Japánban már több száz évvel ez előtt alkalmazták egy gőz munkaközeget tartalmazó stirling felépítésű gépet, mégpedig egy termoakusztikusat. A papok Istentől származtatott hangot csaltak ki a fazékból (gőzkondenzátornak barna rizst használtak), A hang segítségével ördögöt űztek és jósoltak:
Egy japán oldal ezekkel a gőz termoakusztikus stirling kísérletekkel:
A hőlégmotor és a gőzgép tudatos ötvözésének kísérletéről már az 1700-as évek végéről vannak feljegyzések. Akkor azonban sokszor téves elképzelésre alapoztak. A gőzt és a levegőt általában összekeverték. (Mi gőzt akarunk használni egyszerűbb stirling technológiával, és bár működik benne levegő is, nem keverjük a gőzzel)
A gőzgépeket a mai napig használják, a gőz, mint munkaközeg alkalmas arra, hogy jó hőerőgépet építsünk rá.
Carnot tétele a gőzgépekre is vonatkoznak. Vagyis a hatásfokot felülről korlátozza ez az egyenlet:
h=1-(Tc/Th)
laikusoknak lefordítva:
Hatásfok= 1- (hideg oldal, vagyis itt az a hőmérséklet, amikor a gőzből újra víz lesz (Kelvinbe kell számolni) / a meleg oldal, vagyis itt a gőz hőmérséklete.)
Amikor egyszerűen csak a kazán alját melegítem, nem tudom a gőz hőmérsékletét megnövelni a 100 foknál sokkal melegebbre, a gőz viszont 100 fok alatt kondenzálódik vízzé, vagyis igen kis hőmérséklet különbséggel működik a gép, ezért elméleti hatásfoka 0.1% -nál nem lehet magasabb.
Gőz táblázat:
http://www.engineeringtoolbox.com/saturated-steam-properties-d_457.html
Ugyanakkor ha légköri nyomást használunk, a 100 fok Celsius hőmérsékletű gőz, mint munkaközeg, hatásfoka 2,7-szer nagyobb lehet egy 150 fok Celsius meleg oldali hőmérsékletű levegős stirling gépnél.
Angol nyelvű topic ebben a témában:
http://stirlingengineforum.com/viewtopic.php?f=1&t=309&p=5632#p5632
Gyakorlati kísérletben összehasonlítom a forró levegőt a gőz tágulásával:
http://www.youtube.com/watch?v=lEsuTXXq5nI
Ha azonban a gőzt tovább melegítjük (túlhevítjük), mondjuk megemeljük a hőmérsékletét csak 200 fok Celsiusra, az elméleti hatásfok már elérheti a 20%-ot ! Természetesen ez nem azt jelenti, hogy el is éri, csak azt, hogy ez a tétel már "megengedi" neki!
Példa a túlhevített gőzre:
http://www.youtube.com/watch?v=K-xzmybB9ho&feature=player_embedded
Általában a nyomás növelésével érnek el magasabb meleg oldali hőmérsékletet, mivel nagyobb nyomáson magasabb hőmérsékleten forr a víz. Ugyanakkor nagyjából annyiszor kisebbet fog a gőz tágulni, ahányszoros nyomás alá helyezzük.
Jelenleg nem ismerek olyan gőzgépet, amely légköri nyomáson lenne túlhevítve és így nagyobb hatásfokot érne el.
Először a japán termoakusztikus kísérletet próbáltam ki, amelyről a termoakusztikus gépek oldalának alján olvashatsz.
Másodjára egy thermal lag gépet fejlesztettem, amelyről a thermal lag és lamina flow gépeknél olvashatsz többet.
Harmadjára a Manson szerkezetet próbáltam ki, de nem vagyok meggyőződve, hogy szeleppel jobb, mint szelep nélkül (leszámítva a tűszúrásnyi lyukat, amin beáll a középnyomás). Szelep nélkül nem biztos, hogy csak szivárgó Mansonként működött!
A hagyományos gamma elrendezést is kipróbáltam, de nem tudtam megállapítani melyik jobb, a 100 fokos gőzzel, vagy a gázlángon melegített levegővel.
További érdekes gép is működött.
