MSI'ın elektriksiz anakart soğutucusu ve Stirling motoru

Dünya'nın ilk elektriksiz anakart soğutucusu bir stirling motoru kullanılarak MSI şirketi tarafından üretildi.

2008 CEBİT tasarım ödülünü şirket bu anakart sayesinde aldı.

Kaynak: http://www.msi-thailand.com/index.html

Düşük Sıcaklık Farkı İle Çalışan Stirling Motorları

Sınırlı uygulama alanları olmasına rağmen düşük sıcaklık farklı Stirling motorları ile ilgili çalışmalar değerli teorik bilgilere ulaşılmasını sağlamıştır. Üstelik bu çalışmaların maliyeti oldukça düşüktür. Düşük maliyetli Ringbom Stirling motorunun iyi durumda olan performansının genel verileri geniş bir alanda değerli bilgiler sunmaktadır.

Düşük sıcaklık farklı Ringbom Stirling motorlarının deneysel çalışmaları Senf ve Fauvel tarafından yapılmıştır. Bu çalışmalarda, Ringbom Stirling motorlarının bütün tiplerinin ancak küçük bir bölümünün test çalışmaları yapılmış, motorların yapımı için gerekli teorik temeller Senf tarafından yapılan ayrıntılı bir çalışma sayesinde ortaya atılmıştır .

Şekil 2.7'de Ringbom Stirling motorunun şekli görülmektedir. Motorun sıcaklık farkı, ısı aktarımı ve yay kullanımının motor çıkış gücüne olan etkilerini belirlemek için ölçümler yapılmıştır. Washington-Kirkland'da bulunan yeni makine şirketi tarafından üretilen motorun temel özellikleri Fauvel tarafından açıklanmıştır. Yer değiştirme pistonunun salınım hareketi yapması için 35 sarımlı 10,9 mm dış çaplı ve 0,33 mm tel çapında bir yay kullanılmıştır. Yayın zorlanması yaklaşık metre başına 2,53 N olmaktadır. Yay konumu, yer değiştirme pistonunu kursun orta konumunda tutacak kadardır. Çıkış gücünü ölçmek için çıkış momenti, giriş gücü, sıcak ve soğuk bölge sıcaklıkları kullanılmaktadır. Yapılan deney sonucunda yaylı ve yaysız yer değiştirme piston bağlantılarının motor gücüne olan etkileri belirlenmiştir.

Şekil: 2.7. Ringbom Stirling motoru

Şekil 2.7'de 39 °C sıcaklık farkında, piston süpürme hacminin 24,9 cm' olduğu durumda yaylı ve yaysız çalışma durumları için devir sayısına bağımlı çıkış mili güç eğrileri verilmiştir. Diyagram incelendiğinde, yay kullanımının genel olarak çıkış gücünü artırdığı görülmektedir.

J. R. Senf Wisconsin Üniversitesinde yapmış olduğu bir araştırmada düşük sıcaklık farklı motoru 100 °C sıcaklık farkı ile optimum noktada çalışacak şekilde imal etmiştir. Şekil 2.9'de aşırı düşük sıcaklık farklı P-19 modelinin resmi görülmektedir.

Şekil: 2.9. P-19 Modeli

Bir Stirling motorunda sağlanması gereken en önemli özelliklerden birisi, çalışma akışkanının sıcak ve soğuk bölgelerini ayırmak ve termal yönden ısı kayıplarını engellemektir. Böylece sıcak bölgeden soğuk bölgeye düşük bir kondüksyon gerçekleşebilir. Yer değiştirme pistonunun boyu azaltılırsa sıcaklık farkı da azalacaktır. Bu durumda sıcaklık farkının azalması, sıkıştırma oranının da azalması anlamına gelecektir. Sonuçta kısalan yer değiştirme pistonunun silindirinde gerekli hacmi sağlamak için silindir ve yer değiştirme piston çapı büyüyecektir. Genel bir değerlendirme yapılacak olursa, geniş yüzey alanlı ve düşük kurs boyuna sahip yer değiştirme pistonu, düşük sıcaklık farkı ile çalışan Stirling motorları için uygun özelliklerdir denilebilir.

Sınırlı uygulama alanları olmasına rağmen düşük sıcaklık farklı stirling motorları ile ilgili çalışmalar değerli teorik bilgilere ulaşılmasını sağlamıştır. Üstelik bu çalışmaların maliyeti oldukça düşüktür. Düşük maliyetli Ringbom stirling motorunun iyi durumda olan performansının genel verileri geniş bir alanda değerli bilgiler sunmaktadır.

Düşük sıcaklık farklı Ringbom stirling motorlarının deneysel çalışmaları Senf ve Fauvel tarafından yapılmıştır . Bu çalışmalarda, Ringbom stirling motorlarının bütün tiplerinin ancak küçük bir bölümünün test çalışmaları yapılmış, motorların yapımı için gerekli teorik temeller Senf tarafından yapılan ayrıntılı bir çalışma sayesinde ortaya atılmıştır.

Reverent Robert STIRLING

İskoç bir rahip olan Reverent Robert STIRLING 1816 yılında dışarıdan ısı vermeli bir motor tasarlamış ve ilk sıcak hava motorunu yapmıştır. Daha sonra bu çevrime göre çalışan makineler STIRLING motoru olarak isimlendirilmiştir.

Yirminci yüzyılda petrolün kullanımında ve içten yanmalı motorlarda meydana gelen büyük gelişmeler bir ölçüde Stirling motorunun gelişimini olumsuz yönde etkilemiştir. İçerisinde bulunduğumuz yüzyılın son yarısında yaşanan büyük enerji krizleri ile birlikte bu motorlar üzerindeki çalışmalar büyük önem kazanmıştır. Stirling motorunun, diğer içten yanmalı motorların aksine kullandığı enerjinin türe bağlı olmaması bu motorları gelecek için daha ümit verici hale getirmiştir.

Odun, kömür, petrol ürünleri, doğal gaz, bitkisel atıklar, güneş enerjisi, nükleer enerji, jeotermal enerji ve adını sayamadığımız bir çok enerji kaynağı Stirling motorlarında kullanılabilmektedir. Ayrıca açık ve kapalı devre olarak çalışabilme özelliğine sahip olan Stirling motorlarında değişik çalışma maddeleri kullanılabilmektedir. Özellikle hidrojen ve helyum gibi ısı iletkenlik katsayıları yüksek gazlar kapalı sistemde kullanılmak suretiyle termik verimleri % 40'a kadar yükseltebilmektedir.

İskoç Rahip Reverent Robert Stirling 1816 yılında “ Economiser ” olarak anılan ilk stirling motorunu yaptı ve yirmi altı yaşındayken tasarladığı motorun patentini almıştır. Orijinal patent numarası 4081 ve yılı 1816 olarak kayıtlara geçmiştir. Bu ilk motor ve onu takip edenler 1940'lara, helyum ve hidrojen gibi diğer gazların da işletme akışkanı olarak kullanılmaya başlanmasına kadar "sıcak hava motoru" olarak adlandırıldılar. Aynı zamanda Robert Stirling oldukça verimli çalışabilen buhar motorları ile ilgili çalışmalarda yapmıştır. Şekilde Stirling Motorunun şematik resmi görülmektedir. Bu tip bir motor 1818 yılında bir taş ocağında su basmak için kullanılmıştır

1816 yılındaki imal edilen ilk Stirling motoru

Stirling motorları

Stirling motorları içten yanmalı motorlardan birçok farklılıkları vardır; ilk olarak bu motorların çevrimi kapalı bir çevrimdir ve sisteme sürülen ısı bir dış kaynaktan sağlanır. Bunun anlamı basitçe şudur; stirling motorlarını çalıştıran ısı içten yanmalı motorlarda olduğu gibi silindirin içersinde üretilmez. İkinci olarak stirling motorlarında subab kullanılmamaktadır. Son olarak stirling motorları içten yanmalı motorların aksine oktan ve setan sayılarına bağlı olmadan her hangi bir yakıt veya ısı kaynağı kullanılabilmektedir. Odun, kömür, petrol, doğal gaz, jeotermal, güneş enerjisi v.b. gibi birçok enerji kaynağı ile çalıştırılabilmesi bu motorları gelecek için daha ümit verici hale getirmektedir.