Vad är Stirling-cykeln?

Stirling-cykeln är en typ av regenerativ termodynamisk cykel som kan använda en fristående arbetsfluid och en intern värmeväxlande komponent för att antingen konvertera värme till mekanisk rörelse eller tvärtom. Det gör Stirling-cykeln användbar i motorer, värmepumpar, kylning och många andra applikationer. Ett antal olika motorkonstruktioner använder sig av Stirling-cykeln, varav de flesta innehåller antingen en eller två cylindrar. Oavsett den specifika konstruktionen, går en motor som använder denna cykel genom de fyra stegen av kompression, tillsats av värme, expansion och borttagning av värme.

Det finns ett antal olika förbränningsmotorer, som var och en använder en annan typ av termodynamisk cykel. Ångmotorer arbetar enligt principerna för Rankine-cykeln, som använder en arbetsvätska, till exempel vatten, i både flytande och gasformiga tillstånd. Ytterligare vätskor måste tillsättas då och då, vilket minskar effektiviteten hos dessa system. Stirling-cykeln, som ursprungligen uppfanns 1816 som en rival för Rankine-cykeln, använder en arbetsvätska som är tätad i systemet. I de flesta fall är arbetsvätskan som används i Stirling-motorer luft.

Grundidén bakom Stirling-cykeln kretsar kring uppvärmning och efterföljande kylning av en enda volym arbetsfluid. Det orsakar värmeutvidgning och sammandragning av vätskan, som kan användas för att utföra mekaniskt arbete. I de flesta fall åstadkoms detta genom att fästa kolvar på ett svänghjul. När vätskan i systemet expanderar och sammandras, drivs kolvarna upp och ner, vilket får svänghjulet att vridas. Stirling-cykeln kallas en regenerativ cykel på grund av det faktum att vätskan är fristående, och samma vätskevolym används i både kompressionskammaren och expansionsrummet.

Användningen av Stirling-cykeln är inte begränsad till motorer, eftersom processen också är reversibel. Det betyder att det är möjligt för en enhet som använder denna cykel att fungera som en värmepump om mekanisk kraft tillförs. I detta fall används den yttre mekaniska kraften för att driva kolvarna, som pumpar arbetsfluidet mellan expansionskammaren och kompressionskammaren. Beroende på hur en enhet installeras kan denna omvändning av cykeln användas i en värmepump, kylanordning eller någon annan applikation som kräver överföring av värmeenergi.