Thermo-acoustic Engine for Electricity Production

Abstract

This thesis is about a student project part that lasted from September 2013 to April 2014. The subject was to design and build a thermo-acoustic engine. Final goal of the project is to develop a cheap alternative for producing electricity in developing countries. The work was made in collaboration with Hannover University of Applied Sciences and Arts.

Thermodynamics and electromagnetic induction were applied in the project to create thermo-acoustic engines function. The engine was designed in Tampere, Finland and the prototype assembled both in Hannover, Germany and Tampere. The engine was tested during the project and finally heat energy was successfully converted into electricity. Biggest challenges in the project were creating the needed temperature difference between components and deciding the heat transfer method.

Project will be continued. Heat transfer for the engine is planned to be done with renewable resources such as solar power in the future. Development of the product will continue with tasks such as optimizing the engines materials, efficiency and usage of waste heat.

Tämän opinnäytetyön aiheena on syyskuusta 2013 huhtikuuhun 2014 kestänyt Tampereen ja Hannoverin ammattikorkeakoulujen yhteistyössä tekemä opiskelijaprojektin osa. Projektissa suunniteltiin ja rakennettiin termoakustinen moottori. Moottorin tarkoituksena on saada lämmöllä luotua aaltoliike, joka pyritään muuttamaan sähköksi. Projektin lopputarkoituksena on kehittää halpa vaihtoehto sähköenergian tuottoon kehitysmaissa.

Projektissa sovellettiin termodynamiikkaa ja sähkömagneettista induktiota termoakustisen moottorin toiminnan aikaansaamiseksi. Moottori suunniteltiin Suomessa, Tampereella ja suunnitelman pohjalta rakennettiin prototyyppi Hannoveriin, Saksaan sekä Tampereelle. Testeissä saatiin moottorin avulla onnistuneesti lämpöenergia muutettua sähköksi ja hohtodiodi välkkymään aaltoliikkeen tahdissa. Haasteita työssä olivat tarvittavan lämpötilaeron aikaansaanti sekä käytettävän lämmönmuodostustavan päättäminen.

Projekti jatkuu korkeakoulujen välillä. Moottorin lämmöntuonti pyritään tulevaisuudessa saavuttamaan uusiutuvilla luonnonvaroilla, kuten auringosta tulevan lämpösäteilyn avulla. Jatkosuunnitelmiin kuuluvat myös erilaisten materiaalin testaaminen, moottorin optimointi parhaan hyötysuhteen saamiseksi sekä erilaisten hukkalämpöjen käyttö moottorissa.