موتور استرلینگ

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: موتور استرلینگ که به آن ماشین استرلینگ هم گفته می‌شود یک موتور حرارتی است که در سال ۱۸۱۶ توسط دکتر رابرت استیرلینگ اختراع شد.

موتور استرلینگ یک موتور حرارتی با آلایندگی بسیار پایین (صوتی و گاز‌های گلخانه ای) است که با منابع انرژی خارجی مختلفی کار میکند. اگر این منبع انرژی نور خورشید باشد، همین میزان کم آلایندگی به صفر میرسد. موتور استیرلینگ قابلیت بازدهی بیشتری نسبت به موتور‌های بنزینی و دیزلی دارد، اما امروزه موتور‌های استیرلینگ فقط در برخی کاربرد‌های خاص مانند زیردریایی‌ها یا ژنراتور‌های کمکی در قایق‌ها (که عملکرد بی صدا مهم است) استفاده می‌شود. اگر چه موتور‌های استیرلینگ به تولید انبوه نرسید، اما برخی اختراعات پرقدرت با این موتور کار می‌کند.


موتور‌های استیرلینگ از چرخه استیرلینگ استفاده می‌کند که مشابه چرخه‌های استفاده شده در موتور‌های احتراق داخلی نیست. گاز استفاده شده در داخل موتور‌های استیرلینگ هیچ وقت موتور را ترک نمی‌کند و مانند موتور‌های دیزل و بنزینی سوپاپ دود که گاز‌های پر فشار را تخلیه می‌کند و محفظه احتراق وجود ندارد. به همین علت موتور‌های استیرلینگ بسیار بی صدا هستند.
چرخه استیرلینگ از یک منبع حراتی خارجی که می‌تواند هر چیزی از بنزین و انرژی خورشیدی تا حرارت ناشی از پوسیدگی گیاهان باشد استفاده کند و هیچ احتراقی داخل سیلندر‌های موتور رخ نمی‌دهد.


سیستم موتور‌های استرلینگ کاملا مشابه سیستم‌هایی که با گاز کار می‌کنند می‌باشد (معمولا هوا و گا‌ها هلیوم یا هیدروژن). در این سیستم، سیال به مکان‌هایی در داخل سیستم که دمای مختلف دارد انتقال داده شده و مرتبا گرم و سرد می‌شود. به بیان دیگر این تغییرات حجمی ناشی از جابجایی سیال در قسمت‌های سرد و گرم یک سیلندر بسته می‌باشد.

موتور استرلینگ از دو سیلندر و دو پیستون تشکیل شده است در داخل سیلندر بزرگتر که به آن سیلندر جابجایی نیز گفته می‌شود، پیستون جابجایی قرار دارد و در داخل سیلندر کوچکتر نیز پیستون کار یا قدرت واقع شده است. هر دو پیستون کار یا قدرت از طریق محور مربوطه با اختلاف فاز در حدود ۹۰ از یکدیگر به میل لنگ وصل شده اند. دو انتهای سیلندر جابجایی، بوسیله یک مجرا به یکدیگر متصل می‌باشند و صرفنظر از تلفات مکانیکی می‌توان فشار محفظه‌های بالا و پائین آن را یکسان فرض نمود.

پیستون جابجایی بدون نیاز به درزبندی نسبت به سیلندر به راحتی می‌تواند در داخل آن حرکت کند و گاز عامل را که در داخل موتور قرار دارد از طریق مجرای مورد اشاره، به قسمت فوقانی یا تحتانی خود هدایت کند.


در مسیر مجرای مورد بحث سه عضو مهم موتور، یعنی گرم کن، بازیاب و سرد کن، قرار گرفته اند.

در این موتور، گرم کن یا منبع گرم یک مبدل حرارتی است که حرارت را از هر منبع حرارتی مانند انرژی خورشیدی سوخت فسیلی و اخذ و به گاز عامل انتقال می‌دهد. منبع سرد نیز به یک مبدل حرارتی یا محیط واگذار می‌کند در وسط منبع سرد نیز یک مبدل حرارتی است که گرما را از گاز عامل گرفته وآن را به چاه حراراتی (محیط) واگذار می‌کند.
در وسط منبع گرم و منبع سرد بازیاب قرار دارد که همانند یک باطری حرارتی در حین عبور گاز گرمای آن را گرفته و در باز گشت مجدداآن را گرم می‌کند.


چرخه استرلینگ را می‌توان به چهار مرحله مختلف تقسیم کرد: انبساط، انتقال اولیه، انقباض و انتقال ثانویه.

- مرحله انبساط:

بیشتر گاز موجود در سیستم به سیلندر داغ انتقال داده می‌شود. گاز گرم و منبسط شده و هر دو پیستون را به داخل هل می‌دهد.



- انتقال اولیه:
گاز در این مثال سه برابر انبساط پیدا کرده است. بیشتر حجم گاز (تقریبا ۲/۳) که هنوز در سیلندر داغ قرار دارد میل لنگ را ۹۰ درجه می‌چرخاند و بخش عمده‌ای از گاز را به سیلندر سرد منتقل می‌کند.


- انقباض:
گاز منبسط شده به سیلندر سرد منتقل شده و سرد می‌شود. گاز منقبض و سرد شده هر دو پیستون را به بیرون می‌کشد.


- انتقال ثانویه:
گاز منقبض شده که در سیلندر سرد قرار دارد میل لنگ را ۹۰ درجه دیگر چرخانده و گاز را به عقب به سیلندر داغ انتقال می‌دهد تا چرخه را تکمیل شود.


ری ژنراتور
ری ژنراتور گرمای سیال درون موتور را جذب می‌کند و باعث افزایش سرعت و قدرت موتور استرلینگ می‌شود. ری ژنراتور باید به ازای هر چرخه کمترین میزان گرما را جذب کند تا زمان هر چرخه به حداقل برسد و در نتیجه سوخت کمتری برای آن استفاده شود. جنس ری ژنراتور باید ظرفیت بالایی برای ذخیره سازی انرژی گرمایی داشته باشد. از طرفی هدایت حرارتی آن هم باید کم باشد.

 

منبع: برنیکا