211service.com
Een motor die gebruikmaakt van geluidsgolven
Een startend bedrijf heeft een nieuw type motor ontwikkeld die elektriciteit kan opwekken met het rendement van een brandstofcel, maar die ongeveer evenveel kost als een verbrandingsmotor.
Geluidsbarriere: Deze prototypemotor maakt gebruik van thermokoestiek om warmte om te zetten in elektriciteit.
Etalim , gevestigd in Vancouver, Canada, zegt dat zijn motor, ongeveer zo groot als een basketbal, de economie van elektriciteitsproductie voor de warmtekrachtkoppeling in huizen zou kunnen verbeteren, en als een manier om de warmte te benutten die wordt geproduceerd door geconcentreerde zonnecollectoren. Het bedrijf heeft een prototype gemaakt, maar moet nog het soort efficiëntie bereiken - meer dan 40 procent - waarvan de computermodellen aangeven dat ze binnen bereik zijn.
Het apparaat deelt enkele principes van een Stirling-motor, waarbij een externe warmtebron wordt gebruikt om een vaste hoeveelheid werkgas (meestal helium) uit te zetten, dat vervolgens samentrekt wanneer het in een koelere ruimte wordt geduwd. Deze cyclus van uitzetting en samentrekking herhaalt zich en verandert warmte in mechanisch werk door een zuiger aan te drijven.
Ron Klopfer, CEO van Etalim, zegt dat een fundamenteel probleem met Stirling-motoren is dat ze bij zeer hoge temperaturen en drukken moeten draaien om efficiënt te zijn, waardoor het moeilijk wordt om het gas in de cilinder die de zuiger omhult, afgesloten te houden. Bij deze temperaturen kun je geen traditionele methoden van sealen gebruiken, zegt hij. Je kunt geen rubber, smeermiddelen gebruiken. Het moet droog metaal op metaal zijn, en dat zijn zeer dure, zeer nauwkeurige onderdelen die tot hoge kosten leiden.
multimedia
Kijk hoe de motor werkt.
De oprichter en hoofdwetenschapper van Etalim, Thomas Steiner, zag een kans om alle wrijvende delen en afdichtingen die gevoelig zijn voor slijtage en lekkage te elimineren door een ontwerp te gebruiken dat is gebaseerd op thermo-akoestiek - waarbij warmte wordt gebruikt om de intensiteit van geluidsgolven in een afgesloten holte te regelen.
In de kern van Etalims motor zit een metalen plaat die de functie van een zuiger in een conventionele Stirlingmotor vervangt. Wanneer helium onder druk aan de bovenzijde van de metalen plaat wordt verwarmd, worden geluidsgolven die door het gas reizen versterkt, waardoor de plaat gaat trillen en een metalen diafragma eronder (gescheiden door een koelere laag helium) op een as naar beneden drukt. Alle mechanische wrijving wordt geëlimineerd. De as is bevestigd aan een dynamo die elektriciteit produceert.
De trilling van de plaat beweegt de as slechts twee tienden van een millimeter per cyclus, dus er wordt niet veel helium per cyclus verplaatst. Maar de motor haalt een snelle 500 cycli per seconde. Als je naar hoge frequenties gaat, kun je er meer kracht uit halen, zegt Greg Swift, een thermo-akoestiek-expert bij Los Alamos Nationale Laboratoria die een vroege versie van de motor van Etalim zag. Steiner heeft echt goed werk geleverd door een andere [ontwerp] richting in te slaan en geen fouten te maken.
Het bedrijf heeft ambitieuze doelen. Een eerste prototype, vorig jaar voltooid, toonde aan dat het concept werkt, maar dat er relatief weinig warmte werd gebruikt, waardoor het rendement slechts 10 procent was. Een tweede prototype dat streeft naar 20 tot 30 procent efficiëntie bij 500 °C wordt dit voorjaar verwacht.
Voor 2012 wordt een commercieel product met een efficiëntie van 40 procent bij 700 °C beoogd. Het zal in eerste instantie worden verkocht als een goedkopere en duurzamere concurrent van brandstofcellen die worden gebruikt voor warmtekrachtkoppeling in woningen. Het bedrijf gelooft dat het de motor kan produceren voor minder dan $ 1 per watt, en heeft een langetermijndoelstelling van 15 cent per watt, wat het goedkoper zou maken dan een vergelijkbare verbrandingsmotor.
Alles om ons tot 40 procent efficiëntie te brengen, komt precies overeen met wat we tot nu toe van ons prototype hebben gezien, zegt Klopfer, eraan toevoegend dat 50 procent het doel voor de langere termijn is. Om van 40 procent naar 50 procent te komen, moeten we de temperatuur verhogen tot 1000 °C, en dat vereist enig gebruik van keramiek.
Mike Hayden , een professor in de natuurkunde aan de Simon Fraser University, zegt dat het ontwerp van Etalim veelbelovend is, maar dat er nog veel technische werken in het verschiet liggen om te bewijzen dat het apparaat hoge temperaturen aankan en het soort efficiëntie bereikt waardoor het opvalt. Maar het lijdt geen twijfel dat deze jongens iets interessants hebben, zegt hij.