Silnik Stirlinga – historia, zasada

działania i zastosowania.

Robert Stirling -

szkocki duchowny, wynalazca silnika

cieplnego nazywanego dzisiaj silnikiem Stirlinga. Uzyskał pierwszy
patent na silnik zewnętrznego spalania w 1816 roku. Głównym
dążeniem Stirlinga było opracowanie bezpiecznych silników,
równie przydatnych jak rozpowszechniające się wówczas maszyny
parowe

Zasada działania silnika Stirlinga

Silnik Stirlinga jest maszyną przetwarzającą energie
cieplną na mechaniczną, tak jak wiele silników. Ma jednak
istotną zaletę: ciepło można dostarczać z dowolnego
źródła. Do tego dochodzi fakt, iż gazy wewnątrz niego
przepływają w obiegu zamkniętym. Już te dwie cechy
sprawiają że jest niezwykle praktyczny: aby wprawić go w
ruch wystarczy tylko i wyłącznie podgrzać lub ochłodzić
go (wywołać różnicę temperatur).

Cykl Carnota

Przemiana izotermiczna - w termodynamice
przemiana, zachodząca przy określonej, stałej
temperaturze. Krzywa opisująca przemianę
izotermiczną nazywana jest izotermą. Na rysunku
od A do B.

Przemiana adiabatyczna to proces, w którym
nie zachodzi wymiana ciepła z otoczeniem.
Warunek braku przepływu ciepła można spełnić,
przeprowadzając proces bardzo szybko lub
w dobrze izolowanym zbiorniku. Na rysunku od B
do C

Począwszy od punktu A następuje: izotermiczne sprężanie --> adiabatyczne sprężanie -->
izotermiczne rozprężanie --> adiabatyczne rozprężanie. W oparciu o cykl Carnota przebiegający w
tym kierunku działa doskonały silnik cieplny.

Opis działania silnika Stirlinga

(typ beta )

Na skutek ogrzania rozszerza się gaz
we wnętrzu silnika (np. powietrze).
Pcha to tłok zimny

Gaz jest rozprężony i zaczyna działać na niego już
niska temperatura. Tłok zimny jednak nie pozwala
na razie przemieszać się gazom o różnej
temperaturze, dlatego objętość gazu nie ulega
znaczącej zmianie.

Dzięki rozpędowi koła zamachowego
zimny tłok powędrował do ścianki
cylindra. Separuje również grzejący
wpływ ściany cylindra od gazu. Tym
samym gazy o różnej temperaturze
wymieszały się i są chłodzone.
Zmniejszenie temperatury niesie ze
sobą

zmniejszenie

objętości.

To

oczywiście powoduje że gorący tłok
zostaje wessany do środka.

Ostatni z etapów nazywamy sprężaniem. Mały tłok
zaczyna poruszać się w lewo, co w konsekwencji
doprowadzi do zwiększenia temperatury i objętości
gazu (powrót do etapu nr 1).

Animacja przedstawiająca

opisywany typ silnika Stirlinga

Silnik Stirlinga

(typ alfa )

Posiada dwa cylindry na
których

znajdują

się

wymienniki

ciepła.

Pomiędzy

cylindrami

znajduje się regenerator.

Silnik Stirlinga

(typ gamma )

Posiada jeden cylinder
jak typ beta, lecz w typie
gamma nie pokrywa się
oś

wzdłuż

której

przesuwają się tłoki.

Zastosowanie

– Napęd łodzi podwodnych wyprodukowanych w Szwecji

– Napęd główny lub hybrydowy do samochodu

– Systemy przetwarzania energii słonecznej

Zalety silnika

– Bardzo cicha praca, praktycznie bezszmerowa

– Brak elektrycznego osprzętu który jest dość

skomplikowany i relatywnie drogi w produkcji

Wady silnika

– Intensywne schładzanie

– Duża masa własna w porównaniu do mocy

– Duży koszt produkcji samego silnika