Record rendement bij omzetting van warmte in geluid

Onderzoekers van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) hebben een record rendement behaald bij het omzetten van warmte in geluid. In een zogenoemde thermo-akoestische motor hebben zij het bestaande record van 41% verbeterd tot 48% van het maximaal haalbare rendement. Door een dergelijke motor in te zetten in de industrie kan men er fors besparen op het energiegebruik.

In een thermo-akoestische motor wordt, zoals in iedere motor, warmte omgezet in mechanisch vermogen. In dit geval bestaat het mechanisch vermogen uit een zeer krachtige geluidsgolf. Daarbij wordt een proces gebruikt dat sterke overeenkomsten heeft met een Stirling-cyclus. Anders dan bij een Stirling-motor worden geen bewegende delen toegepast. In een thermo-akoestische motor zorgt de geluidsgolf voor het samendrukken, verplaatsen en expanderen van het werkmedium helium. Hierdoor doorloopt het werkmedium een cyclus waardoor de geluidsgolf wordt versterkt.

De thermo-akoestische motor is onderdeel van een totaalsysteem waarin behalve een motor ook een thermo-akoestische warmtepomp is opgenomen. Deze warmtepomp gebruikt, via een omgekeerd proces, het door de motor geproduceerde geluid om warmte op te pompen van een laag naar een hoger temperatuurniveau.

ECN werkt, samen met twee Nederlandse apparatenbouwers Bronswerk en Dahlman, aan de ontwikkeling van een thermo-akoestisch systeem waarin industriële restwarmte wordt gebruikt om een motor aan te drijven. Het geproduceerde geluid wordt vervolgens gebruikt om een ander deel van de industriële restwarmte in een warmtepomp op te waarderen naar bruikbare warmte. Op deze wijze kan nutteloze restwarmte voor een deel weer nuttig worden ingezet in het industriële proces. Hiermee kan de industrie fors besparen op energiegebruik.

Het bereikte record is een belangrijke mijlpaal op de weg naar de omzettings-rendementen die nodig zijn om tot een rendabel systeem te komen. De beoogde doelstelling van 30% voor de motor is ruimschoots overtroffen. De huidige motor wordt aangedreven met warmte van hoge temperatuur (500-600°C). De uitdaging is nu om op basis van de opgedane kennis de behaalde prestaties door te trekken naar motoren die op veel lagere temperaturen (100-150°C) werken.

De huidige ontwikkelingen zijn er op gericht om in 2010 een integraal systeem te testen dat onder relevante industriële condities, maar wel in een laboratoriumomgeving, de vereiste prestaties levert. Bij het succesvol afronden van deze stap ligt de weg open naar verdere opschaling en het uitvoeren van veldtesten in de industrie.

Bron: ECN