En motor som utnyttjar ljudvågor

Ett startupföretag har utvecklat en ny typ av motor som skulle kunna generera el med en bränslecells effektivitet, men som bara kostar ungefär lika mycket som en förbränningsmotor.

Ljudbarriär: Denna prototypmotor använder termokustik för att omvandla värme till elektricitet.

Etalim , baserad i Vancouver, Kanada, säger att dess motor, ungefär lika stor som en basketboll, skulle kunna förbättra ekonomin för elproduktion för kraftvärme och värme i hemmen, och som ett sätt att utnyttja värmen som produceras vid koncentrerade solfångare. Företaget har skapat en prototyp, men har ännu inte uppnått den typ av effektivitetsvinster – över 40 procent – ​​som dess datormodeller indikerar är inom räckhåll.

Enheten delar några principer för en Stirling-motor, där en extern värmekälla används för att expandera en fast mängd arbetsgas (vanligtvis helium), som sedan drar ihop sig när den trycks in i ett svalare utrymme. Denna expansions-sammandragningscykel upprepar sig och förvandlar värme till mekaniskt arbete genom att driva en kolv.

Etalims VD Ron Klopfer säger att ett grundläggande problem med Stirlingmotorer är att de måste köras vid mycket höga temperaturer och tryck för att vara effektiva, vilket gör det svårt att hålla gasen tät inuti cylindern som omsluter kolven. Vid dessa temperaturer kan du inte använda traditionella metoder för tätning, säger han. Du kan inte använda gummi, smörjmedel. Det måste vara torr metall på metall, och det är mycket dyra, högprecisionsdelar som leder till höga kostnader.

Multimedia

• Se hur motorn fungerar.

Etalims grundare och chefsforskare, Thomas Steiner, såg en möjlighet att eliminera alla skavdelar och tätningar som är benägna att slitas och läcka genom att använda en design baserad på termoakustik - som använder värme för att kontrollera intensiteten av ljudvågor i en förseglad hålighet.

Inkapslad i kärnan av Etalims motor är en platta av metall som ersätter funktionen hos en kolv i en konventionell Stirling-motor. När trycksatt helium på metallplattans ovansida värms upp förstärks ljudvågor som färdas genom gasen, vilket får plattan att vibrera och ett metallmembran nedanför (separerat av ett kallare heliumskikt) trycks ner på en axel. All mekanisk friktion är eliminerad. Axeln är fäst vid en generator som producerar elektricitet.

Vibrationen av plattan flyttar bara axeln två tiondelar av en millimeter per cykel, så inte mycket helium flyttas med varje cykel. Men motorn uppnår snabba 500 cykler per sekund. Om du går till högfrekvent kan du få ut mer kraft av det, säger Greg Swift, termakustikexpert på Los Alamos National Laboratories som såg en tidig version av Etalims motor. Steiner har verkligen gjort ett bra jobb med att ta en annan [design] riktning och inte göra några misstag.

Företaget har ambitiösa mål. En första prototyp, färdig förra året, visade att konceptet fungerar, men relativt låg värme användes, så dess effektivitet var bara 10 procent. En andra prototyp som siktar på 20 till 30 procent verkningsgrad vid 500 °C väntas i vår.

En kommersiell produkt med 40 procent verkningsgrad som körs vid 700 °C är målet för 2012. Den kommer initialt att säljas som en billigare och mer långvarig konkurrent till bränsleceller som används för kraftvärme i bostäder. Företaget tror att det kan tillverka motorn för mindre än $1 per watt och har ett långsiktigt mål på 15 cent per watt, vilket skulle göra den billigare än en jämförbar förbränningsmotor.

Allt för att få oss till 40 procent effektivitet är helt i linje med vad vi har sett från vår prototyp hittills, säger Klopfer och tillägger att 50 procent är det långsiktiga målet. För att komma från 40 procent till 50 procent behöver vi höja temperaturen till 1 000 °C, och det kräver viss användning av keramik.

Mike Hayden , professor i fysik vid Simon Fraser University, säger att Etalims design är lovande, men en hel del tekniskt arbete ligger framför för att bevisa att enheten kan hantera höga temperaturer och uppnå den typ av effektivitet som skulle få den att sticka ut. Men det råder ingen tvekan om att de här killarna har något intressant, säger han.

Dölj