Résumé

Stirling-motor

Jon V

Hvordan virker den?

Stirling-motoren fungerer ved at vi bruker utvending forbrenning til å varme opp gassen inne i systemet til stirling-motoren. Med utvendig forbrenning menes at vi har en ekstern varmekilde som ikke er en del av motoren til å varme opp gassen. Dette skiller seg fra en bensinmotor som bruker innvendig forbrenning der gasseksplosjonen virker direkte på stemplene inne i motoren. Den utvendige forbrenningen varmer opp en gass om blir kalt for «arbeidsgassen» i en sylinder med et stempel. Det er forskjellige typer gasser som blir brukt men det som er ønskelig et at gassen skal kunne utvide og trekke seg sammen under de temperaturene som motoren utsettes for.

 

Alfa-motoren

Det som skiller alfa-motoren er at den har to sylindere med to stempler. En sylinder for den varme gassen som varmes opp av utvendig forbrenning og en sylinder med den et kjøleelement for den kalde gassen. Sylinderne er koblet sammen gjennom et rør som lar gassen bevege seg mellom sylindrene. Inne i dette rommet er det en «forvarmer» som har som oppgave å holde på varme som ellers ville gått til «spill varme». De to stemplene er festet til et drivhjul og 90grader forskjøvet i forhold til hverandre. Dette betyr at når det «varme» stempelet er på sitt maksutslag er det «kalde» stempelet på vei mot sitt. Dette gjør at stemplene følger hverandre rundt slik at gassen kan flytte seg rundt og presser stemplene slik at vi får mekanisk energi. Dette får vi fordi gassen trekker seg sammen og utvider seg som gir trykkforskjeller.

 

Selve prosessen foregår ved at gassen blir varmet om i den varme sylinderen og gassen utvider seg. Når dette skjer er stempelet i det varme rommet på maksutslag og det kalde stempelet er på vei utover mot maks. Det varme stempelet går så tilbake igjen og trykket synker. Deretter starter det hele på ny igjen. Jeg vil forklare det hele med fire faser.

 

Fase 1:

Alpha Stirling frame 12.svg

Gassen blir varmet opp av den utvendige varmekilden. Gassen i systemet går mot sitt maksimale volum og dytter det varme stempelet utover og driver veivakselen. Etter som det kalde stempelet er «faseforskøvet» med 90grader følger det etter det varme stempelet.

 

Fase 2:

Alpha Stirling frame 16.svg

Gassen har nå sitt maksimale volum. Det varme stempelet er på vei tilbake mot sitt minimum mens det kalde er på sitt største. Gassen vil nå kjøle seg ned og trekke seg sammen. Dette fører til at trykket i systemet synker.

Fase 3:

Alpha Stirling frame 4.svg

Nesten all gassen er nå i det «kalde rommet». Det nå skjer er at det kalde stempelet blir drevet av momentet fra veivakselen og dytte gassen mot det varme rommet.

Fase 4:

Alpha Stirling frame 8.svg

Gassen er nå på sitt laveste volum. Gassen er nå på vei inn i det varme rommet og utvider seg. Stempelet blir så dyttet utover igjen og prosessen starter på ny.

 

Det er viktig å legge merke til at disse tegningene er forenklet. Forvarmeren mellom kammersene er for enkelhetens skyll ikke tatt med.

 

Beta-motoren

Beta-motoren skiller seg fra alfa-motoren ved at den kun har en sylinder. Beta-motoren har fortsatt to stempler men bare det ene blir presset av gassen. Beta-motoren består av en sylinder med to stempel og med et varmeelement på toppen og et kjøle element på bunn (Det kan også være motsatt.) Stemplene blir kalt for kraft-stempel og fortrenger. Kraftstempelet blir presset av gassen og presser gassen mens fortrengeren flytter gassen mot varmen og kjøleelementet. I motsetning til fortrengeren har kraftstempelet en pakning som stopper gass fra å slippe ut av sylinderen.

 

Stemplene er montert på en veivaksel ofte sammen med et svinghjul. Svinghjulet gir moment som hjelper syklusen til motoren å gå helt rundt. Det som skjer i sylinderen er at gassen blir varmet opp i bunn og tar med seg fortrengeren uten at den tar noe av energien. Varmen øker og gassen siver forbi fortrengeren. Trykket blir høyere og presser kraftstempelet opp. Gassen kommer nå frem til kjøleelementet og trykket synker igjen. På grunn av svinghjulet vil kraftstempelet presse gassen end mot varmeelementet og gassen vil varmes opp igjen.

 

Fase 1:

Beta Stirling frame 12.png

Kraftstempelet er her på vei oppover etter å ha presset gassen ned. Nesten all gassen er nå under fortrengeren og varmes opp.

Fase 2:

Beta Stirling frame 16.png

Gassen varmes opp og siver forbi fortrengeren og presser kraftstempelet opp. Gassen har nå størst volum.

Fase 3:

Beta Stirling frame 4.png

Fortrengeren flytter seg nå ned og presser resten av gassen som lå i varmeelementet opp mot kjøleelementet. Gassen blir nå nedkjølt og volumet et på vei ned.

Fase 4:

Beta Stirling frame 8.png

Svinghjulet har moment som presser ned kraftstempelet. Gassen blir komprimert og varmes opp igjen.

Andre typer stirling-motorer

Gamma-motoren: Veldig lik beta-motoren bare at den har to sylindere som er koblet sammen ved et rør. Kraftstempelet og fortrengeren er i hvert sin sylinder.

            Bilderesultat for stirling motor gamma

Flat stirling-motor: En stirling-motor uten stempler med har en generator og membraner.