Stirlingmotor: Unterschied zwischen den Versionen
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Eine Stirlingmaschine lässt sich als [[Wärmekraftmaschine|Motor]] (rechtslaufend) oder als [[Wärmepumpe]] (linkslaufend) einsetzen. Dabei durchlaufen die Zustände des in der Maschine enthaltenden Arbeitsgases näherungsweise einen [[Stirling-Zyklus]] (idealisierter Vergleichsprozess). 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 beim Hin- und Hertransport nicht nutzlos [[Entropie]] aus dem heissen in den kalten Bereich schleppt, muss es diese in einem [[Regenerator]] zwischenspeichern. |
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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. |
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 es die im zweiten Prozess abgegebene Entropie wieder zurück. |
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==Klassifikation== |
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Version vom 17. Juli 2009, 10:25 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 als Motor (rechtslaufend) oder als Wärmepumpe (linkslaufend) einsetzen. Dabei durchlaufen die Zustände des in der Maschine enthaltenden Arbeitsgases näherungsweise einen Stirling-Zyklus (idealisierter Vergleichsprozess). 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 beim Hin- und Hertransport nicht nutzlos Entropie aus dem heissen in den kalten Bereich schleppt, muss es diese 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 es die im zweiten Prozess abgegebene Entropie wieder zurück.