Der Stirlingmotor ist eine Art Wärmekraftmaschine. Sein Betrieb basiert auf der Expansion und Kontraktion eines Gases. Dieses Gas muss sich zyklisch von einem kalten Fokus, in dem es sich zusammenzieht, zu einem heißen Bereich bewegen, in dem es sich ausdehnt.
Der Stirling-Motor wurde 1816 von Robert Stirling erfunden. Das Ziel war es, einen weniger gefährlichen Motor als die Dampfmaschine zu bekommen.
Ursprünglich war der Stirlingmotor als industrieller Hauptmotor konzipiert, um mit der Dampfmaschine zu konkurrieren. In der Praxis wurde es mehr als ein Jahrhundert lang nur für Haushaltsanwendungen und für Motoren mit geringer Leistung verwendet.
Die Entwicklung wird noch untersucht. Die Tatsache, dass Sie nur eine externe Wärmequelle benötigen, bietet eine große Vielseitigkeit, da Sie die Möglichkeit haben, viele Energiequellen für den Betrieb zu verwenden.
Wie funktioniert ein Stirlingmotor?
Der Stirlingmotor in einem thermodynamisch "geschlossenen" Regenerationszyklus mit zyklischer Kompression und zyklischer Expansion des Arbeitsmediums bei verschiedenen Temperaturniveaus.
Wie die Dampfmaschine wird die Stirlingmaschine traditionell als externe Verbrennungsmaschine klassifiziert. Alle Wärmeübertragungen mit dem Arbeitsgas erfolgen durch die Motorwand. Andererseits wird in einem Verbrennungsmotor der Wärmeeintrag durch die Verbrennung eines Kraftstoffs im Körper des Arbeitsmediums erzeugt.
Im Gegensatz zu einer Dampfmaschine schließt die Stirlingmaschine eine feste Flüssigkeitsmenge in einem permanent gasförmigen Zustand wie Luft. Andererseits erfährt das Arbeitsfluid in der Dampfmaschine einen Phasenwechsel von Flüssigkeit zu Gas.
Die Druckschwankung tritt im Verdrängerzylinder auf. Der Verdränger befindet sich in der kalten Zone. Die an diesem Punkt zugeführte Wärme dreht das Schwungrad und die Kurbelwelle. Damit wird Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt.
Der Verdränger erleichtert zyklisch die Bewegung des Gases in Richtung der gewünschten Bereiche. Typischerweise werden der Kolben und der Verdränger durch die mechanische Kupplung an einer Kurbelwelle angetrieben. Diese Elemente sind mit einem 90-Grad-Versatz montiert. Diese Verzögerung ist zwingend erforderlich, damit der korrekte Betrieb korrekt ist. Andernfalls würde die Wirksamkeit verringert.
Die Effizienz des Prozesses wird durch die Effizienz des Carnot-Zyklus stark eingeschränkt. Gemäß dem Carnot-Zyklus hängt der Wirkungsgrad von der Temperaturdifferenz zwischen dem heißen und dem kalten Tank ab.
Stirlingmotoreigenschaften
Der Stirlingmotor zeichnet sich aus durch:
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Sein hoher Wirkungsgrad im Vergleich zu Dampfmaschinen
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Leiser Betrieb
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Leichtigkeit, mit der fast jede Wärmequelle genutzt werden kann.
Diese Kompatibilität mit erneuerbaren und alternativen Energiequellen hat mit steigenden Kosten für konventionelle Kraftstoffe zunehmend an Bedeutung gewonnen.
Stirling-Zyklus
Der ideale Stirlingzyklus besteht aus Prozessen:
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1-2 isotherme Expansion des Arbeitsmediums mit der Wärmezufuhr vom Heizgerät. Konstante Temperaturausdehnung.
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2-3 Ableitung der isochoren Wärme vom Arbeitsmedium zum Regenerator. Bei konstantem Volumen verarbeiten.
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3-4 isotherme Kompression des Arbeitsmediums mit Wärmeabfuhr zum Kühlschrank.
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4-1 Isochore Erwärmung des Arbeitsmediums mit Wärmezufuhr vom Regenerator. Bei konstantem Volumen verarbeiten. Zu diesem Zeitpunkt hat das Gas eine niedrigere Temperatur.
Stirling-Motoranwendungen
Striling-Motoren haben mehrere Anwendungen in verschiedenen Bereichen, wie zum Beispiel:
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Mechanische Leistung und Antrieb. Diese Motortypen wurden unter anderem in der Automobilindustrie und im Schiffsantrieb eingesetzt. Im Vergleich zu Wärmekraftmaschinen kann eine gute Leistung erzielt werden.
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Stromerzeugung. In diesem Fall gibt es Anwendungen in Bezug auf Kernenergie und Solarthermie. In beiden Fällen geht es darum, diese Ressourcen als Wärmequelle für den Antrieb einer Dampfturbine zu nutzen.
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Wärmepumpe. Dank des Wärmetauschers dieser Systeme und der Tatsache, dass sie reversibel sind, können sie zur Bereitstellung von Wärme oder Kühlung verwendet werden.