STIRLING-moottori - oamk.fi · Beeta-tyypin stirling 15 . Regeneraattori • Lämmönvaihdin • Sen avulla voidaan parantaa moottorin hyötysuhdetta • Osa kuumalta puolelta kylmälle

STIRLING-moottori

Tekijä: Markku Savolainen

Perustietoa

Perustietoa

• Palaminen tapahtuu sylinterin ulkopuolella

• Moottorin toiminta perustuu työkaasun kuumentamiseen ja jäähdyttämiseen

• Työkaasun laajeneminen liikuttaa mäntiä

• Työkaasuna käytetään yleisimmin heliumia tai vetyä

jatkuu 6

• Ilman käyttö työkaasuna aiheuttaa:

– Osien syöpymistä

– Ilman happi reagoi voiteluöljyn kanssa ja aiheuttaa räjähdysvaaran

jatkuu 4

• Nykyisin työkaasu on paineistettu

– Paineistuksen avulla saadaan suurempi määrä kaasua kuumennettavaksi

– Näin saadaan suurempi kaasun laajeneminen ja sitä kautta suurempi mekaaninen työ

8

Toiminta

Toimintaperiaate

• Toiminta voidaan jakaa neljään eri vaiheeseen

10

– 1. Vaihe

• Ensimmäisessä vaiheessa kuumapään sylinteriä kuumennetaan, jolloin siellä olevan kaasun paine kasvaa

• Kaasu työntää sylinterissä olevaa mäntää, jolloin kaasupaine laskee ja moottori tekee mekaanista työtä

11

– 2. Vaihe

• Kuumanpuolen mäntä liikkuu ylöspäin ja pakottaa samalla kylmänpuolen mäntää liikkumaan alaspäin.

• kuuma työkaasu menee regeneraattorin ja jäähdyttimen kautta kylmänpuolen sylinteriin ja jäähtyy

• Jäähtyessään kaasun tilavuus pienenee

12

– 3. Vaihe

• Jäähtynyttä kaasua on helpompi puristaa kasaan

• Kylmänpuolen mäntä puristaa kaasua

• Puristuksessa syntyy lämpöä, joka poistuu sylinterin jäähdytyksen avulla

– 4. Vaihe • Kylmänpuolen puristustyö alkaa painamaan kuumanpuolen

mäntää alaspäin

• Kaasun alkaessa virrata kuumalle puolelle, se lämpenee matkalla hieman regeneraattoriin varastoituneesta lämmöstä

• Kaasun siirtyessä kuumalle puolelle sitä kuumennetaan nopeasti ja kaasu laajentuu jälleen

– Kierto alkaa alusta

14

– Muita moottori tyyppejä

• Stirlingmoottoria on kolmea eri tyyppiä

• Aiemmin esitelty oli Alfa-tyypin stirling

• Muut:

– Beta, Gamma

• Perusperiaate on kuitenkin sama

• Rakenteellisia eroja

15 Beeta-tyypin stirling

Regeneraattori

• Lämmönvaihdin

• Sen avulla voidaan parantaa moottorin hyötysuhdetta

• Osa kuumalta puolelta kylmälle puolelle siirtyvän työkaasun lämpöenergiasta siirtyy regeneraattorin massaan.

• Kaasun virratessa kylmältä puolelta kuumalle puolelle, regeneraattoriin varautunut lämpö esilämmittää työkaasua ennen varsinaisessa lämmönvaihtimessa tapahtuvaa kuumennusta

17

• Solo- Stirling V 161 moottori

– Valmistaja Cleanergy, Ruotsi, ”Saksa”

18

20

• STM 55kW

• Valmistaja STM POWER, Yhdysvallat

• SD4-E Stirling

– Valmistaja STIRLING DK, Tanska

22

• Stirling DK moottorissa sähköteho on 35 kW • Yhdistämällä esimerkiksi neljä 35 kW moottoria, saadaan sähkötehoksi 140 kW

SD4-E

• Sylinterien lukumäärä 4

• Sisähalkaisija mm 142

• Iskunpituus, mm 76

• Työkaasu Helium

• Moottorin nopeus 50Hz, rpm 1014

• Suurin jatkuva sähköteho, kW 35

• Lämmitysteho, kW 140

• Max jäähdytysveden tulolämpötila ° C 60

• massa kg: 2500

23

SD4-E

• Vuotuinen sähköntuotanto: 210 MWh **

• Vuotuinen lämmöntuotanto: 840 MWh **

** 6000 tuntia vuodessa = n. 16 tuntia päivässä

24

25

SD4-E stirling varustettuna palopesällä

• Voi ottaa käyttövoimansa mistä tahansa

lämmönlähteestä

• Polttoainetta voidaan polttaa

katkeamattomasti,

– Pakokaasujen puhtaus

• Ympäristön kylmeneminen parantaa

toimintaa

• Pitkä huoltoväli (5000- 15000h)

• Hiljainen käyntiääni

• CHP- käytössä sähköä helposti

lämmöntuotannon ohessa

• Isokokoisia tehoon nähden

• Ei käynnisty välittömästi

• Hidas kierrosnopeudensäätö

• Kallis hinta

• Vaatii tiiviit männät ja sylinterit

• Työkaasut kalliita

• Happea sisältävä kaasu aiheuttaa

räjähdysvaaran

• Pieni sähköhyötysuhde (22-24%)

26

EDUT HAITAT

Lähteet

• http://www.stirling.com

• http://www.stirlingbiopower.com

• http://www.cleanergy.com

• Jarva, Niskanen, Stirling- moottori puukaasukäytössä opinnäytetyö

• Kuisma, Kurtakko, Esiselvitys hajautetun pienimuotoisen sähköntuotannon liiketoiminnallisista toimintaedellytyksistä lapissa

27