Der
Stirling-Heißluftmotor basiert auf dem Patent des schottischen Pfarrers
Robert Stirling aus dem Jahre 1816. Dieser Motor erzeugt seine Antriebsenergie nicht wie bei den Otto- oder
Dieselmotoren durch die
Verbrennung innerhalb des Arbeitszylinders, sondern ihm wird die
Wärme als Antriebsenergie von außen zugeführt. Die beiden miteinander gekoppelten Zylinder des
Stirlingmotors sind gasdicht geschlossen und mit einer konstanten Menge Arbeitsgas (Helium) gefüllt. Ein Zylinder wird von außen erhitzt, der andere bleibt kühl. Die Druckdifferenz zwischen beiden Zylindern treibt zwei miteinander verbundene und phasenverschoben arbeitende Kolben an. So kann das gekühlte Gas wieder in den heißen Zylinder geschoben werden, sich dort ausdehnen, den Kolben antreiben und so fort.
Der als
90° V-Zweizylinder konzipierte Motor "SOLO Stirling 161" verfügt über einen
Verdichtungs- und einen
Arbeitszylinder, zwischen denen das
Arbeitsgas in einem
geschlossenen Kreisprozeß hin- und hergeschoben wird. Im Verdichtungszylinder erfolgt bei niedriger
Temperatur unter
Wärmeabfuhr an das Kühlwasser die Kompression, beim isochoren Übertreiben in den Arbeitszylinder nimmt das Gas
Wärme aus dem Regenerator und erwärmt sich dadurch auf ca. 650 °C. Bei der isothermen Expansion im Arbeitszylinder wird ihm im Erhitzer
Wärme zugeführt, danach erfolgt das Zurückschieben in den Kompressionszylinder, wobei es
Wärme an den Regenerator abgibt und sich dabei abkühlt. Der Erhitzer besteht aus Röhrchen, die von der
Wärmequelle auf etwa 700 °C erwärmt werden, der Arbeitsgaskühler aus einem von Kühlwasser durchströhmten Röhrchenbündel und der Regenerator, der einen thermischen Speicher zwischen den beiden
Temperaturniveaus darstellt, aus einem Paket von Drahtsieben. Um Strömungsverluste in den
Wärmeübertragern zu verringern, wird als Arbeitsgas meist Helium verwendet. Durch den geschlossenen Kreisprozeß mit der
Wärmeeinkopplung von außen ist der
Stirlingmotor unabhängig von der Art der
Wärmequelle. Wird ein Brenner als
Wärmequelle verwendet, verläßt das
Rauchgas den Erhitzer mit einer
Temperatur von etwa 800 °C, die noch im
Abgas enthaltene
Energie wird dann über einen
Luftvorwärmer auf die
Verbrennungsluft übertragen, die auf etwa 600 °C vorgewärmt wird. Brenner für effiziente
Stirlingmotoren unterscheiden sich durch diese
Luftvorwärmung von üblichen Heizungsbrennern und arbeiten im Brennraum auf deutlich höheren
Temperaturniveau bei 1200-2000 °C.
Die Kolben sind über Stangen mit den Pleueln verbunden, an denen das ölfreie Arbeitsgas und der ölgeschmierte Kurbeltrieb durch Manschetten abgedichtet werden. Kolben- und Kolbenringe (aus speziell entwickeltem Material) laufen trocken in den Zylindern. Die abgegebene Leistung läßt sich durch Anpassung des Arbeitsgasdruckes zwischen 30 und 130 bar zwischen 3 und 9 kW an der Welle einstellen. Über eine
Pumpe kann Arbeitsgas aus dem Prozeß in eine Druckflasche abgepumpt werden, bei Öffnen eines anderen
Magnetventils kann dieses wieder zurückfließen.
Zur Maschine gehört eine Prozessor gesteuerte
Regelung, die die
Temperatur des Arbeitsgases im Erhitzer durch
Steuerung der
Wärmezufuhr oder des Arbeitsgasdruckes konstant hält. Der Prozessor überwacht außerdem Öldruck, Kühlwassertemperatur, Drehzahl bei Generatorbetrieb und weitere Sicherheitsaspekte, er gibt Störmeldungen mit Fehlerangabe aus, bei Bedarf auch über ein Modem zur Ferndiagnose.
Quelle: SOLO Stirling GmbH