Vad är en Stirlingmotor? Hur fungerar Stirlingmotorn? Hur upptäcktes Stirlingmotorn? I vilka områden används den? Hur omvandlas värmeenergi till rörelseenergi? Detaljer om Stirling-motorer finns i vår artikel.

Vad är Stirling Engine?

En Stirlingmotor är en maskin som omvandlar den energi som genereras av extern uppvärmning av en sluten kammare till mekanisk energi. Även känd som en varmluftsmotor. När den uppvärmda luften expanderar och komprimeras börjar motorn att röra sig. Den uppfanns 1816 av den skotske prästen, vördnadsvärden Robert Stirling. Motorn utvecklades av hans bror, James Stirling. På uppfinnarnas tid användes ångdrivna maskiner och de var ganska farliga. De försökte hitta ett mer pålitligt alternativ. Vad de ville var att omvandla värmeenergi direkt till rörelseenergi.

Vad finns i Stirlingmotorn?

Kraftkolv (förskjutare): Det tjänar till att flytta gasen i den slutna kammaren. Det används vanligtvis i motorer av betatyp och alfatyp.
Kolv: Det hjälper till att omvandla värmeenergi till mekanisk energi genom att röra sig i cylindrarna i motorn.
Svänghjul: Det är strukturen som kolvarna är fästa vid. Uppgiften för denna struktur är att överföra den genererade mekaniska energin till de rörliga delarna.
Kylare: Det hjälper till att kyla gasen i den slutna kammaren. Det hjälper motorn att användas under längre perioder.
Värmare: Det är den viktigaste delen av motorn. Den används för att värma gasen i den slutna kammaren för att omvandla värmeenergin till rörelseenergi.

Dessutom kan den i vissa motortyper användas i andra komponenter än dessa. Detta är helt och hållet på utvecklarnas eget gottfinnande.

Arbetsprincipen för Stirling Engine

En Stirlingmotor fungerar genom upprepad uppvärmning och kylning av en isolerad mängd arbetsgas (vanligtvis luft eller gaser som helium, väte).

Gasen uppvisar beteende definierat av gaslagarna (relativt till tryck, temperatur och volym). När gasen värms upp, eftersom den befinner sig i ett isolerat utrymme, stiger dess tryck och påverkar kraftkolven, vilket ger ett kraftslag. När gasen kyls sjunker trycket och som ett resultat använder kolven en del av det arbete som gjorts på sitt returslag för att återkomprimera gasen. Det resulterande nätverket skapar kraft på spindeln. Arbetsgasen strömmar periodiskt mellan de varma och kalla värmeväxlarna. Arbetsgasen är tätad inuti kolvcylindrarna. Så här finns inga avgaser. Till skillnad från andra typer av kolvmotorer behövs inte ventiler.

Vissa Stirling-motorer använder en splitterkolv för att flytta arbetsgasen fram och tillbaka mellan kalla och varma tankar. Arbetsgasen rör sig genom att hålla cylindrarna vid olika temperaturer, tack vare sammankopplingen av kraftkolvarna i de flera cylindrarna.

I riktiga Stirlingmotorer är en regenerator placerad mellan tankarna. Denna värme överförs från regeneratorn när gascykeln sker mellan den varma och kalla sidan. I vissa utföranden är separatorkolven själva regeneratorn. Denna regenerator bidrar till effektiviteten i Stirlingcykeln. Strukturen som nämns här som en regenerator är faktiskt en solid struktur som inte kommer att hindra en del luft från att passera genom den. Till detta arbete kan till exempel stålkulor användas. När luften rör sig mellan ett kallt rum och ett varmt rum, passerar den genom denna regenerator. Innan den varma luften når den kalla delen lämnar den lite värmeenergi på dessa bollar. När den kalla luften passerar till den varma sidan värms den upp lite med den värmeenergi som frigjorts tidigare. Det ökar med andra ord motorns effektivitet genom att förvärma luften innan den går in i den varma delen och förkyla innan den går in i den kalla delen.

En idealisk Stirling-motorcykel har samma teoretiska effektivitet som en Carnot-värmemotor för samma inlopps- och utloppstemperaturer. Dess termodynamiska effektivitet är högre än ångmaskiner. (eller några enkla förbrännings- och dieselmotorer)

Vilken värmekälla som helst kan driva Stirlingmotorn. Extern förbränningsmotor, förbränning i uttrycket missförstås ofta. Värmekällan kan genereras genom förbränning, men kan också vara solenergi, geotermisk energi eller kärnenergi. På samma sätt kan den kalla källan som används för att skapa en temperaturskillnad vara olika material under omgivningstemperaturen. Kylning kan uppnås med användning av kallt vatten eller ett köldmedium. Men eftersom temperaturskillnaden som ska erhållas från den kalla källan kommer att vara låg kommer det att kräva arbete med större massor, och effektförlusten som kommer att uppstå i pumpningen kommer att minska effektiviteten i cykeln.Förbränningsprodukter kommer inte i kontakt med motorns inre delar. Smörjoljans livslängd i Stirlingmotorer är längre än i förbränningsmotorer.

Stirling motortyper

Det finns tre huvudtyper av stirlingmotorer. Andra motortyper är förbättrade versioner av 3 motorer.

Alfa typ stirlingmotor:

Den består av två kolvar, ett svänghjul, en sluten gaskammare med kolvarna, värmeväxlare, en värmegenerator och ett svänghjul. Syftet är att aktivera gasen i den genom att värma upp kolvens område med en värmekälla. Den uppvärmda gasen börjar trycka kolven fram och tillbaka, den andra anslutna kolven börjar röra sig, så att den varma och kalla gasen förskjuts i kammaren. Den alstrade energin överförs med hjälp av svänghjulet som dessa två kolvar är anslutna till.

Stirlingmotor av betatyp:

Det finns 2 kolvar på samma axel. Dessa två kolvar är förbundna med varandra. Genom att värma upp kammaren med kolven i botten värms och aktiveras gasen i den slutna kammaren. På så sätt startar kolven sin uppåtgående rörelse. Den andra anslutna kolven hjälper också den kalla gasen att röra sig i kammaren. Svänghjulet, som kolvarna är fästa i, överför den genererade energin.

Stirlingmotor av gammatyp:

Det finns två separata kolvar. Kammaren med den större kolven värms upp och gasen i den aktiveras. På så sätt börjar kolvarna som är kopplade till varandra med svänghjulet att röra sig.

Fördelar med Stirlingmotorer

Eftersom värmen appliceras externt kan vi noggrant kontrollera bränsle- och luftblandningen.
Eftersom en kontinuerlig värmekälla används för att ge värme är mängden oförbränt bränsle mycket liten.
Denna typ av motor kräver mindre underhåll och smörjning än motortyper på sin effektnivå.
De är ganska enkla i strukturen jämfört med förbränningsmotorer.
De kan arbeta även vid lågt tryck, de är säkrare än ångkällmaskiner.
Lågt tryck tillåter användning av lättare och mer hållbara cylindrar.

Nackdelar med Stirlingmotorer

Kostnaden är hög när det gäller bränsleekonomi, eftersom den nödvändiga värmen krävs vid första start av motorn.
Det är ganska svårt att ta sin makt till en annan nivå.
Vissa stirlingmotorer kan inte starta snabbt. De behöver tillräckligt med värme.
I allmänhet används vätgas i en sluten kammare. Men när molekylerna i denna gas är ganska små är det svårt att hålla den i kammaren. Därför står vi inför ytterligare kostnader.
Den kallare delen måste absorbera tillräckligt med värme. Om det blir för mycket värmeförlust kommer motorns verkningsgrad att minska.

Användningsområden för Stirlingmotorer

Stirlingmotorer används i lågeffektsflygmotorer, marinmotorer, värmepumpar, kombinerade värme- och kraftsystem. Idag används den mest för att generera el i solpanelsfält.

Vad är Stirling Engine? Hur fungerar en Stirlingmotor?