Muistan tuon kokeilun 70-luvulta hyvin. Polttoaineena sai käyttää parafiinia, polttoöljyä, kaasua ja vetyä. Merkkejä olivat Ford Pinto ja Taunus. Ruotsalaiset pääsivät pitkälle Volvossa. He tekivät koeajoja satojatuhansia kilsoja kopa Suomen puolella talvioloissa Pellossa. Sitten asia "unohdettiin". Viikko aitten Volvon entinen apulaiskehitysjohtaja (Olof Håkansson) oli haastattelussa sanonut, että "öljybisnes ja osakkeenomistajien tietty joukko käski pysyä nelitahtibensakoneessa" Samalla oli lopetettu kehitysrahat seinään ja raportit laitettu kassakaappiin. Nyt päästään stirlingillä 35-40 prossan mekaaniseen hyötysuhteeseen ja lämmön hyödytämisessä 40-50 % lisää.
Osaako joku sanoa, miksi ei Saab tai Sisu koskaan innostunut? Raskaassakalustossahan olisi suoranainen hyöty saada hukkalämpö kylmäksi ja talvioloissa lämmöksi tavaratilaan.
DIRECT-POWERED STIRLING CAR IN THE WORLD
In July 1972 Ford Motor Company had signed an agreement with Philips in Eindhoven to develop a 170 hp swash-plate engine for the 1975 Ford Torino passenger car, see ref. 2 by C M Hargreaves which gives the full history and description the Stirling development at Philips. It was demonstrated in April 1976. But Ford wanted an early preview and feeling of how a Stirling engine behaves in a car, and ordered also an installation of the V4X31 in a Ford Pinto car with automatic transmission, all to be done by United Stirling.
The swept volume was increased to 4-90 (bore 50 mm, stroke 46 mm) and the design pressure to 150 bar to get more power. The heater was more like the 4-65 swash-plate with a single row with wire-wound tube surface enlargement. Tubes were horizontal.
Now, the biggest concern was the power control system! The mean pressure control system used by Philips on the 4-235 bus had two disadvantages: Power reduction was very slow. It took 30 seconds to pump down the mean pressure and the engine had to be short-circuited to get the power down. The other disadvantage was that it took too long time (seconds) to fill the engine to high power. Too rapid filling resulted in an unpleasant torque drop when demanding full power. The bus could live with a filling time of five seconds (which gave no torque drop), but a passenger car is judged slow by a customer if full throttle is achieved in more than 0.5 seconds.
So, the innovative Sven Håkansson designed a digital dead volume control system with 17 steps, see figure 5 below. It was fast, both up and down in power. Mean pressure was 110 bar at step 1 to 16. The last 17th step emptied the dead volumes to minimum pressure, thereby increasing the engine mean pressure to 150 bar. Design principle is shown in Figs. 5 and 6.
Sven Håkansson now left United Stirling. His belief in the Stirling engine for passenger car propulsion had faded. The author took over as project leader with special responsibility to find auxiliaries for the car installation. Lennart Lundström also joined the group with a responsibility to install the complete engine in the car, and make it work!
Osaako joku sanoa, miksi ei Saab tai Sisu koskaan innostunut? Raskaassakalustossahan olisi suoranainen hyöty saada hukkalämpö kylmäksi ja talvioloissa lämmöksi tavaratilaan.
DIRECT-POWERED STIRLING CAR IN THE WORLD
In July 1972 Ford Motor Company had signed an agreement with Philips in Eindhoven to develop a 170 hp swash-plate engine for the 1975 Ford Torino passenger car, see ref. 2 by C M Hargreaves which gives the full history and description the Stirling development at Philips. It was demonstrated in April 1976. But Ford wanted an early preview and feeling of how a Stirling engine behaves in a car, and ordered also an installation of the V4X31 in a Ford Pinto car with automatic transmission, all to be done by United Stirling.
The swept volume was increased to 4-90 (bore 50 mm, stroke 46 mm) and the design pressure to 150 bar to get more power. The heater was more like the 4-65 swash-plate with a single row with wire-wound tube surface enlargement. Tubes were horizontal.
Now, the biggest concern was the power control system! The mean pressure control system used by Philips on the 4-235 bus had two disadvantages: Power reduction was very slow. It took 30 seconds to pump down the mean pressure and the engine had to be short-circuited to get the power down. The other disadvantage was that it took too long time (seconds) to fill the engine to high power. Too rapid filling resulted in an unpleasant torque drop when demanding full power. The bus could live with a filling time of five seconds (which gave no torque drop), but a passenger car is judged slow by a customer if full throttle is achieved in more than 0.5 seconds.
So, the innovative Sven Håkansson designed a digital dead volume control system with 17 steps, see figure 5 below. It was fast, both up and down in power. Mean pressure was 110 bar at step 1 to 16. The last 17th step emptied the dead volumes to minimum pressure, thereby increasing the engine mean pressure to 150 bar. Design principle is shown in Figs. 5 and 6.
Sven Håkansson now left United Stirling. His belief in the Stirling engine for passenger car propulsion had faded. The author took over as project leader with special responsibility to find auxiliaries for the car installation. Lennart Lundström also joined the group with a responsibility to install the complete engine in the car, and make it work!
Vastaukset 12
Vanhimmat
Aina säännöllisin välein näitä Stirlingin uudelleen "keksijöitä" näyttää löytyvän ja erityisesti silloin kun energian hinta tai saatavuus heilahtelee.
Kulta-aikaa taisi olla 70-luku, useimpine öljykriiseineen ja keskieuroopassa muutamiin kaupunkibusseihin ympättiin näitä tulevaisuuden pelastajia.
Kaikki valmistajien tai kehittäjien esitteet lupasivat pelkkää ruusuista tulevaisuutta kuten yleensäkin tapauksissa joissa rahoittajat olisi saatava mahdollisimman anteliaiksi.
Todelliset kokeilut tai kenttäkokeiden tulokset ovat kuitenkin aina haihtuneet vähin äänin kuulumattomiin, kuten koko Stirling moottorikin, kunnes taas on nähty ajan olevan "sopiva".
Itse moottori on jo parisataa vuotta vanha keksintö, joka on ainoastaan suljetulla kierrolla toteutettu höyrykone.
Edes höyrykoneen korvaajaksi siitä ei koskaan ollut ja polttomoottorin keksiminen hautasi sen lopullisesti.
Yleensä Stirlingmoottorin yhteydessä unohdetaan, että kysymyksessä ei ole moottori, vaan lämpöenergiaa mekaaniseksi työksi muuttava kone.
Näiden kaasun paisuntaan perustuvien muuntimien hyötysuhde on yleensä maksimissaan vajaa 60 % ja kun lämmön tekemiselläkin on oma hyötysuhteensa, niin kokonaisuutena voi esitetty 35-40 % olla hieman toiveekkaasti esitetty arvio.
Polttomoottori tuottaa sekä lämpöenergian, että muuttaa sen työksi, samassa suljetussa tapahtumassa ja hyötysuhdekkin on parhaimmillaan yli 50 % .
Myös samantehoinen moottori olisi Stirlinginä moninkertaisesti painavampi,ja kalliimpi valmistaa kuin vastaava polttomoottori.
Sen käynnistäminen veisi aina aikaa höyryn lämmittämisineen ja tehonsäädön hitaus vaatisi ajoneuvokäytössä lisäratkaisuja, kuten esim sähkömoottorit ja Stirling pyörittämään generaattoria.
Historian aikana yksikään autonvalmistaja ei ole vakavissaan ottanut kehiteltäväkseen tätä höyrykonemuunnosta ja toistuvista hehkutteluista huolimatta vain jotkut ropelihatut tai asiaa tuntemattomat jaksavat uskoa sen tulemiseen, ruokkimalla itseään ajatuksella että kehittely on kannattavaa, kunhan valmistustekniikka ja pahimmat ongelmat saadaan ratkaistuksi tai että kehitystä olisi jarrutettu joidenkin intressiryhmien taholta..
Muutenhan kone on oikein kiva lisä siihen monenkirjavaan "mukava tietää" joukkoon.
Niin ja sitä hukkalämpöå syntyy aivan riittävästi polttomoottorissakin, ja sen talteenottokin on helpompaa kuin Stirlingissä, jossa hukkaa tulee sekä koneessa että polttimessa.
Ei siellä mitään höyryä ole, vaan mieluummin Heliumia ja se on lisäksi mahdollisimman kuivaa.
Olisi muuten jo heti alussa ollut höyrykonetta parempi, mutta Stirlingin ajatuksia ei ymmärretty ja osa hänen ideoistaa hylättiin (mm. ylipaine ja regeneraattorit). Jos asiat olisivat menneet teknisesti oikein, ei höyrykonetta olisi koskaan otettu niin laajaan käyttöön kuin missä se aikanaan oli.
"Polttomoottori tuottaa sekä lämpöenergian, että muuttaa sen työksi, samassa suljetussa tapahtumassa ja hyötysuhdekkin on parhaimmillaan yli 50 % ."
Kerropas vielä missä autokäyttöön sovelletussa polttomoottorissa päästään normaalikäytössä 50% hyötysuhteeseen edes kampiakselin päästä mitattuna. Ei siis sekunnin ajaksi jossain ääriolosuhteessa vaan ihan normaalissa arkiajossa koko matkan yli laskettuna.
Stirlingin uusi tuleminen voi muuten hyvinkin koittaa jos joku valtio ryhtyy subventoimaan "kotimaisia" polttoaineita joiden käyttö otto- tai dieselmoottorissa ei ole ihan ongelmatonta.
Hybridiautossa päästään eroon valtaosasta stirlingin ongelmista jos tuota käytetään vain pyörittämään akkuja lataavaa generaattoria kaiken aikaa maksimihyötysuhteella ja varsinainen liikkuminen hoidetaan sähkömoottoreilla.
Vedät mutkia suoraksi kovin kevyin perustein. Kaupallisessa käytössä sähköntuottajana stirlingejä toimii hyvällä menestyksellä. Solo, Whisper ja Mikrotec myyvät 2-3 kW sähköntuottajia, jotka antavat vielä 8-12 kW lämmitystehon. Hyötysyhde on 40+45%.
Vehkeet painavat alkaen 35 kg noin sataan kiloon ja toimivat huollotta vuoden = n.8000 tuntia! (polttomoottorit max. 1000-1500 t.)
Kokonaiskäyttöajaksi luvataan 40 000 tuntia, eli viisi vuotta yhtäjaksoista käymistä. Siinä kalpenee kaikki otot ja dieselit.
Autotehtaiden kokeilujen todellisia tuloksia ei ole saatavilla. Meilläkin on nyt TKK:ssa ja VTT:ssä herätty ja otettu museosta koekone (tekniikan museon laite, rakennettu v.1938!!!) käyttöön tai kyhätty stirlingin tapainen, että on päästy edes mittaamaan jotakin.
Volvon kokeilu päätyi henkilökunnan uhkailuun salassapidosta. Bedford käytti kuorma-autoja pari vuotta ja testeistä tihkui tieto, että vain vaihdelaatikkoa pitää muuttaa useampi pykäläiseksi, koska stirlingin käyttöalue oli 600- 1400 kieppiä. Sitten englesmannit vetivät kokeet piiloon ja julistivat moottorin sotasalaisuudeksi. Sekin valtiosalaisuutena pantiin poiiloon. Miksi? Sukellusveneissä on stirlingejä käytössä mm. naapurissa Ruotsissa.
Suomessa on omasta puujalostusteollisuudesta liikatuotantona parafiinia, metalolia ja muita palavia nesteitä. Niitä viedään nyt valtion tuella ulos teollisuuskäyttöön. Haluaako esim. Fortum hillitä stirling- tutkimusta?
Rekkojen etuseinään laitetaan tuhottaman kalliita kylmäkoneita ja lämmitysjärjestelmiä käyttämään öljyä. Miksi, jos energia olisi niin helppoa ottaa käyttöön dieselistä?
Stirlingejä ei tarvitse "uudelleenkeksiä" Robert sen keksi 1816. Nasa tutkii sitä kiihkeästi ja tietysti valtiosalaisuutena ja strategisena USA:n projektina. (onko terrorismin vastaista, vai vapaan maailman jokin muu juttu?)
Taisi terminologia hieman sekoittaa.
Kyllä siellä nimenomaan on höyryä, mieluimmin vielä yksiatomista, jonka ominaislämpö vakiopaineessa/vakiotilavuudessa on suurempi.
Vesihöyryn käyttö ei tietenkään ole mielekästä.
Stirlingin idea kyllä ymmärrettiin, ja käyttöä rajoitti sen aikainen valmistustekniikka ja jo mainittu vaikea tehonsäätö.
Höyrykoneita pystyttiin kohtuullisen toimivaksi valmistamaan hyvin yksinkertaisilla työkaluilla ja halpaan hintaan.
Höyrykoneesta voidaan tietysti olla montaa mieltä ja nykymittapuun mukaan se oli alkeellinen ja epätaloudellinen, mutta se oli kiistatta oman aikansa energiantuottaja, joka käynnisti teollisen tuotannon, eli kyllä ne asiat taisi mennä juuri oikein.
Höyrykoneenkin elinkaari jatkuu vielä todennäköisesti kauan, muoto vain on kehittynyt niin että paisunnasta ei hyödynnetä painetta sellaisenaan, vaan se muutetaan liike-energiaksi turbiinin siipiä pyörittämään ja jo kohtuullisen hyvällä hyötysuhteella.
Tuohon ensimmäiseen sen verran, että autokäytöstä en puhunut mitään, yli 50% hyötysuhteella löytyy polttomoottoreita varmasti enemmän, kuin 35% hyötysuhteella käyviä Stirlingmoottoreita.
Ja siihen, että näitä erikoisuuksia on myymmissä pieniä määriä, ollut kai yhtä kauan kuin polttomoottoreitakin ja itse jo selititkin koko mahdottomuuden.
Jos 2-3 kW tuottavasta moottorista tulee lämpöä 8-12 kW niin saadaan jonkinlainen kuva laitteen edullisuudesta (muuten voimalakäytössä päästään höyryturbiineillakin yli 80 % kokonaishyötysuhteeseen kun lämpö otetaan hyötykäyttöön) ja kun hinta vielä on moninkertainen niin käyttö rajoittuu harvoihin erikoiskohteisiin, mikään massatuote siitä ei todennäköisesti tule, vaikka valmistajat lupaisivat nitä nielikuvituksellisimpia käyttöaikoja tai muita ominaisuuksia.
Mitä erkoista etua on esim höyryturbiiniin verrattuna, jos käyttö on sähkön tuotto vakiokierroksilla ?
Olen itsekin vuosien varrella lukenut huvittuneena sangen mielikuvituksellisia selityksiä hankkeiden kariutumisiin,
No näitä samoja tarinoita on muutkin käyttäneet vastaavissa tilanteissa, ja jotkut kai olettavat, että sitä uskottavampaa, mitä hurjempi huhu, vai uskotko edes itsekään, että joku Nasa tai Britihallitus olisi estänyt kehitystyötä melkein 200 vuotta " ? "
Eri energialähteiden käyttö on vähän monihaaraisenpi juttu, ja Stirlingmoottori ei taatusti ole siihen mikään ratkaisu.
Ei Pörje kannattaisi olla liikkeellä noin varmoin mielipitein, kun rivien välistä paistaa mutumutumutu ja vääriä käsityksiä energian ominaisuuksista. Vastaan vain muutamaan.
Moottoriteknologian maailmanlaajuisissa tiedoissa ei esiinny yli 50% hyötysuhdetta. Sellaiseen ei yllä Wärtsilän koneetkaan, jotka on kirjallisuudessa huipputestauksissa saatu väliaikaisesti 45% akselihyötysuhteeseen. Ne mainitaan suurimpien hyötysuhteiden haltijana lyhytaikaisessa kokeessa.
Stirling- teknologiassa on muutama ylivoimainen ominaisuus. Sen sylinteri tekee työtahdin jokaisella kierroksella. Paineellinen helium toimii myös voiteluna, palaminen tapahtuu lähes täydellisesti, käyntihiljaisuus, polttoainetaloudessaan moniruokainen ja termotekniikaltaan ihanteellinen paikallislämmön tuottamiseen, sekä mekaaniselta kestävyydeltään pitkäikäinen.
Kockums telakka varustaa Gotland ja Östersjön sukellusveneet stirlingillä. Tuhansien tonnien massat liikkuvat 34-45 vuorokautta veden alla. He kokeilivat ja laskivat polttokennotekniikkaa, mutta päätyivät stirlingiin. Molemmat käyttävät paineellitettua vetyä ja puhdasta happea. Koon kasvaessa moottorin hyötysuhde saadaan yli maagisen 50 % ja lisäksi hukkalämpö talteen 45 %. He olisivat voineet käyttää höyryturbiinia, mutta sukellukset olisivat jääneet 18-20 vuorokauteen samalla vety/hapen määrällä. Siitä voidaan päätellä sen teknologian paremmuus.
Höyrytekniikassa kattilavalmistajat puhuvat absoluuttisesta hyötysuhteesta, polttoaineen sisältämän energian ja ulossaatavan höyryenergian erotuksesta. Turbiinvalmistajat vuorostaan mekaanisesta hyötysuhteesta, paisuntasuhteesta ja absoluuttisesta suhteesta. Kaikki hieman eri asioita. Myydään turbiineja joista sanotaan saatavan 92 prosenttinen hyötysuhde. Sellaista ei voi kieltää, jos lasketaan mekaanista suhdetta. Sama turbiini antaa paljon alemman absoluuttisen hyötysuhteen. Silloin ei välitetä minne vielä tavattomasti energiaa sisältävä höyry joutuu.
SMT yhtiöllä on sarjatuotannossa biokaasuilla toimivia stirlingejä teholuokassa 350-850 kW.
Kyllä stirlingille on tulevaisuutta. Sitä on paljon enemmän, kuin otto- ja dieseltekniikalle konsanaan 20-30 vuoden aikana.
Mitä tulee hallituksien toimintatapaan energiatekniikassa, niin ei ole mitään yhtenäistä totuutta, tai salaisuutta. Katso kuinka toimii Ruotsi ja Suomi. Naapuri kokeilee, kehittää ja on meistä edellä parikymmentä vuotta niin tuulivoimassa, stirlingeissä, maalämmössä, kuin biokaasumoottoreissakin.
Salaisuuksista puheenollen 1970- luvulla USA:n hallitus kielsi nikkeli-kadiumakun tuotekehitystietojen julkisen esilläpidon N-liittoa ja Kiinaa vastaan. Suomen hallitus allekirjoitti monia lupauksia ja vakuutteluja, että IBM:n tietotekniikkaa ei pääse Varsovanliiton maiden edustajat näkemäänkään valtion tietokonekeskuksessa tai Postipankissa. Vielä 80-luvulla 88-prosessorin toimintaperiaate oli kielletty opetusalue ulkomaalaisille.
Muistan, kuinka vanhalla Polilla Hietalahdessa oli 1963 rehtorin avaimella sulkema huone, jossa säilytettiin RR eli Rollisin kaasuturbiinin kaaviokuvat, Lucaksen uusi vaihtovirtalaturi ja At&At yhtiön transistorin räjähdyskuvia. Sellaista on kun suojellaan tietoa.
Taitaa se Wärtsilän konekin yltää reilusti yli 50 % hyötysuhteeseen
Fuel consumption at maximum economy is 0.260 lbs/hp/hour
http://www.bath.ac.uk/~ccsshb/12cyl/
Ota englanninkielen suursanakirja ja tekniikan sanakirja esille. Lue koko teksti huolella. Tutustu Wartsilan omaankin (www.wartsila.com) koetulokseen. Palatkaamme sitten asiaan, kun käsitteet ovat kohdallaan ja kielenhuolto kunnossa
Tarinoissasi höyrytekniikasta kävi jo selville, että käsityksesi hyötysuhteista ei ole aivan kirkas tai on pahasti vinoutunut.
Tästä voi virkistää muistia noin aluksi ihan suomen kielellä.
http://fi.wikipedia.org/wiki/Hyötysuhde
Moottoreille käytetään yleisimmin SFC-arvoa joka on vain erilainen tapa ilmaista sama asia, eli yksinkertaisesti hyödynnettävän mekaanisen työn suhde kulutetun polttoaineen lämpösisältöön.
Tässä lisää linkkiä ko moottorista
http://en.wikipedia.org/wiki/Wartsila-Sulzer_RTA96-C
Mikä mahtaa asiassa vielä olla epäselvää, vai intätkö vain inttämisen ilosta.
Ny kun näyttää siltä ettei öljyä enää riitä kaikille, pitäisi kiireesti alkaa kehittää yksinkertaisia strirlingejä kehitysmaihin. Aikanaan stirlingejä on käytetty länsimaissakin seppien koneiden pyöritykseen (muistaakseni Colt teki niitä) ja esim. pienitehoisina popcorn-koneissa (siis jo silloin muinoin).
Erityisen järkevää olisi mikäli stirling yhdistetään hiilenpolttoon niin että haihtuvat ja nestemäiset yhdisteet voidaan polttaa hyödyksi. Siis ongelma on siinä että esim. afrikassa poltetaan hiiltä talouskäyttöön niin ettei mitään oheistuotteita käytetä hyödyksi, vaan aineet palavat turhaan ja osittain valuvat maaperään pilaamaan pohjavesiä. Tietenkin koko hiilenpoltto on tyhmää mutta iltanuotioilla on kuulemma mukava istua kun savu ei mene silmiin, eli siksi siis hiiltä. Aavikoituminen muuten johtuu siellä suuresti suuri hiilenpoltosta, sen energiatalous kun ei ole kovin hyvä.
Aurinkoenergian käyttö on tietysti myös jo testattu juttu, joka soveltuisi erityisen hyvin noille etelänmaille.
Tääällähän on ärhäkäs ja osaava keskustelu. Kahlasin itse päivän asiasta netissä ja huomasin, että asia on puitu useampaankin kertaan. Googlessa on ehkä paras suomeksi. Kieliä osaaville on saksaksi monta hyvää palstaa ja yllätykseksi tanskalaiset ovat innoissaan biokaasu- eli sianpaska stirlingeistä.
Tuo hyötysuhdeasiahan on moniteräinen juttu. Akselihyötysuhde tai totaalinen hyötysuhde polttoaineen energiasta on käytön kannalta tärkeä. Jos hukkalämpä hyödynnetään prosessissa, niin stirling on edullinen ja ylivoimainen juttu. Käyttökohteina kauppapuutarhat, kotieläintuotantolaitokset ja aluelämmitys rivitaloihin.