Maszyny Stirlinga jako urządzenia do prowadzenia procesu skojarzonej produkcji energii oraz realizacji alternatywnych obiegów chłodniczych

• Autorzy: Wrona J. , Taler D. , Prymon M.

Warianty tytułu

EN

Stirling machines working as devices for energy production in cogeneration and realization of refrigerant circuits

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Maszyny Stirlinga mogą stanowić realną alternatywę do stosowanych obecnie technologii silników cieplnych oraz urządzeń chłodniczych. Zapomniana, niemal dwustuletnia konstrukcja, która w chwili swojego powstania przerastała możliwości ówczesnej technologii przeżywa obecnie prawdziwy renesans. Potwierdza to coraz większa liczba wdrożeń komercyjnych w różnych dziedzinach techniki od urządzeń chłodniczych po silniki przemysłowe. Postęp w dziedzinie inżynierii materiałowej, szczególnie od drugiej połowy XX wieku oraz rozwój techniki komputerowej, i co za tym idzie możliwość stosowania numerycznych metod obliczeniowych spowodował, że większość problemów technicznych sprzed ponad wieku ma obecnie charakter historyczny. W artykule przedstawiono opracowane przez autorów wybrane rozwiązania konstrukcyjne agregatu kogeneracynego oraz chłodziarki opartych na obiegu Stirlinga. W celu wyznaczenia wymiarów poszczególnych elementów urządzeń opracowano model matematyczny z dyskretyzacją czasu korzystając z analizy Schmidt’a.

EN

Stirling machines can be a viable alternative to currently used technologies of heat engines and refrigeration equipment. Forgotten almost two-hundred years old construction, which in its inception surpassed the possibilities of contemporary technology is currently enjoying a renaissance. This is confirmed by the increasing number of commercial deployments in various technical fields from refrigeration to industrial heating engines. Most of the technical problems which existed in the past are solved now, mainly because of progress in the field of materials science, especially in the second half of the twentieth century and the development of computer technology and the possibility of using numerical calculation methods. The paper presents selected design solutions of unit cogeneration and refrigerators based on the Stirling cycle developed by the authors. In order to determine the dimensions of individual pieces of equipment a mathematical model of discretization time using Schmidt’s analysis was developed.

Słowa kluczowe

PL

Obieg Stirlinga; silnik Stirlinga; chłodziarka Stirlinga; modelowanie obiegu Stirlinga; bezsmarowe skojarzenie ślizgowe; kogeneracja

EN

Stirling cycle; Stirling machine; Stirling cooler; Stirling cycle modelling; sliding association; cogeneration; technically dry friction

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2015
• Tom: Nr 5
• Strony: 42--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 39 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wrona J.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Środowiska

autor

Taler D.

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Środowiska

autor

Prymon M.

• Thessla Green sp. z o.o.

Bibliografia

• [1] Andraka, C.E., et. al.: Solar Heat Pipe Testing of the Stirling Thermal Motors 4-120 Stirling Engine. Paper No.96306, Proceedings of the IECEC, Washington, D.C. (1996).
• [2] Arto Nuorkivi: Skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej (CHP) Ciepłownictwo (DH) , Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A.
• [3] Backhaus.S., G.W.Swift: A thermoaccustic Stirling heat engine. Journal of the Acoustical Society of America 107:3148-3166, June 2000.
• [4] Biedermann F., et. al.: Small-scale CHP Plant based on a 75kWel Hermetic Eight Cylinder Stirling Engine for Biomas Fuels –Development, Technology and Operating Experiences, 2nd World Conference and Exhibition on Biomas for Energy, Industry and Climate Protection, Rome, Italy, 10-14 May.
• [5] Borelowski M., Wołek M., Wrona J.: Badania właściwości bezsmarowych skojarzeń ślizgowych dla sprężarek chłodniczych, Monografia 225: Wybrane zagadnienia ochrony powietrza w inżynierii cieplnej Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 1998, Nr 225 ss.41-55.
• [6] Chen N. C. J., Griffin F. P.: A Review of Stirling Engine Mathematical Models. Oak Ridge National Laboratoty.
• [7] D.G. Thombarea, S.K. Verma: Technological development in the Stirling cycle engines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2008.
• [8] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego I Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE.
• [9] Dziennik Ustaw: Dz.U. 2015 nr 0 poz. 881, Ustawa z dnia 15 maja 2015 O substancjach zubożających warstwę ozonową oraz o niektórych fluorowanych gazach cieplarnianych.
• [10] Dziennik Ustaw: Dz.U. z 2009r. Nr 130, poz. 1070, Ustawa z dnia 17 lipca 2009 O systemie zarządzania emisjami gazów cieplarnianych i innych substancji.
• [11] E. D. Rogdakis, G. D. Antonakos, I. P. Koronaki: Thermodynamic analysis and experimental investigation of a solo V161 Stirling cogeneration unit. Proceedings of ECOS 2011 Novi Sad, Serbia, July 4–7, 2011.
• [12] Finkelstein T., Organ A.: Air engines. The American Society of Mechanical Engineers, New York 2001; ISBN 0-7918-0171-3.
• [13] Israel Urieli, David Berchowitz: Stirling Cycle Engine Analysis. ISBN 0-85274-435-8, Intl Public Service 1984.
• [14] Kirillov N. G.: Power Units Based on Stirling Engines: New Technologies Based on Alternative Fuel, Russian Engineering Research, Vol. 28 (2008), No. 2, 104–110.
• [15] Krajowy plan działania w zakresie energii ze źródeł odnawialnych, Ministerstwo Gospodarki, Warszawa 2010.
• [16] M.Wołek, A.Gołąb: Sprężarki tłokowe nie zanieczyszczające olejem smarnym środowiska, Monografia 195, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Seria Inżynieria Sanitarna i Wodna, Kraków 1995.
• [17] Marek Prymon, Jan Wrona: Współczesne zastosowania maszyn Stirlinga. Rynek instalacyjny, grudzień 2011, s.29÷32.
• [18] N. C. J. Chen, F. P. Griffin: A Review of Stirling Engine Mathematical Models. Oak Ridge National Laboratoty.
• [19] Oberg R., Olsson F., Palsson M.: Demonstration Stirling engine based Micro-CHP with ultra-low emissions, Raport SGC 144, Mars 2004, 1102-7371, ISRN SGC-R-144-SE.
• [20] Organ Allan.: The Regenerator and the Stirling Engine, Mechanical Engineering Publications Limited, London, UK, 1997.
• [21] Petersen H.: The properties of helium. Danish Atomic Egergy Commission; Research Establishment Riso report no. 224.
• [22] Posmyk A., Wistuba H.: Ceramiczne powłoki kompozytowe z nanowęglem szklistym. Kompozyty, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Nr 1, Częstochowa 2008, 31-35.
• [23] Prymom M., Wrona J. Analiza ekonomiczna wykorzystania agregatu kogeneracyjnego zbudowanego z wykorzystaniem silnika Sterlinga. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja, ISSN 0137-3676, Vol.42, Nr 5, ss.190 -193, 2011.
• [24] Prymon M., Wrona J.: Stirling cycle as an alternative in the construction of refrigeration machinery, Czasopismo Techniczne. ISSUE 28, rok 109, No 4-Ś/2012, 157-165.
• [25] Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady nr 2037/2000 z 29 czerwca 2000 r. w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową.
• [26] Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady nr 842/2006 z 17 maja 2006 r. w sprawie niektórych fluorowanych gazów cieplarnianych.
• [27] Schnotale J., Wrona J., Gołąb A.: Wyniki badań sprężarki tłokowej bezolejowej. X International Conference Air Conditioning Protection & District Heating, ISBN 83-911619-4-3, Wrocław – Szklarska Poręba, June, pp.509-514, 2002.
• [28] Stirling engine assessment, EPRI, Palo Alto, Ca: 2002 , 1007317.
• [29] Sun Le’an, Zhao Yuanyang, Li Liansheng, Shu Pengcheng: Performance of a prototype Stirling domestic refrigerator, Applied Thermal Engineering, 29 (2009) 210 –215.
• [30] Swift G. W., Thermoacoustics: A unifying perspective for some engines and refrigerators. Los Alamos National Laboratory, Acoustical Society of America 2002.
• [31] Theodor Finkelstein, Allan J. Organ, Air Engine, ASME Press 2001.
• [32] Thombarea D.G., Verma S.K.: Technological development in the Stirling cycle engines. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2008.
• [33] Walker G.: Stirling engines. Oxford 1980.
• [34] Wołek M., Wrona J., Borelowski M., Gołąb A., Wistuba H., Dzikowska J.: Nowe materiały skojarzeń ślizgowych bezsmarowych umożliwiające ograniczenie emisji ozonodestrukcyjnych dla jonosfery freonów, Projekt badawczy nr 7S 201 063 05. Politechnika Krakowska, Kraków.
• [35] Wrona J.: Cogeneration unit ACSS1 with Stirling engines as an alternative for generators-powered by internal combustion engines, Europejski wymiar bezpieczeństwa energetycznego a ochrona środowiska: bezpieczeństwo – edukacja – gospodarka – ochrona środowiska – polityka – prawo – technologie, Fundacja na rzecz Czystej Energii, ISBN 978-83-64541-02-5, Poznań 2014.
• [36] Wrona J.: Stirling machines selected design issues and problem solutions based on the cooling appliance design example. Aktualne zagadnienia energetyki. Wrocław 2014, ISBN 978-83-7493-874-7.
• [37] Wrona Jan, Prymon Marek - Opracowania własne niepublikowane.
• [38] Yuki Uedaa, Tetsushi Biwaa, Taichi Yazakib, Uichiro Mizutania, Construction of a thermoacoustic Stirling cooler, Physica B 329–333 (2003) 1600 –1601.
• [39] Żmudzki St.: Silniki Stirlinga. WNT Warszawa 1993.