Stirlingov motor je batni toplotni motor, ki uporablja toploto iz zunanjega vira za ustvarjanje energije za delovni cikel. To toploto najpogosteje pridobivamo z zunanjim zgorevanjem, torej gre za motor z zunanjim zgorevanjem.

Ta tip motorja uporablja kemično energijo, pridobljeno z zgorevanjem goriva, za ogrevanje delovne snovi, ki nato opravlja delo v motorju. Zgorevanje vedno poteka izven motorja in delovna snov je največkrat plin.

Vsebina

• Zgodovina Stirlingovega motorja na kratko
• Konstrukcija Stirlingovega motorja
• Kako deluje enovaljni Stirlingov motor?
• Kako deluje dvo- ali večvaljni Stirlingov motor?
• Prednosti Stirlingovega motorja
• Slabosti Stirlingovega motorja
• Uporaba Stirlingovega motorja
• Prihodnje inovacije
• Zanimiva dejstva o Stirlingovem motorju
• Pogosta vprašanja o Stirlingovem motorju
• Zaključek

Zgodovina Stirlingovega motorja na kratko

Razvoj Stirlingovega motorja se je začel v začetku 19. stoletja, ko je škotski inženir in duhovnik Robert Stirling skušal ustvariti varnejšo alternativo parnim strojem, ki so bili razvpiti po eksploziji. Stirlingov motor je bil patentiran leta 1816. V naslednjih letih je bil deležen številnih izboljšav za povečanje učinkovitosti. Brata Stirling sta leta 1827 patentirala tudi motor na vroč zrak.

V 19. in 20. stoletju so Stirlingovi motorji doživeli obdobja povečanega zanimanja in inovacij, zlasti med pomanjkanjem goriva ali obdobji hitrega tehnološkega napredka. Dandanes Stirlingovi motorji ponovno prihajajo v ospredje kot ekološka alternativa tradicionalnim motorjem z notranjim zgorevanjem.

Konstrukcija Stirlingovega motorja

Z vidika zasnove ima Stirlingov motor veliko prednosti pred drugimi motorji z notranjim zgorevanjem. Motor je robusten in ima zelo preprosto konstrukcijo, zaradi česar je zelo zanesljiv.

Ta motor je kapsuliran in tesen, kar omogoča uporabo na primer pod vodo ali v vakuumu. Ker gorivo ne zgoreva znotraj motorja, ni nepotrebnega hrupa ali tresljajev.

Motor je zato tišji, bolj uglajen in ima daljšo življenjsko dobo kot klasični motorji z notranjim zgorevanjem, saj so njegovi sestavni deli manj obremenjeni. Učinkovitost Stirlingovega motorja je enaka, včasih celo višja kot pri najboljših dizelskih motorjih. Njegova največja prednost pa je, da se za pogon motorja lahko uporabljajo različne vrste goriva.

Kako deluje enovaljni Stirlingov motor?

Sprva se plin pri nizki temperaturi in s tem tlaku nahaja med spodnjim (pušča) in zgornjim delovnim (tesno) batom, ki sta med seboj povezana. Spodnji bat se premakne v zgornji del cilindra in potisne plin, ki teče okoli bata v spodnji del cilindra, ki ga segreva zunanji vir toplote.

Zaradi segrevanja se temperatura plina v jeklenki poveča, plin s tem poveča prostornino in tlak ter se posledično razširi navzgor, medtem pa ponovno teče okoli netesnega bata.

Sorodni članek - 

Bati motorja: Kaj morajo vzdržati in kakšna je njihova funkcija?

Na vrhu jeklenke se plin ohladi, zmanjšata se njegova prostornina in tlak, zaradi česar delovni bat potuje navzdol in dvigne puščajoči bat navzgor, kar omogoči, da se plin vrne na dno jeklenke, ki se segreje. Ta cikel se nenehno ponavlja.

Kako deluje dvo- ali večvaljni Stirlingov motor?

Rdeči valj se segreva z zunanjim virom toplote. Plin v jeklenki poveča svojo prostornino in tlak ter potisne (rdeč) bat jeklenke navzgor. Ko bat doseže zgornjo mejo valja, teče plin skozi cev v drugi (modri) valj.

Tam se ohladi, zaradi česar zmanjša svojo prostornino in tlak, kar povzroči padec bata, ki potisne ohlajen plin nazaj v segret valj.

Prednosti Stirlingovega motorja

Stirlingov motor ima vsestransko uporabo in primerljivo učinkovitost z motorji spark ali diesel. Kot že omenjeno gre za motor z zunanjim zgorevanjem, ki je bolj dovršen in ustvarja manjšo količino škodljivih snovi.

Sorodni članek - 

Bencinski in dizelski motor: Kakšna je razlika med njima in kakšne so njune prednosti in slabosti?

Ker nobena snov ne vstopi ali izstopi iz motorja, je možno uporabiti najprimernejše delovno polnjenje v valjih. Glavne prednosti Stirlingovega motorja vključujejo naslednje:

1. Vsestranskost goriv: Stirlingovi motorji lahko delujejo na skoraj kateri koli vir toplote, zaradi česar so prilagodljivi na široko paleto goriv, ​​vključno z obnovljivimi viri energije, kot je sončna energija.
2. Visoka učinkovitost: Zahvaljujoč regeneratorju in izotermnim procesom lahko Stirlingovi motorji dosežejo višjo toplotno učinkovitost v primerjavi z motorji z notranjim izgorevanjem.
3. Nizke emisije: Proces zunanjega izgorevanja povzroči nižje emisije in manj onesnaževanja, zaradi česar so Stirlingovi motorji okolju prijazna rešitev. Stirlingov motor ne potrebuje olja, ki se na primer pri dvotaktnih motorjih z notranjim izgorevanjem primeša gorivu. Zaradi odsotnosti olja v gorivu pride v zrak manj škodljivih snovi.
4. Tiho delovanje: Stirlingovi motorji delujejo z minimalnim hrupom in tresljaji, ker ni notranjega zgorevanja in zato ni hitrega odstranjevanja izpušnih plinov.

Goriva za Stirlingov motor

Kot že omenjeno, je velika prednost Stirlingovega motorja pred drugimi motorji z notranjim izgorevanjem ta, da se lahko za pogon motorja uporablja široka paleta različnih goriv, ​​kot so:

• Zemeljski plin (dosega najboljše rezultate tako z ekonomskega kot tudi ekološkega vidika)
• Tekoča in plinasta goriva
• Trdno gorivo
• Biomasa (lesni sekanci, rastlinski ostanki, slama in drugo...)
• Bioplin (plin iz odlagališč, čistilnih naprav, koksni plin)
• Sončna energija
• mnogo drugih...

Razen Stirlingovega motorja ni nobenega drugega motorja, ki bi bil sposoben za svoj pogon uporabiti tako široko skupino različnih virov.

Slabosti Stirlingovega motorja

Stirlingov motor ima, tako kot vsaka druga naprava, svoje prednosti in slabosti. Med minuse tega motorja lahko uvrstimo naslednje:

• Nižje razmerje med močjo in težo: V primerjavi z motorji z notranjim izgorevanjem imajo Stirlingovi motorji nižje razmerje med močjo in težo.
• Kompleksna zasnova: Stirlingovi motorji imajo bolj zapleteno zasnovo, kar vodi do višjih proizvodnih stroškov in bolj težavnega vzdrževanja.
• Kompleksnost materialov: Učinkovit prenos toplote med vročo in hladno komoro je bistvenega pomena za optimalno delovanje. Zahteve po tesnilnih materialih so zato visoke in s tem proizvodni stroški.

Uporaba Stirlingovega motorja

Stirlingov motor se zaradi svoje vsestranskosti in edinstvenih lastnosti uporablja v številnih aplikacijah:

• Proizvodnja električne energije: Stirlingov motor se lahko uporablja za proizvodnjo električne energije na oddaljenih območjih z uporabo odpadne toplote ali obnovljivih virov energije, kot je sončna energija.
• Soproizvodnja: V sistemih soproizvodnje toplote in električne energije (SPTE) lahko Stirlingov motor rekuperira odpadno toploto iz industrijskih procesov ali zgradb, s čimer poveča splošno energetsko učinkovitost.
• Pomorski pogon: Stirlingov motor se uporablja v podmornicah in drugih mornariških plovilih zaradi tihega delovanja in varčne porabe goriva.
• Napajanje vesoljskega plovila: Radioizotopni Stirlingovi generatorji se uporabljajo kot vir energije za misije v vesolju, kot je Nasin napredni radioizotopni Stirlingov generator (ASRG).

Prihodnje inovacije

Stirlingovi motorji so pripravljeni igrati pomembno vlogo pri prehodu na čistejše in učinkovitejše energetske rešitve. Potencialna področja za prihodnje inovacije vključujejo:

• Sončna energija: Sistemi koncentrirane sončne energije lahko uporabljajo Stirlingove motorje za pretvorbo sončne svetlobe v elektriko, kar je obnovljiv vir.
• Rekuperacija odpadne toplote: Razvoj naprednih materialov in dizajnov lahko dodatno izboljša učinkovitost Stirlingovih motorjev, zaradi česar so privlačna možnost za rekuperacijo odpadne toplote in varčevanje z energijo.
• Uporaba v avtomobilih: Čeprav še ni razširjena, bi integracija Stirlingovih motorjev v sisteme hibridnih vozil lahko pomagala zmanjšati porabo goriva in emisije.

Zanimiva dejstva o Stirlingovem motorju

• Prvi patentiran motor: Stirlingov motor je bil prvi patentiran motor, ki je bil patentiran leta 1816, celo pred motorjem z notranjim zgorevanjem.
• Varnostna inovacija: Stirlingov motor je bil prvotno razvit kot varnejša alternativa parnim strojem, ki so bili nagnjeni k eksplozijam zaradi visokotlačne pare.
• Švedske podmornice: Švedska mornarica od leta 1996 uporablja motorje Stirling v svojih podmornicah razreda Gotland, pri čemer izkorišča prednosti tihega delovanja in učinkovitosti motorjev.
• Philips Electronics: V petdesetih letih 20. stoletja je Philips Electronics razvil vrsto Stirlingovih motorjev za uporabo v radijskih sprejemnikih in drugih majhnih napravah, kar je pomagalo popularizirati tehnologijo.
• Najdlje delujoč Stirlingov motor: najdlje neprekinjeno delujoč Stirlingov motor se nahaja na Univerzi v Canterburyju na Novi Zelandiji. Ta motor, znan kot Canterbury Ringbom, je v uporabi od leta 1986.

Pogosta vprašanja o Stirlingovem motorju

V: Ali se Stirlingov motor lahko uporablja v avtomobilu?

Odgovor: Stirlingov motor še ni široko razširjen za uporabo v avtomobilih zaradi nižjega razmerja med močjo in težo ter zapletenosti. Vendar ga je mogoče vključiti v sisteme hibridnih vozil za izboljšanje učinkovitosti porabe goriva in zmanjšanje emisij.

Vprašanje: Kakšna je učinkovitost Stirlingovega motorja v primerjavi z učinkovitostjo motorja z notranjim zgorevanjem?

Odgovor: Stirlingov motor lahko doseže višji toplotni izkoristek v primerjavi z motorji z notranjim zgorevanjem, pri čemer pogosto doseže izkoristek 30-40 % ali več, medtem ko so motorji z notranjim zgorevanjem običajno približno 20-25 % izkoristki.

Vprašanje: Kateri so glavni dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost Stirlingovega motorja?

Odgovor: Učinkovitost Stirlingovega motorja je odvisna od več dejavnikov, vključno s temperaturno razliko med vročo in hladno komoro, zasnovo regeneratorja, delovnim plinom in mehanskimi izgubami v motorju.

V: Kako se zažene Stirlingov motor?

Odgovor: Stirlingov motor za začetek delovanja potrebuje zunanji vir toplote. Ko se delovni plin segreje in začne širiti, se bo motor zagnal in deloval, dokler je vir toplote ohranjen.

V: Kateri delovni plin se uporablja v Stirlingovem motorju?

Odgovor: Delovni plin v Stirlingovem motorju se lahko razlikuje glede na specifično zasnovo in uporabo. Običajno uporabljeni plini vključujejo zrak, vodik, helij in dušik.

Zaključek

Stirlingov motor ponuja edinstveno kombinacijo vsestranskosti goriva, visoke učinkovitosti in nizkih emisij, kar omogoča široko paleto aplikacij. Z napredkom tehnologije se bo povečal potencial Stirlingovega motorja in njegova uporaba na različnih področjih.

Oglejte si delujoč Stirlingov motor v pomanjšani različici: