Stirling-Motor: Heizkessel liefert Warme und Strom

Der Gedanke ist genial:

Schon in den 50er Jahren kam ein italienischer Autohersteller auf die Idee, einen kleinen Ottomotor in den Heizkessel zu stellen. Damit schlug er zwei Fliegen mit einer Klappe: Mit dem Kühlwasser wurde geheizt, und mit der Kurbelwelle wurde ein Dynamo angetrieben, der das Haus mit Strom versorgte.

Jetzt hat eine deutsche Firma diese Idee weiterentwickelt. Sie nahm einen Heizkessel und baute unterm Brenner einen Motor ein. Die Wirkung ist die gleiche wie oben: Kessel und Motorkühlwasser liefern Heiz- und Badewasser, der Motor den Strom. Nur: Das System ist viel leistungsfähiger, weil es mit einem Stirling-Motor arbeitet.

Dieser Motor, 1816 von Pfarrer Robert Stirling patentiert, aber sehr schwierig zu bauen (hoher Druck im Innern), ist eine bestechende Weiterentwicklung der Dampfmaschine. Das heiße Antriebsgas wird nicht (wie auch bei Otto- und Dieselmotoren) von außen zugeführt, sondern innen zwischen zwei Kolben eingeschlossen. Durch einen »Bypass« - eine Überbrückung zwischen oberem und unterem Zylinder - entsteht ein Temperaturgefälle, das die Kolben in Bewegung setzt.

Die befinden sich in einem Zylinder, oben der Verdrängerkolben und unten der Arbeitskolben. Beide sind mit der Kurbelwelle verbunden, die den Arbeitskolben antreibt während der Verdrängerkolben passiv mitläuft. Fährt er nach unten, schiebt er auf 80 Grad abgekühltes Helium über den Bypass ins Zylinderdach. Das Gas passiert einen Vorerhitzer, einen porösen Wärmespeicher, der es auf 600 Grad erhitzt. Dann zieht das Helium an der Brennerflamme des Heizkessels vorbei, die seine Temperatur auf 700 Grad erhöht. Jetzt hat das Helium einen so großen Druck, daß es über den Bypass zum Zylinderboden zurückdrängt und der Arbeitskolben nach unten stößt.

Der Verdrängerkolben hat mittlerweile seinen unteren Punkt durchschritten und fährt wieder nach oben. Das Helium kann sich jetzt ausdehnen und kühlt ab. Es entsteht ein Unterdruck, der den Arbeitskolben zurück nach oben saugt. Das Helium wird komprimiert und über Vorerhitzer und Brenner hochgedrückt - der beginnt von vorn.

Der Stromerzeuger im Heizkessel leistet bis zu 3 Kilowatt, also genug, um einen Haushalt mit Strom zu versorgen. Einige Demonstrationsmodelle laufen bei der Firma bereits, und wenn ein Hersteller für den Motor gefunden ist, soll der Stirling-Heizkessel in Serie gehen.

Zwischen Verdrängerkolben (oben) und Arbeitskolben (unten) befindet sich abgekühltes Helium. Der Verdrängerkolben fährt nach unten und drückt das Gas durch den Bypass (Röhre links) ins Zylinderdach. Das vom Brenner erhitzte Helium strömt durch den Bypass zurück und drückt den Arbeitskolben nach unten. Der Verdränger fährt hoch und entspannt das Gas. Der Unterdruck saugt den Arbeitskolben nach oben.

Die vier Arbeitszyklen des Stirling-Motors: Die Wärmekraftmaschine ist eine geniale Weiterentwicklung der Dampfmaschine.

Das heiße Antriebsgas wird nicht von außen zugeführt, sondern im Motor »eingesperrt«. Ein sich ständig umpolendes Druckgefälle setzt die Kolben in Bewegung.

Vocabulary

Heizkeller                             heating room                                                            

zwei Fliegen mit einer Klappe          to kill two birds with one stone                                        
schlagen                                                                                                       

bestechend                             fascinating, captivating                                                

Verdrängerkolben                       displacement piston                                                     

Arbeitskolben                          main piston                                                             

Temperaturgefälle                      temperature gradient                                                    

Unterdruck                             depression