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Stirlingmotor
Querschnitt eines Stirlingmotors mit rhombischer AntriebBeta-Konfiguration.
Violett - Heißer Zylinder im Weltraum
Dunkelgrau - Kalter Zylinderraum (mit den Ein- und Auspuffrohren für das Kühlmittel in gelb)
Dunkelgrün - Wärmedämmung, die den heißen und den kalten Teil voneinander isoliert
Hellgrün - Bewegungskolben
Dunkelblau - Kraftkolben
Hellblau - Schwungrad
Nicht abgebildet: externe Wärmequelle und externe Wärmetauscher. Bei dieser Ausführung ist der Kolben ohne Regenerator.
Philips Stirlingmotor 1953
180 W, Arbeitsdruck 9,5 bar

EIN Stirlingmotor, ein Sonderfall von a Heißluftmotor, ist ein Motor die auf dem basiert Stirling-Zyklus, ein Sonderfall der Karottenzyklus.

Wie bei anderen Heißluftmotoren ist das Phänomen, dass Gase dehnen sich mit steigender Temperatur aus und ziehen sich mit sinkender Temperatur zusammen. In einem Stirlingmotor befindet sich die Luft (oder ein anderes Gas) entweder in einem geschlossenen System mit einem heißen und einem kalten Zylinder (Alpha-Konfiguration) oder in einem Zylinder mit heißem und kaltem Fach (Beta-Konfiguration). Die Luft wird mit Kolben zwischen diesen Zylindern über einen Regenerator, ein Wärmetauscher bei dem sich abwechselnd kaltes Gas aufheizt und heißes Gas abkühlt. Stirlingmotoren haben einen hohen Wirkungsgrad und sind leise.

Andere Heißluftmotoren basieren auf dem Ericson-Zyklus, dem Otto- und Diesel-Verfahren sowie dem Rankine- und Brayton-Zyklus (für Turbinen), die alle mindestens aus den folgenden vier Hauptteilen bestehen:

  • Kompression
  • Wärmeversorgung
  • Erweiterung
  • Wärmeableitung

In der von der schottisch Pastor Robert Stirling erfundene Version wird Luft durch einen Mover (fast) ohne Arbeit zwischen einem heißen und einem kalten Raum hin und her verschoben, die Luft im heißen Raum dehnt sich unter Aufnahme von Wärme aus und verrichtet Arbeit durch a Kolben zu bewegen, woraufhin die Luft durch den Mover zurück in den Kühlraum bewegt wird, wo sie abkühlt und schrumpft.

Mehrere wichtige Verfeinerungen sind möglich:

  • Die heiße Luft kann auf ihrem Weg vom warmen zum kalten Raum durch einen porösen Metallregenerator geleitet werden, der einen Teil der Wärme speichert, damit sie beim Rücklauf von kaltem zu warmem Wetter absorbiert werden kann, wodurch der Motor kraftstoffeffizienter wird . (Dies ist die eigentliche Verbesserung, die Stirling erfunden hat, die seinen Namen mit dem Konzept verbunden hat).
  • Verlieren um Reibung des Gasflusses kann durch sehr leichte Gase wie reduced Helium und Wasserstoff benutzen.
  • Die Energiedichte kann bei höheren . erhöht werden Druck arbeiten.

Das erste Patent stammt aus dem Jahr 1816.

Vorteile des Stirlingmotors sind:

  • Die theoretische Effizienz ist höher als für interneVerbrennungsmotoren.
  • Stirling-Motoren können mit allen Arten von Brennstoffen betrieben werden, da die Heizung von außen kommt und die Arbeit durch Abführen von Wärme in eine kältere Umgebung erledigt wird; Dadurch lässt sich der Verbrennungsprozess auf einfache Weise optimieren, sodass eine geringe Umweltbelastung entsteht.
  • Die Beheizung kann mit jeder Quelle erfolgen, zum Beispiel auch mit Solarspiegeln oder der Verbrennung von Holzpellets.
  • Die Motoren haben wenige bewegliche Teile und sind sehr zuverlässig.
  • Die Motoren laufen ruhig.

Dennoch sind Stirlingmotoren noch nicht weit verbreitet, obwohl große Unternehmen wie companies NASA, Philips und General Motors haben bereits Millionenbeträge investiert und sehr innovative Lösungen entwickelt, die auf dem gleichen Konzept aufbauen. Die drei Hauptschwächen sind nach wie vor:

  • Die erforderlichen Wärmetauscher sind teuer und schwierig richtig zu konstruieren.
  • Ein Stirlingmotor läuft am besten mit einer festen Geschwindigkeit und Leistung und kann nicht schnell beschleunigen. Der Stirlingmotor kann durch Pufferbehälter oder den Einsatz spezieller Bewegungsmechanismen wie der Taumelscheibe oder mehrerer gegeneinander verstellbarer Kurbelwellen gesteuert werden, was jedoch aufwendig und damit teuer ist.
  • Für sehr große Kapazitäten (Kraftwerke etc.) gibt es andere, mindestens ebenso effiziente Alternativen.

Heute werden Stirling-Motoren in BHKWAnwendungen (KWK). Bei der Sonnenmaschine der Stirlingmotor zum Beispiel läuft mit Holzpellets, die zuerst vergast werden. Der Stirlingmotor treibt dann einen Generator an, der Strom ins Netz zurückspeist. Das Kühlwasser, das die kalte Seite des Stirlingmotors kühlt, wird dann zum Heizen des Hauses verwendet.[1]

Heute gibt es thermoakustische Stirlingmotoren, die linear schwingend arbeiten und Wechselstrom die direkt ins Netz zurückgespeist werden können. Eingebaut in einen Zentralheizungskessel können sie zusätzlich zum Heizen eines Hauses 1,5 bis 10 kW erzeugen, so dass fast ein Blockheizkraftwerk kommt, um zu Hause zu sein. Der gebräuchliche Begriff dafür ist Mikro-KWK. Wenn die Technologie der Hybridauto immer populärer wird, kann ein Stirlingmotor eine gute Wahl für seinen Verbrennungsmotor sein.

Beta-Konfiguration des Stirlingmotors in Bewegung

Externe Links

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