Ähnlich wie ein typischer Stirlingmotor läuft ein LTD-Stirlingmotor, wenn ein Teil des Motors erhitzt und ein anderer Teil gekühlt wird. LTD ist die Abkürzung für Low Temperature Differential. Wenn ein Stirlingmotor eine niedrige Temperaturdifferenz hat, bedeutet dies, dass er laufen kann, wenn die warme Seite nicht viel wärmer als die kühle Seite ist. Anders gesagt, der Unterschied zwischen der warmen und der kalten Seite ist sehr gering. Einige LTD-Motoren können mit nur 1/2 °C betrieben werden.
LTD-Stirlingmotoren und ihre Verwendung verstehen
Eine Animation des weltweit ersten Stirlingmotors mit niedriger Temperaturdifferenz. 1983 von Ivo Kolin gebaut.
Motoren, die mit warmem Wasser oder Eiswürfeln betrieben werden können, können schwer zu verstehen sein.
Sehr geringer Wärmeunterschied erforderlich
Der zum Betrieb eines LTD-Stirlingmotors erforderliche Temperaturunterschied ist so gering, dass er die Auswahl an nutzbaren Wärmequellen erweitert. Wenn LTD-Stirlingmotoren in großem Maßstab jemals kommerziell entwickelt werden, würde dies eine effektivere Nutzung von Energiequellen bedeuten.
Mögliche Wärmequellen
- Passive Solaranlage
- Geothermische Energie
- Deponiewärmeenergie
- Eingefangene Wärme von Häusern
- Abwärme aus industriellen Prozessen
- Abwärme von Automotoren
Großer LTD-Stirlingmotor, der mit solarbeheiztem Öl betrieben wird
Hier ist ein Video der größten LTD-Motoren, die ich je gesehen habe. Diese Motoren realisieren die Nutzung passiver Sonnenenergie. Ich liebe den Sound, der von diesen LTD-Motoren erzeugt wird.
Verfügbarkeit von LTD-Motoren
Derzeit sind die meisten der verfügbaren LTD-Stirlingmotoren kleinere Modellgrößen. Diese werden in der Regel zur Demonstration in einer Bildungsumgebung gekauft. Viele werden jedoch auch von Liebhabern von Modellmotoren gekauft.
Grundkomponenten und Bedienung
Die Grundelemente eines LTD-Motors sind die gleichen wie bei jedem anderen herkömmlichen Stirlingmotor. Die gebräuchlichste LTD-Motorkonfiguration ist ein Stirling vom Typ Gamma.
Komponenten auflisten
- Kolben (oft aus Graphit)
- Verdränger (häufig aus styroporartigem Material)
- Zylinder (aus Glas, manchmal aus Metall)
- Pleuel und Gestänge (normalerweise präzisionsgefertigtes Metall)
- Schwungrad (aus Metall, Glas oder Plexiglas)
- Heiße Seitenplatte oder Wärmetauscher (aus Metall, meist Aluminium)
- Kaltseitenplatte oder Wärmetauscher (aus Metall, meist Aluminium)
Die Form einer LTD
Die Geometrie eines LTD-Motors unterscheidet sich von einem Motor mit einem großen Wärmeunterschied. Die Form eines LTD-Motors ist durch die physikalischen Gesetze des Universums begrenzt. Sie haben also ein relativ großes Volumen an Arbeitsflüssigkeit und Verdränger, um die geringen Energiemengen auszugleichen, die verfügbar sind, wenn sie mit solch kleinen Wärmeunterschieden laufen.
Stirlingmotoren verwenden als Arbeitsmedium (Gas) in vielen Fällen typische atmosphärische Luft. Die Luft muss ausreichend erhitzt werden, um sich auszudehnen und den Kolben um die entsprechende Strecke nach außen zu drücken, damit der Motor läuft.
Beim Stirling mit hoher Temperaturdifferenz wird relativ wenig Gas erhitzt. Ein LTD-Stirlingmotor zielt darauf ab, das Gegenteil zu tun. Um die geringe Wärmedifferenz auszugleichen, erwärmt es eine relativ große Gasmenge.
Dies führt zu Konstruktionen von LTD-Stirlingmotoren, die eine relativ große Oberfläche für die Heiz- und Kühlplatten haben. Diese Platten ermöglichen die Beeinflussung eines größeren Gasvolumens.
Es ist auch notwendig, einen Verdrängungskörper zu haben, der nahezu die gleiche Oberfläche wie die Heiz- und Kühlplatten hat. Der Verdränger ist fast immer leicht und hat hohe Isoliereigenschaften.
Aufgrund der großen Oberfläche, die für die heißen und kalten Platten benötigt wird, haben LTD-Stirlingmotoren viele interessante Konfigurationen. Sobald Sie verstehen, wie ein Stirlingmotor funktioniert, ist es einfach, einen LTD zu identifizieren.
LTD-Motoren haben ein großes Volumen an Arbeitsflüssigkeit (das Gas im Motor), das im Verhältnis zum Antriebskolbenvolumen erwärmt und gekühlt wird, manchmal 50 zu 1. Dieses Verhältnis spielt auch eine große Rolle bei der Bestimmung der Motorform.
Um ein großes Gasvolumen zu bewegen, ist ein richtig geformter Verdränger erforderlich. Auch ein leichter Verdränger mit großer Oberfläche und kurzem Hub ist notwendig und typisch für LTD-Motoren.
Betrieb eines LTD-Stirlingmotors
LTD-Stirlingmotoren können laufen, solange ein ausreichender Temperaturunterschied zwischen der warmen und der kalten Platte besteht. Die Kühlplatte hat normalerweise nur Kontakt mit der Atmosphäre. Wenn Sie also drinnen sind, ist der Kühlkörper die Luft im Raum. Manchmal kann der Raum die Wärmequelle sein. Wenn Sie Eis auf die kalte Seitenplatte legen, fließt die Wärme aus dem Raum durch den Motor und in das Eis.
Bücher zum Thema
Eine Einführung in Stirlingmotoren mit niedriger Temperaturdifferenz von Jame R. Senft ist eine großartige Einführung in LTD-Motoren. Das Buch enthält Geschichte, Theorie, Betrieb und sogar eine Reihe von Plänen zum Bau eines LTD-Stirlingmotors.
Andere Wärmequellen für Motoren des Modells LTD
Alles, was warm genug ist, um die kleine Wärmedifferenz zu erzeugen, die für den Betrieb einer LTD erforderlich ist, funktioniert. In vielen Fällen nur die Wärme Ihrer Hand.
- Die Hitze, die von einem CRT-Computermonitor aufsteigt.
- Die Hitze, die von Ihrem Computer aufsteigt.
- Verdunstung von Wasser von der kühlen Seitenplatte.
- Die Hitze der Sonne, die auf die warme Platte trifft (dies kann die Oberseite sein, wenn der Motor rückwärts läuft).
- Eis auf der kalten Seite des LTD-Stirlingmotors (dies kann bei den meisten LTD-Motoren auch auf beiden Seiten sein).
- Die Wärme einer Glühbirne.
- Die Wärme, die beim Sitzen auf einer Tasse mit erhitztem Getränk gesammelt wird.
- Die Wärme, die vom Raum gesammelt wird, wenn man auf einer Tasse kaltem Getränk sitzt.
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