Одна из причин, по которой не утихает интерес к двигателю Стирлинга, изобретенному 200 лет назад, но так и не получившему распространение - это его всеядность. Как и любой двигатель внешнего сгорания, он привлекает возможностью получать электричество или механическую работу из любого тепла. Кроме того, данный двигатель может работать как холодильник/кондиционер или тепловой насос. При этом ему не требуется фреон – рабочим телом может быть воздух. А диапазон рабочих температур гораздо больше, чем у традиционных устройств. Вторая причина, это высокий КПД (теоретический). Например, для температур, которые возникают внутри ДВС, КПД двигателя Стирлинга мог бы быть выше 80%, а для ДВС «потолок» 50%. На картинке изображена популярная анимация из Википедии, показывающая принцип работы этого двигателя. Когда поршень-вытеснитель расположен в холодной части, газ (например, воздух) в горячей части расширяется и, обтекая вытеснитель (он не плотно прилегает к стенкам цилиндра), давит на рабочий поршень. Рабочий поршень крутит маховик, к которому, со смещением на 90% от шатуна рабочего поршня, прикреплен шток вытеснителя. В результате, маховик толкает вытеснитель в горячую часть цилиндра и газ из горячей области, попадает в холодную, после чего, уже охлажденный, сжимается рабочим поршнем. Затем, вытеснитель перемещается в холодную область, а газ в горячую и цикл повторяется. В чем недостаток подобной анимации? В том, что часто при попытках сделать рабочий вариант двигателя, ее (и подобные ей картинки) используют как руководство по созданию двигателя. А ведь это всего лишь наглядное пособие, для демонстрации общих принципов работы. В таком виде только игрушку можно собрать. Если же делать двигатель, имеющий сколько-нибудь приемлемый КПД и более-менее ощутимую мощность, необходимо более детальное изучение вопроса. Это совсем не сложно, поэтому удивляют люди, которые вместо того, чтобы потратить немного времени на более глубокое изучение вопроса, тратят недели на создание двигателей, которые, несмотря на внушительные размеры, не способны развивать сколько-нибудь заметную мощность. Чего не хватает таким самодельным двигателям? Много чего – хорошей тепловой изоляции горячей части от окружающего воздуха, рекуператора, который использует горячие газы, для нагрева воздуха, поступающего в топку, хорошего регенератора (его назначение часто не понимают). Это все требуется для обеспечения хорошего КПД и об этом я расскажу в ряде следующих статей, а здесь я начну с мощности двигателя. И так, от чего же зависит мощность? В первую очередь от количества тепла, которое может «принять» и преобразовать в работу двигатель Стирлинга. Газ обладает небольшой теплоемкостью, поэтому его требуется много – для мощности в 1 кВт, требуется не менее 2 литров воздуха. Но это при очень хорошем исполнении всех деталей. На практике, требуется 3-5 литров. НО! Газ обладает еще и очень низкой теплопроводность и нагревается только часть газа, находящаяся у стенок цилиндра. Поэтому, когда размер цилиндра увеличивается, то увеличивается и объем газа не участвующий в работе. То есть на рисунке выше, равномерный нагрев газа сильно идеализирован и, по факту, процессы в цилиндре ближе к этой картинке:

Таким образом, при увеличении объема в 4 раза, мощность увеличивается только в 2 раза, при увеличении объема в 25 раз, мощность увеличится в 5 раз. По этой причине, основным путем увеличения мощности двигателя, в промышленных разработках, стало не увеличение объема, а увеличение количества газа в малом объеме. То есть закачивание в цилиндр газа под большим давлением – 100-200 атмосфер. Естественно, это приводит к проблемам герметичности и повышенным требованиям к материалам. Поэтому промышленные варианты двигателя слишком дорогие и, несмотря на небольшой рабочий объем (0,5-2,0 литра), весят 100-200 кг. А в домашних или полукустарных условиях такой вообще не создать. Но, есть вариант увеличивать мощность пропорционально объему цилиндра. Это достаточно простой способ, идея которого появилась совсем недавно и еще не получила распространения (подробнее - http://zayvka2016131416.blogspot.ru/ ). Для того, чтобы весь газ в цилиндре участвовал в работе, а скорость нагрева и охлаждения ощутимо увеличилась, необходимо обеспечить обдувание газом стенок цилиндра. То есть создать внутри цилиндра принудительную конвекцию – потоки в газе. Каким образом? Самый простой, это расположить вентиляторы внутри цилиндра. Тогда возможно наращивать объем сколько угодно. Но повышенное давление все же желательно – хотя бы 3-5 атм. Потому что при атмосферном давлении отношение полезной работы к потерям на трение, на движение вытеснителя и т.п. слишком мало. В итоге, чтобы создать в «гаражных» условиях двигатель Стирлинга мощностью 1 кВт и более, требуется закачать в цилиндр воздух под давлением 3-5 атм. (автомобильным компрессором или насосом) и, обязательно, обеспечить принудительную конвекцию внутри цилиндра. Ну а о том, как улучшить КПД двигателя, о подборе материалов и о том, как рассчитать оптимальный ход рабочего поршня, а также о холодильниках и тепловых насосах, я расскажу в следующих статьях. И, если эта тема вас интересует, советую присоединиться к этой группе, чтобы узнать о выходе этих статей - https://ok.ru/group/55226165559320. Темы группы: О том как важен регенератор для двигателя Стирлинга - https://ok.ru/group/55226165559320/topic/65743383109656 Каким должен быть регенератор- https://ok.ru/group/55226165559320/topic/65753189392408 О том, почему КПД двигателей Стирлинга не смогли поднять выше 40% - https://ok.ru/group/55226165559320/topic/65777624358936