В Канаде разрабатывают термоакустический двигатель

Канадская компания Etalim разрабатывает новый тип двигателя, который может генерировать электричество с эффективностью топливных элементов, но по цене двигателя внутреннего сгорания.

Небольшой двигатель размером с баскетбольный мяч способен улучшить эффективность производства электроэнергии и может применяться для когенерации электричества и тепла в домах, а также как утилизатор тепла солнечных коллекторов. В настоящее время компания создала прототип, который не достиг требуемой коммерческой эффективности преобразования топлива более 40%, но компьютерные модели показывают, что этого КПД добиться достаточно просто.

В изобретении канадцев применяется принцип работы двигателя Стирлинга, в котором внешний источник тепла используется для расширения неизменного количества рабочего газа (обычно гелия), который затем охлаждается и сжимается. Таким образом, цикл расширение/сжатие превращает тепло в механическую работу движения поршня.

«Акустический» двигатель Стирлинга может найти широкое применение и полностью заменить бензиновые генераторы.

Главная проблема двигателя Стирлинга состоит в том, что для максимального КПД он должен работать при очень высоких температурах и давлениях. Это создает огромные трудности в герметизации цилиндра, поскольку традиционные методы уплотнения, вроде резины и смазочных материалов, использовать невозможно. Приходится создавать сверхточные детали, что, естественно, очень дорого.

Специалисты Etalim нашли возможность исключить из конструкции все трущиеся детали и уплотнения, которые склонны к износу. Для этого они применили термоакустический принцип привода с помощью звуковых волн, который не допускает утечки газа из герметичной полости. Сердцем двигателя является пластина из металла, которая заменяет поршень в обычных двигателях Стирлинга. Когда гелий на верхней стороне металлической пластины нагревается и давление растет, звуковые волны, распространяющиеся в газе, усиливаются, в результате чего пластина начинает вибрировать и прогибается в сторону холодного гелия. Пластина в момент изгиба приводит во вращение вал, соединенный с генератором. Колебание пластины сдвигает вал только на две десятых миллиметра за один цикл, но двигатель способен достичь скорости в 500 циклов в секунду, что позволяет получить большую мощность на выходе.

Компания ставит перед собой амбициозные цели. Первый прототип двигателя, сделанный в прошлом году, продемонстрировал работоспособность концепции, но он работал при низкой температуре нагрева и поэтому имел КПД 10%. Второй прототип, работающий с КПД 20-30% при температуре 500°С, будет готов весной этого года.

Ну а коммерческий продукт с 40% КПД при температуре 700°C запланирован на 2012 год. Таким образом, канадский двигатель станет конкурентом топливных элементов и сможет использоваться в жилых домах.

Компания считает, что двигатель может производить 1 Вт мощности меньше чем за 1 долл., а в последствии и за 15 центов, что дешевле, чем сопоставимые двигателя внутреннего сгорания.