Opetuskäyttöön soveltuvan pienen skaalan Stirling-koneen suunnittelu

Abstract

Tässä kandidaatintyössä käsitellään Stirling-koneita ja niiden toimintaa. Kandidaatintyön osana suunnitellaan opetuskäyttöön soveltuva pienen kokoluokan Stirling-kone. Stirlingkone on lämpötilaeroon perustuva mekaanista työtä tuottava kone.

Stirling-kone keksittiin 1800-luvun alkupuolella, mutta koneen kehitys on ollut melko hidasta. Koneen suurimpana erona bensiini- tai dieselmoottoriin on lämmönlähde. Bensiini- ja dieselmoottoreissa polttoaine palaa sylinterin sisäpuolella, kun taas Stirling-koneessa lämmönlähde on koneen ulkopuolella. Tämä mahdollistaa käytännössä kaikkien polttoaineiden tai lämmönlähteiden hyödyntämisen Stirling-moottorissa. Nykypäivänä Stirling-koneita hyödynnetään esimerkiksi sukellusveneissä, mutta kokonaisuudessaan keksintö on jäänyt melko vähälle käytölle. Yksinkertaisen rakenteensa ansiosta Stirling-kone on kuitenkin oiva työkalu termodynaamisten ilmiöiden havainnollistamiseen.

Kandidaatintyö sisältää ohjeet oman Stirling-koneen suunnitteluun ja kasaamiseen. Koneen materiaalikustannukset olivat noin 50 euroa, mutta ostetuista materiaaleista riittää useamman Stirling-koneen kasaukseen.

This bachelor’s thesis includes examination about Stirling-engines and its operation. Small-scale Stirling-engine, that is suitable for educational use, was designed as part of this thesis. Stirling-engine is a machine that produces mechanical work. The operation is based on temperature difference.

Stirling-engine was invented in the early 19th century, but the development of the engine has been quite slow. The biggest difference compared to a gasoline or diesel engines is the heat source. In gasoline and diesel engines, the fuel burns inside the cylinder, while in a Stirling engine, the heat source is outside the engine. This enables utilization of practically any fuel or heat source. Stirling-engines can be used for example in submarines, but overall, the utilization of the invention has remained rather small. However, because of the characteristics of a Stirling-engine, it is a great tool for illustrating thermal phenomena.

The bachelor's thesis contains instructions for designing and assembling your own Stirling-engine. The material costs were around 50 euros, but the purchased materials are enough to assemble several engines.