Stirlingmotor: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 17. Juli 2009, 06:29 Uhr

Der Stirlingmotorist eine Wärmekraftmaschine, in der ein Arbeitsgas (Luft, Stickstoff, Helium) bei hoher Temperatur Entropie aufnimmt und bei tiefer wieder abgibt. Im nach seinem Erfinder, dem schottischer Priester Robert Stirling, benannten Motor wird der ideale Stirling-Zyklus im Rahmen des technisch Machbaren realisiert. Seit der ersten Patentanmeldung vom 27. September 1816 sind hunderte von Varianten entwickelt, gebaut und zum Teil in Serie gefertigt worden.

Funktionsprinzip

Eine Stirlingmaschine lässt sich in der Regel als Wärmekraftmaschine (rechtslaufend) oder als Wärmepumpe (linkslaufend) einsetzen. Als idealer Vergleichsprozess dient der Stirling-Zyklus. Beim rechtslaufenden Stirling-Zyklus wird das Arbeitsgas isotherm expandiert, dann isochor gekühlt, später isotherm komprimiert und zuletzt wieder isochor aufgeheizt. Weil bei einem realen der Stirlingmotor die Wärmekapazität der Zylinderwand bedeutend grösser ist als die des Arbeitsgases, kann der Zylinder nicht dauernd auf die hohe Temperatur geheizt und dann wieder auf die tiefe gekühlt werden. Stirlingmotor verfügen deshalb über einen geheizten und einen gekühlten Bereich. Das Arbeitsgas wird dann pro Zyklus einmal in den heissen und einmal in den kühlen Bereich transportiert. In den beiden Hauptprozessen, der isothermen Expansion und der isothermen Kompression, nimmt das Gas Entropie bei hoher Temperatur auf bzw. gibt diese bei tiefer wieder ab. Gleichzeitig wird Wärme(energie) in Arbeit bzw. Arbeit in Wärme "umgewandelt". Damit das Gas durch den Hin- und Hertransport nicht nutzlos Entropie aus dem heissen in den kalten Bereich schleppt, muss es die überschüssige Entropie in einem Regenerator zwischenspeichern.

Im realen Stirlingmotor expandiert das Gas im heissen Bereich und wandelt dabei Wärme in Arbeit um. Danach wird das Arbeitsgas über einen Regenerator in den kalten verschoben, wobei es die überschüssige Entropie abgibt. Der Regenerator weist längs des Gasstromes ein Temperaturgefälle auf, damit das Gas die Entropie lokal isotherm abgeben kann. Im kalten Bereich wird das Gas komprimiert, wobei es die Entropie möglichst schnell an die Zylinderwand abgeben sollte. In der vierten und letzten Phase wird das Gas durch den Regenerator in den heissen zurück geschoben. Dabei nimmt die im zweiten Prozess abgegebene Entropie wieder zurück.

Klassifikation

technische Details

Einsatzgebiete

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 ==Funktionsprinzip==
-Beim rechtslaufende [[Stirling-Zyklus]] wird das Arbeitsgas [[isotherm]] expandiert, dann [[isochor]]gekühlt, später isotherm komprimiert und zuletzt wieder isochor aufgeheizt. Weil beim realen der Stirlingmotor die Zylinderwand über eine grosse Wärmekapazität verfügt, kann diese nicht dauernd auf die hohe Temperatur geheizt und dann wieder auf die tiefe gekühlt werden. Deshalb verfügt der Stirlingmotor einen geheizten und einen kalten Bereich. Das Arbeitsgas wird dann pro Zyklus (Stirlingmotoren arbeiten bis 3000 U/min) einmal in den heissen und einmal in den kühlen Bereich gebracht. Damit das Gas mit seiner eigenen Wärmekapazität nicht nutzlos [[Entropie]] aus dem heissen in den kalten Bereich schleppt, muss es die überschüssige Entropie in einem [[Regenerator]] zwischenspeichern, d.h. beim Abkühlen temperaturgerecht abgeben und beim Aufheizen wieder vom Regenerator zurück nehmen.
+Eine Stirlingmaschine lässt sich in der Regel als [[Wärmekraftmaschine]] (rechtslaufend) oder als [[Wärmepumpe]] (linkslaufend) einsetzen. Als idealer Vergleichsprozess dient der [[Stirling-Zyklus]]. Beim rechtslaufenden Stirling-Zyklus wird das Arbeitsgas [[isotherm]] expandiert, dann [[isochor]] gekühlt, später isotherm komprimiert und zuletzt wieder isochor aufgeheizt. Weil bei einem realen der Stirlingmotor die Wärmekapazität der Zylinderwand bedeutend grösser ist als die des Arbeitsgases, kann der Zylinder nicht dauernd auf die hohe Temperatur geheizt und dann wieder auf die tiefe gekühlt werden. Stirlingmotor verfügen deshalb über einen geheizten und einen gekühlten Bereich. Das Arbeitsgas wird dann pro Zyklus einmal in den heissen und einmal in den kühlen Bereich transportiert. In den beiden Hauptprozessen, der isothermen Expansion und der isothermen Kompression, nimmt das Gas Entropie bei hoher Temperatur auf bzw. gibt diese bei tiefer wieder ab. Gleichzeitig wird [[Wärme]](energie) in Arbeit bzw. Arbeit in Wärme "umgewandelt". Damit das Gas durch den Hin- und Hertransport nicht nutzlos [[Entropie]] aus dem heissen in den kalten Bereich schleppt, muss es die überschüssige Entropie in einem [[Regenerator]] zwischenspeichern.
-Im realen Stirlingmotor expandiert das Gas im heissen Bereich und wandelt dabei Wärme(energie) in Arbeit um. Danach wird das Arbeitsgas über einen Regenerator in den kalten verschoben. Dabei gibt es die überschüssige Entropie an einen Regenerator ab. Dieser Regenerator weist längs des Gasstromes ein Temperaturgefälle auf, so das die Abgabe lokal isotherm erfolgt.
+Im realen Stirlingmotor expandiert das Gas im heissen Bereich und wandelt dabei Wärme in Arbeit um. Danach wird das Arbeitsgas über einen [[Regenerator]] in den kalten verschoben, wobei es die überschüssige Entropie abgibt. Der Regenerator weist längs des Gasstromes ein Temperaturgefälle auf, damit das Gas die Entropie lokal isotherm abgeben kann. Im kalten Bereich wird das Gas komprimiert, wobei es die Entropie möglichst schnell an die Zylinderwand abgeben sollte. In der vierten und letzten Phase wird das Gas durch den Regenerator in den heissen zurück geschoben. Dabei nimmt die im zweiten Prozess abgegebene Entropie wieder zurück.
 ==Klassifikation==