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Wie funktioniert der Freikolben-Resonanzstirling?
Durch kontinuierliche Verbrennung eines regenerativen oder fossilen Energieträgers wird dem System von aussen Wärme zugeführt. Das erwärmte Helium im hermetisch abgeschlossenen Innern erzeugt eine lineare Bewegung von Verdränger- und Arbeitskolben. Diese sind mit einem Lineragenerator gekoppelt, so dass durch veränderte Phasenlage von frei schwingenden Resonanzkolben elektrische Energie produziert werden kann. Die Abwärme aus dem Prozess wird als Heizwärme und zur Warmwasseraufbereitung weiterverwendet.
Was ist denn das Geheimnis? Rolf Schmid verrät: „Es gibt kein Geheimnis. Basierend auf dem längst bekannten thermodynamischen Stirlingprozess, auch Stirling-Kreisprozess genannt, haben wir einfach aber bewusst sämtliche Komponenten hinterfragt, völlig neu ausgelegt und technisch bis aufs Letzte ausgereizt. So gesehen haben wir die Strilingtechnologie nicht neu erfunden, aber gleichwohl ein bisschen revolutioniert“.
Entstanden ist ein System mit einzigartigem Aufbau und ausgezeichneten Eigenschaften.
Durch kontinuierliche Verbrennung eines regenerativen oder fossilen Energieträgers wird der heissen Seite Energie zugeführt. Auf der kalten Seite wird über den Kühler Wärme abgeführt die als Heizwärme oder zur Warmwasseraufbereitung genutzt wird.
Ein kombinierter Verdränger- und Arbeitskolben ist fest mit dem Lineargenerator verbunden und verschiebt das Helium im hermetisch abgeschlossenen Innern ständig von der heissen zur kalten Seite und umgekehrt. Die notwendige Phasenverschiebung des Druckes zum Hub wird durch freischwingende Resonanzmassen erzeugt.
Das zukünftige Herzstück von „Stromerzeugenden Heizungen“ funktioniert im Detail wie folgt:
Im Brenner wird Wärme freigesetzt und über Erhitzerrohre an den Heizkopf abgegeben, in welchem das Arbeitsgas entspannt wird. Dieses wird durch einen Regenerator und einen Kühler ins Kompressionsvolumen geleitet, bei niedrigen Temperaturen komprimiert und durch den Regenerator ins Heizvolumen zurückgeführt.
Der Verdrängerkolben verschiebt das Arbeitsgas zyklisch zwischen diesen beiden variablen Volumen. Im neuen Konzept ist der Verdrängerkolben fest mit dem Arbeitskolben verbunden; die Amplitude und Phasenlage der periodischen Bewegung dieses Hauptkolbens wird durch den elektrischen Lineargenerator genau kontrolliert.
Dieser Hauptkolben umfasst eine Kolbenstangegrossen Durchmessers, über welche die Kolbenarbeit der Maschine entzogen wird. Durch seine Bewegung wird nur eine relativ geringe periodische Druckänderung im Arbeitsgas erzeugt.
Die zyklische Druckänderung des Arbeitsgases wird hauptsächlich durch die Schwingung zusätzlicher Resonanzmassen erzeugt; diese qualitativ guten Feder-Masse-Oszillatoren schwingen in einem engen, vorgegebenen Frequenzband, ohne ein zusätzliches Kontrollorgan zu benötigen. Ihre Amplitude hängt von der Anregung durch den Hauptkolben ab, das heisst der Wärmemenge, welche im Brenner freigesetzt und der Maschine zugeführt wird.