Silnik Stirlinga
Z Wikipedii
Silnik Stirlinga to silnik cieplny, który przetwarza energię cieplną w energię mechaniczną, jednak bez procesu wewnętrznego spalania paliwa, a na skutek dostarczania ciepła z zewnątrz, dzięki czemu możliwe jest zasilanie go ciepłem z dowolnego źródła. Źródłem ciepła może być w szczególności proces spalania jakiegoś paliwa, ale nie jest to konieczne.
W małych modelach, zabawkach, wykorzystuje się ciepło ludzkiej dłoni.
Spis treści |
[edytuj] Historia
Silnik wynalazł szkocki duchowny Robert Stirling i opatentował go w 1816 roku (patent angielski nr 4081). W XIX i XX wieku używano go do napędu niewielkich maszyn. Silnik emituje bardzo mało zanieczyszczeń i jest bardzo wydajny. Zbudowane dotychczas prototypy silnika osiągały moc do 500 KM i dobre współczynniki wydajności 35-40% (klasyczne silniki spalinowe mają ten współczynnik ok. 20-25%).
[edytuj] Zasada działania
W cyklu pracy silnika Stirlinga czynnik roboczy (jest nim zazwyczaj gaz np. tlen lub wodór) sprężany jest i oziębiany w zimnej komorze. Następnie przenoszony jest do komory gorącej, gdzie ulega rozprężeniu, a powstająca w ten sposób energia napędza tłok. Ponieważ rozszerzanie gazu w wysokiej temperaturze daje więcej energii, niż wymaga sprężenie gazu w niskiej temperaturze, silnik wykorzystuje różnicę i zamienia energię cieplną na mechaniczną. Niezbędne w pracy silnika ciepło pochodzi ze spalania dowolnej nadającej się do tego celu substancji. Może to być np. benzyna, olej napędowy, gaz ziemny itp.
Silnik Stirlinga produkuje energię nie na zasadzie wybuchu - jak konwencjonalne silniki wewnętrznego spalania - ale w sposób ciągły, więc pojazd napędzany takim silnikiem jeździ bardzo równomiernie. Mankamentem dotychczasowych konstrukcji silnika Stirlinga było to, że wymagały one instalowania bardzo dużej chłodnicy i dlatego uznano je za nieprzydatne do samochodów, a zwłaszcza samochodów osobowych.
[edytuj] Budowa silnika
W podstawowej konfiguracji silnik Stirlinga składa się z dwóch cylindrów (ciepłego i zimnego), pomiędzy którymi (przy ich podstawach) znajduje się połączenie. W cylindrach znajduje się stała ilość gazu. Ponadto w każdym cylindrze jest tłok, a tłoki te są połączone wałem korbowym, tak aby tłok w cylindrze ciepłym wyprzedzał tłok w cylindrze zimnym o 1/4 cyklu ruchu.
Najpierw gaz ogrzewany w cylindrze ciepłym powiększa swoją objętość, potem jest przepompowywany do cylindra zimnego, gdzie zmniejsza objętość i w minimum objętości jest przepompowywany do cylindra ciepłego. Silnik nie wymaga w ogóle spalania - korzysta wyłącznie z różnicy temperatur pomiędzy cylindrami.
Isnieje rozwiązanie korzystające z jednego cylindra i akumulatora ciepła. W takim rozwiązaniu jeden z końców cylindra jest "zimny", a drugi "ciepły".
[edytuj] Cechy użytkowe silnika
Silnik Stirlinga nie ma rozrządu, nie korzysta ze spalania wybuchowego i nie ma wydechu, czyli nie ma źródeł hałasu - dzięki temu jest niemal bezgłośny. Podstawową zaletą silnika jest to, że cykl Stirlinga jest bardzo zbliżony do cyklu Carnota co zapewnia mu dużą sprawność. Wadą są natomiast niskie obroty kompensowane w dużym stopniu możliwością dokładnej kontroli procesu spalania paliwa, znacznie lepszej, niż w przypadku silnika tłokowego, co umożliwia utrzymanie niskiej toksyczności spalin.
[edytuj] Zastosowania
Próby zastosowania w pojazdach mechanicznych (autobusach), nie wyszły poza stadium ekperymentów.
Silnik Stirlinga jest wykorzystywany np. do napędzania szwedzkich okrętów podwodnych typu Gottland jako ciche źródło napędu do "pełzania" w zanurzeniu. Rozważa się także stosowanie tego silnika do wytwarzania energii elektrycznej przy wykorzystaniu geotermalnych źródeł ciepła.
Najpowszechniejszym zastosowaniem silnika Stirlinga są układy CHP (kogeneracji produkcji ciepła i energii elektrycznej) w małych aplikacjach (do 34 kW).
[edytuj] Literatura
- Stefan Żmudzki, Silniki Stirlinga, WNT, Warszawa 1993, ISBN 832041640X