Bir stirling motoruna güneş enerjisi uygulanması
Solar energy application a stirling engine
Yazar: FATİH AKSOY
Danışman: PROF. DR. HALİT KARABULUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Bu çalışmada, güneş enerjisi uygulamaları için daha önce bir TUBİTAK projesi kapsamında geliştirilmiş olan beta tipi bir Stirling motorunun güneş enerjisi ile testleri yapılmıştır. Deney sistemi Stirling motoru, frensel mercek, platform ve test ekipmanlarından oluşmaktadır. Güneş enerjisi doğrudan doğruya displacer silindirinin sıcak ucunda bulunan bir kavitinin içerisine odaklanmıştır. Bakır, aliminyum ve paslanmaz çelik olmak üzere üç farklı malzemeden yapılmış kavitilerin performans testleri yapılmıştır. Bakır kaviti ile yapılan testlerde, displacer strok boşluğunun üst yüzey sıcaklığı 185 ºC olarak belirlenmiş, maksimum güç, moment ve toplam verim 4,7 bar şarj basıncında sırası ile 22 W, 1,09 Nm ve 2,95% olarak elde edilmiştir. Alüminyum kaviti ile yapılan testlerde, displacer strok boşluğunun üst yüzey sıcaklığı 425 ºC olarak belirlenmiş, maksimum güç, moment ve toplam verim 6 bar şarj basıncında sırası ile 64,37 W, 2,93 Nm ve %8,67 olarak belirlenmiştir. Paslanmaz çelik kaviti ile yapılan testlerde, displacer strok boşluğunun üst yüzey sıcaklığı 205 ºC olarak belirlenmiş, maksimum güç, moment ve toplam verim 5,4 bar şarj basıncında sırası ile 39,95 W, 1,67 Nm ve %5,45 olarak elde edilmiştir. Konik paslanmaz kaviti ile yapılan testlerde, displacer strok boşluğunun üst yüzey sıcaklığı 315 ºC olarak belirlenmiş, maksimum güç, moment ve toplam verim 5 bar şarj basıncında sırası ile 40,74 W, 2,26 Nm ve %5,79 olarak belirlenmiştir. Elde edilen performans değerleri beklentilerden düşük kalmaktadır. Performansın düşük çıkmasına odaklayıcı kayıpları, kavitideki geri yansıma kayıpları ve radyasyon kayıplarının sebep olduğu tahmin edilmektedir.

Abstract:
In this study, an experimental setup was constituted for solar energy application of a beta type Stirling engine developed in the project supported by The Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK). The experimental setup was consist of a Stirling engine, a fresnel lens, a platform and test equipments. Solar radiation was directly focused into a cavity taking part at the top of displacer cylinder. Performance tests were conducted with three different cavities made of copper, aluminum and stainless steel. For copper cavity the maximum power, torque and thermal efficiency were obtained as 22 W, 1.09 Nm and 2.95 %, respectively at 4.7 bars charge pressure and 185 ºC hot end temperature of the displacer cylinder. For aluminum cavity the maximum power, torque and thermal efficiency were obtained as 64.37 W, 2.93 Nm and 8.67 %, respectively at 6 bars charge pressure and 425 ºC hot end temperature. For the cavity made of stainless steel (ASTM 304) the maximum power, torque and thermal efficiency were obtained as 39.95 W, 1.67 Nm and 5.45 %, respectively at 5.4 bars charge pressure and 205 ºC hot end temperature of the displacer cylinder. For the conical stainless steel (ASTM 304) cavity the maximum power, torque and thermal efficiency were obtained as 40.74 W, 2.26 Nm and 5.79 %, respectively at 5 bars charge pressure and 315 ºC hot end temperature of the displacer cylinder. The efficiency of the system was found to be lower than expectation. It is estimated that the focusing error, back reflection of some solar radiations and thermal losses are major reasons of insufficient performance.