Тепло подводят снаружи
В двигателе Стирлинга топливо не сгорает внутри цилиндра: рабочий газ — обычно воздух или другой газ — остаётся запертым в замкнутом объёме. Тепло поступает через стенку от внешнего источника, а на другой стороне цилиндра газ охлаждается. Это позволяет использовать разные источники тепла, если между нагретой и холодной частями есть разница температур.
Как тепло превращается в движение
Внутри двигателя газ попеременно перемещается между горячей и холодной зонами. Для этого служит вытеснитель — деталь, которая не столько сжимает газ, сколько направляет его поток. В горячей зоне газ расширяется и давит на рабочий поршень; в холодной остывает, его давление падает, и поршень возвращается. Поршень соединён с механизмом, который согласует его движение с перемещением вытеснителя и превращает толчки в непрерывное вращение вала.
Так двигатель получает работу не от одного нагрева, а от повторяющегося цикла: подвод тепла, расширение, охлаждение и сжатие. Чем больше перепад температур между горячей и холодной сторонами, тем легче поддерживать этот цикл.
Зачем внутри нужен теплообмен
Во многих двигателях Стирлинга есть регенератор — пористая вставка, которая временно принимает тепло у проходящего горячего газа и отдаёт его при обратном движении. Газу требуется меньше тепла от внешнего источника, а охлаждающей стороне — меньше работы по отводу тепла. Это помогает сделать двигатель эффективнее.
Чашка кофе может запустить небольшой демонстрационный мотор, если его холодная часть остаётся заметно прохладнее. Но доступного тепла мало, поэтому такой двигатель обычно вращает лёгкий механизм, а не выполняет полезную тяжёлую работу.
