Stirlingmotor uteffekt?

Såg en video där de visade upp stirlingmotorer som kunde drivas på temperaturskillnaden mellan kroppsvärme och omgivande luft. Om man utgår ifrån att kroppstemperaturen är 37 grader och en vanlig inomhustemperatur är 20 grader så arbetar man bara med en temperaturskillnad på 17 grader.
Vad kan en sådan motor egentligen ha för uteffekt?

https://www.youtube.com/watch?v=xeP5LSfW05w

Får det till att cylindrarna går i 175 bpm, hur snabbt svänghjulet går behöver jag göra videoanalys för att ta reda på, videon ser för kraftigt komprimerad ut för att göra någon seriös bedömning på det.
Svårt att säga vad utomhustemperaturen kan vara i England i Februari dock (om videon ens är uppladdad samma dag vs).

Här är en enkelkamrad modell där man åtminstone kan se ekrarna på hjulet.

https://www.youtube.com/watch?v=6DBktwPf3rk

Rimligtvis borde den vara hälften så snabb.

Får det till att cylindern går i 61 bpm. Hjulet snurrar i 46 rpm.

Vi vet att kroppstemperaturen är ungefär densamma, men att det för det mesta är kallare utomhus än inomhus. Höftar att hjulet i den dubbelkamrade borde snurra någonstans runt 200-230 rpm.

Här är en sida där de säljer byggsatser till just sådanna, med dimensioner.

http://www.stirlingengine.co.uk/d.as...=KS90T_BLA_KIT

Skulle man kunna använda den för att utföra någon form av mekaniskt arbete som att driva en generator? Med tanke på att hela systemet bygger på att svänghjulet håller kvar rörelseenergi i systemet kan man antagligen inte bara koppla på något rakt av. Om man t.ex kopplar svänghjulet till block och talja eller på något sätt ger en utväxling på 10:1 eller 50:1?

Det jag undrar är om det skulle vara teoretiskt möjligt att i brist på solenergi kunna skapa en kroppstemperatursdriven usb-laddare. Det kräver en strömstyrka 100 mA.

Har en uppskattning från ett forum på nettoarbete på den dubbelkamrade modellen på 0.2 watt driven på temperaturskillnaden på kroppsvärme och inomhustemperatur. Om vi säger att vi gör den 3-4 ggr större och sätter den i knät istället för handen är den utan större modifikationer fortfarande på tok för svag för att ladda mobilen med.

Utgår ifrån att man kommer att vara tvungen att skala upp den och att det mekaniskt kommer att vara svårt att få något någorlunda robust och portabelt att samtidigt hålla hög precision och låg friktion.

Kockums använder Sterlingmotorn i U-båtar och har gjort så i över 20 år. De är väldigt tysta av sig , så tysta att USAs flotta har svårt att upptäcka dem.

Verkningsgraden för Stirlingcykeln är så jobbig att räkna på så vi kan väl titta på den idealiserade Carnotcykeln istället som har enklare formler, bättre än så blir ingen "värmemotor" så verkningsgraden för en Stirling är även i idealfallet (försummande av friktion etc.) sämre än så.

För Carnotprocessen gäller att den mekaniska verkningsgraden n=(T1-T2)/T1 där T1 är den varma och T2 den kalla temperaturen. Med 37 respektive 20 ºC skulle vi då få n=5 % och kan vi kyla vid 0 ºC så får vi 12 % verkningsgrad.

Vilken effekt man kan få ut beror förstås på vilken värmeeffekt som kan tillföras motorn. Om en människa i vila kyls med c:a 50 W utan att frysa så kan man vid n=5 % få ut 50*0,05=2,5 W mekanisk effekt, kanske hälften av det som el efter förlust i generatorn.

Om USB-laddaren ska ge 5 V, 100 mA så är det 0,5 W. Det vore ju möjligt med den ideala Carnotcykeln men en Stirling hamnar praktiskt sett långt under det. Jag kan inte beräkna hur mycket under dock, det kanske skulle räcka. Man kan ju öka den tillförda värmeeffekten också men snart börjar man frysa i så fall.

Jag har en liten modellstirlingmotor som drivs med en spritbrännare, brännareffekt ungefär som ett stearinljus ~100 W men då med mycket högre temp än kroppsvärmen vilket ger avsevärt högre verkningsgrad. Jag kopplade på lysdiod efter lysdiod tills generatorn gick för tungt och den klarade då c:a 30 mA vid 1,7 V men värmeöverföringen både på varma och kalla sidan är väldigt dålig och kunde förbättras. Den mesta energin från brännaren går rakt förbi cylindern och upp i luften utan att egentligen passera motorn.

Om man godtar att den dubbelkamrade modellen utför ett nettoarbete på 0,2 W eller 200 mW och det som behövs är 500 mW så kanske en förstoring på 250% i princip är allt som behövs i teorin.

Här är en video från Cody's Lab där han försöker öka uteffekten på stirlingmotorer genom att byta ut luften mot Helium. Principen visas fungera för både Beta och Gamma modeller. Därefter höjer han det atmosfäriska trycket. Gamma modellen han använder är uppenbarligen inte byggd för detta och går därmed sönder. Beta modellen han stoppar in i en petflaska ökade han dock effekten på med nästan 100%. Med en kraftigare behållare som klarade ett högre atmosfäriskt tryck skulle man förmodligen komma ännu längre.

https://www.youtube.com/watch?v=9oZw4rX8kPg

Om jag tolkar multimetern rätt så är mätvärdet 200 mA * antalet Volt.

Du kan också räkna på om ett peltierelement är mer effektivt. Det konverterar temperaturskillnad till el direkt, utan mekaniska delar.

Right! Det skulle lösa två av problemen.

Det skapar dock ett tredje.
Ett peltierelement som TEG har en verkningsgrad på omkring 5-8%.

https://en.wikipedia.org/wiki/Thermo...tor#Efficiency

Man kan såklart öka effektiviteten ytterligare genom utforma biometriska fästanordningar för att minska värmeförluster mellan kontaktytan och huden, samt att leda värme från större delar av huden med hjälp av värmeväxlare och att skapa någon form av aktiv kylning på ovansidan.

Tänker mig något man kan spänna fast över överarmen typ.

Här var en variant som vid en första anblick ser ut att funka väldigt bra.

https://www.youtube.com/watch?v=BeLa72oSf3c

Blir dock fundersam när han flikar in med "Just connect a 12 volt power source and you're done!" och kablarna bevisligen går någonstans utanför bild.

Hade det enbart varit fråga om spänningen så kunde de använt sig av en step-up/boost converter i samma krets. Nu luktar det fuffens lång väg.

Det är väl inget konstigt med det. Det är ju precis samma grejer som sitter i elektriska kylväskor som du kan köpa för några hundra spänn på Biltema och som drivs från bilens cigarettändaruttag på 12-14 V.

Vill man ha riktigt bra värmeöverföring från kroppen så skulle man pumpa blod genom en värmeväxlare och sedan tillbaka till blodomloppet så slipper man begränsningen i värmeöverföring via huden. Fast det vill nog ingen ha...

Absolut, det är dock minst lika sannolikt att det skulle vara ett batteri eller nätdel utanför bilden.

Låt gå för att fläkten i filmen bara kräver 12v 150 mA eller 1.8 Watt, men då verkningsgraden för peltierelement som TEG är lägre än för stirlingmotorer så tar jag det för orimligt att ett peltierelement med 4x4 cm kontaktyta mot kroppen skulle ha 9 ggr större uteffekt än en stirlingmotor med 9x18 cm kontaktyta vid samma temperaturskillnad.


Det känns ju om inget annat väldigt cyberpunk.

Stanfords kylvante bygger i princip på att vattenkyla blodet.
Det här skulle isf skippa mellansteget med vattenbehållaren.

Ladda mobilen på samma gång som du får prestationshöjande effekter jämförbara med anabola steroider utan biverkningar. Win win!

https://www.youtube.com/watch?v=M7HDHnIGLSk

De visar ju att det är kopplat till ett stort jäkla blybatteri så det är inget de försöker dölja.

När peltierelementet drivs av ström (och alltså inte jobbar som TEG utan tvärtom) så blir temperaturdiffen större än den mellan kroppen och omgivningen. Här är precis ett på 40x40 mm för 12 V som kan matas med upp till 6 A, alltså c:a 70 W elförbrukning: https://www.electrokit.com/peltierel...m-12v-5a.52104 Max tempdiff 66 ºC.

Ska den däremot jobba åt andra hållet för att ge el så är nog verkningsgraden ännu sämre än för en Stirlingmotor men det kan väl vara smidigt att den inte har några rörliga delar.

Det här är tydligen en av de bättre lösningarna för peltierelement som TEG på marknaden.

http://www.marlow.com/downloads/dl/f...113/tg12_6.pdf

Enligt koefficienten från deras egen kalkyl borde man med en sådan kunna få ut ≈ 180 mw på temperaturskillnaden mellan 37 och 20 C. Ledningsförmåga och energiförluster blir dock extremt viktiga komponenter isf. Ideala kretsar finns bara på ritbordet.

Förmodligen är det jag försöker åstakomma utanför specifikationerna för elementet i praktiken utan skulle kräva en helt ny lösning att genomföra. Om man skapade en TEG optimerad för temperaturskillnaden mellan 37 grader och 20 till säg -5 så skulle man kunna forma den efter lämpliga kroppskonturer för olika kontaktytor. En platta som är 30x40 cm stor som sitter som en smäck mot ryggen med hjälp av något värmeledande skulle förmodligen ingen störas av. Kombinerar man det med en ryggsäck som har en inbyggd värmeväxlare som både kyler ned bäraren och genererar ström så är vi i närheten av någonting som börjar bli intressant.

Absolut simplast blir det att göra den kylda sidan till en vattenreservoar, typ som en Camelbak. Vi vet dessutom att bäraren kommer att skumpa omkring med hela ekipaget och vi kan använda rörelseenergin som överförs in i vattnet till att cirkulera det genom en radiator.

Du kan ju få ut 180 MW också, det blir meningslöst att tala om uteffekt vid den och den temperaturen om man inte samtidigt anger vid vilken inmatad värmeeffekt det gäller, m a o vilken elverkningsgrad systemet har. Vad har de räknat med?

Kolla specifikationstabellen.

Det är den som sitter bredvid graferna.

Som vanligt tar man alltid i lite från tårna med egenskattad prestanda.

Vid 230/ 50 så skall den producera 6,16 W. Dock varnar de för att den inte är gjord för temperaturer på 200 W eller högre och kan ta skada av det.