Πώς λειτουργεί ένας κινητήρας Stirling;

Robert Stirling - η ιστορία της εφεύρεσής του

• Το 1816 ο Σκωτσέζος κληρικός Robert Stirling εφηύρε μια διαλείπουσα θερμική μηχανή.
• Το ενδιαφέρον με αυτόν τον κινητήρα πρώιμης καύσης είναι το μέσο εργασίας, δηλαδή το αέριο. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε αέρας για αυτό, αργότερα χρησιμοποιήθηκε επίσης υδρογόνο ή ήλιο.
• Η αρχή πίσω από αυτήν την κίνηση είναι εύκολη στην κατανόηση: το αέριο καθώς το μέσο εργασίας θερμαίνεται εναλλάξ και ψύχεται έντονα και ωθεί έτσι δύο έμβολα μπρος -πίσω. Από φυσική άποψη, η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια (το έμβολο) μετατράπηκε.
• Προς τιμήν του εφευρέτη του, αυτός ο τύπος κίνησης ονομάζεται κινητήρας Stirling, γνωστός και ως κινητήρας θερμού αέρα, ακολουθώντας τη λειτουργική του αρχή.

Ο κινητήρας Stirling - η ιδέα μόλις τώρα παίρνει θέση

• Η θερμότητα που απαιτείται για τον κινητήρα παράγεται έξω και καταρχήν επιτρέπει κάθε πιθανό καύσιμο.


Αδιαβατική συμπίεση - μια εξήγηση από τη φυσική

Οι περισσότεροι άνθρωποι είναι ακόμα εξοικειωμένοι με τη συμπίεση, με άλλα λόγια "συμπίεση". Αλλά …

• Ωστόσο, ο κινητήρας Stirling, αν και λειτούργησε αξιόπιστα, θα μπορούσε στην εποχή του λόγω του χαμηλή απόδοση (τότε μόνο 3%) όχι έναντι της ατμομηχανής και της μετέπειτα μηχανής εσωτερικής καύσης προωθήσω.
• Ωστόσο, η ιδέα συζητείται ξανά εδώ και αρκετά χρόνια. Η θερμότητα που απαιτείται για τον κινητήρα παράγεται έξω και καταρχήν επιτρέπει οποιοδήποτε καύσιμο να φανταστεί κανείς. Ως αποτέλεσμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν λιγότερο επιβλαβή για το περιβάλλον καύσιμα και εναλλακτικές ενέργειες (όπως η ηλιακή θερμότητα). Επομένως, το καύσιμο δεν πρέπει απαραίτητα να είναι προϊόν πετρελαίου.
• Και: Η απλή δομή του καθιστά επίσης τον κινητήρα Stirling ενδιαφέρον για τις αναπτυσσόμενες χώρες με λίγες πρώτες ύλες. Ο κινητήρας θερμού αέρα μπορεί επομένως να χρησιμοποιηθεί και για πρόωση οχημάτων με σημαντικά βελτιωμένη απόδοση (και ήδη δοκιμάζεται με αυτή την έννοια).

Έτσι λειτουργεί ο κινητήρας θερμού αέρα - ένας φυσικός κύκλος

Πώς λειτουργεί όμως η εφεύρεση του Σκωτσέζου πάστορα;

• Το μέσο εργασίας "αέρας" βρίσκεται σε κλειστό κύκλωμα σε αυτόν τον κινητήρα και δεν καταναλώνεται.
• Η αρχή είναι παρόμοια με το γνωστό Κύκλος Carnot από το η φυσικη, στο οποίο ένα (ιδανικό) μέσο εργασίας θερμαίνεται και ψύχεται περιοδικά, οδηγώντας έτσι το έμβολο της θερμικής μηχανής.
• Και στη διαδικασία του Stirling, ο κύλινδρος, στον οποίο κινούνται δύο έμβολα εδώ, είναι πάντα δύο Αποθήκευση θερμότητας (με υψηλή θερμοκρασία Τ1 και χαμηλή θερμοκρασία Τ2) δεξιά και αριστερά μέσα Σύνδεσμος. Το εύρος υψηλής θερμοκρασίας διατηρείται από εξωτερική πηγή θερμότητας.
• Εάν η ποσότητα αέρα ή αερίου στον κύλινδρο στο Τ1 έχει δημιουργήσει πίεση λόγω έντονης θέρμανσης, μετακινεί το έμβολο εργασίας. Ο αέρας χαλαρώνει και δροσίζεται.
• Το δεύτερο έμβολο, που ονομάζεται επίσης έμβολο μετατόπισης, λειτουργεί με χρονική καθυστέρηση (πιο συγκεκριμένα: μετατόπιση φάσης 90 °) έναντι του εμβόλου εργασίας. Όπως υποδηλώνει το όνομα, χρησιμεύει ως μετατοπιστής που επιτρέπει στο αέριο να ρέει εναλλάξ στη δεξαμενή αποθήκευσης ζεστού και κρύου. Αυτό εξασφαλίζεται από πολλές διατρήσεις ή μια πορώδη μεμβράνη.
• Κατά τη λειτουργία, η πίεση, η θερμοκρασία και ο όγκος του αέρα που παγιδεύεται μεταξύ των εμβόλων αλλάζει κυκλικά.
• Όλες οι καταστάσεις που θεωρούνται κατά τη διάρκεια ενός κύκλου μπορούν να ταξινομηθούν ως σημεία σε μια λεγόμενη. Αναπαριστούν το διάγραμμα πίεσης-όγκου. Όπως και με τη διαδικασία Carnot, η διαδικασία σε αυτό το διάγραμμα περιγράφει μια κλειστή καμπύλη που τρέχει ξανά και ξανά.
• Το έμβολο κινείται από τη διαστολή του αέρα μόνο σε ένα μόνο τμήμα. Μόνο εδώ πραγματοποιείται η επιθυμητή μετατροπή ενέργειας.