موتور استرلینگ برای اولین بار در 27 سپتامبر 1816 توسط رابرت استرلینگ در اسکاتلند (Chancery, Edinburgh) اختراع شد که ایمن تر و مقرون به صرفه تر از موتورهای بخار آن زمان (از نظر انفجار) در نظر گرفته شد. اولین نمونه قابل توجه توسط پروفسور مک کورن رانکین در سال 1850 ارائه شد و تقریباً 100 سال بعد از آن به عنوان موتور استرلینگ برای انواع موتورهای گازی سیکل بسته یاد شد.
با این حال، موتورهای اتو و موتورهای دیزلی که به ترتیب در سال های 1877 و 1893 اختراع شدند، از محبوبیت بیشتری برخوردار هستند (از نظر ظرفیت). پس از یک وقفه طولانی در سال 1940، موتور استرلینگ دوباره مورد توجه قرار گرفت. در آن سال، فیلیپس شروع به تحقیق در مورد این موتور به عنوان یک منبع انرژی قابل حمل کرد. در سال 1950 یک نمونه W 200 برای این موتور تهیه شد که می توانست با قدرت کم کار کند. اما این موتور هنوز مورد استقبال قرار نگرفت زیرا همزمان با ورود ترانزیستور بود. از آن زمان تا کنون موتور استرلینگ در اروپا و آمریکا و 20 سال بعد در ژاپن به ویژه پس از شوک روغنی سال 1973 مورد مطالعه دقیق قرار گرفته است. در حال حاضر نمونه هایی از این موتور در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد. مانند موتور خورشیدی استرلینگ، چشمه های آب گرم، سیستم تهویه مطبوع استرلینگ، یخچال استرلینگ، سیستم تولید برق زیردریایی که بی صدا بودن بسیار مهم است. در آینده نزدیک شاهد نسل جدیدی از این موتورها و کاربردهای جدید آن ها خواهیم بود، مانند:
استرلینگ کریو – پمپ حرارتی Coolero Vuilleumier، سیستم انرژی خورشیدی، وسیله نقلیه زیر آب
رابرت استرلینگ تا 86 سالگی به عنوان مبلغ در کلیسای اسکاتلند خدمت کرد و اوقات فراغت خود را صرف ساخت و تکمیل یک مدل موتور حرارتی از این نوع در کارگاه کوچک خانگی خود کرد.
مزایای موتور استرلینگ
امروزه موتور استرلینگ در بسیاری از کاربردهای تخصصی مانند زیردریایی ها و ژنراتورهای کمکی که عملکرد بی صدا اهمیت دارد استفاده می شود. این موتورها دسته خاصی از موتورهای حرارتی هستند زیرا راندمان آنها نزدیک به حداکثر بازده پیش بینی شده توسط تئوری (بازده چرخه کارنو) است. این موتور با گاز کار می کند. انبساط آن در هنگام گرم شدن و انقباض آن در هنگام سرد شدن قدرت این موتور را تامین می کند. این مقدار گاز بین انتهای سرد و انتهای گرم حرکت می کند و هرگز از آن چرخه خارج نمی شود. پیستون وظیفه حمل گاز به دو منبع گرم و سرد را انجام می دهد که حرکت آنها در اثر انبساط و انقباض حجم گاز ایجاد می شود.
همانطور که گفته شد این گاز هرگز از موتور استرلینگ خارج نمی شود. برخلاف موتورهای دیزلی یا بنزینی، این موتور مجرای اگزوز ندارد، زیرا بر اساس احتراق سوخت نیست، بنابراین کاملا بی صدا کار می کند. منبع گرمای آن می تواند انرژی خورشیدی، سوخت های فسیلی یا هر نوع گرمای هدر رفته در طبیعت باشد.
نوعی از این موتور به نام موتور خورشیدی استرلینگ که توسط Stirling Energy System Inc ساخته شده است. از سال 1984 به مدت 20 سال در حال آماده سازی بوده و سرانجام بازده موثر حدود 30000 ساعت نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کرد. این شرکت در حال حاضر با سرمایه گذاری مشترک شرکت بوئینگ و وزارت انرژی آمریکا و آزمایشگاه ملی سانیدا در حال کار بر روی استفاده اقتصادی از این سیستم است.
موتور استرلینگ چگونه کار می کند؟
موتورهای استرلینگ دارای دو پیستون با اختلاف فاز زاویه ای 90 درجه و دارای دو مخزن دمایی متفاوت هستند. گاز این کیت کاملا محبوس شده و از کیت خارج نمی شود. دو نوع اصلی این موتورها موتورهای استرلینگ دو پیستونی و موتورهای استرلینگ جابه جایی هستند. نحوه عملکرد هر کدام در شکل های زیر توضیح داده شده است.
این دو نوع اصلی را می توان با توجه به نوع کاربرد در الگوها و ساختارهای مختلف طراحی کرد.
موتور استرلینگ یک موتور احتراق خارجی است و تقریباً مانند موتور بخار کار می کند، اما سوخت آن موضوع مهمی نیست و با هر منبع حرارتی می تواند کار کند. گاز محصور در آن (هوا، هلیوم یا چیز دیگری) هنگام گرم شدن فشار آن را افزایش می دهد. این افزایش فشار، پیستون را هل می دهد و کار را انجام می دهد. سپس گاز خنک می شود و فشار آن کاهش می یابد و پیستون به موقعیت اولیه خود باز می گردد. این گاز به طور منظم با همان مقدار گاز ثابت اولیه تکرار می شود. در این فرآیند جرقه، جرقه، مصرف سوخت و غیره وجود ندارد.
.gif)
این دو نوع اصلی را می توان با توجه به نوع کاربرد در الگوها و ساختارهای مختلف طراحی کرد.
موتور استرلینگ یک موتور احتراق خارجی است و تقریباً مانند موتور بخار کار می کند، اما سوخت آن موضوع مهمی نیست و با هر منبع حرارتی می تواند کار کند. گاز محصور در آن (هوا، هلیوم یا چیز دیگری) هنگام گرم شدن فشار آن را افزایش می دهد. این افزایش فشار، پیستون را هل می دهد و کار را انجام می دهد. سپس گاز خنک می شود و فشار آن کاهش می یابد و پیستون به موقعیت اولیه خود باز می گردد. این گاز به طور منظم با همان مقدار گاز ثابت اولیه تکرار می شود. در این فرآیند جرقه، جرقه، مصرف سوخت و غیره وجود ندارد.