Der Stirlingmotor

sel- und Elektromotoren wurden Stirlingmotoren zunehmend vom Markt verdrängt. Die Konstruktion des Stirlingmotors 1. Der Kühlzylinder kühlt, wie der Name schon sagt, die erwärmte Luft wieder ab. 2. der Heizzylinder erwärmt die Luft im Inneren durch die ihm von außen zugeführte Energie. 3) Seine Aufgabe ist es, so viel heiße Luft wie möglich aus dem Heizspeicher zu verdrängen. Dies ist nur möglich, weil es nicht in der Nähe der Zylinderinnenwand liegt. Der Arbeitskolben liegt nahe der Innenwand des Kühlzylinders und bildet so das geschlossene Luftvolumen des Motors. 5. die Pleuelstangen verbinden den Arbeits- oder Verdrängerkolben mit dem Schwungrad. Die Stangen, die am Schwungrad um 90° versetzt sind, ermöglichen es den Kolben auch, versetzt zu arbeiten. 6. Das Schwungrad wird verwendet, um die erzeugte Energie zu entnehmen. Außerdem bewegt er die Kolben durch seinen Schwung wieder in ihre Ausgangsposition. Die Wärmequelle, die den Heizzylinder und damit die Luft erwärmt, befindet sich außerhalb des Motors. Sie ist daher frei wählbar, solange die Energieversorgung ausreichend ist. Die beschriebenen Komponenten sind die wesentlichen Elemente eines Stirlingmotors. Additive, wie ein zweites Schwungrad oder ein bestimmtes Arbeitsgas, können die Leistung des Motors erhöhen. Eine andere Anordnung der Komponenten ist ebenfalls möglich. Somit können die Zylinder anstelle der Verschiebung der Pleuel auch um 90° verschoben werden. Die Funktion des Stirlingmotors Die Funktion des Stirlingmotors kann in vier Schritten erklärt werden. Der Druck im Inneren des Heizzylinders steigt und die Luft dehnt sich aus. Der Verdrängerkolben bewegt sich aufgrund seines Hubs vom Arbeitskolben kaum um 90°. Dazu strömt die erwärmte Luft an ihr vorbei in den Kühlzylinder und drückt den Arbeitskolben nach hinten. 2. die Bewegung des Verdrängerkolbens durch die Drehung des Schwungrades (ein Schwungrad ist eine rotierende mechanische Vorrichtung, die zur Speicherung der Rotationsenergie verwendet wird), verdrängt die erwärmte Luft in den Kühlzylinder. Dort gibt es Energie in Form von Wärme an den Kühlzylinder ab. Deine Temperatur sinkt von T1 auf T2. Der Arbeitskolben bewegt sich kaum. 3. fast die gesamte Luft aus dem Heizzylinder befindet sich nun im Kühlzylinder. Das Schwungrad drückt den Arbeitskolben nach vorne und komprimiert die Luft. Diese erwärmt sich jedoch nicht, sondern gibt weiterhin Energie an den Kühlzylinder ab. Deine Temperatur bleibt konstant. Der Verdrängerkolben bewegt sich kaum. 4. der Arbeitskolben befindet sich nun in seiner innersten Position. Der Verdrängerkolben bewegt sich wieder zurück und verdrängt die gekühlte Luft vom Kühlzylinder in den Heizzylinder. Dort wird die Luft von der Temperatur T2 auf T1 erwärmt. Alle Schläge zusammen ergeben die vollständige Bewegung des Stirlingmotors. Der Arbeitszyklus des Stirlingmotors kann auch durch ein Arbeitsdiagramm veranschaulicht werden. Die thermodynamischen Zustandsänderungen werden in einem zyklischen Prozess zusammengefasst. I-II (Isotherme Ausdehnung (Ein isothermer Prozess ist eine Änderung eines Systems, bei dem die Temperatur konstant bleibt: ΔT = 0)) ) Die unter Druck stehende Heißluft in der Flasche dehnt sich mit zunehmendem Volumen aus (Expansion). Die Luft führt somit Arbeiten aus, indem sie den Arbeitskolben bewegt. Der Druck fällt. Die Energie dafür wurde ihr bisher durch die Heizung zugeführt. Das bedeutet, dass die Luft nur ein Energiewandler ist, aber ihre eigene Energie oder Temperatur T1 sich nicht ändert (Isotherme). Der Kühlzylinder nimmt die Wärmeenergie der Heißluft auf. Da das Luftvolumen konstant bleibt (Isochor), bewegt sich der Arbeitskolben nicht und es wird keine Arbeit geleistet. III-IV (Isotherme Verdichtung) Die Energie wird der Luft durch den Kühlzylinder entzogen. Diese ändert, da sie bereits auf T2 abgekühlt ist, nicht mehr ihre Temperatur (Isotherme), sondern reduziert ihr Volumen (Kompression). IV-I (Isochorheizung) Die Luft hat ihr Volumen auf ein Minimum reduziert und verändert es nicht mehr (Isochor). Die Erwärmung erwärmt die Luft wieder (Erwärmung), wobei der Zyklusprozess von Grund auf neu beginnt. Die einzelnen Zustandsänderungen gehen fließend ineinander über und überschneiden sich so weit, dass sie praktisch schwer zu verstehen sind. Der Wirkungsgrad Keine Wärmeenergiemaschine ist in der Lage, mit der gesamten zugeführten Wärme zu arbeiten. Es gibt immer eine Abwärme, die für die eigentliche Nutzung verloren geht. Aufgrund der anfallenden Abwärme spricht man von Energieverlusten, die den Wirkungsgrad im Verhältnis zur zugeführten Wärme bilden. Der Wirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine wird durch die Temperaturen T1 und T2 der beiden Wärmespeicher bestimmt. Je größer diese Temperaturdifferenz sein kann, desto größer ist der Energiegehalt. Effizienz= (verbrauchte Energie): Die abgegebene Energie ist die Abwärme oder der Energieverlust. Der Wirkungsgrad des Stirlingmotors besteht jedoch aus dem Quotienten von (T1-T2) und T1. Die Vorteile des Stirlingmotors Vielseitige Heizmöglichkeiten: Aufgrund der Art der Wärmeversorgung kann jede beliebige Wärmequelle zum Antrieb des Motors verwendet werden. Daher sind alle Formen der Wärmestrahlung geeignet, wenn ihre Temperatur hoch genug ist. Dies kann durch die Verbrennung von gasförmigen, flüssigen und festen Brennstoffen oder durch die Konzentration von Sonnenlicht erfolgen. Reduzierung der Abgasemissionen: Bei der Verwendung von Kraftstoffen können die besten Abgaswerte durch eine konstante Verbrennung außerhalb des Motors im Vergleich zu Motoren mit Verbrennungsmotoren erreicht werden. Eine effektivere Verbrennung verbraucht daher weniger Kraftstoff und erzeugt weniger Abgase. Wird der Stirlingmotor mit Abwärme oder mit Sonnenlicht als Antriebsenergie erwärmt, entstehen keine Abgase. Geräuscharm: Da im Inneren des Motors keine explosiven Prozesse ablaufen und keine Ventile vorhanden sind, gibt es wenig Lärm und Vibrationen. Langlebigkeit: Da keine Fremdstoffe in den Motor gelangen und die einzelnen Teile relativ wenig belastet werden, sind längere Laufzeiten zu erwarten als bei Benzin- und Dieselmotoren. Das Getriebeöl wird ebenfalls nicht verbraucht oder verunreinigt. Sparsamer Verbrauch: Der Stirlingmotor hat, wenn er richtig konstruiert und gebaut ist, einen Wirkungsgrad, der gleich oder höher ist als der der besten Dieselmotoren. In Zukunft wird der Stirlingmotor (ein Stirlingmotor ist ein Wärmemotor, der durch zyklische Verdichtung und Expansion von Luft oder anderem Gas bei unterschiedlichen Temperaturen arbeitet, so dass eine Nettoumwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit stattfindet) mit neuen Materialien wie Keramik noch bessere Leistung und höhere Effizienz erreichen können. Praktische Anwendung der Stirling-Technologie Der Stirlingmotor wird für verschiedene Antriebsmotoren, für den U-Boot-Antrieb und für den Modellbau eingesetzt. Ein Blick in die Zukunft Aufgrund von Klima - und Gesundheitsschäden sowie der begrenzten Vorkommen von Erdgas, Erdöl , Kohle und Uran wird neben der Energieeinsparung und der Nutzung erneuerbarer Energien in Zukunft die umweltfreundliche Umwandlung von Primärenergie in Energieformen, die wir täglich benötigen, eine immer größere Rolle spielen. Wie kein anderer Energiewandler sind Stirlingmaschinen in der Lage, Sonnenenergie und erneuerbare Brennstoffe für unsere Zwecke in emissionsarme, klimaneutrale Energie umzuwandeln. Dabei werden sie sich überall dort durchsetzen, wo sie nicht mit herkömmlichen Benzin- und Dieselmotoren konkurrieren. Diese Anwendungsbereiche sind: Kleine und mittlere Blockheizkraftwerke mit günstigen Betriebskosten, Brennstoff z.B. Hackschnitzel, kleine und mittlere Wärmepumpen, die kostengünstig direkt mit Primärenergie versorgt werden. Stirling – Kühler für Computer mit supraleitender Elektronik, Infrarotsensoren, Wasserstoff- und Erdgasverflüssigung, Kühl- und Gefrierschränke. -Klimatisierung von Bürokomplexen und für industrielle Prozesse. Diese Technologie wird dazu beitragen, das globale Klima zu schützen, neue Arbeitsplätze zu schaffen und die wirtschaftlichen Kosten des Energiesektors zu senken. Immer mehr Menschen begeistern sich für Stirlingmotoren. Hoffen wir, dass dies auch in vielen Sitzungsräumen der Fall sein wird.