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Stirlingmotor-Regeneratorökonom

1816-11-16
  • Robert Stirling
Regeneratormatrix eines Stirlingmotors, die die thermische Energiespeicherung in der Thermodynamik veranschaulicht.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Der Regenerator, auch „Ökonomisator“ genannt, ist Robert Stirlings bedeutendster Beitrag und der Schlüssel zum hohen Wirkungsgrad der Maschine. Er ist ein interner Wärmetauscher, der während des Zyklus thermische Energie speichert und wieder abgibt. Wenn heißes Gas zur kalten Seite strömt, gibt es Wärme an die Regeneratormatrix ab, die dann vom kalten Gas auf seinem Rückweg zur heißen Seite aufgenommen wird.

Die Funktion des Regenerators besteht darin, das Arbeitsgas vor dem Eintritt in den Hauptkühler vorzukühlen und vor dem Eintritt in den Haupterhitzer vorzuwärmen. Dadurch wird die Wärmemenge, die während der isochoren (volumenkonstanten) Phasen des Kreislaufs von extern zugeführt und an die externe Senke abgegeben werden muss, drastisch reduziert. In einem idealen Regenerator entspricht die während der isochoren Kühlung vom Gas an die Matrix übertragene Wärme exakt der während der isochoren Erwärmung an das Gas zurückgeführten Wärme. Diese interne Wärmerückführung ermöglicht den idealen Stirling Der Wirkungsgrad des Kreislaufs muss dem Carnot-Wirkungsgrad entsprechen.

Die Entwicklung eines effektiven Regenerators erfordert ein sorgfältiges Abwägen verschiedener Faktoren. Er muss eine hohe Wärmekapazität zur Speicherung ausreichender Energie, eine große innere Oberfläche für einen schnellen Wärmeaustausch und eine hohe Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Gasströmung aufweisen, um diesen Austausch zu ermöglichen. Gleichzeitig muss er jedoch eine geringe Wärmeleitfähigkeit parallel zur Gasströmung besitzen, um zu verhindern, dass Wärme den Kreislauf umgeht und vom warmen zum kalten Ende geleitet wird. Darüber hinaus muss er einen geringen Luftwiderstand aufweisen, um den Energieaufwand zu minimieren. Pumpe Das Gas wird hindurchgeleitet, und es muss ein Mindestvolumen an Gas (Totvolumen) enthalten, um das Verdichtungsverhältnis des Motors zu maximieren. Gängige Materialien sind Stapel aus feinem Metalldrahtgewebe, Metallschaum oder Keramikmatrizen.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Thermodynamik

Typ

Physikalisches Gerät

Störung

Revolutionär

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Grundprinzipien der Wärmeübertragung (Wärmeleitung, Konvektion)
  • Verständnis der Wärmekapazität von Materialien
  • Frühe Konstruktionen von Wärmetauschern und Rekuperatoren in Industrieöfen

Anwendungen

  • hocheffiziente Stirlingmotoren für Solarenergie und chp
  • Kryokühler und Pulsschlauchkühlschränke, bei denen die Regeneration für das Erreichen von entscheidender Bedeutung ist kryogen Temperaturen
  • thermoakustische Motoren und Kühler
  • Gastrennverfahren
  • Giromill-Kryokühler
  • bestimmte Arten von Gas-Kreislauf-Wärmepumpen

Patente:

  • GB 4081 of 1816

Potenzielle Innovationsideen

  • Funktional abgestufte Regeneratormaterialien mit unterschiedlicher Porosität und Wärmekapazität
  • 3D-gedruckte Mikrogitter-Regeneratoren für optimierten Strömungs- und Wärmetransfer
  • Phasenwechselmaterialien werden in die Regeneratormatrix integriert, um die Wärmespeicherdichte zu erhöhen.
  • selbstreinigende Regeneratoren für Motoren, die mit unreinen Biomassebrennstoffen betrieben werden
  • magnetokalorische Materialien, die in Regeneratoren für magnetische Kühlkreisläufe verwendet werden
  • regenerators with integrated Katalysatoren for internal fuel reforming
  • flexible, faserbasierte Regeneratoren, die sich komplexen Formen anpassen können
  • Thermoelektrische Materialien, die den Regenerator beschichten, erzeugen aus dem thermischen Gradienten Sekundärenergie.
  • akustische Resonatoren zur Verbesserung des Wärmeaustauschs innerhalb der Regeneratormatrix
  • regenerators made from carbon nanotube foams for ultra-low weight and high surface area
Bezogen auf: Regenerator, Wärmetauscher, thermischer Wirkungsgrad Stirlingmotorisochorer Prozess, Wärmespeicherung, Arbeitsmedium, Carnot-Wirkungsgrad, Pumpverlust, Totvolumen.

Historischer Kontext

Stirlingmotor-Regeneratorökonom

1802
1810
1816
1816-11-16
1820
1820
1822
1802
1808
1811
1816-11-16
1820
1820
1821
1822

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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