Co je to Stirlingův cyklus?

Stirlingův cyklus je druh regeneračního termodynamického cyklu, který je schopen používat samostatnou pracovní tekutinu a vnitřní složku pro výměnu tepla, aby přeměnil teplo na mechanický pohyb nebo naopak. Díky tomu je Stirlingův cyklus užitečný v motorech, tepelných čerpadlech, chlazení a mnoha dalších aplikacích. Stirlingův cyklus využívá řada různých konstrukcí motorů, z nichž většina obsahuje jeden nebo dva válce. Bez ohledu na konkrétní konstrukci prochází motor, který používá tento cyklus, čtyři kroky stlačování, přidávání tepla, expanze a odvádění tepla.

Existuje celá řada různých spalovacích motorů, z nichž každý používá jiný typ termodynamického cyklu. Parní motory pracují na principech Rankinova cyklu, který používá pracovní tekutinu, jako je voda, v kapalném i plynném stavu. Čas od času musí být přidávány další tekutiny, což snižuje účinnost těchto systémů. Stirlingův cyklus, který byl původně vynalezen v roce 1816 jako soupeř pro Rankinův cyklus, využívá pracovní tekutinu, která je utěsněna uvnitř systému. Ve většině případů je pracovní kapalinou používanou ve Stirlingových motorech vzduch.

Základní myšlenka Stirlingova cyklu se točí kolem ohřevu a následného ochlazení jediného objemu pracovní tekutiny. To způsobuje tepelnou roztažnost a kontrakci tekutiny, kterou lze použít k provádění mechanické práce. Ve většině případů je toho dosaženo připojením pístů k setrvačníku. Jak se tekutina v systému rozšiřuje a smršťuje, písty jsou poháněny nahoru a dolů, což způsobuje otáčení setrvačníku. Stirlingův cyklus je označován jako regenerační cyklus v důsledku skutečnosti, že tekutina je samostatná a stejný objem tekutiny se používá jak v kompresní komoře, tak v expanzní komoře.

Použití Stirlingova cyklu není omezeno na motory, protože proces je také reverzibilní. To znamená, že zařízení, které používá tento cyklus, může fungovat jako tepelné čerpadlo, pokud je dodávána mechanická energie. V tomto případě se k pohonu pístů používá vnější mechanická energie, která čerpá pracovní tekutinu mezi expanzní komorou a kompresní komorou. V závislosti na způsobu, jakým je zařízení nastaveno, může být tento obrácený cyklus použit v tepelném čerpadle, chladicím zařízení nebo v jakékoli jiné aplikaci, která vyžaduje přenos tepelné energie.