Stirlingmotor

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Doorsnede van een rhombic drive beta configuratie Stirling motordesign.
Purper - Hete cilinder plek
Donker grijs - Koude cilinder plek (met koelmiddel inlaat en uitlaat pijpen in geel)
Donker groen - Thermische isolatie die de warme en de koude plek van elkaar isoleren
Licht groen - Verplaatserzuiger
Donker blauw - Vermogen zuiger
Licht blauw - Vliegwiel
Niet getoond: uitwendige warmte bron, en uitwendige warmtewisselaars. In deze design is de zuiger zonder regenerator.

Philips Stirlingmotor 1953

180W, 9.5 Bar werkdruk

Stirlingmotoren of heteluchtmotoren zijn motoren die gebruikmaken van een thermodynamische Stirling cyclus. Gebruik wordt gemaakt van de expansie van lucht of andere gassen bij verhitting en de contractie ervan bij afkoeling. De motor is gekend voor zijn hoge rendement en het ontbreken van te veel trillingen of lawaai.

In de door de Schotse dominee Robert Stirling uitgevonden versie wordt lucht door een verplaatser (bijna) zonder arbeid heen en weer geschoven tussen een hete en een koude ruimte, waarbij de lucht in de hete ruimte onder het opnemen van warmte expandeert en arbeid verricht door een zuiger te bewegen, waarna de lucht door de verplaatser weer naar de koude ruimte wordt bewogen, weer afkoelt en contraheert.

Er zijn een paar belangrijke verfijningen mogelijk:

De hete lucht kan door een regenerator van poreus metaal worden geleid op weg van de warme naar de koude ruimte, die een deel van de warmte vasthoudt zodat deze bij de terugpompslag van koud naar warm weer kan worden opgenomen, wat de motor zuiniger maakt. (Dit is de eigenlijke verbetering die door Stirling is bedacht en waardoor zijn naam aan het concept verbonden is geraakt).
Verliezen door wrijving van de gasstroom kunnen worden verminderd door zeer lichte gassen als helium en waterstof te gebruiken.
De energiedichtheid kan worden opgevoerd door bij hogere druk te werken.

Het eerste patent dateert al van 1816.

Voordelen van de Stirlingmotor:

het theoretisch rendement ligt hoger dan bij inwendige verbrandingsmotoren;
Stirlingmotoren kunnen op allerlei soorten brandstoffen lopen omdat de verhitting van buitenaf plaatsvindt en arbeid geleverd wordt door het verplaatsen van warmte naar een koudere omgeving; hierdoor kan het verbrandingsproces vrij makkelijk worden geoptimaliseerd om weinig milieuvervuiling te veroorzaken;
de verhitting kan met eender welke bron gebeuren, b.v. ook met zonnespiegels of de verbranding van houtpellets;
ze hebben heel weinig bewegende delen en zijn zeer bedrijfszeker;
zijn zeer stil in bedrijf.

Niettemin zijn Stirlingmotoren nog niet algemeen in gebruik, hoewel grote bedrijven als NASA, Philips en General Motors er al miljoenen in hebben gestopt en met zeer innovatieve oplossingen zijn gekomen, voortbordurend op hetzelfde thema. Dat komt voornamelijk door 2 belangrijke zwakten:

een Stirlingmotor loopt het best bij een vast toerental en vermogen, en kan niet snel accelereren;
voor zeer grote vermogens (elektriciteitscentrales etc.) zijn er andere minstens even efficiënte alternatieven.

Tegenwoordig worden Stirlingmotoren gebruikt in WKK (warmtekrachtkoppeling) toepassingen, bij de Sunmachine bijvoorbeeld draait de Stirlingmotor met behulp van houtpellets die eerst vergast worden. De Stirlingmotor drijft dan een generator aan die elektriciteit in het net terugkoppelt. Het koelwater dat de koude kant van de Stirlingmotor koelt wordt dan gebruikt voor woningverwarming. [1]

Er zijn tegenwoordig thermo-akoestische Stirlingmotoren die lineair trillend werken en wisselstroom opwekken die direct aan het net kan worden teruggeleverd; deze zijn ingebouwd in een CV-ketel in staat om naast de verwarming van een huis 1,5 of 10 kW te genereren, zodat er haast een warmtekrachtcentrale in huis komt te staan.De gangbare term hiervoor is Micro Warmtekrachtkoppeling. Als de technologie van de hybride auto ooit populair wordt kan een stirlingmotor een goede keus zijn voor het verbrandingsmotorgedeelte daarvan.