Netleksikon - Et online leksikon Netleksikon er ikke blevet opdateret siden 2005. Nogle artikler kan derfor indeholde informationer der ikke er aktuelle.
Forside | Om Netleksikon

Stirlingmotor

En Stirlingmotor er en varmekraftmaskine, som kan konstrueres, så den kan anvendes som varmepumpe og/eller mekanisk generator.

Stirlingmotoren er en ekstern forbrændingsstempelmotor opfundet i 1816 af Reverend Robert Stirling og ingeniør James Stirling. Opfindernes mål var dengang at skabe et sikrere alternativ til dampmaskiner, hvis kedler ofte eksploderede pga. for højt damptryk og primitive materialer. Stirlingmotorer konverterer enhver temperaturforskel direkte til mekanisk bevægelse.

Kort forklaret virker Stirlingmotoren ved, at man skubber en indesluttet mængde gas (luft, helium...) mellem et kammer hvor gassen opvarmes og et kammer hvor gassen afkøles. Som bekendt vil varm luft udvide sig - og trække sig sammen når det afkøles, i forhold til omgivelsernes luft. Dette benyttes via stempler til at skubbe og trække i stempelstænger og herved kan mekanisk energi udvindes.

I Stirlingmotorer er en varmeregenerator en indretning, som kan genindvinde noget af energien i temperaturforskellen, når gassen flyttes mellem det varme og køligere kammer. Varmeregeneratoren kan være et metaltrådnet, men kan med fordel i 2 og især 4-cylindrede Stirlingmotorer udformes som en modstrømsvarmeveksler. Selv hvis der ikke er en eksplicit varmeregenerator vil dele af Stirlingmotoren fungere som en sådan, men med ringere effektivitet.

Den ideele Stirlingmotor cyklus har samme effektivitet som en Carnot varmemaskine for samme input og output-temperaturer. Den termodynamiske effektivitet er højere end for dampmaskiner.

Fordi varmevekslere separerer arbejdsgassen fra varmekilden og kølingen, kan mange forskellige typer brændsler og solenergi anvendes; selv spildvarme kan anvendes.

Stirlingmotorer kan også anvendes som varmepumper, idet tilført mekanisk energi kan omsættes til at pumpe varme med høj effektivitet. Det er i mange år blevet anvendt til cryogenics.

Table of contents
1 Stirlingmotor typer
2 Virkemåde - beta stirlingmotor
3 Anvendelser
4 Eksterne henvisninger

Stirlingmotor typer

Stirlingmotorer kan klassificeres i 3 hovedtyper:

Virkemåde - beta stirlingmotor

I en encylindret beta Stirlingmotor er der 2 stempler kaldet: Gasfortrængerstemplet (a) og arbejdsstemplet (b). Stemplernes bevægelse er indbyrdes forskudt og som svarer til en vinkelforskel på svinghjulet. Gasfortrængerstemplet har en længde, som sikrer at arbejdsgassen ikke samtidig er i åben kontakt med varmekammer og kølekammer.

Stirlingmotorens arbejdsgang kan opdeles i 4 processer, som beskrives sammen med tegninger fra arbejdsfaserne.

Billede 1: Stirlingsmotorens arbejdsgas (luft, helium...) er lige blevet flyttet til varmekammeret (d) og bliver nu opvarmet af ydre tilført varme. Pga. opvarmningen udvider gassen sig og skubber det ideelt set tætte arbejdsstempel (b) udad. Gasfortrængerstemplet (a) bevæger sig kun lidt, fordi det er 90° ude af fase med (b). Svinghjulet drejer pga. at arbejdsstemplet skubbes udad. Ideelt set er gassens temperatur konstant i denne fase, fordi gassen får lov at udvide sig under opvarmningen.

Billede 2: Svinghjulet drejer i denne fase pga. svinghjulets inertimoment videre. Det utætte gasfortrængerstempel (a) skubber arbejdsgassen fra det varme kammer til det køligere. Kammeret køles, fordi køleribberne (e) har en god varmekobling til omgivelserne. Arbejdsstemplet bevæger sig kun lidt så arbejdsgassens rumfang er stort set konstant, så trykketket falder.

Billede 3: I denne fase vil det tætte arbejdsstempel (b) blive trukket indad fordi at arbejdsgassens trækker sig sammen. Svinghjulet drejer pga. at arbejdsstemplet trækkes indad. Ideelt set vil der ske en isoterm (T=konstant) kompression sted i arbejdsgassen. Gasfortrængerstemplet (a) bevæger sig kun lidt i denne fase.

Billede 4: Svinghjulet drejer i denne fase pga. hjulets inertimoment videre og trækker det utætte gasfortrængerstempel så arbejdsgassen flyttes til det varme kammer (d). I denne fase bevæger arbejdsstemplet (b) sig næsten ikke. Ideelt set er rumfanget konstant og opvarmningen gør at trykket stiger.

Anvendelser

Stirlingmotor som mekanisk generator

Drejer Stirlingmotor akslen på grund af en temperaturforskel, virker den som mekanisk generator og energien fås i processen: Overførsel af varme fra et varmereservoir (varmt) til et andet varmereservoir (koldt).

En del af varmeenergien, vil under overførslen blive lavet om til mekanisk energi, med en øvre virkningsgrad bestemt af Carnot's formel: Effektivitet(%)= 100*(1-Tkold/Tvarm), Varmereservoir temperaturerne Tvarm og Tkold skal sættes ind i formlen i Kelvin. Kelvin= Celsius + 273,16.

Stirlingmotor som varmepumpe

Drejer man motorakslen den modsatte vej, vil Stirlingmotoren pumpe varme den modsatte vej, fra et varmereservoir (f.eks. koldt) til det andet varmereservoir (f.eks. varmt). Det vil sige at den kan anvendes til køling (køleskabe) og/eller opvarmning af boligen. Formel: Varmepumpningseffektivitet(%)= 100/(1-Tkold/Tvarm).

Det overraskende er, at der via en varmepumpe bliver pumpet mere varmeenergi, end der tilføres mekanisk via akslen. F.eks. vil en ideel varmepumpe kunne pumpe ca. 9 gange så meget varme som der til føres mekanisk, når Tkold = -10°C og Tvarm = 20°C. Med kompressorbaserede varmepumper, er det almindeligt med en faktor 2 til 3.

Man får derfor mere varme ved pumpe det med en varmepumpe, end ved at omsætte energi direkte til varme (brødrister, el-radiatorer, olie- og gasfyr,...).

Eksempler

Vandkogning på havet

En ideel varmepumpe kan pumpe ca. 3,7 gange så meget varme, som der til føres mekanisk, når Tkold = Tvand = 0°C ca.= 273 K og Tvarm = 100°C = ca.= 373 K. Varmepumpningseffektivitet(%)= 100/(1-273/373) ca.= 370%.

Man skal dog huske på, at ved opvarmning at et varmereservoir fra en lavere til en højere temperatur, f.eks. opvarmning af vand fra 10°C til kogepunktet ca. 100°C, så vil varmepumpningens effektivitet ved start være højere end varmepumpningens effektivitet ved slut, når det ene varmereservoir har nået ca. 100°C. Derfor vil den gennemsnitlige varmepumpningseffektivitet for hele opvarmningen, ligge mellem varmepumpningseffektiviteten ved start og slut.

Mekanisk energi fra solfanger

Mekanisk energi fra havet og en solfanger: En ideel Carnot-maskine kan ideelt hente mekanisk energi fra varmeforskellen mellem havvand og solfangervand, når Tkold = Tvand = 10°C ca.= 283 K og Tvarm = 100°C = ca.= 373 K. Mekanisk energi effektivitet(%)= 100*(1-283/373) ca.= 24%.

Er solfangeren under tryk, så vandet kan komme op på 200°C, så er den ideelle mekanisk energieffektivitet(%)= 100*(1-283/473) ca.= 40%.

Eksterne henvisninger

Vejvisere

Virkemåde

Informations medier

Byg selv model Stirling/Hot-Air maskiner

Moving Cylinder Stirlingmotor

Anvendelser



Denne artikel er fra Wikipedia. Læs artiklen hos Wikipedia.





Boligstedet.dk
Boligsite med dagligt opdaterede boligannoncer med lejeboliger i hele landet.
Lejebolig i Aarhus
Lejebolig i København
Lejebolig i Odense
Lejebolig i Aalborg
Rejseforsikringer
Husk at kontrollere din rejseforsikring inden du tager ud at rejse. Læs mere på: Rejseforsikring
Bilforsikringer
Sammenlign bilforsikringer og find information om forsikringer til din bil på: Bilforsikring
Varmepumpepuljen
Varmepumpepulje åbner i 2023. Få tilskud til varmepumpe. Varmepumpepuljen


Denne artikel er fra Wikipedia. Denne hjemmeside tager ikke resourcer fra Wikipedias hardware. Netleksikon.dk støtter Wikipedia projektet finansielt. Indholdet er udgivet under GNU Free Documentation License. Kontakt Netleksikon, hvis ophavsretten er krænket.