تاريخچه

موتور استرلينگ اولين بار در 27 سپتامبر در سال 1816 توسط رابرت استرلينگ در اسكاتلند (چنسري، ادينبرگ) اختراع شد كه امن‌تر و اقتصادي‌تر از موتورهاي بخار آن روزگار بنظر ميرسيد (از نظر انفجار). اولين نمونه قابل توجه در سال 1850 توسط پروفسور Mc Quorne Rankine ارايه شد و تقريباٌ 100 سال بعد به عنوان موتور استرلينگ به انواع موتورهاي گازي با چرخه بسته اطلاق شد.

با وجود اين موتورهاي اتو (Otto) و ديزل (Diesel) كه به ترتيب در سال‌هاي 1877 و 1893 اختراع شدند بيشتر مورد استقبال قرار گفتند (از لحاظ ظرفيت). بعد از مدتها در سال 1940 موتور استرلينگ دوباره مورد توجه قرار گرفت. در اين سال شركت فيليپس تحقيقاتي روي اين موتور بعنوان يك منبع توليد نيروي قابل حمل شروع كرد. در سال 1950 يك نمونهW  200 از اين موتور كه ميتوانست در قدرت‌هاي پايين كار كند آماده شد. اما اين موتور باز هم مورد استقبال قرار نگرفت زيرا مصادف شد با ورود ترانزيستور. از آن زمان تاكنون موتور استرلينگ در اروپا و آمريكا و 20 سال بعد در ژاپن مورد مطالعه دقيق قرار گرفته است خصوصاٌ بعد از شوك نفتي سال 1973. در حال حاضر نمونه‌هايي از اين موتور در سرتاسر جهان مورد استفاده قرار گرفته است. مثل موتور استرلينگ خورشيدي، چشمه‌هاي آب گرم، سيستم تهويه مطبوع استرلينگ، يخچال استرلينگ، سيستم توليد نيرو زيردريايي كه بي‌سروصدا بودن آن خيلي مهم است. در آينده‌اي نزديك شاهد نسل نويني از اين موتورها و كاربردهاي جديد آن خواهيم بود مثل:

Stirling Cryo – Coolero Vuilleumier Heat pump, Solar Power System, Underwater Vehicle

رابرت استرلينگ تا سن 86 سالگي در كليساي اسكاتلند بعنوان مبلغ مذهبي خدمت ميكرد و اوقات فراغت خود را روي ساخت و تكميل يك نمونه موتور گرمايي از اين نوع در كارگاه كوچك منزل خود ميگذراند.0

مزاياي موتور استرلينگ

امروزه از موتور استرلينگ در موارد بسيار تخصصي مثل زيردريايي و مولدهاي كمكي، جاييكه عملكرد بي‌سروصدا اهميت دارد، استفاده ميشود. اين موتورها يك دسته از موتورهاي حرارتي خاص هستند زيرا بازده آنها تقريباً نزديك ماكزيمم بازدهي است كه توسط تئوري پيش بيني ميشود (بازده چرخه كارنو). اين موتور با گاز كار ميكند. انبساط آن هنگام گرم شدن و انقباض آن هنگام سردشدن نيروي اين موتور را تامين ميكند. اين مقدار گاز بين دو انتهاي سرد و گرم در حركت است و هيچگاه از اين چرخه خارج نميشود. يك پيستون وظيفه انتقال گاز به دو منبع سرد و گرم را انجام ميدهد كه حركت آن ناشي از انبساط و انقباض حجم گاز است.

همانطور كه گفته شد اين گاز هيچوقت از موتور استرلينگ خارج نميشود. اين موتور برخلاف موتورهاي ديزلي يا بنزيني هيچ كانال تخليه ندارد زيرا اساس كار آن بر احتراق سوخت نيست بنابراين كاملاً بي صدا عمل ميكند. منبع تامين گرماي آن ميتواند انرژي خورشيدي، سوخت‌هاي فسيلي يا هر نوع گرماي اتلاف شده در طبيعت باشد.

نوعي از اين موتور بنام موتور استرلينگ خورشيدي كه توسط شركت Stirling Energy System Inc. تهيه شده است از سال 1984 تا حال حاضر مدت 20 سال است كه در نهايت بازدهي مؤثر در حدود 30000 ساعت تابش نور خورشيد را به انرژي الكتريكي تبديل كرده است. اين شركت در حال حاضر با سرمايه‌گذاري مشترك شركت بويينگ و دپارتمان انرژي ايالات متحده و لابراتوار ملي سانيدا (Sanida) مشغول كار روي استفاده اقتصادي از اين سيستم هستند.

موتور استرلينگ چگونه كار مي‌كند؟

موتورهاي استرلينگ دو پيستون دارند كه با هم اختلاف فاز زاويه‌اي 90 درجه دارند و دو مخزن دمايي مختلف دارند. گاز درون اين مجموعه كاملاً محبوس شده است و از مجموعه خارج نميشود. دو نوع اصلي اين موتورها عبارتند از موتورهاي استرلينگ دو پيستونه و موتورهاي استرلينگ جابجا كننده . كه نحوه كار هركدام در شكل‌هاي زير توصيف شده است.

اين دو نوع اصلي ميتوانند در مدل‌ها و ساختارهاي مختلف منطبق با نوع كاربرد آن طراحي شوند.

موتور استرلينگ يك موتور احتراق خارجي است و تقريباً مثل موتور بخار عمل ميكند اما سوخت آن موضوع مهمي نيست و ميتواند با هر منبع توليد گرما كار كند. گاز محصور شده در آن (هوا، هليوم يا هرچيز ديگر) با گرم شدن دچار افزايش فشار ميشود. اين افزايش فشار باعث هل دادن پيستون و انجام كار ميشود. گاز سپس سرد ميشود و فشار آن كاهش مييابد و پيستون دوباره به محل اوليه خود برميگردد. اين گاز مرتباً با همان مقدار گاز ثابت اوليه تكرار ميشود. در اين فرايند هيچ احتراق، جرقه، مصرف سوخت و ... اتفاق نمي‌افتد.