Silnik, który wykorzystuje fale dźwiękowe

Firma rozpoczynająca działalność opracowała nowy typ silnika, który mógłby generować energię elektryczną z wydajnością ogniwa paliwowego, ale który kosztuje tylko mniej więcej tyle, co silnik spalinowy.

Bariera dźwięku: Ten prototypowy silnik wykorzystuje termoakustykę do przekształcania ciepła w energię elektryczną.

Etalimi , z siedzibą w Vancouver w Kanadzie, twierdzi, że jego silnik, mniej więcej wielkości piłki do koszykówki, może poprawić ekonomikę produkcji energii elektrycznej na potrzeby kogeneracji energii elektrycznej i ciepła w domach oraz jako sposób na wykorzystanie ciepła wytwarzanego podczas skoncentrowanych kolektorów słonecznych. Firma stworzyła prototyp, ale nie osiągnęła jeszcze takiej wydajności — przekraczającej 40 procent — że jej modele komputerowe wskazują, że są w zasięgu ręki.

Urządzenie podziela pewne zasady silnika Stirlinga, w którym zewnętrzne źródło ciepła jest wykorzystywane do rozprężania stałej ilości gazu roboczego (zwykle helu), który następnie kurczy się, gdy jest wpychany do chłodniejszej przestrzeni. Ten cykl rozszerzania i kurczenia się powtarza, zamieniając ciepło w pracę mechaniczną poprzez napędzanie tłoka.

Dyrektor generalny Etalim, Ron Klopfer, mówi, że podstawowym problemem związanym z silnikami Stirlinga jest to, że muszą one pracować w bardzo wysokich temperaturach i ciśnieniach, aby były wydajne, co utrudnia utrzymanie szczelności gazu wewnątrz cylindra, w którym znajduje się tłok. W takich temperaturach nie można stosować tradycyjnych metod uszczelniania – mówi. Nie możesz używać gumy, smarów. Musi to być suchy metal na metalu, a to są bardzo drogie, precyzyjne części, które prowadzą do wysokich kosztów.

Multimedialne

• Zobacz, jak działa silnik.

Założyciel i główny naukowiec Etalim, Thomas Steiner, dostrzegł możliwość wyeliminowania wszystkich części trących i uszczelnień, które są podatne na zużycie i wycieki, dzięki zastosowaniu konstrukcji opartej na termoakustyce — która wykorzystuje ciepło do kontrolowania intensywności fal dźwiękowych w zamkniętej wnęce.

Wewnątrz rdzenia silnika Etalim znajduje się metalowa płyta, która zastępuje tłok w konwencjonalnym silniku Stirlinga. Kiedy hel pod ciśnieniem znajdujący się na górnej stronie metalowej płytki jest podgrzewany, fale dźwiękowe przechodzące przez gaz są wzmacniane, powodując wibrację płytki i metalową membranę znajdującą się poniżej (oddzieloną chłodniejszą warstwą helu) na wale. Całe tarcie mechaniczne jest wyeliminowane. Wał jest podłączony do alternatora, który wytwarza energię elektryczną.

Wibracje płyty poruszają wał tylko o dwie dziesiąte milimetra na cykl, więc w każdym cyklu porusza się niewiele helu. Ale silnik osiąga szybkie 500 cykli na sekundę. Jeśli przejdziesz na wysokie częstotliwości, możesz uzyskać z nich więcej mocy, mówi Greg Swift, ekspert w dziedzinie termoakustyki Krajowe Laboratoria Los Alamos który widział wczesną wersję silnika Etalima. Steiner naprawdę wykonał dobrą robotę, obierając inny kierunek [projektowania] i nie popełniając żadnych błędów.

Firma ma ambitne cele. Pierwszy prototyp, ukończony w zeszłym roku, wykazał, że koncepcja działa, ale zużywano stosunkowo mało ciepła, więc jego sprawność wynosiła zaledwie 10 procent. Drugi prototyp, którego celem jest osiągnięcie od 20 do 30 procent wydajności w temperaturze 500°C, ma się pojawić wiosną tego roku.

Na rok 2012 planowany jest komercyjny produkt o 40-procentowej sprawności, pracujący w temperaturze 700°C. Początkowo będzie sprzedawany jako tańszy i trwalszy konkurent dla ogniw paliwowych stosowanych w kogeneracji w budynkach mieszkalnych. Firma jest przekonana, że ​​może wyprodukować silnik za mniej niż 1 USD za wat i ma długoterminowy cel na poziomie 15 centów za wat, co oznaczałoby, że będzie tańszy niż porównywalny silnik spalinowy.

Wszystko, co ma nas doprowadzić do 40-procentowej wydajności, jest zgodne z tym, co widzieliśmy do tej pory w naszym prototypie, mówi Klopfer, dodając, że 50 procent to cel długoterminowy. Aby uzyskać z 40 procent do 50 procent, musimy podnieść temperaturę do 1000°C, a to wymaga użycia ceramiki.

Mike Hayden , profesor fizyki na Simon Fraser University, mówi, że projekt Etalima jest obiecujący, ale czeka nas wiele prac inżynieryjnych, które mają udowodnić, że urządzenie może wytrzymać wysokie temperatury i osiągnąć taki rodzaj wydajności, który by go wyróżniał. Ale nie ma wątpliwości, że ci faceci mają coś ciekawego, mówi.

ukryć