Einzylinder-Stirlingmotor

Was ist ein Einzylinder-Stirlingmotor?

Stirlingmotoren erzeugen Strom, indem sie Gas beim Erhitzen expandieren und beim Kalten komprimieren. Dies ist ein Motor mit externer Verbrennung, der den Kraftstoff kontinuierlich verbrennt, und der verdampfte expandierte Wasserstoff (oder Helium) wirkt als Antriebsgas, um den Kolben zu bewegen, und das expandierte Gas kühlt in einer Kaltluftkammer ab, und der Zyklus wird wiederholt. Der Einzylindermotor ist der einfachste aller Motoren, er hat nur einen Zylinder und ist die Grundform des Motors. Diese Art von Stirlingmotor, bekannt als Beta-Konfiguration, verfügt über nur einen Zylinder mit einem heißen Ende und einem kühlen Ende. Das Arbeitsgas wird durch eine als Verdränger bezeichnete Vorrichtung von einem Ende des Zylinders zum anderen übertragen.

Das vereinfachte Modell des Stirlingmotors kann in zwei Kategorien eingeteilt werden: ① geteilter Typ mit heißem und kaltem Zylinder (Alpha-Typ) ② integrierter Typ mit kaltem und heißem Zylinder (Beta-Typ).

Wie funktioniert ein Einzylinder-Stirlingmotor?
Schritt 1: Der Großteil des Gases befindet sich im heißen Zylinder und steht in großflächigem Kontakt mit dem Hochtemperaturzylinder. Das Gas dehnt sich nach Erwärmung aus. Da der heiße Zylinder das maximale Volumen erreicht hat und der kalte Zylinder das minimale Volumen hat, strömt das Gas in den kalten Zylinder und treibt das Schwungrad an, sich zu drehen. ähnlich einem isothermen Expansionsprozess.

Schritt 2: Nachdem das erhitzte Gas in den kalten Zylinder strömt, kommt es in einem großen Bereich mit dem Niedertemperaturzylinder in Kontakt, um die Temperatur zu senken. Aufgrund des Trägheitsmoments des Schwungrads ist der heiße Zylinder bereit, mit dem Schrumpfen zu beginnen. Es ähnelt einem isovolumetrischen exothermen Prozess.

Schritt 3: Das meiste Gas tritt in den kalten Zylinder ein. Nach ausreichender Abkühlung beginnt der Druck abzunehmen. In Kombination mit dem Rotationsträgheitsfaktor des Schwungrads wird das Gas im kalten Zylinder komprimiert. ähnlich einem isothermen Verdichtungsprozess.

Schritt 4: Das Volumen des Gases ist zu diesem Zeitpunkt am kleinsten und das Gas im heißen Zylinder dehnt sich nach dem Erhitzen aus. Aufgrund der Position der Kurbelschwinge bleibt die Kapazität des kalten Zylinders nahezu unverändert, und die Kapazität des heißen Zylinders wird größer und kehrt zum Zustand der ersten Stufe zurück. Es ähnelt einem isovolumischen endothermen Prozess.

Die obigen vier Stufen sind ein Zyklus, der den vollständigen Arbeitsprozess eines Einzylinder-Stirlingmotors darstellt. Der Mehrzylinder-Stirlingmotor verbindet einfach mehrere Stirlingmotoren unterschiedlicher Phasen mit demselben Schwungradsatz, und es gibt im Prinzip keinen großen Unterschied.