Az eszköz 600 Celsius-fokos hőközegnél elérheti a 34 százalékot. Eddig a motor 140 lóerős (102 kilowatt) teljesítményt szolgáltatott 986 Fahrenheit-fokos (530 Celsius-fokos) hőforrásból. Szakértők szerint ez az első alkalom, hogy egy ilyen áttörést jelentő generátor 134 lóerő (100 kilowatt) fölé jutott. Az ilyen típusú generátorokkal kapcsolatos korábbi munkák közé tartozik a NASA által szabadalmaztatott LEW-TOPS-80, amely egy ilyen generátorral párosítva áramot termel az űrben, de ennek még nincs prototípusa.
A hőkamerákban erre a célra alkalmazott kétdugattyús mikrokompresszor lehetővé teszi, hogy a hőkamerák akármilyen helyzetben alkalmazhatók legyenek, a detektorok működésének szavatolásán túl a mérési megbízhatóság és pontosság széles üzemi hőmérséklet-tartományban biztosítható legyen (mégpedig elég jó hatásfok mellett). Hátrányos viszont, hogy ezek a hűtőkompresszorok nem elhanyagolható mérettel és súllyal rendelkeznek, ezért könnyű és kisméretű hőkamerák ezzel a technológiával nem hozhatók létre. Még nagyobb probléma viszont (elsősorban folyamatos alkalmazások esetén), hogy a Stirling-hűtők mechanikai rendszert alkotnak, amely korlátozott élettartamú. A modernebb eszközök esetén ez a határ megközelítheti a 8000 – 12 000 – üzemórát karbantartás-mentesen.
- *Működési elv:
-
-
A munkahengerben lévő gázt felmelegítik, ami kitágul és felfelé nyomja a munkadugattyút, munkát végezve.
-
A terelődugattyú a tágult, meleg gázt átnyomja a hűtő térbe, miközben a munkadugattyú még felfelé mozog.
-
A hűtő kamrában a gáz lehűl, és nyomása csökken.
-
A terelődugattyú a lehűlt gázt visszaáramoltatja a melegítő kamrába, és a ciklus elölről kezdődik.
Főbb jellemzők-
A hőforrás nem a hengerben, hanem külsőleg biztosított, ami tiszta üzemeltetést tesz lehetővé.
-
A hatásfoka magas lehet, megközelítve az ideális Carnot-ciklusét, és egyes belső égésű motorokét is felülmúlhatja.
-
Mivel zárt rendszerben működik, a motorból nem távoznak égéstermékek.
-
Nincsenek benne szelepek, így a meghibásodás kockázata alacsony.
-
A szerkezeti egyszerűség és a szelepek hiánya hozzájárul a motor hosszú élettartamához.
-
Napenergia, geotermikus energia vagy hulladékhő felhasználásával is üzemeltethető.
-
B
-
Beta Stirling engines (1 C, 28 F)
F
-
Fluidynes (10 F)
G
-
Gamma Stirling engines (1 C, 20 F)
L
N
-
NSC-motors (6 F)
P
-
Pulse tube refrigerator (5 F)
R
S
-
Solar Stirling engines (19 F)
-
Stirling cycle (46 F)
T
-
Vegyes::(https://web.archive.org/web/20090221215533/http://mywebside.extra.hu/forum/phpBB2/viewtopic.php?t=3)https://hu.wikipedia.org/wiki/Stirling-ciklushttp://metal.elte.hu/~dlab/hirdeto/dofweek6.htm
https://stirlingtechnology.blogspot.com/p/stirling-hutogepek.html
https://www.vems.hu/freeenergy/pajert/index.htm?FoAblak=../pajert20/HazFutStirling.html
- Az égés kívül zajlik le, ezért a levegő-tüzelőanyag-keveréket sokkal pontosabban lehet szabályozni.
- A hőforrás folytonos égést kíván, ezért az el nem égett füstgázok mennyisége elenyésző.
- Sok Stirling-motor csapágyazása a hideg oldalon helyezkedik el, ezért a kenést egyszerűbb megoldani, és a kenőanyag élettartama két olajcsere között hosszabb lehet.
- Az egész motor sokkal kevésbé bonyolult szerkezet, mint a belső égésű motorok. Nincsenek szelepek, illetve a tüzelőanyag- és beömlő rendszer is sokkal egyszerűbb.
- Sokkal kisebb nyomáson üzemelnek, ezért sokkal biztonságosabbak mint a konvencionális hőerőgépek.
- A kisebb üzemnyomás könnyebb szerkezeti elemek beépítését teszi lehetővé.
- Nagyon nyugodt járású szerkezetet lehet kivitelezni, működéséhez nincs szüksége külső levegőre, így tengeralattjárókon ideális erőgép lehet.
- Alkalmazása repülőgépeken is ígéretes: csendesebbek, kevésbé szennyezik a környezetet, hatásfokuk a magasságtól függetlenül is stabil, megbízhatóbbak, mert kevesebb alkatrészből állnak, nincs szükség indítóberendezésre, kisebb rezgésszinten üzemelnek, az üzemanyaguk kevésbé robbanásveszélyes.
Hátrányok
- A Stirling-motor hideg és meleg oldali hőcserélői költséges szerkezetek, ezek nyomásálló és korrózióálló kivitelben kell hogy készüljenek. Ez megnöveli a költségeket különösen akkor, ha jó hatásfokú motort kell készíteni.
- Különösen kis hőmérséklet-különbség esetén a hideg és meleg oldal között a motor méretei sokkal nagyobbak az azonos teljesítményű belső égésű motorokhoz képest a nagy hőcserélők miatt.
- A környezet felmelegítésekor keletkező hőveszteség a legnagyobb akadálya annak, hogy Stirling-motorokat alkalmazzanak gépkocsi hajtására. Ez azonban nem hátrányos házaknál, ahol a hőveszteséget jól fel lehet használni meleg víz előállítására és fűtésre.
- A Stirling-motort nem lehet gyorsan beindítani, lassú felmelegedésre van szüksége. Ez ugyan a belső égésű motorokra is igaz, de a felfűtéshez szükséges idő itt sokkal hosszabb.
- A leadott teljesítményt nehéz változtatni, gyors változtatás nem is lehetséges, állandó teljesítményű motor. A teljesítményt vagy a dugattyú lökethosszának változtatásával vagy az áramló gáz mennyiségével lehet szabályozni. Ez hibrid hajtásokban és alaperőforrásoknál, ahol állandó teljesítményre van szükség, kevéssé problematikus.
- A hidrogént kis molekulasúlya ideális munkaközeggé teszi, de a hidrogént kis molekulái miatt nagyon nehéz zárt térben tartani szivárgás nélkül. A hélium, nitrogén...
-
***A Stirling-motor és alkalmazásai
A Stirling-ciklus zárt, gáz munkaközegű körfolyamat, ahol a zárt azt jelenti, hogy a munkaközeg mindvégig a rendszerben marad. A Stirling-körfolyamat alapján működő motorok külső égésű motorok, vagyis az üzemanyagot a hengeren kívül égetik el; a hőbevitel és hőelvonás hőcserélőkön keresztül valósul meg. A külső égés előnye, hogy a folyamathoz szükséges hő szinte bármilyen üzemanyag elégetéséből származhat – sőt, a hő bármilyen egyéb, így akár szoláris vagy geotermikus eredetű is lehet.
A Stirling-motor működése
A Stirling-körfolyamatot megvalósító berendezések egy lehetséges elrendezése az alábbi ábrán látható egyszerűbb Stirling-motor:
Levegő munkaközegű, egyszerű Stirling-motor magyarázó vázlata
A körfolyamat zártsága miatt a hengertérben lévő munkaközeg (a fenti elrendezésben levegő) nem lép ki a rendszerből, szemben a belsőégésű motorokkal, ahol a beszívott levegőből és a befecskendezett tüzelőanyagból álló keverék égését követően a keletkezett kipufogógáz elhagyja a motort. A motor mozgatásához szükséges hajtóerő létrehozásához a hengerfalat az egyik végén fűteni, másik végén hűteni kell. A hajtáshoz szükséges hőmérséklet széles határok között változhat: a következő ábrán látható elrendezéshez hasonló motorok általában olyan megvásárolható “dísztárgyak”, amelyeket az ember kezének hője melegít és a környezeti levegő hűt.
Egyszerű Stirling-motor működése
A motor működése a fenti ábra jelöléseivel:
- A munkadugattyú összenyomta a gázt (munkaközeget); a terelődugattyú a felső állásban van, így a gáz nagy része a melegítő hőcserélő felületnél található.
- A felmelegített gáz nyomása megnő, a munkadugattyút a felső állásába tolja.
- A terelődugattyú lefelé mozdul; a gáz nagy része a hűtő hőcserélő felületnél található.
- A lehűtött gázt a lendkerék lendülete komprimálja.
A motorok kialakítása rendkívül változatos, felépítés szerint három csoportba szokás sorolni a berendezéseket: beszélhetünk alfa, béta és gamma-típusú Stirling-motorokról (a hivatkozásokon animált ábrákkal szemléltetve). A fenti berendezés egy gamma-típusú motor.
Alkalmazások
Első alkalmazásai között szerepelt a vízszivattyúzás, ventilátorok, kisebb őrlőegységek és manufaktúrák működtetése. Ilyen, még ma is működő antik darab a képen látható Rider-Ericsson forró levegő hajtású vízszivattyú.
Antik Stirling-meghajtású vízszivattyú
A második világháború után a Philips elektronikai óriáscég hordozható rádiókkal szerette volna meghódítani a világpiacot. Kis teljesítményű generátor beépítésével a olyan helyeken is hallgathattak rádiót az emberek, ahol nem volt megoldott a villamosenergia-ellátás. Az egyik legfontosabb szempont a halk működés volt, de fontos előnye a Stirling-motoroknak, hogy egy átlagos háztartásban megtalálható hőforrással működtethető. A tranzisztorok megjelenésével azonban a cég érdekeltsége a további fejlesztésekben megszűnt. A Philips mérnökei több különböző alkalmazással próbálkoztak, így alakult ki a fordított Stirling-körfolyamatú kriogenikus hűtőberendezés, melyet a mai napig gyártanak.
Autóipari alkalmazása nem terjedt el, mivel lassan reagál, gyors terhelés-változtatásra nem alkalmas, ráadásul nehéz és drága is a belsőégésű motorokhoz képest. Hibrid gépjárművekben tartalék ellátásaként lenne létjogosultsága, de ennek előfeltétele lenne a súlyprobléma csökkentése.
A NASA az elmúlt évtizedben Stirling-generátoros űrszonda kifejlesztését támogatta. A felszabadult hőenergia plutóniumban lejátszódó magreakcióból származik, a Stirling-generátor ezt képes folyamatosan, dinamikusan átalakítani. Több, mint 10 év folyamatos tesztüzem után ez a megbízható és robosztus generátor alkalmasnak látszik az űrkutatás eljövendő küldetéseinek energiaellátására.
A magas hatásfok mellett a Stirling-motorok előnye a halk működés, emiatt dízel-elektromos tengeralattjárókban is használatos generátorok hajtására. A generátorok által termelt villamos energia tölti az akkumulátorokat és ellátja a vízalatti meghajtást szolgáló (csendes) villanymotorokat, míg a felszínen a hajtásért közvetlenül dízelmotorok felelnek. Ez a megoldás tartós “levegőfüggetlen” vízalatti meghajtást tesz lehetővé (Air Independent Propulsion, AIP), mivel a motor üzemeltetéséhez szükséges hőt a belsőégésű motorok tüzelőanyagának (gázolaj) elégetésével nyerik, az égéshez szükséges oxigént pedig folyékony halmazállapotban (LOX) szállítják, így nincs szükség arra, hogy az akkumulátorok töltéséhez a hajó a vízfelszín közelében, “légzőcsövön” keresztül vételezett levegővel, a hangos dízelmotorok segítségével hajtsa generátorait. Az 1980-as évek óta alkalmazott Stirling-motoros AIP az egyik legbeváltabb ilyen technológiának számít, a Svéd Haditengerészetben az összes jelenleg szolgáló tengeralattjáró Stirling AIP rendszerrel van ellátva.
A svéd Kockums hajógyár által fejlesztett A26 tengeralattjáró (renderelt kép), a legmodernebb Stirling-motoros AIP rendszerrel szerelt tengeralattjáró
A Stirling-motort leginkább generátorokban használják, többek között naphőerőművekben. Egyik változata a Fresnel-lencsés megoldás, de ennél hatékonyabb a parabola-tükröt alkalmazó tányéros naphőerőmű.
A Stirling elvén működő naperőművek nem arattak hatalmas sikert, mivel sokkal drágábbak, mint az elterjedt, és praktikus, háztetőre is szerelhető PV elemek. Megnyerőbb konstrukció lenne a Stirling-motoros naperőmű, ha képes lenne hőenergiát tárolni, például a működés közben jellemző hőmérsékleten lejátszódó halmazállapot-változás útján.
Egy 11,6 méter átmérőjű, 25 kW teljesítményű tányéros naphőerőmű (Stirling dish) Arizonában
A megfordított folyamatú Stirling-motor (villamosenergia befektetésével hőmérséklet-különbséget hozunk létre) kiválóan alkalmas lenne hőszivattyúként való alkalmazásra, de hétköznapi használatban nem terjedt el, mivel meglehetősen drága. Alacsonyabb beruházási költségek mellett alkalmazható lenne decentralizált vagy akár hálózatra nem csatlakoztatott rendszerek hűtésére.
A Stirling-motor lokális, kapcsolt hő- és villamosenergia-termelésre is alkalmas. Ilyen például az új-zélandi Whisper Tech cég WhisperGen terméke, melynek gyártása egy földrengés miatt megszakadt, technikai terméktámogatását a Off Grid Energy Ltd. vette át. Nagyobb sikernek örvend az osztrák ÖkoFEN, Pellematic Condens_e típusú készüléke, melyet magas hatásfokával, a fogyasztó hálózat- és szolgáltató-függetlenségével, illetve szén-dioxid semlegességével reklámoznak, és viszonylag elterjedt Ausztriában és tőle északra.
Alapvetően megfigyelhető, hogy mérnöki szempontból a Stirling-motorokat mindig nagy érdeklődés és várakozások övezték, hiszen rendkívül hatékony technológiáról van szó, azonban ez csak egy a műszaki megoldások elterjedését meghatározó számos meghatározó tényezőből.
A közeljövőben, ahogy erősödnek a klímavédelmet és a decentralizációt célzó törekvések, lehetőség nyílik a Stirling-motor alkalmazásának elterjedésére.