Hva er Stirling-syklusen?

Stirling-syklusen er en type regenerativ termodynamisk syklus som er i stand til å bruke et selvforsynt arbeidsfluid, og en intern varmevekslerkomponent, for enten å konvertere varme til mekanisk bevegelse eller omvendt. Det gjør Stirling-syklusen nyttig i motorer, varmepumper, kjøling og en rekke andre applikasjoner. En rekke forskjellige motorkonstruksjoner benytter seg av Stirling-syklusen, hvorav de fleste inneholder enten en eller to sylindere. Uansett den spesifikke designen, går en motor som bruker denne syklusen gjennom de fire trinnene med kompresjon, tilsetning av varme, ekspansjon og fjerning av varme.

Det finnes en rekke forskjellige forbrenningsmotorer, som hver bruker en annen type termodynamisk syklus. Dampmaskiner fungerer under prinsippene i Rankine-syklusen, som bruker en arbeidsvæske, for eksempel vann, i både flytende og gassformige tilstander. Ytterligere væsker må tilføres fra tid til annen, noe som reduserer effektiviteten til disse systemene. Stirling-syklusen, som opprinnelig ble oppfunnet i 1816 som en rival for Rankine-syklusen, bruker en arbeidsvæske som er forseglet i systemet. I de fleste tilfeller er arbeidsvæsken som brukes i Stirling-motorer luft.

Den grunnleggende ideen bak Stirling-syklusen dreier seg om oppvarming og påfølgende avkjøling av et enkelt volum arbeidsfluid. Det fører til termisk ekspansjon og sammentrekning av væsken, som kan brukes til å utføre mekanisk arbeid. I de fleste tilfeller oppnås det ved å feste stempler til et svinghjul. Når væsken i systemet ekspanderer og trekker seg sammen, blir stemplene drevet opp og ned, noe som får svinghjulet til å vri seg. Stirling-syklusen blir referert til som en regenerativ syklus på grunn av det faktum at væsken er selvforsynt, og det samme volumet av væske blir brukt i både kompresjonskammeret og ekspansjonskammeret.

Bruk av Stirling-syklusen er ikke begrenset til motorer, siden prosessen også er reversibel. Det betyr at det er mulig for en enhet som bruker denne syklusen å fungere som en varmepumpe hvis mekanisk kraft tilføres. I dette tilfellet brukes ekstern mekanisk kraft for å drive stemplene, som pumper arbeidsfluidet mellom ekspansjonskammeret og kompresjonskammeret. Avhengig av hvordan en enhet er satt opp, kan denne reverseringen av syklusen brukes i en varmepumpe, kjøleenhet eller andre applikasjoner som krever overføring av varmeenergi.