Čo je to Stirlingov motor? Ako funguje Stirlingov motor? Ako bol objavený Stirlingov motor? V akých oblastiach sa používa? Ako sa tepelná energia premieňa na energiu pohybu? Podrobnosti o Stirlingových motoroch sú v našom článku.

Čo je Stirlingov motor?

Stirlingov motor je stroj, ktorý premieňa energiu generovanú vonkajším ohrevom uzavretej komory na mechanickú energiu. Tiež známy ako teplovzdušný motor. Keď sa ohriaty vzduch roztiahne a stlačí, motor sa začne pohybovať. Vynašiel ho v roku 1816 škótsky kňaz, reverent Robert Stirling. Motor vyvinul jeho brat James Stirling. V časoch vynálezcov sa používali stroje poháňané parou a boli dosť nebezpečné. Rozhodli sa nájsť spoľahlivejšiu alternatívu. Chceli premeniť tepelnú energiu priamo na energiu pohybu.

Čo je v Stirlingovom motore?

Pohonný piest (vytlačovač): Slúži na pohyb plynu v uzavretej komore. Vo všeobecnosti sa používa v motoroch typu beta a alfa.
piest: Pohybom vo valcoch v motore pomáha premieňať tepelnú energiu na mechanickú energiu.
Zotrvačník: Je to konštrukcia, ku ktorej sú pripevnené piesty. Úlohou tejto konštrukcie je prenášať vytvorenú mechanickú energiu na pohyblivé časti.
Chladič: Pomáha ochladzovať plyn v uzavretej komore. Pomáha motoru pri dlhšom používaní.
ohrievač: Je to najdôležitejšia časť motora. Používa sa na zahrievanie plynu v uzavretej komore na premenu tepelnej energie na energiu pohybu.

Okrem toho sa v niektorých typoch motorov môže použiť v iných komponentoch, ako sú tieto. Je to úplne na rozhodnutí vývojárov.

Princíp činnosti Stirlingovho motora

Stirlingov motor funguje na základe opakovaného zahrievania a chladenia izolovaného množstva pracovného plynu (zvyčajne vzduchu alebo plynov, ako je hélium, vodík).

Plyn vykazuje správanie definované zákonmi o plyne (vo vzťahu k tlaku, teplote a objemu). Keď sa plyn ohrieva, pretože je v izolovanom priestore, jeho tlak stúpa a pôsobí na hnací piest, čím vzniká silový zdvih. Keď sa plyn ochladí, tlak klesá a v dôsledku toho piest využíva časť práce vykonanej pri spätnom zdvihu na opätovné stlačenie plynu. Výsledná sieť vytvára silu na vreteno. Pracovný plyn periodicky prúdi medzi teplým a studeným výmenníkom tepla. Pracovný plyn je utesnený vo valcoch piestov. Takže tu nie sú žiadne výfukové plyny. Na rozdiel od iných typov piestových motorov nie sú potrebné ventily.

Niektoré Stirlingove motory používajú deliaci piest na pohyb pracovného plynu tam a späť medzi studenými a horúcimi nádržami. Pracovný plyn sa pohybuje udržiavaním valcov pri rôznych teplotách, vďaka prepojeniu výkonových piestov viacerých valcov.

V skutočných Stirlingových motoroch je medzi nádrže umiestnený regenerátor. Toto teplo sa prenáša z regenerátora, keď prebieha cyklus plynu medzi horúcou a studenou stranou. V niektorých konštrukciách je piest separátora samotný regenerátor. Tento regenerátor prispieva k účinnosti Stirlingovho cyklu. Štruktúra, ktorá sa tu spomína ako regenerátor, je v skutočnosti pevná konštrukcia, ktorá nebude brániť prechodu vzduchu cez ňu. Na túto prácu možno použiť napríklad oceľové gule. Keď sa vzduch pohybuje medzi chladnou a teplou miestnosťou, prechádza cez tento regenerátor. Predtým, než sa horúci vzduch dostane do studenej časti, zanechá na týchto guľôčkach určitú tepelnú energiu. Keď studený vzduch prechádza na horúcu stranu, trochu sa ohrieva predtým uvoľnenou tepelnou energiou. Inými slovami, zvyšuje účinnosť motora predhrievaním vzduchu pred vstupom do horúcej časti a predchladením pred vstupom do studenej časti.

Ideálny cyklus Stirlingovho motora má rovnakú teoretickú účinnosť ako Carnotov tepelný motor pri rovnakých vstupných a výstupných teplotách. Jeho termodynamická účinnosť je vyššia ako u parných strojov. (alebo nejaké jednoduché spaľovacie a dieselové motory)

Stirlingov motor môže poháňať akýkoľvek zdroj tepla. Motor s vonkajším spaľovaním, spaľovanie vo výraze je často nepochopené. Zdrojom tepla môže byť spaľovanie, ale môže to byť aj slnečná energia, geotermálna energia alebo jadrová energia. Podobne zdrojom chladu, ktorý sa používa na vytvorenie teplotného rozdielu, môžu byť rôzne materiály pod teplotou okolia. Chladenie je možné dosiahnuť použitím studenej vody alebo chladiva. Keďže však teplotný rozdiel, ktorý sa má získať zo zdroja chladu, bude nízky, bude to vyžadovať prácu s väčšími masami a strata výkonu, ku ktorej dôjde pri čerpaní, zníži účinnosť cyklu. Produkty spaľovania sa nedostanú do kontaktu s vnútornými časťami motora. Životnosť mazacieho oleja v Stirlingovom motore je dlhšia ako v spaľovacích motoroch.

Typy Stirlingových motorov

Existujú 3 hlavné typy Stirlingových motorov. Ostatné typy motorov sú vylepšené verzie 3 motorov.

Stirlingový motor typu Alpha:

Pozostáva z dvoch piestov, zotrvačníka, uzavretej plynovej komory s piestami, výmenníkov tepla, generátora tepla a zotrvačníka. Jeho cieľom je aktivovať plyn v ňom zahriatím oblasti piesta umiestneného na vrchu zdrojom tepla. Ohriaty plyn začne tlačiť piest tam a späť, druhý pripojený piest sa začne pohybovať, takže horúci a studený plyn sa vytlačí v komore. Vzniknutá energia sa prenáša pomocou zotrvačníka, ku ktorému sú tieto dva piesty pripojené.

Stirlingov motor typu beta:

Na tom istom hriadeli sú 2 piesty. Tieto dva piesty sú navzájom spojené. Ohrievaním komory s piestom na dne sa plyn v uzavretej komore ohrieva a aktivuje. Týmto spôsobom sa piest začne pohybovať smerom nahor. Druhý pripojený piest tiež pomáha studenému plynu pohybovať sa v komore. Zotrvačník, ku ktorému sú pripevnené piesty, prenáša vyrobenú energiu.

Stirlingov motor typu gama:

Existujú dva samostatné piesty. Komora s väčším piestom sa zahrieva a plyn v nej sa aktivuje. Takto sa začnú pohybovať piesty navzájom spojené so zotrvačníkom.

Výhody Stirlingových motorov

Keďže teplo je aplikované zvonka, môžeme presne regulovať zmes paliva a vzduchu.
Pretože sa na poskytovanie tepla používa nepretržitý zdroj tepla, množstvo nespáleného paliva je veľmi malé.
Tento typ motora vyžaduje menšiu údržbu a mazanie ako typy motorov pri ich výkonovej úrovni.
V porovnaní so spaľovacími motormi majú pomerne jednoduchú štruktúru.
Môžu pracovať aj pri nízkom tlaku, sú bezpečnejšie ako stroje so zdrojom pary.
Nízky tlak umožňuje použitie ľahších a odolnejších valcov.

Nevýhody Stirlingových motorov

Náklady sú vysoké z hľadiska spotreby paliva, pretože potrebné teplo je potrebné pri prvom štarte motora.
Je dosť ťažké posunúť jeho silu na inú úroveň.
Niektoré Stirlingove motory nedokážu rýchlo naštartovať. Potrebujú dostatočné teplo.
Vo všeobecnosti sa plynný vodík používa v uzavretej komore. Keď sú však molekuly tohto plynu dosť malé, je ťažké ho udržať v komore. Preto čelíme dodatočným nákladom.
Chladnejšia časť musí absorbovať dostatok tepla. Ak dôjde k príliš veľkým stratám tepla, účinnosť motora sa zníži.

Oblasti použitia Stirlingových motorov

Stirlingove motory sa používajú v leteckých motoroch s nízkym výkonom, lodných motoroch, tepelných čerpadlách, kombinovaných tepelných a energetických systémoch. Dnes sa väčšinou používa na výrobu elektriny v solárnych paneloch.

Čo je Stirlingov motor? Ako funguje Stirlingov motor?