Ein Stirling Motor ist ein Hitzemotorfunktionieren durch die zyklische Kompression und Vergrößerung von Luft oder anderem Benzin, der Arbeitsflüssigkeit an verschiedenen solchen Temperaturniveaus, dass es eine Nettokonvertierung der Hitzeenergie zur mechanischen Arbeit gibt.

Wie die Dampfmaschine wird der Motor von Stirling als ein Außenverbrennungsmotor traditionell klassifiziert, weil alle Wärmeübertragungen zu und von der Arbeitsflüssigkeit durch die Motorwand stattfinden. Das hebt sich von einem inneren Verbrennungsmotor ab, wo Hitzeeingang durch das Verbrennen eines Brennstoffs innerhalb des Körpers der Arbeitsflüssigkeit ist. Verschieden von einer Dampfmaschine (oder mehr allgemein ein Zyklus-Motor von Rankine) Gebrauch einer Arbeitsflüssigkeit sowohl in seinen flüssigen als auch in gasartigen Phasen schließt der Motor von Stirling eine feste Menge dauerhaft gasartiger Flüssigkeit wie Luft ein.

Typisch für Hitzemotoren besteht der allgemeine Zyklus daraus, kühles Benzin zusammenzupressen, das Benzin heizend, das heiße Benzin ausbreitend, und schließlich das Benzin vor dem Wiederholen des Zyklus abkühlend. Die Leistungsfähigkeit des Prozesses wird durch die Leistungsfähigkeit des Zyklus von Carnot mit knapper Not eingeschränkt, der vom Temperaturunterschied zwischen dem heißen und kalten Reservoir abhängt.

Ursprünglich konzipiert 1816 als eine industrielle primäre Energiequelle, um mit der Dampfmaschine zu konkurrieren, wurde sein praktischer Gebrauch auf die niedrige Macht Innenanwendungen seit mehr als einem Jahrhundert größtenteils beschränkt.

Der Stirling Motor wird für seine hohe Leistungsfähigkeit im Vergleich zu Dampfmaschinen, ruhiger Operation und der Bequemlichkeit bemerkt, mit der es fast jede Hitzequelle verwenden kann. Diese Vereinbarkeit mit alternativen und erneuerbaren Energiequellen ist immer bedeutender als der Preis von herkömmlichen Kraftstoffanstiegen, und auch im Licht von Sorgen wie Maximalölwechsel und Klimaveränderung geworden. Dieser Motor ist zurzeit aufregendes Interesse als der Kernbestandteil der vereinigten Mikrohitze und Macht (CHP) Einheiten, in denen es effizienter und sicherer ist als eine vergleichbare Dampfmaschine.

Name und Definition

Robert Stirling war der schottische Erfinder des ersten praktischen Beispiels eines geschlossenen Zyklus-Luftmotors 1816, und es wurde von Fleeming Jenkin schon in 1884 darauf hingewiesen, dass alle diese Motoren deshalb Motoren von Stirling allgemein genannt werden sollten. Dieser Namengeben-Vorschlag hat wenig Bevorzugung gefunden, und die verschiedenen Typen auf dem Markt haben fortgesetzt, durch den Namen ihrer individuellen Entwerfer oder Hersteller, z.B Reiter, Robinson, oder (der heiße) Luftmotor von Heinrici bekannt zu sein. In den 1940er Jahren suchte die Gesellschaft von Philips einen passenden Namen für seine eigene Version des 'Luftmotors', der bis dahin mit Arbeitsflüssigkeiten außer Luft geprüft worden war, und auf den 'Motor von Stirling' im April 1945 entschieden hat. Jedoch fast dreißig Jahre später betrauerte Graham Walker noch die Tatsache solche Begriffe, wie 'heißer Luftmotor' fortgesetzt hat, austauschbar mit dem 'Motor von Stirling' verwendet zu werden, der selbst weit und unterschiedslos angewandt wurde. Die Situation hat sich jetzt etwas mindestens in der akademischen Literatur verbessert, und es wird jetzt allgemein 'Motor von Stirling' akzeptiert sollte exklusiv auf einen geschlossenen Zyklus verbessernden Hitzemotor mit einer dauerhaft gasartigen Arbeitsflüssigkeit verweisen, wo geschlossener Zyklus als ein thermodynamisches System definiert wird, in dem die Arbeitsflüssigkeit innerhalb des Systems dauerhaft enthalten wird, und verbessernd den Gebrauch eines spezifischen Typs des inneren Hitzeex-Wechslers und Thermalladens beschreibt, der als der Wiedergenerator bekannt ist.

Es folgt aus der geschlossenen Zyklus-Operation der Motor von Stirling ist ein Außenverbrennungsmotor, der seine Arbeitsflüssigkeit vom von einer Außenhitzequelle gelieferten Energieeingang isoliert. Es gibt viele mögliche Durchführungen des Motors von Stirling, von denen die meisten in die Kategorie des sich revanchierenden Kolbenmotors fallen.

Funktionsbeschreibung

Der Motor wird entworfen, so dass das Arbeitsbenzin allgemein im kälteren Teil des Motors zusammengepresst und im heißeren Teil ausgebreitet wird, der auf eine Nettokonvertierung der Hitze in die Arbeit hinausläuft. Ein innerer Verbessernder Hitzeex-Wechsler vergrößert die Thermalleistungsfähigkeit des Motors von Stirling im Vergleich zu einfacheren heißen Luftmotoren, die an dieser Eigenschaft Mangel haben.

Schlüsselbestandteile

Demzufolge der geschlossenen Zyklus-Operation muss die Hitze, einen Motor von Stirling steuernd, von einer Hitzequelle der Arbeitsflüssigkeit durch Hitzeex-Wechsler und schließlich zu einem Hitzebecken übersandt werden. Ein Stirling Motorsystem hat mindestens eine Hitzequelle, ein Hitzebecken und bis zu fünf Hitzeex-Wechsler. Einige Typen können sich verbinden oder auf einige von diesen verzichten.

Hitzequelle

Die Hitzequelle kann durch das Verbrennen eines Brennstoffs zur Verfügung gestellt werden und, da sich die Verbrennungsprodukte mit der Arbeitsflüssigkeit nicht vermischen und folglich in Kontakt mit den inneren Teilen des Motors nicht eintreten, kann ein Motor von Stirling auf Brennstoffen laufen, die andere Typen des internals von Motoren wie Geländeauffüllungsbenzin beschädigen würden, das siloxane enthält.

Andere passende Hitzequellen werden Sonnenenergie, geothermische Energie, Kernenergie, überflüssige Hitze, oder sogar biologisch konzentriert. Wenn die Hitzequelle Sonnenmacht ist, können regelmäßige Sonnenspiegel und Sonnenteller verwendet werden. Außerdem sind Fresnel-Linsen und Spiegel verteidigt worden um (zum Beispiel, für die planetarische Oberflächenerforschung) verwendet zu werden. Angetriebene Sonnenmotoren von Stirling werden immer populärer, weil sie eine sehr umweltsmäßig gesunde Auswahl sind, um Macht zu erzeugen. Außerdem sind einige Designs in Entwicklungsprojekten wirtschaftlich attraktiv.

Heizung / heißer Seitenhitzeex-Wechsler

In kleinen, niedrigen Macht-Motoren kann das einfach aus den Wänden des heißen Raums (E) bestehen, aber wo größere Mächte erforderlich sind, ist eine größere Fläche erforderlich, um genügend Hitze zu übertragen. Typische Durchführungen sind innere und äußerliche Flossen oder vielfache kleine Tuben der langweiligen Angelegenheit

Das Entwerfen von Stirling Motorhitzeex-Wechslern ist ein Gleichgewicht zwischen der hohen Wärmeübertragung mit niedrigen klebrigen pumpenden Verlusten und niedrig dem toten Raum (ungekehrtes inneres Volumen). Mit Motoren, die an hohen Mächten und Druck funktionieren, müssen die Hitzeex-Wechsler auf der heißen Seite aus der Legierung gemacht werden, die beträchtliche Kraft bei der Temperatur behält und das auch nicht korrodieren oder kriechen wird.

Wiedergenerator

In einem Motor von Stirling ist der Wiedergenerator ein innerer Hitzeex-Wechsler und vorläufiger Wärmespeicher, der zwischen den heißen und kalten solchen Räumen gelegt ist, dass die Arbeitsflüssigkeit es zuerst in einer Richtung dann der andere durchführt. Seine Funktion ist, innerhalb des Systems zu behalten, die heizen, der mit der Umgebung am Temperaturzwischenglied zu den maximalen und minimalen Zyklus-Temperaturen sonst ausgetauscht würde, so der Thermalleistungsfähigkeit des Zyklus ermöglichend, sich dem Begrenzen Leistungsfähigkeit von Carnot zu nähern, die durch jene Maxima und Minima definiert ist.

Die primäre Wirkung der Regeneration in einem Motor von Stirling soll die Thermalleistungsfähigkeit durch 'die Wiederverwertung' innerer Hitze vergrößern, die den Motor irreversibel sonst durchführen würde. Als eine Nebenwirkung gibt vergrößerte Thermalleistungsfähigkeit eine höhere Macht-Produktion von einem gegebenen Satz von heißen und kalten Endhitzeex-Wechslern nach. Es sind diese, die gewöhnlich den Hitzedurchfluss des Motors beschränken. In der Praxis darf diese zusätzliche Macht nicht als der zusätzliche "tote Raum" völlig begriffen werden (ungekehrtes Volumen), und pumpender praktischen Wiedergeneratoren innewohnender Verlust reduziert die potenziellen Leistungsfähigkeitsgewinne von der Regeneration.

Die Designherausforderung für einen Motorwiedergenerator von Stirling ist, genügend Wärmeübertragungskapazität zur Verfügung zu stellen, ohne zu viel zusätzliches inneres Volumen ('toter Raum') oder Fluss-Widerstand einzuführen. Diese innewohnenden Designkonflikte sind einer von vielen Faktoren, die die Leistungsfähigkeit von praktischen Motoren von Stirling beschränken. Ein typisches Design ist ein Stapel des feinen Metallleitungsineinandergreifens mit der niedrigen Durchlässigkeit, um toten Raum, und mit der Leitungsaxt-Senkrechte zum Gasfluss zu reduzieren, um Leitung in dieser Richtung zu reduzieren und convective Wärmeübertragung zu maximieren.

Der Wiedergenerator ist der von Robert Stirling erfundene Schlüsselbestandteil, und seine Anwesenheit unterscheidet einen wahren Motor von Stirling von jedem anderen geschlossenen Zyklus heißer Luftmotor. Vieles kleines 'Spielzeug' haben Motoren von Stirling, besonders Typen des Unterschieds der niedrigen Temperatur (LTD), keinen verschiedenen Wiedergenerator-Bestandteil und könnten als heiße Luftmotoren betrachtet werden, jedoch wird ein kleiner Betrag der Regeneration durch die Oberfläche von displacer selbst und der nahe gelegenen Zylinderwand, oder ähnlich dem Durchgang zur Verfügung gestellt, der die heißen und kalten Zylinder eines Alpha-Konfigurationsmotors verbindet.

Kühler / kalter Seitenhitzeex-Wechsler

In kleinen, niedrigen Macht-Motoren kann das einfach aus den Wänden des kalten Raums (E) bestehen, aber wo größere Mächte erforderlich sind, ist ein Kühler mit einer Flüssigkeit wie Wasser erforderlich, um genügend Hitze zu übertragen.

Hitzebecken

Das Hitzebecken ist normalerweise die Umgebung an der Umgebungstemperatur. Im Fall vom Medium zu hohen Macht-Motoren ist ein Heizkörper erforderlich, die Hitze vom Motor bis die umgebende Luft zu übertragen. Seemotoren können das umgebende Wasser verwenden. Im Fall von vereinigten Hitze- und Macht-Systemen wird das kühl werdende Wasser des Motors direkt oder indirekt verwendet, um Zwecke zu heizen.

Wechselweise kann Hitze an der Umgebungstemperatur und dem Hitzebecken geliefert werden, das bei einer niedrigeren Temperatur durch solche Mittel wie kälteerzeugende Flüssigkeit aufrechterhalten ist (sieh Flüssige Stickstoff-Wirtschaft), oder mit Eis gekühltes Wasser.

Displacer

Der displacer ist ein Kolben des speziellen Zwecks, der im Typ Beta und Gamma Motoren von Stirling verwendet ist, um das Arbeitsbenzin hin und her zwischen den heißen und kalten Hitzeex-Wechslern zu bewegen. Abhängig vom Typ des Motordesigns kann der displacer oder darf zum Zylinder nicht gesiegelt werden, d. h. es ist ein loser passender innerhalb des Zylinders und erlaubt dem Arbeitsbenzin, es zu verteilen, als es sich bewegt, um den Teil des Zylinders darüber hinaus zu besetzen.

Konfigurationen

Es gibt zwei Haupttypen von Motoren von Stirling, die bemerkenswert sind, in der Weise sie die Luft zwischen den heißen und kalten Seiten des Zylinders bewegen:

1. Das zwei Kolbenalpha-Typ-Design hat Kolben in unabhängigen Zylindern, und Benzin wird zwischen den heißen und kalten Räumen gesteuert.
2. Die Versetzungsmotoren des Typs Stirling, die als Beta und Gammatypen bekannt sind, verwenden einen isolierten mechanischen displacer, um das Arbeitsbenzin zwischen den heißen und kalten Seiten des Zylinders zu stoßen. Der displacer ist groß genug, um die heißen und kalten Seiten des Zylinders thermisch zu isolieren und eine große Menge von Benzin zu versetzen. Es muss eine echte Lücke zwischen dem displacer und der Zylinderwand haben, um Benzin zu erlauben, um den displacer leicht zu fließen.

Alpha Stirling

Ein Alpha Stirling enthält zwei Macht-Kolben in getrennten Zylindern, einem heißem und einer Kälte. Der heiße Zylinder ist innerhalb des hohen Temperaturhitzeex-Wechslers gelegen, und der kalte Zylinder ist innerhalb des niedrigen Temperaturhitzeex-Wechslers gelegen. Dieser Typ des Motors hat ein hohes Verhältnis der Macht-zu-bändig, aber hat technische Probleme wegen der gewöhnlich hohen Temperatur des heißen Kolbens und der Beständigkeit seiner Siegel. In der Praxis trägt dieser Kolben gewöhnlich einen großen Isolieren-Kopf, um die Siegel von der Ausschließzone auf Kosten von einem zusätzlichen toten Raum wegzuschieben.

Handlung eines Alpha-Motors des Typs Stirling

Die folgenden Diagramme zeigen innere Hitzeex-Wechsler in den Kompressions- und Vergrößerungsräumen nicht, die erforderlich sind, um Macht zu erzeugen. Ein Wiedergenerator würde in die Pfeife gelegt, die die zwei Zylinder verbindet. Die Kurbelwelle ist auch weggelassen worden.

</Zentrum>

Beta Stirling

Ein Beta Stirling hat einen einzelnen Macht-Kolben, der innerhalb desselben Zylinders auf derselben Welle wie ein displacer Kolben eingeordnet ist. Der displacer Kolben ist ein loser passender und zieht keine Macht aus dem dehnbaren Benzin heraus, aber dient nur, um das Arbeitsbenzin vom heißen Hitzeex-Wechsler bis den kalten Hitzeex-Wechsler hin- und herzubewegen. Wenn das Arbeitsbenzin zum heißen Ende des Zylinders gestoßen wird, breitet es aus und stößt den Macht-Kolben. Wenn es zum kalten Ende des Zylinders gestoßen wird, zieht es sich zusammen und der Schwung der Maschine, die gewöhnlich durch ein Schwungrad erhöht ist, stößt den Macht-Kolben die andere Weise, das Benzin zusammenzupressen. Verschieden vom Alpha-Typ vermeidet der Beta-Typ die technischen Probleme von heißen bewegenden Siegeln.

Handlung eines Beta-Motors des Typs Stirling

Wieder zeigen die folgenden Diagramme innere Hitzeex-Wechsler oder einen Wiedergenerator nicht, der in den Gaspfad um den displacer gelegt würde.

</Zentrum>

Gamma Stirling

Gammastirling ist einfach ein Beta Stirling, in dem der Macht-Kolben in einem getrennten Zylinder neben dem displacer Kolbenzylinder bestiegen wird, aber noch mit demselben Schwungrad verbunden wird. Das Benzin in den zwei Zylindern kann frei zwischen ihnen fließen und bleibt ein einzelner Körper. Diese Konfiguration erzeugt ein niedrigeres Kompressionsverhältnis, aber ist mechanisch einfacher und häufig im Mehrzylinder Motoren von Stirling verwendet.

Andere Typen

Andere Stirling Konfigurationen setzen fort, Ingenieure und Erfinder zu interessieren.

Die Hybride zwischen Kolben und Drehkonfiguration ist ein doppelter stellvertretender Motor. Dieses Design lässt den displacers auf beiden Seiten des Macht-Kolbens rotieren

Es gibt auch den Drehmotor von Stirling, der sich bemüht, Macht vom Zyklus von Stirling direkt ins Drehmoment umzuwandeln, das dem Drehverbrennungsmotor ähnlich ist. Kein praktischer Motor ist noch gebaut worden, aber mehrere Konzepte, Modelle und Patente sind zum Beispiel der Quasiturbinenmotor erzeugt worden.

Eine andere Alternative ist der Motor von Fluidyne (Wärmepumpe von Fluidyne), der hydraulische Kolben verwendet, um den Zyklus von Stirling durchzuführen. Die durch einen Motor von Fluidyne erzeugte Arbeit tritt ins Pumpen von der Flüssigkeit ein. In seiner einfachsten Form enthält der Motor ein Arbeitsbenzin, eine Flüssigkeit und zwei Nichtrückklappen.

Das Ringbom 1907 veröffentlichte Motorkonzept hat keinen Drehmechanismus oder Verbindung für den displacer. Das wird stattdessen durch einen kleinen Hilfskolben, gewöhnlich eine dicke displacer Stange mit der durch den Halt beschränkten Bewegung gesteuert.

Der Zwei-Zylinder-stirling mit dem Joch von Ross ist ein stirling Zwei-Zylinder-Motor (nicht eingestellt an 90 °, aber an 0 °) verbunden mit einem speziellen Joch. Die Motoreinstellung der Konfiguration/Jochs wurde von Andy Ross (Ingenieur) erfunden.

Der Franchot Motor ist ein doppelter stellvertretender Motor, der von 'Franchot' im neunzehnten Jahrhundert erfunden ist. Ein doppelter stellvertretender Motor ist derjenige, wo beide Seiten des Kolbens durch den Druck der Arbeitsflüssigkeit gehandelt werden. Eine der einfachsten Formen einer doppelten stellvertretenden Maschine, der Motor von Franchot besteht aus zwei Kolben und zwei Zylindern und Taten wie zwei getrennte Alpha-Maschinen. Im Motor von Franchot handelt jeder Kolben in zwei Gasphasen, der effizienteren Gebrauch der mechanischen Bestandteile macht als eine einzelne stellvertretende Alpha-Maschine. Jedoch ist ein Nachteil dieser Maschine, dass eine Pleuelstange ein gleitendes Siegel an der heißen Seite des Motors haben muss, der eine schwierige Aufgabe wenn ist, sich mit Hochdruck und hohen Temperaturen befassend.

Freier Kolben Motoren von Stirling

"Freier Kolben" Motoren von Stirling schließt diejenigen mit flüssigen Kolben und diejenigen mit Diaphragmen als Kolben ein. In einem "freien Kolben" Gerät kann Energie hinzugefügt oder durch einen elektrischen geradlinigen Wechselstromgenerator, Pumpe oder anderes koaxiales Gerät entfernt werden. Das vermeidet das Bedürfnis nach einer Verbindung, und vermindert die Anzahl von bewegenden Teilen. In einigen Designs werden Reibung und Tragen fast durch den Gebrauch von Nichtkontakt-Gaslagern oder sehr genauer Suspendierung im Laufe planarer Frühlinge beseitigt.

Vier grundlegende Schritte im Zyklus eines "Freien Kolbens" Motor von Stirling,

1. Der Macht-Kolben wird nach außen durch das dehnbare Benzin gestoßen, das so Arbeit tut. Ernst spielt keine Rolle im Zyklus.
2. Das Gasvolumen in den Motorzunahmen und deshalb nimmt der Druck ab, der einen Druck-Unterschied über die displacer Stange veranlassen wird, den displacer zum heißen Ende zu zwingen. Wenn sich der displacer bewegt, ist der Kolben fast stationär, und deshalb ist das Gasvolumen fast unveränderlich. Dieser Schritt läuft auf den unveränderlichen Volumen-Abkühlen-Prozess hinaus, der den Druck des Benzins reduziert.
3. Der reduzierte Druck hält jetzt die äußere Bewegung des Kolbens an, und es beginnt, sich zum heißen Ende wieder und durch seine eigene Trägheit zu beschleunigen, presst das jetzt kalte Benzin zusammen, das hauptsächlich im kalten Raum ist.
4. Als der Druck zunimmt, wird ein Punkt erreicht, wo das Druck-Differenzial über die displacer Stange groß genug wird, um zu beginnen, die displacer Stange (und deshalb auch der displacer) zum Kolben und dadurch Einstürzen des kalten Raums und Übertragen des kalten zu stoßen, Benzin zur heißen Seite in einem fast unveränderlichen Volumen-Prozess zusammengepresst hat. Als das Benzin in die heiße Seite ankommt, die der Druck zunimmt und beginnt, den Kolben nach außen zu bewegen, um den Vergrößerungsschritt, wie erklärt, in (1) zu beginnen.

Am Anfang der 1960er Jahre hat W.T. Beale eine freie Kolbenversion des Motors von Stirling erfunden, um die Schwierigkeit zu überwinden, den Kurbelmechanismus zu schmieren. Während die Erfindung des grundlegenden freien Kolbens Motor von Stirling wird allgemein Beale, unabhängigen Erfindungen von ähnlichen Typen von Motoren zugeschrieben, von E.H. Cooke-Yarborough und C. West an den Harwell Laboratorien des UKAERE gemacht wurde. G.M. Benson hat auch wichtige frühe Beiträge geleistet und hat viele neuartige Konfigurationen des freien Kolbens patentiert.

Was scheint, die erste Erwähnung einer Zyklus-Maschine von Stirling zu sein, die frei bewegende Bestandteile verwendet, ist eine britische offene Enthüllung 1876. Diese Maschine wurde als ein Kühlschrank (d. h., der umgekehrte Zyklus von Stirling) vorgestellt. Das erste Verbraucherprodukt, um einen freien Kolben zu verwerten, war Gerät von Stirling ein tragbarer Kühlschrank, der von Twinbird Corporation Japans verfertigt ist, und hat sich in den Vereinigten Staaten durch Coleman 2004 geboten.

Zyklus von Thermoacoustic

Geräte von Thermoacoustic sind von Geräten von Stirling sehr verschieden, obwohl der individuelle durch jedes Arbeitsgasmolekül gereiste Pfad wirklich einem echten Zyklus von Stirling folgt. Diese Geräte schließen den thermoacoustic Motor und thermoacoustic Kühlschrank ein. Akustische stehende Wellen des hohen Umfangs verursachen Kompression und einem Macht-Kolben von Stirling analoge Vergrößerung, während gegenphasige akustische Reisen-Wellen Versetzung entlang einem Temperaturanstieg verursachen, der einem Kolben von Stirling displacer analog ist. So hat ein thermoacoustic Gerät normalerweise keinen displacer, wie gefunden, in einem Beta oder Gamma Stirling.

Geschichte

Der Motor von Stirling (oder der Luftmotor von Stirling, wie es zurzeit bekannt war) wurden erfunden und von Robert Stirling 1816 patentiert. Es ist früheren Versuchen des Bildens eines Luftmotors gefolgt, aber war wahrscheinlich erst, um zum praktischen Gebrauch gestellt zu werden, als 1818 ein von Stirling gebauter Motor verwendet wurde, Wasser in einem Steinbruch pumpend. Das Hauptthema des ursprünglichen Patents von Stirling war ein Hitzeex-Wechsler, den er einen "economiser" nach seiner Erhöhung der Kraftstoffwirtschaft in einer Vielfalt von Anwendungen genannt hat. Das Patent hat auch im Detail die Beschäftigung einer Form des economiser in seinem einzigartigen Luftmotordesign des geschlossenen Zyklus beschrieben, in der Anwendung es jetzt als ein 'Wiedergenerator' allgemein bekannt ist. Die nachfolgende Entwicklung durch Robert Stirling und seinen Bruder James, einen Ingenieur, ist auf Patente für verschiedene verbesserte Konfigurationen des ursprünglichen Motors einschließlich der Druckbeaufschlagung hinausgelaufen, die vor 1843 Macht-Produktion genug vergrößert hatte, um die ganze Maschinerie an einer Eisengießerei von Dundee zu steuern.

Obwohl es diskutiert worden ist, nimmt es weit das sowie sparender Brennstoff an die Erfinder wurden motiviert, um eine sicherere Alternative zu den Dampfmaschinen der Zeit zu schaffen, deren Boiler oft das Verursachen vieler Verletzungen und Schicksalsschläge gesprengt haben. Das Bedürfnis nach Motoren von Stirling, um bei sehr hohen Temperaturen zu laufen, um Macht und Leistungsfähigkeit zu maximieren, hat Beschränkungen in den Materialien des Tages und der wenigen Motoren ausgestellt, die gebaut wurden, in jenen frühen Jahren hat unannehmbar häufige Misserfolge (obgleich mit viel weniger unglückseligen Folgen ertragen als eine Boiler-Explosion) — zum Beispiel, der Gießerei-Motor von Dundee wurde durch eine Dampfmaschine nach drei heißen Zylindermisserfolgen in vier Jahren ersetzt.

Das spätere neunzehnte Jahrhundert

Nachfolgend auf den Misserfolg des Gießerei-Motors von Dundee gibt es keine Aufzeichnung der Brüder von Stirling, die noch weiter Beteiligung mit der Luftmotorentwicklung haben, und der Motor von Stirling hat sich nie wieder mit dem Dampf als eine Industrieskala-Macht-Quelle beworben (Dampfboiler wurden sicherer und Dampfmaschinen effizienter, so weniger von einem Ziel präsentierend, um mit primären Energiequellen zu konkurrieren). Jedoch, von ungefähr 1860 kleineren Motoren des Stirling/hot Lufttyps wurden in bedeutenden Zahlen erzeugt, die Anwendungen finden, wo auch immer eine zuverlässige Quelle niedrig zur mittleren Macht, wie Aufhebung von Wasser oder Versorgung von Luft für Kirchorgane erforderlich war. Diese haben allgemein bei niedrigeren Temperaturen funktioniert, um verfügbare Materialien nicht zu besteuern, haben relativ ineffizient auch., Aber ihr Verkauf des Punkts bestand darin, dass, verschieden von einer Dampfmaschine, sie sicher von jedem bedient werden konnten, der dazu fähig ist, ein Feuer zu führen. Mehrere Typen sind in der Produktion außer dem Ende des Jahrhunderts geblieben, aber abgesondert von einigen geringen mechanischen Verbesserungen hat das Design des Motors von Stirling im Allgemeinen während dieser Periode stagniert.

Wiederaufleben des zwanzigsten Jahrhunderts

Während des frühen Teils des zwanzigsten Jahrhunderts wurde die Rolle des Motors von Stirling als ein "Innenmotor" durch die elektrischen bewegenden und kleinen inneren Verbrennungsmotoren allmählich übernommen. Bis zum Ende der 1930er Jahre wurde es größtenteils vergessen, nur für Spielsachen und einige kleine Ventilationsanhänger erzeugt.

In dieser Zeit bemühte sich Philips, Verkäufe seiner Radios in Teile der Welt auszubreiten, wo Hauptelektrizität nicht verfügbar war und die Versorgung von unsicheren Batterien. Das Management des Philips hat entschieden, dass, einer niedrigen Macht anbietend, tragbarer Generator solche Verkäufe erleichtern würde und eine Gruppe von Ingenieuren am Forschungslaboratorium der Gesellschaft in Eindhoven beschäftigt hat, um alternative Weisen zu bewerten, dieses Ziel zu erreichen. Nach einem systematischen Vergleich von verschiedenen hat sich die Mannschaft dafür entschieden, mit dem Motor von Stirling voranzukommen, seine ruhige Operation (sowohl hörbar als auch in Bezug auf die Radioeinmischung) und Fähigkeit zitierend, auf einer Vielfalt von Hitzequellen zu laufen (wurde allgemeines Lampe-Öl - "preiswert und verfügbar überall" - bevorzugt). Sie waren auch bewusst, dass, verschieden vom Dampf und den inneren Verbrennungsmotoren, eigentlich keine ernste Entwicklungsarbeit auf dem Motor von Stirling viele Jahre lang ausgeführt worden war und behauptet hat, dass moderne Materialien und Know-How große Verbesserungen ermöglichen sollten.

Gefördert durch ihren ersten experimentellen Motor, der 16 W der Welle-Macht von einer langweiligen Angelegenheit und Schlag dessen erzeugt hat, wurden verschiedene Entwicklungsmodelle in einem Programm erzeugt, das überall im Zweiten Weltkrieg weitergegangen hat. Bis zum Ende der 1940er Jahre war der 'Typ 10' bereit, der Tochtergesellschaft des Philips Johan de Witt in Dordrecht übergeben zu werden, um productionised und vereinigt in eine Generatoranlage, wie ursprünglich geplant, zu sein. Das Ergebnis, das an 180/200 W elektrische Produktion von einer langweiligen Angelegenheit und Schlag dessen abgeschätzt ist, wurde MP1002CA (bekannt als der "Bungalow-Satz") benannt. Die Produktion einer anfänglichen Gruppe 250 hat 1951 begonnen, aber es ist klar geworden, dass sie an einem wettbewerbsfähigen Preis nicht gemacht werden konnten, außer dem das Advent von Transistorradios mit ihren viel niedrigeren Macht-Voraussetzungen bedeutet hat, dass das ursprüngliche Grundprinzip für den Satz verschwand. Etwa 150 dieser Sätze wurden schließlich erzeugt. Einige haben ihren Weg in Universitäts- und Universitätstechnikabteilungen um die Weltgeben-Generationen von Studenten eine wertvolle Einführung in den Motor von Stirling gefunden.

Philips hat fortgesetzt, experimentelle Motoren von Stirling für ein großes Angebot an Anwendungen zu entwickeln, und hat fortgesetzt, im Feld bis zum Ende der 1970er Jahre zu arbeiten, aber hat nur kommerziellen Erfolg mit dem 'umgekehrten Motor von Stirling' cryocooler erreicht. Jedoch haben sie eine Vielzahl von Patenten abgelegt und haben einen Reichtum der Information angehäuft, die sie anderen Gesellschaften lizenziert haben, und die die Basis von viel von der Entwicklungsarbeit im modernen Zeitalter gebildet hat.

1986 anfangend, hat Infinia Corporation begonnen, sich sowohl hoch zuverlässig zu entwickeln, hat freier Kolben Motoren von Stirling als auch thermoacoustic Kühler mit der verwandten Technologie pulsiert. Das veröffentlichte Design verwendet flexural Lager und hermetisch gesiegelte Helium-Gaszyklen, um geprüfte Wiederverbindlichkeiten zu erreichen, die 20 Jahre überschreiten. Bezüglich 2010 hatte die Vereinigung mehr als 30 Patente angehäuft, und mehrere kommerzielle Produkte sowohl für die verbundene Hitze als auch für Macht und Sonnenmacht entwickelt.

Mehr kürzlich hat NASA gedacht, dass Kernzerfall Stirling Motoren für verlängerte Missionen zum Außensonnensystem geheizt hat.

Theorie

Der idealisierte Zyklus von Stirling besteht aus vier thermodynamischen Prozessen, die der Arbeitsflüssigkeit folgen:

</ol>

Theoretische Thermalleistungsfähigkeit kommt der des hypothetischen Zyklus von Carnot - d. h. die höchste durch jeden Hitzemotor erreichbare Leistungsfähigkeit gleich. Jedoch, obwohl es nützlich ist, um allgemeine Grundsätze zu illustrieren, ist der Textbuchzyklus ein langer Weg davon zu vertreten, was wirklich innerhalb eines praktischen Motors von Stirling weitergeht und nur als ein Startpunkt für die Analyse betrachtet werden sollte. Tatsächlich ist es behauptet worden, dass sein unterschiedsloser Gebrauch in vielen Standardbüchern auf der Technikthermodynamik einen schlechten Dienst an der Studie von Motoren von Stirling im Allgemeinen getan hat.

Andere wirkliche Probleme reduzieren die Leistungsfähigkeit von wirklichen Motoren, wegen Grenzen der convective Wärmeübertragung und klebrigen Flusses (Reibung). Es gibt auch praktische mechanische Rücksichten, zum Beispiel kann eine einfache kinematische Verbindung über einen komplizierteren Mechanismus bevorzugt werden musste den idealisierten Zyklus und die Beschränkungen wiederholen, die durch verfügbare Materialien wie nichtideale Eigenschaften des Arbeits-Gas-, Thermalleitvermögens, Zugbelastung auferlegt sind, Bruch-Kraft und Schmelzpunkt kriechen. Eine Frage, die häufig entsteht, besteht darin, ob der ideale Zyklus mit der isothermischen Vergrößerung und Kompression tatsächlich der richtige ideale Zyklus ist, um für den Motor von Stirling zu gelten. Professor C. J. Rallis hat darauf hingewiesen, dass es sehr schwierig ist, sich jede Bedingung vorzustellen, wo sich die Vergrößerungs- und Kompressionsräume isothermischem Verhalten nähern können und es viel realistischer ist, sich diese Räume als adiabatisch vorzustellen. Eine ideale Analyse, wo die Vergrößerungs- und Kompressionsräume genommen werden, um mit isothermischen Hitzeex-Wechslern und vollkommener Regeneration adiabatisch zu sein, wurde von Rallis analysiert und als ein besserer idealer Maßstab für die Maschinerie von Stirling präsentiert. Er hat diesen Zyklus 'pseudo-Stirling Zyklus' oder 'idealer adiabatischer Zyklus von Stirling' genannt. Eine wichtige Folge dieses idealen Zyklus ist, dass er Leistungsfähigkeit von Carnot nicht voraussagt. Ein weiterer Beschluss dieses idealen Zyklus besteht darin, dass maximale Wirksamkeit an niedrigeren Kompressionsverhältnissen, eine in echten Maschinen beobachtete Eigenschaft gefunden wird. In einer unabhängigen Arbeit hat T. Finkelstein auch adiabatische Vergrößerungs- und Kompressionsräume in seiner Analyse der Maschinerie von Stirling angenommen

Operation

Da der Motor von Stirling ein geschlossener Zyklus ist, enthält er eine feste Masse von Benzin genannt die "Arbeitsflüssigkeit", meistens die Luft, den Wasserstoff oder das Helium. In der normalen Operation wird der Motor gesiegelt, und kein Benzin geht ein oder verlässt den Motor. Keine Klappen sind verschieden von anderen Typen von Kolbenmotoren erforderlich. Der Stirling Motor, wie die meisten Hitzemotoren, Zyklen durch vier Hauptprozesse: das Abkühlen, die Kompression, die Heizung und die Vergrößerung. Das wird durch das Bewegen vom Benzin hin und her zwischen heißen und kalten Hitzeex-Wechslern, häufig mit einem Wiedergenerator zwischen der Heizung und dem Kühler vollbracht. Der heiße Hitzeex-Wechsler ist im Thermokontakt mit einer Außenhitzequelle, wie ein Kraftstoffbrenner und der kalte Hitzeex-Wechsler, der im Thermokontakt mit einem Außenhitzebecken wie Luftflossen ist. Eine Änderung in der Gastemperatur wird eine entsprechende Änderung im Gasdruck verursachen, während die Bewegung des Kolbens das Benzin veranlasst, abwechselnd ausgebreitet und zusammengepresst zu werden.

Das Benzin folgt dem Verhalten, das durch die Gasgesetze beschrieben ist, die beschreiben, wie ein Druck von Benzin, Temperatur und Volumen verbunden sind. Wenn das Benzin geheizt wird, weil es in einem gesiegelten Raum, den Druck-Anstiegen ist und das dann dem Macht-Kolben folgt, um einen Macht-Schlag zu erzeugen. Wenn das Benzin die Druck-Fälle abgekühlt wird und das bedeutet, dass weniger Arbeit durch den Kolben getan werden muss, um das Benzin auf dem Rückschlag zusammenzupressen, so eine Nettomacht-Produktion nachgebend.

Wenn eine Seite des Kolbens für die Atmosphäre offen ist, ist die Operation ein bisschen verschieden. Da das gesiegelte Volumen von Arbeitsbenzin mit der heißen Seite in Berührung kommt, breitet es sich aus, Arbeit sowohl am Kolben als auch an der Atmosphäre tuend. Wenn sich das Arbeitsbenzin mit der kalten Seite in Verbindung setzt, fällt sein Druck unter dem atmosphärischen Druck, und die Atmosphäre geht der Kolben voran und arbeitet wirklich am Benzin.

Um zusammenzufassen, verwendet der Motor von Stirling den Temperaturunterschied zwischen seinem heißen Ende und kaltem Ende, um einen Zyklus einer festen Masse von Benzin, geheizt und ausgebreitet, und abgekühlt und komprimiert, so sich umwandelnde Thermalenergie in die mechanische Energie zu gründen. Je größer der Temperaturunterschied zwischen den heißen und kalten Quellen, desto größer die Thermalleistungsfähigkeit. Die maximale theoretische Leistungsfähigkeit ist zum Zyklus von Carnot gleichwertig, jedoch ist die Leistungsfähigkeit von echten Motoren weniger als dieser Wert wegen der Reibung und anderen Verluste.

Sehr sind Motoren der niedrigen Macht gebaut worden, der auf einem Temperaturunterschied von nur 0.5 K laufen wird.

In einem displacer Typ stirling Motor haben Sie einen Kolben und einen displacer. Ein Temperaturunterschied ist zwischen der Spitze und dem Boden des großen Zylinders erforderlich, um den Motor zu führen. Im Fall vom Unterschied der niedrigen Temperatur (LTD) stirling Motor kann der Temperaturunterschied zwischen Ihrer Hand und der Umgebungsluft genug sein, um den Motor zu führen. Der Macht-Kolben im displacer Typ stirling Motor, wird dicht gesiegelt und wird kontrolliert, um sich oben und unten zu bewegen, weil sich das Benzin innen ausbreitet. Der displacer wird andererseits sehr lose geeignet, so dass sich Luft frei zwischen den heißen und kalten Abteilungen des Motors bewegen kann, wie sich der Kolben oben und unten bewegt. Der displacer bewegt sich oben und unten, um die Heizung und das Abkühlen des Benzins im Motor zu kontrollieren.

Es gibt zwei Positionen,

1) Wenn der displacer in der Nähe von der Spitze des großen Zylinders ist.

· Innerhalb des Motors ist der grösste Teil des Benzins von der Hitzequelle geheizt worden, und es breitet sich aus. Das veranlasst den Druck zuzunehmen, der den Kolben hochtreibt.

2) Wenn der displacer in der Nähe vom Boden des großen Zylinders ist.

· Der grösste Teil des Benzins im Motor ist jetzt kühl geworden und Verträge, die den Druck veranlassen abzunehmen, der der Reihe nach dem Kolben erlaubt, das Benzin herunterzulassen und zusammenzupressen.

Druckbeaufschlagung

In der höchsten Macht Motoren von Stirling beide sind der minimale Druck und Mitteldruck der Arbeitsflüssigkeit über dem atmosphärischen Druck. Diese anfängliche Motordruckbeaufschlagung kann durch eine Pumpe, oder durch die Füllung des Motors von einer komprimierten Gaszisterne, oder sogar gerade durch das Siegeln des Motors begriffen werden, wenn die Mitteltemperatur niedriger ist als die Mittelbetriebstemperatur. Alle diese Methoden vergrößern die Masse von Arbeitsflüssigkeit im thermodynamischen Kreisprozess. Alle Hitzeex-Wechsler müssen passend nach Größen geordnet werden, um die notwendigen Wärmeübertragungsraten zu liefern. Wenn die Hitzeex-Wechsler gut entworfen werden und den für die convective Wärmeübertragung erforderlichen Hitzefluss liefern können, dann wird der Motor in einer ersten Annäherung Macht im Verhältnis zum Mitteldruck, wie vorausgesagt, durch die Westzahl und Zahl von Beale erzeugen. In der Praxis wird der maximale Druck auch auf den sicheren Druck des Druck-Behälters beschränkt. Wie die meisten Aspekte des Motordesigns von Stirling ist Optimierung multivariate, und hat häufig widerstreitende Voraussetzungen. Eine Schwierigkeit der Druckbeaufschlagung besteht darin, dass, während sie die Macht verbessert, die Hitze Zunahmen proportional zur vergrößerten Macht verlangt hat. Diese Wärmeübertragung wird immer schwieriger mit der Druckbeaufschlagung gemacht, da vergrößerter Druck auch vergrößerte Dicke der Wände des Motors fordert, die abwechselnd den Widerstand gegen die Wärmeübertragung vergrößern.

Schmiermittel und Reibung

Bei hohen Temperaturen und Druck kann sich der Sauerstoff in mit der Luft unter Druck gesetzten Kurbelgehäusen, oder im Arbeitsbenzin von heißen Luftmotoren, mit dem Schmieröl des Motors verbinden und explodieren. Mindestens eine Person ist in solch einer Explosion gestorben.

Schmiermittel können auch Hitzeex-Wechsler, besonders der Wiedergenerator behindern. Aus diesen Gründen bevorzugen Entwerfer nichtgeschmiert, niedriger Koeffizient von Reibungsmaterialien (wie rulon oder Grafit) mit niedrigen normalen Kräften auf den bewegenden Teilen besonders, um Siegel gleiten zu lassen. Einige Designs vermeiden, Oberflächen zusammen durch das Verwenden von Diaphragmen für gesiegelte Kolben gleiten zu lassen. Das sind einige der Faktoren, die Motoren von Stirling erlauben, niedrigere Wartungsvoraussetzungen und längeres Leben zu haben, als Verbrennungsmotoren.

Analyse

Vergleich mit inneren Verbrennungsmotoren

Im Gegensatz zu inneren Verbrennungsmotoren haben Motoren von Stirling das Potenzial, um erneuerbare Hitzequellen leichter zu verwenden, ruhiger zu sein, und mit der niedrigeren Wartung zuverlässiger zu sein. Sie werden für Anwendungen bevorzugt, die diese einzigartigen Vorteile besonders schätzen, wenn die Kosten pro Einheitsenergie erzeugt ($/kWh) wichtiger sind als die Kapitalkosten pro Einheitsmacht ($ / Kilowatt). Auf dieser Basis werden Motoren von Stirling konkurrenzfähig bis zu ungefähr 100 Kilowatt gekostet.

Im Vergleich zu einem inneren Verbrennungsmotor derselben Macht-Schätzung ließen Motoren von Stirling zurzeit ein höheres Kapital kosten und sind gewöhnlich größer und schwerer. Jedoch sind sie effizienter als die meisten inneren Verbrennungsmotoren. Ihre niedrigeren Wartungsvoraussetzungen lassen die gesamte Energie vergleichbar kosten. Die Thermalleistungsfähigkeit ist auch (für kleine Motoren) im Intervall von 15 % bis 30 % vergleichbar. Für Anwendungen wie micro-CHP ist ein Motor von Stirling häufig einem inneren Verbrennungsmotor vorzuziehend. Andere Anwendungen schließen das Wasserpumpen, die Raumfahrt und die elektrische Generation von reichlichen Energiequellen ein, die mit dem inneren Verbrennungsmotor, wie Sonnenenergie und Biomasse wie landwirtschaftliche Verschwendung und andere Verschwendung wie Innenabfall unvereinbar sind. Stirlings sind auch als ein Seemotor in schwedischen Gotland-Klassenunterseebooten verwendet worden. Jedoch sind Motoren von Stirling allgemein als ein Kraftfahrzeugmotor, wegen hoher Kosten pro Einheitsmacht, niedriger Macht-Dichte und hoher materieller Kosten nicht preiskonkurrenzfähig.

Grundlegende Analyse basiert auf der geschlossenen Form Analyse von Schmidt.

Vorteile

• Motoren von Stirling können direkt auf jeder verfügbaren Hitzequelle, nicht nur ein erzeugter durch das Verbrennen laufen, so können sie auf der Hitze von biologischen, geothermischen Sonnen-, Kernquellen laufen oder Hitze von Industrieprozessen vergeuden.
• Ein dauernder Verbrennen-Prozess kann verwendet werden, um Hitze zu liefern, so können jene mit den periodisch auftretenden Verbrennen-Prozessen eines sich revanchierenden inneren Verbrennungsmotors vereinigten Emissionen reduziert werden.
• Die meisten Typen von Motoren von Stirling haben das Lager und die Siegel auf der kühlen Seite des Motors, und sie verlangen weniger Schmiermittel und letzt länger als andere sich revanchierende Motortypen.
• Die Motormechanismen sind in mancher Hinsicht einfacher als andere sich revanchierende Motortypen. Keine Klappen sind erforderlich, und das Brenner-System kann relativ einfach sein. Stirling grobe Motoren können mit allgemeinen Haushaltsmaterialien gemacht werden.
• Ein Stirling Motor verwendet eine einzeln-phasige Arbeitsflüssigkeit, die einen inneren Druck in der Nähe vom Designdruck aufrechterhält, und so für ein richtig bestimmtes System die Gefahr der Explosion niedrig ist. Im Vergleich verwendet eine Dampfmaschine eine zweiphasige Benzin/Flüssigkeit Arbeitsflüssigkeit, so kann eine fehlerhafte Ausgabe-Klappe eine Explosion verursachen.
• In einigen Fällen niedrig erlaubt Betriebsdruck den Gebrauch von Leichtgewichtszylindern.
• Sie können gebaut werden, um ruhig und ohne eine Luftzufuhr für den luftunabhängigen Antrieb-Gebrauch in Unterseebooten zu laufen.
• Sie fangen leicht an (obgleich langsam, nach dem Aufwärmen), und laufen Sie effizienter im kalten Wetter im Gegensatz zum inneren Verbrennen, das schnell im warmen Wetter, aber nicht im kalten Wetter anfängt.
• Ein Stirling Motor, der verwendet ist, um Wasser zu pumpen, kann konfiguriert werden, so dass das Wasser den Kompressionsraum abkühlt. Das ist am wirksamsten, wenn es kaltes Wasser pumpt.
• Sie sind äußerst flexibel. Sie können als CHP (verbundene Hitze und Macht) im Winter und als Kühler im Sommer verwendet werden.
• Überflüssige Hitze wird (im Vergleich zur überflüssigen Hitze von einem inneren Verbrennungsmotor) das Bilden von für Doppelproduktionshitze- und Macht-Systeme nützlichen Motoren von Stirling leicht geerntet.

Nachteile

Größe und Kostenprobleme

• Motordesigns von Stirling verlangen Hitzeex-Wechsler für den Hitzeeingang und für die Hitzeproduktion, und diese müssen den Druck der Arbeitsflüssigkeit enthalten, wo der Druck zur Motormacht-Produktion proportional ist. Außerdem ist der Vergrößerungsseite-Hitzeex-Wechsler häufig bei der sehr hohen Temperatur, so müssen die Materialien den zerfressenden Effekten der Hitzequelle widerstehen und haben, niedrig kriechen (Deformierung). Normalerweise vergrößern diese materiellen Voraussetzungen wesentlich die Kosten des Motors. Material- und Zusammenbau-Kosten für einen hohen Temperaturhitzeex-Wechsler sind normalerweise für 40 % der Gesamtmotorkosten verantwortlich.
• Alle thermodynamischen Kreisprozesse verlangen große Temperaturdifferenziale für die effiziente Operation. In einem Außenverbrennungsmotor kommt die Heizungstemperatur immer gleich oder überschreitet die Vergrößerungstemperatur. Das bedeutet, dass die metallurgischen Voraussetzungen für das Heizungsmaterial sehr anspruchsvoll sind. Das ist einer Gasturbine ähnlich, aber ist im Gegensatz zu einem Motor von Otto oder Dieselmotor, wo die Vergrößerungstemperatur weit die metallurgische Grenze der Motormaterialien überschreiten kann, weil die Eingangshitzequelle durch den Motor nicht geführt wird, so funktionieren Motormaterialien näher an der durchschnittlichen Temperatur des Arbeitsbenzins.
• Die Verschwendung der überflüssigen Hitze wird besonders kompliziert, weil die Kühlmittel-Temperatur so niedrig behalten wird wie möglich, um Thermalleistungsfähigkeit zu maximieren. Das vergrößert die Größe der Heizkörper, die das Verpacken schwierig machen können. Zusammen mit Material-Kosten ist das einer der Faktoren gewesen, die die Adoption von Motoren von Stirling als selbstfahrende primäre Energiequellen beschränken. Für andere Anwendungen wie Schiff-Antrieb und stationäre Mikrogenerationssysteme mit der vereinigten Hitze und Macht (CHP) ist hohe Macht-Dichte nicht erforderlich.

Macht und Drehmoment-Probleme

• Motoren von Stirling besonders sind diejenigen, die auf kleinen Temperaturdifferenzialen laufen, für den Betrag der Macht ziemlich groß, die sie erzeugen (d. h. sie haben niedrige spezifische Macht). Das ist in erster Linie wegen des Wärmeübertragungskoeffizienten der gasartigen Konvektion, die den Hitzefluss beschränkt, der in einem typischen kalten Hitzeex-Wechsler zu ungefähr 500 W / erreicht werden kann (M · K), und in einem heißen Hitzeex-Wechsler zu ungefähr 500-5000 W / (M · K). Im Vergleich zu inneren Verbrennungsmotoren macht das es schwieriger für den Motorentwerfer, um Hitze in und aus dem Arbeitsbenzin zu übertragen. Wegen der Thermalleistungsfähigkeit wächst die erforderliche Wärmeübertragung mit dem niedrigeren Temperaturunterschied, und die Hitzeex-Wechsler-Oberfläche (und Kosten) für 1-Kilowatt-Produktion wächst mit der zweiten Macht von 1/deltaT. Deshalb sind die spezifischen Kosten von sehr niedrigen Temperaturunterschied-Motoren sehr hoch. Die Erhöhung des Temperaturdifferenzials und/oder Drucks erlaubt Motoren von Stirling, mehr Macht zu erzeugen, annehmend, dass die Hitzeex-Wechsler für die vergrößerte Hitzelast entworfen werden, und den notwendigen Convected-Hitzefluss liefern können.
• Ein Stirling Motor kann sofort nicht anfangen; es muss sich wörtlich "erwärmen". Das trifft auf alle Außenverbrennungsmotoren zu, aber die aufwärmen Zeit kann für Stirlings länger sein als für andere dieses Typs wie Dampfmaschinen. Motoren von Stirling werden am besten als unveränderliche Geschwindigkeitsmotoren verwendet.
• Die Macht-Produktion von Stirling neigt dazu, unveränderlich zu sein, und sich anzupassen kann sie manchmal sorgfältiges Design und zusätzliche Mechanismen verlangen. Gewöhnlich werden Änderungen in der Produktion durch das Verändern der Versetzung des Motors (häufig durch den Gebrauch einer swashplate Kurbelwelle-Einordnung), oder durch das Ändern der Menge von Arbeitsflüssigkeit, oder durch das Ändern des piston/displacer Phase-Winkels, oder in einigen Fällen einfach durch das Ändern der Motorlast erreicht. Dieses Eigentum ist weniger von einem Nachteil im hybriden elektrischen Antrieb oder der "Grundlast"-Dienstprogramm-Generation, wo unveränderliche Macht-Produktion wirklich wünschenswert ist.

Auserlesene Gasprobleme

Das verwendete Benzin sollte eine niedrige Hitzekapazität haben, so dass ein gegebener Betrag der übertragenen Hitze zu einer großen Zunahme im Druck führt. Dieses Problem denkend, würde Helium das beste Benzin wegen seiner sehr niedrigen Hitzekapazität sein. Luft ist eine lebensfähige Arbeitsflüssigkeit, aber der Sauerstoff in einem hoch unter Druck gesetzten Luftmotor kann tödliche durch Schmieröl-Explosionen verursachte Unfälle verursachen. Im Anschluss an einen solchen Unfall hat Philips für den Gebrauch anderen Benzins den Weg gebahnt, um solche Gefahr von Explosionen zu vermeiden.

• Die niedrige Viskosität von Wasserstoff und hohes Thermalleitvermögen machen es das stärkste Arbeitsbenzin in erster Linie, weil der Motor schneller laufen kann als mit anderem Benzin. Jedoch, wegen der Wasserstoffabsorption, und gegeben die hohe Verbreitungsrate, die mit diesem niedrigen Molekulargewicht-Benzin besonders bei hohen Temperaturen vereinigt ist, wird H durch das feste Metall der Heizung lecken. Die Verbreitung durch Flussstahl ist zu hoch, um praktisch zu sein, aber kann für Metalle wie Aluminium oder sogar rostfreier Stahl annehmbar niedrig sein. Bestimmte Keramik reduziert auch außerordentlich Verbreitung. Der hermetische Druck-Behälter Siegel ist notwendig, um Druck innerhalb des Motors ohne Ersatz von verlorenem Benzin aufrechtzuerhalten. Für Motoren des hohen Temperaturdifferenzials (HTD) müssen Hilfssysteme eventuell hinzugefügt werden, um Hochdruck Arbeitsflüssigkeit aufrechtzuerhalten. Diese Systeme können eine Gaslagerungsflasche oder ein Gasgenerator sein. Wasserstoff kann durch die Elektrolyse von Wasser, die Handlung des Dampfs auf dem roten heißen Kohlenstoff-basierten Brennstoff, durch die Vergasung des Kohlenwasserstoff-Brennstoffs, oder durch die Reaktion von Säure auf Metall erzeugt werden. Wasserstoff kann auch den embrittlement von Metallen verursachen. Wasserstoff ist ein feuergefährliches Benzin, das eine Sicherheitssorge, wenn veröffentlicht, vom Motor ist.
• Die meisten technisch hoch entwickelten Motoren von Stirling, wie diejenigen, die für USA-Regierungslaboratorien entwickelt sind, verwenden Helium als das Arbeitsbenzin, weil es in der Nähe von der Leistungsfähigkeits- und Macht-Dichte von Wasserstoff mit weniger der materiellen Eindämmungsprobleme fungiert. Helium ist träge, der die ganze Gefahr der Entflammbarkeit, sowohl echt als auch wahrgenommen entfernt. Helium ist relativ teuer, und muss als in Flaschen abgefülltes Benzin geliefert werden. Ein Test hat Wasserstoff gezeigt, um 5 % (absolut) effizienter zu sein, als Helium (24 % relativ) im GPU-3 Stirling Motor. Der Forscher Allan Organ hat demonstriert, dass ein gut bestimmter Luftmotor theoretisch genauso effizient ist wie ein Helium oder Wasserstoffmotor, aber Helium und Wasserstoffmotoren sind mehrere Male pro Einheitsvolumen stärker.
• Einige Motoren verwenden Luft oder Stickstoff als die Arbeitsflüssigkeit. Dieses Benzin hat viel niedrigere Macht-Dichte (der Motorkosten vergrößert), aber sie sind zum Gebrauch günstiger und sie die Probleme der Gaseindämmung und Versorgung minimieren (der Kosten vermindert). Der Gebrauch von Druckluft im Kontakt mit feuergefährlichen Materialien oder Substanzen wie Schmieröl, führt eine Explosionsgefahr ein, weil Druckluft einen hohen teilweisen Druck von Sauerstoff enthält. Jedoch kann Sauerstoff von Luft bis eine Oxydationsreaktion entfernt werden, oder in Flaschen abgefüllter Stickstoff kann verwendet werden, der fast träge und sehr sicher ist.
• Anderes mögliches als Luft leichteres Benzin schließt ein: Methan und Ammoniak.

Anwendungen

Anwendungen der Motorreihe von Stirling davon, zu heizen und zu Unterwassermacht-Systemen kühl zu werden. Ein Stirling Motor kann rückwärts als eine Wärmepumpe fungieren, um zu heizen oder kühl zu werden. Anderer Gebrauch schließt ein: vereinigte Hitze und Macht, Sonnenenergieerzeugung, Stirling cryocoolers, Wärmepumpe, Seemotoren und niedrige Temperaturunterschied-Motoren

Alternativen

Alternative Thermalenergieernten-Geräte schließen Thermogenerator ein. Thermogenerators erlauben weniger effiziente Konvertierung (5-10 %), aber können in Situationen nützlich sein, wo das Endprodukt Elektrizität sein muss, und wo ein kleines Umwandlungsgerät ein kritischer Faktor ist.

Foto-Galerie

File:Rider-hot-air-engine.jpg|Preserved Beispiele des antiken Reiters heiße Luftmotoren - eine Alpha-Konfiguration Stirling

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Siehe auch

• Zahl von Beale
• Kraftwärmekopplung
• Verteilte Generation
• Motor von Fluidyne
• Quasiturbine
• Verhältniskosten der Elektrizität, die von verschiedenen Quellen erzeugt ist
• Zahl von Schmidt
• Radioisotop-Generator von Stirling
• Generator von Thermomechanical
• Westzahl

Bibliografie

• W.T. Beale (1971). "Stirling Zyklus-Typ Thermalgerät" patentieren die Vereinigten Staaten 3552120. Gewährt Research Corp., am 5. Januar 1971.
• G.M. Benson (1977). "Thermaloszillatoren", die Vereinigten Staaten patentieren 4044558. Gewährt dem Neuen Prozess Ind, am 30. August 1977.
• E.H. Cooke-Yarborough (1970). "Hitzemotoren", die Vereinigten Staaten patentieren 3548589. Gewährt der Atomenergie-Autorität das Vereinigte Königreich, am 22. Dezember 1970.
• E.H. Cooke-Yarborough (1967). "Ein Vorschlag für einen hitzeangetriebenen nichtrotierenden elektrischen Wechselstromgenerator", Harwell Vermerk AERE-M881.
• D. Postle (1873). "Kälte erzeugend, um Tieressen", britische Offene 709, gewährt am 26. Februar 1873 Zu bewahren.
• G. Spaziergänger (1971). "Vortrag bemerkt für das Motorseminar von Stirling", Universität des Bades. Nachgedruckt 1978.
• C.D. Westen (1970). "Hydraulische Hitzemotoren", Harwell Momorandum AERE-R6522.

Weiterführende Literatur

• R.C. Belaire (1977). "Gerät, für die Anlauf-Zeit für stirling Motoren zu vermindern" patentieren die Vereinigten Staaten 4057962. Gewährt Ford Motor Company, am 15. November 1977.

Außenverbindungen

• I. Urieli (2008). Stirling Zyklus-Maschinenanalyse-2008-Winterauszug
• Einfache Leistungsvorhersagemethode für den Stirling Motor
• Erklärungen stirling Motor und Demos
• Shockwave3D Modelle: Beta Stirling und LTD