Konstantin Kirsch

Fragen an Konstantin

Spenden

Wer diesen Blog unterstützen will, kann spenden:

Projekt Waldgartendorf e.V.
VR-Bank Bad Hersfeld
DE41532900000036101300
BIC: GENODE51BHE
Verwendungszweck: Spende

Archiv

Green Hosting mit Ökostrom und lokal erzeugtem Solarstrom!
Mittwoch 6. Juni 2012

Stirling Blockheizkraftwerk

Seit langem kenne ich die grundsätzlichen Vorzüge des Stirling-Motors: sehr leise, mit jeglicher Wärmequelle zu betreiben etc.
siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Stirlingmotor

Was mir seit Jahren aufgefallen ist, dass es einerseits Entwicklungen gibt für Hochleistungs-High-Tech-Stirlings, also mit Edelgasfüllung unter Hochdruck, so dass man den Wirkungsgrad raufschrauben kann. Allerdings verschwindet dabei die Möglichkeit den Motor selber reparieren zu können. Andererseits gibt es eine Vielzahl an Mini-Modellen für das Regal. Da dreht sich zwar was sofern man eine Kerze anzündet, aber Leistung gibt es nicht ab. Was fast gänzlich am Markt fehlt sind Stirlings die man in der kleinen Gartenhütte brauchen kann. Interessant wäre da z.B. 1-2000 Watt Heizleistung und 1-200 Watt elektrische Leistung. So könnte in den dunklen (und kalten) Wintertagen die Raumwärme durch das Ofenfeuer entstehen während gleichzeitig der Stirlingmotor etwas Strom liefert um die Akkus der Solaranlage durch die dunklen Zeit zu bringen.

Jetzt habe ich etwas gefunden was mir gefällt:

Auf der Seite des Entwicklers kann man dazu etwas mehr Text finden: www.kufner-stirling.de/KF1-350/kf_1-350.htm

Per email habe ich diese Beschreibung erhalten:

Das Stirling-Mini-Blockheizkraftwerk KF 1 – 350

Walter Kufner aus Hergensweiler, der dem Einen oder Anderen schon als der Verfasser des Buches „Stirlingmaschinen einfacher Bauart“ bekannt sein dürfte, hat ein neues Gerät entwickelt, welches in der Lage ist, aus einem Holzfeuer eine gewisse Menge elektrischen Strom herauszuholen, wobei gleichzeitig Abwärmenutzung zu Heizzwecken möglich ist.

Es war ihm daran gelegen, einen einfachen Stirlingmotor zu konstruieren und zu bauen, der zu einer handelsüblichen, preisgünstig erhältlichen Feuerstelle für Holz passt. Ein Badeofenuntersatz, wie er früher in sehr vielen Haushalten zu finden war, und der auch heute noch hergestellt wird, erwies sich nach geringfügigem Umbau als geeignet. Das Arbeitsgehäuse des Stirlingmotors wurde so konstruiert, dass es genau in den Aufnahmefalz passt, der normalerweise den Boiler aufnimmt. Dieser Stirlingmotor, den man besser als Heißluftmotor bezeichnet, weil hier Luft als Arbeitsmedium verwendet wird, fällt unter die Kategorie „einfache Bauart“. Er arbeitet bei Atmosphärendruck als Mitteldruck, also ohne Aufladung. Bei der Konstruktion wurde Wert darauf gelegt, dass alle Teile leicht zu beschaffen und unkompliziert zu bearbeiten sind. Gußteile wurden grundsätzlich vermieden. Der Aufbau ist dergestalt, daß alles falls nötig wieder leicht auseinandergeschraubt, gewartet oder repariert werden kann. Spezialkenntnisse oder besondere Werkzeuge sind dazu nicht erforderlich.

Der wassergekühlte Arbeitskolben ist als Membrankolben ausgeführt, wodurch einige Abdichtungs- und Reibungsprobleme von vorneherein vermieden werden. Die Abdichtung der Verdrängerdurchführung nach außen ist mit einer einfachen Ledermanschette realisiert, die sogar beim Betrieb der Maschine nachgefettet werden kann. Sie hat zusätzlich die Funktion eines Rückschlagventiles. Die beim Durchlauf des Stirlingprozesses freiwerdende mechanische Arbeit wird über einen Winkelhebel auf die Kurbelwelle, die nur eine einzige Kröpfung aufweist, übertragen. Verdrängerpleuel und Hauptpleuel sitzen auf dem selben Kurbelzapfen, wobei die notwendige Voreilung von 90 Grad durch die Form des Winkelhebels erzeugt wird. Es handelt sich hierbei um die sog. Kufner-Steuerung.

Der Abtrieb kann entweder durch Auflegen eines Treibriemens direkt auf das Schwungrad erfolgen, oder es kann das freie Wellenende jenseits des Schwungrades dazu benutzt werden, eine Riemenscheibe, eine Kurbel (zum Antrieb einer Kolbenpumpe), oder direkt einen Stromerzeuger aufzusetzen.

Bei der Abwärmenutzung wird sowohl die Wärme des Kühlwassers, als auch die Restwärme des Rauchgases herangezogen. Es wurden entsprechende Wärmetauscher entwickelt und gebaut.

Darüber hinaus wurde bedacht, dass für die Stromerzeugung ein einfacher, preisgünstiger Generator vorhanden sein muss. Diverse, auch gebraucht leicht erhältliche Komponenten aus dem Kfz-Bereich wurden auf ihre Verwendbarkeit untersucht, Gleichstrommotoren umgewickelt, Lichtmaschinen auf Permanenterregung umgebaut.

Die gesamten Arbeiten wurden dokumentiert, Beschreibungen und Konstruktionszeichnungen erstellt und ergänzend, zur Erhöhung der Anschaulichkeit, Fotografien angefertigt. All das wurde zu einer Baumappe zusammengefaßt, welche an jeden abgegeben wird, der Lust hat, diese Maschine nachzubauen, oder vielleicht sogar weiterzuentwickeln.

Einige Daten des Mini-BHKWs KF 1 – 350:

Höhe inkl. Feuerung ca. 107 cm, Breite ca. 45 cm, Durchmesser ca. 45 cm,

Gewicht inkl. Feuerstelle ca. 50 kg. Drehzahl 50 bis 300 Umdr.pro Min.

Leistung bei mittlerem Feuer ca. 20 Watt elektrisch (13 V/ 1,5 A Gleichstrom). Die Maximalleistung liegt bei 30 Watt.(12V, 2,5A) max. Leistung mechanisch ca. 60 Watt

Beheizung mit Holz, max. Erhitzertemperatur 400 °C (seitlich 310 °C).

Kühlung mit Wasser, Abwärmenutzung möglich, max. Kühlwassertemperatur 70 °C.

Das Gerät ist durchaus zum Laden von Batterien und/oder zur Versorgung von Kleinverbrauchern (Radio, Licht, usw.) geeignet. Es ist aber keine Maschine für professionelle oder gewerbliche Nutzung, sondern eine Sache, die noch dem Modellbau zuzuordnen ist.

Was mich stört ist der geringe Wirkungsgrad des Generators von ca. 50%.
Bei 60 Watt mechanischer Leistung müsste man mehr als 30 Watt elektrisch heraus bekommen.

Das Schwungrad hat einen Durchmesser von 53 cm und dreht maximal 300 U/min.
Die mechanische Leistung ist, wie gesagt, bei ca. 60 Watt anzunehmen.

Kennt jemand einen hierfür passenden Generator mit höchst möglichem Wirkungsgrad?

Oder kennt jemand einen anderen Stirlingmotor der ähnliche Größe hat und 100 bis 200 Watt elektrisch liefert?

Ich freue mich über Antworten!!

Konstantin Kirsch

6 comments to Stirling Blockheizkraftwerk

  • Michael Schuster

    Hallo Herr Kirsch,

    habe mir auch ähnliche Gedanken wie Sie gemacht. Einerseits gibt es eine Menge hübscher und toll funktionierender Stirling-Motore. Diese sind aber zu schwach, um wirklich nennenswerte elektrische Leistung zu liefern. Und die BHK-Motore sind für meine Zwecke überdimensioniert.

    Meine Gedanke ist der: mein Ferienhäuschen mit dem vorhandenen „Wamsler-ähnlichen“ Holzbrandherd in der Küche zu beheizen und gleichzeitig elektrische Energie zu gewinnen und in Batterien zu puffern. Mit einer 12- bzw. 24 Volt-Anlage will ich zunächst versuchsweise parallel zum 220V-Stromnetz mit hocheffizienten LED-Leuchten das Haus erhellen.

    Zudem will ich verschiedene Typen von Windrädern (vertikal- und horizontal-Achser) betreiben. Hierzu habe ich mir einen gewissen „Vorrat an Generatoren“ zugelegt. Von 450 Watt Brushless-Motoren bis zum 2,5KW Neodym-Generator. Damit experimentiere ich zur Zeit.

    Für die Mischung aus Spielzeug und ernsthafter Stromgewinnung scheinen mir die Maschinen aus Hergensweiler weder Fisch noch Fleich zu sein, zumindest, wenn ich mir die Bilder so ansehe.

    Einen Vorteil sehe ich allerdings in der vertikalen Maschine schon: Die einzeln herausnehmbaren Heizplattenringe meines Herdes schreien ja geradezu danach, solch eine Maschine an die gängigen Durchmesser anzupassen und den Unterbau quasi in den Feuerraum des Herdes hineinreichen zu lassen. Damit könnte das Motörchen günstiger werden und somit attraktiver für Ferienhaus mit Wamslerofen-Besitzer, wie mich z. B. 🙂

    Ich persönlich würde wegen des Geräusches allerdings einen im abgelegeneren Nebenraum installierten Einzelofen bevorzugen.

    Hoffe ein bißchen zur Belebung dieses Forums beigetragen zu haben und freue mich auf neue Statements.

    L.G.

    M.S.

  • Doch, diese Maschinen funktionieren einwandfrei, sind aber eher etwas für Liebhaber von Modellen!

  • Matthias. N

    Hallo Herr Kirsch,
    Befinde mich so fast in gleicher Lage und würde gerne wissen, ob sie weitergekommen sind.
    Gruss Matthias N

  • Hallo,
    leider habe ich noch nichts passendes gefunden.
    Gruß
    Konstantin Kirsch

  • Thomas

    Ein schönes neues Jahr wünsch ich Euch:-)

    Bin gerade daran das Internet nach Heissluftmaschinen abzugrasen. Hab grad genug Zeit, bin in der Rekonvaleszenz meiner Erkältung, habe mich bei der Inbetriebnahme meines jüngsten Wasserkraftwerkes etwas verausgabt. Bei Wasserkraftwerken fällt naturgemäss viel Holz im Rechengut an und ich komme nicht nach, dieses in meinem Kachelofen zu verbrennen, pro Jahr gewinne ich so sicher etwa 500kg Holz, dabei wähle ich nur das „schönste“ aus. Deshalb suche ich nach einer günstigen Möglichkeit es gewinnbringend zu „Entsorgen“. Da scheint mir die Energieerzeugung mittels Stirlingmaschine eine gute und praktikable Idee. Natürlich, „gewinnbringend“ ist hier nicht kommerziell zu verstehen, ist nur Idealismus:-)

    Zu dem schon bekannten Link kann ich noch folgenden dazufügen, mir gefällt die Maschine auf jeden Fall sehr. Und die Idee aus einem alten Holzofen so ein Teil zu Bauen ist super, zumal man damit auch einen Blickfang im Haus hat.
    http://www.kassner-dampfantriebe.de/Produkte/80_mm_Motor/80_mm_motor.html

    Auch ganz edel das hier:
    http://www.holzoefe.ch/de/ofen-detail/items/83.html

    Bezüglich den Generatoren kann man schon sagen, dass es welche mit besseren Wirkungsgraden gibt. Persönlich würde ich es mit einer Luftspulenmaschine (kein Esoterikbegriff!-) versuchen, die hat schon mal kein Rastmoment wie es gewöhnliche permanenterregte Generatoren haben. Seht Euch mal um bei http://www.maxonmotor.ch/maxon/view/content/product_index, im speziellen das RE-Programm. Und lasst Euch nicht von der Homepage sternen-Motoren verwirren. Ist zwar alles richtig angedacht, aber nicht richtig umgesetzt;-)

    Frohes gelingen Eurer Projekte!

    Freundlich grüsst Euch

    Thomas

  • Hallo allerseits,
    ich wollte nur mal darauf hinweisen, dass sich bei mir etwas getan hat. Ich habe seit einiger Zeit ein sog. „holzbeheiztes Mini-Dampfkraftwerk“ im Test. Da gibt es dann doch etwas mehr Leistug, und was mir besonders wichtig war, ist dass die Abwärmenutzung wesentlich besser ist, als beim Stirling. Außerdem gibt es jetzt einen großen Ventilator-Stirling, den man einfach auf den Ofen oder Herd aufstellt. Der verteilt dann die warme Luft im Raum und befeuchtet sie auch noch etwas, weil der Motor eine Verdunstungskühlung hat, die ca. 60 °C warm wird.
    Viele Grüße,
    Walter

Leave a Reply