Encontech heeft een nieuw type universele warmtemotor ontwikkeld. Deze zet warmte via een vloeibaar werkmedium met hoge dichtheid om in mechanische energie. De motor moet een eenvoudig en economisch alternatief bieden voor warmtemotoren (zoals verbrandingsmotoren, stirlingmotoren en rankine cycle motoren) met een vermogensbereik tot enkele MW.
Er is een toenemende vraag naar niet-conventionele warmtemotoren die gebruik kunnen maken van alternatieve, duurzame en schone energiebronnen. Verbrandingsmotoren hebben de hoge geluidproductie, de uitstoot van vervuilende uitlaatgassen en het frequente onderhoud als nadeel. Warmtemotoren zoals de stirlingmotor hebben andere nadelen. Ze zijn complex en kostbaar en de rendementen houden niet over.
Onderzoekers aan Universiteit Twente hebben jarenlang onderzoek gedaan naar een alternatief voor de stirlingmotor. Ze vonden de oplossing in het werkmedium, de thermodynamische werkcyclus en technische vereenvoudiging. Er zijn prototypes gebouwd die intensief worden getest. Ook is Encontech opgericht om de technologie verder te ontwikkelen en op de markt te brengen.
Onafhankelijk van warmtebron
De nieuwe warmtemotor is een externe verbrandingsmotor waarin vloeistof als werkmedium wordt toegepast om warmte om te zetten in mechanische energie. De vloeistof is vloeibaar bij lage cyclustemperaturen en gasvormig of superkritisch vloeibaar bij de hoogste cyclustemperatuur.
Alle wrijvinggevoelige en afgedichte onderdelen van de motor werken onder vloeistof, hetgeen resulteert in een betere smering. Bovendien kan gebruik worden gemaakt van hydrostatische vloeistoflagers die wrijving en slijtage zo goed als elimineren. Omdat het hier gaat om een type motor met externe verbranding kunnen deze motoren toe met elk type warmtebron.
Warmtemotor
Het creëren van een temperatuurverschil door opeenvolgend een werkvloeistof te verwarmen en vervolgens te koelen, leidt tot expansie respectievelijk compressie en daarmee tot arbeid. De motor bestaat eigenlijk maar uit twee hoofdcomponenten: een cilinder met daarin een zuiger.
De zuiger beweegt op en neer in de cilinder door middel van een actuator (bijvoorbeeld een krukaandrijving of een drukverschil) en verdeelt het inwendige van de cilinder in een heet en een koud deel. De motor bevat verder een koeler, een regeneratieve warmtewisselaar en een verhitter. Een membraan unit dient als interface tussen de werkvloeistof en de te verpompen vloeistof (lichtgroen).
Hoog koppel
Door gebruik te maken van vloeistof als werkmedium kan de motor in één cyclus hoge drukken genereren. Hierdoor kan de warmtemotor bij lage snelheden (circa 1 Hz) dezelfde energiedichtheid realiseren als moderne zuigermotoren. Door de eenvoudige constructie zijn geen nauwkeurig op maat geproduceerde (dure) onderdelen nodig. Ook dure hoog gelegeerde materialen zijn niet nodig: de meeste onderdelen zijn van gewoon staal.
De tijdens de cyclus opgewekte drukpulsen kunnen ook direct worden omgezet in elektrische energie door toepassing van een hydraulische cilinder die verbonden is met een krukas of door een piëzo- of elektrokinetische transducer. Ook kan daarvoor een hydraulische motor worden gebruikt. Dergelijke motoren kunnen nog compacter worden gebouwd met een nog hogere energiedichtheid. Het uitgaande vermogen kan worden vergroot door meerdere warmtemotoren achter elkaar te zetten. Ook is het mogelijk de motor op meerdere brandstoffen te laten werken.
Het complete artikel vindt u in het juni-nummer van Aandrijftechniek.
