Moderne Verwendungen von Stirlingmotoren
Ihre praktischen Anwendungen heute
Ein Blockheizkraftwerksmotor, hergestellt von Wudag in Deutschland. Die Stirlingmotoren sind grün und die Feuerkästen sind blau.
Sie sagen sich wahrscheinlich so etwas: „Wenn Stirlingmotoren so cool sind, wofür werden sie heute verwendet?“
Die heutigen Anwendungen von Stirlingmotoren reichen von Spielzeug und Holzofenventilatoren über Blockheizkraftwerke für Unternehmen bis hin zum Antrieb der leisesten und tödlichsten U-Boote der Meere.
Welche Verwendungszwecke sind in diesem Artikel enthalten?
Diese Seite enthält NUR Stirlingmotoren, die leicht verfügbare Produkte sind. Es beinhaltet kein Forschungsprojekt oder historische Stirlingmotoren.
Ich habe auch darüber geschrieben, warum sich einige spezifische Anwendungen von Stirlingmotoren wie Motoren für Ihr Auto und effiziente Solar-Stirlingmotoren wahrscheinlich auch nicht durchsetzen werden.
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- Spielzeug
- Lehrmittel
- Holzofenventilatoren
- Kraft–Wärme–Kopplung
- Cooles 3D-Druckbeispiel
- U-Boot-Leistung
- Klimaanlage und Kühlung
- Kryokühler
- Wohlfahrt für Wissenschaftler und Ingenieure
- Investitionsbetrug
- Stirlingmotoren für Autos – Niemals
- Solarstromerzeuger – Effizient und überteuert
- Deep Space Nuclear Power Stirling Engines
Spielzeug
Stirling-Motor-Spielzeug kann bezaubernd sein und das gilt seitdem seit Robert Stirling sie erfunden hat.
Es gibt immer noch antike Stirlingmotoren, die kurz nach der Erfindung des Motors durch Robert Stirling gebaut wurden.
Ältester existierender antiker Stirlingmotor
Ein antikes Stirlingmotor-Modellspielzeug, um 1910.
Typischerweise laufen sie mit einer Alkoholflamme und es gibt Tausende von Variationen möglicher Motorkonstruktionen.
Meine persönlichen Favoriten aus visueller Sicht sind diejenigen, die nur viele bewegliche Teile haben.
Spielzeug mit niedriger Temperaturdifferenz
Ich bin auch ein großer Fan von Stirlingmotoren mit niedriger Temperaturdifferenz, die mit der Hitze einer Tasse heißem Wasser oder der Hitze Ihrer Hand laufen können.
Eco Power Stirling Motor
Preise beginnen um $30 und gehen bis zu aber viel sie zahlen möchten.
Lehrmittel
Stirlingmotoren helfen, Schüler auf sichere Weise einzubeziehen
MM-7 Stirlingmotor
Stirlingmotoren haben einen besonderen Platz in den Klassenzimmern von Universitäten und Schulen.
Dies gilt insbesondere für die Stirlingmotoren mit niedriger Temperaturdifferenz, die betrieben werden können, ohne Ihr Klassenzimmer mit Kohlenmonoxiddämpfen zu füllen.
Es ist inspirierend, einen Motor auf der Hitze einer Tasse heißem Wasser oder der Hitze Ihrer Hand laufen zu sehen. Diese Motoren ziehen Wissenschaft und Technik Studenten in ein tieferes Interesse an und verstehen, alle Arten von Motoren.
Insbesondere Physik- und Ingenieurlabore können von einem instrumentierten Stirling-Labormotor profitieren, der ohne Abzugshaube und ohne das Risiko von Kohlenmonoxidlecks betrieben werden kann.
Holzofenventilatoren
Eines der großen Probleme bei der Verwendung eines Holzofens zum Heizen eines Hauses besteht darin, dass es normalerweise in der Nähe des Ofens zu heiß ist, während andere Teile des Raums zu kalt sind.
Offensichtlich benötigen Sie eine Möglichkeit, die Luft im Haus zu bewegen, und in einigen Fällen verwenden Sie den Holzofen in einem Bereich, in dem kein Strom verfügbar ist, oder Sie möchten ihn einfach nicht verwenden aus irgendeinem Grund.
Hier glänzen Stirlingmotor-Holzofenventilatoren. Wir haben eine detaillierte Seite über antike und moderne Stirling-Fans, die Ihnen gefallen könnten.
Luft ohne Strom bewegen
Sie können Holzofenventilatoren kaufen, um die Luft ohne Strom sanft durch den Raum zu bewegen.
Stellen Sie den Ventilator einfach auf den Holzofen, warten Sie, bis er heiß wird, drehen Sie die Lüfterblätter um und Sie haben einen Ventilator, der die Luft sanft und leise durch den Raum bewegt.
Erwarten Sie nicht, dass dies die Luft wie ein starker elektrischer Ventilator bewegt. Aber wenn Sie einen Holzofen haben und dies lesen, können Sie einen Stirling-Motorventilator verwenden, um die Temperatur in Ihrem Raum gleichmäßiger zu machen.
Kraft-Wärme-Kopplung
Ein Blockheizkraftwerk im Haushalt, hergestellt von Ökofen1
Eines der Probleme bei allen Motortypen ist, dass sie nicht effizient genug sind. Jedes Mal, wenn bei einem Motor heiße Gase aus dem Auspuffrohr austreten, ist dieser heiße Abgasstrom Energie, für die Sie bezahlt haben, die Sie aber nicht nutzen konnten.
Aber was wäre, wenn Sie einen Motor so einrichten könnten, dass Sie zwei Dinge gleichzeitig tun, die für Sie wertvoll sind? Zum Beispiel, Strom zu erzeugen, während und auch heißes Wasser zu machen, um Ihr Haus zu heizen.
Es gibt heute mehrere Unternehmen mit Produkten auf dem Markt, die Strom erzeugen und auch Warmwasser für die Beheizung von Häusern und Gebäuden oder für den häuslichen oder gewerblichen Warmwasserbedarf erzeugen.
Viel Spaß beim Lesen unserer empfohlenen Blockheizkraftwerke.
Cooles 3D-Druckbeispiel
Als 3D-Drucker zum ersten Mal verfügbar wurden, wurde mir sofort klar, dass sie zum Bau eines Stirlingmotors verwendet werden könnten. Viele andere Leute haben es auch getan.
Die einzige Frage war, wie viel von der Engine Sie tatsächlich drucken konnten? Das Interessanteste und Schwierigste wäre natürlich, den gesamten Motor ohne nicht gedruckte Teile zu drucken.
Teilweise gedruckte Motoren
Die ersten gedruckten Stirlingmotoren, die ich sah, waren nur teilweise gedruckt.
Sie verwendeten Kugellager für das Schwungrad und ein paar Metallteile zusammen mit einem Airpot Brand sehr glatten Graphitkolben, der in einem Glaszylinder läuft.
Bei den ersten 3D-gedruckten Stirlingmotoren gab es viele teure Zukaufkomponenten.
Ich wusste, dass es viel interessanter wäre, wenn jemand einen Weg finden könnte, den gesamten Motor zu drucken.
Ich habe auch viel Zeit damit verbracht, meine eigenen 3D-gedruckten Stirlingmotoren zu entwickeln. Es war nicht einfach.
Coolstes 3D-Druckbeispiel aller Zeiten
Ein vollständig 3D-gedruckter Stirlingmotor, entwickelt von Don Clucas.
Glücklicherweise hat Don Clucas aus Christ Church, Neuseeland, herausgefunden, wie man einen ganzen Stirlingmotor druckt, ohne irgendwelche gekauften Komponenten zu verwenden.
Don hatte zuvor den Whispergen-Stirlingmotor für Kraft-Wärme-Kopplung entworfen, daher war er ein erfahrener Stirlingmotor-Designer, und es war fast ein Wunder, herauszufinden, wie man einen ganzen Stirlingmotor druckt, ohne zusätzliche Komponenten kaufen zu müssen.
Drucken Sie einen Motor für jeden Schüler
Wenn Ihre Schule über einen 3D-Drucker verfügt und Sie ein Klassenexperiment mit Stirlingmotoren durchführen möchten, können Sie einfach einen für jeden Schüler in der Klasse drucken.
Das ist viel interessanter, als nur ein paar Motoren für die Schüler zu haben.
Dons Lösung für das druckbare Kolbenproblem
Der schwierige Teil beim Drucken eines gesamten 3D-Stirlingmotors ist der Kolben. Mit aktuellen Druckern können Sie einen Kolben mit kleinem Durchmesser nicht genau genug drucken, damit er funktioniert.
Dons Lösung bestand darin, einen Kolben zu drucken, der wie ein Faltenbalg funktioniert. Im Bild oben ist der Kolben weiß. Seine Website heißt Projects to Print und es gibt einen Link dazu hier von unserer Stirling Engine Links Seite.
U-Boot-Leistung
U-Boot-Leistung – Luftunabhängiger Antrieb
Die US Navy stellte schwedisch entworfene U-Boote von SAAB (ehemals Kockums) ein, um mit ihnen Kriegsspiele zu führen. Ihre stillen U-Boote, die Stirlingmotoren verwenden, erwiesen sich in der Simulation als „tödlich“.
Stirlingmotoren zeichnen sich überall dort aus, wo Menschen sehr viel Wert auf Stille legen.
Da Stirlingmotoren im Wesentlichen geräuschlos gebaut werden können, sind sie eine natürliche Ergänzung für den Antrieb von U-Booten.
Der schwedische U-Bootbauer SAAB (ehemals Kockums) hat seine U-Boot-Klassen Gotland und Södermanland um einen Stirlingmotor erweitert.
Diesel + Batterien + Stirling
Der Stirlingmotor, den SAAB für die schwedischen U-Boote der Gotland-Klasse verwendet.
Diese U-Boote verwenden einen sogenannten luftunabhängigen Antrieb, damit sie bis zu mehreren Wochen in voller Betriebskapazität unter Wasser bleiben können.
Es handelt sich im Wesentlichen um dieselelektrische U-Boote, die ihre Betriebszeit (um bis zu zwei Wochen) einfach verlängern können, wenn der Stirlingmotor die Batterien auffüllt.
Stirlingmotoren treiben auch das japanische U-Boot der Soryu-Klasse an und sollen einige neue chinesische U-Boote2 antreiben.
Klimaanlage
Es ist nicht sofort offensichtlich, wenn Sie einen Stirlingmotor betrachten, aber jeder Stirlingmotor kann in eine Wärmepumpe verwandelt werden, indem ein Elektromotor an der Abtriebswelle befestigt und der Elektromotor betrieben wird.
Natürlich erzeugen Stirlingmotoren mit niedriger Temperaturdifferenz, die für kleine Temperaturunterschiede ausgelegt sind, nur kleine Temperaturunterschiede, wenn sie von einem Motor betrieben werden.
Versuchen Sie dies also nicht mit einem Stirlingmotor mit geringer Temperaturdifferenz.
Versuchen Sie, einen flammbeheizten Motor zu fahren
Wenn Sie jedoch einen Elektromotor an die Abtriebswelle eines Stirlingmotors anschließen, der für höhere Temperaturunterschiede ausgelegt ist, und den Elektromotor betreiben, wird eine Seite heiß und die andere Seite kalt.
Sie können dies auch mit sehr einfachen Modellen tun.
Stirlingmotoren können als Klimaanlagen verwendet werden
Offensichtlich sind speziell angefertigte Kühler besser als Motoren, die zu Kühlern umgebaut wurden.
Wenn Sie eines bauen möchten, um ein Haus zu klimatisieren, konkurrieren Sie mit der etablierten Dampfkreislauf-Kühltechnologie, deren Preis über viele Generationen der Herstellung reduziert wurde.
Da also die meisten Menschen ihre Kaufentscheidungen für neue Kühlschränke und Klimaanlagen treffen, die weitgehend auf dem anfänglichen Kaufpreis basieren, und da eine neue Stirlingmotor-Klimaanlage wahrscheinlich anfangs teurer wäre, ist dies keine Anwendung, die Sie wahrscheinlich bald in großem Umfang sehen werden.
Aber Stirlingmotor Klimaanlagen und Kühlschränke gebaut.
Aber wo Stirling-Zyklus-Technologie wirklich glänzt, ist, wo andere Technologien nicht leicht konkurrieren können, zum Beispiel in Kryokühlern.
Kryokühler
Ein Kryokühler von Janis3, der in statischem Austauschgas verwendet wird.
Wenn Sie sehr kalte Temperaturen für die Kühlung von Elektronik zur Erzielung von Supraleitung oder für Forschungszwecke erreichen möchten, sind Stirlingmotoren, die speziell als Kühler entwickelt wurden, eine ausgezeichnete Wahl.
Kühler wie dieser wurden ursprünglich in den 1950er Jahren bei Phillips Electronics entwickelt und werden bis heute verkauft und verwendet.
Wenn Sie eine für Ihre industriellen Anwendungen benötigen, sind sie verfügbar.
Zweistufige Stirling-Kühler können Temperaturen von bis zu 20 Grad Kelvin erzeugen, was kalt genug ist, um Wasserstoff und Neon zu verflüssigen.
Wohlfahrt für Wissenschaftler und Ingenieure
Zu diesem Thema klingt es so, als würde ich es nicht ernst meinen, aber wirklich.
Ein bestimmter Betrag des Forschungsbudgets der Regierung wird jedes Jahr für neue Technologieentwicklungsprojekte ausgegeben. Dies ist eine Frage der öffentlichen Ordnung.
In den vielen Jahren, in denen ich mich für Stirlingmotoren interessiert habe, habe ich gesehen, wie Menschen staatliche Forschungsstipendien beantragt und erhalten haben, um Stirlingmotoren zu entwickeln.
Warum ist das ein Problem?
Das Problem mit dieser staatlich finanzierten Forschung ist, dass sie selten zu neuen Produkten führt, die Menschen kaufen können. Produkte werden oft mit einem hohen Maß an Effizienz, Komplexität und Kosten entwickelt, was es unmöglich macht, sie kommerziell zu produzieren und zu verkaufen.
Nehmen wir zum Beispiel die Firma Sunpower aus Athens, Ohio.
Sie haben im Laufe der Jahre viele interessante Produkte entwickelt, aber versuchen Sie, eines davon heute auf dem Markt zu finden. Das kann man wirklich nicht.
Der Kunde ist der nächste staatliche Forschungsstipendium
Sunpower hat so viele Jahre damit verbracht, interessante Produkte zu entwickeln, die nie auf den Markt kamen, dass ich nur davon ausgehen kann, dass sie wirklich nicht vorhatten, Produkte auf den Markt zu bringen.
Stattdessen haben sie diese Produkte entwickelt, um die nächste Runde an staatlichen Forschungsgeldern zu erhalten.
Daran ist nicht unbedingt etwas auszusetzen, denken Sie nur daran, dass staatliche Zuschüsse selten zu neuen Produkten führen.
Wenn Sie daran interessiert sind, warum Forschungsprojekte oft nicht zu neuen Produkten führen, lesen Sie meine Seite warum Stirlingmotoren nicht beliebter sind.
Investitionsbetrug
Viele Stirlingmotorenfirmen sind im Laufe der Jahre gekommen und gegangen. Sowohl die Technologie als auch die Märkte sind schwierig, daher sollte ich davon ausgehen, dass etwas davon zu erwarten ist.
Aber es gibt eine besondere Art von Unternehmen, die gekommen und gegangen ist und anscheinend nie die Absicht hatte, etwas anderes zu tun, als Geld von Investoren zu sammeln und den Direktoren hohe Gehälter zu zahlen.
Sie haben immer schöne Websites und schöne Büros. Oft haben sie sogar einen Prototyp, den sie von einem Entwickler gekauft haben.
Aber es scheint keinen wirklichen Versuch gegeben zu haben, Stirlingmotoren mit einigen dieser Betrüger / Unternehmen auf den Markt zu bringen.
Wie sie es real aussehen lassen
Der Prototyp wird normalerweise von einem Ingenieur gekauft, der viel Zeit damit verbracht hat, ihn zu entwickeln.
Er verkauft es an die Betrüger in der Geschichte, dass sie sein Produkt mit ihrer überlegenen Marketing-Expertise auf den Markt bringen werden.
Sie machen Fotos davon, erstellen eine schöne Website, veröffentlichen Hochglanzbroschüren, sammeln viel Geld von Investoren und verblassen in der Geschichte.
Der Betrugs- und Verschwindenzyklus scheint sich zu wiederholen
Dies ist so oft passiert, dass ich jedes Mal deprimiert werde, wenn ich einen neuen sehe.
Also, Betrüger, bitte finden Sie ein anderes Technologiezentrum für Ihre Betrügereien.
Es besteht offensichtlich ein Bedarf an neuem Investorengeld, um die richtige Art der Stirlingmotorenentwicklung durchzuführen, aber Unternehmen mit einer Geschichte von gutem Marketingpersonal und keinem technischen Personal sind wahrscheinlich nicht diejenigen, die neue Stirlingmotorprodukte auf den Markt bringen.
Warum Stirlingmotoren in Autos unwahrscheinlich sind
Stirlingmotoren sind für viele Anwendungen sinnvoll, aber der Antrieb von Autos gehört nicht dazu.
Warum?
- Sie starten langsam
- Es ist schwierig, die Leistung schnell zu ändern
- Sie beschleunigen nicht schnell
- Sie sind schwerer und teurer
Stirlingmotoren laufen gerne mit konstanter Geschwindigkeit
All diese Dinge und die Tatsache, dass sie teurer sind als ein typischer Verbrennungsmotor, machen sie zu einer schlechten Mischung für Autos.
Hybridfahrzeuge
Jetzt, da wir mehr Hybridfahrzeuge sehen, überlegen sich mehr Menschen, welche Auswirkungen ein Stirlingmotor haben könnte.
Stirlingmotoren sind als Stromquelle in einigen Elektrohybridfahrzeugen sinnvoll, aber auch hier neigen sie dazu, schwer zu sein.
Wenn Sie das Gewichtsproblem lösen können, passen sie möglicherweise gut zusammen.
Solarstromerzeuger
Was ist mit Stirlingmotoren für Solarenergie?
Es scheint ziemlich offensichtlich, dass Stirlingmotoren verwendet werden können, um mit konzentrierter Solarenergie zu arbeiten.
Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass die Entwicklungsprogramme zur Entwicklung dieser Motoren normalerweise einen hohen Wirkungsgrad als Ziel hatten. Dies bedeutet, dass teure Hochtemperaturlegierungen verwendet werden und wenn der Motor wie erwartet läuft, ist es zu teuer, um mit Solarzellen zu konkurrieren.
Die Sunshine produziert Hochtemperaturmotoren, die teure Hochtemperaturmetalle verwenden müssen, und obwohl in diesem Bereich viel Forschung betrieben wurde, sind heute keine kommerziellen Produkte auf dem Markt erhältlich.
Deep Space Nuclear Powered Stirling Engines
Stirlingmotoren können mit jeder Form von Wärme betrieben werden. Für den Motor ist die Wärme eines Kernisotops so gut wie jede andere Art von Wärme.
Dies wurde in sogenannten Stirling-Radioisotopengeneratoren für die Weltraumforschung gut erforscht.
Wichtig, wenn Satelliten nicht in der Nähe der Sonne sind
Es ist leicht zu glauben, dass Solarzellen überall im Weltraum verwendet werden können, aber das können sie nicht.
Da ein Satellit weiter von der Erdumlaufbahn um die Sonne entfernt fliegt, reicht die Sonnendichte einfach nicht aus, um die Elektronik im Satelliten mit Strom zu versorgen, und Sie benötigen eine andere Methode zur Stromerzeugung.
Stirlingmotoren wurden für diese Anwendung entwickelt, wobei ein radioaktives Isotop als Wärmequelle für einen Stirlingmotor verwendet wurde.
Mehr Leistung aus demselben Plutonium
Stirlingmotoren, die so konfiguriert sind, können etwa dreimal so viel Strom produzieren, wie sie mit einem thermoelektrischen Gerät erhalten würden⁴.
Die Motoren können für einen wartungsfreien Betrieb von vier Jahren entwickelt werden.
Sunpower von Athens Ohio, baut diese für nasa⁵.
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1bildnachweis: Ökofen
2Farley, R. (2018). „Luftunabhängige Antriebs-U-Boote: Heimlich, billig und die Zukunft?“ Das nationale Interesse. Washington, D.C. Zentrum für nationales Interesse. Abgerufen von http://nationalinterest.org/blog/the-buzz/air-independent-propulsion-submarines-stealth-cheap-the-24245
3Photo Credit: Janis
⁴Schreiber, J., & Wong, W. (2007). Erweiterte Stirling Radioisotop Generator für NASA Raum Wissenschaft und Exploration Missionen. Cleveland, OH: Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde. Abgerufen von: https://web.archive.org/web/20120929064709/http://www.grc.nasa.gov/WWW/TECB/RPS_ASRG_%20Handout.pdf
Nationale Luft- und Raumfahrtverwaltung. (April 2018). In: NASA Glenn Research Center. Abgerufen von https://tec.grc.nasa.gov/rps/stirling-research-lab/advanced-stirling-convertor/