Egyszerű free piston stirling modell 2

Egy nagyon egyszerű és gyors free piston Stirling modell:

Ez a modell alkalmas arra, hogy szemléltessük és tapasztaljuk ezen géptípus működését!

 Néhány perc alatt elkészíthető!

Hozzávalók:
-2db 0,5 literes sörös doboz
-1 db 0,33 literes sörös doboz
-2db lufi
-némi pillanat ragasztó

 Egy sörös doboz tetejét vágjuk le úgy, hogy egy kicsi rész maradjon a szűkülő vállból  ( kb. 1mm), hogy később egy másik dobozt rá tudjunk tolni:

Egy másik sörös doboz tetejét vágjuk le a tetejétől 45 mm-re

Egy keskeny, de erősebb lemezt (pld. májkrémes konzerv oldalából vágott lemez) befelé hajlítva ragasszunk ebbe a sörös doboz tetőbe. Ennek kb. 25- 27 mm mélyen kell legyen az alsó pontja a doboztetőtől. Majd rakjunk egy lufit a 0,33-as dobozra feszesen. Egy lufi szájának vastag gumigyűrűjével rögzíthetjük, hogy ne csússzon le. Majd a lufi membránt a közepénél ragasszuk oda a lemez közepéhez. Egy nagyon pici, tűhegynyi szúrást ejtsünk a kiszorító dobozon és a sörös doboz felső részén is valahol, hogy melegítéskor ezekeen keresztül beállhasson a középnyomás. 

Ezután rakjuk össze, azaz toljuk össze a sörös dobozt, a sörös doboz tetővel, amin a kiszorító doboz csüng!

Majd a gépre feszítsük rá a másik lufit, amit szintén egy lufi szájának vastag gumigyűrűjével rögzíthetünk, hogy ne csússzon le. Majd ragasszunk rá egy megfelelő súlyt, ez ki kell tapasztalni, de 25-50g között legyen. Amennyiben kisebb súlyt használunk a frekvencia magasabb lesz, de a löketek kisebbek, míg nagyobb súlynál a kisebb frekvencia, de nagyobb löketek a jellemzőek. 

A gép a legkisebb gázlángon szinte azonnal magától indul és kb. 10-30 Hz-el rezeg. 

Nekem közepes gyertyával is működik. A doboz felső felére feltekerhetünk vizes papírzsebkendőt,  vagy wc papírt hűtésként, ha hosszabb ideig, vagy stabilan akarjuk működtetni. A gép nem működik kézben, levegőbe tartva! Le kell támasztani! 

Videó egy ilyen gépről, a különbség a fenntebb leírtakhoz képest, hogy ez kívül 0,33-as, belül 0,25-ös dobozból van, és hogy működés közben kilyukadt sajnos a lufi:

Ugyanez a felépítésű gép átlátszó verzióban, a könnyebb megértést segíti. 

Készítette BladeAttila néhány apró változtatással:

1. Melegítés nélkül, csak kézzel mozgatva azért, hogy látható legyen a munkadugattyú és a kiszorító dugattyú mozgásának időbeni eltérése:

2. alacsony és nagyobb hőterhelés alatti működés:

Itt pedig egy szintén hazai, nagyon igényes elkészítésű free gép Katona Lászlótól:

https://www.youtube.com/watch?v=WTs4QxyCtN4

Hibalehetőségek:
Nem 0,33-as dobozt használsz a 0,5-ös sörösdobozba, hanem pl. energiaitalost, vagyis 0,25-öst.
Az nem lesz jó, mert túl nagy a rés a két doboz fala között. Cseréld le 0,33-asra, vagy tekerd (ragaszd némi pill. ragasztóval) körül fémgyapottal, de csak annyira, hogy ne súrlódjon/szoruljon.
Ha fémgyapotot használsz, erősebb lesz a gép! Regenerátorként fog működni, ezért nő a gép hatékonysága, ereje, sebessége. Amennyiben 0,33-ast használsz, akkor magától is indul, mivel az nem fog súrlódni, azonban a regenerálás nem lesz megfelelő, ezért gyengébb lesz.
A másik hiba, hogy nincs elég rugózó tömeg a lufira ragasztva. (lufi és nem valami más!) Ha kicsi a súly, nem fog működni, ha nagy, nem olyan jól fog működni, tehát van egy optimális tömeg. Ha megütöd a súlyt, akkor érezned kell, hogy belül a doboz megmozdul.  Harmadik hiba, hogy nem fix a gép. Kézben tartva nem működik, csak ha letámasztod. Tedd rá a kis lángú gázra, majd miután ráérzel menni fog gyertyával is... Épp hogy feszesek legyenek a lufik.
Írj levelet, ha elakadsz valahol és nem megy, szívesen segítek!
Üzenetet a blog alján megtalálható kapcsolat felvételi űrlap segítségével küldhettek.
Tibsim

A kiszorító dugattyú

A kiszorító (vagy terelődugattyú)

Mint a neve is sugallja, tereli (kiszorítja) hol a hideg, hol a meleg oldalra a gázt.

Főbb Típusai:
Tömör:
http://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQGHwoymBOi7zziDoj3haYOQRRBXipkP9od6Lpk7ml0oRV0kWhS
A lényeg, hogy ne legyen rövidebb a terelő dugattyú a henger felénél. Mivel modellről van szó (és általában tudósok sem vagyunk), ennél bonyolultabb számításra nincs szükség, működni fog. Ami még fontos, hogy nem árt, ha viszonylag kis rés marad a terelődugattyú, és a henger között. Ha növelni akarjuk gépünk teljesítményét és hatásfokát, akkor az ilyen terelődugattyú mellé külön regenerálót is kell a gépbe építeni.

Tömör, de résregenerálóval rendelkezik:
Itt bőven a henger hosszának felénél hosszabbra mérjük a kiszorítót, így mindig marad egy rés a kiszorító henger közepe táján, ami regenerátorként működik. Ekkor a kiszorító kb. a henger 2/3-át teszi ki hosszúságban. Ha ilyen kiszorítót használunk, akkor avval is számolni kell, hogy azonos külső méretek mellett, ebben a gépben a kiszorító miatt fajlagosan kevesebb levegő dolgozik, így egy hasonló külső méretekkel rendelkező 50%-os kitöltésű kiszorítóval szerelt gépnél a teljesítménye kisebb lesz!
https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQpMgFWSe_pniSilA_QKDOUXPo3v09BrGWOz43QhDW8v0CZ3oiw

Fémvatta:
Lehet csinálni terelő dugattyút rozsdamentes "dörzsi" fémszivacsból, acélgyapotból is. Ekkor finoman kell érintse/súrolja a hengert, hogy ne mellette menjen el a levegő, hanem a szálai közt áramoljon.
Ezt már nem hívjuk tömör dugattyúnak, hiszen a levegő átjárja.
https://encrypted-tbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQz0bVtdmBAAOxwWKIHwNPxqvyLVbadfAfIBwSj39QvRXyRjRvkVA

https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTg1hNNgf8J8pFRmjth6Fmkqof7_uRUtbLSBaSfzCp3JsgA0cqa
Itt láthatsz ilyen kiszorítókat:
http://www.youtube.com/watch?v=IfyoeiB5NUE
http://www.youtube.com/watch?v=RzW0--FMbVg

Az a tapasztalat, hogy a legjobb a fémvatta, legalábbis általánosságban. Mivel jelen esetben a fémvatta működik regenerálóként, nincs szükség arra, hogy hosszabb legyen, mint a henger fele, mivel a regeneráló felülete bőven megvan. Ha hosszabbra hagynánk, már csak a káros teret, vagy más néven holt teret növelnénk a gépben. Minél finomabb szálú a fémgyapot, annál jobb regenerátornak, azonban a finom szálú könnyedén elég, sőt a legfinomabb szálú még levegőn is idővel korrodálódik, elmálik. Ezért a közepes, 3-as, 4-es jelzésű acélgyapotot ajánljuk.

A regenerátor:
A hideg és a meleg oldal között helyezik el. Anyaga a gép típusától függően lehet fémszita, fémgyapot, porózus műanyag, szivacs, de akár kerámia is. Amikor a meleg gáz átáramlik rajta, akkor anyaga átveszi a gáztól annak hőmérsékletét, ezért segíti a gáz hűlési ciklusát. Így a hőenergia eme raktározott része nem megy veszendőbe (ki a hideg oldalon), hanem ellen ütemben a hideg gáz visszaáramlásakor annak visszaadódik. Ezzel előfűti a meleg oldalra tartó gázt, gyorsítva a ciklust és növelve a hatásfokot. Így a hő munkává nem alakított részét sem hagyjuk veszni, hanem újra hasznosítjuk. (Ez aztán a Skót takarékosság :-) !)
A regenerátor tervezésénél figyelembe kell venni, hogy elegendő hőtároló képessége kell legyen (hőkapacitás), de ne növelje feleslegesen a hatásfok romboló holt teret, illetve ne akadályozza a gáz áramlását. Ezért általában a gáz áramlására merőlegesen helyezik el és az átáramlást biztosító csőnél szélesebbre tervezik. Persze nem minden típusban van regeneráló, például a "játék", illetve bemutató jellegű LTD típusú Stirlingekben általában nem használnak, a Harwell típusú Stirlingben pedig a kiszorító és a hengerfal közti szűk résnek van regeneráló hatása, ezt résregenerátornak nevezzük.

Milyen anyagból legyen a kiszorító dugattyú?

Ha LTD gépről beszélünk, ahol nincs 100 fok celsius feletti hőmérséklet, akkor valamilyen nem hőálló, könnyű anyagból szoktuk elkészíteni, például szivacs, hungarocell, vagy a kitűnően vágható formázható XPS.
https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTgJrwYkc_WGJK5T5AEwB6cV3qqwFi6LOhZ1eSrWCDPNRUK4pDo9Q

Ha HTD gépről van szó, vagyis nagy hőmérséklet különbségből fakadóan 100 fok felett is hőállónak kell lennie, nem csak könnyűnek és nyomásállónak, akkor általában fémdobozból készítjük.
Külföldi profik használnak még Calcium-szilikátot! Mi az ára miatt nem használtuk eddig, mert elég drága.
Itt lehet olvasni róla, illetve beszerezhető.
http://www.interkeram.hu/index.php?pg=ajcs_aloldal&subId=20

A kiszorítórúd megvezetésének az elkészítése

Modellek esetében az egyik legelterjedtebb, hogy a kiszorító rúdjának HTD gépeknél küllőt használunk, (mert az elég egyenes és erős.) Gyengébb gépeknél az esernyő merevítő is szóba jöhet, az sokkal könnyebben hajlik. LTD gépeknél akár hústűt, vagy gémkapcsot is alkalmazhatunk.
Infrared kezdetben úgy készítette el a kiszorítórúd megvezetését, hogy két ásványvizes kupakot szemben egymással össze szigetelő szalagozott, majd átszúrta mindkettőt tűvel (forró tűvel könnyebb), akkora lyukat képezve, hogy a küllő szabadon mozogjon rajta, ne szoruljon, de a szivárgása is a legcsekélyebb legyen. Ezt ragasztotta a kilyukasztott sörösdoboz aljára, ami egy másik sörösdobozba  (kiszorító henger) volt belenyomva. 

LTD gépeknél, ahol fontos a kis súrlódás az egyik ősi módszer, hogy a kiszorító megvezető rúdjára, kettő, olyan gyöngyöt keressünk, amely pont lyukméretben ráhúzható, nem szorul, de kicsit sem lötyög! LTD gépnél még fontosabb a pontosság. Keressünk egy olyan csövet amelybe a két gyöngy beleragasztható 1-2 cm távolságra egymástól, a gép méreteitől függően, majd a csövet is ilyen hosszúra vágjuk le. Ezt már ragaszthatjuk is a gép tetejére, és kész is a kiszorító megvezetése. Sajnos a gyakorlatban nem olyan könnyű méretben összepasszoló alkatrészeket találni. HTD gépeknél, van egy gyors módszer. Barna szigetelőszalagból levágunk egy 4-5cm hosszú, és 5mm széles csíkot. A küllőre ferdén elkezdjük feltekerni úgy, hogy a ragasztós fele kifelé nézzen. A tekerés elejének nem kell szépnek és pontosnak lennie (mert azt majd levágjuk), de aztán figyeljünk arra, hogy ne legyen túl szoros, és ne legyen bő sem a feltekert szakasz. Egy papírzsebkendő rétegdarabkát ragasszunk a feltekerés külső részére, majd kenjük be, ill. itassuk át pillanatragasztóval. A ragasztó megszilárdítja a megvezetésünket. A csövünk végét levághatjuk, hiszen elég egy 2-3 cm szakasz, de vigyázzunk ne húzzunk le a küllőről csak annyit, amennyit le akarunk vágni, mert nem biztos, hogy vissza tudjuk rá fűzni. Ha nem sikerült jól a barna ragasztócsík feltekerése, addig próbálkozzunk amíg jó nem lesz! Ne szoruljon és ne is legyen bő! Ha a 2-3 cm csövünk alsó felső végénél szabadon hagyunk egy kicsit a barna ragasztószalagból (4-5mm), tehát a végeiről elhagyjuk a ragasztós zsepit, akkor az a gáz nyomásának hatására ráfeszül a küllőre és olyan tökéletesen fog szigetelni, mint egy szimering, sőt, a későbbiekben kell egy pici lyukat tenni a gépre, hogy be tudjon rajta keresztül állni a középnyomás működés közben.
Itt pedig Attila ötlete, a bronzperselyes megvezetés:
http://www.youtube.com/watch?v=uldUzWbHHA8

Ha van egyéb ötletetek, vagy kérdésetek, akkor Infrared fórumába írjatok!

Építési számítások

Hőlégmotor építése (vizsgamunka)

Érvényes: hőtan tantárgy, nappali tagozat, 2011–2012. tanév, tavaszi félév

1. A motor főbb jellemzői

1.1. Csak gamma típusú motor építhető. A motor munkaközege csak levegő lehet.

1.2. A hevítőt mécses, gyertya, borszeszégő vagy forró víz melegítheti. Egyéb energiaforrás (gázlámpa, villamos hőlégfúvó, merülőforraló, villanyrezsó stb.) nem használható.

1.3. A hűtőt a szabadon áramló környező levegő, víz vagy jégkocka hűtheti.

1.4. Regenerátor alkalmazható.

1.5. A munkadugattyú lökettérfogata 20 cm³ és 100 cm³ között legyen.

2. Hőtani terv

Adja meg a következő névleges jellemzőket.

2.1. A hevítő és a hűtő üzemi hőmérséklete és belső hőátadó felülete.

2.2. A munkaközeg (a hengerbe zárt levegő) legkisebb és legnagyobb számított térfogata, nyomása, tömege.

2.3. A termikus hatásfok regenerátorral és regenerátor nélkül. A hőtan I. főtétele alapján bizonyítsa be, hogy a termikus hatásfokot a kiegészítésben megadott módon lehet kiszámítani. Ha alkalmaz regenerátort, akkor adja meg annak hőátadó felületét, hőkapacitását, tömegét.

2.4. Mérésre vagy számításra alapozva becsülje meg a motor termikus teljesítményét, valamint a tengelyen leadott tényleges teljesítményét. Előfordulhat, hogy a motor csak önmagát lesz képes meghajtani, a teljesítményt teljes egészében a motorban ébredő súrlódás emészti föl (nincs tengelyen leadott, kicsatolható teljesítmény).

2.5. Méréssel határozza meg az egy fordulatra jutó átlagos súrlódási veszteséget. Írja le a mérési eljárást, készítsen rajzot vagy fényképet a mérésről, és adja meg az eredményt.

3. Mechanikai terv

Adja meg a következő tervezési, méretezési adatokat.

3.1. Összeállítási rajz. A szerkezet szakadjon el a világhálón található megoldásoktól, legyen legalább egy saját ötlet (szerkezeti, anyagfölhasználási, gyártási). Ezt a leírásban emelje ki.

3.2. A motor részeinek (dugattyúk, hengerek, hajtórudak, csapágyazás, tengelyek, lendkerék stb.) műhelyrajza.

3.3. Méretezze a lendítőkereket, és adja meg annak tehetetlenségi nyomatékát.

3.4. A hajtórudakat méretezze kihajlásra.

4. Az értékelés

Az érdemjegy függ a műszaki megoldások ötletességétől, a rendelkezésre álló anyagok találékony felhasználásától, a kivitelezés gondosságától, a motor működését jellemző mennyiségek mérésének ügyes megvalósításától, a motor megbízható működésétől, a mellékelt dokumentáció szakszerűségétől és pontosságától. Az elégséges érdemjegy feltétele:

4.1. A bemutatott motor főbb jellemzői feleljenek meg a kiírásnak (1. pont).

4.2. Legyen hőtani terv (2. pont).

4.3. Legyen mechanikai terv (3. pont).

4.4. A motor legalább 5 percig folyamatosan, üzembiztosan, egyenletesen járjon, átlagos fordulatszáma terheletlenül legalább 300 fordulat/perc legyen.  

Kiegészítések

A Stirling-körfolyamat termikus hatásfoka

A Stirling-körfolyamat munka- és hődiagramja az 1. ábrán látható. A regenerátor a hevítő és a hűtő közé iktatott átmeneti energiatároló. Ha a 2-3 szakaszon fölvett Q₂₃ = Q_reg hőt teljes egészében az előző ciklusban a regenerátornak leadott Q₄₁ = Q_reg hő pótolja, a Stirling-körfolyamat termikus hatásfoka megegyezik a Carnot-körfolyamatéval:

.

Példaként legyen a hűtő hőmérséklete T_K = 0 ºC, a hevítőé T_N = 100 ºC. A megadott adatokkal:

.

Ha a munkaközeg tömege 0,128 g, akkor ennek hőkapacitása 0,13 J/K. Legyen a regenerátor hőkapacitása ennek 10-szerese: C_reg = 1,3 J/K. Legyen a regenerátor finomszálas, laza állagú acélforgács vagy üveggyapot.

1. ábra. A Stirling-körfolyamat munka- és hődiagramja

A regenerátor nélküli Stirling-körfolyamat termikus hatásfoka függ az ε sűrítési aránytól:

.

Legyen a sűrítési arány ,

levegőre .

A példaként megadott adatokkal:

  

A munkaközeg tömege, az elméleti munkadiagram és a motor teljesítménye

Legyen a munkaközeg legnagyobb térfogata V₁ = 100 cm³, induló nyomás ,

.

.

 Ekkor a munkaközeg tömege:

A sarokpontokban a nyomás (ha ε = 2):

A környezeten végzett munka a két izotermán:

Az egy ciklus alatt a környezeten végzett eredő munka:

A névleges fordulatszámnál (300 f/perc) az egy főtengelyfordulat ideje:

.

Az elméleti teljesítmény:

.

Ha a motorban van regenerátor, a fordulatonként szükséges hő megegyezik a 3-4 szakaszon végzett munkával:

.

Az üzemeltetéshez szükséges hőáram:

.

Ha a hevítő hatásfoka 80%, akkor a hőforrás hőárama kb. 60 J/s. Ezt kb. három mécses képes előállítani.

A motor tényleges hatásfokát rontja az ideális körfolyamattól való eltérés és a súrlódás. Ha a tengelyen leadott tényleges teljesítmény például 5 W, akkor a jósági fok és a tényleges hatásfok:

Ezektől a számított értékektől a megépített motor tényleges hőtani jellemzői jelentősen eltérnek.

A 2. ábrán egy 50 cm³ lökettérfogatú, 2-es sűrítési arányú, gamma típusú, regenerátorral ellátott, forgattyús hajtóművel szerelt hőlégmotor számított (a ténylegest megközelítő) munkadiagramja látható. A regenerátor és a hengereket összekötő csövek légtérfogata (káros tér) a lökettérfogat 10%-a. Jól látható, hogy a valóságos körfolyamat jelentősen eltér az elméletitől.

2. ábra. Gamma típusú hőlégmotor tényleges munkadiagramja

A lendítőkerék A motor szögsebessége a névleges fordulatszámon: A hengertérbe zárt levegő izotermikus összenyomásához szükséges munka: Tegyük föl, hogy ezt a névleges fordulatszám kétszeresére fölpörgetett lendkerék forgási energiája szolgáltatja (a sűrítés végén a lendkerék megáll): Ebből a lendkerék tehetetlenségi nyomatéka: Ez a motor folyamatos működését biztosító legkisebb tehetetlenségi nyomaték. (Ekkor a lendkerék éppen csak átfordítja a holtponton a főtengelyt, a motor egy pillanatra leáll a 2-es pontban). Ennek kb. a kétszeresére válasszuk a tehetetlenségi nyomatékot (súrlódási veszteségek is vannak!). Legyen például  , a lendkerék tömege M = 1 kg. Ha a lendkerék d átmérőjű vékonyfalú hengergyűrű, akkor a tehetetlenségi nyomatéka, illetve az átmérője: A lendítőkerék tehetetlenségi nyomatéka legalább akkora legyen, hogy a névleges fordulatszámra kézzel fölpörgetett, majd magára hagyott motor legalább 3-4 fordulatot tegyen a megállásig. Megjegyzés A példaként megadott értékek TK = 0 ºC, TN = 100 ºC, ε = 2, V1 = 100 cm3, M = 1 kg, továbbá a lendkerék alakja (vékonyfalú hengergyűrű) az Ön motorja esetén természetesen más lehet. Az elkészült mű:     A tervezéshez és építéshez ajánlott irodalom Bagány M.: Műszaki hőtan. Jegyzet, H–388, KF GAMFK, Kecskemét, 2009. Bagány M.: Műszaki áramlástan. Jegyzet, H–393, GAMF, Kecskemét, 2009. Grohe, H.: Otto- és Diesel-motorok. Műszaki könyvkiadó, 1980. Pattantyús Á. Géza: A gépek üzemtana. Tankönyvkiadó, Budapest, 1964. Kecskemét, 2012. február Bagány Mihály a tantárgy előadója Köszönet Bacsabacsának és Bagány Mihály Tanár Úrnak !

Egyebek:
Stirling-gép szimulátor:
http://www.solarheatengines.com/stirling-engine-simulator/
Levegő-nyomás kalkulátor:
http://www.sengpielaudio.com/calculator-airpressure.htm
Kalkulátor:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/wavrel.html#c2
Pneumatikai alapfogalmak:
http://www.pneuplus.hu/pneumatika_oktatas_files/Pneumatika_alapfogalmak.pdf
Kg/cm2 to bar
http://www.convertunits.com/from/kg/cm2/to/bar
mm2 to cm2:
http://www.endmemo.com/sconvert/cm2mm2.php
N to kg:
http://www.convertunits.com/from/kg/to/N

Stirling gyerekeknek, kezdőknek, iskolai projekt feladatnak

                                

Gyerekeknek, iskolai projektfeladatnak, vagy akár kezdőknek a Hubert Stierhof által kitalált Rocky stirling gép megépítését ajánljuk, mivel nincs nyílt láng használata, a melegítés napenergiával történik, az elkészítéséhez pedig nincs szükség felszerszámozott műhelyre, vagy speciális alkatrészekre. Kiemelkedő kézügyességet sem követel meg. A legfontosabb feltétel talán az, hogy ne télen, napsütésben szegény időszakban építsük meg! Átlag 20-40 fok hőmérséklet különbséggel fog működni a gép, az érzékenységét pedig nagy mértékben növelhetjük, ha nedves papír zsebkendőt, vagy szövetet teszünk a hátsó (hideg) oldalára.
 Szerintem akár Ultra LTD -is lehet készíteni, ami 10 fok alatti hőmérséklet különbséget jelent a két oldal között. Ekkor szélesebb, de laposabb gépet kell építenünk, és csupán egy nedves ronggyal a hátlapján is működhet anélkül, hogy napfény érné, csupán a szoba hőmérséklete és a párolgó víz hűtötte oldal közti hőmérséklet-különbség hajtaná. Amennyiben felfüggesztjük a terelődugattyút, (én az alsó rajzon lévőt próbáltam ki) akkor a kiszorítónak még kisebb lesz a súrlódása, kisebb lesz az ellen ütemben mozgó súly, amitől szintén nagy mértékben nő az érzékenysége!

Egy mini gép:

https://www.youtube.com/watch?v=wtJwbu67yog&feature=youtu.be

Evvel a design-nal valószínűleg nagyméretű LTD gépet is könnyen lehet készíteni! A gép működési elmélete:

http://stirlingtechnology.blogspot.com/2012/01/rocky-egzotikus-mc-k.html 

Tanácsként annyi elmondható, hogy próbáljunk minél könnyebb anyagokból építeni, és az érzékenységet növelhetjük, ha nem csak jobb-bal irányban súlyozzuk ki a gépet, hanem az alja és a teteje között is. Nem baj, ha kicsit szivárog a gép, sőt kell is, hogy a folyamatos melegedés miatt ne nyomódjon ki a víz és állítódjon el egy idő után az egyensúly. Ezt úgy érdemes megoldani, hogy teljesen szivárgásmentesre építjük, majd egy apró, tűszúrásnyi lyukat szúrunk rá. A vízcsövet úgy hajlítsuk, hogy a legmélyebb pontja a hengerünkkel egy vonalba essen, mert különben a víz szép lassan hol az egyik, hol a másik oldalra tolódik, így mindig elállítja az egyensúlyt. A gép néhány másodperc, vagy perc működés után vagy az orrára, vagy a hátára fog dőlni, és nem lehet beállítani az egyensúlyát. Ha csúcsosra íveljük, akkor megbízhatóan fog működni. Az érzékenységét úgy növelhetjük, hogy csökkentjük a gép teteje és alja közötti súlyelosztást, vagyis pici súlyt teszünk a gép tetejére!, így könnyebben, nagyobbakat tud billegni, de lassabb lesz a működési frekvencia. Ráadásul elállíthatja a cső csúcsosságának a mértékét, így túl nagy súly használatával szintén állandóan elállítódhat az egyensúly. Ha a cső aljára (csúcsára) tesszük a súlyt, a gép súlypontja alacsonyabbra kerül, stabilabb lesz, gyorsabb is, de kevésbé érzékeny. Nem árt, ha a gépet könnyen bonthatóra építjük, különösen, ha víz folyik bele, szükség lehet rá! Dolgozzunk a lehetőségeinkhez mérten a legpontosabban és ne végezzünk férc munkát... például, ha csak szigetelő szalaggal rögzítjük a fedőket, az nem elég, ugyanis a szigetelőszalag, bár jó légszigetelő, de jól nyúlik, így tágulásával mozogni engedi a fedőt a gép oldalához képest. Mivel a fedők felülete nagy, a nyomásingadozások erősen hatnak rá, és ez az erő itt fog elnyelődni, nem a folyadékdugattyút fogja mozgatni. Mivel a jelenség alig látható, csak nézünk majd, mint borjú az új kapura, miért ilyen gyenge a produkció! Ha a szigetelőszalag körbetekerése előtt  kevés pillanatragasztóval körbepontozzuk a fedőt úgy, hogy az később könnyedén kitörhető legyen a gép alkatrészeinek sérülése nélkül, akkor elkerülhetjük a fedő nagymértékű, káros mozgását, "légzését"! A fentiekből adódóan, ha választani lehet, olyan konzerv doboz fedőket használjunk, amelyek merevebbek. Minél merevebb a gép oldala, annál kevesebb veszteség lesz a szuszogásából adódóan! Hogy ez milyen fontos, próbáljátok ki! A hüvelyk és a mutatóujjatokkal fogjátok át az első és hátsó fedőt, és nyomogassátok össze a gépet. Láthatjátok, hogy szemmel nem látható deformációra, a folyadék mennyit mozdul kifelé. A nap felőli fedőt be kell festeni feketére, ha lehet matt festéket használjatok, vagy a fényes fekete, már megszáradt festéket finom csiszolópapírral tegyétek mattá. Lehet használni üveglapokat, vagy petri csészét is oldalra, ekkor a belső terelődugattyú nap felőli oldalát kell feketére készíteni. Persze az egyéb kreatív ötletek, megoldások száma végtelen! A Stirling gépekre jellemző, hogy ilyen apróságokon múlik a működésük!
A gép egyensúlyát úgy állítom be, hogy a gép alján a műanyag csövet tartó drótban a műanyag cső mozgatható előre-hátra. Ajánlom még, ha tovább akarjátok tökéletesíteni, hogy olvassátok el a Stirling gép működése menűpontban a holttérre utaló részt is.
A gép méretei: 10 cm átmérőjű (konzerv tető), 4 cm magas karika (2l-es üdítős flakon) a henger, 7mm belső átmérőjű PVC cső a vízdugattyúnak használt cső.

http://www.youtube.com/watch?v=WnHH6BKk7yA&feature=youtu.be

 A felhasználható anyagok: Elég széles a skála, de az alábbi anyagok bárki számára elérhetőek. Konzerves doboz (pl. halkonzerv), szigetelőszalag, drót, lehetőleg átlátszó műanyag cső, kiszorítónak hungarocell darab, vagy hullámkarton darab, pillanatragasztó, szilikon ragasztó (pl. F.BS, Mester)
A hengert 2l-es PET palackból vághatjuk ( a visszaválthatós jobb). Hőcsapdát is szerelhetünk a gépre, amit én átlátszó CD tokból készítettem, erre szeles, hűvösebb időben lehet szükség.

Szükséges szerszámok, egyebek: olló, kés( sniccer), fűrészlap, védőszemüveg, kesztyű.

A kiszorító elkészítése: Egy lapos Hungarocell darabot ék alakúra kell vágni, hogy tudjon billegni, ill. átbillenve illeszkedjen a konzerves doboz felső oldalához, aljához. Gyerekeknél, de felnőtteknél is nehézséget okozhat ennek pontos kivitelezése, így általában könnyebb, ha alufólia galacsint gyűrűnk megfelelő alakra. Még egyszerűbb, ha (hullámkartonból, vagy más könnyű anyagból) két karikát vágunk ki (könnyen mozogjanak a hengerben), és közéjük távtartót teszünk úgy, hogy szabadon tudjanak billegni a karikák, vagy fellógatjuk őket a két oldalhoz. Esetleg a két körlapot össze is lehet ragasztani az egyik szélénél, a távtartót a másikba, és annál fogva cérnával felfüggeszteni. Így mindig magától indul, és a vékonyabb (1-2mm) hullámkartonból készített karika terelőkkel működik a legjobban a gépem, hiába van közöttük holttér!

 Veszélyforrások: Az egyik legveszélyesebb a pillanatragasztó, főleg akkor, amikor még az új flakonnak kinyomjuk a zárt tetejét, vagy a beszáradt elejét akarjuk kiszúrni tűvel. Azt javasolom, hogy a ragasztást inkább felnőttek végezzék, mégpedig védőszemüveggel, mert a ragasztó ilyenkor kispriccel és ha magunk felé tartjuk (amit soha ne csináljunk), akár a szemünkbe.  A másik dolog, amire nagyon oda kell figyelni, az ujjak összeragadása. A fűrész, olló, kés használatával pedig vágási sérülések történhetnek. Az erős napsütésen őrizetlenül hagyott gép, akár 150 fok Celsiusra is felmelegedhet, olyannyira, hogy megolvadhatnak a műanyag részek. A fentiek miatt a gépek elkészítését és használatát mindenki saját felelősségére végzi!

 A Stirling-gépek szerepe az oktatásban:  A gyermekek ma már tisztában vannak az alternatív energia fontosságával, ezért természetes érdeklődést mutatnak ezen szerkezetek irányában! Elnyeri a tanulók tetszését, és a gépek megismerése, főleg építése közben felébred az érdeklődősük a kapcsolódó , mélyebb tudás elsajátítása, majd később a fizika, a mérnöki tudás iránt. Segíti a fizikaórák érdekesebbé tételét és rámutat a fizika gyakorlati hasznára! Ráébreszti a tanulókat az energia fontosságára, az energetikai problémákra, hogy mennyi energiát használunk, illetve spórolhatunk és energiatakarékosságra nevel!

 Példa: Japán

Japánban már a kisiskolásokkal építettnek különböző Stirling gépeket, nem hiába érzékenyek a tudományra és technikára, és nem hiába járnak előttünk ezen területeken.
http://members.jcom.home.ne.jp/rikaken/stirling.html

 Amennyiben elkészítettétek ezt az egyszerű gépet jelezzétek nekünk, illetve küldjetek nekünk e-mailt a blog alján megtalálható, kapcsolatfelvételi űrlap segítségével, hogy mi is együtt örülhessünk veletek!

 Jó szórakozást!

MC avagy TMG stirling készítése

Ez a gép tulajdonképpen egy Jumping stirling szilárd dugattyúval., illetve egy TMG is.

Egy egymásba illő 18-as és 16-os kémcsőpárra van szükségünk. A 18-asnak, ha van belső pereme, ki kell reszelni. Annyira kell egymásba illeniük, hogy nyomásra, húzásra rugózzanak, működjön a légrugó effektus. Ha a 16-os kémcső vékonyabb, barna széles ragasztószalagot kell rá köbetekerni, kb. 2 cm hossz pontosságal, ami néhány ezredmillimétert jelenthet. Bővebben a munkadugattyúk készítése oldalon olvashatsz erről. A kiszorítót úgy kell elkészíteni, mint egy Jumping stirlingnek. Háromszor hosszabb legyen, mint a szélessége. Szitaszövetből, én például a 100 forintos boltba vettem tésztaszűrőt. amiből levágunk egy megfelelő darabot, és valamire feltekerjük,ami olyan széles, hogy pont belefér majd a ksizorítónk a kémcsőbe. A kiálló szálakat én visszahajtom, hogy ne zavarjanak. Vékony dróttal 3 helyen körbekötöm a hengert, hogy ne menjen szét. Ha kész van, fémvattával, vagy fémszivaccsal megtömöm. Ne a legfinomabb vattát használd, mert az elég, és szétfoszlik. A szűkítőt egy vízcsap tömítőből készítettem, az a jó, ha nem fér bele, és egy ék alakot kivágok belőle, így bele tudom tolni a kémcsőbe, de be is feszül. A többi magáért beszél:

Ha a szűkítőt nem teszed bele, akkor fejjel lefelé, vagy 45 fokban lefelé fog működni a gép. Ekkor inkább már TMG-ről beszélhetünk. Ennek előnye, hogy a szűkítő és a dugattyú között nem marad károstér. Jobb lesz  működés, ha egy fél tollrugót beletekersz a kiszorító hideg végébe, vagyis a dugattyúhoz.
Ha kérdés merűl fel, tedd fel Infrared fórumában. Jó szórakozást!
A kész gép:

Gyakorlati építési tervek

LTD stirling készítése Hudák Gábortól     A stirling motor építésének alapjai sajátítható el belőle!
LTD stirling building from Hudak Gabor (English)    The Stirling engine building foundations may be recognized from it!
Puskás Stirling-gép
MC vagy TMG stirling készítése 
Free piston stirling modell (néhány perces elkészítési idő)
Attilától: Free Piston Stirling Engine (FPSE) tutorial
A metronóm-gép
Gyerekeknek, projekt feladat iskoláknak, kezdőknek Szolár Rocky LTD 


Külföldi oldalak:
A legjobb ULTRA LTD tervrajzok, csak nehezen találhatók meg a honlapon:
http://www.photologie.fr/

Tervrajzok, amiket mailban lehet kérni!
Ultra LTD gépek építési útmutatók
LTD méretezés
Rengeteg terv
Tervek kezdőknek
Can stirling építési utmutatóképekkel, videóval
Logic System
Modell striling autó tervei
Letölthető tervrajzzal, videóval, egy modell építési útmutatója
Stirling motorral hajtott modelhajók, tervrajzokkal
HTD gamma modell CAD ábrával, instrukciókkal
Francia gamma méretezve
Gamma solar méretezve
Kicsi, de éredek vezérlésű régi gamma leírása  ugyanez élőben: http://www.emcacombine.page.tl/Stirling-Engines.htm
http://www.manfreds-hobbypage.de/seiten/start_str.htm
Linkelve a fórum:
További építési útmutatók

Elméleti dokumentumok

Frissítés pirossal !

Elsődleges fontosságú oldalak

http://hu.wikipedia.org/wiki/Stirling-motor

http://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine

http://www.robertstirlingengine.com/index.php

http://fenykapu.free-energy.hu/pajert/index.htm?FoAblak=../pajert20/HazF...

http://www.eleg.hu/tiki/tiki-index.php?page=StirlingMotor

Magyar nyelven:

Érdekes részletek Andy Ross alább linkelt könyvéből magyarul  

Stirling engine kalkulátor:

http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/academic/simple/simplee.htm

Román nyelvű:

http://www.mec.tuiasi.ro/diverse/Ebook%20Introducere%20in%20masini%20Sti...(in%20Romanian

Német nyelvű méret kalkuláló lap, de ha kis a rajz fölé viszed az egeret, akkor nem kell tudnod németül...(Köszönet Petinek a beküldésért)

http://www.henrykoch.de/alternative-energie/stirling-heissluftmotoren/berechnung-gamma-typ.html 

Angol nyelvűek:

https://solikhinugm.files.wordpress.com/2010/10/design-of-stirling-engine.pdf

Egy Andy Ross könyv a gépeiről:

http://stirling.atw.hu/MSE.pdf

G. Walker Stirling -gépek. összefüggések a munkadugattyú, a kiszorító arányokról, regenerátorról, stb. 
http://www.findthatfile.com/search-173346-ePDF/download-documents-stirling-engines-g-walker-pdf.htm

Finkelstein-féle Air engines című könyv
http://www.media.rmutt.ac.th/media/e-book/Engineer/Automotive/Air%20Engines%20-%20The%20History,%20Science,%20and%20Reality%20of%20the%20Perfect%20Engine.pdf

Két mágneses gép:

http://www.artformfunction.com/projects/ingenious/engines/stirling/delay...

http://www.artformfunction.com/projects/ingenious/engines/stirling/gym/g...

http://sleekfreak.ath.cx:81/3wdev/VITAHTML/SUBLEV/EN1/STIRLING.HTM

Egy különleges dupla acting stirling-gépről, általában a gépekről, a regenerátorról, számítások,  számítógépes program, összefoglaló jellegű honlap németül is:

http://home.germany.net/101-276996/index.html#eng

Performance optimization of Stirling engines.pdf 343K:

http://penge.novatron.hu/zene/STIRLING%20E-Books/Performance%20optimizat...

An experimental study on the development of a b-type Stirling engine.pdf 540K:

http://penge.novatron.hu/zene/STIRLING%20E-Books/An%20experimental%20stu...

Gibson, William & Bruce Stirling - The Difference Engine.pdf 1.5M :

http://penge.novatron.hu/zene/STIRLING%20E-Books/Gibson,%20William%20&%2...

Simulation, construction and testing of a two-cylinder solar Stirling.pdf 738K:

http://penge.novatron.hu/zene/STIRLING%20E-Books/Simulation,%20construct...

Stirling_and_hot_air_engines-LQRS.pdf 86M:

http://penge.novatron.hu/zene/STIRLING%20E-Books/Stirling_and_hot_air_en...

Technological development in the Stirling.pdf 514K :

http://penge.novatron.hu/zene/STIRLING%20E-Books/Technological%20develop...

Thermodynamic analysis of a b type Stirling engine with a displacer.pdf 1.1M :

http://penge.novatron.hu/zene/STIRLING%20EBooks/Thermodynamic%20analysis...

Számítások:
http://solikhinugm.files.wordpress.com/2010/10/design-of-stirling-engine.pdf

Köszönet a gyűjteményért, leginkább BladeAttilának!

Amennyiben jó, elmélettel foglalkozó weboldalt vagy dokumentumot láttok, akkor linkeljétek itt:

http://users.atw.hu/stirlingmotor/forum/viewtopic.php?f=40&t=401&sid=10900ec65fc9ed582b604f149b5ed527

Az egyes géptípusok bemutatásánál is találtok linkeket, főleg a termoakusztikus gépeknél!

Folyt.köv.

Milyen arányai legyenek a gépemnek?

Kiindulhatunk abból, hogy mivel szeretnéd fűteni, illetve mire szeretnéd használni.

A kiszorító dugattyúkról itt olvashatsz:
http://stirlingtechnology.blogspot.hu/2012/09/a-kiszorito-dugattyu.html

Minél több gáz van a gépben, annál nagyobb lesz a teljesítménye, de annál nagyobb lesz a kiszorító súlya és a forgattyús szerkezet súrlódása.

Ha kis hőmérséklet különbséggel akarod működtetni a gépedet, akkor lapos gépet csinálj, mert a kiszorító így könnyű marad, a rövid mozgatás miatt is, kisebb forgattyús szerkezetet kell ráépítened, amitől kicsi marad a súrlódása, így a kis teljesítménytől is fog tudni működni. Ha azt akarod, hogy még kisebb hőmérsékletre működjön, inkább szélesítsd. A másik, ha nem lenne lapos a géped, hanem hosszúkás, a kis hőbevitelt a sok levegővel tovább hígítod, ami rontja a hatásfokot! Lapos gépnél viszont a levegő mennyiségéhez képest nagy a felület, amitől jobban megmarad az a  kis energiasűrűség.

Ha nagy hőmérséklet különbséggel akarod meghajtani a gépedet, akkor a lapos gép nem lesz jó, mivel hőálló anyagokat kell használnod. Általában fémet hengernek, esetleg kiszorítónak is, és mivel közel van a hideg és a meleg oldal, ezért az átvezeti a hőt, anélkül, hogy munkába fogtuk volna. Ezért a HTD gépek hosszabb alakúak. A nagy hőmérséklet különbség miatt nagyobb az ereje, ezért a nagyobb forgattyús szerkezet nagyobb súrlódása aranyaiban kisebb jelentőségű. Ha nagy hőmérsékletre lapos, széles gépet csinálnánk, akkor különlegesebb hőszigetelő anyagokat kellene használni, speciálisabb építési módokat, melyek az amatőrök számára nehezebben elérhetőek. A nagy lapos felületek a nagy nyomásváltozásokra domborodhat, homoríthat (lélegezhet), és ez elvehet a hatásfokból. Ha vastagabb lemezt használsz, akkor kisebb lesz valamivel a hővezetése, ha meg merevítéseket raknál rá, bonyolódik az építés. Másrészt, a nagy felület viszont pozitív hatású lenne, de egyenletesen kell fűtened. Tehát, nem érdemes lapos széles gépet építeni, ha vihargyújtóval akarod fűteni, mert a hőmérséklet hiába lesz magas, ha a hőmennyiség eloszlik.  

Minél magasabb a hőmérséklet különbség, azaz minél koncentráltabban visszük be a hőmennyiséget, hőenergiát, annál magasabb hatásfokkal lehet mozgási energiává alakítani. Törekedj, rá, hogy minél kevesebb holt tér legyen a gépedben (a regenerátor belső tere is holt térnek számít)!

Thermoacoustic engines

Működésének a lényege

Két remek videó, amely többet mond minden más szónál:

https://youtu.be/abswNCqnMRQ

https://youtu.be/kkBBkQ8jFRY

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!

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! 

A hang (Érdekesség)
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 85db
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

A gáz elmozdulás: 10 cm

A hőmérséklet változások: 24 K )

Elméleti max. légköri nyomáson kb. 194db
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.

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:

Rijke-cső

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 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

 http://www.youtube.com/watch?v=anALGe4iBWY
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.

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!
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.

 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:

A cső hossza cm-ben:
A cső szélessége cm-ben:
Eredmény Hz-ben:

--------------------------------------------------------------------------------------

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 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

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

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...
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:

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.

http://www.youtube.com/watch?v=cgGu49H1h0k

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 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.

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.

http://slideplayer.com/slide/5815243/

Az állóhullámú generátorok hatásfokát a cső akusztikus veszteségének nagyfokú lefaragásával tudták javítani!
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.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011227506000804

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:

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.)

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 következő videón egy régebbi TASHE konstrukció látható kísérlet közben, majd a legújabb több ( jelen esetben négy) fokozatú konstrukció látható a Holland ASTER cég fejlesztéseként.

http://www.youtube.com/watch?v=8T23x-15YA4

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:

http://en.wikibooks.org/wiki/Engineering_Acoustics/Acoustic_streaming

http://connection.ebscohost.com/c/articles/20788943/investigation-gedeon-streaming-traveling-wave-thermoacoustic-engine  )

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.

A haladó hullám és az állóhullám animációja:

http://ww2.unime.it/weblab/mirror/ntnujava/waveType/waveType.html

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.

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.

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)

A haladó hullám és az állóhullám animációja:

http://ww2.unime.it/weblab/mirror/ntnujava/waveType/waveType.html

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:

http://kepfeltoltes.hu/130520/loop_www.kepfeltoltes.hu_.gif

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:

http://www.youtube.com/watch?v=t-Lj2RSIGTM

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 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:

 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.
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

Membrán + tömeg gép

BITL 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/

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

Pulse Tube gépek:

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.

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.
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:

http://youtu.be/ygxMEPW-VQk

-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

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. 

 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:

Egy bonyolultabb haladóhullámú:

Ez pedig egy állóhullámú generátor:

http://www.baz.umd.edu/labs/thermoacoustic.html

http://cleanpowerresources.com/content.php?sub_section=thermoenergyconversion&name=the_thermocoustic_alternator

http://www.acoustics.org/press/162nd/matveev-4aEAa.html

-Magnetostrictive Alternator:

http://www.techbriefs.com/component/content/article/3-ntb/tech-briefs/mechanics-and-machinery/17674

http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=43441

-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=802

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

-termomágneses generatorral:
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:

http://members.jcom.home.ne.jp/kobysh/experiment/kama/cankama.html

http://members.jcom.home.ne.jp/kobysh/experiment/kama/kama.html

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 :-)!

http://youtu.be/S1VEablsSQA

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 gőzgép
Ennél a gépnél gőz a munkaközeg, vagyis gőzgép. első gépnek ajánlom a rizst tartalmazó egyszerűbb variációt, mivel biztosan működik! Rajz:

DIY:  www.youtube.com/watch?v=iSSeKgeEpQg

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

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.

http://youtu.be/tP8PUU2ig9s

Egy videó a termoakusztikus hűtőről:

https://www.youtube.com/watch?v=jwV4GkniFNo

Hűtőgép kísérlet:

http://paws.kettering.edu/~drussell/Publications/ThermoDemo.pdf

----------------------------------------------------------------------------------------------------
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:

http://youtu.be/2yzzqURVAZY

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