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史特林發動機

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BetaStirlingTG4web.jpg

長型斯特林機剖面圖:

  • 粉紅–高溫汽缸壁
  • 深灰–低溫汽缸壁(透過黃色通道注入和排出冷卻液)
  • 深綠–溫度隔離壁
  • 淺綠–配氣活塞
  • 深藍–活塞
  • 淺藍–曲柄和齒輪
不在圖上的:熱源和冷源。

史特林發動機(Stirling Engine)是一種閉循環活塞式熱機。閉循環的意思是工作燃氣一直保存在氣缸內,而開循環則如內燃機和一些蒸汽機需要與大氣交換氣體。史特林發動機一般被歸為外燃機

歷史[編輯]

倫敦的牧師羅巴特斯特林(Robert Stirling)於1816年發明的,

所以命名為「史特林發動機」(Stirling engine)。

工作原理[編輯]

史特林發動機通過氣體在冷熱環境轉換時的熱脹冷縮做功。發動機內的工作氣體處於封閉中,本身不參與任何形式的能量轉換,因此可以用惰性氣體來作為工質。以簡單的雙缸斯特林為例,史特林發動機的工作過程可以分為如下幾個階段[1]

  1. 右側氣缸受熱,右側活塞上升,接近於等溫膨脹過程。
  2. 工作氣體進入左側氣缸,左側活塞上升,右側活塞下降,接近於等容放熱過程。
  3. 左側氣缸被冷卻,左側活塞下降,接近於等溫壓縮過程。
  4. 工作氣體進入右側氣缸,接近於等容吸熱過程,完成一個循環。

理想情況下,等容放熱量與等容吸熱量相同,等溫膨脹吸熱量高於等溫壓縮放熱量,輸出機械能。

配氣活塞史特林發動機

配氣活塞式史特林發動機的原理,配氣活塞史特林發動機有配氣活塞和動力活塞兩個活塞。其中配氣活塞並不密封,氣體可以從其和氣缸間的縫隙中自由流動:

  1. 底部氣體受熱,配氣活塞向上運動。
  2. 配氣活塞上部氣體受到壓迫,一部分推動動力活塞運動,一部分從縫隙中進入配氣活塞底部受熱膨脹繼續推動配氣活塞。
  3. 動力活塞轉動,帶動飛輪,飛輪帶動配氣活塞向下運動。
  4. 配氣活塞壓迫氣體進入上方,氣體被冷卻收縮,配氣活塞上升,完成一個循環。

背景[編輯]

在將熱變成機械功的轉換上,斯特林引擎在真實的熱機中可達最高的熱效率,至多80%,僅受工作氣體和引擎材料的不理想性質限制,例如摩擦熱傳導性、抗張強度、緩慢、熔點等。

此引擎理論上可用任何足量的熱源運行,包括太陽能化學能核能

內燃機相比,斯特林引擎往往維修需求較低,更高效、更安靜、而且更可靠。它們傾向被應用於某些特殊用途以發揚其獨特優點。特別是首要目標非減低每單位功率的投資成本(金錢/千瓦),而是減低引擎產生每單位能量的成本(金錢/度)的時候。

很小的史特林發動機

在額定功率下,斯特林引擎的投資成本目前比內燃機引擎高,而且通常更大更重,因此這引擎科技很少單獨以此作為競爭基準。然而在一些用途上(例如需要靜音的潛艇[2]),適當的本益分析可令斯特林引擎優於內燃機引擎。

近年來,鑑於能源成本普遍上漲,能源短缺和全球暖化之類的環境問題,斯特林引擎的優點愈來愈顯著。也有人將史特林發動機運用在了實驗車輛上。[3] 對斯特林引擎科技提高興趣促進了斯特林裝置的研發。其應用涵蓋藉由不相容於內燃機的豐富能源抽水、宇基太空航行、發電,像是太陽能、農業廢料還有家庭垃圾。

另一個斯特林引擎的潛力是,若供應機械功,它可以作為一種熱泵。已有實驗利用風能驅動斯特林熱泵作為家用冷暖空調

相關條目[編輯]

資料來源[編輯]

延伸閱讀[編輯]

外部連結[編輯]