Silnik Stirlinga z płaską płytą
Silnik Stirlinga płaski jest konstrukcja silnika Stirlinga nieciągłymi sterowania regeneratora . Siła i uderzenie przenoszone są przez membranę . Silnik pracuje nawet przy małej różnicy temperatur.
Przegląd
Ten wariant jest dość prosty w budowie i może być wyprodukowany z kilku komponentów. „Tłok wyporowy” jest zaprojektowany jako rekuperator , co praktycznie eliminuje martwą przestrzeń. Przestrzenie martwe (lub przestrzenie martwe) to wszystkie przestrzenie wypełnione gazem roboczym, które nie uczestniczą aktywnie w procesie. „Tłok roboczy” jest gazoszczelny jako membrana lub mieszek. System płaskich płyt ma dużą powierzchnię przekazu do ogrzewania i chłodzenia w stosunku do swojej objętości. Przednia ściana jest ogrzewana (np. promieniowanie słoneczne, gorąca woda lub gorący gaz) a tylna ściana jest chłodzona. Ze względu na nieciągłe sterowanie wypieraczem, ruch sinusoidalny pochodzący z wału korbowego dzieli się na dwa szarpane ruchy regeneratora. Dzięki temu cykl jest lepiej wydłużony w rogach. Dwa wykresy pV (wykresy ciśnienie-objętość) pokazują ten fakt. Obszary zaznaczone na żółto przedstawiają użyteczną pracę procesu Jak korzystać z wzoru
widać, różnica temperatur i stosunek objętości muszą być jak największe. Jeśli regenerator zostanie zastąpiony prostym wypieraczem, to uproszczenie zmniejsza różnicę temperatur, a tym samym pracę użyteczną. Możliwe źródła energii dla zastosowań niskotemperaturowych to bezpośrednie światło słoneczne, gorąca woda z kolektorów płaskich , woda geotermalna i przemysłowe ciepło odpadowe.
funkcjonalność
Płaski silnik Stirlinga według Ivo Kolina składa się zasadniczo z następujących elementów:
- koło zamachowe
- Komora pracy
- Wypieracz / regenerator
- Płyta grzewcza (strona grzewcza)
- Płyta zimna (strona chłodzenia)
- Dźwignia robocza
- Popychacz do wału korbowego
- Złącze popychacza
- Korba robocza
- Korba wyporowa
- Popychacz popychacza wspornika
- Regulowane ograniczniki
- Dźwignia napędu wypieracza
- Popychacz wyporowy
- Sprężyny tłumiące
- Złącze obrotowe zimnej płyty
- Dźwignia robocza przegubu obrotowego
- wał korbowy
W gazoszczelnie zamkniętej komorze roboczej porusza się tylko jedna płyta, tzw. wypornik (3), który jest sprzężony z kołem zamachowym (1) za pomocą dźwigni napędowej (13), za pomocą której można wykonywać prace mechaniczne. Wypornik posiada również funkcję regeneratora ( akumulacji ciepła ).
Cykl pracy silnika można podzielić na 4 procesy (fazy 1 do 4). Poniższy opis odnosi się do sekwencji obrazów podanych poniżej.
Faza 1 ⇒ 2
Gaz roboczy (powietrze, wodór, hel, itd.), W obszarze roboczym jest ściskana, gdy blat (membrany, po stronie zimnej) jest wciśnięty. Wypieracz / regenerator pozostaje blisko strony płyty grzejnej.
Faza 2 ⇒ 3
Jeśli objętość gazu jest mała, wypieracz / regenerator przewraca się ze strony gorącej na stronę zimną. Gaz roboczy przepływa przez porowaty wypieracz / regenerator ze strony zimnej na stronę ciepłą i pochłania zmagazynowane ciepło.
Faza 3 ⇒ 4
Podgrzany gaz rozpręża się i wypycha blat/membranę na zewnątrz. Ten ruch podnoszenia jest przenoszony na koło zamachowe i jest cyklem roboczym .
Faza 4 ⇒ 1
Przy dużej objętości gazu wypornik składa się z zimnej na ciepłą stronę. Gaz roboczy przepływa przez porowaty wypieracz/regenerator i oddaje do niego ciepło (redukcja ciśnienia).
Wyjaśnienie teoretyczne
Czynnik roboczy jest okresowo rozprężany i sprężany w cyklu składającym się z dwóch izoterm i dwóch izochor . Na wykresie pv obszar zamknięty wykresem (żółty) to praca wykonana przez maszynę.
Cykl 1 to ekspansja izotermiczna, w której praca jest wykonywana przez gaz, a cykl 2 to chłodzenie izochoryczne. Cykl 3 to kompresja izotermiczna, a cykl 4 to ogrzewanie izochoryczne.
Zasada działania tej maszyny opiera się na tzw. cyklu Stirlinga . Maszyna pracuje pomiędzy wysoką temperaturą T max i niską temperaturą T min . Różnica między tymi dwiema temperaturami decyduje o stopniu sprawności , który opisuje sprawność maszyny.
Zalety
W porównaniu z tłokowymi silnikami Stirlinga uszczelnienie membranowe zapewnia znacznie prostsze uszczelnienie przestrzeni gazowej (brak pierścieni tłokowych, mniejsze straty tarcia). Dodatkowo, dzięki cienkim wypornikom, płaskie obudowy pozwalają na większe zużycie gazu roboczego i zwiększenie powierzchni wymiany ciepła. Ten „low-tech” silnik można odtworzyć samodzielnie przy niewielkim wysiłku, w przeciwieństwie do innych silników Stirlinga.
historia
Od 1970 roku profesor Ivo Kolin (ur. 23 września 1924 w Zagrzebiu, † 2007, profesur na Uniwersytecie w Zagrzebiu ) zbudował 16 silników testowych. W 1983 roku z silnikiem nr 16 po raz pierwszy osiągnął zakres pracy z różnicą temperatur 16 Kelwinów. W 1989 Kolin wygłosił wykład na temat swoich osiągnięć na 19. Międzyspołecznej Konferencji Inżynierii Konwersji Energii (IECEC) w San Francisco . Senft opracował model, który działa przy różnicy temperatur 0,5 kelwina.
literatura
- Ivo Kolin: Silnik Stirlinga: historia, teoria, praktyka . udział w V Międzynarodowej Konferencji Silników Stirlinga. Centrum Uniwersyteckie Inter, 1991.
- Walter Kufner: Silniki Stirlinga o prostej konstrukcji. Hergensweilera 1995.
- Brad Ross (red.): Stirling Machine World. STANY ZJEDNOCZONE.
- F. Schmelz: Formuła wydajności silnika Stirlinga. Wydanie II. Polygon-Verlag, Buxheim 1994, ISBN 3-928671-07-3 .
- F. Steimle: Technologia maszyn Stirlinga. CF Müller Verlag, ISBN 3-7880-7583-X .
- M. Werdich, K. Kübler: Maszyny Stirlinga. Podstawy – technologia – zastosowanie. Wydanie IX. Ökobuch-Verlag, 2003, ISBN 3-922964-96-6 .
- Dieter Viebach: Silnik Stirlinga jest prosty w wyjaśnieniu i łatwy do zbudowania. Wydanie IX. Ökobuch-Verlag, 2010, ISBN 978-3-936896-54-1 .
linki internetowe
- Ivo Kolin, Sonja Koscak-Kolin, Miroslav Golub: Wytwarzanie energii geotermalnej za pomocą silnika Stirlinga o niskiej różnicy temperatur . (PDF)
Indywidualne dowody
- ^ Ivo Kolin: Silnik Stirlinga: historia, teoria, praktyka . udział w V Międzynarodowej Konferencji Silników Stirlinga. Centrum Uniwersyteckie Inter, 1991.
- ↑ Ilość ivokolin.com ( Memento od tej oryginalnej datowany 11 listopada 2014 w Internet Archive ) Info: archiwum Link został wstawiony automatycznie i nie została jeszcze sprawdzona. Sprawdź link do oryginału i archiwum zgodnie z instrukcjami, a następnie usuń to powiadomienie.
