих сторон. При этом на одной гайке есть и правая и левая резьба. Если ее откручивать, то соседние секции батареи будут равномерно раздвигаться, а при закручивании – стягиваться.

Обычно производители делают отметки на лицевой стороне заглушек и футорок, которые обозначают направления резьбы. Отметка «D» обозначает правостороннюю резьбу, «S» – левостороннюю. Для точного определения направления движения, рекомендуется взять свободную ниппель-гайку и попробовать наживить ее на резьбу в радиаторе. Определившись, в какую сторону она закручивается, станет понятно, куда вращать ключ, чтобы разъединить секции.

Важно! Если ниппель-гайку крутить не в ту сторону, можно легко сорвать резьбу и на ней и на батарее отопления.

Определившись с направлением резьбы, вставьте ниппельный ключ в радиатор и продвиньте к нужной гайке. Сделать это помогут насечки на инструменте. Когда он будет находиться в пазах, вставьте в отверстие с другой его стороны рычаг. Чтобы сдвинуть гайку с места потребуется приложить усилие. Позовите помощника, чтобы он зафиксировал радиатор на одном месте.

Ремонт биметаллических радиаторов

Когда гайка продвинется на половину оборота, переходите на другую сторону, чтобы открутить вторую, и выполните такие же действия. Убедившись, что обе гайки вращаются без прикладывания большой физической силы, постепенно откручивайте то одну, то другую сторону, продвигаясь на 5-7 мм.

Прокладка между секциями радиатора

После разъединения заберите металлические прокладки, которые были между секциями. Если они находятся в хорошем состоянии, то их можно будет установить назад при сборке, если в плохом, то используйте их в качестве образца для покупки новых. Силиконовые прокладки нужно менять обязательно.

Разборка чугунного радиатора

Чугунная батарея отопления

Чугунные изделия, как правило, стоят в квартирах по несколько десятков лет. В связи с этим во многих случая разобрать их не повредив невозможно. Чтобы снять батарею с места крепления, раскрутите сгоны на входе и выходе. Если это сделать не получилось, ее придется срезать болгаркой или автогеном. После демонтажа изделие промывается и укладывается на ровную поверхность.

Срезаем старую батарею болгаркой

За долгие годы эксплуатации стыки между секциями, ниппель-гайки и другие отдельные элементы прикипают друг к другу. За счет этого разборка требует применения большей физической силы, чем во время работы с новыми радиаторами отопления. Если гайка не откручивается, воспользуйтесь инструментом для нагрева мест соединения. Когда прикипевшие участки разогреются, их будет проще разъединить.

Совет: для нагрева можно использовать строительный фен, автоген или паяльную лампу.

Если пазы, предназначенные для фиксации ключа в соединяющих гайках, разъела ржавчина, разобрать изделие не получится. Эффективным способом убрать поврежденную секцию является механическое разбивание с применением кувалды, но в таком случае есть большой риск повредить всю конструкцию. Можно также попробовать распилить батарею в местах стыков болгаркой или ножовкой по металлу.

Разбираем старую батарею

После отделения поврежденной секции от всей конструкции попробуйте выбить ниппель-гайки при помощи молотка и зубила. Чтобы работать было легче, привлеките помощника. Только своими руками снять и разобрать радиатор может не получиться, так как чугунные изделия очень тяжелые. Одна секция весит около 7,5 кг. Соответственно, батарея в 10 секций потянет на 75 кг.

Схема разборки чугунных радиаторов отоплений.

Если понять, как разобрать радиатор отопления своими руками, это можно сделать быстро и без каких-либо негативных последствий. Главное, запастись необходимыми инструментами и знаниями. В случае со старыми батареями могут возникнуть проблемы. Но если повезет, то снять нужные секции получится. В противном случае придется покупать новый отопительный элемент.

Знакомство с чугунными зданиями Сохо с Фондом архитектуры

Одно из десятков чугунных зданий в историческом районе Сохо. Фото Ларисы Зимберофф для «Нетронутые города»

Во время недавнего тура Фонда Архитектуры (CAF) под руководством Кэтрин Тигарден, директора по образованию, группа любителей истории научилась расшифровывать знаки у наших ног и над нашими головами, которые рассказывают историю Нью-Йорка. 1800-е годы.Экскурсия CAF, входящая в серию «Читая уличные пейзажи», была специально посвящена сложной, но простой, чугунной архитектуре, которой известен Сохо.

Если вы идете по Хьюстон-стрит и случайно видите ряды зданий, идущих на восток и запад, вы можете заметить больше стен, чем окон и дверей. Эти стены стали знаковыми рекламными площадками для Calvin Klein, Hollister и других брендов. Этот городской аспект существует потому, что Хьюстон-стрит когда-то была узкой дорогой, как и другие улицы вокруг Сохо, пока ее не расширили, чтобы освободить место для большего количества людей и автомобилей.Здания никогда не предназначались для того, чтобы выставлять напоказ свою сторону.

Вы также можете заметить, что уличные знаки в Сохо коричневые, а не зеленые, как стандартные уличные знаки. Это связано с тем, что большая часть Сохо является историческим районом, обозначенным Комиссией по сохранению достопримечательностей в 1973 году и расширенным в 2010 году.

Первое, что вы должны знать о чугуне, это то, что он исключительно прочен. Хотя он был впервые использован в V веке до нашей эры, он не использовался в зданиях до промышленной революции.Помимо того, что чугун является более прочным продуктом, чем другие виды железа (например, кованое железо), использование чугуна в строительстве позволило зданиям перекрывать большие расстояния. Материал можно было изготовить заранее и быстро установить на месте. Это также позволило начать массовое производство тонких изделий того времени.

Стройные полые колонны были одной из обычных нитей в чугунной архитектуре Сохо. Фото Ларисы Зимберофф для «Нетронутые города»

Когда группа шла по улицам из серого камня, наш гид указал на чугунные колонны, которые являются полыми, что позволяет архитекторам строить выше без толстых стен, которые ранее требовались для строительства кирпичных зданий.Кроме того, большинство зданий предназначались для производства или универмагов, построенных до изобретения электричества. Новая чугунная инфраструктура, включая стеклянные кирпичи и гигантские окна, позволяла дневному свету проникать в подвал и дальние части витрин. Передний занавес из чугуна, который выдерживал вес конструкции здания, открывал столь необходимую площадь для заводов.

Наш гид Кэтрин Тигарден, директор по образованию Центра архитектуры (CAF), отмечает архитектурные элементы в Сохо.Фото Ларисы Зимберофф для UntappedCities

Этот пример замысловатого завитка выглядит вручную, но на самом деле он сделан машиной, что сделало производство чугунных зданий дешевле. Также обратите внимание на болты, которыми эта секция крепится к зданию — еще одна особенность чугунной архитектуры. Фото Лариса Зимберова для UntappedCities

Здесь показаны примеры различных форм стеклоблоков, которые осветили подвал до изобретения электричества.Фото Ларисы Зимберофф для UntappedCities

Двое из людей, ответственных за такую ​​плотность чугунных зданий, были Джеймс Богардус, архитектор, отстаивавший использование чугуна, и Дэниел Бэджер, основатель, производивший чугунные компоненты для Богардуса. Каталог, который Бэджер выпустил для демонстрации своих предложений, до сих пор используется для точного отображения того момента времени.

Литейные штампы часто ставили в фундамент чугунных построек. Фото Ларисы Зимберофф для нетронутых городов

Подгоняясь с субботними туристами, группа поднялась на погрузочные платформы рядом со зданиями. Далее Тигарден объяснил, что они были спроектированы на такой высоте, чтобы «поднимать людей и выходить из драки, а также приближаться к строениям, чтобы они могли делать покупки в витринах».

Яйцо и дротик, общий архитектурный термин, заимствованный у греков, означает жизнь и смерть. Фраза относится к участкам в форме яйца, обрамленным кривыми, напоминающими круглую скобку.Фото Ларисы Зимберофф для «Нетронутые города»

Хотите полезный совет, как определить чугунное здание? Во время следующей прогулки по Сохо возьмите с собой магнит и посмотрите, прилипнет ли он. Вы также можете найти гайки и болты, которые использовались бы для скрепления секций вместе, или металлические петли, которые когда-то держались за металлические ставни, защищавшие здания от соседних пожаров.

Магнит будет прилипать к чугуну, но не к другим строительным материалам. Возьмите его с собой, гуляя по улицам Сохо.Фото Ларисы Зимберофф для «Нетронутые города»

Чугунные фигурки в форме звезды показывают, где здание было укреплено чугунным покрытием по всей длине здания и прикреплено болтами к фасаду. Фото Ларисы Зимберофф для Нетронутых городов

И если вам также интересно, почему у Хьюстон-стрит такое забавное произношение, то это потому, что она была названа в честь Уильяма Хустоуна, делегата Конгресса от штата Джорджия, который был женат на дочери человека, который окрестил улицу.

Если вы посмотрите вверх, то заметите, что у этого здания отсутствует вторая половина остроконечной крыши. Фото Ларисы Зимберофф для «Нетронутые города»

После двухчасового блуждания по историческому району нам напомнили, почему все мы хотели здесь жить: гигантские окна, высокие потолки, просторные жилые помещения. Вот если бы мы только могли позволить себе арендную плату.

Фонд Центра архитектуры планирует на следующую весну несколько новых туров по районам Reading the Streetscape, таких как Новый Амстердам, Бэттери-парк и Гринвич-Виллидж.Вы можете узнать больше об этих общественных программах на их веб-сайте.

Бен Хафф 22 ноября 2013 г.

Илон Маск вернулся в «производственный ад» с батареей Tesla 4680?

Мы живем в новую эру космических полетов: национальные космические агентства больше не единственная игра в городе, и космос становится более доступным. Ракеты, построенные коммерческими игроками, такими как Blue Origin выводит на орбиту частных лиц. Тем не менее, Blue Origin, SpaceX и Virgin Galactic поддерживаются миллиардерами с огромными ресурсами, и все они выразили намерение продавать полеты на сотни тысяч и миллионы долларов.У Copenhagen Suborbitals совсем другое видение. Мы считаем, что космические полеты должны быть доступны для всех, кто хочет потратить время и силы.

Копенгаген Suborbitals была основана в 2008 году инженером-самоучкой и космическим архитектором, ранее работавшим в НАСА. С самого начала миссия была ясна: полет с экипажем в космос. Оба основателя покинули организацию в 2014 году, но к тому времени у проекта было около 50 волонтеров и большой импульс.

Группа взяла за основу принцип, что проблемы, связанные с дешевым созданием пилотируемого космического корабля, — это все инженерные проблемы, которые могут быть решены, по отдельности, прилежной командой умных и преданных делу людей. Когда меня спрашивают, почему мы это делаем, я иногда отвечаю: «Потому что мы можем».

Добровольцы используют баллон с аргоном [слева], чтобы заполнить трубу, в которой элементы двигателя сплавлены вместе. Команда недавно изготовила топливный бак для ракеты Spica [справа] в своей мастерской.

Наша цель — достичь линии Кармана, которая определяет границу между атмосферой Земли и космическим пространством, на высоте 100 километров над уровнем моря. Космонавт, достигший такой высоты, после выключения двигателей получит несколько минут тишины и невесомости и насладится захватывающим видом. Но это будет нелегкая поездка. Во время спуска капсула будет испытывать внешнюю температуру 400 ° C и g с силой 3,5, поскольку она несется по воздуху со скоростью до 3500 километров в час.

Я присоединился к группе в 2011 году, после того как организация уже переехала из производственного помещения на списанном пароме в ангар недалеко от набережной Копенгагена. Ранее в том же году я наблюдал за первым запуском Copenhagen Suborbital, в котором ракета HEAT-1X взлетела с мобильной стартовой платформы в Балтийском море, но, к сожалению, совершила аварийную посадку в океане, когда большинство ее парашютов не раскрылось. Я принес в организацию некоторые базовые знания о спортивных парашютах, полученные за годы прыжков с парашютом, которые, как я надеялся, превратятся в полезные навыки.

Следующая веха для команды наступила в 2013 году, когда мы успешно запустили ракету Sapphire, нашу первую ракету с системами наведения и навигации. Его навигационный компьютер использовал 3-осевой акселерометр и 3-осевой гироскоп, чтобы отслеживать его местоположение, а его система управления тягой удерживала ракету на правильной траектории, перемещая четыре установленных на сервоприводе медных реактивных лопасти, которые были вставлены в выхлопную трубу. сборка.

Мы считаем, что космические полеты должны быть доступны каждому, кто хочет потратить время и силы.

Ракеты HEAT-1X и Sapphire были заправлены смесью твердого полиуретана и жидкого кислорода. Мы стремились разработать двухкомпонентный ракетный двигатель, который смешивал бы жидкий этанол и жидкий кислород, потому что такие жидкостные двигатели одновременно эффективны и мощны. Ракета HEAT-2X, запуск которой запланирован на конец 2014 года, должна была продемонстрировать эту технологию. К сожалению, его двигатель загорелся буквально во время статических испытаний за несколько недель до запланированного запуска.Этот тест должен был быть контролируемым 90-секундным прожигом; вместо этого из-за ошибки сварки большая часть этанола хлынула в камеру сгорания всего за несколько секунд, что привело к сильному пожару. Я стоял в нескольких сотнях метров и даже с такого расстояния чувствовал жар на лице.

Двигатель ракеты HEAT-2X был выведен из строя, и миссия была отменена. Хотя это было большим разочарованием, мы извлекли ценные уроки. До этого мы основывали наши проекты на наших существующих возможностях — инструментах в нашей мастерской и людях, участвующих в проекте.Провал заставил нас сделать шаг назад и подумать, какие новые технологии и навыки нам необходимо освоить, чтобы достичь нашей конечной цели. Это переосмысление привело нас к разработке относительно небольших ракет Nexø I и Nexø II для демонстрации ключевых технологий, таких как парашютная система, двухкомпонентный двигатель и узел регулирования давления для резервуаров.

Для запуска Nexø II в августе 2018 года наша стартовая площадка находилась в 30 км к востоку от Борнхольма, самого восточного острова Дании, в части Балтийского моря, используемой датским флотом для военных учений.Мы покинули гавань Борнхольма Нексё в час ночи, чтобы добраться до обозначенного участка океана как раз к запуску в 9 часов утра, время, утвержденное шведской службой управления воздушным движением. (Пока наши лодки находились в международных водах, Швеция осуществляет надзор за воздушным пространством над этой частью Балтийского моря.) Многие из наших членов экипажа весь предыдущий день провели испытания различных систем ракеты и не спали перед запуском. Мы пили кофе.

Когда Nexø II взлетел, аккуратно отделившись от стартовой башни, мы все обрадовались.Ракета продолжала двигаться по траектории, сбрасывая носовой обтекатель, когда она достигла апогея в 6500 метров, и все это время отправляла телеметрические данные обратно на наш корабль управления полетами. Когда он начал снижаться, он сначала развернул свой баллют, похожий на воздушный шар парашют, используемый для стабилизации космического корабля на больших высотах, а затем развернул свой главный парашют, который мягко опустил его к океанским волнам.

В 2018 году ракета Nexø II успешно стартовала [слева] и благополучно вернулась в Балтийское море [справа].

Запуск на шаг приблизил нас к освоению логистики запуска и посадки в море. Для этого запуска мы также проверяли нашу способность предсказывать траекторию полета ракеты. Я создал модель, которая оценила приводнение в 4,2 км к востоку от стартовой платформы; фактически он приземлился в 4,0 км к востоку. Эта управляемая посадка на воду — наша первая под полностью надутым парашютом — была для нас важным подтверждением концепции, поскольку мягкая посадка является абсолютным императивом для любой миссии с экипажем.

В апреле этого года команда провела статические испытания двигателя на своих новых топливных форсунках. Карстен Олсен

Двигатель Nexø II, который мы назвали BPM5, был одним из немногих компонентов, которые мы полностью не обработали в нашей мастерской; датская компания производила самые сложные детали двигателя. Но когда эти детали прибыли в нашу мастерскую незадолго до даты запуска, мы поняли, что выхлопное сопло немного деформировано. У нас не было времени заказать новую деталь, поэтому один из наших добровольцев, Якоб Ларсен, использовал кувалду, чтобы придать ей форму.Двигатель выглядел некрасиво — мы прозвали его Franken-Engine — но работал. С момента полета Nexø II мы более 30 раз запускали этот двигатель в испытаниях, иногда выходя за рамки проектных ограничений, но мы еще не заглушили его.

15-минутная поездка астронавта Spica к звездам станет результатом более чем двух десятилетий работы.

Эта миссия также продемонстрировала нашу новую систему регулирования динамического давления (DPR), которая помогла нам контролировать поток топлива в камеру сгорания.В Nexø I использовалась более простая система, называемая продувкой под давлением, в которой топливные баки на одну треть были заполнены сжатым газом для подачи жидкого топлива в камеру. В DPR резервуары заполнены топливом до отказа и соединены набором регулирующих клапанов с отдельным резервуаром газообразного гелия под высоким давлением. Эта установка позволяет нам регулировать количество газообразного гелия, поступающего в баки, чтобы протолкнуть топливо в камеру сгорания, что позволяет нам программировать различные величины тяги в разных точках во время полета ракеты.

Миссия Nexø II в 2018 году доказала, что наш дизайн и технологии в основе своей являются надежными. Пришло время начать работу над оценкой людей Ракета Spica.

Copenhagen Suborbitals надеется отправить астронавта в воздух на своей ракете Spica примерно через десять лет. Каспар Стэнли

Ракета Spica с капсулой экипажа будет иметь высоту 13 метров и полную стартовую массу 4000 кг, из которых 2600 кг будет топливом.Это будет со значительным отрывом самая большая ракета, когда-либо построенная любителями.

Ракета Spica будет использовать двигатель BPM100, который команда в настоящее время производит. Томас Педерсен

Его двигатель, 100 кН BPM100 использует технологии, которые мы освоили для BPM5, с некоторыми улучшениями. Как и в предыдущей конструкции, в нем используется регенеративное охлаждение, при котором часть топлива проходит через каналы вокруг камеры сгорания, чтобы ограничить температуру двигателя.Чтобы протолкнуть топливо в камеру, он использует комбинацию простого метода сброса давления на первом этапе полета и системы DPR, которая дает нам более точный контроль над тягой ракеты. Детали двигателя будут изготовлены из нержавеющей стали, и мы надеемся сделать большинство из них самостоятельно из листового проката. Самая сложная часть — секция «горловины» с двойным изгибом, которая соединяет камеру сгорания с выхлопным соплом, требует обрабатывающего оборудования с компьютерным управлением, которого у нас нет. К счастью, у нас есть хорошие контакты в отрасли, которые могут нам помочь.

Одним из основных изменений стал переход от топливной форсунки Nexø II в стиле душевой лейки к топливной форсунке с коаксиальным вихрем. В форсунке для душа было около 200 очень маленьких топливных каналов. Его было сложно изготовить, потому что если что-то пошло не так, когда мы делали один из этих каналов — скажем, сверло застревает — нам приходилось все выбросить. В инжекторе с коаксиальным вихревым движением жидкое топливо поступает в камеру в виде двух вращающихся жидких слоев, и когда листы сталкиваются, они распыляются, чтобы создать топливо, которое воспламеняется.В нашем вихревом инжекторе используется около 150 завихрителей, которые собраны в одну конструкцию. Эта модульная конструкция должна быть проще в изготовлении и тестировании для обеспечения качества.

Двигатель BPM100 заменит старую топливную форсунку типа «душевая лейка» [справа] на коаксиально-вихревую форсунку [слева], которую будет проще производить. Томас Педерсен

В апреле этого года мы провели статические испытания форсунок нескольких типов. Сначала мы провели испытание хорошо изученного инжектора для душевой лейки, чтобы установить базовый уровень, затем протестировали латунные вихревые форсунки, изготовленные традиционным фрезерованием, а также стальные вихревые форсунки, изготовленные с помощью 3D-печати.В целом мы остались довольны работой обоих вихревых форсунок, и мы все еще анализируем данные, чтобы определить, какая из них работает лучше. Тем не менее, мы видели некоторые нестабильность горения, а именно некоторые колебания пламени между форсункой и горловиной двигателя, потенциально опасное явление. У нас есть хорошее представление о причине этих колебаний, и мы уверены, что несколько изменений дизайна могут решить эту проблему.

Доброволец Джейкоб Ларсен держит латунную топливную форсунку, которая хорошо зарекомендовала себя во время испытаний двигателя в 2021 году. Карстен Олсен

Вскоре мы приступим к созданию полномасштабного двигателя BPM100, который в конечном итоге будет включать новую систему наведения для ракеты. У наших предыдущих ракет внутри выхлопных сопел двигателей были металлические лопатки, которые мы перемещали, чтобы изменить угол тяги. Но эти лопатки создавали лобовое сопротивление в выхлопном потоке и снижали эффективную тягу примерно на 10 процентов. В новом дизайне есть карданы, которые поворачивают весь двигатель вперед и назад для управления вектором тяги.В качестве дополнительной поддержки нашей уверенности в том, что сложные инженерные проблемы могут быть решены умными и преданными своему делу людьми, наша система карданного подвеса была разработана и протестирована 21-летним студентом из Нидерландов по имени Джоп Нийенхуис, который использовал конструкцию карданного подвеса в качестве своей диссертации. проект (за который получил высшую оценку).

Мы используем те же компьютеры наведения, навигации и управления (GNC), которые мы использовали в ракетах Nexø. Одна из новых проблем — это капсула экипажа; как только капсула отделится от ракеты, нам придется управлять каждой частью самостоятельно, чтобы вернуть их обе на Землю в желаемой ориентации.Когда происходит разделение, компьютерам GNC для двух компонентов необходимо будет понять, что параметры оптимального полета изменились. Но с точки зрения программного обеспечения это незначительная проблема по сравнению с теми, которые мы уже решили.

Бьянка Диана работает над дроном, который она использует для тестирования новой системы наведения для ракеты Spica. Карстен Олсен

Моя специальность — парашютный дизайн. Я работал над баллютом, который надувается на высоте 70 км, чтобы замедлить пилотируемую капсулу во время ее высокоскоростного начального спуска, и основных парашютах, которые надуваются, когда капсула находится на высоте 4 км над уровнем океана.Мы протестировали оба типа, заставив парашютистов выпрыгивать из самолетов с парашютами, последний раз в прыжке с парашютом. Тест баллута 2019 года. Пандемия вынудила нас приостановить испытания парашютов, но вскоре мы должны возобновить их.

Для парашюта, который будет разворачиваться от ракеты-носителя Spica, команда провела испытания небольшого прототипа ленточного парашюта. Мэдс Стенфатт

Что касается тормозного парашюта, который будет разворачиваться от ракеты-носителя, мой первый прототип был основан на конструкции под названием Supersonic X, которая представляет собой парашют, который чем-то похож на летающий лук, и его очень легко сделать.Однако я неохотно перешел на ленточные парашюты, которые были более тщательно протестированы в условиях высоких нагрузок и оказались более устойчивыми и надежными. Я говорю «неохотно», потому что знал, сколько работы потребуется, чтобы собрать такое устройство. Сначала я сделал парашют диаметром 1,24 метра, у которого было 27 лент, проходящих через 12 панелей, каждая из которых прикреплена в трех местах. Итак, на этом маленьком прототипе мне пришлось сшить 972 соединения. Полноценная версия будет иметь 7920 точек подключения. Я пытаюсь непредвзято относиться к этой проблеме, но я также не буду возражать, если дальнейшие испытания покажут, что дизайн Supersonic X достаточен для наших целей.

Мы протестировали две капсулы экипажа в прошлых миссиях: Tycho Brahe в 2011 году и Tycho Deep Space в 2012 году. Капсула экипажа Spica следующего поколения не будет просторной, но она будет достаточно большой, чтобы вместить одинокий космонавт, который будет сидеть в течение 15 минут полета (и двух часов предполетных проверок). Первый космический корабль, который мы строим, представляет собой тяжелую стальную «шаблонную» капсулу, базовый прототип, который мы используем для разработки практической схемы и конструкции.Мы также будем использовать эту модель для проверки конструкции люка, общей устойчивости к давлению и вакууму, а также аэродинамики и гидродинамики формы, поскольку мы хотим, чтобы капсула упала в море с минимальным ударом для находящегося внутри астронавта. Как только мы будем довольны стандартным дизайном, мы сделаем облегченную летную версию.

Copenhagen Suborbitals в настоящее время имеет трех кандидатов в космонавты для своего первого полета: слева направо, Мэдс Стенфатт, Анна Олсен и Карстен Олсен. Мэдс Стенфатт

Три члена команды Copenhagen Suborbitals в настоящее время являются кандидатами на пост астронавтов в нашей первой миссии с экипажем — я, Карстен Олсен и его дочь Анна Олсен. Все мы понимаем и принимаем риски, связанные с полетом в космос на самодельной ракете. В наших повседневных операциях мы, кандидаты в космонавты, не получаем никакого специального лечения или подготовки. Наша единственная дополнительная обязанность до сих пор заключалась в том, чтобы сидеть в кресле экипажа и проверять ее размеры.Поскольку до нашего первого полета с экипажем еще десять лет, список кандидатов вполне может измениться. Что касается меня, я считаю, что просто быть частью миссии и помочь построить ракету, которая доставит в космос первого астронавта-любителя, — это большая слава. Стану я этим космонавтом или нет, я всегда буду гордиться нашими достижениями.

Астронавт отправится в космос внутри небольшой капсулы экипажа на ракете Spica. Космонавт останется сидеть в течение 15-минутного полета (и для 2-часовой полетной проверки ранее). Карстен Брандт

Люди могут задаться вопросом, как мы проживаем скудный бюджет, составляющий около 100 000 долларов в год, особенно когда они узнают, что половина нашего дохода идет на оплату аренды нашей мастерской. Мы сокращаем расходы, покупая как можно больше стандартных готовых деталей, а когда нам нужны нестандартные конструкции, нам повезло работать с компаниями, которые предоставляют нам щедрые скидки для поддержки нашего проекта. Мы запускаем из международных вод, поэтому нам не нужно платить за пусковую площадку.Когда мы едем на Борнхольм для запуска катеров, каждый волонтер оплачивает свою работу, и мы остаемся в спортивном клубе недалеко от гавани, спим на циновках на полу и принимаем душ в раздевалках. Иногда я шучу, что наш бюджет составляет примерно одну десятую того, что НАСА тратит на кофе. Тем не менее, этого вполне может быть достаточно для выполнения работы.

Мы планировали впервые запустить Spica летом 2021 года, но наш график был отложен из-за пандемии COVID-19, из-за которой наш семинар был закрыт на много месяцев.Теперь мы надеемся на испытательный запуск летом 2022 года, когда условия на Балтийском море будут относительно спокойными. Для этого предварительного испытания Spica мы заполним топливные баки лишь частично и будем стремиться отправить ракету на высоту от 30 до 50 км.

Если этот полет будет успешным, в следующем испытании Spica увезет больше топлива и взлетит выше. Если рейс 2022 года не состоится, мы выясним, что пошло не так, устраним проблемы и попробуем еще раз. Примечательно думать, что возможная 15-минутная поездка астронавта Spica к звездам станет результатом более чем двух десятилетий работы.Но мы знаем свои Сторонники отсчитывают время до исторического дня, когда астронавт-любитель заберется на борт самодельной ракеты и помашет Земле на прощание, готовый совершить гигантский скачок в самодельном стиле.

Эта статья появится в декабрьском выпуске 2021 года под заголовком «Первый астронавт, финансируемый за счет средств краудфандинга».

Парашютист, который шьет

HENRIK JORDAHN

Мэдс Стенфатт первым обратился в Copenhagen Suborbitals с конструктивной критикой.В 2011 году, просматривая фотографии последнего запуска ракеты, сделанной самодельными ракетчиками, он заметил камеру, установленную рядом с парашютным аппаратом. Стенфатт отправил электронное письмо с подробным описанием своей обеспокоенности, а именно, что стропы парашюта могут легко запутаться вокруг камеры. «По сути, я получил ответ:« Если у тебя получится лучше, присоединяйся к нам и сделай это сам », — вспоминает он. Так он стал волонтером единственной в мире программы космических полетов с экипажем, финансируемой за счет краудфандинга.

Как парашютист-любитель, Стенфатт знал основы механики упаковки и развертывания парашюта.Он начал помогать Copenhagen Suborbitals в разработке и упаковке парашютов, а несколько лет спустя он также взял на себя работу по пошиву парашютов. Раньше он никогда не пользовался швейной машиной, но быстро учился по ночам и по выходным за своим обеденным столом.

Одним из его любимых проектов был дизайн высотного парашюта для ракеты Nexø II, запущенный в 2018 году. Работая над прототипом и ломая голову над дизайном воздухозаборников, он обнаружил, что просматривает датский швейный сайт. на компонентах бюстгальтера.Он решил использовать косточки бюстгальтера, чтобы сделать воздухозаборники более жесткими и держать их открытыми, что сработало довольно хорошо. Хотя в конечном итоге он пошел в другом направлении дизайна, этот эпизод является классическим примером духа Copenhagen Suborbitals: черпайте вдохновение и ресурсы, где бы вы их ни находили, чтобы выполнить свою работу.

Сегодня Стенфатт является ведущим конструктором парашютов, частым представителем и кандидатом в космонавты. В свободное время он также продолжает прыгать с парашютом, совершив сотни прыжков на своем счету.Имея достаточный опыт масштабирования по небу, ему очень любопытно, каково было бы двигаться в другом направлении.

Статьи с вашего сайта

Статьи по теме в Интернете

История изобретения, которое может произвести революцию в аккумуляторах — а, возможно, и в производстве в Америке — Quartz

Мир требует супер-аккумулятора.

Примерно с 2010 года критическая масса национальных лидеров, политиков, ученых, предпринимателей, мыслителей и писателей почти потребовала преобразования скромного литий-ионного элемента.По их словам, только батареи, которые могут хранить намного больше энергии по более низкой цене, позволят получить доступные электромобили, более дешевую и более доступную электроэнергию и сократить выбросы парниковых газов. В процессе будет создано множество газиллионеров.

Но они рассердились. Мало того, что никто не создал супер-батарею; большое количество исследователей потеряли веру в свои силы — возможно, когда-либо. Такие предприниматели, как Илон Маск из Tesla, продолжают возиться с готовыми аккумуляторами для роскошных электромобилей и домашних систем накопления энергии, но представители отрасли, похоже, в целом сомневаются, что их стоимость упадет настолько, чтобы в ближайшее время привлечь массовый рынок.Все чаще они приходят к выводу, что первенство ископаемого топлива сохранится в ближайшие десятилетия и, вероятно, в следующем столетии.

Здесь появляется Йет-Мин Чан. Плотный, тайваньско-американский профессор материаловедения в Массачусетском технологическом институте (MIT), Чанг известен прежде всего тем, что основал A123, компанию по производству литий-ионных аккумуляторов, которая провела крупнейшее IPO в 2009 году. В итоге компания объявила о банкротстве. 2012 г. и продавать себя частями по ценам распродажи японским и китайским конкурентам.Однако сам Чан остался незапятнанным.

Возможно, есть способ революционизировать аккумуляторные батареи, но сейчас его нет в лаборатории. Вместо этого он находится в заводском цехе.

В 2010 году, собрав 12,5 миллионов долларов от бостонских венчурных компаний и федеральных фондов, Чианг основал еще одну компанию. Опять же, дело в батареях. И сегодня, после пяти лет в «скрытом режиме», он выходит на биржу. Он говорит, что есть способ революционизировать аккумуляторные батареи, но сейчас его нет в лаборатории.Вместо этого он находится в заводском цехе. Гениальное производство, а не гениальный скачок в химии аккумуляторов, могло бы открыть новую электрическую эру.

Когда примерно через два года начнутся коммерческие продажи, по словам Чанга, его компания сократит стоимость завода по производству аккумуляторных батарей начального уровня в 10 раз, а также снизит стоимость самих аккумуляторов примерно на 30%. Это благодаря новому производственному процессу, а также новому мощному элементу, который добавляет энергии и снижает затраты. Вместе, по его словам, они позволят литий-ионным батареям начать конкурировать с ископаемым топливом.

Но концепция Чанга — это нечто большее, чем просто более дешевая и экологически чистая энергия. Это модель инноваций нового типа, ориентированных не на новые научные изобретения, а на новые способы производства. Для таких стран, как США, которые потеряли промышленность в Азии, это открывает возможность заново изобрести методы производства . Те, кто встанет на этот путь, могут владеть , что интеллектуальной собственности — и, следовательно, следующим производственным будущим.

Это история того, как это произошло.

Киран Кеснер для Quartz.

24М аккумуляторы.

Производство — новые горизонты инноваций

Традиционно большие инновации происходят на лабораторном столе. Открытие делается и запатентовано, а затем передается коммерческому игроку, который масштабирует его. Если повезет, получится продукт-блокбастер.

Но, согласно отчету, опубликованному в феврале Институтом Брукингса, исследователи все более скептически относятся к разграничению между инновациями и производством.Они говорят, что прорывные изобретения происходят не только в лабораториях, но и на фабриках.

Это не новая идея. Например, до 1856 года сталь была сверхдорогим нишевым продуктом. Он был намного прочнее железа, но никто не знал, как сделать его экономичным. Его использование ограничивалось специальными ручными инструментами и столовыми приборами для богатых. Но затем британский изобретатель Генри Бессемер, взволнованный французскими жалобами на хрупкость чугунных пушек, разработал процесс, который снизил стоимость стали более чем на 80%, что примерно равно стоимости железа.Сталь — наряду с нефтью — стала движущей силой последней части промышленной революции, наряду с гигантским экономическим бумом 20-го века.

Если бы Бессемер совершил свой прорыв сегодня, это называлось бы «передовое производство» — этикетка, которая широко применяется для методов изготовления следующего поколения, таких как 3D-печать, модульное строительство небоскребов и робототехника. Вокруг этого термина есть некоторая шумиха: в отчете Брукингса 50 отраслей только в США названы «развитыми», а исторические производственные центры, такие как английский город Шеффилд, переименовываются в варианты «кластера передовых производств».”

Тем не менее, предприниматели, которые разрабатывают действительно новые производственные процессы, могут воспользоваться преимуществами патента и опередить толпу. В то время как другие неизбежно будут копировать их, придется наверстать упущенное. В той степени, в которой такое подлинно передовое производство продвигается вперед и может дать США шанс восстановить свое мастерство в качестве производственного центра, его частично возглавляют несколько компаний, занимающихся экологически чистой энергией, например, Йет-Мин Чан.

Киран Кеснер для Quartz

Йет-Мин Чан, основатель 24M.

Рождение идеи

Чангу 57 лет, у него короткие черные волосы с серыми пятнами и почти всегда синие клетчатые рубашки с длинными рукавами. Он говорит мягко, ровно и склонен заканчивать свои предложения обезоруживающей улыбкой с раскрытой челюстью.

Но если и скромничать, то Чан также чрезвычайно увлечен. Его ориентированное на науку деловое чутье принесло его инвесторам десятки миллионов долларов. Он и его семья живут на ферме в богатой окраине Бостона, где он разводит пчел и кур, а поблизости охотится и ловит рыбу.

Чан родился на Тайване, где его отцу, машинисту локомотивов, удалось скопить достаточно денег, чтобы начать работу в Соединенных Штатах. Когда мальчику было 6 лет, он оказался в Бруклине, живя со своей семьей в квартире с поразительно высокими потолками. Когда пришло время поступать в колледж, Чан был принят в Массачусетский технологический институт и никогда не уезжал. Его жена Джери, американка японского происхождения с Гавайев, также имеет степень Массачусетского технологического института, как и его старшая сестра и ее муж.

Стоимость завода по производству аккумуляторных батарей начального уровня составляет более 100 миллионов долларов.

Подобно Стэнфордскому университету сейчас и Копенгагенскому университету в 1920-х годах, Массачусетский технологический институт — это лабиринт открытий и известных ученых. Чианг называет это «меритократией» — «зоной, свободной от похвалы», где «вы то, что делаете, и то, что вы делаете. Создайте. Тебе следует и дальше пытаться проявить себя ». Чанг использовал свое собственное окунание в Массачусетском технологическом институте для запуска четырех стартапов, финансируемых венчурным капиталом, в том числе его последний, аккумуляторную компанию под названием 24M.

Производители скрытны, но аналитики говорят, что литий-ионный аккумулятор стоит в среднем примерно 500 долларов за киловатт-час — это мера энергии, которую аккумулятор может хранить.Это в четыре раза больше цены, необходимой для прямой конкуренции с бензином. Только около 30% от этих 500 долларов — это стоимость материалов. Наибольшая часть — 40% — идет в обрабатывающую промышленность.

Сами аккумуляторные фабрики обычно представляют собой огромные здания размером с авиационный ангар. В них находятся конвейерные станки длиной в десятки ярдов, часто поставленные друг на друга. Стоимость завода начального уровня составляет более 100 миллионов долларов. В Мидленде, штат Мичиган, XALT управляет одним из самых эффективных и современных литий-ионных заводов в США.Но, построенный на 300 миллионов долларов федеральных и государственных субсидий и кредитов, он также разрастается — чуть менее четверти его объекта площадью 400 000 квадратных футов (37 000 кв. М) отведено под оборудование, а это пространство размером с шесть футбольных полей. . Tesla начинает строительство завода по производству аккумуляторов, литий-ионного завода стоимостью 5 миллиардов долларов в Неваде.

Такие затраты не только делают батареи дорогими. Они также подавляют инновации. Кто, даже имея новую многообещающую идею улучшения химического состава аккумуляторов, сможет построить или одолжить завод стоимостью 100 миллионов долларов, чтобы опробовать его?

Целью Чанга является снижение производственных затрат ниже 100 долларов за киловатт-час.Это позволило бы строить запускаемые предприятия с гораздо меньшими затратами на внедрение инноваций. И это также создало бы настоящую конкуренцию с бензином.

AP Photo

Кассетная лента — невероятное происхождение батарей.

Неуклюжее наследие аккумуляторов

Причина, по которой фабрики по производству аккумуляторов такие огромные, и почему бизнес-модель Чанга, кажется, имеет реальную основу, восходит к случайному событию, связанному с рождением литий-ионных аккумуляторов.

Рост литий-ионной химии в начале 1990-х годов во многом обязан пиковому и медленному упадку двух крупных потребительских технологий — магнитной аудиоленты и никель-кадмиевых батарей.Эти два столкнулись в «Камкордере» — выходе Sony на зарождающийся рынок легких видеокамер.

«Нас отвлекла историческая авария и нежелание переключаться на что-то, что работает (лучше)», — Йет-Мин Чианг

Sony поняла, что, если видеокамеры должны взлететь, они должны сжаться — до большего или менее плотно ложится в руку потребителя — и прослужит дольше без подзарядки. Единственный способ добиться этого — найти гораздо более мощную батарею меньшего размера.

Результатом стала первая литий-ионная батарея, которую Sony выпустила на рынок в 1991 году. Двумя годами позже последовала 8-миллиметровая видеокамера TR1, первая видеокамера с литий-ионным аккумулятором. Оба были коммерческими блокбастерами для Sony и вызвали яростную конкуренцию.

Но Sony также пришлось быстро придумать, как производить этот новый тип батареи в промышленных масштабах. В дело вмешалось Провидение: как раз так получилось, что все более популярные компакт-диски начали разрушать рынок кассетных лент, крупным производителем которых также была Sony.Ленты изготавливались на длинных производственных линиях, которые покрывали пленку магнитной суспензией, сушили ее, разрезали на длинные полосы и скатывали. Оглядываясь на компанию, менеджеры Sony по литий-ионным батареям теперь заметили, что большая часть этого оборудования и его технических специалистов простаивают.

Оказалось, что на том же оборудовании можно делать литий-ионные аккумуляторы. Их тоже можно было сделать, нанеся суспензию на пленку, затем высушив и разрезав ее. В этом случае получается не магнитная лента, а электроды аккумулятора.

Это оборудование и его технические специалисты стали основой первого в мире завода по производству литий-ионных аккумуляторов и образцом того, как они производятся с тех пор. Сегодня заводы, работающие на идентичных принципах, выпускают все коммерческие литий-ионные батареи на планете.

Для Sony простаивающие магнитофоны были большой удачей. Но Чан считал их некрасивым наследием. Машины были большими, а их процесс был медленным и дорогим.Они были значительной частью причины, по которой батареи не могли конкурировать с бензином. Пришло время исправить эту ошибку и придумать новый способ изготовления батареи. «Нас отвлекла историческая авария и нежелание переключаться на то, что работает (лучше)», — сказал Чан.

Киран Кеснер для Quartz.

Сотрудник 24М проверяет ленточный конвейер производства аккумуляторов. Киран Кеснер для Quartz.

Плыть по течению

Поначалу Чан решил, что лучшим решением будет таинственная и эксцентричная технология, известная как «проточная батарея».Его интерес сбил с толку многих людей, с которыми он разговаривал.

Аккумулятор внешне довольно прост. По сути, он состоит из двух электродов, которые являются источником электрического заряда, встроенного в электролит, через который проходит заряд. В обычной литий-ионной батарее электроды твердые, и все они хранятся в одном элементе или блоке.

Benboy00 через Wikimedia Commons / CC 3.0

Схема проточной батареи окислительно-восстановительного потенциала.

Проточная батарея, напротив, состоит из химикатов, взвешенных в жидкости.Эта жидкость находится в двух отдельных резервуарах, из которых они перекачиваются через ячейку. Там они встречаются, разделенные перегородкой. Акт их перекачивания генерирует ток, который течет между ними через мембрану.

Чтобы увеличить емкость аккумулятора, необходимо либо увеличить его плотность энергии, либо увеличить. Для литий-ионных аккумуляторов увеличение плотности энергии — путем изменения химического состава аккумуляторов или поиска нового типа — это святой Грааль, который ученые начинают отчаяться найти.Сделать их больше несложно; Tesla сделала именно это для своих автомобилей. Но они быстро становятся дорогими, потому что для них требуется больше дорогих металлов, таких как никель и кобальт, которые попадают в электроды литий-ионных элементов.

Напротив, для увеличения проточной батареи достаточно просто прикрутить болтами к более крупным резервуарам с большим количеством жидкости внутри. Но устройство быстро станет слишком большим, чтобы поместиться внутри автомобиля, а жидкие химические вещества в проточной батарее имеют гораздо меньшую плотность энергии, чем литий-ионная батарея.

Но что, если бы у вас было лучшее из обоих миров? Это был исходный тезис нового предприятия Чанга. Если бы вы могли сделать проточную батарею с литий-ионным химическим составом и ее плотностью энергии, у нее были бы резервуары меньшего размера, чем у обычной проточной батареи. Выше определенного размера стоимость киловатт-часа будет ниже, чем у статических батарей, и начнет конкурировать с экономикой ископаемого топлива.

В Массачусетском технологическом институте Чан поручил румынскому студенту по имени Михай Дудута изучить проблему.Через месяц у Дудуты появился рабочий прототип. Быстрый результат был неожиданностью, а также свидетельством того, что Чан что-то понимал. Этого было достаточно, чтобы привлечь 10 миллионов долларов финансирования от бостонских венчурных компаний и еще 2,5 миллиона долларов от Министерства энергетики. Таким образом, Чан открыл для бизнеса 24M. Дудута был сотрудником № 1.

Компания работала в скрытом режиме, поэтому публичной огласки почти ничего не сообщалось. Но в статье 2011 года в журнале Advanced Energy Materials Дудута объяснил увеличение плотности энергии на порядок за счет «полутвердого» подхода к потоку — литий-ионной батареи, которая работает через «просачивающиеся сети проводников нанометрового размера».«Теперь, для всего мира, последний стартап Чанга был донкихотской охотой за мощной потоковой батареей.

Но это скоро изменится.

Киран Кеснер для Quartz.

24 млн сотрудников работают над станком, который способствует производству аккумуляторов.

Экономическое затруднение

Успех или неудача идеи Чанга отчасти зависели от размера. Насколько большими должны быть емкости литий-ионных проточных батарей, чтобы их стоимость за киловатт-час упала ниже, чем у статических батарей?

К концу 2010 года эта проблема пережила Крейга Картера, давнего сотрудника Чанга в Массачусетском технологическом институте.Когда первоначальные сотрудники 24M собирались на еженедельные собрания для анализа своих данных, казалось, никто не знал, какого размера резервуары, испытательные ячейки и другое оборудование покупать и производить. Модель затрат, которую они использовали, не давала достаточно ясно, когда произойдет экономичный переход от статических батарей.

Это была не единственная проблема, с которой столкнулась компания 24M. Литий-ионные проточные батареи еще никто не делал. Инженеры Чанга не могли понять, как прокачать жидкий электролит через систему.Чем плотнее они делали суспензию, чтобы увеличить ее энергетическую плотность, тем гуще и медленнее она становилась. Потенциальные клиенты, после того как их проинформировали руководители высшего звена, не особо воодушевились. Обычные статические батареи уже работали нормально; зачем кому-то понадобился новый тип литий-ионного аккумулятора, который также требует помпы?

Тем временем побочный эксперимент в рамках 24M начал привлекать внимание младших исследователей Чанга. В целях сравнения Чанг поручил им создать статические литий-ионные элементы одновременно с проектом потока.«Мы можем поучиться у них», — сказал он. Результаты были интересными: команда использовала те же жидкие суспензии, что и в проточной батарее, для создания сотен статических ячеек и провела их через тысячи циклов заряда-разряда. Их мощность оставалась стабильной. В отличие от эксперимента с потоком, они работали великолепно.

После работы некоторые из младших сотрудников, включая Дудуту, спускались вниз за молочными коктейлями в закусочной под названием Friendly Toast. Там они обсудили результаты статических ячеек.Эти молодые исследователи меньше интересовались идеей потока, чем Чан и старший персонал, вспоминал один из них, Тристан Доэрти, бывший гоночный инженер гоночной команды Indy 500 Дейла Койна. Постепенно они пришли к убеждению, что разрабатываемый ими новый производственный процесс должен быть посвящен созданию статических, а не проточных батарей. Но как донести это послание до старших?

Киран Кеснер для Quartz.

Чан в диспетчерской, где сотрудники одеваются перед выходом на работу.

Момент, когда все это развалилось

Именно в этой среде Картер пытался выяснить, в какой момент проточные батареи станут экономичными. Чан, похоже, не думал, что это проблема. «Возможно, вы зря теряете время», — сказал он Картеру. Картер настаивал и, наконец, решил отказаться от модели затрат, которую они использовали, и построить свою собственную. Он нанял одного из молодых сотрудников — Джеффа Диско, уроженца Вайоминга, который отдает предпочтение ковбойским сапогам и серебряным пряжкам для ремня, вырезанным своими руками. «Давайте построим его с нуля», — сказал Картер молодому человеку.

Он не стал рассказывать Чангу, что они с Диско затевают. «Он, возможно, видел в этом отвлечение от продвижения вперед, поскольку у нас уже был рабочий инструмент», — сказал Картер.

Чтобы быть конкурентоспособным, проточная батарея должна быть достаточно большой, чтобы поддерживать установку размером с атомную электростанцию.

Disko круглосуточно работала с данными в течение двух недель, в то время как Картер создал программное обеспечение, которое могло визуально отображать практически любую переменную батареи — плотность энергии, скорость заряда, стоимость деталей и так далее.Когда они были готовы, у них был инструмент, который, наконец, показал точку перехода, в которой батарея Чанга окажется экономичной.

Сказать, что для этого потребуются огромные резервуары, было бы преуменьшением. Чтобы быть конкурентоспособной с ископаемым топливом, проточная литий-ионная батарея должна быть достаточно большой, чтобы поддерживать стационарный объект размером с атомную электростанцию, обслуживающий десятки тысяч человек. Это был настолько потрясающий результат, что ни Картер, ни Диско поначалу в него не поверили. Две недели они пересчитывали числа и обсуждали результаты.Диско начал согласовывать это с остальной частью группы. Но обойти это было невозможно — идея, на основе которой была основана компания, не имела финансового смысла.

В начале 2011 года они провели то, что Диско назвал «встречей прихода к Иисусу». Он представил визуальный инструмент. До этого было ворчание, но не было жестко конкретного противопоставления потока и статических батарей. Теперь все стало ясно — если вы не ставили целью обеспечить резервное копирование системы электроснабжения небольшого города, лучше было построить статическую батарею.

Чан смотрел на результаты. «Так вы готовы сделать ставку на компанию?» — спросил он Картера.

«Да», — ответил Картер.

«Хорошо», — просто ответил Чан. Он подумает об этом.

Через два дня всем сотрудникам было отправлено электронное письмо. Поток кончился. Компания построит статическую батарею.

Это был типичный сдвиг для стартапа, в котором первоначальные идеи редко переживают коммерческую стадию развития. Со своей стороны, Диско почувствовал «облегчение». Я думаю, что многие люди это сделали.«Производственные проблемы еще не решены. Но теперь они нападут на них по-другому. Стоимость модели доказала свою ценность. «Есть преимущества в изменении направления — в повороте на копейку», — сказал Картер. «Теперь у нас было кое-что, в чем можно было поставить флаг и знать, что он приклеится».

Киран Кеснер для кварцевых батарей

в своих блоках на 24M.

Начиная с нуля

Теперь исследователи могли метафорически вернуться к эпохе видеокамер и задать вопрос: если бы у Sony не было этих магнитных лент, лежащих поблизости, и они начали бы с чистого листа, что было бы самый естественный и лучший способ изготовления литий-ионного аккумулятора?

Насосы, предназначенные для инициирования потока электронного сока, начали исчезать из лаборатории 24М.Затем Дудута, создатель оригинальной проточной ячейки 24M, подождал несколько недель, прежде чем объявить: «Я собираюсь сделать эти [статические] ячейки сам».

Для этой задачи не было машины, поэтому Дудута сунул руки в черные резиновые перчатки безвоздушного исследовательского бокса, известного как перчаточный ящик, и начал вручную изготавливать клетки. Это означало смешивание липкой массы или суспензии, которая состоит из двух электродов — анода и катода, — и нанесение их на тонкую пленку, разделенную другой пластиковой пленкой.

К нему присоединились еще несколько человек.Вскоре руки шести или семи исследователей оказались в резиновых перчатках. Они создали собственную линию ручной сборки. У них это получилось хорошо — они производили элементы размером с автомобильный аккумулятор всего за шесть минут. По сравнению с дневным процессом, который требовался на обычном заводе, это было молниеносно. Но это было ничто по сравнению с той скоростью, с которой Чан в конечном итоге хотел, чтобы процесс шел.

В обычном процессе суспензия наносится относительно быстро, но стадия сушки может занять 22 и более часов.Вы начинаете с влажной суспензии, затем наносите ее на пленку — используя подобные клея вещества, чтобы она держалась, — прижимайте ее, чтобы сделать электроды более плотными, и, наконец, сушите в духовке на длинной медленной сборочной линии. Наконец, в аккумуляторную батарею впрыскивается электролит, в результате чего она снова становится влажной.

Последний метод представлял собой «полный выстрел в темноте» с использованием трубки, поршня и некоторого количества тефлона.

Помимо этого медленного процесса, у обычных батарей есть вторая проблема: 35% их внутреннего пространства заполнено материалом, который не способствует выработке электроэнергии.Сюда входит связующее, удерживающее суспензию на пленке; сепаратор, предотвращающий короткое замыкание анода и катода; и токоприемник, который подводит заряд к электронному устройству.

Чанг хотел сократить производственный процесс до одного часа. И он хотел почти до нуля уменьшить объем заполнителя.

Он начал с удаления целых частей наполнителя. Его исследователи разработали способ изготовления электродов без связующего вещества, напоминающего клей.Литий-ионные элементы обычно содержат 14 отдельных слоев материала; Чанг упростил их, позволив уменьшить количество слоев до пяти. Уменьшил наполнитель до 8% аккумуляторной ячейки. Наконец, он перевернул основы производства литий-ионных аккумуляторов, выяснив, как полностью отказаться от процесса сушки; вместо этого он с самого начала впрыскивал жидкий электролит в элемент.

Это были определяющие улучшения. Но, пока он занимался этим, Чан также внес некоторые изменения в науку о батарее.Что наиболее важно, он сделал электроды в четыре раза толще — 500 микрон, или полмиллиметра, в диаметре, — что значительно увеличило плотность энергии клеток.

Тем не менее, оставался вопрос, как на самом деле нанести влажную электродную суспензию на пленку с однородной плотностью, толщиной, непрерывностью и прямоугольной формой, и сделать это быстро и таким образом, чтобы можно было повторять снова и снова.

Было предпринято три десятка способов получить правильную суспензию. Последним методом, по словам Доэрти, был «полный выстрел в темноте», с использованием трубки, поршня и некоторого количества тефлона.

Но в результате появилась производственная платформа, которая в настоящее время выплевывает элемент батареи примерно за две с половиной минуты. Машина, которая это делает, размером не с заводской цех, а размером с большой холодильник (см. Изображение ниже). Что касается элементов, Чан называет их «полутвердыми», в знак их рождения в исследованиях проточных батарей.

Когда я недавно был в их лаборатории, Чан и генеральный директор 24M Труп Уайлдер стояли вокруг машины, которая выдавала быструю ячейку в идеальном прямоугольнике.Уайлдер начал делать прыжки. «Это здорово. Это то, что хотят видеть инвесторы, — кричал он.

Внезапный поворот Чанга к статическим батареям, похоже, не встревожил инвесторов 24M. В 2013 году Чианг собрал еще 25 миллионов долларов наличными, а в прошлом году тайская нефтяная компания PTT инвестировала 15 миллионов долларов. В целом 24M привлекла 54,5 миллиона долларов. «Они могут представить новую батарею, которая на 50% похожа на привнесение экономики закона Мура в отрасль, в которой этого нет», — сказал Ижар Армони из Charles River Ventures, одного из венчурных инвесторов Чанга.

Киран Кеснер для Quartz.

Машина размером с холодильник, лежащая в основе производственного процесса 24M.

Что это значит для производства

Стремление улучшить производство литий-ионных батарей, в отличие от химии, прижилось у правительственных чиновников США. Министерство энергетики (DOE) в настоящее время проводит конкурс на получение трехлетних грантов на сумму от 6 до 8 миллионов долларов для исследователей, обещающих более совершенные производственные технологии. Если они смогут добиться такого прогресса и добавить его к любому прогрессу в области науки, «вы совершите двойной промах», — сказал Дэвид Хауэлл, руководитель программы исследования батарей Министерства энергетики США.Хауэлл сказал, что именно так он рассчитывает сделать электромобили эквивалентными в долларах за киловатт-час бензину.

Стандартный метод производства солнечных панелей «напоминает то, как греки делали стекло».

Передовое производство распространилось и на солнечную энергию. Фрэнк Ван Мирло, основатель компании по производству солнечных панелей под названием 1366 в Массачусетсе, сказал, что стандартный производственный метод в его собственной отрасли «напоминает то, как греки делали стекло». Он сказал, что его компания изобрела новый способ производства панелей, который устраняет большую часть неэффективности.

В новом отчете McKinsey описывает новую эпоху производства, которую она называет Индустрией 4.0. Консалтинговая компания заявляет, что происходящие изменения затрагивают большинство предприятий. Скорее всего, это не «еще одна промышленная революция», — говорится в сообщении, но вместе они «обладают сильным потенциалом изменить способ работы фабрик».

На протяжении десятилетий США наблюдали, как их основополагающая обрабатывающая промышленность отмирает, поскольку вместо этого они разрастались в Японии, Южной Корее, Китае, Тайване и других странах Азии.По данным Института экономической политики, США потеряли около 5 миллионов рабочих мест на производстве только с 1997 по 2014 год. Это включает производство литий-ионных батарей, которые, хотя и были изобретены американцами, были коммерциализированы в Японии, а затем в Южной Корее и Китае.

Итак, инновация Чанга могла бы стать примером для нового мышления в США. Это говорит о том, что, хотя такие отрасли вряд ли вернутся из Азии, США, возможно, могут заново изобрести способ их производства. Страна не вернет почти столько рабочих мест, сколько потеряла.Но это может быть большая прибыль, поскольку страна снова делает шаг вперед в важнейших технологических областях.

Чтобы было ясно, это не цель Чанга. Он убежденный универсалист, оторванный от научной реальной политики. Но если ему это удастся, как он планирует, то, помимо помощи в расшифровке запутанной проблемы батарей, он может внести свой вклад в сохранение политического и экономического господства Америки.

Киран Кеснер для Quartz

24 млн сотрудников, работающих в лаборатории Кембриджа.

Путь впереди

Чанг и Уайлдер собираются приступить к третьему раунду инвестиций, требуя от 20 до 30 миллионов долларов. Они потратят деньги на масштабирование производства новой машины, которая производит ячейку каждые две-десять секунд. Эта машина, которая будет доступна для продажи через два года, предназначена для стационарных электрических батарей, используемых для питания предприятий, жилых кварталов и коммунальных служб, а не автомобилей.

Машина будет иметь мощность 79 мегаватт-часов в год и производить любые литий-ионные батареи по цене около 160 долларов за киловатт-час.К 2020 году, по словам Чанга, это будет примерно до 85 долларов, что на 30% ниже, чем у обычных литий-ионных батарей, стоимость которых также снижается. Но самое главное, машина будет стоить около 11 миллионов долларов. Следовательно, начальные затраты на производство литий-ионных аккумуляторов резко упадут. «Это так далеко от парадигмы, вы просто не поверите, — сказал Уайлдер.

Если 24M создаст эту машину и сможет продать ее на рынке — это совершенно другой вопрос, — она ​​явно встряхнет крупные отрасли, включая стационарные и электрические автомобильные аккумуляторы, не говоря уже о коммунальных услугах.Насколько быстро можно догадаться.

Chiang кажется неоднозначным, поскольку 24M начинает раскрывать, чем она занималась все эти годы. До сих пор вся отрасль имела единое представление о том, как производятся батареи. Собственные соперники Чанга до сегодняшнего дня были убеждены, что он участвовал в надуманном крестовом походе по поиску батарей потока.

Но теперь, если они внимательно посмотрят на то, что он на самом деле делает, и примут его подход, они могут попытаться скопировать его. «Если вы раньше не смотрели показ фильма, у вас нет уверенности, что он может быть снят», — сказал он.Но быть на шаг впереди — тоже часть стартапов.

Как генератор вырабатывает электроэнергию? Статья о том, как работают генераторы

Генераторы

— это полезные устройства, которые подают электроэнергию во время отключения электроэнергии и предотвращают прерывание повседневной деятельности или прерывание бизнес-операций. Генераторы доступны в различных электрических и физических конфигурациях для использования в различных приложениях. В следующих разделах мы рассмотрим, как работает генератор, основные компоненты генератора и как генератор работает в качестве вторичного источника электроэнергии в жилых и промышленных помещениях.

Как работает генератор?

Электрический генератор — это устройство, которое преобразует механическую энергию, полученную от внешнего источника, в электрическую энергию на выходе.

Важно понимать, что генератор на самом деле не «создает» электрическую энергию. Вместо этого он использует подводимую к нему механическую энергию, чтобы заставить движение электрических зарядов, присутствующих в проводе его обмоток, через внешнюю электрическую цепь.Этот поток электрических зарядов составляет выходной электрический ток, подаваемый генератором. Этот механизм можно понять, рассматривая генератор как аналог водяного насоса, который вызывает поток воды, но фактически не «создает» воду, текущую через него.

Современный генератор работает на принципе электромагнитной индукции, открытом Майклом Фарадеем в 1831-32 гг. Фарадей обнаружил, что вышеупомянутый поток электрических зарядов может быть вызван перемещением электрического проводника, такого как провод, содержащий электрические заряды, в магнитном поле.Это движение создает разность напряжений между двумя концами провода или электрического проводника, что, в свою очередь, вызывает протекание электрических зарядов, генерируя электрический ток.

Основные компоненты генератора

Основные компоненты электрогенератора можно в общих чертах классифицировать следующим образом:

• Двигатель
• Генератор
• Топливная система
• Регулятор напряжения
• Системы охлаждения и выхлопа
• Система смазки
• Зарядное устройство
• Панель управления
• Основная сборка / рама

Описание основных компонентов генератора приведено ниже.

Двигатель

Двигатель является источником подводимой механической энергии к генератору. Размер двигателя прямо пропорционален максимальной выходной мощности, которую может выдать генератор. При оценке двигателя вашего генератора необходимо учитывать несколько факторов. Для получения полных рабочих характеристик двигателя и графиков технического обслуживания необходимо проконсультироваться с производителем двигателя.

(a) Тип используемого топлива — двигатели генераторов работают на различных видах топлива, таких как дизельное топливо, бензин, пропан (в сжиженном или газообразном состоянии) или природный газ. Меньшие двигатели обычно работают на бензине, в то время как более крупные двигатели работают на дизельном топливе, жидком пропане, пропане или природном газе. Некоторые двигатели также могут работать на двойной подаче дизельного и газового топлива в двухтопливном режиме.

(b) Двигатели с верхним расположением клапанов (OHV) по сравнению с двигателями без OHV — двигатели с верхним расположением клапанов отличаются от других двигателей тем, что впускные и выпускные клапаны двигателя расположены в головке цилиндра двигателя, а не на двигателе. блокировать.Двигатели OHV имеют ряд преимуществ перед другими двигателями, такими как:

• Компактная конструкция
• Более простой механизм управления
• Прочность
• Удобство в эксплуатации
• Низкий уровень шума при работе
• Низкий уровень выбросов

Однако OHV-двигатели также дороже других двигателей.

(c) Чугунная гильза (CIS) в цилиндре двигателя — CIS — это накладка в цилиндре двигателя.Это снижает износ и обеспечивает долговечность двигателя. Большинство двигателей OHV оснащены системой CIS, но очень важно проверить наличие этой особенности в двигателе генератора. CIS — это не дорогая функция, но она играет важную роль в долговечности двигателя, особенно если вам нужно использовать генератор часто или в течение длительного времени.

Генератор

Генератор, также известный как «генератор», представляет собой часть генератора, которая вырабатывает электрическую мощность за счет механического входа, подаваемого двигателем.Он содержит набор неподвижных и подвижных частей, заключенных в корпус. Компоненты работают вместе, вызывая относительное движение между магнитным и электрическим полями, которое, в свою очередь, генерирует электричество.

(а) Статор — это стационарный компонент. Он содержит набор электрических проводников, намотанных катушками на железный сердечник.

(b) Ротор / Якорь — это движущийся компонент, который создает вращающееся магнитное поле любым из следующих трех способов:

(i) Индукционным способом — они известны как бесщеточные генераторы переменного тока и обычно используются в больших генераторах.
(ii) Постоянными магнитами — это обычное дело в небольших генераторах переменного тока.
(iii) Использование возбудителя. Возбудитель — это небольшой источник постоянного тока (DC), который питает ротор через совокупность токопроводящих контактных колец и щеток.

Ротор создает движущееся магнитное поле вокруг статора, которое вызывает разность напряжений между обмотками статора. Это производит переменный ток (AC) на выходе генератора.

При оценке генератора переменного тока необходимо учитывать следующие факторы:

(a) Металлический корпус по сравнению с пластиковым корпусом — цельнометаллическая конструкция обеспечивает долговечность генератора.Пластиковые корпуса со временем деформируются, что приводит к обнажению движущихся частей генератора. Это увеличивает износ и, что более важно, опасно для пользователя.

(b) Шариковые подшипники по сравнению с игольчатыми подшипниками — шариковые подшипники предпочтительнее и служат дольше.

(c) Бесщеточная конструкция — генератор, в котором не используются щетки, требует меньшего технического обслуживания, а также производит более чистую мощность.

Топливная система

Топливный бак обычно имеет достаточную емкость, чтобы генератор работал в среднем от 6 до 8 часов.В случае небольших генераторных установок топливный бак является частью опорной рамы генератора или устанавливается поверх рамы генератора. Для коммерческого использования может потребоваться установка внешнего топливного бака. Все подобные установки должны быть одобрены Управлением городского планирования. Щелкните следующую ссылку для получения дополнительных сведений о топливных баках для генераторов.

Общие характеристики топливной системы включают следующее:

(a) Соединение трубопровода от топливного бака к двигателю — линия подачи направляет топливо из бака в двигатель, а обратная линия направляет топливо от двигателя в бак.

(b) Вентиляционная труба для топливного бака — Топливный бак имеет вентиляционную трубу для предотвращения повышения давления или вакуума во время заправки и опорожнения бака. При заправке топливного бака убедитесь, что металл-металл соприкасается с заправочной форсункой и топливным баком, чтобы избежать искр.

(c) Переливное соединение от топливного бака к сливной трубе — это необходимо для того, чтобы любой перелив во время заправки бака не вызывал разлив жидкости на генераторную установку.

(d) Топливный насос — перекачивает топливо из основного накопительного бака в дневной.Топливный насос обычно работает от электричества.

(e) Топливный водоотделитель / топливный фильтр — он отделяет воду и посторонние вещества от жидкого топлива для защиты других компонентов генератора от коррозии и загрязнения.

(f) Топливная форсунка — распыляет жидкое топливо и распыляет необходимое количество топлива в камеру сгорания двигателя.

Регулятор напряжения
Как следует из названия, этот компонент регулирует выходное напряжение генератора.Механизм описан ниже для каждого компонента, который участвует в циклическом процессе регулирования напряжения.

(1) Регулятор напряжения: преобразование переменного напряжения в постоянный ток — регулятор напряжения принимает небольшую часть выходного переменного напряжения генератора и преобразует его в постоянный ток. Затем регулятор напряжения подает этот постоянный ток к набору вторичных обмоток статора, известных как обмотки возбудителя.

(2) Обмотки возбудителя: преобразование постоянного тока в переменный — обмотки возбудителя теперь работают аналогично первичным обмоткам статора и генерируют небольшой переменный ток.Обмотки возбудителя подключены к блокам, известным как вращающиеся выпрямители.

(3) Вращающиеся выпрямители: преобразование переменного тока в постоянный — они выпрямляют переменный ток, генерируемый обмотками возбудителя, и преобразуют его в постоянный ток. Этот постоянный ток подается на ротор / якорь для создания электромагнитного поля в дополнение к вращающемуся магнитному полю ротора / якоря.

(4) Ротор / якорь: преобразование постоянного тока в переменное напряжение — ротор / якорь теперь индуцирует большее переменное напряжение на обмотках статора, которое генератор теперь производит как большее выходное переменное напряжение.

Этот цикл продолжается до тех пор, пока генератор не начнет выдавать выходное напряжение, эквивалентное его полной рабочей мощности. По мере увеличения выходной мощности генератора регулятор напряжения вырабатывает меньше постоянного тока. Когда генератор достигает полной рабочей мощности, регулятор напряжения достигает состояния равновесия и вырабатывает постоянный ток, ровно столько, чтобы поддерживать выходную мощность генератора на полном рабочем уровне.

Когда вы добавляете нагрузку к генератору, его выходное напряжение немного падает.Это заставляет регулятор напряжения действовать, и начинается вышеуказанный цикл. Цикл продолжается до тех пор, пока выходная мощность генератора не достигнет своей первоначальной полной рабочей мощности.

Система охлаждения и выпуска
(а) Система охлаждения
Продолжительное использование генератора вызывает нагрев различных его компонентов. Очень важно иметь систему охлаждения и вентиляции для отвода тепла, выделяемого в процессе.

Неочищенная / пресная вода иногда используется в качестве охлаждающей жидкости для генераторов, но в основном это ограничивается конкретными ситуациями, такими как небольшие генераторы в городских условиях или очень большие агрегаты мощностью более 2250 кВт и выше.Водород иногда используется в качестве хладагента для обмоток статора больших генераторных установок, поскольку он более эффективно поглощает тепло, чем другие хладагенты. Водород отводит тепло от генератора и передает его через теплообменник во вторичный контур охлаждения, который содержит деминерализованную воду в качестве хладагента. Вот почему очень большие генераторы и малые электростанции часто имеют рядом с собой большие градирни. Для всех других распространенных применений, как жилых, так и промышленных, стандартный радиатор и вентилятор устанавливаются на генераторе и работают как основная система охлаждения.

Необходимо ежедневно проверять уровень охлаждающей жидкости в генераторе. Систему охлаждения и насос неочищенной воды следует промывать через каждые 600 часов, а теплообменник следует очищать через каждые 2400 часов работы генератора. Генератор следует размещать на открытом и вентилируемом месте с достаточным притоком свежего воздуха. Национальный электротехнический кодекс (NEC) требует, чтобы со всех сторон генератора оставалось минимум 3 фута, чтобы обеспечить свободный поток охлаждающего воздуха.

(б) Выхлопная система
Выхлопные газы, выделяемые генератором, такие же, как выхлопные газы любого другого дизельного или газового двигателя, и содержат высокотоксичные химические вещества, с которыми необходимо обращаться должным образом. Следовательно, важно установить соответствующую выхлопную систему для удаления выхлопных газов. Этот момент нельзя переоценить, поскольку отравление угарным газом остается одной из наиболее частых причин смерти в пострадавших от урагана районах, потому что люди, как правило, даже не думают об этом, пока не становится слишком поздно.

Выхлопные трубы обычно изготавливаются из чугуна, кованого железа или стали. Они должны быть отдельно стоящими и не должны поддерживаться двигателем генератора. Выхлопные трубы обычно присоединяются к двигателю с помощью гибких соединителей, чтобы минимизировать вибрации и предотвратить повреждение выхлопной системы генератора. Выхлопная труба заканчивается снаружи и ведет от дверей, окон и других отверстий в дом или здание. Вы должны убедиться, что выхлопная система вашего генератора не подключена к выхлопной системе любого другого оборудования.Вам также следует проконсультироваться с местными городскими постановлениями, чтобы определить, нужно ли для эксплуатации вашего генератора получить разрешение от местных властей, чтобы убедиться, что вы соблюдаете местное законодательство и защитите себя от штрафов и других санкций.

Смазочная система
Поскольку генератор состоит из движущихся частей в своем двигателе, он требует смазки для обеспечения долговечности и бесперебойной работы в течение длительного периода времени. Двигатель генератора смазывается маслом, хранящимся в насосе.Уровень смазочного масла следует проверять каждые 8 ​​часов работы генератора. Вы также должны проверять отсутствие утечек смазки и менять смазочное масло каждые 500 часов работы генератора.

Зарядное устройство
ST e art функция генератора работает от батареи. Зарядное устройство поддерживает заряд аккумуляторной батареи генератора, подавая на нее точное «плавающее» напряжение. Если напряжение холостого хода очень низкое, аккумулятор останется недозаряженным.Если напряжение холостого хода очень высокое, это сократит срок службы батареи. Зарядные устройства для аккумуляторов обычно изготавливаются из нержавеющей стали для предотвращения коррозии. Они также полностью автоматические и не требуют каких-либо регулировок или изменений каких-либо настроек. Выходное напряжение постоянного тока зарядного устройства установлено на уровне 2,33 В на элемент, что является точным значением напряжения холостого хода для свинцово-кислотных аккумуляторов. Зарядное устройство аккумулятора имеет изолированный выход постоянного напряжения, который мешает нормальному функционированию генератора.

Панель управления
Это пользовательский интерфейс генератора, в котором находятся электрические розетки и элементы управления. В следующей статье представлены дополнительные сведения о панели управления генератором. Различные производители предлагают различные функции на панелях управления своих устройств. Некоторые из них упомянуты ниже.

(a) Электрический запуск и выключение — Панели управления автоматическим запуском автоматически запускают ваш генератор при отключении электроэнергии, контролируют генератор во время работы и автоматически отключают агрегат, когда он больше не нужен.

(b) Манометры двигателя. Различные датчики показывают важные параметры, такие как давление масла, температура охлаждающей жидкости, напряжение аккумуляторной батареи, скорость вращения двигателя и продолжительность работы. Постоянное измерение и мониторинг этих параметров позволяет автоматически отключать генератор, когда любой из них превышает соответствующие пороговые уровни.

(c) Датчики генератора. На панели управления также есть счетчики для измерения выходного тока и напряжения, а также рабочей частоты.

(d) Другие элементы управления — переключатель выбора фазы, переключатель частоты и переключатель управления двигателем (ручной режим, автоматический режим) среди прочего.

Основной узел / рама

Все генераторы, переносные или стационарные, имеют индивидуальные корпуса, обеспечивающие структурную опору основания. Рама также позволяет заземлить генерируемые элементы в целях безопасности.

8.3 Электрохимия — элементы и батареи

Цели обучения

• Определите электрохимию.
• Опишите основные компоненты электрохимических ячеек.
• Перечислите некоторые характеристики, применения и ограничения элементов и батарей.
• Знайте разницу между гальваническими и электролитическими ячейками.
• Дайте определение электролизу и перечислите несколько его применений.

Металл, подвергающийся воздействию внешних элементов, обычно подвержен коррозии, если не защищен. Процесс коррозии представляет собой серию окислительно-восстановительных реакций с участием металла скульптуры. В некоторых случаях металлы намеренно оставляют незащищенными, чтобы поверхность претерпела изменения, которые могут повысить эстетическую ценность работы.

Электрохимические реакции

Химические реакции либо поглощают, либо выделяют энергию, которая может иметь форму электричества. Электрохимия — это раздел химии, который занимается взаимным преобразованием химической энергии и электрической энергии. Электрохимия широко применяется в повседневной жизни. Все виды батарей, от батарейки для фонарика и калькулятора до автомобиля, используют химические реакции для выработки электричества. Электричество используется для покрытия предметов декоративными металлами, такими как золото или хром.Электрохимия играет важную роль в передаче нервных импульсов в биологических системах. За всеми электрохимическими процессами стоит окислительно-восстановительная химия, перенос электронов.

Электрохимический элемент — это любое устройство, которое преобразует химическую энергию в электрическую или электрическую энергию в химическую энергию. Электрохимическая реакция состоит из трех компонентов. Должен быть раствор, в котором могут возникнуть окислительно-восстановительные реакции. Эти реакции обычно происходят в воде, чтобы облегчить движение электронов и ионов.Для передачи электронов должен существовать проводник. Этот проводник обычно представляет собой какой-то провод, так что электроны могут перемещаться с одного места на другое. Ионы также должны иметь возможность перемещаться через солевой мостик, который облегчает миграцию ионов.

Примечание

Луиджи Гальвани (1737 — 1798) был итальянским врачом и ученым, проводившим исследования нервной проводимости у животных. Его случайное наблюдение подергивания лягушачьих лапок при контакте с железным скальпелем, когда ноги висели на медных крючках, привело к исследованиям электропроводности в мышцах и нервах.Он считал, что ткани животных содержат «животное электричество», подобное естественному электричеству, которое вызывает образование молнии.

Алессандро Вольта разработал первый «гальванический элемент» в 1800 году. Эта батарея состояла из чередующихся дисков из цинка и серебра с кусками картона, пропитанными рассолом, разделяющими диски. Поскольку в то время не было вольтметров (и понятия не имел, что электрический ток был вызван потоком электронов), Вольте пришлось полагаться на другой показатель прочности батареи: количество произведенного удара (никогда не рекомендуется проверять что-либо на себе. ).Он обнаружил, что интенсивность удара возрастает с увеличением количества металлических пластин в системе. Приборы с двадцатью пластинами вызвали довольно болезненный шок. Хорошо, что у нас сегодня есть вольтметры для измерения электрического тока, а не метод «ткни пальцем в это и скажи мне, что ты чувствуешь».

Гальванические (гальванические) элементы

Гальванические элементы, также известные как гальванические элементы, представляют собой электрохимические элементы, в которых спонтанные реакции окисления-восстановления производят электрическую энергию.При написании уравнений часто бывает удобно разделить окислительно-восстановительные реакции на полуреакции, чтобы облегчить балансировку общего уравнения и подчеркнуть фактические химические превращения.

Представьте, что происходит, когда чистый кусок металлической меди помещают в раствор нитрата серебра (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Как только добавляется металлическая медь, начинается образование металлического серебра, и ионы меди переходят в раствор. Синий цвет раствора справа указывает на присутствие ионов меди.2 +} (водн.)
\ end {align} \]

Уравнение для полуреакции восстановления пришлось удвоить, чтобы количество электронов, «приобретенных» в полуреакции восстановления, равнялось количеству электронов, «потерянных» в полуреакции окисления.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \) Когда чистый кусок металлической меди помещают в прозрачный раствор нитрата серебра (а), происходит окислительно-восстановительная реакция, которая приводит к замене Cu ²⁺ на Ag ^{. +} ионов в растворе. По мере протекания реакции (b) раствор становится синим (c) из-за присутствующих ионов меди, и металлическое серебро осаждается на медной полоске, когда ионы серебра удаляются из раствора.(кредит: модификация работы Марка Отта)

Гальванические или гальванические элементы включают спонтанные электрохимические реакции, в которых половинные реакции разделяются (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)), так что ток может течь через внешний провод. Стакан на левой стороне рисунка называется полуячейкой и содержит раствор нитрата меди (II) M [Cu (NO ₃ ) ₂ ] с частично погруженным куском металлической меди. в растворе. Металлическая медь — это электрод.Медь окисляется; следовательно, медным электродом является анод . Анод подключен к вольтметру с помощью провода, а другой вывод вольтметра подключен к серебряному электроду с помощью провода. Серебро сокращается; следовательно, серебряным электродом является катод . Полуячейка в правой части рисунка состоит из серебряного электрода в 1 M растворе нитрата серебра (AgNO ₃ ). В этот момент ток не течет, то есть не происходит значительного движения электронов по проводу, потому что цепь разомкнута.Цепь замыкается с помощью солевого мостика, передающего ток с движущимися ионами.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \) Стандартный гальванический элемент Cu-Ag.

Солевой мостик состоит из концентрированного инертного раствора электролита, такого как раствор нитрата натрия (NaNO ₃ ), использованный в этом примере. Поскольку электроны проходят слева направо через электрод и провод, ионы нитрата (анионы) проходят через пористую пробку слева в раствор нитрата меди (II).Это сохраняет электрический стакан слева за счет нейтрализации заряда на ионах меди (II), которые образуются в растворе при окислении металлической меди. В то же время ионы нитрата движутся влево, ионы (катионы) натрия движутся вправо, через пористую пробку, в раствор нитрата серебра справа. Эти добавленные катионы «заменяют» ионы серебра, которые удаляются из раствора по мере их восстановления до металлического серебра, сохраняя электрический стакан справа.

Когда электрохимическая ячейка сконструирована таким образом, положительный потенциал ячейки (0,46 В) указывает на спонтанную реакцию и , при которой электроны движутся слева направо.

Основные характеристики стандартного гальванического элемента (как показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \)

• Электроны текут от анода к катоду: слева направо в стандартном гальваническом элементе.
• Электрод в левой полуячейке является анодом, потому что здесь происходит окисление.Название относится к потоку анионов в солевом мостике к нему.
• Электрод в правом полуячейке является катодом, потому что здесь происходит восстановление. Название относится к потоку катионов в солевом мостике к нему.
• Окисление происходит на аноде (левая полуячейка на рисунке).
• Восстановление происходит на катоде (правая полуячейка на рисунке).
• Солевой мостик должен присутствовать, чтобы замкнуть (завершить) цепь, и для протекания тока должны происходить как окисление, так и восстановление.2 +} (водн.) + \ Ce {Cu} (s)}
  \ end {align *} \)

  Аккумуляторы

  Батарея — это электрохимический элемент или серия элементов, вырабатывающих электрический ток. В принципе, в качестве аккумулятора можно использовать любой гальванический элемент. Идеальная батарея никогда не разряжалась бы, не вырабатывала постоянного напряжения и была способна выдерживать экстремальные температуры и влажность окружающей среды. Настоящие аккумуляторы обеспечивают баланс между идеальными характеристиками и практическими ограничениями. Например, масса автомобильного аккумулятора составляет около 18 кг или около 1% от массы среднего автомобиля или малотоннажного грузовика.Этот тип батареи будет обеспечивать почти неограниченное количество энергии, если используется в смартфоне, но будет отклонен для этого приложения из-за своей массы. Таким образом, ни одна батарея не является «лучшей», и батареи выбираются для конкретного применения с учетом таких вещей, как масса батареи, ее стоимость, надежность и текущая емкость. Батареи бывают двух основных типов: первичные и вторичные. Далее описаны несколько батарей каждого типа.

  Посетите этот сайт, чтобы узнать больше об аккумуляторах.

  Сухие элементы (первичные батареи)

  Первичные батареи — это одноразовые батареи, потому что они не подлежат перезарядке. Обычная первичная батарея — это сухой элемент (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Сухой элемент представляет собой угольно-цинковую батарею. Цинк может служить как контейнером, так и отрицательным электродом. Положительный электрод представляет собой стержень из углерода, окруженный пастой из оксида марганца (IV), хлорида цинка, хлорида аммония, углеродного порошка и небольшого количества воды.2 +} (водн.) + \ Ce {2e -} \]

  Рисунок \ (\ PageIndex {3} \)

  На схеме показано сечение

  батарейки фонарика, угольно-цинковый сухой элемент. 2 +} (водн.) + \ Ce {Mn2O3} (s) + \ ce {2Nh4} (водн.) + \ ce {h3O} (l) + \ ce {2Cl -} \]

  с общим потенциалом ячейки, который изначально составляет около 1.5 В, но уменьшается по мере использования батареи. Важно помнить, что напряжение, подаваемое батареей, одинаково независимо от ее размера. По этой причине все батареи D, C, A, AA и AAA имеют одинаковое номинальное напряжение. Однако более крупные батареи могут доставить больше молей электронов.

  Принять к сведению

  Сухой элемент не очень эффективен в производстве электроэнергии, потому что только относительно небольшая часть \ (MnO_2 \), которая находится рядом с катодом, фактически уменьшается, и только небольшая часть цинкового катода фактически потребляется при разряде элемента.Кроме того, сухие элементы имеют ограниченный срок хранения, поскольку анод \ (Zn \) самопроизвольно реагирует с \ (NH_4Cl \) в электролите, вызывая коррозию корпуса и позволяя содержимому вытекать (Рисунок \ (\ PageIndex {2 } \)).

  Рисунок \ (\ PageIndex {2} \) Сухая ячейка с утечкой.

  Источник: Фото любезно предоставлено Mitchclanky2008, http://www.flickr.com/photos/25597837@N05/2422765479/.

  Щелочные батареи (рисунок \ (\ PageIndex {4} \)) были разработаны в 1950-х годах отчасти для решения некоторых проблем с производительностью сухих цинк-угольных элементов.Они производятся, чтобы быть точной заменой сухих угольно-цинковых элементов. Как следует из названия, в этих типах батарей используются щелочные электролиты, часто гидроксид калия.

  Щелочная батарея может обеспечивать в три-пять раз больше энергии, чем угольно-цинковые батареи аналогичного размера. Щелочные батареи склонны к утечке гидроксида калия, поэтому их также следует снимать с устройств для длительного хранения. Некоторые щелочные батареи можно перезаряжать, но большинство — нет.

  Рисунок \ (\ PageIndex {4} \) Поперечное сечение щелочной батареи.

  Предупреждение

  Попытки перезарядить щелочную батарею, которая не является перезаряжаемой, часто приводят к разрыву батареи и утечке электролита гидроксида калия.

  Свинцовые аккумуляторы (вторичные батареи)

  Свинцово-кислотная батарея (Рисунок \ (\ PageIndex {5} \)) — это тип вторичной батареи, используемой в вашем автомобиле. Вторичные батареи перезаряжаемые. Свинцово-кислотные аккумуляторы недороги и способны вырабатывать большой ток, необходимый для автомобильных стартеров.Реакции для свинцово-кислотной батареи:

  \ [\ begin {align *} & \ textrm {анод:} \ ce {Pb} (s) + \ ce {HSO4 -} (aq) ⟶ \ ce {PbSO4} (s) + \ ce {H +} ( aq) + \ ce {2e -} \\ & \ underline {\ textrm {cathode:} \ ce {PbO2} (s) + \ ce {HSO4 -} (aq) + \ ce {3H +} (aq) + \ ce {2e-} ⟶ \ ce {PbSO4} (s) + \ ce {2h3O} (l)} \\ & \ textrm {total:} \ ce {Pb} (s) + \ ce {PbO2} (s) + \ ce {2h3SO4} (водн.) ⟶ \ ce {2PbSO4} (s) + \ ce {2h3O} (l) \ end {align *} \]

  Каждая ячейка вырабатывает 2 В, поэтому шесть ячеек соединены последовательно, чтобы получить 12-вольтовый автомобильный аккумулятор. Свинцово-кислотные батареи тяжелые и содержат едкий жидкий электролит, но часто по-прежнему являются предпочтительными батареями из-за их высокой плотности тока.Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея в вашем автомобиле состоит из шести последовательно соединенных ячеек, обеспечивающих напряжение 12 В. Их низкая стоимость и высокий выходной ток делают их отличными кандидатами для питания автомобильных стартеров.

  Рисунок \ (\ PageIndex {5} \) Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея.

  Как упоминалось ранее, в отличие от сухих элементов свинцовая аккумуляторная батарея является перезаряжаемой. Обратите внимание, что прямая окислительно-восстановительная реакция генерирует твердый сульфат свинца (II), который медленно накапливается на пластинах. Дополнительно снижается концентрация серной кислоты.{2-}} \ left (aq \ right) \]

  Эта реакция восстанавливает свинец, оксид свинца (IV) и серную кислоту, необходимые для правильного функционирования батареи. Теоретически свинцовый аккумулятор должен работать вечно. На практике перезарядка неэффективна на \ (100 \% \), потому что часть сульфата свинца (II) падает с электродов и собирается на дне ячеек.

  Предупреждение

  Свинцовые аккумуляторные батареи содержат значительное количество свинца, поэтому их всегда следует утилизировать надлежащим образом.

  Другие батареи

  Никель-кадмиевый аккумулятор или NiCad (рис. \ (\ PageIndex {6} \)) используется в небольших электроприборах и устройствах, таких как дрели, портативные пылесосы и цифровые тюнеры AM / FM. Он состоит из никелированного катода, кадмиевого анода и электрода из гидроксида калия. Положительные и отрицательные пластины, которые не могут закоротить сепаратор, скручиваются вместе и помещаются в корпус. Это «желейно-роликовая» конструкция, которая позволяет никель-кадмиевым элементам обеспечивать гораздо больший ток, чем щелочная батарея аналогичного размера.

  Напряжение составляет от 1,2 В до 1,25 В по мере разряда батареи. При правильном обращении никель-кадмиевый аккумулятор можно заряжать около 1000 раз.

  Рисунок \ (\ PageIndex {6} \) Никель-кадмиевый аккумулятор с конструкцией типа «желе-ролл».

  Предупреждение

  Кадмий — ядовитый тяжелый металл, поэтому никель-кадмиевые батареи нельзя открывать или выбрасывать в обычный мусор.

  Литий-ионные батареи являются одними из самых популярных аккумуляторных батарей и используются во многих портативных электронных устройствах.Напряжение батареи составляет около 3,7 В. Литиевые батареи популярны, потому что они могут обеспечивать большой ток, легче, чем сопоставимые батареи других типов, вырабатывают почти постоянное напряжение при разряде и медленно теряют заряд при хранении. Специализированные литий-йодидные (полимерные) батареи находят применение во многих жизненно важных устройствах с длительным сроком службы, таких как кардиостимуляторы и другие имплантируемые электронные медицинские устройства. Эти устройства рассчитаны на срок службы 15 и более лет.

  Одноразовые первичные литиевые батареи следует отличать от вторичных литий-ионных или литий-полимерных. Термин «литиевая батарея» относится к семейству литий-металлических элементов с различным химическим составом, включающим много типов катодов и электролитов, но все с металлическим литием в качестве анода. Литиевые батареи широко используются в портативных бытовых электронных устройствах и электромобилях, от полноразмерных транспортных средств до радиоуправляемых игрушек.

  Батарея для часов , монетный или кнопочный элемент (рис. \ (\ PageIndex {7} \)) представляет собой небольшую одноячеистую батарею в форме приземистого цилиндра, обычно размером от 5 до 25 мм (0.От 197 до 0,984 дюйма) в диаметре и от 1 до 6 мм (от 0,039 до 0,236 дюйма) в высоту — как пуговица на одежде, отсюда и название. Металл может образовывать нижнюю часть и положительный полюс ячейки. Изолированная верхняя крышка является отрицательной клеммой. Ячейки-пуговицы представляют собой одиночные ячейки, обычно одноразовые первичные ячейки. Обычные анодные материалы — цинк или литий. Обычные катодные материалы — это диоксид марганца, оксид серебра, монофторид углерода, оксид меди или кислород из воздуха. Кнопочные элементы из оксида ртути раньше были обычным явлением, но больше не доступны из-за токсичности и воздействия ртути на окружающую среду.

  Рисунок \ (\ PageIndex {7} \)

  Ячейки для кнопок, монет или часов.

  Предупреждение

  Кнопочные элементы очень опасны для маленьких детей. Проглатывание пуговичных клеток может вызвать серьезные внутренние ожоги и серьезную травму или смерть.

  Топливные элементы

  Топливный элемент — это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую. Топливные элементы похожи на батареи, но требуют постоянного источника топлива, часто водорода.Они будут продолжать производить электроэнергию, пока есть топливо. Водородные топливные элементы используются для питания спутников, космических капсул, автомобилей, лодок и подводных лодок (Рисунок \ (\ PageIndex {8} \)).

  Напряжение составляет около 0,9 В. КПД топливных элементов обычно составляет от 40% до 60%, что выше, чем у обычного двигателя внутреннего сгорания (от 25% до 35%), и в случае водородного топливного элемента дает только вода в качестве выхлопа. Хотя топливные элементы представляют собой практически экологически чистые средства получения электроэнергии, их стоимость и технологическая сложность до сих пор ограничивали их применение.

  Рисунок \ (\ PageIndex {8} \) Водородный топливный элемент.

  Электролиз

  В этой главе мы описали различные гальванические элементы, в которых спонтанная химическая реакция используется для выработки электроэнергии. В электролитической ячейке, однако, происходит противоположный процесс, называемый электролиз : внешнее напряжение прикладывается для запуска неспонтанной реакции. Электролиз имеет множество коммерческих и промышленных применений.Электрометаллургия — это процесс восстановления металлов из металлических соединений для получения металла в чистом виде с помощью электролиза. Таким образом производятся алюминий, литий, натрий, калий, магний, кальций и в некоторых случаях медь. Хлор и гидроксид натрия являются основными продуктами электролиза рассола, смеси воды и хлорида натрия. Электролиз воды используется для получения кислорода для космических кораблей и атомных подводных лодок.

  Электролиз также используется для очистки и консервации старых артефактов.Поскольку этот процесс отделяет неметаллические частицы от металлических, он очень полезен для очистки самых разных металлических предметов, от старых монет до даже более крупных предметов, включая ржавые чугунные блоки цилиндров и головки при восстановлении автомобильных двигателей. Удаление ржавчины с небольших железных или стальных предметов с помощью электролиза можно выполнить в домашней мастерской с использованием простых материалов, таких как пластиковое ведро, водопроводная вода, отрезки арматуры, сода для стирки, проволока для тюков и зарядное устройство. ^[5]

  Важное применение для электролитических ячеек — гальваника .Гальваника приводит к тонкому покрытию одного металла поверх проводящей поверхности. Причины нанесения гальванического покрытия включают в себя повышение устойчивости объекта к коррозии, укрепление поверхности, получение более привлекательной отделки или очистку металла. Металлы, обычно используемые в гальванике, включают кадмий, хром, медь, золото, никель, серебро и олово. Обычные потребительские товары включают посеребренную или позолоченную посуду, хромированные автомобильные детали и ювелирные изделия. Мы можем получить представление о том, как это работает, исследуя, как производится посеребренная посуда (Рисунок \ (\ PageIndex {9} \)).

  Рисунок \ (\ PageIndex {9} \) Серебряное покрытие ложки.

  Резюме

  • Электрохимия — это раздел химии, который занимается взаимным преобразованием химической энергии и электрической энергии.
  • Батареи — это гальванические элементы или серия элементов, вырабатывающих электрический ток.
  • Батареи бывают двух основных типов: первичные и вторичные.
  • Первичные батареи предназначены для одноразового использования и не подлежат перезарядке.Сухие элементы и (большинство) щелочные батареи являются примерами первичных батарей.
  • Второй тип перезаряжаемый и называется вторичным аккумулятором. Примеры вторичных батарей включают никель-кадмиевые (NiCd), свинцово-кислотные и литий-ионные батареи.
  • Топливные элементы похожи на батареи в том, что они генерируют электрический ток, но требуют постоянного добавления топлива и окислителя. Водородный топливный элемент использует водород и кислород из воздуха для производства воды и обычно более эффективен, чем двигатели внутреннего сгорания.
  • Электролиз происходит, когда внешнее напряжение прикладывается для запуска несамопроизвольной реакции.

  Авторы и указание авторства

  Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

  Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

  ---

  Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

  Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

  ---

  Почему этому сайту требуются файлы cookie?

  Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

  ---

  Что сохраняется в файле cookie?

  Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

  Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

  Аккумуляторы для самолетов | SKYbrary Aviation Safety

  Определение

  Батарея — это устройство, содержащее один или несколько элементов, которые преобразуют химическую энергию непосредственно в электрическую.

  Описание

  За исключением самых примитивных типов самолетов, практически все самолеты имеют электрическую систему.В подавляющем большинстве случаев первичная электрическая система включает в себя одну или несколько батарей. Батареи используются во время предполетной подготовки для питания электрической системы и запуска вспомогательной силовой установки и / или двигателей. После запуска ВСУ или двигатель (двигатели) приводят в действие генераторы, которые затем питают электрические цепи и заряжают батареи. В случае отказа или необходимой изоляции всех генераторов в рамках процедуры Краткого справочника (QRH), где они являются источником всей нормальной электроэнергии во время работы, аккумуляторная батарея доступна в качестве альтернативного источника для необходимого использования.Некоторое стационарное оборудование с электрическим приводом, такое как аварийный передатчик локатора (ELT), CVR, FDR, будет иметь свои собственные выделенные батареи. Портативное оборудование, обычно переносимое на борту самолета, такое как фонарики, мегафоны и автоматические внешние дефибрилляторы (AED), также работает от батарей. В обоих случаях, поскольку батареи являются источником энергии, их выход из строя из-за повреждения, дефекта, неисправности или неправильного использования представляет собой потенциальный риск появления опасных паров, дыма или пожара.

  Термины

  Для описания батарей, их составных частей и конкретных состояний, проблем или проблем, связанных с батареями, используется множество терминов.К ним относятся:

  • Анод . Анод — это положительный электрод гальванического элемента. Это электрод, на котором происходит реакция окисления, приводящая к потере электронов.
  • Катод . Катод — это отрицательный электрод гальванического элемента. Это электрод, на котором происходит реакция восстановления, приводящая к увеличению количества электронов.
  • Сухая камера . Батарея с сухими элементами — это батарея «непроливаемого» типа, в которой электролит иммобилизован в геле или пасте.
  • Электролит . Химическое соединение, которое при плавлении или растворении в определенных растворителях, обычно в воде, будет проводить электрический ток. Все электролиты в расплавленном состоянии или в растворе образуют ионы, которые проводят электрический ток.
  • Плотность энергии . Плотность энергии — это количество энергии, которое может храниться в единице объема.
  • Эффект памяти . Эффект памяти — это явление, при котором элемент, если он разряжается в последовательных циклах до точки, меньшей, чем его полная глубина разряда, временно теряет оставшуюся часть своей емкости.
  • Параллельное соединение . Расположение ячеек в аккумуляторной батарее осуществляется путем соединения всех положительных выводов вместе и всех отрицательных выводов вместе. Общее напряжение группы ячеек такое же, как и у одной ячейки, а ток стока делится поровну между ячейками в группе.
  • Первичная батарея . Первичная батарея — это батарея, вырабатывающая ток, как только ее компоненты собраны. Он считается «одноразовым» аккумулятором, так как он не перезаряжаемый и поэтому имеет ограниченный срок службы.
  • Вторичная батарея . Батарея перезаряжаемая. В большинстве случаев его необходимо зарядить перед первым использованием, поскольку он обычно собирается с активными компонентами в разряженном состоянии. Аккумуляторная батарея изначально заряжается и перезаряжается с помощью электрического тока, который меняет химические реакции, происходящие при нормальном использовании батареи. Требуемый электрический ток регулируется с помощью зарядного устройства.
  • последовательное соединение .Расположение ячеек в батарее осуществляется путем соединения положительной клеммы каждой последующей ячейки с отрицательной клеммой следующей соседней ячейки так, чтобы их напряжения были кумулятивными.
  • Термический побег . Термический выход из строя — это ситуация, которая возникает, когда повышение температуры изменяет условия реакции таким образом, что вызывает дальнейшее повышение температуры. Другими словами, если процесс ускоряется повышением температуры и это ускорение приводит к высвобождению дополнительной энергии, которая дополнительно увеличивает температуру, считается, что существует состояние теплового разгона.Это состояние может привести к взрыву, пожару или другому разрушительному результату.
  • Гальванический элемент . Гальванический (или гальванический) элемент — это электрохимический элемент, который получает электрическую энергию в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции, происходящей внутри элемента.
  • Влажная камера . Батарея с мокрыми элементами — это батарея, содержащая электролит в жидкой форме. Иногда их называют «проливающимися» батареями.

  Теория батареи

  Батарея состоит из одного или нескольких последовательно соединенных гальванических элементов.Каждая ячейка содержит два электрода, каждый из которых изготовлен из разного материала, и проводящий электролит. Положительный электрод называется «анодом», а отрицательный электрод — «катодом». Хотя в большинстве батарей используется один электролит, у некоторых электролитические требования к аноду иные, чем к катоду. В этих случаях используются два разных электролита, а ячейки содержат сепаратор, который предотвращает смешивание электролитов, но допускает перенос электронов.

  Когда электроды «соединены» электролитом, происходит определенная химическая реакция, известная как «окислительно-восстановительная» ( красный uction- ox idation). Эта реакция вызывает восстановление (присоединение электронов). происходит на катоде, а окисление (удаление электронов) происходит на аноде. Именно эта миграция электронов создает электродвижущую силу (ЭДС) внутри элемента. ЭДС измеряется на двух электродах, в то время как ячейка не является ни зарядка или разрядка — это напряжение холостого хода, которое может производить элемент.Напряжение варьируется в зависимости от материалов, из которых изготовлен элемент. Например, никель-кадмиевый элемент имеет ЭДС около 1,2 В, углеродно-цинковый элемент имеет ЭДС примерно 1,5 В, а литиевый элемент может создавать ЭДС от 3 до 4,2 В.

  Элементы соединены последовательно для достижения желаемого напряжения. Десять никель-кадмиевых элементов потребуются для создания батареи на 12 вольт, тогда как для создания батареи с таким же напряжением может потребоваться всего три литиевых элемента.В батарее некоторые из этих групп ячеек также могут быть соединены параллельно для увеличения электрической емкости.

  В первичной или неперезаряжаемой батарее после завершения окислительно-восстановительной реакции все доступные электроны переместились с анода на катод. Батарея больше не вырабатывает ток, и ее необходимо заменить.

  В вторичной или перезаряжаемой батарее окислительно-восстановительную реакцию можно обратить вспять, подключив к батарее внешний источник питания. Этот процесс позволяет заряжать аккумулятор, возвращая электроны к аноду.Это, в свою очередь, позволяет повторить окислительно-восстановительную реакцию после снятия зарядного устройства. Обратите внимание, что аккумуляторную батарею нельзя перезаряжать бесконечно долго, и поэтому батарею необходимо в конечном итоге заменить.

  Авиационные требования

  Батареи, используемые в авиации, могут быть как первичного (одноразового), так и вторичного (перезаряжаемого) типа. Любая батарея, предназначенная для использования в качестве источника питания для оборудования, установленного или регулярно переносимого на самолетах, должна быть не только безопасной, но и в идеале иметь высокую плотность энергии, быть легкой, надежной, требовать минимального обслуживания и быть способной эффективно работать в широком диапазоне окружающей среды. .Производители аккумуляторов продолжают разрабатывать новые технологии, пытаясь достичь этих идеалов, но во многих случаях необходимы компромиссы в этих целях, не связанных с безопасностью, а в некоторых случаях последствия для безопасности новых конструкций игнорируются, особенно в отношении быстро растущего использования аккумуляторных батарей. Литиевые батареи.

  Типы аккумуляторов

  Было разработано множество типов аккумуляторов, и варианты некоторых из них используются в авиационных приложениях. К ним относятся:

  • Свинцово-кислотный .Свинцово-кислотный аккумуляторный элемент содержит анод, сделанный из оксида свинца, и катод из элементарного свинца, погруженный в раствор электролита серной кислоты. В некоторых свинцово-кислотных аккумуляторах электролит суспендирован в силикагеле или пропитан стекловолоконным матом, чтобы аккумулятор не проливался. Свинцово-кислотные батареи обладают хорошими характеристиками накопления энергии и обеспечения питания, но они довольно тяжелые и их удельная энергия относительно невысока. При перезарядке свинцово-кислотные батареи иногда могут выделять водород, что может привести к взрыву или возгоранию.Свинцово-кислотные батареи часто используются в качестве основных батарей в самолетах.
  • Никель-кадмий (NiCd) . Никель-кадмиевые элементы имеют анод из гидроксида кадмия и катод из гидроксида никеля, которые погружены в электролит, состоящий из гидроксидов калия, натрия и лития. Никель-кадмиевые батареи требуют относительно низких затрат на обслуживание, надежны и имеют широкий диапазон рабочих температур. Никель-кадмиевые батареи подвержены эффекту памяти и при перезарядке могут терять температуру.Многие страны вводят строгие правила утилизации никель-кадмиевых аккумуляторов из-за тяжелых металлов, используемых при их производстве. Никель-кадмиевые батареи подходят для многих применений в самолетах, включая основные авиационные батареи.
  • Никель-металлогидрид (Ni-MH) . Никель-металлогидридные элементы имеют анод, сделанный из металлического сплава, способного поглощать и выделять водород. Катод изготовлен из гидроксида никеля, и оба они погружены в раствор электролита, состоящий из гидроксидов калия, натрия и лития.Ячейки малой емкости в этом типе аккумуляторов герметичны и не требуют обслуживания. Их главный недостаток состоит в том, что они требуют точного контроля уровня заряда для управления газообменом и минимизации нагрева во время зарядки. Ni-MH аккумуляторы обладают высокой плотностью энергии и идеально подходят для требований большой емкости. В самолетах никель-металлгидридные батареи часто используются для питания таких систем, как освещение аварийной двери и пути эвакуации на полу, а также портативных развлекательных устройств и электронных летных сумок.
  • Литий-ионный / Литий-полимерный . Литий-ионные (Li-ion) и литий-полимерные (Li-poly) батареи, также называемые «литиевыми вторичными батареями», являются перезаряжаемыми. В их элементах есть анод из графита и катод, состоящий из комбинированного материала, который способен многократно (для перезарядки) и быстро (при большом токе) принимать и высвобождать ионы лития, например оксид лития-марганца (Li-Mn ₂ O _{). 4} ). Используется неводный электролит, в основном состоящий из смеси органических карбонатов.Зарядка или разрядка литий-ионной батареи включает обмен ионами лития между электродами. Типичное выходное напряжение ячейки составляет от 3 до 4,2 В в зависимости от материалов, из которых изготовлен катод.
  • Литий-Металлический . Литий-металлические батареи, также называемые «литиевыми первичными батареями», не подлежат перезарядке. Их электрохимия чаще всего основана на элементах из диоксида лития и марганца (Li-MnO ₂ ), которые имеют графитовый анод и катод из диоксида лития.

  Угрозы

  Существует ряд потенциальных угроз, которые могут быть связаны с аккумуляторными батареями самолетов, их распределительными сетями и их системами зарядки и мониторинга. Эти угрозы включают:

  • Утечка батареи . Переполнение влажной аккумуляторной батареи может вызвать утечку. Точно так же повреждение корпуса батареи из-за неправильного обращения, перезарядки или замерзания может привести к утечке.
  • Внутренняя неисправность или короткое замыкание аккумулятора .Производственные дефекты или неправильное обращение могут привести к внутренним сбоям.
  • Перезаряд аккумулятора . Аккумуляторы могут быть перезаряжены из-за неисправного зарядного оборудования или неправильного обслуживания.
  • Чрезмерная скорость зарядки аккумулятора . Некоторые типы аккумуляторов подвержены высокому уровню заряда.
  • Чрезмерный разряд батареи . Некоторые типы батарей подвержены высокому уровню разрядки.
  • Неисправность или пожар шины аккумуляторной батареи .Шина аккумуляторной батареи «горячая» — ее нельзя электрически изолировать от исходной аккумуляторной батареи без физического извлечения аккумуляторной батареи.

  Последствия

  Последствия, которые могут возникнуть в результате угроз, как указано выше, варьируются от незначительных до потенциально катастрофических в зависимости от обстоятельств происшествия и типа задействованной батареи. Примеры:

  • утечка из разлитой свинцово-кислотной батареи может привести к коррозии, повреждению компонентов или травмам.
  • перезаряд свинцово-кислотного аккумулятора может привести к взрыву.Перезарядка, чрезмерная скорость заряда или чрезмерная скорость разряда литий-ионной батареи могут привести к тепловому разгоне, что приведет к взрыву или возгоранию батареи. Это, в свою очередь, может привести к травмам или смерти и сопутствующему ущербу вплоть до потенциальной потери самолета.
  • хотя технически это не является неисправностью батареи, проблема на соответствующей «горячей» шине батареи может привести к появлению дыма, дыма или пожара.

  Защита

  Устранение большинства угроз, связанных с аккумуляторными батареями самолетов, может быть достигнуто за счет надежного проектирования, тестирования, технического обслуживания и эксплуатационных практик и процедур.К ним относятся:

  • Конструктор самолетов . Процедуры сертификации воздушных судов и их оборудования должны включать подтверждение их безопасности при неисправности, например, удержание аккумуляторной батареи, соизмеримое с внутренним давлением, и / или выпуск опасных паров и веществ, которые могут возникнуть.
  • Новые технологии . При сертификации необходимо уделять особое внимание новым технологиям, особенно в тех случаях, когда их разработка или передача в самолет и соответствующее оборудование происходит быстро.
  • Практика технического обслуживания . Следует соблюдать нормативные требования и рекомендации производителей в отношении критериев проверки, перезарядки, удаления и замены.
  • Процедуры для летного экипажа . Следует полностью учитывать указания производителей по нормальному, ненормальному и аварийному использованию и мониторингу систем.
  • Руководство AOM / Quick Reference Handbook (QRH) . Должен предоставлять четкую и недвусмысленную информацию об ограничениях системы и о действиях, которые необходимо предпринять в случае превышения или неисправности.

  Статьи по теме

  Дополнительная литература

  • Риски, связанные с литиевыми батареями, презентация Кристин Безард, руководителя службы безопасности полетов A350XWB, на 18-й конференции по безопасности полетов Airbus, Берлин, 19-22 марта 2012 г.