Julia Naatz Rebecca Poppenborg

Transkript

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2 Eine Projektarbeit von: Ann-Christin Artmeier Julia Naatz Rebecca Poppenborg

3 Unser Gedanke, durch Wärme Kälte erzeugen Entwicklungsländer haben ein großer Bedarf an Lebensmittelund Medikamentenkühlung.Doch herkömmliche Kühlschränke sind in diesen Ländern Luxusgüter und zum Betrieb benötigen sie eine elektrische Energieversorgung, die es oft nur in Ballungszentren gibt. In der Schule haben wir eine Stirling-Kältemaschine von unserem Techniklehrer erhalten, der diese von ihnen ausgeliehen hat. Wir haben uns gedacht, wenn wir diese irgendwie an ein Solarmodul anschließen, können wir durch Sonne Kälte erzielen. Die Sonne scheint überall und liefert besonders in südlichen Ländern Wärme im Überfluss.

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5 Historie des Stirlingmotors 1816 vom 26 jährigen Pfarrer Robert Stirling entwickelt Wollte die Arbeit in Kohlengruben erleichtern Erste Maschine trieb eine Wasserpumpe an

6 Ericsson 1853 Bau von Schiffsmotoren 1872 Bau eines Sonnenmotors

7 1938 Einbau in Radios für Länder mit warmen Temperaturen Philips

8 Weiterer Verlauf Verdrängung des Stirlingmotors vom Markt durch die Verbreitung von Otto-, Diesel- und Elektromotoren Anfang der 50er Jahre Entwicklung der industriellen Kältemaschine von Philips 1973 erste Ölkrise mit Stirlingmotor betriebene Versuchsautos Nach der Ölkrise Beendigung der Versuchsreihen Anfang der 90er Verwendung im Irakkrieg als Kühlaggregate für die Soldaten

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10 Carnot Der Carnot-Wirkungsgrad ist der höchste theoretisch mögliche Wirkungsgrad. Von allen Wärmekraftmaschinen kommt ihm die Stirlingmaschine am nächsten. Bei der Wärmepumpe erhält man als Wärme mehr Energie als man durch die mechanische Arbeit bei der Kompression aufgewendet hat.

11 Stirlingkühlmaschine mit Linearmotor (Rohmodell)

12 Wirkungsweise des Freikolben-Stirling-Cooler Linearmotor: Der Arbeitskolben ist mit einem Dauermagneten verbunden. Um diesen Kolben liegt eine.spule. Die Spule erhält von der Platine eine getaktete Spannung (Rechteckspannung). d. h. in bestimmten Zeitabständen wird diese unter Strom gesetzt und baut ein Magnetfeld auf. Die Magnetfelder vom Dauermagneten und der Spule sind so gerichtet, dass sie sich abgestoßen. Wird die Spule stromlos, wird der Arbeitskolben durch die Rückstellfedern wieder in die Ausgangsposition gebracht.

13 Kühleffekt: Die Impulse des Linearmotor treiben den Freikolben-Stirling- Cooler an. Durch die freie Bewegung des Verdrängerkolbens entstehen zwei Gasräume. Im oberen wird das Gas expandiert, im unteren komprimiert. Bei der Expansion kühlt das Gas ab, bei der Kompression wird es erwärmt. Die Wärme wird an die Umgebung abgegeben. Strömt das Gas vom warmen in den kalten Raum kann Restwärme im Regenerator zwischengespeichert werden

14 Modellaufbau Solarmodul Akku als Strompuffer» Strompuffer: 110W zu 40W» Strompuffer: Auch ohne Sonnenstrahlung Laderegler [Tiefentladung und Überladung das Akkus] Kältemaschine» Diode

15 Schaltskizze Insellösung

16 Platine

17 Versuchsreihe Kühlen von Wasser (Nase 3 mm im Wasser) Versuchsaufbau: Ausgangstemperatur: 19 C Zu kühlendes Volumen: 250 ml Spannung: 11 V Werte: Temperatur 18 C 17 C 16 C 15 C 14 C 13 C 12 C Zeit (in Minuten) 1,45 2,25 3,05 3,55 4,55 6,05 7,5 Stirlingmotor Wasser Fühler des Thermometers

18 Kühlen von Wasser (Nase ganz in das Wasser getaucht) Versuchsaufbau: Ausgangstemperatur: 18 C Zu kühlendes Volumen: 250 ml Spannung: 11 V Werte: Stirlingmotor Wasser Fühler des Thermometers 1,70 A 1,72 Temperatur (in C) Zeit (in Minuten) 0,40 1,02 1,27 1,45 2,00 2,16 2,45 3,35 4,48

19 Kühlen von Luft (Prototyp: Thermoskanne) Versuchsaufbau: Ausgangstemperatur: 16 C Zu kühlendes Volumen: 400 ml Spannung: 9,8 V Stirlingmotor Thermoskanne Werte : Temperatur (in C) Zeit (in Minuten) ,12 2,35 3,40 4,29 5,2 6,4 7,3 8,1 9,2 10,3 11

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21 Kühlen von Luft (Für den Stirling-Motor präparierte Kühlbox) Versuchsaufbau: Ausgangstemperatur: auf dem Blech 19,1 C; auf dem Boden 19 C; Mitte (an der Seite) 18 C Zu kühlendes Volumen: ca. 5 Liter Stirlingmotor Kühlende Fläche: 3745,44 cm² Spannung: 12 V Werte: leitendes Blech Kühlbox Zeit ( in Min.) T. Oben ( C) 19 18,5 17,3 16,6 15,4 14,5 13,4 12,5 12 T. Mitte ( C) T. Unten ( C) Stromstärke (A) 2 2,17 2,19 2,2 2,2 2,2 2,21 2,21 2,21 [T. = Temperatur]

22 Kühlen von Luft (Mit Schaumstoff isolierte Kühlbox) Versuchsaufbau: Ausgangstemperatur: auf dem Blech 19,1 C; auf dem Boden 19 C; Mitte (an der Seite) 18 C Zu kühlendes Volumen: ca. 5 Liter Kühlende Fläche: 3745,44 cm² Spannung: 12 V Stirlingmotor leitendes Blech Werte: Kühlbox Zeit ( in Min.) T. Oben ( C) 18,9 17,9 16, ,2 14,5 13,2 11 9,6 T. Mitte ( C) T. Unten ( C) Stromstärke (A) 2 2,17 2,19 2,2 2,2 2,2 2,21 2,21 2,21 [T. = Temperatur]

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24 Unsere erste Kühlbox Unsere selbst entworfene Kühlbox

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28 Kältemaschine läuft mit 4 Watt und hält eine konstante Temperatur von 8 C bei einer Außentemperatur von 25 C Die Hälfte allein davon benötigt der Lüfter (er läuft dauernd und könnte durch eine elektronische Temperatursteuerung verbessert werden) Der Lüfter kann nicht ganz ausgeschaltet werden, da die Wärme weggeführt werden muss.

29 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!!!!

30 Die Stirling-Kältemaschine wurde von Global Cooling in Holland entwickelt: Der japanische Lizenznehmer Twinbird vertreibt sie