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Stirlingmotor
- die Anfänge
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Quelle:
Stirling Foundation Austria |
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Stirlingmotor |
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SOLO-Modul |
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| Schnittdarstellung
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| Quelle:
SOLO Stirling GmbH |
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Der Heißluftmotor
basiert auf dem Patent des schottischen Pfarrers
Robert Stirling aus dem Jahre 1816. Dieser Motor
erzeugt seine Antriebsenergie nicht wie bei den Otto- oder
Dieselmotoren durch die Verbrennung innerhalb des Arbeitszylinders,
sondern ihm wird die Wärme als Antriebsenergie von außen
zugeführt. Die beiden miteinander gekoppelten Zylinder
des Stirlingmotors sind gasdicht geschlossen und mit einer
konstanten Menge Arbeitsgas (Helium) gefüllt. Ein Zylinder
wird von außen erhitzt, der andere bleibt kühl.
Die Druckdifferenz zwischen beiden Zylindern treibt zwei miteinander
verbundene und phasenverschoben arbeitende Kolben an. So kann
das gekühlte Gas wieder in den heißen Zylinder
geschoben werden, sich dort ausdehnen, den Kolben antreiben
und so fort. |
Der als 90° V-Zweizylinder konzipierte
Motor "SOLO Stirling 161" verfügt über
einen Verdichtungs- und einen Arbeitszylinder, zwischen denen
das Arbeitsgas in einem geschlossenen Kreisprozeß hin-
und hergeschoben wird. Im Verdichtungszylinder erfolgt bei
niedriger Temperatur unter Wärmeabfuhr an das Kühlwasser
die Kompression, beim isochoren Übertreiben in den Arbeitszylinder
nimmt das Gas Wärme aus dem Regenerator und erwärmt
sich dadurch auf ca. 650 °C. Bei der isothermen Expansion
im Arbeitszylinder wird ihm im Erhitzer Wärme zugeführt,
danach erfolgt das Zurückschieben in den Kompressionszylinder,
wobei es Wärme an den Regenerator abgibt und sich dabei
abkühlt. Der Erhitzer besteht aus Röhrchen, die
von der Wärmequelle auf etwa 700 °C erwärmt
werden, der Arbeitsgaskühler aus einem von Kühlwasser
durchströhmten Röhrchenbündel und der Regenerator,
der einen thermischen Speicher zwischen den beiden Temperaturniveaus
darstellt, aus einem Paket von Drahtsieben. Um Strömungsverluste
in den Wärmeübertragern zu verringern, wird als
Arbeitsgas meist Helium verwendet. Durch den geschlossenen
Kreisprozeß mit der Wärmeeinkopplung von außen
ist der Stirlingmotor unabhängig von der Art der Wärmequelle.
Wird ein Brenner als Wärmequelle verwendet, verläßt
das Rauchgas den Erhitzer mit einer Temperatur von etwa 800
°C, die noch im Abgas enthaltene Energie wird dann über
einen Luftvorwärmer auf die Verbrennungsluft übertragen,
die auf etwa 600 °C vorgewärmt wird. Brenner für
effiziente Stirlingmotoren unterscheiden sich durch diese
Luftvorwärmung von üblichen Heizungsbrennern und
arbeiten im Brennraum auf deutlich höheren Temperaturniveau
bei 1200-2000 °C. |
Die Kolben sind über Stangen mit
den Pleueln verbunden, an denen das ölfreie Arbeitsgas
und der ölgeschmierte Kurbeltrieb durch Manschetten abgedichtet
werden. Kolben- und Kolbenringe (aus speziell entwickeltem
Material) laufen trocken in den Zylindern. Die abgegebene
Leistung läßt sich durch Anpassung des Arbeitsgasdruckes
zwischen 30 und 130 bar zwischen 3 und 9 kW an der Welle einstellen.
Über eine Pumpe kann Arbeitsgas aus dem Prozeß
in eine Druckflasche abgepumpt werden, bei Öffnen eines
anderen Magnetventils kann dieses wieder zurückfließen. |
Zur Maschine gehört eine Prozessor
gesteuerte Regelung, die die Temperatur des Arbeitsgases im
Erhitzer durch Steuerung der Wärmezufuhr oder des Arbeitsgasdruckes
konstant hält. Der Prozessor überwacht außerdem
Öldruck, Kühlwassertemperatur, Drehzahl bei Generatorbetrieb
und weitere Sicherheitsaspekte, er gibt Störmeldungen
mit Fehlerangabe aus, bei Bedarf auch über ein Modem
zur Ferndiagnose. |
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