Stirlinggenerator Gen70xx–Serie

Bild 1: Stirlinggenerator, Beispiel Gen70T

Kleines Kraftpaket mit beachtlichen Eigenschaften

Der Stirling Generator Gen70xx besteht aus einem alphagamma® Stirlingmotor mit 70 ccm Expansionsvolumen und einem 3-Phasen Synchrongenerator. Das Aggregat basiert auf einer jahrzehntelangen Forschung und Entwicklung mit dem Ziel, einen wartungsfreien Dauerläufer mit hohem Wirkungsgrad zu gestalten.

Die Schnittstellen (Bild 2) bestehen aus der Wärmezufuhr, der Kühlwasserversorgung, dem Generatoranschluss und mehreren Sensorsignalen. Für die Übertragung der Wärmeenergie stehen mehrere Varianten des Wärmetauschers zur Verfügung, die jeweils an die Art der Wärmequelle angepasst sind. Die elektrische Nennleistung des Aggregates beträgt 1,2 kW bei einer Temperatur von 650-680 Grad C am Erhitzer-Wärmetauscher und einer Ausgangsspannung von 55Volt.

Automatische Anpassung an die Ausgangsspannung

Der Stirlingmotor überträgt ein konstantes Drehmoment an den Generator. Die gleichgerichtete 3-Phasenspannung des Generators kann zur Ladung einer Speicherbatterie herangezogen oder direkt in einen geeigneten Netz-Wechselrichter eingespeist werden. Die Drehzahl des Generators orientiert sich auf Grund des konstanten Drehmomentes des Stirlingmotors an der Ausgangsspannung, die beispielsweise im Fall einer Bleibatterie im Bereich von 48 bis 58 Volt (Ladeendspannung) betragen kann.

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Bild 2: Schnittstellen des Stirlinggenerators Gen70xx

Betriebsdaten des Stirlinggenerators Gen70xx

Die Performance unserer Motoren offenbart Werte, die im Hinblick auf die kleine Motorgröße einzigartig sind. Grundlage dafür sind die neue alphagamma® Technologie einhergehend mit zahlreichen Optimierungen.

Die in der Tabelle 1 gezeigten Daten wurden auf dem Prüfstand mit einer Heißluftströmung gemessen, die vom Wärmetauscher des Motors Gen70T (wie Wärme-Transport durch einen Luftstrom) in das Prozessgas der Maschine übertragen wird. Die Daten stehen repräsentativ für alle Varianten der Wärmeübertragung. Diese kann durch Wärmestrahlung, Wärmeleitung oder durch Konvektion mittels Heißgasstrom erfolgen. (Siehe Bild 5)

Tabelle 1: Betriebsdaten des Stirlinggenerators Gen70T

Bemerkenswerte Leistungsdaten

Die Qualität einer Stirlingmaschine lässt sich bei Betrachtung der Leistungsabgabe in Abhängigkeit von der Erhitzerkopf-Temperatur gut beurteilen. Die im Bild 4 gezeigten Messwerte offenbaren die Abgabe der Nennleistung von ca. 1200 Watt bei einer Kopftemperatur von 670 Grad C. Bei 500 Grad C stehen immer noch 800 Watt zur Verfügung. Kennzeichnend für die ausgereifte Technik sind die Werte am unteren Ende der Temperaturskala: bei etwa 230 Grad C findet der Übergang von der Leistungsabgabe zum Leerlauf statt. Der Leerlaufbereich setzt sich bis etwa 185 Grad C, bis zum endgültigen Stillstand fort.

Bild 4: Leistungsabgabe in Abhängigkeit von der Erhitzerkopf-Temperatur

Der leichte Weg zum Mikro BHKW

Betrieb mit einer Steuerungseinheit (Control Unit CUxx)

Bild 3

Der Wärmetauscher des Stirlingmotors wird von einer externen Wärmequelle aufgeheizt und ab einer eingestellten Temperatur wird der Generator automatisch gestartet. Der hocheffiziente Synchrongenerator liefert einen Dreiphasen-Wechselstrom, der von der Steuerungseinheit gleichgerichtet und an einen geeigneten Wechselrichter (netzabhängiger Betrieb) oder an eine Speicherbatterie (Back-up oder Inselbetrieb) weitergeleitet wird.

Der Motor erzeugt darüber hinaus eine Kühlwasserleistung von ca. 3 kW, die in das Heizungsnetz oder an andere Wärmesenken abzuleiten ist. Für Netzausfall oder andere Störeinflüsse sind Vorkehrungen integriert.

Nach dem Abstellen der externen Wärmezufuhr sinkt die abgegebene Leistung kontinuierlich ab und der Stirlingmotor kommt in Abhängigkeit von der eingetragenen Restwärme nach einer gewissen Zeit zum Stillstand. Sobald wieder ausreichend Wärme zugeführt wird, wird der Startvorgang neuerlich eingeleitet.