Stirlingův motor – jak funguje a jeho využití

Psal se rok 1816 a pan Stirling vymyslel svůj motor. Jedná se o motor s vnějším spalováním, avšak na rozdíl od parního stroje má mnohem větší účinnost a to dokonce srovnatelnou se spalovacím motorem.

Co je to Stirlingův motor?

Stirlingův motor je motorové ústrojí využívající vnějšího spalování. Tento motor nepotřebuje na rozdíl od spalovacího motoru výbušnou směs. Využívá pro svůj chod rozdílné teploty plynů při tzv. stlačení a expanzi, kdy je v jednom válci horký vzduch a ve druhém studený, kde je vzduch přepouštěný přes regulátor. Tento rozdíl teplot a přepouštění působí pohyb, takže mění tepelnou energii na pohybovou. Stirlingův motor vybavený dvěma válci se nazývá Alfa, jeho verze s jedním válcem je Beta a s pístem uloženým ve vlastním válci, kdy může plyn volně procházet mezi válci Gama.

Pro zjednodušení si představme dva válce, jeden s teplým a druhý chlazený se studeným vzduchem. Aby vše dobře fungovalo je třeba regulátoru „výměníku“, ten uchovává tepelnou energii a spojuje oba válce. Díky regulování teploty a jejich rozdílům dochází k pohybu válců.

Stirlingův motor verze Alfa

Jak již bylo nastíněno výše, Alfa verze tohoto typu motoru pracuje s dvěma válci. Oba dva válce jsou samozřejmě odděleny a jeden válec je tzv. studený a druhý teplý. To v praxi znamená, že při chodu motoru je teplý válec doslova dopován teplem (vystaven vysoké teplotě), které zvětšuje jeho teplotu. Studený válec je podroben intenzivnímu chlazení. Mezi těmito válci je přepouštěn vzduch přes regulátor. Díky rozdílným tepelným hodnotám válců a samozřejmě expanzi i stlačení dochází k pohybu pístů, tím vzniká pohybová energie. Jedná se o základní model Stirlingova motoru.

Stirlingův motor veze Beta

Princip funkce motoru typu Beta je stejný, jako u předchozího modelu. Rozdíl je však v tom, že verze Beta pracuje pouze s jedním pístem. Na jednom konci působí teplý plyn a na druhém studený. Aby mohlo docházet k pohybu pístu je zde umístěn ještě „přeháněč“, který přepouští plyny z jedné strany pístu na druhou.

Stirlingův motor verze Gama

Gama funguje podobně, jako Beta, ale s tím rozdílem že píst je uložen ve svém vlastním válci a plyny volně procházejí mezi písty. Tento typ motoru má samozřejmě menší kompresní poměr, za to je však jednodušší. 

Kde se používal Stirlingův motor

Byť byl Stirlingův motor vysoké účinnosti, tak bohužel jeho potenciál musel ustoupit spalovacím motorům, díky jejich jednoduššímu provedení a menší velikosti i vyššímu výkonu (s ohledem na velikost) byly nakonec upřednostňovány. Stirlingův motor se používal především, jako náhrada za parní stroje, kdy byl většinou o výkonu do 5 kW.

Chladič

Důležitým aspektem pro správnou funkci tohoto motoru je především chladič. Chladič je většinou napojen na okruh ve kterém putuje chladící médium, například kapalina „voda“. Ten má za úkol chladit prostředí, kterým protéká a odvádět z něj teplotu. V moderních autech například chladící okruh motoru slouží následně pro vytápění kabiny vozu. Abychom dosáhli většího výkonu u Stirlingova motoru je nutné, aby byl rozdíl mezi teplou a studenou komorou co největší, k tomu by samozřejmě bylo zapotřebí velké chladící medium, nebo velký chladící výkon.

Regenerátor

Tato součást umožňuje Stirlingovu motoru právě navýšit jeho účinnost. Nemá smysl si jej složitě popisovat a celý děj přibližovat, přeci jen jsme nadšenci do vozů a ne inženýři. Regenerátor má funkci uchování tepla a to tak, že ním střídavě prochází v jednom a druhém směru teplý a studený plyn.

Palivo stirlingova motoru

Stirlingův motor má širokou škálu paliva. Lze tedy říci, že může běžet téměř na cokoliv co vytváří teplo, klidně i na obnovitelný zdroj. Díky tomu je Stirlingův motor s největší škálou užití paliv, jaký kdy existoval. A díky tomu může dosáhnout nízkých emisních norem.  Kdy lze tedy jako palivo užít:

• Zemní plyn
• Tuhá paliva
• Solární energii
• Biomasu
• Atd…

Zajímavosti o Stirlingově motoru

• Pohon ponorek
• Pohon zařízení vesmírných lodí
• Výroba energie

V době ekonorem a hledání alternativních zdrojů se možná najde i mnohé další využití tohoto technického skvostu. Možná, že o něm v budoucnu ještě hodně uslyšíme.

Náhledový obrázek: Autor: Norbert Schnitzler – Vlastní dílo, CC BY-SA 3.0