Coraz większy i szybszy postęp technologiczny, jaki obserwujemy w ostatnich latach oraz coraz śmielsze spoglądanie ku odnawialnym źródłom energii doprowadziły do konieczności poszukiwania nowych rozwiązań praktycznie we wszystkich dziedzinach życia.
Ciekawym podejściem w tym pędzie do przodu jest spojrzenie wstecz, przecież nie da się wymyślić koła drugi raz. A jeśli istnieją już wynalazki i rozwiązania, które wyprzedzały swoją epokę i tylko przez brak technologii zostały schowane w archiwach, czekając w ukryciu aż ktoś je wyciągnie, aby mogły pracować ku chwale swoich wynalazców.
Wszyscy na pewno już słyszeli o Tesli, Elonie Musku i samochodach z silnikiem elektrycznym. Jedni nazywaj je genialnym rozwiązaniem inni całkowitą hipokryzją, przecież prąd do ładowania akumulatorów w samochodzie trzeba wytworzyć, przeważnie w elektrowniach tradycyjnych, czyli takich opalanych węglem.
A co jeśli istnieje silnik, który nie potrzebuje prądu, wszyscy krzykną no przecież są silniki benzynowe i diesle. Więc rozwijając myśl, a co jeśli istnieje silni, który nie wymaga ani prądu ani też benzyny czy ropy?
Silnik Stirlinga, czyli jaki?
I w tym miejscu przechodzimy do postaci Roberta Stirlinga, szkockiego duchownego i wynalazcy, który wynalazł silnik tłokowy napędzany poprzez zmianę temperatury zamkniętego w nim gazu. Silnik potrafiący zamienić energię cieplną na mechaniczną. I już słyszę te głosy, no tak, energia cieplna, czyli jednak paliwo! Różnica między silnikami spalinowymi stosowanymi we współczesnych samochodach a ponad 200 letnim silnikiem Stirlinga jest taka, że obecnie silniki pracują na zasadzie spalania dokładnie dobranej mieszanki paliwowej a komorze spalania, a silnikowi Stirlinga należy po porostu dostarczyć ciepło. Może się do tego nadać wszystko, wystarczy, że będziemy mieli obok silnika piec grzewczy i w nim rozpalimy, a czy to będzie węgiel, drewno, liście z drzewa, śmieci czy… energia słoneczna, dla samego silnika nie ma to już znaczenia.
Zresztą silniki te mogą mieć zastosowanie nie tylko w motoryzacji, wystarczy spojrzeć na historię silnika Stirlinga. Pierwszy silnik tego typu pracował w kamieniołomie i służył do usuwania wody, ze względu na swoją awaryjność został zastąpiony silnikiem parowym. W trakcie krachu na paliwa kopalniane w XX wieku silnik Stirlinga wraca do łask, został nawet wyprodukowany seryjnie generator o mocy 200 W właśnie z zastosowaniem tego silnika. Ale największym sukcesem było zastosowanie, w latach 80, silnika Stirlinga na okrętach podwodnych, gdzie pracowały jako źródło energii.
Jak więc działa to cudo i dlaczego współcześnie niewielu o nim słyszało?
Zasada działania silnika Stirlinga jest bardziej zbliżona do silników parowych niż spalinowych. Przede wszystkim silnik Stirlinga jest układem zamkniętym z gazem o dużej przewodności cieplnej, np. wodór lub hel. W silniku znajdują się dwa tłoki, gaz umieszczony w podgrzewanej strefie doznaje wzrostu ciśnienia i przepycha tłok roboczy, przekazując mu energię. Następnie drugi tłok przemieszcza gaz roboczy do strefy chłodzącej, gdzie zmniejsza on swoją objętość, cofając tłok roboczy. Cykl zamyka się, gdy gaz wraca do komory grzewczej.
Opracowane jest kilka rodzajów silnika Stirlinga. Pierwszy, najbardziej zaawansowany, to silnik typu Alfa. Składa się on z dwóch cylindrów połączonych ze sobą przewodem, którym przepływa gaz. W jednej komorze gaz jest podgrzewany a w drugiej schładzany, co powoduje naprzemienne poruszanie się tłoków.
Silnik typu Beta – w tym silniku znajduje się tylko jeden cylinder, w którym pracują dwa tłoki. W odróżnieniu od silnika typu Alfa w typie beta tłoki są różnej wielkości. Tłok ciepły jest mniejszy, aby mógł przepuszczać część gazu do znajdującej się pod nim komory chłodzącej, a następnie po schłodzeniu gaz jest ponownie wypychany do ciepłej części cylindra.
Silnik typu Gamma – ten typ w budowie przypomina typ Beta, czyli ma jeden cylinder, ale tłoki znajdują się na dwóch osiach prostopadłych do siebie. Czyli mamy jeden cylinder, w którym porucza się tłok a zboku cylindra jest otwór, w którym porusza się drugi mniejszy tłoczek. Tłoki są ze sobą połączone i od siebie zależne do tego pracują w jednym cylindrze z dwoma otworami, więc nie można tutaj mówić o silniku dwucylindrowym.
Zalety silnika Stirlinga
Podstawową zaletą jest możliwość zastosowania dowolnego źródła ciepła, stąd obecne zainteresowanie tym silnikiem. W dobie gdzie technologia pozwala już na wykorzystanie energii słonecznej, jako źródła ciepła, budowa silnika Stirlinga nabiera realnych podstaw.
Drugą zaletą jest możliwość kontrolowania procesu spalania, nie ma tutaj skomplikowanej komory spalania jak w silnikach benzynowych czy dieslu gdzie w ciągu ułamków sekundy dochodzi do wybuchu paliwa. W silniku Stirlinga, nawet przy zastosowaniu paliwa do podgrzania gazu roboczego jesteśmy w stanie oczyścić spaliny praktycznie w 100% procentach, ponieważ proces spalania jest kontrolowany i ciągły.
Prostota budowy silnika Stirlinga również ma ogromne znaczenie. Nie ma tutaj rozrządu i specjalnych przekładni. A ze względu na sposób pracy, czyli rozprężanie i kurczenie gazu technicznego silnik jest praktycznie bezgłośny.
Jakie są wady tego silnika?
Podstawowym i praktycznie jedynym problemem, który spowodował, że silnik Stirlinga nie przyjął się w swoich czasach jest szczelność. Zastosowany gaz musi osiągać odpowiednie ciśnienie dla wydajnej pracy silnika, problematyczne jest utrzymanie szczelności tłoków, ale sądzę, że obecnie technologia pozwoli na zniwelowanie tego problemu i będziemy mogli cieszyć się świetnym, ekologicznym i cichym silnikiem.
