Stirlingmotom kommer

av Putte Kråkström Forum 1982-12, sida 57-59, 25.08.1982

Taggar: Teman: motorer

Experiment i Sverige visar:

Stirlingmotorn kommer

Vad sägs om en maskin på 70 kilowatt, som går praktiskt taget lika ljudlöst och vibrationsfritt som en rakapparat, avger ungefär lika miljövänliga avgaser som en arbetshäst, har en verkningsgrad som med god marginal slår såväl dieslar som bensinmotorer och kan drivas med såväl fast som flytande bränsle?

En önskedröm för energispapare och miljökämpar?

Javisst, men drömmen är ytterst påtaglig och befinner sig för närvarande nära serieproduktion.

Forum 12/82

I Kalifornien har man nått gåda resultat genom att låta en stirlingmotor omvandla solenergi till el-ström.

e Det handlar om stirlingmotorn. En uppfinning som för 160 år sedan patenterades av den skotska prästen Roberg Stirling och under de senaste 14 åren fått något av en pånyttfödelse hos det svenska företaget United Stirling AB i Malmö.

I början av 1940-talet satte holländska Philips i gång med att utveckla den gamla stirlingprincipen. Avsikten var i första hand att få fram en lämplig drivenhet till små generatorer för portabla radioappareter. Därav blev inte mycket, men man lyckades bla framställa en synnerligen funktionsduglig marinmotor som dock aldrig sattes i serieproduktion.

1968 bildade det svenska skeppsvarvet Kockums och Förenade Fabriksverken utvecklingsbolaget United Stirling AB som övertog Philips försök med stirlingmotorn. I dag är företaget överlägsen marknadsetta på området och har ett hundratal anställda i Sverige och USA.

För fyra år sedan började United Stirling, på uppdrag av Förenta Staternas energidepartement och NASA, att utveckla en stirlingmotor för persovbilsbruk. Målsättningen var att 1984 kunna presentera en drivenhet med 30 Aa bättre verkningsgrad än motsvarande bensinmotor. Dessutom ställdes krav på renare avgaser och lägre bullernivå. För projektets finansiering avdelade amerikanerna 30 milj. dollar.

Redan nu har arbetet lett till positivt resultat. — Vi har lyckats konstruera en motor som gott klarar alla de krav som våra amerikanska uppdragsgivare väntat sig.

— En stirlingmotor med en uteffekt på 70 kilowatt har provkörts både i Sverige och USA och rent tekniskt har vi lyckats verifiera dess prestanda, berättar teknologie licenciat Torbjörn Lia.

Det lär dock dröja ett bra tag innan de första serietillverkade stirlingmotorerna återfinns som drivkällor till personbilar på öppna marknaden. 1 dag kämpar biltillverkarna med svåra lönsamhetsproblem. Något, som effektivt begränsar utvecklingen av nya innova tioner. — 57

En Stirlingmotor monterad i en Opel personbil. Motorn kan utan några som helst förändringar drivas med praktiskt taget vilket flytande bränsle som helst. Framför den runda förbrännaren syns en fläkt som tillför luft till förbränningen, som sker under atmosfäriskt tryck vilket gör att avgaserna blir praktiskt taget fria från föroreningar. Eftersom förbrämningen är konstant uppstår inget buller från explosioner i cylindrarna. Tryckbehållaren till vänster innehåller arbetsgas.

Mod-1 motorn för personbilsbruk utvecklar 58 kw (72 hkr.) och har en verkningsgrad på 37,5 24. De bästa dieselmotorerna kommer upp till en verkningsgrad på ungefär 35 24 och de mest ekonomiska bensinmotorerna till ca 27 2.

— Bilindustin är en enorm apparat som arbetar med stora serier. De traditionella motorerna har skaffat sig ett rejält fotfäste och konkurrenspositionen för en helt ny typ av motor är inte den lättaste.

— Vi har visserligen lyckats bevisa att vår motor är tekniskt bättre än de konventionella men vi måste ännu visa att också tillverkningen kan bli ekonomiskt försvarbar, säger Torbjörn Lia.

58

De kostnadsförslag som United Stirling tillsvidare fått för serietillverkning av stirlingmotorer ger vid hand att den nya kraftkällan skulle bli 25—30 £ dyrare att tillverka än en konventionell motor.

Det hela måste dock sättas i sina rätta proportioner.

Utvecklingen av den traditionella explosionsmotorn har pågott oavbrutet i över hundra år. Den rationella bearbetningen av stirlingmotorn har däremot bara pågått i några decennier.

— Därför måste man ändå anse att vi kommit väldigt långt i vårt utvecklingsarbete, säger Torbjörn Lia. Vi har ju inte enbart haft mindre tid på oss. Rent ekonomiskt har vi bara förfogat över en bråkdel av de resurser som bilindustrin kunnat använda för sina strävanden att få fram nya och bättre motorer.

Då det gäller anpassandet av nya bilmotorer rör det sig också om politik. När olika regeringar börjar ställa hårdare krav på bränsleförbrukning och miljövänlighet anses stirlingmotorns konkurrensläge hamna i en helt nytt läge.

Att anpassa bensin- och dieselmotorer till de skärpta bestämmelser som redan länge varit på tapeten i t ex US skulle vara ekonomiskt mycket betungande. Dessutom skulle det förmodligen betyda att man blev tvungen att dra ned på motorernas prestanda, vilket naturligtvis i allra högsta grad skulle gagna stirlingmotorn.

Solenergi

Det faktum, att personbilsindustrin för tillfället tycks ha slagit dövörat till har dock inte fått de svenska innovatörerna på knä. Tvärtom, på United Sterling anser man, att det finns många områden där stirlingmotorns egenskaper kommer ännu bättre tillrätta.

Det kanske intressantaste projekt man för närvarande har på gång är stationerat i det soliga Kalifornien. Det har nämligen visat sig att stirlingmotorn är den överlägset effektivaste omvandlaren av solenergi till elkraft.

Man har helt enkelt riktat speglarna från en solfångare mot värmaren i en stirlingmotor. På så sätt har man lyckats tillvarata hela 26 2 av den energi som träffar solfångaren. Med fotoceller kan man bara tillvarata 6—8 2 av motsvarande energi och med ångdrivna genera 6 I princip påminner stirlingmotorns funktion mycket om explosionsmotorns. Huvudskillnaden är att bränsle-explosionen som sätter kolvarna i rörelse ersatts med en arbetsgas (vanligen väte eller helium) som i ett slutet system expanderar under uppvärmning och komprimeras vid avkylning.

Motorn består av en kall del som kyls med kylvatten och en varm del, upphettad av en förbrännare som befinner sig utanför motorblocket. Under motorns gång förflyttas arbetsgasen mellan den varma och den kalla delen och på så sätt uppnås tryckförändringar i cylindern.

Mellan den varma och den kalla delen passerar gasen en regenerator som upptar värme då gasen lämnar den varma delen och avger värme när den lämnar den kalla sidan.

Bränslet, eller förbränningsprodukterna, kommer alltså aldrig i kontakt med vare sig kolvar eller cylindrar. Därför är motorn i princip oberoende av hur värmen tillförs. Huvudsaken är att gasen på den varma sidan uppnår en temperatur på ca. 700 grader Celeius och på den kalla sidan kyls ned till ca. 70 grader.

Motoreffekten regleras genom att ändra trycket på arbetsgasen.

Olika typer av flytande bränslen kan användas utan några som helst förändringar i brännkammaren. Det är bara tillförseln som behöver regleras. Bensin, gas, diesel. alkoholföreningar osv. vållar inga problem. Man har tillochmed provkört med Jamaicarom.

Också fasta bänslen kan användas, även om man haft vissa sotningsproblem. Kol och sågspån har gett gott resultat och i

Så fungerar stirlingmotor framtiden kan olika avfallsprodukter bli en viktig energikälla. På Ceylon har man kört stirlingmotorer från sekelskiftet med torkad gödsel och enligt hörsägan hållit motorerna i gång utan större svårigheter.

Att ”trimma” en stirlingmotor är åtminstone teoretiskt en enkel procedur.

Vill man ha ut mer effekt gäller det bara att öka temperaturskillnaden mellan motorns varma och kalla del. Något som dessvärre kan leda till att metalldelarna i bränslekammaren smälter. Vissa keramiska material har dock visat sig klara även sådana värmepåfrestningar och för tillfället pågår prov vid temperaturer upp till 1000 grader.

I marinmotorer är det något lättare att öka temperaturskillnaden. Vatten kyler effektivare än luft, vilket gör det lättare att sänka temperaturen i motorns kalla del.

Stirlingmotorer som anpassats till bilar påminner mer om dieslar än bensinmotorer. T ex. Sveriges Konung, som haft glädjen att provköra en stirling-driven personbil konstaterade helt sanningsenligt, att den inte var riktigt lika vass som hans Porsche.

Därför kan man med fog anta att stirlingmotorerna i början har lättare att vinna popularitet hos tillverkare av tyngre fordon. Ett antagande som ytterligare förstärks av att motorn har extremt bra prestanda vid låga varvtal.

Det är inte bara bilar, båtar och generatorer som med gott resultat drivits med stirlingmotorer. Man har också uppnått goda resultat vid applicering till en värmepump för utnyttjande av jordvärme för husuppvärmning.

Forum 12/8 torer har man i bästa fall kommit upp till 16 6.

Eftersom solfångarens spegelyta utgör den verkligt stora kostnaden när man vill utvinna denna typ av energi har naturligtvis verkningsgraden en stor betydelse.

— Vi räknar med att kunna konstruera ett aggregat som i serietillverkning har en monterad tillverkningskostnad på 2000 kronor per kilowatt effektkapacitet, berättar Torbjörn Lia, — en kostnad som ligger betydligt lägre än då man tillämpar andra metoder för att utvinna solenergi.

Det är framför allt det amerikanska kraftbolaget Southern California Edison Company som tänt på iden att utvinna solenergi med hjälp av stirlingmotorer. Företagets representanter talar to m om att man på detta sätt skulle kunna producera elektricitet till en kostnad som väl kan konkurrera med såväl vatten som atomdrivna kraltverk.

Eftersom vatten kyler effektivare än luft lämpar sig stirlingmotorn mycket bra för marina ändamål. Det var bl a av den anledningen som Kockums och FFV på sin tid ville satsa på utvecklingen av den nya drivkällan.

I dag står olika off-sbore tillämpningar högt på United Strilings prioriteringslis ta. Man har inlett samarbete med norska offshoreföretag och för tillfället håller man, tillsammanse med franska Comex-industries, på med provkörning av en motor för submarina ändamål.

Besparingar vid gruvdrift

De rena avgaserna är ett speciellt argument när man vill introducera stirlingmotorn som kraftkälla till gruvmaskiner.

— Det man förlorar i dyrare tillverkningskostnader kan man spara genom att inte behöva bygga ut lika dyra ventilationsanläggningar, förklarar Torbjörn Lia.

Samma argument bör hålla vid marknadsföring av el-generatorer för inomhusbruk. Dessutom är ju den tysta gången en klar fördel. Hörselskydd är en onödig detalj om man skall arbeta intill en stirlingmotor.

Ingen är profet i sitt eget land

United Stirling har redan hunnit ut veckla att omfattande internationellt samarbete. Största delen av företagets nuvarande projekt drivs i samarbete med utländska företag.

På hemmaplan ser det däremot sämre ut.

— På lång sikt är det svårt att spekulera i vad en serietillverkning av stirlingmotorer kan betyda för det svenska näringslivet, säger marknadsdirektör Herbert Nilsson.

— En stor del av de delar vi i dag använder för våra motorer har tagits från konstruktioner som redan serietillverkas utanför landet.

— Däremot har vi ju hunnit skaffa oss ett försprång när det gäller knowhow på området, vilket naturligtvis kan betyda att vissa komponenter, som är specifika för stirlingmotorn kan börja tillverkas i Sverige.

På lång sikt är det inte United Stirlings målsättning att bedriva tillverkning i stor skala. Man vill i stället koncentrera sig på utveckling och försäljning av licensoch patenträttigheter.

Från finskt håll har det än så länge inte visats något större intresse för stirlingmotorn. Enligt utsago har man haft kontakt med två av våra storföretag men något samarbete har ännu inte utvecklats. Putte Kråkström

INTER-CONTINENTAL HELSINGFORS Ett ypperligt kongresshotell

Mässan är uppdelad enligt ovan

Utvecklingen av kontors- och datatekniken fortsätter. Tekniken blir allt mer förfinad. Systemen allt mer avancerade. Olika funktioner samordnas och fler branscher far möjlighet att utnyttja den nya tekniken.

Hur kan tekniken utnyttjas inom ditt arbetsomrade? Hur kommer din arbetsmiljö att utformas? Besök Data Kontor Miljö 82 i Stockholm med närmare 300 utställare på över 19 500 m? - Nordens största kontors och datamässa nagonsin.

DATA KONTOR MILJO 8 30 sept — 6 okt 1982

Entré: 20:- eller inbjudningskort fran utställare (Barn under 16 ar endast i malsmans sällskap) Öppet: vard 10-18, lörd-sönd 10-15. Tisd 5/10 10-20

Arrangörer: Stockholmsmässan och LKD, Leverantörföreningen Kontors- och Datautrustning.

Forum 12/8 erat”

Idealiskt läge nära stadscentrum. Expressbuss från flygfältet. 465 förstklassiga komfortabla rum. Ett flertal konferensrum. Komplett teknisk utrustning.

Stockholmsmässan, Älvsjö Atta & INTER: CONTINENTAL HELSINKI

Mannerheimvägen 46 Tel. 90-441331, Telex 12215 59