Co to jest cykl Stirlinga?

Cykl Stirlinga jest rodzajem regeneracyjnego cyklu termodynamicznego, który jest w stanie wykorzystać niezależny płyn roboczy i wewnętrzny element wymiany ciepła, albo do przekształcenia ciepła w ruch mechaniczny, albo na odwrót. To sprawia, że ​​cykl Stirlinga jest przydatny w silnikach, pompach ciepła, chłodnictwie i wielu innych zastosowaniach. Wiele różnych konstrukcji silników wykorzystuje cykl Stirlinga, z których większość zawiera jeden lub dwa cylindry. Bez względu na konkretną konstrukcję silnik wykorzystujący ten cykl przechodzi przez cztery etapy sprężania, dodawania ciepła, rozszerzania i usuwania ciepła.

Istnieje wiele różnych silników spalinowych, z których każdy wykorzystuje inny rodzaj cyklu termodynamicznego. Silniki parowe działają zgodnie z zasadami cyklu Rankine'a, który wykorzystuje płyn roboczy, taki jak woda, zarówno w stanie ciekłym, jak i gazowym. Od czasu do czasu należy dodawać dodatkowe płyny, co zmniejsza wydajność tych systemów. Cykl Stirlinga, który został pierwotnie wynaleziony w 1816 roku jako rywal dla cyklu Rankine'a, wykorzystuje płyn roboczy, który jest zamknięty w układzie. W większości przypadków płynem roboczym stosowanym w silnikach Stirlinga jest powietrze.

Podstawowa idea cyklu Stirlinga dotyczy ogrzewania, a następnie chłodzenia jednej objętości płynu roboczego. Powoduje to rozszerzalność cieplną i kurczenie się płynu, który można wykorzystać do wykonywania prac mechanicznych. W większości przypadków osiąga się to poprzez przymocowanie tłoków do koła zamachowego. Gdy płyn w systemie rozszerza się i kurczy, tłoki są napędzane w górę i w dół, co powoduje obrót koła zamachowego. Cykl Stirlinga jest określany jako cykl regeneracyjny ze względu na fakt, że płyn jest samowystarczalny, a ta sama objętość płynu jest używana zarówno w komorze sprężania, jak i komorze rozprężania.

Zastosowanie cyklu Stirlinga nie ogranicza się do silników, ponieważ proces jest również odwracalny. Oznacza to, że urządzenie wykorzystujące ten cykl może działać jako pompa ciepła, jeśli dostarczana jest energia mechaniczna. W tym przypadku zewnętrzna energia mechaniczna jest wykorzystywana do napędzania tłoków, które pompują płyn roboczy między komorą rozprężania a komorą sprężania. W zależności od konfiguracji urządzenia to odwrócenie cyklu może być wykorzystane w pompie ciepła, urządzeniu chłodniczym lub w dowolnym innym zastosowaniu, które wymaga transferu energii cieplnej.