ELKRAFT Slutrapport for projektet: - Energinet.dk

PSO-FU2204 28 9 kW Stirlingmotor
3.2 Afprøvning af andre regeneratortyper
En af målsætningerne for nærværende projekt var at afprøve nye løsninger og
delkomponenter og sammenligne resultaterne med resultater fra de ”kendte” løsninger.
Regeneratoren er en særdeles vigtig komponent i en stirlingmotor, fordi blot små tab i
regeneratoren har stor indflydelse på motorens effekt og virkningsgrad. Effektiviteten for en
veldesignet regenerator i en stirlingmotor er over 99%, så kravene er store. Regeneratoren
er imidlertid også en dyr komponent, og det er derfor interessant at finde alternativer, der er
bedre og billigere.
Regeneratoren i de motorer, som er udviklet på DTU, består af tynd rustfri tråd, der er
behandlet ved hjælp af en særlig proces og derefter presset til den endelige facon og
porøsitet. Funktionen af regeneratorerne fremstillet på denne måde adskiller sig kun
marginalt fra funktionen af regeneratorer fremstillet på konventionel måde ved at stable lag af
trådnet til den ønskede højde og porøsitet. Data for regeneratoren til 9 kW motoren, der i det
følgende betegnes R0, er:
Indvendig diameter: 118 mm
Udvendig diameter: 168 mm
Længde: 61 mm
Tråddiameter: 0,06 mm
Porøsitet: 78 %.
En ny type fiberregeneratorer udviklet af firmaet Beakert i Belgien kunne udgøre en mulighed
for at reducere prisen på regeneratorerne og forbedre egenskaberne. Derfor er to forskellige
fiberregeneratorer fra Beakert afprøvet. De er fremstiillet ved hjælp af en særlig proces
udviklet af Beakert, som er beregnet til produktion af filtre. Fibre i rustfrit stål sprøjtes og
bratkøles, hvorefter de sintres i den ønskede form. Data for de to regeneratorer, der i det
følgende betegnes R1 og R2, er:
R1 SF 444/65/80; d = 0,065 mm; Porosity: 80%; Mat.: SS 444
R2 SF 316/22/85; d = 0,022 mm; Porosity: 85%; Mat.: SS 316
Efter sintringen er regeneratorerne forsigtigt drejet i en drejebænk til de ønskede mål, så de
kunne monteres i det svøb, som anvendes for at undgå blow by på regeneratorens yderside.
Regeneratorerne kunne derefter monteres i 9 kW motoren på samme måde som den
originale regenerator.
Forsøgene med fiberregeneratoren R2 med de tynde fibre blev påvirket af, at løse fibre flød
rundt i motoren med arbejdsgassen og satte sig i de PTFE-baserede stempelringe.
Tætningerne virker dårligere med fibre indlejret i overfladen, hvilket indvirkede på
målingerne. Desuden satte der sig fibre i den ventil, der regulerede motorens middeltryk i
forhold til trykket i krumtaphuset. Problemet med løse fibre må nødvendigvis løses, inden det
er muligt at anvende fiberregeneratorerne i praksis.
Efter at motoren var blevet adskilt og renset, blev der gennemført en forsøgsrække med
begge fiberregeneratorer. Figur 3.6 og 3.7 viser en sammenligning af resultater fra forsøg
med den originale regenerator R0 og de to nye fiberregeneratorer R1 og R2
Figur 3.6 viser den målte elektriske effekt som funktion af hederrørenes temperatur ved et
middeltryk på 80 bar en kølevandstemperatur på 40 o C. Tilsvarende viser figur 3.7 den
elektriske virkningsgard for det samme sæt parametre. Resultaterne viser, at
virkningsgraden ikke afviger særligt meget for de 3 forskellige regeneratorer, og at forskellen
på den originale regenerator R0 og fiberregeneratoren R1 med de ”grove” fibre er marginal.