Stirling-moottori – eilen, tänään, huomenna
Puoli vuosisataa ennen ensimmäisen toimivan polttomoottorin (ICE) tuloa skotlantilainen pappi Robert Stirling patentoi lämpömoottorin nimeltä "ekonomaiseri". Tämä tapahtuma tapahtui syyskuussa 1816. Tulevaisuudessa tämä keksintö sen tekijän kunniaksi nimettiin Stirling-moottoriksi.
Vuosisadan vaihteessa
Uusi moottori oli suuri läpimurto sen ajan tieteessä ja tekniikassa. Se erottui kirkkaasti muiden lämpömoottoreiden taustasta, mikä on aivan luonnollista, koska Stirling-moottorilla oli korkeampi suorituskykykerroin (COP), se oli luotettava ja turvallinen. Stirlingin kehityksen perusteella luotiin monia moottorimuunnoksia, joita käytettiin menestyksekkäästi 1900-luvun alkuun asti.
Polttomoottorin ulkonäkö muutti tilannetta dramaattisesti. Lämpömoottorit ja Stirling-moottori olivat muun muassa polttomoottoreita huonompia ominaistehon suhteen sekä useissa muissa mittareissa. Tämä oli ratkaiseva tekijä "ekonomaisterin" kohtalossa XIX-XX vuosisatojen vaihteessa.
Tietoja laitteesta ja toimintaperiaatteesta
Stirling-moottori on suljetun kierron lämpökone, eikä se tuota lämpöenergiaa, vaan se tulee ulkoisesta lähteestä. Tämä suunnitteluominaisuus erottaa sen muista moottoreista.
Stirling-moottorin toimintaperiaate on melko yksinkertainen. Kaikki työ tehdään laajentamalla kaasua (ilma, helium, vety) lämpötilan vaikutuksesta. Rakenteellisesti se näyttää tältä. Kammion sisällä oleva kaasu työntää ulkoisen lämmönlähteen vaikutuksesta syrjäytysmäntää, joka on samalla akselilla kuin työmäntä. Kampijärjestelmän ansiosta mäntien liike ja palautuminen alkuperäiseen asentoonsa varmistetaan. Tässä tapauksessa jäähdytyskammion läpi kulkeva lämmitetty ilma laskeutuu.
Stirling-moottoreiksi luokiteltuja lämpömoottorimalleja on useita. Nämä ovat alfa-, beta- ja gamma-kokoonpanot. On kuitenkin kehitetty muun tyyppisiä Stirling-moottoreita, joita ei voida katsoa kuuluvan mihinkään edellä olevista luokista.
Hyödyt ja haitat
Stirling-moottoreiden etuja ovat suunnittelun yksinkertaisuus, kyky käyttää erilaisia energialähteitä, tehokkuus ja pitkä käyttöikä. Mitä tulee puutteisiin, tämä on materiaalin kulutus, mitat. Ulkoisten lämmityslähteiden käytön ansiosta osa energiasta haihtuu lämmönvaihtimiin, mikä heikentää tehokkuutta. Polttomoottoriin verrattavan tehon saavuttamiseksi ei tarvitse käyttää ilmaa, vaan heliumia tai vetyä.
Päivämme ja tulevaisuudennäkymämme
Polttomoottorit hallitsivat lähes koko 1900-luvun, mutta vuosisadan vaihteessa, kun kysymys resurssien säästämisestä tuli akuutiksi, tiedemiehet ja kehittäjät muistivat Stirling-moottorit. Ensinnäkin ne ovat löytäneet sovelluksensa energia-alalta. Esimerkiksi aurinkovoimaloissa.
Nykyään sukellusveneiden kehittäjät ovat kiinnittäneet huomiota Stirling-moottoreihin. Niitä on tarkoitus käyttää myös astronautiikassa. Erityisesti NASAn suunnitelmissa perustaa Kuuhun asuttava tukikohta, sen oletetaan käyttävän ydinreaktoria ja sähkögeneraattoreita Stirling-moottoreita käyttävän aseman voimanlähteenä.