zpravodajství životního prostředí již od roku 1999

TEDOM vyvíjí vlastní Stirlingův motor

06.02.2007
Obecné
Energie
TEDOM vyvíjí vlastní Stirlingův motor
V roce 2001 padlo ve firmě rozhodnutí zahájit vývoj kogenerační jednotky na bázi Stirlingova motoru.

 

Z dnešního pohledu musím říci, že začínat od nuly bylo značně odvážné rozhodnutí. Nicméně práce na vývoji byly na počátku roku 2002 zahájeny. V letech 2002 a 2003 byly vývoj prováděn částečně za podpory MPO v rámci projektu s názvem „Výzkum a vývoj zařízení na kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla ve výkonové třídě mikrokogenerace na bázi Stirlingova motoru s možností spalování biomasy“. V dnešní době probíhá vývoj již za vlastního financování a celkové náklady projektu přesáhly 40 miliónů Kč. Cílové parametry jsou stanoveny následovně:

  • výkon motoru 10 kW při 1500 min-1
  • elektrická účinnost min. 25% při teplotách 650°C/60°C (teplota žárové hlavy/vstupní teplota do motoru)
  • pracovní médium helium
  • maximální střední tlak pracovního plynu 14 MPa
  • emise NOx 70 mg/Nm3 a CO 150 mg/Nm3 vztaženo k 3% O2
  • servisní interval 8000 hodin nebo 1 rok
  • minimální životnost do generální opravy 25 000 hodin
  • možnost spalování více druhů paliv, od zemního plynu po biopaliva
  • nízká cena motoru, zajišťující budoucí komerční úspěch KJ

Na začátku jsme stáli před náročným rozhodnutím, kterou koncepci zvolit. Po dlouhých hodnoceních bylo rozhodnuto použít jednočinnou a-modifikaci se zdvihovým objemem 183 cm3, k čemuž nás vedl hlavně požadovaný výkon a poměrně jednoduchá koncepce, a tudíž i předpokládané nízké výrobní náklady.

V současné době je v provozu prozatím jediný funkční vzorek (obr. 19), na kterém se provádí veškerý vývoj, tj. ověřování dílčích řešení a vlastností periferních dílů. Dosud bylo dosaženo následujících výsledků:

  • výkon motoru 7,9 kW při 1500 min-1
  • účinnost motoru  24,13% při teplotách 670°C/50°C
  • střední tlak helia 11,2 MPa
  • emisní limity v této fázi nebyly řešeny
  • při zkouškách motor naběhal 180 hodin
  • palivem byl zemní plyn
  • spolehlivá funkce pístních kroužků a ucpávky pístní tyče


Obr. 16 Typická ukázka průběhu výkonu a účinnosti Stirlingova  motoru TEDOM

 
Obr. 17 Funkční vzorek Stirlingova motoru TEDOM

Všechny získávané poznatky byly průběžně přenášeny do konstrukce nového motoru, která dává všechny předpoklady pro splnění cílových parametrů. Konstrukce motoru byla dokončena na přelomu roku 2005/2006 a nyní už stojíme před vlastní montáží prototypu z vyrobených dílů. Celá konstrukce byla motivována snahou o dosažení co nejmenších rozměrů. Hmotnost motoru nepřesahuje 110 kg. Pro přenos výkonu z pístů je použit úplný klikový mechanismus, který je sice jistou komplikací, ale je nutný pro získání netlakové skříně. Křižáky navíc přenáší normálové síly a písty jsou pak namáhány pouze osově, což je nutné pro jejich bezmazné vedení. Tlakově je mazána pouze spodní část klikového mechanismu. Pro tento účel je v předním víku motoru umístěno zubové čerpadlo, redukční ventil a olejový filtr. Olejová náplň činí pouhé 2 litry motorového nebo kompresorového oleje. Naprostá většina dílů jsou odlitky z běžných materiálů jako tvárná a šedá litina, popř. ocel, samozřejmě s výjimkou horké strany motoru, kde jsme se nevyhnuli použití žárupevných materiálů. Robustní konstrukce klikové skříně má za úkol v co možná největší míře tlumit i tak už nízký mechanický hluk. Úplnou novinkou oproti původnímu funkčnímu vzorku je použití vyprazdňovacího kompresoru pro snižování tlaku helia při regulaci výkonu a skupina řešení pro omezení vlivu tepelné roztažnosti žárové hlavy pro zvýšení její cyklické životnosti.

     
Obr. 18 Konstrukční řešení Stirlingova motoru TEDOM

Konstrukce motoru je přizpůsobena požadavku na jeho zástavbu do KJ TEDOM  řady Micro, kde by měla tvořit alternativu k motoru Škoda EA 111 (tříválec 1,2 l). Použití tohoto motoru v mikrokogenerační jednotce přinese podstatně nižší hlučnost v mnohem příjemnějším hlukovém spektru než spalovací motor a téměř bezúdržbový provoz se servisním intervalem prodlouženým na  8000 hodin. S těmito vlastnostmi se bude kogenerační jednotka u zákazníka chovat stejně jako plynový kotel, avšak narozdíl od něj bude navíc vyrábět elektřinu, a tím přinášet budoucímu provozovateli finanční benefit. Trh pro tento motor vidíme v oblasti mikrokogenerace na zemní plyn, bioplyn a jiné typy obnovitelných zdrojů, jako je slunce či odpadní teplo.

 

ZDROJ: TEDOM


 

Komentáře k článku. Co si myslí ostatní?

Další články
Podněty ZmapujTo
Mohlo by vás také zajímat
Naši partneři
Složky životního prostředí