Princip Stirlingova motoru

Stirlingův motor patří mezi teplovzdušné motory. Je to motor s externím splováním, zdrojem tepla může být i geotermální nebo sluneční energie. Stirlingův motor pracuje na principu roztažnosti plynu. Když se plyn ohřívá, roztahuje se, když se ochlazuje, svůj objem zmenšuje.
Skládá ze dvou pístů a jednoho nebo dvou válců, podle toho o jakou modifikaci se jedná. Stirlingové motory můžeme rozdělit na tři modifikace. Modifikace alfa, beta a gama. Princip se nejlépe vysvětluje na modifikaci beta.
Modifikace beta se skládá z jednoho válce a dvou pístů. Válec se na jedné straně ohřívá a na druhé chladí. Přeháněcí píst (delší, s vůlí mezi stěnou válce a pístem) a pístu pracovního (kratší a utěsněný). Pracovní a přeháněcí píst jsou spojeny klikovým mechanizmem, který způsobuje zpoždění pístů o 1/4 otáčky. Důležité je, aby byl celý motor dokonale utěsněn, aby nedocházelo k úniku média (v našem případě vzduchu) z motoru. Důležitou součástí je také setrvačník, který pomáhá motoru překonat mrtvý bod. A zajišťuje plynulý chod motoru.

Přeháněcí píst označený číslem 2 přemístil většinu vzduchu do ohřívané části válce. Zde se vzduch ohřívá, zvětšuje svůj objem, zvyšuje se tlak a vytlačuje pracovní píst do horní úvrati. Pracovní píst roztáčí setrvačník, koná se tedy práce.

Ohřátý vzduch zvětšil svůj objem a vytlačil pracovní píst do horní úvrati. Přeháněcí píst začíná plyn přesouvat do chlazené části válce.

Přeháněcí píst přemístil většinu plynu do chlazené části válce, kde se plyn ochlazuje a zmenšuje svůj objem.

Plyn zmenšil svůj objem a tlak. Pracovní píst je v dolní úvrati. Přeháněcí píst začíná plyn přesouvat do ohřívané části válce, kde se znova ohřívá, vytlačuje pracovní píst do dolní úvrati. Celý cyklus se opakuje.

Modifikace:

Červeně je označena ohřívaná část motoru. Modře ochlazovaná část. Fialově je znázorněn tzv. regenerátor. Také se dá říct ekonomizér. Je to velmi důležitá součást motoru, která významně zvyšuje účinnost. Bývá vyroben z kovu s dobrou tepelnou vodivostí. U modelu se většinou jedná o ocelové, niklové, nebo měděné špony. Ty se vloží do otvoru, který spojuje oba válce. Úkolem regenerátoru je zamezení plýtvání teplem. Teplý plyn se přežene do chlazené části, odevzdá část tepla regenerátoru a dochladí se. Při zpětném přepouštění se regenerátorem předehřeje a dohřeje se. Neplýtvá se tak teplem a stroj je efektivní.

Modifikace ALFA

U této modifikace se jeden válec zahřívá, druhý se chladí. Z pohledu modelů je problém v těsnění obou válců. Tato modifikace potřebuje ke svému chodu velký rozdíl teplot. Je nejpoužívanější modifikaci v praxi.

Modifikace BETA 

Dalším typem je modifikace beta. Oba písty jsou v jednom válci. Spodní část se zahřívá, horní se chladí. Problém je s utěsněním ojnice pracovního pístu uvnitř přeháněče. V praxi ani u modelu se skoro nepoužívá.

Modifikace GAMA

Dalším typem je modifikace gama. Dalo by se říct, že se jedná o modifikaci beta ve dvou válcích. Ohřívá se část přeháněcího válce, druhá část a pracovní válec se chladí. V praxi se nepoužívá, ale mezi modely je to nejpoužívanější modifikace.

Výhody
Stirling dokáže využít jakýkoli zdroj tepla. Například odpadní teplo, geotermální, solární, fosilní paliva, biomasu. Má velmi tichý chod. Vysokou životnost. Minimální poruchovost. Jednoduchou konstrukci. Nemá žádné ventily z pohledu spalovacích motorů a předehřívání z pohledu parního stroje. Příznivé emisní hodnoty. Vyšší účinnost než solární články.

Nevýhody
Mezi největší nevýhody patří. Vysoká pracovní teplota ohříváku. Vysoký tlak plynu. Malý výkon na jednotku hmotnosti ve srovnání se spalovacím motorem. Těsnění motoru, aby bylo zachováno natlakování. Obtížná regulace výkonu. Momentálně vysoké výrobní náklady.