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    Die Firma BSR Solar Technologies hat einen langsam laufenden Stirlingmotor vorgeschlagen, der als Besonderheit über einen Hydraulik unabhängig bewegten Arbeits- und Verdrängerkolben aufweist (Bild). Damit wird gegenüber den üblichen Freikolben-Stirlingkonzepten eine bessere Prozessführung erzielt. Im Rahmen einer Potenzialabschätzung wurde dieses «Hydraulikstirlingkonzept» mit dem in früheren BFE-/FOGA-/SIG-Projekten bereits wesentlich weiter entwickelten Freikolben-Stirlinggenerator verglichen. Im Schlussbericht werden auch Lösungen zur Abschätzung einer auf dem Prinzip des Hydraulikstirlingmotors beruhenden Wärmepumpe mit Gasantrieb erörten.

    Das Funktionsmuster eines Hydraulikstirlingmotors erreichte mit Luft als Arbeitsmittel einen thermischen Wirkungsgrad von 16,5%. Für die geplante Ausführung als Boxer-Hydraulikstirlingmotor mit einer Kopftemperatur von 650^oC, einer Kühlwassertemperatur von 60^oC, einem Arbeitsdruck von 80 bar (!), einer Arbeitsfrequenz von 0,5Hz und ebenfalls Luft als Arbeitsmittel wurde ein wesentlich höherer thermischer Wirkungsgrad von rund 35% errechnet. Die Rechnung beruht auf Annahmen, die noch experimenteil überprüft werden müssten. Bei vergleichbaren Kopf- und Kühlwassertemperaturen wurde am Prototypen des SIG-Freikolbengenerators ein thermischer Wirkungsgrad von 24% gemessen.

    Bis zum Erreichen des gleichen technischen Standes wie beim SIG-Freikolben-Stirlinggenerator wire aber noch ein sehr hoher Entwicklungsaufwand erforderlich. Insbesondere das Problem einer wartungsfreien, trocken laufenden Kolbendichtung bei Differenzdrücken von 80 bar scheint mit vertretbarem Aufwand kaum lösbar. An diesem Problem scheiterte bei wesentlich tieferen Differenzdrücken schon so manches Stirlingkonzept. Es wurde beim SIG -Freikolben­ Stirlinggenerator mit hermetischer Bauweise und Kolbenführung in engsten Toleranzen durch Federn elegant gelöst.

    Eine weitere Realisierungshürde ist die enorme Kopfbelastung. Bereits beim SIG-Freikolben-Stirlinggenerator mit einem Arbeitsdruck von «nur» 32 bar war sie ein äusserst kritischer Punkt. Um bei noch bezahlbaren Werkstoffen bleiben zu können, müsssten beim Boxer-Hydraulikstirlingmotor Arbeitsdruck und/oder Kopftemperatur gesenkt werden. Damit käme man vermutlich auch im thermischen Wirkungsgrad nicht mehr über den beim SIG -Freikolben- Stirlingmotor erreichten Bereich und das Arbeitsvolumen pro Leistungseinheit würde noch grösser. Wenn die benötigten Hydraulikkomponenten auch aus erprobter Technik stammen, sind darin doch viele in der Heizungstechnik wenig erwünschte bewegte Teile mit Gleitdichtungen enthalten.

    Dies sind wenig ermutigende Zeichen für die Realisierung eines mit fossilen Brennstoffen betriebenen Mini-Block ­heizkraftwerks nach dem vorgeschlagenen Boxer-Hydraulikstirlingkonzept. Es scheint, dass die Tatsache «der Teufel steckt im Detail» für die Stirlingtechnik ganz besonders gilt!

P. von Böckh, H.P. Zumsteg, Ch. Gaegauf: Potenzialabschätzung eines langsam lanfenden Stirlingmotors, Schlussbericht, Bundesamt für Energie 2002.

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Rubrik «Berichte»

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