En motor, der udnytter lydbølger

En nystartet virksomhed har udviklet en ny type motor, der kunne generere elektricitet med en brændselscelles effektivitet, men som kun koster omtrent lige så meget som en forbrændingsmotor.

Lydbarriere: Denne prototypemotor bruger termokustik til at omdanne varme til elektricitet.

Etalim , baseret i Vancouver, Canada, siger, at dens motor, omtrent på størrelse med en basketball, kunne forbedre økonomien ved elproduktion til kraftvarmeproduktion og varme i boliger og som en måde at udnytte den varme, der produceres ved koncentrerende solfangere. Virksomheden har skabt en prototype, men har endnu ikke opnået den slags effektivitetsgevinster - på over 40 procent - som dets computermodeller angiver er inden for rækkevidde.

Enheden deler nogle principper for en Stirling-motor, hvor en ekstern varmekilde bruges til at udvide en fast mængde arbejdsgas (normalt helium), som derefter trækker sig sammen, når den skubbes ind i et køligere rum. Denne ekspansion-sammentrækningscyklus gentager sig selv og omdanner varme til mekanisk arbejde ved at drive et stempel.

Etalims administrerende direktør Ron Klopfer siger, at et grundlæggende problem med Stirling-motorer er, at de skal køre ved meget høje temperaturer og tryk for at være effektive, hvilket gør det vanskeligt at holde gassen forseglet inde i cylinderen, der omslutter stemplet. Ved disse temperaturer kan man ikke bruge traditionelle metoder til tætning, siger han. Du kan ikke bruge gummi, smøremidler. Det skal være tørt metal på metal, og det er meget dyre, højpræcisionsdele, der medfører høje omkostninger.

Multimedier

• Se hvordan motoren fungerer.

Etalims grundlægger og chefforsker, Thomas Steiner, så en mulighed for at eliminere alle gnidningsdele og tætninger, der er tilbøjelige til at blive slidt og lækage, ved at bruge et design baseret på termoakustik - som anvender varme til at kontrollere intensiteten af ​​lydbølger i et forseglet hulrum.

Indkapslet i kernen af ​​Etalims motor er en plade af metal, der erstatter funktionen af ​​et stempel i en konventionel Stirling-motor. Når tryksat helium på oversiden af ​​metalpladen opvarmes, forstærkes lydbølger, der bevæger sig gennem gassen, hvilket får pladen til at vibrere, og en metalmembran nedenunder (adskilt af et køligere lag helium) skubber ned på en aksel. Al mekanisk friktion er elimineret. Akslen er fastgjort til en generator, der producerer elektricitet.

Vibrationen af ​​pladen flytter kun akslen to tiendedele af en millimeter per cyklus, så der flyttes ikke meget helium med hver cyklus. Men motoren opnår hurtige 500 cyklusser i sekundet. Hvis du går til højfrekvens, kan du få mere kraft ud af det, siger Greg Swift, termoakustikekspert hos Los Alamos National Laboratories som så en tidlig version af Etalims motor. Steiner har virkelig gjort et godt stykke arbejde med at tage en anden [design] retning og ikke lave nogen fejl.

Virksomheden har ambitiøse mål. En første prototype, færdiggjort sidste år, demonstrerede, at konceptet virker, men der blev brugt relativt lav varme, så effektiviteten var kun 10 procent. En anden prototype, der sigter mod 20 til 30 procent effektivitet ved 500 °C, forventes til foråret.

Et kommercielt produkt med en virkningsgrad på 40 procent, der kører ved 700 °C, er målet for 2012. Det vil i første omgang blive solgt som en billigere og længerevarende konkurrent til brændselsceller, der bruges til boligkraftvarme. Virksomheden mener, at den kan fremstille motoren for mindre end $1 per watt og har et langsigtet mål på 15 cents per watt, hvilket ville gøre det billigere end en sammenlignelig forbrændingsmotor.

Alt for at få os til 40 procent effektivitet er helt i tråd med det, vi hidtil har set fra vores prototype, siger Klopfer og tilføjer, at 50 procent er det langsigtede mål. For at komme fra 40 procent til 50 procent skal vi hæve temperaturen til 1.000 °C, og det kræver en vis brug af keramik.

Mike Hayden , professor i fysik ved Simon Fraser University, siger, at Etalims design er lovende, men en masse ingeniørarbejde ligger forude for at bevise, at enheden kan håndtere høje temperaturer og opnå den slags effektivitet, der ville få den til at skille sig ud. Men der er ingen tvivl om, at de her fyre har noget interessant, siger han.

skjule