Működésének a lényege
Két remek videó, amely többet mond minden más szónál:
Hőenergiából állítunk elő igen erős hangot (gáz oszcillációt), az rezegtet egy dugattyút vagy membránt, amely egy lineáris generátor segítségével elektromos energiát termel.
Elérhető hatásfok állóhullámú gépnél kb. 8-20% körül, de már kevésbé fejlesztik, mert a haladó hullámú (stirling-ciklusú) 1,5-2-szer jobb hatásfokú., így ezekkel 30-35% feletti is elérhető!
A hang (Érdekesség)
Normál beszélgetés 1m-ről 40-65db
65dB-nél a nyomásváltozások értéke: 0.05 Pa
Légkalapács 1m-ről 100db
Vuvuzella kürt 1m-ről 120db
Fájdalom küszöb 120-130db
Ennél 30000-szer nagyobb intenzitású a
165db, (aminél állítólag leég a hajad )
( 180db-nél a nyomásváltozások értéke: 0.3 bar
http://www.youtube.com/watch?v=HXedcb27who
A termoakusztikus generátorok általában 2-3 vagy akár 40-szeres nyomáson üzemelnek egy-két kivételtől eltekintve a levegőnél ideálisabb munkaközeggel például héliummal.
A generátor használhatósága
Napenergia
Folyamatenergia (hulladékhő)
geotermikus energia
klipufó hőjének újra felhasználás
Általános generátor, amely bármivel fűthető
A termoakusztika egyéb területei
- Gáz cseppfolyósító
- Hűtőgépek
- Orvostudomány- képalkotó eszköz
- Pulse Jet hajtómű
Története
Higgins éneklő lángja:
-Byron Higgins tevékenysége a legkorábbi 1777-ből,
Higgins egy függőleges csőben helyezett el hidrogénlángot és így kapott egy jelentős, nagy amplitúdójú hangot.
Higgins éneklő lángja:
Rijke-cső
Itt láthatjátok és hallhatjátok Rijke csővet, a működését is magyarázzák a (Szertár) videón:
http://youtu.be/cxJuN9HsMFI
Elérhető hatásfok állóhullámú gépnél kb. 8-20% körül, de már kevésbé fejlesztik, mert a haladó hullámú (stirling-ciklusú) 1,5-2-szer jobb hatásfokú., így ezekkel 30-35% feletti is elérhető!
Érthetőbben elmagyarázva, arra törekszünk, hogy olyan hőlégmotorokat, stirling gépeket csináljunk, amelyek kevesebb anyagot, és alkatrészt tartalmaznak, és egyszerűbb a felépítésük. A free dugattyús stirling gépeknél láthattuk, hogy el tudták hagyni a forgattyús szerkezeteket (lendkereket, hatókarokat, stb.), sőt olyan gépet is bemutattunk, ahol a dugattyút, vagy dugattyúkat nem tömör szilárd anyagból, még csak nem is rugalmas membránból készítik, hanem folyadékból, vagyis vízdugattyúról beszélhetünk. A termoakusztikában még tovább lépünk, és levegőből készítjük el a dugattyúkat, vagy persze olyan gázból, amivel megtöltjük a gépet. Ez nem túl bonyolult, hiszen ha egy csőbe gáz van, akkor a benne lévő gáznak tömege és rugalmassága is van, gondoljunk csak egy autó gázrugó lengéscsillapítójára! Vagyis ha egy csövet veszünk, akkor geometriailag rögtön kialakítottunk egy gázdugattyút benne, amit nem kellett a hengerhez pontosan esztergálni, nem kopik, nem korrodál, nem drága, de tartós! Tehát alább leginkább olyan gépeket mutatunk, ahol legalább az egyik dugattyú gázból van!
Normál beszélgetés 1m-ről 40-65db
65dB-nél a nyomásváltozások értéke: 0.05 Pa
( A gáz elmozdulás: 0.2 μm
A hőmérséklet változások: 40 μK )
Városi közlekedés 85dbLégkalapács 1m-ről 100db
Vuvuzella kürt 1m-ről 120db
Fájdalom küszöb 120-130db
Ennél 30000-szer nagyobb intenzitású a
165db, (aminél állítólag leég a hajad )
( 180db-nél a nyomásváltozások értéke: 0.3 bar
A gáz elmozdulás: 10 cm
A hőmérséklet változások: 24 K )
Elméleti max. légköri nyomáson kb. 194dbhttp://www.youtube.com/watch?v=HXedcb27who
A termoakusztikus generátorok általában 2-3 vagy akár 40-szeres nyomáson üzemelnek egy-két kivételtől eltekintve a levegőnél ideálisabb munkaközeggel például héliummal.
Nem kell rá hangszigetelés, hang szerencsére nem jön ki belőlük, mivel zárt a rendszer és a gép fala elég vastag ahhoz, hogy ne deformálják a gáznyomások! Bármily meglepő ez elegendő ahhoz, hogy ne jöjjön ki hang belőle, max. halk búgás hallható, mivel a bent tomboló nyomáshullámok, esetleges membrándugattyúk kicsit rázzák az egész gépet.
A termoakusztikus generátor egyszerű felépítése révén olcsóbb lehet, mint akár egy fosszilis energiát használó eszköz, és mivel minimális benne mozgó alkatrész, rendkívül megbízható, és hosszú élettartamú.
A generátor használhatósága
Napenergia
Folyamatenergia (hulladékhő)
geotermikus energia
klipufó hőjének újra felhasználás
Általános generátor, amely bármivel fűthető
A termoakusztika egyéb területei
- Gáz cseppfolyósító
- Hűtőgépek
- Orvostudomány- képalkotó eszköz
- Pulse Jet hajtómű
- Sugárhajtású repülőkben, rakétákban, kéményekben, egyéb belső égésű „csövekben”, hatóművekben az égés olyan nagy teljesítménysűrűségű, hogy olyan erős termoakusztikus jelenség léphet fel, amely károsíthatja a hajtóművet, építményt. A termoakusztika egyik ága ezen káros jelenségek kivédésével foglalkozik.
Története
Higgins éneklő lángja:
-Byron Higgins tevékenysége a legkorábbi 1777-ből,
Higgins egy függőleges csőben helyezett el hidrogénlángot és így kapott egy jelentős, nagy amplitúdójú hangot.
Higgins éneklő lángja:
Itt láthatjátok és hallhatjátok Rijke csővet, a működését is magyarázzák a (Szertár) videón:
http://youtu.be/cxJuN9HsMFI
itt egy másik:
https://www.youtube.com/watch?v=hMf8Rn4bdME&t=11s
A Rijke-cső biztonságosabb mint Higgins éneklő lángkísérlete, mert nem kell hidrogént használni. Manapság pedig gyakran elektromos fűtést is használnak hozzá, így kényelmesebb is.
A Rijke-csőben állóhullámú hang jön létre, amelynek a hullámhossza kb. fele a cső hosszának..
Sondhauss-cső
http://www.youtube.com/watch?v=anALGe4iBWY
Ez egy olyan cső, amelynek az egyik vége zárt.
Később a stack használatával jelentősen megnőtt a hatékonysága és ereje.
(A fizika tanárok sokkal jobban járnának, ha Rijke-cső helyett ezt használnák, Mert ez egyszerűbb, olcsóbb, és nem kell akkora hő sem, de kevésbé ismerik vagy nem tudják, hogy kellően lazának kell lennie a stack-nek, ezért nem sikerül nekik a kísérlet...)
A jelenlegi legfontosabb fejlesztők honlapjai:
http://www.aster-thermoacoustics.com/
http://www.prismnet.com/~frg
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/
Állóhullámú generátorok leírása:
Nagyjából erről van szó, vagyis egy Soundhauss csőről:
http://www.youtube.com/watch?v=anALGe4iBWY
Felépítése:
http://youtu.be/iv4eTkwjUCY
Kétfelé lehet csoportosítani a félhullámú gépeket. . Az egyikben a nyomás ide-ode pattog ennek a frekvenciája alacsonyabb, megegyezik azzal mikor ennek a félhullámú gépnek a hosszának a felét vesszük, és negyedhullámúként számoljuk.
A következő lépcsőfok PL Rijke volt, aki a fizika professzora volt, az aleideni holland egyetemen 1859-ben. Ő használt 0,8 m hosszú és 3,5 cm átmérőjű üvegcsövet. Benne, kb 20 cm-re az alsó végétől elhelyezett egy dróthálót. A csövet függőlegesen tartotta, és a dróthálót vörös izzásig hevítette. Amikor eltávolította a lángot a csőből, kb. 10 másodpercig, amíg nem hűlt le a háló, nagyon hangos hang keletkezett.
Állítólag Rijke kollégái panaszkodtak mivel a hang zavaró volt három szobányira is a laboratóriumtól. (Ehhez kb. 1kW elektromos áram volt szükséges…)A Rijke-cső biztonságosabb mint Higgins éneklő lángkísérlete, mert nem kell hidrogént használni. Manapság pedig gyakran elektromos fűtést is használnak hozzá, így kényelmesebb is.
Lord Rayleigh volt, aki megírta a tankönyvét (Theory of Sound) a témában1877-ben, és amit még mindig használnak az akusztikai mérnökök. Előadásain öntöttvas csövet használt, amely 1,5 m hosszú és 12 cm átmérőjű, két réteg vasdrótból készült szitát tett a cső alsó negyedébe. Az extra szitaszövet használatával több hőt lehetett a rendszerbe vinni, így az hosszabb ideig produkálta a hangot. Egyik könyvében ((1879) “Acoustical observations) azt írta, hogy a hang annyira intenzív volt, hogy megrázta a szobát!
Érdekesség, hogy a "fordított" Rijke hatás is működik, vagyis, hogy a Rijke csövön meleg levegő áramlik át a hideg fémszitán – ezt először Rijke munkatársa Johannes Bosscha figyelte meg, majd ezt követően vizsgálta a német fizikus, Peter Theophil Rieß.(lejjebb a gőzakusztikus részben is a meleg gőz kondenzál le a "szitán")
A Rijke-csőben állóhullámú hang jön létre, amelynek a hullámhossza kb. fele a cső hosszának..
Sondhauss-cső
Ez egy olyan cső, amelynek az egyik vége zárt.
Erre a jelenségre először 1850-ben üvegfúvók hívták fel a figyelmet, és Karl Friedrich Julius Sondhauss (1815-1886) német fizikus írta le. Lord Rayleigh pedig megírta ehhez is a magyarázatot.
Akkoriban még sem raktak bele stack-et (általában nagyon laza fémvatta), hanem egy olyan csövet alkalmaztak, amelynek a vége egy gömb volt, és a gömb tövénél kellett melegíteni. Később a stack használatával jelentősen megnőtt a hatékonysága és ereje.
(A fizika tanárok sokkal jobban járnának, ha Rijke-cső helyett ezt használnák, Mert ez egyszerűbb, olcsóbb, és nem kell akkora hő sem, de kevésbé ismerik vagy nem tudják, hogy kellően lazának kell lennie a stack-nek, ezért nem sikerül nekik a kísérlet...)
A termoakusztikus generátorok fejlesztésének története:
1962-ben Carter kísérletezett különböző Sondhauss csövekkel kísérletezett,hogy növelje a teljesítményt. Nemsokkal később Feldman 600W hőbevitellel 27 W akusztikai teljesítmény ért el. Merkli Thomann 1975-ben rájött, hogy akusztikai hullámokkal hőszivattyút lehet működtetni, vagyis kitalálta a termoakusztikus hűtőgépet.
1962-ben Carter kísérletezett különböző Sondhauss csövekkel kísérletezett,hogy növelje a teljesítményt. Nemsokkal később Feldman 600W hőbevitellel 27 W akusztikai teljesítmény ért el. Merkli Thomann 1975-ben rájött, hogy akusztikai hullámokkal hőszivattyút lehet működtetni, vagyis kitalálta a termoakusztikus hűtőgépet.
A termoakusztikus elven működő eszközöket két nagyobb csoportra oszthatjuk: az egyikben állóhullámok alakulnak ki, a másik típusban haladó hullámokat gerjesztenek. Ceperley (1979) kitalált egy olyan termoakusztikus berendezést, melynek alapjául a Stirling motor szolgált, de az eredeti Stirling motort úgy alakította át, hogy a mozgó alkatrészeket elhagyta. Ceperley felfedezése után számos kutató kísérletezett az eszköz további fejlesztésével. Ennek során különböző méretű és számú csövekből álló kötegeket (stack) és hőcserélőket helyeztek el az eszközben, így növelni tudták a teljesítményt és a hatásfokot is.
Nikolaus Rott (ETH-Zürich) leírja elméletét, ami a mai napig alapja a termoakusztikus vizsgálatoknak. Az úgynevezett Taconis oszcilláció megértése motiválta ahol a cső egyik végét hűtik és közben spontán oszcilláció keletkezik benne. Az Ő munkájára alapozta Höfler (1986-ban) az első hangszóróval meghatott hűtőszekrény megépítését. Hatásfoka 12% volt, 200 K fokot ért el, és 3W-ot a teljesítménye!
Wheatley és mtsai (1985) által kifejlesztett hőcserélőket használták. Fontos lépés volt a DeltaEc nevű szimulációs szoftver kifejlesztése 1994-ben. 1999-ben épült az első haladóhullámú gép a Los Alamos National Laboratories-ban (LANL)
Wollan és mtsai (2002); készítettek egy állóhullámokkal működő termoakusztikus motort, melynek teljesítménye 17 kW, a hatásfoka 18%. Yazaki és mtsai (1998), illetve Kees de Blok (1998) haladóhullámokkal működő termoakusztikus berendezéseket terveztek. Ezek speciális termoakusztikus Stirling motorok, mozgó alkatrészek nélkül, de a Ceperley (1979) féle alapkonstrukciót továbbfejlesztették. A berendezésekben speciális hőcserélő, stack, hő visszanyerő (regenerator), hő pufferelő (thermal buffer), áramlás visszacsatoló cső található; a teljesítményük néhány kW, a hatásfokuk 30% körül van. Backhaus és Swift (2000, 2001), Backhaus (2002), illetve Gardner és Swift (2003) terveztek egy olyan termoakusztikus motort, melyben kaszkád kapcsolásban egy darab állóhullámokkal működő és két darab haladóhullámokkal működő berendezést kapcsoltak össze. Ez az eszköz megbízható, a teljesítménye és a hatásfoka meghaladhatja a korábbi termoakusztikus berendezések jellemzőit. A gyártási költségek alakulása dönti el, hogy a közeljövőben milyen mértékben terjednek el ezek az eszközök (Beke, 2011b). A termoakusztikus energiaátalakítás lényege, hogy a hanghullámok tulajdonságait használja a közvetlen hő-villamos energia konverzióhoz. A jövőben kiválthatja a kondenzációs hűtőgépeket és hőszivattyúkat, illetve megoldást és versenytársat fog jelenteni a foto-voltatikus rendszereknek (napelemek). Napjainkban intenzív kutatás folyik egy különleges fűtő-hűtő-áramfejlesztő eszköz létrehozására. A SCORE nevű berendezést négy brit egyetem, számos afrikai és ázsiai egyetem kutatói, a Los Alamosi Nemzeti Labor, és újabban a hollandiai ASTER, egy nemzetközi jótékonysági szervezettel karöltve, közösen fejleszti. A szerkezet biomasszával üzemel, tehát a faforgácstól kezdve a biogázokig rengetegféle anyaggal fűthető. A SCORE-ban tulajdonképpen termoakusztikus úton állítanak elő áramot. Az égés során keletkezett hőből „hangot állítanak elő”, majd ezt a hangot „árammá alakítják”, ami üzemelteti a hűtőszekrényt és ezen kívül áramforrásként is szolgál. Az elkövetkező néhány évben a projekt két állomáson megy keresztül. Az elején a tudományos kutatásokra fókuszálnak. Ide tartozik egy biomasszával fűtött termoakusztikus hajtómű tervezése, amely áramgenerátorként és hűtőgépként is funkcionál; illetve olcsó és robusztus váltakozó áramú generátor tervezése, amely alkalmas a tömegtermelésre. Ezt követően az érintett lakosság körében szeretnék a technológiát megismertetni és elterjeszteni. Ha a berendezést sikerül úgy megépíteni, hogy gazdaságosan működtethető legyen, akkor a világ olyan részein is használható lesz, amelyek eddig nem is álmodhattak róla; így az eszköz Afrika és Ázsia legszegényebb vidékeire juttathatja el a hatékony fűtés, hűtés és áramfejlesztés megfizethető lehetőségét.
(Szerintem nem a harmadik világ számára fejlesztik, hanem az összeomlás utáni túlélőknek! -a honlap szerkesztője)
Ennek a résznek az alapforrása: (Beke Tamás, 2011b). és Nikolas Fidorra Braunschweig, 17.8.2012 diplomamunkája volt!Nikolaus Rott (ETH-Zürich) leírja elméletét, ami a mai napig alapja a termoakusztikus vizsgálatoknak. Az úgynevezett Taconis oszcilláció megértése motiválta ahol a cső egyik végét hűtik és közben spontán oszcilláció keletkezik benne. Az Ő munkájára alapozta Höfler (1986-ban) az első hangszóróval meghatott hűtőszekrény megépítését. Hatásfoka 12% volt, 200 K fokot ért el, és 3W-ot a teljesítménye!
Wheatley és mtsai (1985) által kifejlesztett hőcserélőket használták. Fontos lépés volt a DeltaEc nevű szimulációs szoftver kifejlesztése 1994-ben. 1999-ben épült az első haladóhullámú gép a Los Alamos National Laboratories-ban (LANL)
Wollan és mtsai (2002); készítettek egy állóhullámokkal működő termoakusztikus motort, melynek teljesítménye 17 kW, a hatásfoka 18%. Yazaki és mtsai (1998), illetve Kees de Blok (1998) haladóhullámokkal működő termoakusztikus berendezéseket terveztek. Ezek speciális termoakusztikus Stirling motorok, mozgó alkatrészek nélkül, de a Ceperley (1979) féle alapkonstrukciót továbbfejlesztették. A berendezésekben speciális hőcserélő, stack, hő visszanyerő (regenerator), hő pufferelő (thermal buffer), áramlás visszacsatoló cső található; a teljesítményük néhány kW, a hatásfokuk 30% körül van. Backhaus és Swift (2000, 2001), Backhaus (2002), illetve Gardner és Swift (2003) terveztek egy olyan termoakusztikus motort, melyben kaszkád kapcsolásban egy darab állóhullámokkal működő és két darab haladóhullámokkal működő berendezést kapcsoltak össze. Ez az eszköz megbízható, a teljesítménye és a hatásfoka meghaladhatja a korábbi termoakusztikus berendezések jellemzőit. A gyártási költségek alakulása dönti el, hogy a közeljövőben milyen mértékben terjednek el ezek az eszközök (Beke, 2011b). A termoakusztikus energiaátalakítás lényege, hogy a hanghullámok tulajdonságait használja a közvetlen hő-villamos energia konverzióhoz. A jövőben kiválthatja a kondenzációs hűtőgépeket és hőszivattyúkat, illetve megoldást és versenytársat fog jelenteni a foto-voltatikus rendszereknek (napelemek). Napjainkban intenzív kutatás folyik egy különleges fűtő-hűtő-áramfejlesztő eszköz létrehozására. A SCORE nevű berendezést négy brit egyetem, számos afrikai és ázsiai egyetem kutatói, a Los Alamosi Nemzeti Labor, és újabban a hollandiai ASTER, egy nemzetközi jótékonysági szervezettel karöltve, közösen fejleszti. A szerkezet biomasszával üzemel, tehát a faforgácstól kezdve a biogázokig rengetegféle anyaggal fűthető. A SCORE-ban tulajdonképpen termoakusztikus úton állítanak elő áramot. Az égés során keletkezett hőből „hangot állítanak elő”, majd ezt a hangot „árammá alakítják”, ami üzemelteti a hűtőszekrényt és ezen kívül áramforrásként is szolgál. Az elkövetkező néhány évben a projekt két állomáson megy keresztül. Az elején a tudományos kutatásokra fókuszálnak. Ide tartozik egy biomasszával fűtött termoakusztikus hajtómű tervezése, amely áramgenerátorként és hűtőgépként is funkcionál; illetve olcsó és robusztus váltakozó áramú generátor tervezése, amely alkalmas a tömegtermelésre. Ezt követően az érintett lakosság körében szeretnék a technológiát megismertetni és elterjeszteni. Ha a berendezést sikerül úgy megépíteni, hogy gazdaságosan működtethető legyen, akkor a világ olyan részein is használható lesz, amelyek eddig nem is álmodhattak róla; így az eszköz Afrika és Ázsia legszegényebb vidékeire juttathatja el a hatékony fűtés, hűtés és áramfejlesztés megfizethető lehetőségét.
(Szerintem nem a harmadik világ számára fejlesztik, hanem az összeomlás utáni túlélőknek! -a honlap szerkesztője)
A jelenlegi legfontosabb fejlesztők honlapjai:
http://www.aster-thermoacoustics.com/
http://www.prismnet.com/~frg
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/
Állóhullámú generátorok leírása:
Nagyjából erről van szó, vagyis egy Soundhauss csőről:
http://www.youtube.com/watch?v=anALGe4iBWY
Felépítése:
Lényegében egy Sondhauss-cső aminek a kísérleteim szerint az 1/3-hoz kell rakni a stack, a zárt végéhez közeli végét. A stack (illetve haladóhullámú gépek esetén, a regeneráló két oldalán) professzionális építés esetén hőcserélők illeszkednek, amelyek segítik a hő bevezetését a stack meleg oldalára és a hűtést a másik oldalán. A hőcserélők jó hővezetésű anyagból, általában rézből készült szita (esetleg több rétegben), vagy csatornákat tartalmazó tömbből, esetleg lemezekből áll, esetleg rézvezetékből gomolyag. A hőcserélők vastagsága egyenként nem haladja meg a stack-ét, de a regenerálóét sem.
Mint minden hőlégmotor, nyomás alatt bokrosodik meg, ezért, és mert nem szeretnénk megsüketülni, zárttá kell tenni a búgó csövünket.
Ha a búgó kémcsövet befogjuk, akkor mivel elhangoljuk a rendszert, a cső elhallgat.
Arra, hogy zárttá tegyük búgó csövünket, többféle lehetőség is van. A nyitott végű csövünknél, a légkörbe rezeg bele a légdugattyúnk, ha bezárjuk, akkor is valami ellenrugózást (rezonátort) kell hozzáillesztenünk, hiszen nem foghatjuk le, ill. be.
Rezonátorokról:
http://www.aster-thermoacoustics.com/wp-content/uploads/2013/02/Multi-stage-traveling-wave-feedback-thermoacoustics-in-practice-Kees-de-Blok.pdf
Félhullámú rezonátor:
Például, a búgó Sondhauss cső (gép) után, egy ugyanolyan Sondhauss csövet kell szivárgás nélkül hozzáilleszteni rezonátorként, így gond nélkül le lehet zárni a gépet. Alább egy videó róla, de itt tényleg nagyon fontos a stack helyzete, ha 5mm-van arrébb mint ahol kellene lennie, már nem működhet. A legjobb, ha állítható a csőhossz, és így be lehet állítani, hogy a stack megfelelő helyre kerüljön. Ez a kísérlet arra is jó, hogy megfigyeljük, pontosan hol a legjobb a stack, mivel így szinte csak akkor működik a gép, ha jó helyen van. De sokkal könnyebb a dolgunk, ha a kémcsőnél hosszabb csövet használunk, mert akkor viszont már nem kell annyira pontosan elhelyezni a stack-et. Az alábbi videón cső végén egy piezo lapka van, ami rezgésbe jön, és termeli az áramot a Led-ek számára. Nagyon fontos, ha ezt a kísérletet akarod reprodukálni, hogy egy LED-del nem működik (kettő LED kell párhuzamosan és ellentétes irányba kötve), illetve, hogy magasfényű vörös Led-eket érdemes használni.
Ebben a csőben már félhullám van, vagyis félhullámú gép, mert két Sondhauss csövet raktunk egybe. Ez azt jelenti, hogy "két gázdugattyú" van benne, ami a gép közepénél egymásnak van támasztva, és a dugattyúk ide-oda rugóznak a zárt cső két vége között. De úgy is el lehet képzelni, hogy egy dugattyút képzelsz el a zárt cső közepében, ami hol az egyik, hogy a másik oldalon lévő gázt sűríti-ritkítja. A negyedhullámúnál, az egy képzeletbeli dugattyú a légkör felől nyomódott a gépbe be és abból ki...
Alap kísérletben kémcsővel a gép könnyen kipróbálható. A titka, hogy a stack legyen laza, fény felé tartva menjen át rajta a fény. Sokkal könnyebben beindul a gép, ha a kémcsövet meghosszabbítod valamilyen csővel, akár papírcsővel, és így legalább 25-30cm hosszú gépet használsz. Ezen a videón látható, hogyan tudsz stack-et csinálni két perc alatt finom fémgyapotból, amit festék vagy barkácsboltban lehet venni. Ha ezt a fémszivacsot a zárt vége felől melegítjük negyed állóhullámú hangot kapunk. A negyedhullám azt jelenti, hogy a gáz a félig zárt csőbe és a légkörbe rugózik, mint egy dugattyú.
A frekvenciájának a kiszámítása:
--------------------------------------------------------------------------------------
Erre egy kis progi:
Egy állóhullámú termoakusztikus generátor frekvenciájának a kiszámítása
légköri nyomáson, levegővel:
--------------------------------------------------------------------------------------
Működése:
Erre egy kis progi:
Egy állóhullámú termoakusztikus generátor frekvenciájának a kiszámítása
légköri nyomáson, levegővel:
--------------------------------------------------------------------------------------
Működése:
4 alapvető jelenségre kell fókuszálnunk megértéséhez.
Az első termodinamikai, vagyis ha felmelegszik a gáz, akkor nő a nyomása, ami bővülésre ösztönzi, ha lehűl akkor zsugorodásra.
A második, hogy a gáz a zárt végű csőben rugóként viselkedik (gondoljunk csak a légrugóra).
A harmadik, hogy a csőben a gázoszlopnak tömege is van, így dugattyúként is viselkedik.
A negyedik az, hogy a gáz felmelegedése, és lehűlése időt vesz igénybe.
A negyedik az, hogy a gáz felmelegedése, és lehűlése időt vesz igénybe.
A gép úgy működik, hogy a stack (fémvatta) nagyon laza, át lehet látni rajta, ha fény felé tartod. Amikor a gépbe nyomódik a légdugattyú, akkor mivel a fémszálak között elég nagy a rés, kb 0,4mm közeli lehet az ideális, légköri levegőnél, kell egy kis idő, mire a gáz átveszi a hőmérsékletet, illetve leadja. A gépben így a nyomásnövekedés, és a melegítés közötti fáziseltolást, a hőcsere fáziskésése okozza. Ha építettél már hagyományos stirling gépet, akkor amikor kézzel mozgatod a kiszorítót, és fűtöd a gépet, akkor látod, hogy a munkamembrán követi a mozgást. Ha nagyon hirtelen mozgatjuk, akkor viszont nem követi, hanem van egy kis késése. Mert egy dolog, hogy átvittük a gázt a meleg oldalra, de annak még ott fel is kell melegednie:
http://indavideo.hu/video/LTD_Stirling_tesztelese
Az állóhullámú gépekben a laza, tökéletlen regenerátort stacknak hívjuk. A stirling ciklusú termoakusztikus gépekben a regenerátor ezzel szemben kb. nyolcszor sűrűbb, mert nem a hőcsere késésével, hanem a működéssel, akarjuk a fáziseltolást megcsinálni. Így ezeknek a gépeknek állítólag:
Brayton ciklusa van:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/hu/8/8c/Brayton_ciklus.png
és nem Stirling-ciklusa:
http://techni.tachemie.uni-leipzig.de/stirling/index.html
http://indavideo.hu/video/LTD_Stirling_tesztelese
Az állóhullámú gépekben a laza, tökéletlen regenerátort stacknak hívjuk. A stirling ciklusú termoakusztikus gépekben a regenerátor ezzel szemben kb. nyolcszor sűrűbb, mert nem a hőcsere késésével, hanem a működéssel, akarjuk a fáziseltolást megcsinálni. Így ezeknek a gépeknek állítólag:
Brayton ciklusa van:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/hu/8/8c/Brayton_ciklus.png
és nem Stirling-ciklusa:
http://techni.tachemie.uni-leipzig.de/stirling/index.html
Ugyanakkor én megkérdőjelezem ezt a bryton ciklust, szerintem ennek is stirling ciklusa van, csak vékonyabb a grafikonja...
A stack szálainak a távolságát, angolul a
Thermal penetration depth szóval jellemzik, amire kéne egy jó magyar szó. Valamiféle ideális hőátadási távolságról van szó... A stirling ciklusnál használt regenerálónál ez kb. 0.1 mm, a negyedhullámú gépeknél 0.4 körül lehet légköri nyomású levegőnél, de ezt még a frekvencia is módosítja.
http://www.dho.edu.tr/sayfalar/02_Akademik/Egitim_Programlari/Deniz_Bilimleri_Enstitusu/Dergi/04_2_TERMOAKUSTIK.pdf
A stack szálainak a távolságát, angolul a
Thermal penetration depth szóval jellemzik, amire kéne egy jó magyar szó. Valamiféle ideális hőátadási távolságról van szó... A stirling ciklusnál használt regenerálónál ez kb. 0.1 mm, a negyedhullámú gépeknél 0.4 körül lehet légköri nyomású levegőnél, de ezt még a frekvencia is módosítja.
http://www.dho.edu.tr/sayfalar/02_Akademik/Egitim_Programlari/Deniz_Bilimleri_Enstitusu/Dergi/04_2_TERMOAKUSTIK.pdf
Mint minden hőlégmotor, nyomás alatt bokrosodik meg, ezért, és mert nem szeretnénk megsüketülni, zárttá kell tenni a búgó csövünket.
Ha a búgó kémcsövet befogjuk, akkor mivel elhangoljuk a rendszert, a cső elhallgat.
Arra, hogy zárttá tegyük búgó csövünket, többféle lehetőség is van. A nyitott végű csövünknél, a légkörbe rezeg bele a légdugattyúnk, ha bezárjuk, akkor is valami ellenrugózást (rezonátort) kell hozzáillesztenünk, hiszen nem foghatjuk le, ill. be.
Rezonátorokról:
http://www.aster-thermoacoustics.com/wp-content/uploads/2013/02/Multi-stage-traveling-wave-feedback-thermoacoustics-in-practice-Kees-de-Blok.pdf
Félhullámú rezonátor:
Például, a búgó Sondhauss cső (gép) után, egy ugyanolyan Sondhauss csövet kell szivárgás nélkül hozzáilleszteni rezonátorként, így gond nélkül le lehet zárni a gépet. Alább egy videó róla, de itt tényleg nagyon fontos a stack helyzete, ha 5mm-van arrébb mint ahol kellene lennie, már nem működhet. A legjobb, ha állítható a csőhossz, és így be lehet állítani, hogy a stack megfelelő helyre kerüljön. Ez a kísérlet arra is jó, hogy megfigyeljük, pontosan hol a legjobb a stack, mivel így szinte csak akkor működik a gép, ha jó helyen van. De sokkal könnyebb a dolgunk, ha a kémcsőnél hosszabb csövet használunk, mert akkor viszont már nem kell annyira pontosan elhelyezni a stack-et. Az alábbi videón cső végén egy piezo lapka van, ami rezgésbe jön, és termeli az áramot a Led-ek számára. Nagyon fontos, ha ezt a kísérletet akarod reprodukálni, hogy egy LED-del nem működik (kettő LED kell párhuzamosan és ellentétes irányba kötve), illetve, hogy magasfényű vörös Led-eket érdemes használni.
http://youtu.be/iv4eTkwjUCY
Kétfelé lehet csoportosítani a félhullámú gépeket. . Az egyikben a nyomás ide-ode pattog ennek a frekvenciája alacsonyabb, megegyezik azzal mikor ennek a félhullámú gépnek a hosszának a felét vesszük, és negyedhullámúként számoljuk.
A másik, amikor a cső két vége egymással ellentétesen rezeg. Ekkor a cső közepén van a nyomás támaszpontja. A frekvencia a kétszerese az előző félének.
Tandem:
Negyedhullámú (Helmholtz) rezonátor:
A legáltalánosabb lezárás, hogy egy nagyobb tartályba (rezonátorba) kötjük a csövet (Helmholtz rezonátor). Ez azért jobb mint a félhullámú csőrezonátor, mert a sikeres kísérlethez nem kell olyan pontosan meghatározni a stack helyét A tartállyal a gép úgy viselkedik, mintha a cső nyitott lenne a légkör felé. A tartály avagy üreg, a légkör szerepét tölti be.
(Mint ahogy az ellapított gépről is látszik, a nagyobb termoakusztikus gépeknél gondot okoz a hőbevitel, illetve a hűtés, mivel külső melegítésű gépekről van szó és a gáz a regenerálóban ll. a hőcserélőkben egyenletesen áramlik. Vastagabb gépbe, így nehéz a hőcsere. Erre megoldás az Aster. Erről lejjebb bővebben!)
Itt az egyik megvalósult változat látható:
A gép tetején fő az étel, közben pedig áramot termel.
Az állóhullámú generátorok hatásfokát a cső akusztikus veszteségének nagyfokú lefaragásával tudták javítani!
Volt hogy a rezonátort szélesíteni akarták, de erről azóta kiderült, hogy tévút!
Tandem:
Az állóhullámú gépek egyik érdekes lezárási módja, amit BladeAttila tandem elrendezésűnek keresztelt el. Lényege, hogy két ugyanolyan méretű melegített állóhullámú gépet illesztünk egymással szemben, amitől nagyon stabil és megbízható konstrukciót kapunk.
Csak arra kell figyelni, hogy a kémcsövek végéihez mérten a stack-ek ugyanolyan távolságba legyenek, tehát a két gépnek amiket összeillesztünk, azonosak legyenek a méretei. Ennek a konstrukciónak a további előnye a nagyobb teljesítmény, hiszen dupla fűtés és dupla stack keresztmetszet van. Ha U alakban meghajlítjuk a gépet, akkor egy hőforrással is fűthető.
Negyedhullámú (Helmholtz) rezonátor:
A generátort (vagy piezo-t) általában a stack hideg oldalához teszik. A profi megoldásoknál általában ezt használják. Ebben az esetben nyitott gépnél is világítanak a LED-ek a kísérlet során.
A generátorunkat, piezot (vagy akármilyen membránt, lufit) a zárt vége helyére is lehet helyezni. Persze vigyázni, kell, hogy kis szivárgást se hagyjunk és hosszabb csövet használjunk, hogy messzebb legyen a hőtől a generátor. Ha azonban membránt használunk a zárt vég helyett, akkor puhítjuk a légrugót ( hiszen a gép egy légrugó, aminek a végét nem szilárdan rögzítjük most, hanem egy szintén rugalmas membránhoz), mintha meghosszabbítottuk volna a gép zárt végét, ezért a nyitott végét a valóságban is meg kell hosszabbítani, hogy ideális helyre kerüljön a melegítés helye. Így a stack nem a zárt végétől az 1/3-nál, hanem kisebb, akár 1/4 vagy 1/5-nél lesz (ha nagyon puha a membrán)! A zárt végén elhelyezett membrántól tehát így nem lesz rosszabb a gép, ha a méreteit vagy arányait megfelelően megváltoztatjuk! Sőt, mivel a membránnak kisebb a vesztesége mint a csőnek, még jobbnak is kell lennie. Hihetetlen, de a csőben a gáz áramlása a csővel való súrlódás, pontosabban a viszkozitása miatt veszteségesebb, mint a membrán, vagy egy jól elkészített szilárd dugattyú, ez az egyik nagy gond a termoakusztikus gépeknél!
Generátor a Helmholtz) rezonátorban:
Volt, hogy a Helmholtz rezonátor elejébe rakták a generátort, alább pedig egy példa, amikor bele építették.
A képen a Score egyik régebbi állóhullámú elképzelése látható (azóta a haladó hullámút fejlesztik ők is), amelyeket egyszerű kályhákba, tűzhelyekbe terveztek. A "kémcsövet" oldalsó irányban elnyújtották, így nagyobb, szélesebb lett a gép mérete, nagyobb teljesítményt tud leadni, de mivel vékony maradt a gép, a stack hőfelvétele és leadása biztosított maradt. A rezonátor dobozon oldalról egy hangszóró rezonál be, előállítva az elektromos energiát.
(Mint ahogy az ellapított gépről is látszik, a nagyobb termoakusztikus gépeknél gondot okoz a hőbevitel, illetve a hűtés, mivel külső melegítésű gépekről van szó és a gáz a regenerálóban ll. a hőcserélőkben egyenletesen áramlik. Vastagabb gépbe, így nehéz a hőcsere. Erre megoldás az Aster. Erről lejjebb bővebben!)
Itt az egyik megvalósult változat látható:
A gép tetején fő az étel, közben pedig áramot termel.
Veszteségek
A stack-ban és a csőben, ha turbulenciák alakulnak ki, az sem tesz jót a hatásfoknak állítólag!
Minél nagyobb a frekvencia, és ezért minél gyorsabb a gáz, annál nagyobb a stack "légellenállása"!
Ha csökkentjük a frekvenciát a gép, vagyis a cső hosszításával, akkor pedig a hosszú cső súrlódása, pontosabban a gáz viszkozitása lesz nagy.
A gép+ rezonátor mint cső, akusztikai súrlódása van. Ez, vagyis a cső a legnagyobb vesztesége a gépnek.
Volt hogy a rezonátort szélesíteni akarták, de erről azóta kiderült, hogy tévút!
A klasszikus cső gép doboz, vagy üreg rezonátorral (felül) , a javított, kúpos kialakítású gázdugattyúval (alul), így szélesebben kisebb a gáz viszkozitása ("súrlódása"). Oldalt a generátor lecsatlakozása a hideg hőcserélő oldalán.
Gedeon áramlás
Ha megnézed a stirling ciklus grafikonját akkor láthatod, hogy az ábra nem szimmetrikus. Amikor nő a nyomás, azaz tömörítés van, majd a gáz melegítése, akkor nagyobb lesz a nyomásváltozása, mint amikor ritkítás után van hűtés. Amikor elkerülős, de főleg hurok termoakusztikus stirling gépet használunk, akkor ezért a meleg oldalból kinyomódó gázdugattyú nagyobbat lök, mozdul, ezért egy káros áramlás alakul ki, ami elviszi a hőt a regenerátortól és komoly veszteséget okoz a gépben. Ezt a legegyszerűbben úgy lehet megállítani, ha membránt teszünk a gépbe, amin a nyomáshullám áthalad, de az áramlás nem, vagy jet pump alkatrésszel, ami hasonlóan működik, mint egy tökéletlen egyirányú szelep, és a nagyobb löket irányában folyt. Ez lerontja a gépet, de a hő megtartásával javítja, összességében pedig mégiscsak javítja. Egyéb megoldás is lehetséges...
Mechanikai rezonátor:
Legújabban úgy próbálják a súrlódást (valójában a gáz viszkozitását) csökkenteni, hogy a gázdugattyú helyett egyszerűen szilárd dugattyút használnak, amit súly, és rugó rendszerrel a gép elejében található gáz rezonanciájára hangolnak. Ezt mechanikai rezonátornak hívják (bővebben lejjebb)
Kísérleteimből kiindulva, most úgy gondolom, hogy a frekvencia lecsökkentésével az állóhullámú gépet lehet javítani. A frekvencia csökkentésével csökken a stack ellenállása, a csőnek viszont nő, de azt lehet mechanikus dugattyúval helyettesíteni.
A légpuffer részt nagyobbítani, de nem cső, hanem gömb alakban, vagy szintén mechanikus dugattyúval. A stack hosszabbításra is kényszerülhetünk közben, de azt ilyen esetben tovább kell lazítani. Talán lesz valaki aki kipróbálja...
Túl hosszú csőnél, illetve alacsonyabb frekvenciánál a cső, vagy ahogy tetszik, a gázdugattyú súrlódása (a gáz viszkozitása) olyan nagy lesz, hogy a gép hatásfoka annyira leesik, hogy az nem is működik.
Ezen állóhullámú gépek ciklusa nem Stirling ciklus, hanem Brayton. Igazából ezért kisebb a hatásfoka, a stirling-ciklussal rendelkező haladóhullámú gépeknél. A termoakusztikus gépek további fejlesztésénél tehát a cikluson akarnak javítani, így a Stirling ciklusú termoakusztikus gépek fejlesztésére jobban összpontosítanak. Azonban az állóhullámú gépek elkészítése egyszerűbb, így még versenyben vannak!
Állóhullámú generátorokról további infók:
http://www.baz.umd.edu/labs/thermoacoustic.html
http://alfin2300.blogspot.com/2010/07/score-stove-for-cooking-refrigeration.html
link 2
http://www.terpconnect.umd.edu/~mnouh/documents/full_paper_1013_20090517001632146.pdf
http://www.score.uk.com/research/Shared%20Documents/Score_Papers/ICSV16_Krakow_CJL_QMUL.pdf
Haladóhullámú gépek:
Ha hurok géppel kísérleteztek maradjatok elsőre a 400-450 Hz-es tartományban, kb 80cm hurok hossz 2cm szélesség. Az Asteres hurok frekvenciáját a hurok hossza adja, olyan lesz a frekvenciája, mint egy négyszer rövidebb negyedhullámú állóhullámú gépnek.
Még egyszerűbb, olcsóbb ha a stirling ciklusú gép csak egy csőből áll és nem hurokból, és minél rövidebből. Ha rövid a cső, akkor a gáz áramlásának a súrlódási vesztesége is kisebb.
Ezek két szilárd dugattyút is tartalmazhatnak, így pulse tube gépek, de a hagyományos alfa stirlinghez is be lehetne rakni. Nem egyszerű a kategorizálás...
A meleg messze kerül a dugattyútól, így az lehet akár membrán is. Ez alfa vagy alfa termoakusztikus gép? Nem könnyű erre válaszolnom.
Lehet ha csak regenerátor csöves alfát építenének, lehetséges, hogy sokkal jobb, és egyszerűbben megépíthető alfákat tudnának csinálni? Nem tudom...
Találtunk egy olyan dokumentumot, ahol utálás van egy hasonló gépről!
BladeAttila: "Az alfa Stream az a legrövidebb haladóhullámú gép (kevesebb) mechanikus alkatrészek nélkül:
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120012833_2012012536.pdf
A két végén jel vevő és adó van. A kapott jelet egy áramkör modulálja és állítja be a megfelelő fokos eltérést, ami a másik oldalon vissza van táplálva, evvel leutánozva egy haladóhullámú gép működését és vele együtt a hatékonyságát is!
Mivel elektromos áramkörön megy a jel, így rögtön ki is csatolható az energia belőle, nem kell egyéb ketyerét építeni hozzá.
Hűtőként csak a két hangszórót kell egymáshoz képest 90 fokkal meghajtani...
Friss: Ma már elterjedt a termoakusztikus hűtőknél a típus. Lendkerék nélküli free dugattyús gép generátorként nem működik, csak ha 3 vagy négy dugattyú van körbe kötve, lásd Aster loop gépet, vagy ezt:
http://english.ipc.cas.cn/ns/es/201406/t20140630_123545.html
Aktív membrános gép
Legújabban úgy próbálják a súrlódást (valójában a gáz viszkozitását) csökkenteni, hogy a gázdugattyú helyett egyszerűen szilárd dugattyút használnak, amit súly, és rugó rendszerrel a gép elejében található gáz rezonanciájára hangolnak. Ezt mechanikai rezonátornak hívják (bővebben lejjebb)
Kísérleteimből kiindulva, most úgy gondolom, hogy a frekvencia lecsökkentésével az állóhullámú gépet lehet javítani. A frekvencia csökkentésével csökken a stack ellenállása, a csőnek viszont nő, de azt lehet mechanikus dugattyúval helyettesíteni.
A légpuffer részt nagyobbítani, de nem cső, hanem gömb alakban, vagy szintén mechanikus dugattyúval. A stack hosszabbításra is kényszerülhetünk közben, de azt ilyen esetben tovább kell lazítani. Talán lesz valaki aki kipróbálja...
Túl hosszú csőnél, illetve alacsonyabb frekvenciánál a cső, vagy ahogy tetszik, a gázdugattyú súrlódása (a gáz viszkozitása) olyan nagy lesz, hogy a gép hatásfoka annyira leesik, hogy az nem is működik.
Ezen állóhullámú gépek ciklusa nem Stirling ciklus, hanem Brayton. Igazából ezért kisebb a hatásfoka, a stirling-ciklussal rendelkező haladóhullámú gépeknél. A termoakusztikus gépek további fejlesztésénél tehát a cikluson akarnak javítani, így a Stirling ciklusú termoakusztikus gépek fejlesztésére jobban összpontosítanak. Azonban az állóhullámú gépek elkészítése egyszerűbb, így még versenyben vannak!
Állóhullámú generátorokról további infók:
http://www.baz.umd.edu/labs/thermoacoustic.html
http://alfin2300.blogspot.com/2010/07/score-stove-for-cooking-refrigeration.html
link 2
http://www.terpconnect.umd.edu/~mnouh/documents/full_paper_1013_20090517001632146.pdf
http://www.score.uk.com/research/Shared%20Documents/Score_Papers/ICSV16_Krakow_CJL_QMUL.pdf
Haladóhullámú gépek:
https://www.researchgate.net/publication/12444316_A_thermoacoustic-Stirling_heat_engine_detailed_study_J_Acoust_Soc_Am
A haladó hullámú gépnek egyértelműen Stirling ciklusa van, és jobb lehet a hatásfoka állítólag másfélszer, kétszer, mint az állóhullámúnak!
A gépben sűrűbb regenerátor van, aminek nagyobb a termikus teljesítménye, és nem stack, így a fáziseltolást nem a hőcserélés késleltetésével (laza stack), hanem a gép egyéb működésével valósítjuk meg.
Az elnevezés kicsit megtévesztő, inkább stirling-ciklusú termoakusztikus gépnek kellene hívni őket, különösen a megkerülővel rendelkezőket, és inkább csak a hurkos, loop gépnél lehet szerintem haladóhullámról beszélni, kevésbé a TASHE gépnél.
Haladóhullámú gépek változatai:
1. visszacsatolós, ill. másképp megkerülős gépek (nevezzük TASHE típúsúnak).
2. hurok (loop) alakú gépek (nevezzük ASTER típusúnak).
3. cascad gépek (két fokozat)
4. alfa jellegű gépek, vagyis cső és egy fokozat. (pulse tube, vagy hagyományos alfa és temoakusztikus gép keveréke)
5. pulse tube jellegű gépek.)
A haladó hullámú gépnek egyértelműen Stirling ciklusa van, és jobb lehet a hatásfoka állítólag másfélszer, kétszer, mint az állóhullámúnak!
A gépben sűrűbb regenerátor van, aminek nagyobb a termikus teljesítménye, és nem stack, így a fáziseltolást nem a hőcserélés késleltetésével (laza stack), hanem a gép egyéb működésével valósítjuk meg.
Az elnevezés kicsit megtévesztő, inkább stirling-ciklusú termoakusztikus gépnek kellene hívni őket, különösen a megkerülővel rendelkezőket, és inkább csak a hurkos, loop gépnél lehet szerintem haladóhullámról beszélni, kevésbé a TASHE gépnél.
Haladóhullámú gépek változatai:
1. visszacsatolós, ill. másképp megkerülős gépek (nevezzük TASHE típúsúnak).
2. hurok (loop) alakú gépek (nevezzük ASTER típusúnak).
3. cascad gépek (két fokozat)
4. alfa jellegű gépek, vagyis cső és egy fokozat. (pulse tube, vagy hagyományos alfa és temoakusztikus gép keveréke)
5. pulse tube jellegű gépek.)
6. A membránkiszorítós, és (membrán + ) dugattyúkiszorítós gépek.
7.Baypass loop mixture
8.BITL.
TASHE (= Termoacoustic Stirling Heat Engine)
A Los Alamos-i nemzeti laborban fejlesztett (LANL = Los Alamos National Labor) TASHE egy fokozatú (megkerülős-bypass, vagy visszacsatolós-feedback) gép.
A TASHE gép felépítése:
A tartalmaz egy megkerülő vagy másképpen visszacsatoló ágat (tehát ezt nem hurok alakú gépnek kell tekinteni), egy meleg hőcserélőt, egy regenerátort, egy második hideg hőcserélőt, egy hőpuffert, egy rezonátort és gyakran egy compliance (rugalmas gáztér vagy gázpuffer) nevű részt is.
Működése:
A legtöbb rajzról lemarad egy fontos rész megemlítése, a hideg hőcserélő előtti rész, vagyis a fenti rajzon a gép teteje, ami, egy kicsit szélesebb is. Ezt a részt compliance elnevezéssel illetik.
Úgy működik, hogy a gázdugattyú két dugattyúra oszlik. Az egyik gázdugattyú tömege és átmérője más lesz, mint a másiké, így más lesz más a lendületük is. A regenerátoros ágat a regenerátor rövidíti, az osztja két részre az elágazástól az ágakat.. Amikor a két dugattyú összenyomódik a légpufferbe, az elkerülő ág lendülete nagyobb lesz, így tovább lendül, a regenerátoron keresztül fáziskéséssel magával lendítve a regenerátoros ágat is. A gép a hagyományos gamma géphez hasonlítható.
https://www.youtube.com/watch?v=TPRj9gaRo84
A megértéséhez érdemes elolvasni a folyadék stirling gépekről szóló rövid részt, ez is hasonlóan működik, csak nem víz a dugattyú benne, hanem gáz: http://stirlingtechnology.blogspot.hu/2012/01/folyadek-kiszorito-dugattyus-fluidyne.html
Ha ezt a membrán+dugattyú termoakusztikus gépet tanulmányozzuk, ahol a légdugattyúk helyett egy membránt és egy szilárd dugattyút alkalmaztunk, mindjárt szintén könnyebben érthetővé válik:
http://stirlingtechnology.blogspot.hu/p/p.html
A TASHE gép tervezésénél nagy előrelépés volt a DelatEC nevű, innen
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/DeltaEC.html
ingyenesen letölthető tervező szoftver!
Kísérleteimből kiindulva most azt feltételezem, hogy a gép egyik előnye az alacsonyabb frekvencia, ami miatt kisebb a gáz viszkozitása a csőben és a regenerálóban is.
A másik megoldás, hogy olyan gépet fejlesztünk, amelynél kevesebb tényezőt kell figyelembe venni, azaz egyszerűbb, és / vagy önbeállító. Az alábbi hurkos ASTER gépnél erre törekedtek.
ASTER típusú hurkos (loop)
Tehát az ASTER típusú gép nagyjából abból áll, hogy a hurokban a frekvenciát a cső hossza adja, az egy teljes hullámú cső, a frekvenciája megegyezik a huroknál négyszer rövidebb sondhauss cső frekvenciájával.
A két fokozatú (és négy fokozatú) egyszerű elrendezést az Aster-nél fejlesztették ki.
A 2 vagy 4 egységgel eleve jobb hatásfokkal és alacsonyabb hőmérséklet különbséggel, nagyobb teljesítménnyel működhet a gépük, de valóban kis hőmérséklet különbségen való üzemeltetést szerintem avval érték el, hogy nagyon széles egységeket használnak (hőcserélők és regenerátor), mint ahogy egy hagyományos LTD stirling gép is széles. Ilyen mélységbe azonban nehezen lehet bevinni a hőt kívülről, illetve kivezetni is, ezért az egyik megoldásban belső melegítésűvé alakították a gépüket, vagyis a meleg és hideg hőcserélő egy-egy cső, amibe a hűtő és hűtő folyadékot keringetik.
Az Aster gépénél csöveknél körülbelül nyolcszor- tízszer szélesebbek az egységek. A radiátor szerű hideg és meleg hőcserélőkben keringenek a hűtő és fűtő folyadékok, közöttük a vékony regeneráló réteg. Középen a generátor rész. (A gyakorlatban autóba való radiátorokat használnak.)
Próbálkoznak a hőcserélésre egy másik megoldással is, mégpedig, hogy a széles lapos egységeket a kétoldalúknál kívülről melegítik, és hősugárzással, illetve nem könnyű módon hővezetéssel áthidalják a szükséges üreges részt, a hőcserélők és a gép teteje ás alja között:
vagy:
TASHE (= Termoacoustic Stirling Heat Engine)
A Los Alamos-i nemzeti laborban fejlesztett (LANL = Los Alamos National Labor) TASHE egy fokozatú (megkerülős-bypass, vagy visszacsatolós-feedback) gép.
A következő videón egy régebbi TASHE konstrukció látható kísérlet közben, majd a legújabb több ( jelen esetben négy) fokozatú konstrukció látható a Holland ASTER cég fejlesztéseként.
A TASHE gép felépítése:
A tartalmaz egy megkerülő vagy másképpen visszacsatoló ágat (tehát ezt nem hurok alakú gépnek kell tekinteni), egy meleg hőcserélőt, egy regenerátort, egy második hideg hőcserélőt, egy hőpuffert, egy rezonátort és gyakran egy compliance (rugalmas gáztér vagy gázpuffer) nevű részt is.
Működése:
A legtöbb rajzról lemarad egy fontos rész megemlítése, a hideg hőcserélő előtti rész, vagyis a fenti rajzon a gép teteje, ami, egy kicsit szélesebb is. Ezt a részt compliance elnevezéssel illetik.
Úgy működik, hogy a gázdugattyú két dugattyúra oszlik. Az egyik gázdugattyú tömege és átmérője más lesz, mint a másiké, így más lesz más a lendületük is. A regenerátoros ágat a regenerátor rövidíti, az osztja két részre az elágazástól az ágakat.. Amikor a két dugattyú összenyomódik a légpufferbe, az elkerülő ág lendülete nagyobb lesz, így tovább lendül, a regenerátoron keresztül fáziskéséssel magával lendítve a regenerátoros ágat is. A gép a hagyományos gamma géphez hasonlítható.
https://www.youtube.com/watch?v=TPRj9gaRo84
A megértéséhez érdemes elolvasni a folyadék stirling gépekről szóló rövid részt, ez is hasonlóan működik, csak nem víz a dugattyú benne, hanem gáz: http://stirlingtechnology.blogspot.hu/2012/01/folyadek-kiszorito-dugattyus-fluidyne.html
Ha ezt a membrán+dugattyú termoakusztikus gépet tanulmányozzuk, ahol a légdugattyúk helyett egy membránt és egy szilárd dugattyút alkalmaztunk, mindjárt szintén könnyebben érthetővé válik:
http://stirlingtechnology.blogspot.hu/p/p.html
Jaime Grostól kaptunk egy kis segítséget, küldött egy diplomamunkát és egyebeket is a gépről. Ha valakit érdekel, elküldöm neki az infókat!
http://youtu.be/GUvosdd4THk
A TASHE frekvenciája sokkal alacsonyabb (bár a frekvencia állítható) mint a hurkos (ASTER) típusú gép frekvenciája. A lassabb és nagyobb lökethosszúságú dugattyúra így könnyebb generátort is tervezni. A másik probléma, hogy egy ilyen gépnél, úgy tudjuk növelni a teljesítményt, ha szélesítjük a gép átmérőjét (legalábbis a regenerálóét), de ebben az esetben nehéz bevinni a hőt egy vastag csőbe, és még nehezebb kivinni, így ha lassítjuk a frekvenciát, akkor evvel együtt a vékony csőben viszont nagyobbakat fog járni a gáz. Ha lassabb a frekvencia, az alkatrészek, a csövek és a regeneráló "légellenállása" is kisebb lesz. Ha hagyományos stirlinghez akarnám hasonlítani, akkor a TASHE egy kiszorító dugattyús free gép, a hurkos ASTER pedig egy kiszorító dugattyú nélküli alfa!
A TASHE gép tervezésénél nagy előrelépés volt a DelatEC nevű, innen
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/DeltaEC.html
ingyenesen letölthető tervező szoftver!
Kísérleteimből kiindulva most azt feltételezem, hogy a gép egyik előnye az alacsonyabb frekvencia, ami miatt kisebb a gáz viszkozitása a csőben és a regenerálóban is.
A másik megoldás, hogy olyan gépet fejlesztünk, amelynél kevesebb tényezőt kell figyelembe venni, azaz egyszerűbb, és / vagy önbeállító. Az alábbi hurkos ASTER gépnél erre törekedtek.
(A termoakusztikus gépekben lévő áramlásokról:
ASTER típusú hurkos (loop)
Felépítése:.
Valójában egy hurok alakú gépről van szó, amiben 1-4 regenerálót lehet elhelyezni, egymástól negyed hurok távolságokban. Itt a hurok hosszában lévő gáz rezonanciája adja a frekvenciát.
Működése:
Leginkább csak ezt a stirling-ciklusú termoaksztikus gépet hívhatjuk haladóhullámúnak, nem a megkerülővel rendelkezőket. Ha egy hurokba regenerálót teszünk, akkor az egy teljes hullámú gép lesz, amiben a légrugók a regenerálót úgy fogják átjárni, mint ahogy egy alfa stirling dugattyúi mozognak, vagyis 90 fokos fáziseltolással.
Olyan szemlélettel is lehetne nézni, hogy egy stack, a fázisillesztőre támaszkodva alapvetően negyedhullámot generál, de annyira meghosszabbítjuk a csövet, amíg egy teljes hullámot nem ad, és amikor ezt hurokba kötjük, már stirling ciklustól átjárt regenerálóról, és haladóhullámú gépről beszélhetünk.
tulajdonképpen egy hurokba kötött negyedhullámú gép, amiben egy teljes hullám fog így dolgozni.
Valójában egy hurok alakú gépről van szó, amiben 1-4 regenerálót lehet elhelyezni, egymástól negyed hurok távolságokban. Itt a hurok hosszában lévő gáz rezonanciája adja a frekvenciát.
Működése:
Leginkább csak ezt a stirling-ciklusú termoaksztikus gépet hívhatjuk haladóhullámúnak, nem a megkerülővel rendelkezőket. Ha egy hurokba regenerálót teszünk, akkor az egy teljes hullámú gép lesz, amiben a légrugók a regenerálót úgy fogják átjárni, mint ahogy egy alfa stirling dugattyúi mozognak, vagyis 90 fokos fáziseltolással.
Olyan szemlélettel is lehetne nézni, hogy egy stack, a fázisillesztőre támaszkodva alapvetően negyedhullámot generál, de annyira meghosszabbítjuk a csövet, amíg egy teljes hullámot nem ad, és amikor ezt hurokba kötjük, már stirling ciklustól átjárt regenerálóról, és haladóhullámú gépről beszélhetünk.
tulajdonképpen egy hurokba kötött negyedhullámú gép, amiben egy teljes hullám fog így dolgozni.
A haladó hullám és az állóhullám animációja:
Itt egy kicsit ismételnem kell:
A legjobban úgy képzelhetjük el ezeket a gépeket, ha a gázt légrugóként, légdugattyúként ábrázoljuk.
Ez egy állóhullámú gép, amely egy nyitott cső, és negyed hullámhossz jön ki, azt jelenti, hogy a légrugó egyik végét a cső zárt végéhez rögzítjük, a másik, légkör felőli részét megfogjuk és mozgatjuk ki-be a csőbe.
http://kepfeltoltes.hu/130520/allo2_www.kepfeltoltes.hu_.gif
Akusztikailag egy cső akkor negyedhullámú, ha az egyik vége nyitott, a másik zárt.
Akusztikailag egy cső akkor negyedhullámú, ha az egyik vége nyitott, a másik zárt.
Félhullámú:
Ha egy negyedhullámú csövet, vagyis egy sondhauss cső nyitott végét meghosszabbítjuk azonos hosszú sondhauss csővel (vagy egy másik ugyanolyan géppel=tandem), akkor a frekvenciája nem változik, mondhatjuk úgy, hogy ez már félhullámú cső. A gép így zártan fog működni. Itt is lehet látni, hogy nincs stirling ciklus, a nyomás pattog a cső egyik végétől a másikra, vagy úgy is elképzelhetjük, hogy a légrugóink két végét a cső két zárt végéhez rögzítjük, a légrugóinkat középen fogjuk össze, és ott mozgatjuk jobbra-balra. Vagyis kettéosztjuk a rugónkat avval, hogy középen fogtuk meg... Itt a melegített stack a cső hosszához képest már 1/6-ra van.
http://kepfeltoltes.hu/130520/allofel_www.kepfeltoltes.hu_.gif
Akusztikailag egy cső akkor félhullámú, ha mindkét vége zárt, vagy nyitott.
Akusztikailag egy cső akkor félhullámú, ha mindkét vége zárt, vagy nyitott.
Teljes hullámhosszú gép: Ha tovább hosszabbítjuk a csövet, újra megduplázva a hosszát, akkor is marad a frekvencia, és ebben az esetben egy teljes hullámú csövet kapunk, ha hurokba kötjük. Ebben a hosszú csőben a rugó már nemcsak ide-oda mozog, hanem hullámzik, úgy is elképzelhetjük, hogy ez a hullámzás több részre osztja a rugót, amik egymáshoz képes fáziskéséssel mozognak, mint több alfa stirling dugattyúi. A teljes hullámú gép a legalacsonyabb frekvenciája a haladóhullámnak. Amikor a hullám elhal, akkor indul a következő. http://hu.wikipedia.org/wiki/%C3%81ll%C3%B3hull%C3%A1m_(hang)
Ha egy hurokot formázunk a hurokban egy teljes haladóhullám fog kialakulni Ekkor lehet látni, hogy a cső közepén egy stirling ciklusnak megfelelő nyomáskörülmény keletkezik: A kép egyenes, mert így volt könnyebb rajzolni, de képzeljétek el hurokban:
A haladó hullám és az állóhullám animációja:
Ha egy hurokot formázunk a hurokban egy teljes haladóhullám fog kialakulni Ekkor lehet látni, hogy a cső közepén egy stirling ciklusnak megfelelő nyomáskörülmény keletkezik: A kép egyenes, mert így volt könnyebb rajzolni, de képzeljétek el hurokban:
A gép így stirling ciklusúvá válik, bár ezt egy kicsit rá kell jobban igazítani, mert a regenerátor nem a hurok "közepén" van, hanem a "harmadánál".
Egy fokozatú ASTER. Mivel a cső hossza nagyon nagy, ezért ez a gép nem túl jó hatásfokú. Ha a hurok kb. 80 cm hosszú, a regeneráló meleg végétől kb. 8 cm-re van a T elágazás. Ha oda egy kb. 3.5cm hosszú, zárt rezonátor részt teszek, akkor működik a legerősebben az aster loop. Ez valamiféle illesztés, és erősítés, nem értem pontosan.
Bypass loop mixture:
Ebben az esetben nyitottá tudtam tenni a hurkot úgy, hogy a regenerátor és a termál puffer cső rész után a hurok negyedével azonos hosszú nyitott csövet rakok. Ez ahogy elneveztem egy elkerülős, hurok keverék gép.
Videó:
Másik mód, ha a regeneráló meleg oldalától kb. 8cm-re a csőbe, egy ugyanolyan keresztmetszetű membránt (lufidarabkát) rakok, amin egy kis tömeg van, rá van ragasztva egy anyacsavar (kis tömeg). Valószínűleg van egy kis fáziskésése ennek a membrános megoldásnak, így segíti kialakulni a stirling ciklust. Tehát az ASTER típusú gép nagyjából abból áll, hogy a hurokban a frekvenciát a cső hossza adja, az egy teljes hullámú cső, a frekvenciája megegyezik a huroknál négyszer rövidebb sondhauss cső frekvenciájával.
A 2 vagy 4 egységgel eleve jobb hatásfokkal és alacsonyabb hőmérséklet különbséggel, nagyobb teljesítménnyel működhet a gépük, de valóban kis hőmérséklet különbségen való üzemeltetést szerintem avval érték el, hogy nagyon széles egységeket használnak (hőcserélők és regenerátor), mint ahogy egy hagyományos LTD stirling gép is széles. Ilyen mélységbe azonban nehezen lehet bevinni a hőt kívülről, illetve kivezetni is, ezért az egyik megoldásban belső melegítésűvé alakították a gépüket, vagyis a meleg és hideg hőcserélő egy-egy cső, amibe a hűtő és hűtő folyadékot keringetik.
Az Aster gépénél csöveknél körülbelül nyolcszor- tízszer szélesebbek az egységek. A radiátor szerű hideg és meleg hőcserélőkben keringenek a hűtő és fűtő folyadékok, közöttük a vékony regeneráló réteg. Középen a generátor rész. (A gyakorlatban autóba való radiátorokat használnak.)
Próbálkoznak a hőcserélésre egy másik megoldással is, mégpedig, hogy a széles lapos egységeket a kétoldalúknál kívülről melegítik, és hősugárzással, illetve nem könnyű módon hővezetéssel áthidalják a szükséges üreges részt, a hőcserélők és a gép teteje ás alja között:
vagy:
Ha hurok géppel kísérleteztek maradjatok elsőre a 400-450 Hz-es tartományban, kb 80cm hurok hossz 2cm szélesség. Az Asteres hurok frekvenciáját a hurok hossza adja, olyan lesz a frekvenciája, mint egy négyszer rövidebb negyedhullámú állóhullámú gépnek.
Cascad gépek
Ezek a gépek hurok vagy visszacsatolás nélkül dolgoznak részben stirling ciklussal.
Legalább két fokozat van lépcsőzetesen, avagy sorosan
http://lanl.gov/thermoacoustics/Pubs/JASA03Cascade.pdf
Alfa jellegű gépek, vagyis cső és egy fokozat.http://lanl.gov/thermoacoustics/Pubs/JASA03Cascade.pdf
Még egyszerűbb, olcsóbb ha a stirling ciklusú gép csak egy csőből áll és nem hurokból, és minél rövidebből. Ha rövid a cső, akkor a gáz áramlásának a súrlódási vesztesége is kisebb.
Ezek két szilárd dugattyút is tartalmazhatnak, így pulse tube gépek, de a hagyományos alfa stirlinghez is be lehetne rakni. Nem egyszerű a kategorizálás...
A meleg messze kerül a dugattyútól, így az lehet akár membrán is. Ez alfa vagy alfa termoakusztikus gép? Nem könnyű erre válaszolnom.
Lehet ha csak regenerátor csöves alfát építenének, lehetséges, hogy sokkal jobb, és egyszerűbben megépíthető alfákat tudnának csinálni? Nem tudom...
Találtunk egy olyan dokumentumot, ahol utálás van egy hasonló gépről!
BladeAttila: "Az alfa Stream az a legrövidebb haladóhullámú gép (kevesebb) mechanikus alkatrészek nélkül:
http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120012833_2012012536.pdf
A két végén jel vevő és adó van. A kapott jelet egy áramkör modulálja és állítja be a megfelelő fokos eltérést, ami a másik oldalon vissza van táplálva, evvel leutánozva egy haladóhullámú gép működését és vele együtt a hatékonyságát is!
Mivel elektromos áramkörön megy a jel, így rögtön ki is csatolható az energia belőle, nem kell egyéb ketyerét építeni hozzá.
Hűtőként csak a két hangszórót kell egymáshoz képest 90 fokkal meghajtani...
Friss: Ma már elterjedt a termoakusztikus hűtőknél a típus. Lendkerék nélküli free dugattyús gép generátorként nem működik, csak ha 3 vagy négy dugattyú van körbe kötve, lásd Aster loop gépet, vagy ezt:
http://english.ipc.cas.cn/ns/es/201406/t20140630_123545.html
Aktív membrános gép
Mechanikuai rezonátorok
A mechanikai rezonátor!
A gáz munkadugattyút (rezonátort) helyettesítjük szilárd, membrán, vagy folyadék dugattyúval.
Az ilyen munkadugattyúval rendelkező gépek már pulse tube -szerű gépek, amiknek a munkadugattyújuk nem légdugattyú.
Itt az első ilyen kísérletem:
http://www.youtube.com/watch?v=py6Dsc0dFtc&feature=share&list=UUa29RReB0tsVHoSktWFRlag
Most úgy tűnik, hogy a cső szélességének kétszerese az ideális szélessége a mechanikai rezonátornak:
https://www.youtube.com/watch?v=G3DB_zvoKkw
Amikor a csövet szélesebb szélesebb rezonátorhoz csatoljuk, ne használjunk tölcsért (19.lap)
http://slideplayer.com/slide/5815243/
Pulse Tube gépek:
----------------------------------------------------------------------------------------------------
További olvasnivalók:
http://www.sft.asso.fr/Local/sft/dir/user-3775/documents/actes/journeessft/JFST-10-12-2010/1%20-%20Penelet%20_Introduction_a_la_thermoacoustique.pdf
http://www.isares.me.engr.tu.ac.th/News.html
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/movies.html
Egy nagyon szép magyar nyelvű alapmű:
http://www.google.hu/url?sa=t&rct
Összefoglaló (angol) az álló, haladóhullámú és cascad gépekről.
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/Pubs/ICSV9.pdf
A rezonátorokról
Összefoglaló (angol) pdf.
Egyéb pdf. 1
http://buildsomethinguseful.com/
Egy magyar projekt:
http://powerfox120.blogspot.hu/2010/08/hogy-is-van-ez-szinfalak-mogott-huha.html?showComment=1366965339590#c6687157964515382827
dokumentumok:
TLE pdf.
Számoló program:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wavrel.html#c2
Források:
Wiki
Forrás2
Rajzok:
http://www.physicstoys.narod.ru/page/Termoakystik/termoakystik1.html
A mechanikai rezonátor!
A gáz munkadugattyút (rezonátort) helyettesítjük szilárd, membrán, vagy folyadék dugattyúval.
Az ilyen munkadugattyúval rendelkező gépek már pulse tube -szerű gépek, amiknek a munkadugattyújuk nem légdugattyú.
Itt az első ilyen kísérletem:
http://www.youtube.com/watch?v=py6Dsc0dFtc&feature=share&list=UUa29RReB0tsVHoSktWFRlag
Most úgy tűnik, hogy a cső szélességének kétszerese az ideális szélessége a mechanikai rezonátornak:
https://www.youtube.com/watch?v=G3DB_zvoKkw
Amikor a csövet szélesebb szélesebb rezonátorhoz csatoljuk, ne használjunk tölcsért (19.lap)
http://slideplayer.com/slide/5815243/
Hogyan működik a regeneráló, hőcserélő a stirling ciklusú termoakusztikus gépekben:
Tulajdonképpen mindig két hideg oldal van, mert a cső alapvetően hideg, amit egy helyen melegítünk. Az alsó résregenerátor viszont nem működik, mert ha jobbról fújjuk át rajta a levegőt, ha balról, soha nem történik bővülés, vagy zsugorodás, mert amennyit bővül a melegre befújt hideg levegő, annyit hűl a hidegre átfújt meleg. Ahhoz, hogy működjön, mindig kell lennie, egy meleg pufferrésznek. Ez igazából a felette lévő harmadik ábrán érthető meg. Vagyis amikor jobbról fújom a levegőt, akkor mivel a hideg oldal felé szűkül a rés, vagyis javul a hőátadás, rögtön lehűl, ezért a gáz zsugorodik, míg ha balról fújom, a cső tágul a hőleadás rosszabb, vagy a cső még egy darabon tovább is melegítve van (hőpuffer), azért csak időeltolódással vagy nemigen hűl le, tehát bővül a gáz. A második, klasszikus regenerálónál is ez a helyzet, mivel a regeneráló eleve szűkítést jelent, jobbról fújva rögtön hűl, balról fújva amikor kilép a gáz a meleg regenerálóból egy tágabb térbe lép be, ezért nem hűl le vagy csak lassabban mint a frekvencia.:
A termoakusztikus és a hagyományos kiszorítós sitling-motorok ötvözése:
Lehet-e ötvözni a termoakusztikát a hagyományos kiszorítós géppel úgy, hogy mindkettő előnyei is ötvöződjenek? Nos, találtunk ilyen szabadalmat, bár megmondom őszintén ez az elképzelés nem annyira tetszik... .
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030626191100198X
Belső membrán helyett kiszorító:
Amikor elkészítettem a vezérlőmembrános gépemet, akkor azon agyaltam, hogyan lehetne növelni a teljesítményét. Természetesen az egyik, hogy a membránokat szélesíteni kell, hogy több levegőt mozgassanak, a másik, ami eszembe jutott, hogy kiszorítóra cserélem a vezérlőmembránt és így hagyományosan fűthető, hűthető lesz a gép:
Most akadtam erre a videóra, ami hasonlít erre a rajzomra. A feltöltés több mint egy évvel korábbi a rajzomnál:
http://www.youtube.com/watch?v=UM_ByuIBsq4
És a cég:
http://www.etalim.com/
A másik ötlet:
Vajon a metronóm-gép működhet-e vízdugattyú helyett gázdugattyúval?
http://kepfeltoltes.hu/130301/termometron_www.kepfeltoltes.hu_.jpg
Egy csőben a gázoszlop rugóként, ill. kis tömeggel rendelkező dugattyúként is felfogható.
Erről bővebben itt: http://stirlingtechnology.blogspot.hu/2014/03/metronom-gep.html
Tulajdonképpen mindig két hideg oldal van, mert a cső alapvetően hideg, amit egy helyen melegítünk. Az alsó résregenerátor viszont nem működik, mert ha jobbról fújjuk át rajta a levegőt, ha balról, soha nem történik bővülés, vagy zsugorodás, mert amennyit bővül a melegre befújt hideg levegő, annyit hűl a hidegre átfújt meleg. Ahhoz, hogy működjön, mindig kell lennie, egy meleg pufferrésznek. Ez igazából a felette lévő harmadik ábrán érthető meg. Vagyis amikor jobbról fújom a levegőt, akkor mivel a hideg oldal felé szűkül a rés, vagyis javul a hőátadás, rögtön lehűl, ezért a gáz zsugorodik, míg ha balról fújom, a cső tágul a hőleadás rosszabb, vagy a cső még egy darabon tovább is melegítve van (hőpuffer), azért csak időeltolódással vagy nemigen hűl le, tehát bővül a gáz. A második, klasszikus regenerálónál is ez a helyzet, mivel a regeneráló eleve szűkítést jelent, jobbról fújva rögtön hűl, balról fújva amikor kilép a gáz a meleg regenerálóból egy tágabb térbe lép be, ezért nem hűl le vagy csak lassabban mint a frekvencia.:
Lehet-e ötvözni a termoakusztikát a hagyományos kiszorítós géppel úgy, hogy mindkettő előnyei is ötvöződjenek? Nos, találtunk ilyen szabadalmat, bár megmondom őszintén ez az elképzelés nem annyira tetszik... .
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030626191100198X
Belső membrán helyett kiszorító:
Amikor elkészítettem a vezérlőmembrános gépemet, akkor azon agyaltam, hogyan lehetne növelni a teljesítményét. Természetesen az egyik, hogy a membránokat szélesíteni kell, hogy több levegőt mozgassanak, a másik, ami eszembe jutott, hogy kiszorítóra cserélem a vezérlőmembránt és így hagyományosan fűthető, hűthető lesz a gép:
http://www.youtube.com/watch?v=UM_ByuIBsq4
És a cég:
http://www.etalim.com/
A másik ötlet:
Vajon a metronóm-gép működhet-e vízdugattyú helyett gázdugattyúval?
http://kepfeltoltes.hu/130301/termometron_www.kepfeltoltes.hu_.jpg
Egy csőben a gázoszlop rugóként, ill. kis tömeggel rendelkező dugattyúként is felfogható.
Erről bővebben itt: http://stirlingtechnology.blogspot.hu/2014/03/metronom-gep.html
Ebbe a csoportba olyan gépeket értek, ahol a munkadugattyú a gáznál nagyobb tömegű szilárd, membrán, vagy folyadék, és csak egy van belőle. Mivel ha kettő van, a hagyományos alfa gépet is ide kéne sorolnunk...Ilyenek a lamina flow, thermal lag, és egyéb pulse tube gépek.
Robert Sier szerint már az 1950-es évekből vannak a lamina flow motorhoz hasonló szabadalmak és leírások!
Itt egy 1984-es hőszivattyú terve látható.:
Ez már biztosan működik:
http://www.google.com/patents/US5414997
A Thermal Lag gépről itt olvashatunk egy tanulmányt (köszönet a felkutatásáért BladeAttilának)
Control volume energy based model for a thermal lag engine
Érdekessége, hogy a körfolyamata valahol a Stirling és az Otto ciklus között van. Jobb mint az Otto, de rosszabb mint a stirling.
Lamina flow:
Az USA-ban egy konferencián Jim Senft utalt rá, hogy van egy amerikai lamina flow szabadalom. Robert Sier pedig kikísérletezte a Lamina Flow gépét. Egyelőre nem tiszta, hogy ez megegyezik a USA szabadalommal, vagy a lamina flow gép az ő nevéhez fűződik. Itt ír az esetről:
http://www.stirlingengines.org.uk/thermo/lamina.html
A világhálón több helyen említik, hogy a Laminar Flow név lenne a helyes, de az r nélküli név van terjedve.
A lamina megértését nagy mértékben segíti ez a videóm:
https://www.youtube.com/watch?v=nqtP78Kjlns
A lamina flow egy rendkívül egyszerű szerkezet, csak egy mozgó alkatrészt tartalmaz, egy munkadugattyút.
Van benne még egy szűkítő, avagy fúvóka, és némi fémszivacs. Videó a lamina flow motorról:
http://youtu.be/AnZ-uobEhRc
Egy gépről részletes rajz, méretekkel:
A Lamina Flow típusai:
-a klasszikus középen melegített típus a Lamina Flow motor:
-a végén melegített lamina, amit gyakran szintén Thermal lag-nek neveznek, valójában lamina, és nem azonos Tailor gépével. Csak azért hívják így, mert a végén kell melegíteni..
-a rezonátor, amikor nincs lendkerék:
http://youtu.be/0TDAsrqrYhA
-A folyadékdugattyús változat
http://youtu.be/jxv9K0trb9Q
Lee Fellows gépe:
Lee Fellows gépéről egy reklámvideó:
http://youtu.be/CNTqrtmtI14
http://freeenergynews.com/Directory/ThermalAcousticResonator/
Valójában szinte senki nem érti hogyan működik, mert azt írta, hogy a gép az alkalmazott anyagok hővezető képességeinek és hőkapacitásának pontos megkomponálásával erősíti fel a haladó hullámokat. Úgy haladó hullámú, hogy nem hurokba kötött. Részletesebb leírás már nem elérhető.
Lee Fellows tud lapos, sőt miniatűr gépet csinálni, akár az ember pacemaker-ét is ellátja energiával a bőre alá ültetve!
Generátorai membrán armatúrát és dugattyút is használt
A rezgő armatúra mögött tekercs és mágnes rejtőzik.
A gépe a legolcsóbb gépek közé tartozik.
Lee Fellows termoakusztikus (TA) generátorainak a
költsége, aktivált eszközök:
TAC <$ 0.25/Watt (W)
MEMS-TAR <$ 0.10 / W
Összehasonlítva egyéb energiatermelő technológiákkal:
A fosszilis tüzelésű: 0,43 $ / W
Szél: $ 1.00 / W
Nukleáris: $ 3.50 / W
Napelemek: $ 4.50 / W
Sajnos a honlapja mostanában nem elérhető :( ,
de itt van egy új vagy másik hozzá kapcsolható honlap, más géppel, de már ez sem működik.
http://www.resonant-energy.com/our_technology_required.html
Sajnos nem zárható ki az sem, hogy Fellows csaló, és gépei valójában nem is léteznek!
Ennél a gépnél gőz a munkaközeg, vagyis gőzgép. első gépnek ajánlom a rizst tartalmazó egyszerűbb variációt, mivel biztosan működik! Rajz:
1 dl. rizst kell belerakni, vagy egy szitára, vagy esetleg jó lehet, ha egy másik sörös doboz alját szitaszerűen kilyukasztgatod. Kevés vizet kell beletenni, csak annyit, hogy a doboz alján lévő dudort éppen hogy elérje. Néhány percig fog működni, amíg a rizs nem melegszik át, ami a gőzt kondenzálja le. Vízhűtéssel, legalább 10 percig működik, de a rés mérete nagyon fontos A lehető legkisebb kell, hogy legyen, de a lekondenzált vízcseppek ne tömítsék el. 0,33-as és benne 0,25-ös dobozt használtam. Az alsó résznek kb. 5-7 cm hosszúnak kell lennie, mert ha nincs elég tér alul, nem tud rezegni a membrán. Vízhűtéssel.:
Videók a gépről még rizzsel:
www.youtube.com/watch?v=iSSeKgeEpQg
http://www.youtube.com/watch?v=cK-o6MmPKcQ
http://www.youtube.com/watch?v=ypYj7l9VwVw
Ezekben a gépekben a gáznyomások nem keletkeznek önmagunktól, hanem a szilárd dugattyú rugózik a csőben lévő gázrugón. A dugattyú tömege befolyásolja a frekvenciát. Lendkerekes verziónál annak a méretei, és a lökethossz is fontos.
Az igazi termoakusztikus gépben a gáz önmagától begerjed mert a munkadugattyúja is gázból van. A szilárd dugattyú azoknál nincs hatással a működésére, nélküle is dolgozik és hangot ad ki. A frekvencia állandó, arra a dugattyúnak semmilyen befolyása nincs (eltekintve attól, amikor a mozgásával változtatja a cső hosszát, mert avval változik a frekvencia.). Ellenkezőleg, a kialakult hang mozgatja a dugattyút vagy membránt, aminek a rezgése által termelnek áramot.
A Pulse Tube gépek ellenben nem működnek szilárd, membrán, vagy folyadékdugattyú nélkül, illetve nyitottan semmilyen hangot nem adnak ki. Ezért vita kérdése lehet, hogy nevezzük-e őket termoakusztikusnak, mindenesetre annak tartják, így most én is annak veszem.
Robert Sier szerint már az 1950-es évekből vannak a lamina flow motorhoz hasonló szabadalmak és leírások!
Itt egy 1984-es hőszivattyú terve látható.:
A rajzból én azt feltételezem, hogy az állóhullámú termoakusztikus gép ihlette. Azonban véleményem szerint ez a konstrukció hűtőgépként talán működőképes lehet, de a hőt még nem biztos, hogy mozgási energiává tudja alakítani.
Thermal lag:
1995-ös Peter L. Tailor szabadalma Thermal Lag néven.Thermal lag:
Ez már biztosan működik:
http://www.google.com/patents/US5414997
A Thermal Lag gépről itt olvashatunk egy tanulmányt (köszönet a felkutatásáért BladeAttilának)
Control volume energy based model for a thermal lag engine
Érdekessége, hogy a körfolyamata valahol a Stirling és az Otto ciklus között van. Jobb mint az Otto, de rosszabb mint a stirling.
Lamina flow:
Az USA-ban egy konferencián Jim Senft utalt rá, hogy van egy amerikai lamina flow szabadalom. Robert Sier pedig kikísérletezte a Lamina Flow gépét. Egyelőre nem tiszta, hogy ez megegyezik a USA szabadalommal, vagy a lamina flow gép az ő nevéhez fűződik. Itt ír az esetről:
http://www.stirlingengines.org.uk/thermo/lamina.html
A világhálón több helyen említik, hogy a Laminar Flow név lenne a helyes, de az r nélküli név van terjedve.
A lamina megértését nagy mértékben segíti ez a videóm:
https://www.youtube.com/watch?v=nqtP78Kjlns
A lamina flow egy rendkívül egyszerű szerkezet, csak egy mozgó alkatrészt tartalmaz, egy munkadugattyút.
Van benne még egy szűkítő, avagy fúvóka, és némi fémszivacs. Videó a lamina flow motorról:
http://youtu.be/AnZ-uobEhRc
Egy gépről részletes rajz, méretekkel:
-a klasszikus középen melegített típus a Lamina Flow motor:
-a végén melegített lamina, amit gyakran szintén Thermal lag-nek neveznek, valójában lamina, és nem azonos Tailor gépével. Csak azért hívják így, mert a végén kell melegíteni..
http://youtu.be/0TDAsrqrYhA
-A folyadékdugattyús változat
http://youtu.be/jxv9K0trb9Q
A szűkítő elválasztja hideg és meleg oldalt, és turbulenciát csinál. A hőcsere így a cső falán, és a regenerátor elején valósul meg, és olyan lassú, hogy forgattyús szerkezetet lehet használni.. Regenerátor nélkül is működik. Valójában nem más, mint egy lelassított negyedhullámú gép, csak nem stack, hanem szűkítő van benne.
Valószínűleg azért javul a gép a regenerátortól, mert a cső vége felé terjedő hő egy részét újrafelhasználja.
Állóhullámú stack-es gépnél nem vettem észre, hogy a regenerálótól javulna, inkább ront.
Állóhullámú stack-es gépnél nem vettem észre, hogy a regenerálótól javulna, inkább ront.
Ha kicsi vagy túl nagy a lyuk, egyáltalán nem működik a gép. Próbálgatják, hogy melyik lyuk átmérővel hajlandó a gép a legjobban működni. Ez a bizonytalansági tényező nehezíti meg leginkább a lamina építők dolgát!
És ebben nincs szűkítés: http://www.youtube.com/watch?v=2Y5Xs--jYD4
Lee Fellows gépe:
Lee Fellows gépéről egy reklámvideó:
http://youtu.be/CNTqrtmtI14
http://freeenergynews.com/Directory/ThermalAcousticResonator/
Valójában szinte senki nem érti hogyan működik, mert azt írta, hogy a gép az alkalmazott anyagok hővezető képességeinek és hőkapacitásának pontos megkomponálásával erősíti fel a haladó hullámokat. Úgy haladó hullámú, hogy nem hurokba kötött. Részletesebb leírás már nem elérhető.
Lee Fellows tud lapos, sőt miniatűr gépet csinálni, akár az ember pacemaker-ét is ellátja energiával a bőre alá ültetve!
Generátorai membrán armatúrát és dugattyút is használt
A rezgő armatúra mögött tekercs és mágnes rejtőzik.
A gépe a legolcsóbb gépek közé tartozik.
Lee Fellows termoakusztikus (TA) generátorainak a
költsége, aktivált eszközök:
TAC <$ 0.25/Watt (W)
MEMS-TAR <$ 0.10 / W
Összehasonlítva egyéb energiatermelő technológiákkal:
A fosszilis tüzelésű: 0,43 $ / W
Szél: $ 1.00 / W
Nukleáris: $ 3.50 / W
Napelemek: $ 4.50 / W
Sajnos a honlapja mostanában nem elérhető :( ,
de itt van egy új vagy másik hozzá kapcsolható honlap, más géppel, de már ez sem működik.
http://www.resonant-energy.com/our_technology_required.html
Sajnos nem zárható ki az sem, hogy Fellows csaló, és gépei valójában nem is léteznek!
A termoakusztikus generátorok generátor részéről:
A hőből termoakusztikus módon 40% feletti hatásfokkal lehet előállítani hangenergiát, de utána a hangot kell minél jobb hatásfokkal elektromos energiává alakítani!
Általában ezeket használják, vagy kísérleteznek vagy kísérleteztek velük:
-piezo kristály:
-turbina használatával:
A nagyméretű TA generátoroknál, illetve a nagyon olcsó konstrukcióknál ígéretes a turbina használata.
Ez csak egy alapkísérlet
http://www.youtube.com/watch?v=jPaUhpLBfkY
Az Asternél is turbinát használnak (a mi (Attila, és Tibsim), ötletünk volt...).
Attila demonstrálja, hogyan fúj egy állóhullámú gép 2010.09.13-án,
https://www.youtube.com/watch?v=ZlpXfhGvIcg
És az első termoakusztikus kétirányú turbina 2010.09.15-i rajzának rekonstrukciója :
A kétirányú turbinákat, pl. a wells turbinát hullámerőművekben is használják. Az oszcilláló vízoszlop felett kétirányú légmozgás jön létre, de a turbina mindig azonos irányba forog. Így kisebb és olcsóbb generátort tudnak alkalmazni...
http://www.youtube.com/watch?v=P8LsHnrIrfk
A hőből termoakusztikus módon 40% feletti hatásfokkal lehet előállítani hangenergiát, de utána a hangot kell minél jobb hatásfokkal elektromos energiává alakítani!
Általában ezeket használják, vagy kísérleteznek vagy kísérleteztek velük:
-piezo kristály:
Egy bonyolultabb haladóhullámú:
Ez pedig egy állóhullámú generátor:
-Magnetostrictive Alternator:
-dugattyú:
-membrán, armatúra (pl. mélynyomó hangszóró):-turbina használatával:
A nagyméretű TA generátoroknál, illetve a nagyon olcsó konstrukcióknál ígéretes a turbina használata.
Ez csak egy alapkísérlet
http://www.youtube.com/watch?v=jPaUhpLBfkY
Az Asternél is turbinát használnak (a mi (Attila, és Tibsim), ötletünk volt...).
Attila demonstrálja, hogyan fúj egy állóhullámú gép 2010.09.13-án,
https://www.youtube.com/watch?v=ZlpXfhGvIcg
És az első termoakusztikus kétirányú turbina 2010.09.15-i rajzának rekonstrukciója :
A kétirányú turbinákat, pl. a wells turbinát hullámerőművekben is használják. Az oszcilláló vízoszlop felett kétirányú légmozgás jön létre, de a turbina mindig azonos irányba forog. Így kisebb és olcsóbb generátort tudnak alkalmazni...
http://www.youtube.com/watch?v=P8LsHnrIrfk
 |
| A továbbfejlesztett kétirányú turbina hangenergiára. |
http://www.aster-thermoacoustics.com/?p=827
http://pamir.sal.lv/2014/cd/container/B.5.03=Blok-1_Pamir14.pdf
http://fact-foundation.com/sites/default/files/library/documents/5.%20Turbine%20Design%20for%20Thermo-acoustic%20Generator.pdf
http://pamir.sal.lv/2014/cd/container/B.5.03=Blok-1_Pamir14.pdf
http://fact-foundation.com/sites/default/files/library/documents/5.%20Turbine%20Design%20for%20Thermo-acoustic%20Generator.pdf
-termomágneses generatorral:
Állítólag Fellows szerint a Curie pont kihasználásával rezgő, mozgó alkatrész nélküli generátort is lehet csinálni:
http://www.google.com/patents/US20060266041
Állítólag Fellows szerint a Curie pont kihasználásával rezgő, mozgó alkatrész nélküli generátort is lehet csinálni:
http://www.google.com/patents/US20060266041
Gőz termoakusztikus gépek!
Az ötlet ezekről az oldalakról származik:
Ezt a kísérletet eddig háromszor csináltam meg, elsőre működött, úgy néz ki, ha pontosan leutánozzátok, biztos sikerülni fog. Annyira egyszerű és működőképes, hogy ezt ajánljuk a leginkább első termoaksztikus kísérlethez! Három sörös dobozt toltam össze (lehet konzerves dobozokból is csinálni). Fontos, hogy ne legyen túl rövid a gép, legalább 30 cm hosszú legyen, mert magasabban szól, mint gáz munkaközeg esetén. Az is jó, ha legalább olyan széles, mint a sörös doboz. Fontos, hogy a kísérleteknél minél pontosabban próbáljátok az eredeti leírást lemásolni, ne újítsatok elsőre! Az alsó doboz tetejére egy fém szitát raktam. Max.. 1 deci vizet öntsetek a dobozba, nem kell több, inkább kevesebb legyen, mert később fog forrni. A hálóra 1deci rizst öntsetek. A háló a három sörös dobozból álló gép első dobozának a tetejénél legyen, vagyis a gép alsó 1/3-dánál. Az is jó lehet, de még nem próbáltam ki, ha a középső doboz alját szitaszerűen kilyukasztgatjátok. Nem kell megvárni a rizs öntésére addig, míg elkezd forrni a víz, mint a videón, a rizst már előre be lehet tölteni, viszont kevés vizet töltsetek bele. Mikor a víz elkezd forrni, és megtelik gőzzel a rizs alatti rész, elég hangosan meg fog szólalni. Sajnos a videón a mikrofon valamiért, levágta a hangját, de ha kicsit hangosabbra állítjátok, talán hallani fogjátok. Kb. 95 decibel volt, amikor a leghangosabb volt, hallottam, hogy a szomszéd kijött a folyosóra, megnézni mi lehet ez a zaj :-)!
Ahhoz képest, hogy a hőmérséklet különbség kicsi, egész jól szól! Ez LTD gép, hiszen a gőz keletkezése és lecsapódása is 100 fok Celsius körül van, mivel ott változik a halmazállapot. Tehát a hőmérséklet különbség kicsi, mégis működik jól! Egyelőre még nem tudjuk, hogy túlhevített gőz alkalmazásával lehet-e jó hatásfokú termoakusztikus gőzgépet csinálni, úgy néz ki, hogy a közeg állapotváltozása adja az igazán nagy effektet, így a túlhevítés már érdemben nem javít a gépen (bár nem tudtuk túlhevíteni a gőzt).
Mechanikai dugattyúval az állóhullámú termoakusztikus gőzgépEnnél a gépnél gőz a munkaközeg, vagyis gőzgép. első gépnek ajánlom a rizst tartalmazó egyszerűbb variációt, mivel biztosan működik! Rajz:
Videók a gépről még rizzsel:
www.youtube.com/watch?v=iSSeKgeEpQg
http://www.youtube.com/watch?v=cK-o6MmPKcQ
http://www.youtube.com/watch?v=ypYj7l9VwVw
Hűtés hanggal:
A hang nyomásfluktuáció. A hangot a csőbe vezetjük amely egy műanyag regenerálót (film) tartalmaz. Amikor a nyomás nő a csőben, a zárt vége felé a gáz tömörödik és felmelegszik. A megnövekedett hőmérsékletéből pedig lead a környezetének a regeneráló felső részén keresztül. Amikor a nyomás csökken, a gáz egy része hátrább húzódik a regenerálóban, a hőmérséklete leesik és hőt von el a környezetétől. Mivel a gázból már az előzőekben elvontunk hőt, amikor a nyomása visszaesik, hidegebbre hűl, mint a környezeti hőmérséklet. Tehát, a regenerátor felső része melegszik, az alsó pedig lehűl, így működik az állóhullámú termoakusztikus hűtőgép, amely az alábbi videón látható.
Egy videó a termoakusztikus hűtőről:
Hűtőgép kísérlet:
További olvasnivalók:
http://www.sft.asso.fr/Local/sft/dir/user-3775/documents/actes/journeessft/JFST-10-12-2010/1%20-%20Penelet%20_Introduction_a_la_thermoacoustique.pdf
http://www.isares.me.engr.tu.ac.th/News.html
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/movies.html
Egy nagyon szép magyar nyelvű alapmű:
http://www.google.hu/url?sa=t&rct
Összefoglaló (angol) az álló, haladóhullámú és cascad gépekről.
http://www.lanl.gov/thermoacoustics/Pubs/ICSV9.pdf
A rezonátorokról
Összefoglaló (angol) pdf.
Egyéb pdf. 1
Csemegének egy nagyméretű, végén melegített lamina:
Ez egy jó oldal, ahol bemutatnak építési fogásokat:http://buildsomethinguseful.com/
Egy magyar projekt:
http://powerfox120.blogspot.hu/2010/08/hogy-is-van-ez-szinfalak-mogott-huha.html?showComment=1366965339590#c6687157964515382827
dokumentumok:
TLE pdf.
Számoló program:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wavrel.html#c2
Források:
Wiki
Forrás2
Rajzok:
http://www.physicstoys.narod.ru/page/Termoakystik/termoakystik1.html
