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Stirlingmotor zur Abgaswärmenutzung gebaut und funktioniert
Ich habe den Motor gebaut und er funktioniert ausgezeichnet. Es ist erstaunlich wie effektiv Stirlingmotoren arbeiten. Aus knapp 0,2J (Teelicht) treibt er einen Modellschwungrad mit bis zur 1200-1500 Umdrehungen. Ich denke, dass dies ein Viertakter erst schaffen muss. Mit Thermoakustik ist es möglich den Motor ohne bewegte Teile mit einem Gaskolben also fast ohne Reibungsverluste zu bauen. Es ist möglich aus der Wärme von einem Teelicht soviel Elektroenergie zu erzeugen, dass LEDs angetrieben werden. Ich habe ein mech. Kolben dazu genommen, damit ich ein Schwungrad antreiben kann. Im Gegensatz von thread von Mai 2009 kann ich den Motor mit unterschiedlichen Drehzahlen zwischen 150 und ca. 1500 pro min. Der Motor ist träge aber trotzdem spricht er schnell an (die Wärme mus ja transportiert werden). Gruß an SRAM, aber der thermoakustische Motor zur Nutzung von Abgaswärme kann z.B. um Elektroenergie zu erzeugen ohne jegliche bewegte Teile gebaut werden. Dabei ist die Effektivität einer Stirlingmaschine verglichen mit der BMW Lösung (PTC Elemente) zur Elektroerzeugung 10-15 mal (keine Prozente) besser. Leider sind die Filme zu groß, um es hochzuladen.
Gruß
TAC engine
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38 Antworten
Ein Teelicht:
- 15 g (gerade gewogen)
- Zusammensetzung: Paraffin
- Heizwert Paraffin: 45 MJ/kg
bei Brenndauer 2 h:
- 675.000 J / Teelicht
- Leistung (2h): 94 Watt (!)
Leistung LED: 300 mW (0.3 Watt)
Wirkungsgrad..................
............unterirdisch !
Gruß SRAM
LED´gibt es heutzutage mit Leistungen zwischen 20 mW und 5 Watt.
Man weiß ja nicht was er verwendet hat.
Die Brenndauer meiner Teelichte wird auf der Verpackung angegeben mit rund 4 Stunden und das kommt auch hin...
Also lieber TE: mit welcher Leistung leuchtete Deine LED?
Flussspannung: ? Volt
Strom: ? mA
Grüße!
........alla guuuut: bei 50 Watt und 5 Watt wäre eta immer nur noch 10%..........
(wobei ich kaum glaube, daß da eine 5 Watt Hochleistungs LED im Spiel ist ;) )
Gruß SRAM
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
Ein Teelicht:
- 15 g (gerade gewogen)
- Zusammensetzung: Paraffin
- Heizwert Paraffin: 45 MJ/kg
bei Brenndauer 2 h:
- 675.000 J / Teelicht
- Leistung (2h): 94 Watt (!)
Leistung LED: 300 mW (0.3 Watt)
Wirkungsgrad..................
............unterirdisch !
Gruß SRAM
Hallo SRAM,
die Daten sind i.O.,aber bevor man über Wirkungsgrade redet, soll man etwas mehr über solche Prozesse wissen. Zuerst einige Details zum Versuch.
1. Es wird ein horizontales Reagenzglas (18mm Durchmesse) von unten beheizt - sprich 80-90% der Wärme wird nicht übertragen, sonder geht verloren (steigt nach oben).
2. Der Wärmestrom muss durch ca. 1mm Glaswand übetragen werden. Glas ist bekannt als nicht besonders guter Wärmeleiter. Machen wir eine Schätzung 30-40% Energie wieder verloren.
3. Also ist die zur Vergügung stehende Energie nicht 94W sondern, erheblich geringer. Geschätzt ca. 4-6W.
4. Die LED verbrauchen ca. 180mW.
5. Das ist kein Motor, der auf seine Funktion optimiert ist, sondern nur um das Prinzip zu veranschaulichen, d.h. so ein Modell ist nicht auf Wirkunggrad, sondern auf Anschauung getrimmt. Und er funktioniert schon!
6. Dadurch das die innere Reibung so gering ist, ist der Motor so überlegen. Also lohnt sich wieder mal nachzurechnen. Bei einer Arbeitstemperatur (was beim Motor ankommt, nicht die Außenflamme) 800-900K, sonst schmilzt das Glas, und eine zweite Temperatur (Umgebung bei ca. 350-400 K) ist der theoretischer Wirkungsgrad ca. 50% von 94W verfügbar. Also noch eine Korrekturfür die zur Verfügung stehende Energie besagt ca. 2-3W. Der Wirkungsgrad bewegt sich um ca. 10% - also geringer als der theoretisch möglicher Wirkungsgrad, aber für ein Modell noch sehr gut.
7. Dichtung zwischen mech. Kolben und Zylinderwand ca. 0,07-0,1mm.
ALSO KURZ ZUSAMMENGEFASST: ein anderer Motor wird sich nicht mal drehen.
WIRKUNGGRAD SPITZE!
Gruß
TAC engine
Rein atmosphärische Maschinen auf dem Niveau von Schaumodellen für die Vitrine hinken ihren Möglichkeiten natürlich hinterher. Ohne "Aufladung" geht da nicht viel. Markttaugliche Systeme werden unter Druck betrieben (Viehbach-Stirling/Sunmachine). Als Arbeitsgas dient einfach Luft, aber auch Wasserstoff, oder Helium. Über den Betriebsdruck wird dann auch die Leistungsabgabe geregelt. Ich habe hier einen LTD Stirling (Kontax), der auf einer Kaffeetasse, oder auch mit Eisklumpen läuft, aber das ist nicht mehr, als ein Mobile. Das auch nur, weil alle beweglichen Teile mit Graphit beschichtet sind und das Kugellager wirklich sehr leichtgängig ist. Ein schweres Schwungrad stabilisiert den Prozess. Leistung kann man damit nicht erzeugen. Dazu müsste man den Bauaufwand erhöhen.
Zitat:
ALSO KURZ ZUSAMMENGEFASST: ein anderer Motor wird sich nicht mal drehen.
Welcher anderer Motor und warum ?
Ich hab hier noch eine schöne Dampfmaschine. Funktioniert auch mit esbit oder Teelichtheizung.
Dennoch bilde ich mir nicht ein, daß jetzt alle zur Dampfmaschine zurückkehren sollten. ;)
Ein Modelldiesel fährt auch noch irgendwo rum, ist das jetzt die Maschine der Zukunft ?
Solche Modelle sind in keiner Weise upscalefähig !
Gruß SRAM
Wobei eine Dampfmaschine für Rückgewinnung der Abgaswärme wohl ebenso gut geeignet wäre wie ein Stirlingmotor.
Im Automobilbau muss ein System aber günstig und zuverlässig sein. Thermoelemente z.B. zur Stromerzeugung haben zwar einen schlechten Wirkungsgrad, sind aber einfach und zuverlässig.
Zitat:
Original geschrieben von Symtomatics
Wobei eine Dampfmaschine für Rückgewinnung der Abgaswärme wohl ebenso gut geeignet wäre wie ein Stirlingmotor.
Im Automobilbau muss ein System aber günstig und zuverlässig sein. Thermoelemente z.B. zur Stromerzeugung haben zwar einen schlechten Wirkungsgrad, sind aber einfach und zuverlässig.
Naja, stimmt ja prinzipiell ... aber ich musste bei "einfach und zuverlässig" schon kurz schmunzeln ;)
Wenn ich mir unsere "modernen" Fahrzeuge so ansehe, sind die weder einfach (im sinne von rein funktional) noch zuverlässig (gemessen an der Machbarkeit) ...
Die Autos werden auf billig (deswegen einfach) getrimmt ... und das ist es was für TEGs spricht !!
Zitat:
Original geschrieben von SRAM
Zitat:
ALSO KURZ ZUSAMMENGEFASST: ein anderer Motor wird sich nicht mal drehen.
Welcher anderer Motor und warum ?
Ich hab hier noch eine schöne Dampfmaschine. Funktioniert auch mit esbit oder Teelichtheizung.
Dennoch bilde ich mir nicht ein, daß jetzt alle zur Dampfmaschine zurückkehren sollten. ;)
Ein Modelldiesel fährt auch noch irgendwo rum, ist das jetzt die Maschine der Zukunft ?
Solche Modelle sind in keiner Weise upscalefähig !
Gruß SRAM
Unter einem anderen Motor meine ich ein typischer Stirlingmotor - ein Motor mit Phasenschieber, riesige Wärmeübertrage, Regenerator etc. Solche Motoren sind zwar effektiv, haben aber große Eigenverluste. Die Frage warum, kann dann beantwortet werden, wenn man sich eine solche Maschine ansieht oder wenn man die Funktionsweise kennt.
Eine Dampfmaschine mit einer thermoakustischen Maschine zu vergleichen, klingt wie der Vergleich zwischen Holzsäge und Turbomolekularpumpe. Die Dampfmaschine basiert auf Phasenänderungen (flüssig/gasförmig Dampf), während bei einer thermoakustischen Maschine keine Phasenänderungen erfolgen. Der thermoakustische Prozess ist leistungsfähig und "rätselhaft". Am Ende des thermoakustischen Zyklus ist der Massenfluss NULL. Also thermodynamisch gesehen soll die Energie auch NULL sein, ist es aber nicht! Ich würde mich schon informieren, wie so ´n Prozess abläuft. Leider ist im Land der Denker und Dichter keine vernünftige Erklärung über die thermoakustischen Prozesse aus thermodynamischer Sicht zu finden. Dies kann man sich mit "googeln" langwierig aus englischen (amerikanischen) Seiten aneignen. Auf Deutsch findet man meist Beiträge über Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen, was keineswegs ein Mindestmaß an Formalismus benötigt, um bestimmte Sachverhalte korrekt aus thermodynamischer Sicht darzustellen. Also eine Dampfmaschine für die Zukunft, vielleicht nein, aber eine thermoakustische - ja.
Beim Diesel bin ich mir nicht sicher. Solche Aussagen kenne ich aus der Dieselentwicklung bis der TDI bzw. Pumpe/Düse oder Common Rail kammen. Wenn es um Ressourcen und Umwelt geht, ist der Diesel mit seinem Wirkungsgrad die Lösung. Wenn man billige und einfache Motoren will, dann ist der Benziner die Lösung. Auf jeden Fall werden zukünftige Lösungen mehr auf Wirkungsgrad als auf Prestige setzen. Die Antwort kann man sich jetzt denken. Die Ressourcen sind halt endlich.
"Solche Modelle sind in keiner Weise upscalefähig !" basiert wohl eher auf Unkenntnis als auf Sachkenntnis. Das sind die besten Motorprinzipien zum Skalieren!!! Es existieren gebaute Motoren zwischen einige mW (Projekt DARPA) bis mehrere 100kW. Die Fa. PRAXAIR will den ersten MW Motor bauen. Wo sind die mW Benziner- bzw. mW Dieselmotoren? Ich meine hier nicht Modelle, sondern Anwendungen. Ein Tipp: "Similitude in thermoacoustics’’ JASA 94, (1994) ein Blick werfen, damit wir fachlich diskutieren.
Auf jedem Fall erfüllt eine thermoakustische Maschine die Forderung "einfach und zuverlässig". Space Suttle Discovery Projekt STS 42 (1992) zur Hilfe nachschlagen.
Ich denke, dass thermoakustische Maschinen Zukunft haben. Im Aufbau sind sie einfach, dafür ist der erforderliche mathematische Apparat gewaltig.
Gruß
TAC engine
Sorry, die Teile erreichen gerade mal 30 bis 40% des Carnot-Wirkungsgrades.
Dampfturbinen und Großdiesel liegen inzwischen bei >90% des Carnotwirkungsgrades.
Komm mit den Teilen wieder, wenn > 80% des Carnot-Wirkungsgrades erreicht werden (was meiner Meinung nach aufgrund der schwachen Entkopplung von Warm- und Kaltseite garnicht möglich sein wird.).
.........wird halt mal wieder ne neue Sau durchs Dorf getrieben, mal sehen obs genauso ausgeht wie mit den hunderten vorher.....
Gruß SRAM
Ist das so ein Ding, wie das von Fellows Research?
http://www.prismnet.com/~frg/
Gegen die Foren-Inquisition hilft hier nur eins: Selber einen Demoapparat bauen und über eine Webpage den eigenen Erfolg veröffentlichen. Vorher wird das Gemecker nicht aufhören, was alles angeblich nicht geht, nicht effektiv, oder sonstwie nicht in den Kram passt.
Du kannst dir das nicht vorstellen, was das hier für ein Terror war, als es noch um das Für und Wider eines Elektro-PKW ging. Erst der User Scanners mit seinem real existierenden E-Polo konnte dieser schikanösen Dampfplauderei ein Ende setzen. Das Auto existiert und es lässt sich nicht wegreden. Es scheint auch ganz gut zu laufen.
Der von dir beschriebene TAC Generator könnte helfen, dass Problem um die Energieerzeugung im Auto zu vereinfachen. Leider gibt es auf Youtube schon einige, ähnliche Modelle mit Lineargenerator zu bewundern. Wäre nett, wenn Dein Apparat etwas mehr könnte, als nur ein paar schwache LEDs zum Leuchten zu bringen.
Natürlich sind diese Maschinen "Upscalefähig". Es gibt sie seit 1812 und auch als Antrieb für Schiffe. Die schwedische Marine betreibt ihre heutigen U-Boote mit LOX Stirlingmotoren (Kokum). Ich erwarte schon, dass es möglich ist, einen entsprechend dimensionierten Wandler für den Betrieb eines Elektro-, bzw. Hybrid-PKW herstellen zu können.
Also, mach mal, ich bin gespannt.
uwedgl scheint der einzige zu sein, der sich informiert, bevor er postet.
Die Aussagen von Fellows Research sind vorsichtig zu geniessen.
Das von mir gebaute Modell ist nur zur Demo, damit man die Funktionsfähigkeit der Idee sehen kann und solche Kritiker wie SRAM zu zeigen, dass solche Ideen funktionieren. SRAM´s und co. sind die Ursache.
Zu Elektroautos habe ich geteilte Meinung, da sie nur dann konkurrenzfähig sind, wenn sie ähnliche Parameter aufweisen, wie die heutigen Autos haben. Eine München-Hamburg Fahrt mit Zwischenstop zum "tanken" ohne Übernachtung ist in weite Sicht nicht denkbar. Die Regierungsaussagen 1Mio. Elektroautos auf die Strasse zu lassen, lässt meine Haare grau werden. Am Tag fahren, nachts vom "Eko-Strom" aufladen, da muss ich fragen, woher man den physikalischen Verständnis nimmt, um solche "witzige" Aussagen zu treffen. Energieverständnis der Regierenden ist gleich Null. Ich denke Hybride sind im Moment eine Lösung, aber nicht solche wie Toyota, BMW oder Daimler, die nur beim "Bremsen" oder vom Motor Leistung zum Aufladen abnehmen. Eine TAC Maschine braucht keine Motorleistung und ist effektiver als eine PTC Lösung (BMW), allein durch den Wirkungsgrad. Abgesehen davon haben PTC Temperaturprobleme im Volllastbereich, was eine TAC Maschine nur besser funktionieren lässt.
Eine leistungsfähige thermoakustische Maschine kann in der von mir gebauten Form kaum Anwendung finden. Eine bessere Alternative sind thermoakustische Maschinen in Ringresonatorform. Diese haben eine Rückkopplung (Feed Back), die eine noch höhere Leistungsdichte erlauben (Projekt TASCHE engl.). Ich habe selbst eine solche in US gesehen 2kW in Maße (60x40x20cm). Die Theorie dafür ist gewaltig, auch wenn die Maschine extrem einfach aussieht. Als Antriebsmotor werden solche Maschinen wahrscheinlich keine Chance haben, aber als sekundärer Antrieb sind sie wohl sehr gut geeignet. Ich finde es trotzdem eine gute Leistung aus einem Teelicht LED´s anzutreiben. Das sollte man unter den gleichen energetischen Voraussetzungen mit einer anderen Maschine nachmachen.
Ja, meine Maschine ist ähnlich wie in Youtube und doch unterschiedlich im Regenerator. Daher kommt auch die Leistungsfähigkeit LED´s anzutreiben. Es ist sicher auch noch mehr drin, aber es ist ein Zeitproblem. Die Modelle in Youtube sind irgendwie exakte Nachbauten. Wenn man die Bauanleitungen liest, sieht man, dass es meist Modellbauer sind und zum Teil nicht in die Materie stecken. Im Fall der Thermoakustik ist es aber auf Grund der Komplexität auch berechtigt.
SRAM verwechselt einige thermodynamische Tatsachen. Der COP von Carnot ist über die Temperaturen vorgegeben. Die höchste erreichbare Temperatur ist von oben durch die Materialparameter beschränkt, so dass der praktische Wirkungsgrad (COP) immer kleiner bleibt als die theoretische Grenze des Wirkungsgrades. Also hochentwickelte Diesel- oder Benzinmotoren, die 60 Jahre lang von unzähligen Abteilungen entwickelt wurden mit einem schnell und schlecht gebautes Anschauungsmodell zu vergleichen, ist für mich gewöhnungsbedürftig.
Für SRAM zur Kenntnis! Der Arbeitszylinder ist ein Reagenzglas aus Bohrsilikatglas, also bis max. 550°C belastbar.
DAHER IST EIN HÖHERER WIRKUNGSGRAD NICHT MÖGLICH!
Das ist keine Behauptung von mir, sondern kommt aus den Gesetzen der Thermodynamik, daher bleibt der Wirkungsgrad für das gebaute Modell hoch.
Eins ist wahr, die Entkopplung Warm-, Kaltseite ist wichtig, aber für eine thermoakustische Maschine nicht essentiell, da sie sonst ohne den Wärmefluss nicht funktionieren kann. Man hat solche Maschinen am Anfang "irreversibel" genannt, später aber davon weg gelassen, da "Spezialisten" wie SRAM Schwierigkeiten hatten die Funktionsweise zu begreifen.
SRAM, mit solchen Bemerkungen bleibt man nur lehrresistent! Meine erneute Empfehlung Computer anwerfen oder Bibliothek besuchen, thermoakustische Funktionsweise kennen lernen, dann posten!
Gruß
TAC engine
a) bitte nimm zur Kenntniss, daß ich auf dem Gebiet arbeite.
b) das Problem dieser Maschinen ist genau das, was oft als Vorteil dargestellt wird (und übrigens dasselbe einer GT bei kleinen Leistungen): der Kalt und Heißteil sind permanent auf derselben Temperatur.
Hingegen ist der Zylinder eines Diesels oder Ottos beispielsweise einer permanenten Ozillation der Temperatur zwischen Ansaugtemperatur und höchster Verbrennungstemperatur ausgesetzt. Bei gegebenem Werkstoff kann der Stirling (ob mit Kolben / Verdränger oder oszillierender Gassäule ist dabei egal) Wärme nur bis zur maximalen Werkstoffdauertemperatur des Heißteiles einkoppeln. Aufgrund der oszillierenden Arbeitsweise und des schnellen Abklingens der Temperaturoszillation im Werkstoff des Brennraumes und des Kolbens, darf aber die maximale Einkoppeltemperatur beim Innenverbrenner (otto / disel) sehr viel höher liegen: heutige Werkstoffe lassen die volle adiabatisch stöchiometrische Verbrennungstemperatur mit Luft (für die meisten genutzten Brennstoffe ca. 2500°C) zu. Das würde beim Stirling (akustisch oder nicht) also einen Werkstoff mit einer Dauerstandstemperatur von >2500°C erfordern.............das wird sehr teuer und (da fast nur Keramik infrage kommt) auch sehr empfindlich.........
Viel Spaß beim Geldversenken :D
Gruß SRAM
Hallo SRAM
danke für die Antwort:
a) Nimm zur Kenntnis, dass ich auch etwas verstehe und lange auf dem Gebiet gearbeitet habe. Gesunder Skeptizismus ist i.O., aber wenn es nach Dir ginge, sollten wir unser Essen immer noch mit Bogen und Pfeil einfangen. Nein Danke! Tut mir leid für den Vergleich aber es musste raus.
b) Quatsch! Noch einmal Schade, dass Du nicht mal bereit bist zur Weiterbildung. Jetzt aber echt zur Kenntnis nehmen: Wissensmangel beseitigt man nicht in dem man andere Ideen niedertrampelt, sondern mit Lernen. DIESE MASCHINEN MUSSEN EINEN WÄRMESTROM WARM ZU KALT HABEN, DAMIT SIE ÜBERHAUPT FUNKTIONIEREN, DAHER KOMMT DER ANFANGS UNGLÜCKLICH GEWÄHLTE NAME DER MASCHINEN "IRREVERSIBLE". Googeln hilft! Es ist keine Gasturbine, sondern themoakustische Maschine.
Die Aufzählung und Verwechselung zwischen offenen und geschlossene thermodynamische Prozesse, lassen mich zweifeln, ob Du es verstanden hast, über was hier gesprochen wird. Hier geht es nicht Werkstofffestigkeiten, sondern um thermodynamische Prozesse. Der von mir angesprochene Prozess ist ein geschlossener Prozess, d.h. ein Masseelement wird immer wiederkehrende Einflusse unterworfen, während er den thermodynamischen Zyklus durchläuft. Das was Du ansprichst, ist ein offener Prozess, ein Benzin/Diesel- Masseelement unterliegt einmalige Prozesseinflusse im Zyklus und dann ist er weg.
Ich habe auch nicht gesagt, dass das Ganze billig sein muss. Ein Abgassystem aus Titan ist auch nicht billig, wird aber trotzdem gebaut, weil man es braucht.
Stirlingmaschinen werden gebaut dort, wo sie gebraucht werden und zwar nicht weil sie schlecht sind, sondern weil sie teuer sind. Mit Stirlingmaschinen kann man sehr schlecht Autos bauen, aber darum geht es hier nicht. Sie arbeiten bei festen Frequenzen und sind in der Effektivität den anderen Motoren daher überlegen, weil sie für eine Frequenz optimiert sind. Punkt!
Nochmals die Empfehlung, lies wenigstens etwas mit Paar Formeln über Thermoakustik und komm gern wieder. Thermoakustische Maschinen brauchen keinen Verdränger, dadurch sind sie um Unterschied zur klassischen Stirlingmaschinen einfacher, bei vergleichbarer Effektivität.
Das Problem der Hochtemperaturfestigkeit bleibt erhalten, so wie bei allen thermodynamischen Maschinen der Fall ist. Also die Fakten können mich ja nicht beeindrucken.
Wer die Grundprinzipien nicht unterscheiden kann, sollte sich beim Wünsch zum Geldversenken ein wenig zurückhalten. Spaßig ist es allemal, wenn die Skeptiker daneben stehen und nicht begreifen wie es funktioniert.
Gruß
TAC engine