스털링 기관의 원리와 장단점을 파헤쳐보자.

닫힌 공간의 가스를 압축 및 팽창 시켜 열에너지를 운동에너지로 바꾸는 장치를 스털링 기관이라고 한다. STIRLING ENGINE, 열역학 이론상으로 가장 효율성이 높고 다른 기관들 처럼 폭발행정이 없어 연소할때 진동이나 소음이 없다.

외연기관에 속하는 스털링 기관은 석유나 천연가스를 비롯해 모든 열원을 이용할 수 있다. 특히 목질계 연료, 폐열, 태양열과 같은 원료를 사용하여 열에너지를 생산할 수 있다. 스털링 기관은 1816년 목사 스털링이 개발하여 증기기관과 내연기관의 역사에 크게 이바지 하였다.

관련기술이나 내열재료, 실 기술의 발전을 드높였고, 에너지 절약과 대체에너지의 기술 개발에 힘썼다. 특히 고효율성을 높이기 위해 소형발전기를 지속적으로 개발하였고 바이오매스를 통해 폐열을 더욱더 효율적으로 에너지를 생산해냈다.

스털링 기관의 원리는 운동학적 기구를 사용하는데 롬빅이라는 기구를 통해 상하로 운동하여 에너지를 생산시킨다. 저온부가 위쪽으로 이동하면서 디스플레이에 기체와 혼합체를 사용한다. 이때 순수기체인 수소와 헬륨이 사용되면서 다시 아래쪽으로 운동을 반복한다.

작동의 유체라 할 수 있는 롬빅 기구는 시스템 안의 전체 압력을 상승시켜 더욱더 빠른 속도로 운동을 시킨다. 이에 동력이 증가함에 따라 피스톤이 빠르게 회전하며 에너지를 저장시킨다. 크랭크 축이 회전할때 상하로 움직이면서 냉각 시스템까지 압력을 하락시킨다. 이에 작동유체가 수축을 반복한다.

팽창 에너지의 기반은 작동유체로 인해 시작되며 사이클이 진행될때 마다 크랭크가 회전하다. 이 경우 크랭크 축이 회전하기 위한 충분 조건이 피스톤을 압축시키는 건데 고온부와 저온부를 반복적으로 이동해야 한다. 이 사이클을 반복하기 위해선 엔진이 정지되며 충분한 에너지를 저장시키기 위해선 팽창으로 만들어진 에너지가 필요하다.

외부에서 생산할 수 있는 동력또한 스털링 기관에서 해결할 수 있다. 스털링 기관은 알파와 베타, 감마, 델타, 더블 액팅 스털링 엔진으로 구별된다. 알파의 경우 두개의 피스톤이 움직이고 위상각을 통해 압축, 팽창을 반복한다. 실린더에 위치한 고온부, 저온부가 2개의 피스톤을 통해 에너지를 발생시킨다.

베타는 디스플레이서와 실린더로 구성되어 있으며 팽창과 수축을 반복한다. 동력인 피스톤은 구동학적인 장치를 통해 움직임이 정해져 있으나 피스톤의 로드는 한계선이 존재한다. 구분벽이란 것이 존재하는데 구조상 동력원인 피스톤과 디스플레이서의 사이에서 탄생한다.

감마 스털링 기관은 학계에서 관심을 갖지 않는 이론중 하나이다. 파워 피스톤이 3개의 실린더를 통해 작동되며 각각 저온부, 고온부에 위치하면서 압력과 팽창을 동시에 구현해 낸다.