Stirlingmotor

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

Beim rechtslaufende Stirling-Zyklus wird das Arbeitsgas isotherm expandiert, dann isochorgekühlt, 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. 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.