Zobrazenie zdroja stránky Stirlingov motor

[[Súbor:Philips Stirling 1.jpg|right|náhľad|Stirlingov motor ''Philips'' z roku 1953.]]
[[Súbor:Stirlingmotor in Betrieb.JPG|náhľad|Funkčný model stirlingovho motora v pohybe]]
'''Stirlingov motor''' je piestový [[tepelný stroj]], v ktorom sa energia pre pracovný cyklus privádza [[prestup tepla|prestupom tepla]] z vonkajšieho zdroja. Vo väčšine prípadov sa teplo získava spaľovaním, ide o [[motor s vonkajším spaľovaním]]<ref>{{cite book
  | last = Singh
  | first = Onkar
  | title = Engineering Thermodynamics
  | publisher = New Age International
  | year = 2007
  | isbn = 9788122417500
  | url = http://books.google.com/books?id=xCohCoT_6xkC&lpg=PA367&dq=stirling%20%2B%22heat%20engine%22%20%2B%22external%20combustion%20engine%22&hl=sk&pg=PA367#v=onepage&q=stirling%20+%22heat%20engine%22%20+%22external%20combustion%20engine%22&f=false
}}</ref>

== História ==

Bratia [[Róbert Stirling|Róbert]] a [[James Stirling]]ovci zostrojili v roku [[1816]] [[tepelný stroj]], ktorý bol (je) bezpečný, jednoduchý a najmä hospodárny. V tom čase bol využívaný predovšetkým na odčerpávanie vody z baní. [[Účinnosť (technika)|Účinnosť]] Stirlingovho motora bola vtedy porovnateľná s účinnosťou [[parný stroj|parného stroja]], ide o druhý stroj v histórii, ktorý mení tepelnú energiu na mechanickú. Na prelome devätnásteho a dvadsiateho storočia, keď hlavné požiadavky na motor boli [[výkon]], jeho regulovateľnosť a rýchly nábeh, podľahol Stirlingov motor mohutnému tlaku spaľovacích [[motor s vnútorným spaľovaním|motorov s vnútorným spaľovaním]] ([[zážihový motor]] a [[vznetový motor]]) – ktorý vlastne trvá až dodnes. 

Až v ostatných rokoch sa začali využívať nové pracovné látky (napr. [[hélium]]…), druhy tesnení, zdokonalené typy [[výmenník tepla|výmenníkov tepla]] a poznatky v oblasti prúdenia, až do takej miery, že Stirlingov motor začalo byť výhodné používať opäť – ako napr. súčasť [[kogeneračné zariadenie|kogeneračných zariadení]] – a je ho možné vo všeobecnosti nazvať ekologickým motorom 21. storočia.

== Princíp funkcie ==
[[Súbor:Stirlingov motor schema.png|right|thumb|Zjednodušená funkčná schéma princípu Stirlingovho motora.]]
[[Súbor:Stirlingov motor princip.png|right|thumb|Stirlingov motor.]]
[[Súbor:Alpha Stirling.gif|náhľad|Stirlingov motor v dvojpiestovom usporiadaní]]
[[Súbor:Stirling Animation.gif|náhľad|Stirlingov motor v jednovalcovom usporiadaní]]
[[Piest]] (3) sa nachádza v [[úvrať#dolná úvrať|dolnej úvrati]]. Na začiatku je všetka pracovná látka – [[plyn]] – pri nízkej [[teplota|teplote]] a [[tlak]]u v hornej časti [[valec (technika)|valca]] (2) (Obr. č. 1a). Piest sa posunie smerom nahor – do [[úvrať#horná úvrať|hornej úvrate]], vytlačí pracovný plyn, ktorý voľne obtečie okolo piesta, do dolnej časti (4). Dolná („teplá“) časť motora je ohrievaná vonkajším zdrojom tepla. Teplota plynu vo vnútri valca vzrastie – plyn zväčší svoj objem, čo je sprevádzané zväčšením tlaku plynu vo valci (4) (Obr. č. 1b). V ďalšej fáze sa piest opäť presunie do dolnej úvrate, horúci plyn sa presunie do hornej časti, ktorá je nepretržite ochladzovaná, plyn sa ochladí, zmenší objem – a tlak a teplota v sústave klesne.

V reálnom zariadení namiesto U – trubice sa nachádza pracovný (tesný) piest (1), ktorý sa pohybuje vo svojom pracovnom valci vplyvom zmeny tlaku pracovného plynu. Pohyby piestov sú navzájom prepojené [[mechanizmus|mechanizmom]] (obr. č. 2). Piest (3) sa presunie do dolnej úvrate a horúci plyn je ním vytlačený do hornej časti (2) valca, pracovný piest v dôsledku zmeny tlaku (zväčšenie) sa posunie do dolnej úvrate. V ďalšom cykle dôjde k odobratiu tepla (Q2) z valca a poklesu tlaku vo valci. V dôsledku [[podtlak]]u je pracovný piest (1) posúvaný k hornej úvrati. Súčasne sa piest (3) presúva do hornej úvrate a z priestoru (2) vytláča pracovný plyn do dolnej časti (4).

== Vlastnosti ==

Ide o zariadenie s vysokou flexibilitou, všestranným použitím a univerzálnosťou. Má vysokú teoretickú účinnosť – porovnateľnú so zážihovým a vznetovým motorom. Ako z popisu vyplýva, nejde o motor s vnútorným spaľovaním, kde sa využíva uvoľnené teplo zo špeciálneho [[palivo|paliva]] privedeného do motora, ale tepelná energia, ktorá sa transformuje na mechanickú, sa privádza zvonku – motor s vonkajším spaľovaním, resp. s vonkajším prívodom tepla – najlepšie skúsenosti sú s plynovými [[horák]]mi z dôvodu ich dobrej regulovateľnosti a účinnosti. Vonkajšie [[spaľovanie]] je pritom dokonalejšie (lepšie využitie paliva), s menším množstvom škodlivých splodín{{chýba citácia}}. (Žiaden z iných dosiaľ skonštruovaných motorov nie je schopný využiť tak širokú skupinu energií ako práve Stirlingov motor.)

Je to, ako vyplýva z termodynamického popisu cyklu, [[uzatvorený termodynamický systém]], žiadna látka do motora nevstupuje, ani z neho nevystupuje, teda je možné použiť najvhodnejšiu pracovnú látku ako náplň do valca. Nepotrebuje [[olej]], ktorý sa pri [[dvojtaktný spaľovací motor|dvojtaktných spaľovacích motoroch]] primiešava do paliva – a tým sa uvoľňuje do ovzdušia menej škodlivín.

Z konštrukčného hľadiska má Stirlingov motor ďalšie výhody. Je to robustné zariadenie, ktoré sa ľahko obsluhuje, nie je komplikované ako spaľovacie motory. Z dôvodu jednoduchej konštrukcie, pomalých otáčok, robustnosti a malého množstva pohyblivých častí má zariadenie tichý chod. Zariadenie je celé zapuzdrené, tesné, bezpečné a spoľahlivé – je ho možné použiť napr. vo výbušnom prostredí, vie pracovať pod vodou, vo vákuu. Keďže nedochádza k spaľovaniu paliva vo vnútri motora, nevzniká zbytočný [[hluk]] a [[vibrácie]] – motor má vyššiu životnosť, jeho súčiastky sú menej namáhané ako pri spaľovacích motoroch.

Za predpokladu, že Stirlingov motor je správne navrhnutý a zostrojený, je jeho účinnosť minimálne taká, ako pri najlepších vznetových motoroch. Za predpokladu použitia keramických častí motora, jeho účinnosť a výkon vzrastie.

Jednou z neoceniteľných ''predností'', ako už bolo vyššie spomenuté je, že na pohon motora je možné použiť rôzne palivá, aj menej ušľachtilé, čo má veľký význam pri viacpalivových prevedeniach:
* [[zemný plyn]] – so zemným plynom sa dosahujú najlepšie výsledky, ako po ekonomickej stránke, tak aj po ekologickej. Spaľovanie prebieha pri cca 650 °C, a keďže ide o otvorené horenie, emisie sú niekoľko násobne nižšie ako pri klasických spaľovacích obehoch.
* tuhé palivo, aj odpad
* tekuté a plynné palivá
* využitie regeneratívnej energie z [[biomasa|biomasy]] – odpad v poľnohospodárstve, rastlinné zvyšky, [[drevné štiepky]], [[piliny]], [[kôra]], [[slama]], [[seno]]
** [[bioplyn]] – plyn zo skládok, z čistiarní odpadových vôd, [[koksový plyn]], [[banský plyn]]…
* [[slnečná energia]]
* [[geotermálne energia]]
* odpadové teplo

Stirlingov motor je možné využiť aj ako ''[[chladiaci stroj]]'' bez FCKW plynov, ale aj na skvapalňovanie plynov.
Tak ako každé zariadenie má aj Stirlingov motor svoje pozitíva a negatíva. Negatívne vlastnosti zariadenia sa prejavia najmä vtedy, keď technické riešenie motora a jeho aplikácie nie je vhodne zvládnuté – čiže nejde ani tak o negatívum motora samotného – jeho princípu, ako o konštrukčné a technické problémy pri jeho návrhu a výrobe. 

Za predpokladu, že je potrebné napr. navrhnúť a vyrobiť motor malých rozmerov a hmotnosti – je potrebné, aby tlak pracovného plynu v motore bol cca 15 MPa a relatívne vysoké pracovné otáčky (3000 – 4000 ot/min.). S tým sú spojené problémy charakteru – kvalitné tesnenie a materiály pre teplú časť motora.

=== Použitie v kogenerácii ===
Je možné zostrojiť motor o relatívne malom výkone – iba niekoľko [[Watt (jednotka)|wattov]] (demonštračné funkčné zariadenie, kde rozdiel teplôt, ktorý uvedie motor do pohybu je niekoľko stupňov Celzia – rádove (5-6) °C – ale to je krajný extrém), čo ponúka určité možnosti nasadenia práve Stirlingového motora v tzv. mikrokogenerácii t. j. tam, kde je síce potreba [[elektrická energia|elektrickej energie]], ale pri splnení požiadavky 6000 prevádzkových hodín, nie je možné použiť z dôvodu nízkej trvalej potreby elektrickej energie bežné [[kogeneračná jednotka|kogeneračné jednotky]] – na báze spaľovania zemného plynu, ktoré sa vyrábajú až od výkonu 5-6 kWel, čo predstavuje výkon, ktorý nie je možné využiť počas roka.

Príklad: Bežný rodinný dom – bez bazénov, klimatizácie…, byt v čase neprítomnosti obyvateľov počas dňa, má trvalú potrebu el. energie veľmi nízku. V prevádzke je malý počet zariadení, ktoré pre svoju prevádzku potrebujú neustále byť pripojené na el. sieť – [[chladnička]], [[mraznička]], zariadenia v tzv. spiacom režime…, po príchode obyvateľov – osvetlenie, zvlhčovač vzduchu, príprava teplej úžitkovej vody atď. A práve tam je možné použiť Stirlingov motor o potrebnom (malom) výkone. 

Elektrická účinnosť motora malého výkonu je relatívne nízka a pohybuje sa v rozsahu 10% (350 Wel),12,5% (800 Wel) a 25% (3000 Wel) <ref>{{cite book
  | last = Brand
  | first = Ir. W. K.
  | title = The Stirling Engine, Decentralised Cogeneration & The Clima Change Challenge
  | publisher = Cogen Europe
  | year = 1997
}}</ref>. V ďalšom je možné uvažovať o spojení Stirlingovho motora s [[tepelné čerpadlo|tepelným čerpadlom]], kde dôjde k lepšiemu využitiu tepelnej energie, resp. primárnych zdrojov. [[Tepelná účinnosť]] použiteľného Stirlingovho motora sa pohybuje v rozmedzí 60 – 70%, elektrická 20 – 30%, teda [[celková účinnosť]] je okolo 90% {{chýba citácia}} (použiteľný v zmysle prevádzkovom. Nemá totiž význam hovoriť o kogenerácii o výkone 350 W). Prevádzkový čas 5 000 – 10 000 hodín bez údržby a dlhý čas po prvú [[generálna oprava|generálnu opravu]], čo je cca 30 000 hodín{{chýba citácia}} zaručuje hospodárnu prevádzku kogenerácie aj zariadeniam o malom výkone (okolo 10 kWel), hospodárnejšiu ako pri použití zážihového motora.
 
Štúdia pre spoločnosť Forst & Sullivan<ref>{{cite journal
 |first=Rastislav
 |last=Isteník
 |year=2005
 |month=March
 |title=The Stirling engine and its thermal efficiency
 |journal=MECCA - Journal of Middle European Construction and Design of Cars
 |volume=III.
 |issue=No. 1
 |pages=19–24
 |publisher=ČVUT, Praha, Czech Republic
 |issn=ISSN 1214-0821
 |url=http://bozek.cvut.cz/mecca/2005/1_05-istenik-en.pdf
 |accessdate=2011-11-19
 }}{{Nedostupný zdroj|date=október 2023 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref> poukázala na fakt, že za priaznivých okolností môžu byť Stirlingove motory na trhu skôr ako palivové články – a to práve z dôvodu ich možnosti nasadenia ako viacpalivových zariadení – (zemný plyn/iné palivo ako záloha) a jednoduchšej výrobe.

== Referencie ==
<references/>

Použitá literatúra:
* [1] Š. Antal: Termodynamika, STU Bratislava, Edičné stredisko STU BA 1992
* [2] BWK 1-2 / 99 jan./feb., str. 8, Springer VDI Verlag
* [3] J. Majer a kol.: Energetické stroje, SNTL/ALFA, Praha 1969

== Iné projekty ==
{{Projekt|commons=Category:Stirling engine}} 

== Externé odkazy ==
* [http://www.solo-germany.com/deutsch/inhalt/chronik_92-96 solo germany chronik]{{Nedostupný zdroj|date=október 2023 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }} {{deu icon}}
* [http://home.germany.net/101-276996/fette.htm home germany] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20060707215050/http://home.germany.net/101-276996/fette.htm |date=2006-07-07 }} {{deu icon}}
* [http://www.energienetz.de/verbraucherpower/steuerung-home/Fachthemen/kwk-links.html energienetz verbraucherpower] {{deu icon}}
* [http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/ http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/] {{eng icon}}

[[Kategória:Piestové spaľovacie motory]]
[[Kategória:Eponymické termíny v technike]]