เครื่องยนต์สเตอร์ลิง (1 GIF) โรงไฟฟ้าเครื่องยนต์สเตอร์ลิง - ความเรียบง่าย ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม เครื่องยนต์เทอร์ไบน์สันดาปภายนอก

มันแทนที่โรงไฟฟ้าประเภทอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม งานที่มุ่งเป้าไปที่การละทิ้งการใช้หน่วยเหล่านี้ชี้ให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งผู้นำที่ใกล้เข้ามา

ตั้งแต่จุดเริ่มต้นของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี เมื่อการใช้เครื่องยนต์ที่เผาผลาญเชื้อเพลิงภายในเพิ่งเริ่มต้น ความเหนือกว่าของพวกเขาก็ไม่ชัดเจน เครื่องยนต์ไอน้ำในฐานะคู่แข่งมีข้อดีมากมาย: ควบคู่ไปกับพารามิเตอร์การลาก มันเงียบ กินทุกอย่าง ควบคุมและกำหนดค่าได้ง่าย แต่ความเบา ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพทำให้เครื่องยนต์สันดาปภายในควบคุมไอน้ำได้

ทุกวันนี้ ประเด็นด้านนิเวศวิทยา เศรษฐกิจ และความปลอดภัยอยู่ในระดับแนวหน้า สิ่งนี้บังคับให้วิศวกรโยนกองกำลังของพวกเขาไปยังหน่วยอนุกรมที่ทำงานบนแหล่งเชื้อเพลิงหมุนเวียน ในปีที่ 16 ของศตวรรษที่ 19 โรเบิร์ต สเตอร์ลิง จดทะเบียนเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนโดยแหล่งความร้อนภายนอก วิศวกรเชื่อว่าหน่วยนี้สามารถเปลี่ยนผู้นำสมัยใหม่ได้ เครื่องยนต์สเตอร์ลิงผสมผสานประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ การทำงานอย่างเงียบ ๆ กับเชื้อเพลิงใดๆ ทำให้ผลิตภัณฑ์นี้กลายเป็นผู้เล่นในตลาดยานยนต์

โรเบิร์ต สเตอร์ลิง (1790-1878):

ประวัติเครื่องยนต์สเตอร์ลิง

ในขั้นต้น การติดตั้งได้รับการพัฒนาโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อแทนที่เครื่องจักรที่ใช้ไอน้ำ หม้อไอน้ำของกลไกไอน้ำระเบิดเมื่อเกิน บรรทัดฐานที่อนุญาตความกดดัน. จากมุมมองนี้ สเตอร์ลิงปลอดภัยกว่ามาก โดยทำงานโดยใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิ

หลักการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงคือการสลับการจ่ายหรือขจัดความร้อนออกจากสารที่ทำงาน สารนั้นถูกปิดล้อมด้วยปริมาตรปิด บทบาทของสารทำงานกระทำโดยก๊าซหรือของเหลว มีสารที่ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบสองส่วน ก๊าซจะเปลี่ยนเป็นของเหลวและในทางกลับกัน เครื่องยนต์สเตอร์ลิงแบบลูกสูบเหลวมี: ขนาดเล็ก ทรงพลัง สร้างแรงดันสูง

การลดลงและเพิ่มขึ้นของปริมาตรของก๊าซในระหว่างการหล่อเย็นหรือการให้ความร้อนตามลำดับได้รับการยืนยันโดยกฎของอุณหพลศาสตร์ตามที่ส่วนประกอบทั้งหมด: ระดับความร้อน, ปริมาณของพื้นที่ที่ครอบครองโดยสาร, แรงที่กระทำต่อหน่วยพื้นที่ เกี่ยวข้องและอธิบายโดยสูตร:

P*V=n*R*T

• P คือแรงของก๊าซในเครื่องยนต์ต่อหน่วยพื้นที่
• V คือค่าเชิงปริมาณที่ครอบครองโดยก๊าซในพื้นที่เครื่องยนต์
• n คือปริมาณก๊าซในเครื่องยนต์
• R คือค่าคงที่ของก๊าซ;
• T คือระดับความร้อนของแก๊สในเครื่องยนต์ K

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงรุ่น:

เนื่องจากการติดตั้งไม่โอ้อวดเครื่องยนต์จึงแบ่งออกเป็น: เชื้อเพลิงแข็ง, เชื้อเพลิงเหลว, พลังงานแสงอาทิตย์, ปฏิกิริยาเคมีและความร้อนประเภทอื่นๆ

วัฏจักร

เครื่องยนต์สันดาปภายนอกของสเตอร์ลิงใช้ชุดปรากฏการณ์ที่มีชื่อเดียวกัน ผลของการกระทำอย่างต่อเนื่องในกลไกนั้นสูง ด้วยเหตุนี้จึงสามารถออกแบบเครื่องยนต์ที่มีคุณลักษณะที่ดีภายในขนาดปกติได้

ควรคำนึงว่าการออกแบบกลไกให้ฮีตเตอร์ ตู้เย็น และรีเจนเนอเรเตอร์ อุปกรณ์สำหรับขจัดความร้อนออกจากสารและคืนความร้อนในเวลาที่เหมาะสม

วงจรสเตอร์ลิงในอุดมคติ (แผนภาพ "อุณหภูมิ-ปริมาตร"):

ปรากฏการณ์วงกลมในอุดมคติ:

• 1-2 การเปลี่ยนแปลงขนาดเชิงเส้นของสารที่มีอุณหภูมิคงที่
• 2-3 การกำจัดความร้อนจากสารไปยังตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ช่องว่างของสารจะคงที่
• 3-4 บังคับให้ลดพื้นที่ที่ครอบครองโดยสารอุณหภูมิคงที่ความร้อนจะถูกลบออกไปยังเครื่องทำความเย็น
• 4-1 บังคับให้เพิ่มอุณหภูมิของสาร พื้นที่ว่างคงที่ ความร้อนถูกจ่ายจากตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

วงจรสเตอร์ลิงในอุดมคติ (แผนภาพความดัน-ปริมาตร):

จากการคำนวณ (โมล) ของสาร:

อินพุตความร้อน:

ความร้อนที่ได้รับจากตัวทำความเย็น:

ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนได้รับความร้อน (กระบวนการ 2-3) ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะปล่อยความร้อน (กระบวนการ 4-1):

R – ค่าคงที่ของแก๊สสากล;

CV - ความสามารถ ก๊าซในอุดมคติเก็บความร้อนด้วยพื้นที่ว่างคงที่

เนื่องจากการใช้เครื่องกำเนิดใหม่ ความร้อนส่วนหนึ่งยังคงอยู่ เป็นพลังงานของกลไก ซึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างปรากฏการณ์วงกลมที่ผ่านไป ตู้เย็นได้รับความร้อนน้อยลง ดังนั้นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจึงช่วยประหยัดความร้อนของเครื่องทำความร้อน ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพในการติดตั้ง

ประสิทธิภาพของปรากฏการณ์วงกลม:

ɳ =

เป็นที่น่าสังเกตว่าหากไม่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ชุดของกระบวนการสเตอร์ลิงจะเป็นไปได้ แต่ประสิทธิภาพของมันจะต่ำกว่ามาก การเรียกใช้ชุดของกระบวนการย้อนกลับจะนำไปสู่คำอธิบายของกลไกการทำความเย็น ในกรณีนี้การปรากฏตัวของเครื่องกำเนิดใหม่ เงื่อนไขบังคับเนื่องจากเมื่อผ่าน (3-2) มันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้สารร้อนจากเครื่องทำความเย็นอุณหภูมิจึงต่ำกว่ามาก นอกจากนี้ยังเป็นไปไม่ได้ที่จะให้ความร้อนแก่เครื่องทำความร้อน (1-4) ซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่า

หลักการของเครื่องยนต์

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง เรามาดูอุปกรณ์และความถี่ของปรากฏการณ์ของตัวเครื่องกัน กลไกนี้จะแปลงความร้อนที่ได้รับจากตัวทำความร้อนที่อยู่ภายนอกผลิตภัณฑ์ให้เป็นแรงบนร่างกาย กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิในสารทำงานที่อยู่ในวงจรปิด

หลักการทำงานของกลไกขึ้นอยู่กับการขยายตัวเนื่องจากความร้อน ก่อนการขยายตัว สารในวงจรปิดจะร้อนขึ้นทันที ดังนั้นก่อนที่จะถูกบีบอัดสารจะถูกทำให้เย็นลง ตัวกระบอกสูบเอง (1) ถูกห่อด้วยแจ็คเก็ตน้ำ (3) ความร้อนถูกจ่ายไปที่ด้านล่าง ลูกสูบที่ทำงาน (4) ถูกวางไว้ในปลอกหุ้มและปิดผนึกด้วยวงแหวน ระหว่างลูกสูบกับด้านล่างมีกลไกการกระจัด (2) ซึ่งมีช่องว่างที่สำคัญและเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ สารในวงจรปิดเคลื่อนที่ผ่านปริมาตรของห้องเพาะเลี้ยงเนื่องจากตัวกระจัด การเคลื่อนที่ของสสารถูกจำกัดในสองทิศทาง: ด้านล่างของลูกสูบ ด้านล่างของกระบอกสูบ การเคลื่อนที่ของดิสเพลสเซอร์นั้นมาจากแกน (5) ซึ่งเคลื่อนผ่านลูกสูบและทำงานโดยความเยื้องศูนย์ 90° ช้ากว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการขับลูกสูบ

• ตำแหน่ง "A":

ลูกสูบอยู่ในตำแหน่งต่ำสุด สารถูกทำให้เย็นโดยผนัง

• ตำแหน่ง "B":

ดิสเพลสเซอร์อยู่ที่ตำแหน่งบน เคลื่อนที่ ส่งสารผ่านช่องสุดท้ายไปที่ด้านล่าง และเย็นตัวลง ลูกสูบอยู่นิ่ง

• ตำแหน่ง "C":

สารได้รับความร้อนภายใต้การกระทำของความร้อนจะเพิ่มปริมาตรและยกตัวแผ่ออกพร้อมกับลูกสูบขึ้น งานเสร็จแล้วหลังจากนั้น displacer จมลงไปด้านล่างผลักสารออกและทำให้เย็นลง

• ตำแหน่ง "D":

ลูกสูบลงไปอัดสารหล่อเย็นเสร็จงานที่มีประโยชน์ มู่เล่ทำหน้าที่เป็นตัวสะสมพลังงานในการออกแบบ

โมเดลที่พิจารณาไม่มีตัวสร้างใหม่ดังนั้นประสิทธิภาพของกลไกจึงไม่สูง ความร้อนของสารหลังเลิกงานจะถูกขจัดออกสู่สารหล่อเย็นโดยใช้ผนัง อุณหภูมิไม่มีเวลาลดลงตามปริมาณที่ต้องการ ดังนั้นเวลาการทำความเย็นจะนานขึ้น ความเร็วของมอเตอร์จึงต่ำ

ประเภทของเครื่องยนต์

โครงสร้างมีหลายตัวเลือกโดยใช้หลักการสเตอร์ลิงประเภทหลักคือ:

การออกแบบนี้ใช้ลูกสูบสองอันที่วางอยู่ในรูปทรงที่ต่างกัน วงจรแรกใช้สำหรับให้ความร้อน วงจรที่สองใช้สำหรับทำความเย็น ดังนั้น ลูกสูบแต่ละตัวจึงมีตัวสร้างใหม่ (ร้อนและเย็น) อุปกรณ์มีอัตราส่วนกำลังต่อระดับเสียงที่ดี ข้อเสียคืออุณหภูมิของตัวสร้างความร้อนสร้างปัญหาในการออกแบบ

• เครื่องยนต์ "β - สเตอร์ลิง":

การออกแบบใช้วงจรปิดเพียงวงจรเดียว โดยมีอุณหภูมิต่างกันที่ปลาย (เย็น ร้อน) ลูกสูบที่มีตัวกระจัดกระจายอยู่ในโพรง displacer แบ่งพื้นที่ออกเป็นโซนเย็นและร้อน การแลกเปลี่ยนความเย็นและความร้อนเกิดขึ้นจากการปั๊มสารผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โครงสร้างเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทำในสองรุ่น: ภายนอกรวมกับ displacer

• เครื่องยนต์ "γ - สเตอร์ลิง":

กลไกลูกสูบสำหรับใช้วงจรปิดสองวงจร: แบบเย็นและแบบดิสเพลสเซอร์ กำลังถูกถอดออกจากลูกสูบเย็น ลูกสูบดิสเพลสเซอร์ร้อนด้านหนึ่งและอีกด้านหนึ่งเย็น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตั้งอยู่ทั้งภายในและภายนอกโครงสร้าง

โรงไฟฟ้าบางแห่งไม่เหมือนกับเครื่องยนต์ประเภทหลัก:

• เครื่องยนต์โรตารี่สเตอร์ลิง.

โครงสร้างการประดิษฐ์ที่มีสองใบพัดบนเพลา ชิ้นส่วนทำการเคลื่อนไหวแบบหมุนในพื้นที่ทรงกระบอกปิด มีการวางแนวทางการทำงานร่วมกันเพื่อดำเนินการตามวัฏจักร ร่างกายมีสล็อตเรเดียล ใบมีดที่มีโปรไฟล์บางอย่างถูกแทรกเข้าไปในช่อง เพลตถูกวางบนโรเตอร์และสามารถเคลื่อนที่ไปตามแกนเมื่อกลไกหมุน รายละเอียดทั้งหมดสร้างวอลลุ่มที่เปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น ปริมาณของโรเตอร์ต่างๆเชื่อมต่อกันด้วยช่องสัญญาณ การจัดเรียงช่องจะชดเชยกัน 90° การเลื่อนของโรเตอร์สัมพันธ์กันคือ 180°

• เครื่องยนต์สเตอร์ลิงเทอร์โมอะคูสติก

เครื่องยนต์ใช้เสียงสะท้อนเพื่อดำเนินการตามกระบวนการ หลักการนี้ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของสสารระหว่างช่องร้อนและช่องเย็น วงจรจะลดจำนวนชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ความยากในการถอดกำลังรับและการรักษาเสียงสะท้อน การออกแบบหมายถึงมอเตอร์ประเภทลูกสูบอิสระ

DIY เครื่องยนต์สเตอร์ลิง

วันนี้ค่อนข้างบ่อยในร้านค้าออนไลน์ที่คุณสามารถหาได้ สินค้าที่ระลึก, ทำในรูปแบบของเครื่องยนต์ที่พิจารณา โครงสร้างและเทคโนโลยี กลไกนั้นค่อนข้างง่าย หากต้องการ เครื่องยนต์สเตอร์ลิงนั้นง่ายต่อการสร้างด้วยมือของคุณเองจากวิธีการชั่วคราว บนอินเทอร์เน็ต คุณสามารถค้นหาสื่อจำนวนมาก: วิดีโอ ภาพวาด การคำนวณ และข้อมูลอื่น ๆ ในหัวข้อนี้

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงอุณหภูมิต่ำ:

• พิจารณาเครื่องยนต์เวฟรุ่นที่ง่ายที่สุด ซึ่งคุณจะต้องใช้กระป๋อง โฟมโพลียูรีเทนเนื้อนุ่ม ดิสก์ สลักเกลียว และคลิปหนีบกระดาษ วัสดุทั้งหมดเหล่านี้หาได้ง่ายที่บ้าน แต่ยังคงทำตามขั้นตอนต่อไปนี้:
• นำโฟมโพลียูรีเทนเนื้อนุ่มมาตัดเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในให้เล็กลงสองมิลลิเมตร กระป๋องดีบุกวงกลม. ความสูงของโฟมสูงกว่าความสูงของกระป๋องสองมิลลิเมตร ยางโฟมทำหน้าที่เป็นตัวดิสเพลสเซอร์ในเครื่องยนต์
• นำฝาขวดมาทำรูตรงกลางเส้นผ่านศูนย์กลางสองมิลลิเมตร ประสานแกนกลวงเข้ากับรูซึ่งจะทำหน้าที่เป็นแนวทางสำหรับก้านสูบของเครื่องยนต์
• นำโฟมที่ตัดเป็นวงกลมแล้วสอดสกรูเข้าไปตรงกลางวงกลมแล้วล็อคทั้งสองด้าน ประสานคลิปหนีบกระดาษที่เตรียมไว้ล่วงหน้าเข้ากับเครื่องซักผ้า
• เจาะรูจากศูนย์กลางสองเซนติเมตร, เส้นผ่านศูนย์กลางสามมิลลิเมตร, ร้อยด้ายผ่านรูตรงกลางของฝา, ประสานฝาเข้ากับโถ;
• ทำถังขนาดเล็กจากกระป๋องที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งเซนติเมตรครึ่งแล้วประสานเข้ากับฝากระป๋องเพื่อให้รูด้านข้างของฝาอยู่ตรงกลางภายในกระบอกสูบเครื่องยนต์อย่างชัดเจน
• ทำเพลาข้อเหวี่ยงเครื่องยนต์จากคลิปหนีบกระดาษ การคำนวณจะดำเนินการในลักษณะที่ระยะห่างของหัวเข่าคือ 90 °;
• ทำขาตั้งสำหรับเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ จากฟิล์มพลาสติกทำเมมเบรนยืดหยุ่นใส่ฟิล์มบนกระบอกสูบดันเข้าไปแก้ไข

• สร้างก้านสูบเครื่องยนต์ด้วยตัวเอง งอปลายด้านหนึ่งของผลิตภัณฑ์ที่ยืดให้ตรงเป็นรูปวงกลม ใส่ปลายอีกด้านลงในยางลบ ปรับความยาวให้สุดสุด จุดต่ำสุดเพลา เมมเบรนถูกหดกลับ ที่จุดสูงสุด เมมเบรนถูกขยายให้สุด ปรับก้านสูบอีกอันในลักษณะเดียวกัน
• กาวก้านสูบเครื่องยนต์ด้วยปลายยางกับเมมเบรน ติดตั้งก้านสูบที่ไม่มีปลายยางบนราง
• สวมใส่ กลไกข้อเหวี่ยงเครื่องยนต์มู่เล่จากดิสก์ ติดขาเข้ากับโถเพื่อไม่ให้ถือผลิตภัณฑ์อยู่ในมือ ความสูงของขาช่วยให้คุณวางเทียนไว้ใต้โถได้

หลังจากที่เราทำเครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้ที่บ้านแล้ว เครื่องยนต์ก็สตาร์ท เมื่อต้องการทำเช่นนี้ เทียนที่จุดไฟจะวางอยู่ใต้โถ และหลังจากที่โถอุ่นขึ้น พวกเขาจะให้แรงกระตุ้นแก่มู่เล่

ตัวเลือกการติดตั้งที่พิจารณาแล้วสามารถประกอบได้อย่างรวดเร็วที่บ้านเพื่อเป็นเครื่องช่วยการมองเห็น หากคุณตั้งเป้าหมายและต้องการสร้างเครื่องยนต์สเตอร์ลิงให้ใกล้เคียงกับโรงงานใกล้เคียงที่สุด จะมีภาพวาดของรายละเอียดทั้งหมดที่เป็นสาธารณสมบัติ การดำเนินการทีละขั้นตอนของแต่ละโหนดจะช่วยให้คุณสร้างรูปแบบการทำงานที่ไม่เลวร้ายไปกว่าเวอร์ชันเชิงพาณิชย์

ข้อดี

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงมีข้อดีดังต่อไปนี้:

• ความแตกต่างของอุณหภูมิเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์ ซึ่งเชื้อเพลิงทำให้เกิดความร้อนไม่สำคัญ
• ไม่ต้องใช้บานพับและ อุปกรณ์เสริม, การออกแบบเครื่องยนต์นั้นเรียบง่ายและเชื่อถือได้
• ทรัพยากรของเครื่องยนต์เนื่องจากคุณสมบัติการออกแบบคือ 100,000 ชั่วโมงในการทำงาน
• การทำงานของเครื่องยนต์ไม่สร้าง เสียงรบกวนจากภายนอกเนื่องจากไม่มีการระเบิด
• กระบวนการทำงานของเครื่องยนต์ไม่ได้มาพร้อมกับการปล่อยของเสีย
• การทำงานของเครื่องยนต์มีการสั่นสะเทือนน้อยที่สุด
• กระบวนการในกระบอกสูบของโรงงานเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม การใช้แหล่งความร้อนที่เหมาะสมช่วยให้เครื่องยนต์สะอาด

ข้อบกพร่อง

ข้อเสียของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง ได้แก่ :

• ตั้งค่ายาก การผลิตจำนวนมากเนื่องจากโครงสร้างเครื่องยนต์ต้องใช้วัสดุจำนวนมาก
• น้ำหนักเบาและขนาดใหญ่ของเครื่องยนต์เพราะสำหรับ ระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพคุณต้องใช้หม้อน้ำขนาดใหญ่
• เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เครื่องยนต์ได้รับการกระตุ้นโดยใช้สารที่ซับซ้อน (ไฮโดรเจน ฮีเลียม) เป็นของเหลวทำงาน ซึ่งทำให้การทำงานของหน่วยเป็นอันตราย
• ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงของโลหะผสมเหล็กและการนำความร้อนทำให้กระบวนการผลิตเครื่องยนต์ซับซ้อน การสูญเสียความร้อนอย่างมีนัยสำคัญในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนลดประสิทธิภาพของหน่วยและการใช้วัสดุเฉพาะทำให้การผลิตเครื่องยนต์มีราคาแพง
• ในการปรับและเปลี่ยนเครื่องยนต์จากโหมดเป็นโหมดต้องใช้อุปกรณ์ควบคุมพิเศษ

การใช้งาน

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้ค้นพบเฉพาะและใช้งานอย่างแข็งขันโดยที่มิติและการกินไม่เลือกเป็นเกณฑ์สำคัญ:

• เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องยนต์สเตอร์ลิง

กลไกการเปลี่ยนความร้อนเป็น พลังงานไฟฟ้า. มักมีผลิตภัณฑ์ที่ใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับนักท่องเที่ยวแบบพกพา การติดตั้งสำหรับการใช้พลังงานแสงอาทิตย์

• เครื่องยนต์ก็เหมือนปั๊ม (ไฟฟ้า)

เครื่องยนต์ใช้สำหรับติดตั้งในวงจรระบบทำความร้อนประหยัดพลังงานไฟฟ้า

• เครื่องยนต์ก็เหมือนปั๊ม (ฮีทเตอร์)

ในประเทศที่มีอากาศอบอุ่น เครื่องยนต์ถูกใช้เป็นเครื่องทำความร้อนในอวกาศ

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงบนเรือดำน้ำ:

• เครื่องยนต์ก็เหมือนปั๊ม (คูลเลอร์)

การออกแบบตู้เย็นเกือบทั้งหมดใช้ปั๊มความร้อน การติดตั้งเครื่องยนต์สเตอร์ลิงช่วยประหยัดทรัพยากร

• เครื่องยนต์เป็นเหมือนปั๊มที่สร้างระดับความร้อนต่ำมาก

อุปกรณ์นี้ใช้เป็นตู้เย็น เมื่อต้องการทำเช่นนี้ กระบวนการเริ่มต้นในทิศทางตรงกันข้าม หน่วยทำให้ก๊าซเหลว องค์ประกอบการวัดที่เย็นในกลไกที่แม่นยำ

• เครื่องยนต์ใต้น้ำ

เรือดำน้ำของสวีเดนและญี่ปุ่นทำงานด้วยเครื่องยนต์

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงเป็นการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์:

• เครื่องยนต์ก็เหมือนแบตเตอรีพลังงาน

เชื้อเพลิงในหน่วยดังกล่าว เกลือละลาย เครื่องยนต์ถูกใช้เป็นแหล่งพลังงาน ในแง่ของพลังงานสำรอง มอเตอร์อยู่เหนือองค์ประกอบทางเคมี

• เครื่องยนต์พลังงานแสงอาทิตย์

เปลี่ยนพลังงานจากดวงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า สารในกรณีนี้คือไฮโดรเจนหรือฮีเลียม เครื่องยนต์วางอยู่ในโฟกัสที่ความเข้มข้นสูงสุดของพลังงานจากดวงอาทิตย์ ซึ่งสร้างขึ้นโดยใช้เสาอากาศแบบพาราโบลา

อุตสาหกรรมยานยนต์สมัยใหม่มาถึงระดับของการพัฒนาแล้ว ซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะบรรลุการปรับปรุงที่สำคัญในการออกแบบเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบดั้งเดิมโดยไม่ต้องมีการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน สถานการณ์นี้ทำให้นักออกแบบต้องใส่ใจ การออกแบบโรงไฟฟ้าทางเลือก. ศูนย์วิศวกรรมบางแห่งได้มุ่งเน้นความพยายามในการสร้างและปรับตัวเข้ากับ การผลิตต่อเนื่องรุ่นไฮบริดและไฟฟ้า ผู้ผลิตรายอื่นกำลังลงทุนในการพัฒนาเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนโดยแหล่งพลังงานหมุนเวียน (เช่น ไบโอดีเซลที่มีน้ำมันเรพซีด) มีโครงการหน่วยไฟฟ้าอื่นๆ ซึ่งในอนาคตอาจกลายเป็นมาตรฐานใหม่สำหรับ ยานพาหนะ.

แหล่งพลังงานกลที่เป็นไปได้สำหรับรถยนต์แห่งอนาคตคือเครื่องยนต์สันดาปภายนอก ซึ่งชาวสก็อตโรเบิร์ต สเตอร์ลิงประดิษฐ์ขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เพื่อเป็นเครื่องขยายความร้อน

โครงงาน

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงแปลงพลังงานความร้อนจากภายนอกให้เป็นประโยชน์ งานเครื่องกลที่ค่าใช้จ่าย การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของของไหลทำงาน(ก๊าซหรือของเหลว) หมุนเวียนอยู่ในปริมาตรปิด

โดยทั่วไปรูปแบบการทำงานของอุปกรณ์มีดังนี้: ในส่วนล่างของเครื่องยนต์สารทำงาน (เช่นอากาศ) จะร้อนขึ้นและดันลูกสูบขึ้นในปริมาณที่เพิ่มขึ้น ลมร้อนเข้าสู่ส่วนบนของมอเตอร์ซึ่งระบายความร้อนด้วยหม้อน้ำ แรงดันของของไหลทำงานลดลง ลูกสูบจะลดลงสำหรับรอบถัดไป ในกรณีนี้ ระบบจะปิดผนึกและไม่ใช้สารทำงาน แต่จะเคลื่อนที่ภายในกระบอกสูบเท่านั้น

มีตัวเลือกการออกแบบหลายแบบสำหรับหน่วยกำลังโดยใช้หลักการสเตอร์ลิง

การปรับเปลี่ยนสเตอร์ลิง "อัลฟ่า"

เครื่องยนต์ประกอบด้วยลูกสูบกำลังสองอันแยกกัน (ร้อนและเย็น) ซึ่งแต่ละลูกสูบอยู่ในกระบอกสูบของตัวเอง ความร้อนถูกส่งไปยังกระบอกสูบด้วยลูกสูบร้อนและกระบอกสูบเย็นจะอยู่ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนระบายความร้อน

การปรับเปลี่ยนสเตอร์ลิง "เบต้า"

กระบอกสูบที่บรรจุลูกสูบจะถูกทำให้ร้อนที่ด้านหนึ่งและระบายความร้อนที่ปลายอีกด้าน ลูกสูบกำลังและดิสเพลสเซอร์เคลื่อนที่ในกระบอกสูบ ออกแบบมาเพื่อเปลี่ยนปริมาตรของแก๊สทำงาน การเคลื่อนกลับของสารทำงานที่ระบายความร้อนเข้าสู่ช่องร้อนของเครื่องยนต์นั้นดำเนินการโดยเครื่องกำเนิดใหม่

การปรับเปลี่ยนสเตอร์ลิง "แกมม่า"

การออกแบบประกอบด้วยสองกระบอกสูบ อันแรกเย็นสนิท โดยลูกสูบกำลังเคลื่อนที่ และอันที่สอง ร้อนด้านหนึ่งและเย็นอีกด้านหนึ่ง ทำหน้าที่เคลื่อนย้ายไดอะแฟรม รีเจนเนอเรเตอร์สำหรับหมุนเวียนก๊าซเย็นสามารถใช้ร่วมกันได้กับทั้งสองกระบอกสูบหรือรวมอยู่ในการออกแบบดิสเพลสเซอร์

ข้อดีของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง

เช่นเดียวกับเครื่องยนต์สันดาปภายนอกส่วนใหญ่ สเตอร์ลิงมีอยู่ในตัว เชื้อเพลิงหลายชนิด: เครื่องยนต์ทำงานที่อุณหภูมิต่างกันโดยไม่คำนึงถึงสาเหตุที่ทำให้เกิด

ความจริงที่น่าสนใจ!ครั้งหนึ่ง มีการแสดงการติดตั้งที่ดำเนินการกับตัวเลือกเชื้อเพลิงยี่สิบชนิด โดยไม่หยุดเครื่องยนต์ น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล มีเทน น้ำมันดิบ และน้ำมันพืชถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้ภายนอก - หน่วยพลังงานยังคงทำงานอย่างต่อเนื่อง

เครื่องยนต์มี ความเรียบง่ายของการออกแบบและไม่ต้องการระบบเพิ่มเติมและ ไฟล์แนบ(เวลา, สตาร์ท, กระปุกเกียร์).

คุณสมบัติของตัวเครื่องรับประกันนาน อายุการใช้งาน: ใช้งานต่อเนื่องได้มากกว่าหนึ่งแสนชั่วโมง

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงเงียบ เนื่องจากไม่มีการระเบิดในกระบอกสูบและไม่จำเป็นต้องกำจัดก๊าซไอเสีย การดัดแปลง "เบต้า" ซึ่งติดตั้งกลไกข้อเหวี่ยงขนมเปียกปูนเป็นระบบที่สมดุลอย่างสมบูรณ์ซึ่งไม่มีการสั่นสะเทือนระหว่างการทำงาน

ไม่มีกระบวนการใดในกระบอกสูบเครื่องยนต์ที่อาจส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม โดยการเลือกแหล่งความร้อนที่เหมาะสม (เช่น พลังงานแสงอาทิตย์) สเตอร์ลิงก็สามารถทำได้อย่างแน่นอน เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมหน่วยพลังงาน.

ข้อเสียของการออกแบบสเตอร์ลิง

พร้อมเซ็ททุกชุด คุณสมบัติเชิงบวกการใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงในทันทีจำนวนมากเป็นไปไม่ได้ด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้:

ปัญหาหลักอยู่ที่การใช้วัสดุของโครงสร้าง การระบายความร้อนของของไหลทำงานจำเป็นต้องมีหม้อน้ำปริมาณมาก ซึ่งเพิ่มขนาดและการใช้โลหะของการติดตั้งอย่างมาก

ระดับเทคโนโลยีในปัจจุบันจะทำให้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงสามารถเปรียบเทียบสมรรถนะกับเครื่องยนต์เบนซินสมัยใหม่ได้โดยใช้เพียง ประเภทที่ซับซ้อนสารทำงาน (ฮีเลียมหรือไฮโดรเจน) ภายใต้ความกดดันมากกว่าหนึ่งร้อยบรรยากาศ ข้อเท็จจริงนี้ทำให้เกิดคำถามร้ายแรงทั้งในด้านวัสดุศาสตร์และความปลอดภัยของผู้ใช้

สำคัญ ปัญหาการดำเนินงานเกี่ยวข้องกับประเด็นการนำความร้อนและความทนทานต่ออุณหภูมิของโลหะ ความร้อนถูกส่งไปยังปริมาตรการทำงานผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งนำไปสู่การสูญเสียที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ นอกจากนี้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะต้องทำจากโลหะทนความร้อนที่ทนต่อแรงดันสูง วัสดุที่เหมาะสมมีราคาแพงมากและแปรรูปได้ยาก

หลักการของการเปลี่ยนโหมดของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงนั้นแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงซึ่งต้องมีการพัฒนาอุปกรณ์ควบคุมพิเศษ ดังนั้น ในการเปลี่ยนกำลัง จำเป็นต้องเปลี่ยนความดันในกระบอกสูบ มุมเฟสระหว่าง displacer และลูกสูบกำลัง หรือเพื่อส่งผลต่อความจุของโพรงด้วยของไหลทำงาน

วิธีหนึ่งในการควบคุมความเร็วของเพลาในรุ่นเครื่องยนต์สเตอร์ลิงสามารถดูได้ในวิดีโอต่อไปนี้:

ประสิทธิภาพ

ในการคำนวณทางทฤษฎี ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิของของไหลทำงานและสามารถเข้าถึงได้ถึง 70% หรือมากกว่านั้นตามวัฏจักรคาร์โนต์

อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างแรกที่รับรู้ในโลหะมีประสิทธิภาพต่ำมากด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้:

• สารหล่อเย็นที่ไม่มีประสิทธิภาพ (ของเหลวทำงาน) จำกัด อุณหภูมิความร้อนสูงสุด
• การสูญเสียพลังงานอันเนื่องมาจากแรงเสียดทานของชิ้นส่วนและการนำความร้อนของตัวเรือนเครื่องยนต์
• ขาดวัสดุโครงสร้างที่ทนต่อแรงดันสูง

โซลูชันทางวิศวกรรมได้ปรับปรุงการออกแบบหน่วยพลังงานอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 รถยนต์สี่สูบ เครื่องยนต์สเตอร์ลิงที่มีไดรฟ์ขนมเปียกปูนมีประสิทธิภาพเท่ากับ 35% ในการทดสอบสำหรับน้ำหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิ 55 ° C การศึกษาการออกแบบอย่างรอบคอบการใช้วัสดุใหม่และการปรับแต่งหน่วยการทำงานอย่างละเอียดทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของตัวอย่างทดลองที่ 39%

บันทึก! ทันสมัย เครื่องยนต์เบนซินของกำลังที่คล้ายกันมีประสิทธิภาพ 28-30% และเครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบชาร์จในช่วง 32-35%

การออกแบบที่ทันสมัยของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงเช่นเครื่องยนต์ที่สร้างขึ้น บริษัทอเมริกัน Mechanical Technology Inc แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพสูงสุดถึง 43.5% และด้วยการพัฒนาการผลิตเซรามิกทนความร้อนและวัสดุที่เป็นนวัตกรรมที่คล้ายคลึงกัน จะสามารถเพิ่มอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการทำงานได้อย่างมากและบรรลุประสิทธิภาพ 60%

ตัวอย่างความสำเร็จของการใช้งานยานยนต์ Stirlings

แม้จะมีปัญหาทั้งหมด แต่ก็มีเครื่องยนต์สเตอร์ลิงหลายรุ่นที่สามารถใช้งานได้กับอุตสาหกรรมยานยนต์

ความสนใจในสเตอร์ลิงซึ่งเหมาะสำหรับการติดตั้งในรถยนต์ปรากฏขึ้นในยุค 50 ของศตวรรษที่ XX งานในทิศทางนี้ดำเนินการโดยความกังวลเช่น ฟอร์ดมอเตอร์บริษัท, Volkswagen Groupและคนอื่น ๆ.

UNITED STIRLING (สวีเดน) ได้พัฒนา Stirling ซึ่งใช้ประโยชน์จากส่วนประกอบและชุดประกอบที่ผลิตโดยผู้ผลิตรถยนต์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด (เพลาข้อเหวี่ยง ก้านสูบ) ผลลัพธ์ที่ได้คือเครื่องยนต์รูปตัววีสี่สูบที่มีความถ่วงจำเพาะ 2.4 กก. / กิโลวัตต์ ซึ่งเทียบได้กับลักษณะของเครื่องยนต์ดีเซลขนาดกะทัดรัด หน่วยนี้ได้รับการทดสอบเรียบร้อยแล้วว่าเป็นโรงไฟฟ้าสำหรับเจ็ดตัน รถตู้บรรทุกสินค้า.

ตัวอย่างที่ประสบความสำเร็จอย่างหนึ่งคือ เครื่องยนต์สี่สูบรุ่นสเตอร์ลิงดัตช์ "Philips 4-125DA" มีไว้สำหรับติดตั้งบน รถ. มอเตอร์มี กำลังปฏิบัติการ 173 ลิตร กับ. ในขนาดที่ใกล้เคียงกับหน่วยน้ำมันเบนซินแบบคลาสสิก

ผลงานที่ประสบความสำเร็จโดยวิศวกรของบริษัท เจนเนอรัล มอเตอร์สสร้างขึ้นในยุค 70 เป็นแปดสูบ (4 กระบอกทำงานและ 4 กระบอกอัด) เครื่องยนต์วีสเตอร์ลิงด้วยกลไกข้อเหวี่ยงมาตรฐาน

คล้ายกัน โรงไฟฟ้าในปี 1972 พร้อมกับรถยนต์จำนวนจำกัด ฟอร์ด โตริโน่ ซึ่งการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงลดลง 25% เมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซินรูปตัววีแปดแบบคลาสสิก

ปัจจุบันมากกว่าห้าสิบ บริษัทต่างชาติกำลังทำงานเพื่อปรับปรุงการออกแบบเครื่องยนต์สเตอร์ลิงเพื่อปรับให้เข้ากับการผลิตจำนวนมากสำหรับความต้องการของอุตสาหกรรมยานยนต์ และถ้าสามารถขจัดข้อบกพร่องของเครื่องยนต์ประเภทนี้ได้ในขณะเดียวกันก็รักษาข้อดีไว้ได้ก็คือสเตอร์ลิงและไม่ใช่กังหันและมอเตอร์ไฟฟ้าที่จะมาแทนที่เครื่องยนต์สันดาปภายในของน้ำมันเบนซิน

เครื่องยนต์สันดาปภายนอกเริ่มถูกใช้เมื่อผู้คนต้องการแหล่งพลังงานที่ทรงพลังและประหยัด ใช้แล้ว โรงอบไอน้ำอย่างไรก็ตาม พวกมันระเบิดได้เนื่องจากใช้ไอน้ำร้อนอัดแรงดัน ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 พวกเขาถูกแทนที่ด้วยอุปกรณ์ที่มีการเผาไหม้จากภายนอกและหลังจากนั้นไม่กี่ทศวรรษได้มีการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่คุ้นเคยซึ่งมีการเผาไหม้ภายใน

ที่มาของอุปกรณ์

ในศตวรรษที่ 19 มนุษยชาติต้องเผชิญกับปัญหาที่หม้อไอน้ำระเบิดบ่อยเกินไป และยังมีข้อบกพร่องในการออกแบบที่ร้ายแรง ซึ่งทำให้การใช้งานไม่เป็นที่พึงปรารถนา ทางออกคือพบในปี พ.ศ. 2359 โดยบาทหลวงชาวสก็อตโรเบิร์ต สเตอร์ลิง อุปกรณ์เหล่านี้สามารถเรียกได้ว่าเป็น "เครื่องยนต์ลมร้อน" ซึ่งใช้กันมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 แต่ชายคนนี้ได้เพิ่มเครื่องกรองอากาศ ซึ่งปัจจุบันเรียกว่าเครื่องกำเนิดใหม่ (regenerator) ให้กับสิ่งประดิษฐ์ ดังนั้น เครื่องยนต์สันดาปภายนอกของสเตอร์ลิงจึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของการติดตั้งได้อย่างมาก เนื่องจากจะเก็บความร้อนไว้ในพื้นที่ทำงานที่อบอุ่น ในขณะที่สารทำงานถูกทำให้เย็นลง ด้วยเหตุนี้ประสิทธิภาพของทั้งระบบจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ในเวลานั้น สิ่งประดิษฐ์นี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางและกำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้น แต่เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งประดิษฐ์นี้กลับไม่ถูกนำมาใช้อีกต่อไป และถูกลืมเลือนไป อุปกรณ์การเผาไหม้ภายนอกถูกแทนที่ด้วยโรงงานไอน้ำและเครื่องยนต์ แต่คุ้นเคยอยู่แล้วด้วยการเผาไหม้ภายใน พวกเขาจำได้อีกครั้งในศตวรรษที่ 20 เท่านั้น

การติดตั้ง

หลักการทำงานของเครื่องยนต์สันดาปภายนอกคือมีสองขั้นตอนสลับกันอย่างต่อเนื่อง: การให้ความร้อนและความเย็นของของไหลทำงานในพื้นที่จำกัดและรับพลังงาน พลังงานนี้เกิดจากการที่ปริมาตรของของไหลทำงานเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

บ่อยครั้งที่อากาศกลายเป็นสารทำงานในอุปกรณ์ดังกล่าว แต่สามารถใช้ฮีเลียมหรือไฮโดรเจนได้ ในขณะที่การประดิษฐ์อยู่ในขั้นตอนการพัฒนา มีการใช้สาร เช่น ไนโตรเจนไดออกไซด์ ฟรีออน โพรเพน-บิวเทนเหลวในการทดลอง ในบางตัวอย่าง พวกเขายังพยายามใช้ น้ำเปล่า. เป็นที่น่าสังเกตว่าเครื่องยนต์สันดาปภายนอกซึ่งเปิดตัวด้วยน้ำเป็นสารทำงานนั้นมีความโดดเด่นด้วยข้อเท็จจริงที่ว่ามันมีพลังเฉพาะที่ค่อนข้างสูง ความดันสูงและเขาก็ค่อนข้างกะทัดรัด

เครื่องยนต์ประเภทแรก "อัลฟ่า"

รุ่นแรกที่ใช้คือ Stirling's Alpha ลักษณะเฉพาะของการออกแบบคือมีลูกสูบกำลังสองตัวอยู่ในกระบอกสูบที่แยกจากกัน ตัวหนึ่งมีอุณหภูมิสูงพอสมควรและร้อน อีกข้างหนึ่งเย็นจัด ลูกสูบคู่ร้อนอยู่ภายในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีอุณหภูมิสูง ไอน้ำเย็นอยู่ภายในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ

ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์ความร้อนจากการเผาไหม้ภายนอกคือมีกำลังและปริมาตรสูง อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิของไอน้ำร้อนนั้นสูงเกินไป ด้วยเหตุนี้ ปัญหาทางเทคนิคบางประการจึงเกิดขึ้นในกระบวนการผลิตของสิ่งประดิษฐ์ดังกล่าว ตัวสร้างใหม่ของอุปกรณ์นี้ตั้งอยู่ระหว่างท่อเชื่อมต่อที่ร้อนและเย็น

ตัวอย่างที่สอง "เบต้า"

รุ่นที่สองคือรุ่นเบต้าสเตอร์ลิง ความแตกต่างในการออกแบบหลักคือมีเพียงกระบอกเดียว ปลายด้านหนึ่งทำหน้าที่เป็นคู่ที่ร้อนในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งยังคงเย็นอยู่ ลูกสูบเคลื่อนที่ภายในกระบอกสูบนี้ ซึ่งสามารถถอดกำลังออกได้ ข้างในยังมี displacer ซึ่งมีหน้าที่ในการเปลี่ยนปริมาตรของความร้อน พื้นที่ทำงาน. อุปกรณ์นี้ใช้ก๊าซที่สูบจากเขตเย็นไปยังเขตร้อนผ่านเครื่องกำเนิดใหม่ เครื่องยนต์สันดาปภายนอกประเภทนี้มีตัวสร้างใหม่ในรูปแบบของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอกหรือรวมกับลูกสูบแบบแทนที่

รุ่นล่าสุด. "แกมม่า"

ความหลากหลายสุดท้าย เครื่องยนต์นี้กลายเป็นแกมม่าของสเตอร์ลิง ประเภทนี้มีความโดดเด่นไม่เพียงแค่การมีลูกสูบเท่านั้น แต่ยังรวมถึง displacer แต่ยังรวมถึงความจริงที่ว่าสองกระบอกสูบรวมอยู่ในการออกแบบแล้ว ในกรณีแรก หนึ่งในนั้นเย็นและใช้สำหรับการส่งเครื่อง แต่กระบอกสูบที่สองเช่นในกรณีก่อนหน้านั้นเย็นที่ปลายด้านหนึ่งและอีกอันร้อน ที่นี่ displacer ย้าย ที่ เครื่องยนต์ลูกสูบการเผาไหม้ภายนอกยังมีเครื่องกำเนิดใหม่ซึ่งอาจเป็นสองประเภท ในกรณีแรก มันเป็นภายนอกและเชื่อมต่อชิ้นส่วนโครงสร้างเช่นโซนร้อนของกระบอกสูบกับส่วนที่เย็น เช่นเดียวกับกับกระบอกสูบแรก ประเภทที่สองคือตัวสร้างใหม่ภายใน หากใช้ตัวเลือกนี้จะรวมอยู่ในการออกแบบ displacer

การใช้สเตอร์ลิงส์นั้นสมเหตุสมผลหากต้องการตัวแปลงพลังงานความร้อนขนาดเล็กและเรียบง่าย นอกจากนี้ยังสามารถใช้ได้หากความแตกต่างของอุณหภูมิไม่มากพอที่จะใช้กังหันก๊าซหรือไอน้ำ เป็นที่น่าสังเกตว่าทุกวันนี้ตัวอย่างดังกล่าวกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น ตัวอย่างเช่นใช้แบบจำลองอิสระสำหรับนักท่องเที่ยวซึ่งสามารถทำงานได้จากเตาแก๊ส

อุปกรณ์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

ดูเหมือนว่าสิ่งประดิษฐ์เก่า ๆ นั้นไม่สามารถใช้ได้ในปัจจุบัน แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น NASA สั่งเครื่องยนต์สันดาปภายนอกประเภทสเตอร์ลิง แต่ควรใช้แหล่งความร้อนนิวเคลียร์และไอโซโทปรังสีเป็นสารทำงาน นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้สำเร็จเพื่อวัตถุประสงค์ดังต่อไปนี้:

• ใช้เครื่องยนต์รุ่นดังกล่าวเพื่อสูบของเหลวได้ง่ายกว่าปั๊มธรรมดามาก สาเหตุส่วนใหญ่มาจากความจริงที่ว่าของเหลวที่สูบเองสามารถใช้เป็นลูกสูบได้ นอกจากนี้ยังจะทำให้ของเหลวทำงานเย็นลง ตัวอย่างเช่น "เครื่องสูบน้ำ" ชนิดนี้สามารถใช้สูบน้ำเข้าคลองชลประทานโดยใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์
• ผู้ผลิตตู้เย็นบางรายมักจะติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าว สามารถลดต้นทุนการผลิตและอากาศธรรมดาสามารถใช้เป็นสารทำความเย็นได้
• หากคุณรวมเครื่องยนต์สันดาปภายนอกประเภทนี้เข้ากับปั๊มความร้อน คุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครือข่ายทำความร้อนในบ้านได้
• ค่อนข้างประสบความสำเร็จในการใช้ Stirlings ในเรือดำน้ำของกองทัพเรือสวีเดน ความจริงก็คือเครื่องยนต์ทำงานด้วยออกซิเจนเหลวซึ่งต่อมาใช้สำหรับการหายใจ สำหรับเรือดำน้ำ สิ่งนี้สำคัญมาก อีกทั้งอุปกรณ์ดังกล่าวก็มีเพียงพอแล้ว ระดับต่ำเสียงรบกวน. แน่นอน หน่วยมีขนาดค่อนข้างใหญ่และต้องการการระบายความร้อน แต่ปัจจัยทั้งสองนี้ไม่มีนัยสำคัญเมื่อพูดถึงเรือดำน้ำ

ประโยชน์ของการใช้เครื่องยนต์

หากมีการใช้วิธีการที่ทันสมัยในระหว่างการออกแบบและการประกอบ จะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์สันดาปภายนอกได้ถึง 70% การใช้ตัวอย่างดังกล่าวมีดังต่อไปนี้ คุณสมบัติเชิงบวก:

• อย่างไรก็ตาม น่าแปลกที่แรงบิดในการประดิษฐ์นี้แทบไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วของการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง
• ในเรื่องนี้ หน่วยพลังงานไม่มีองค์ประกอบเช่นระบบจุดระเบิดและ ระบบวาล์ว. นอกจากนี้ยังไม่มีเพลาลูกเบี้ยว
• ค่อนข้างสะดวกตลอดระยะเวลาการใช้งานไม่จำเป็นต้องปรับและกำหนดค่าอุปกรณ์
• เครื่องยนต์รุ่นเหล่านี้ไม่สามารถ "แผงลอย" ได้ การออกแบบที่เรียบง่ายที่สุดของอุปกรณ์ช่วยให้คุณใช้งานได้เพียงพอ เวลานานออฟไลน์โดยสมบูรณ์
• เกือบทุกอย่างสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานได้ตั้งแต่ฟืนไปจนถึงเชื้อเพลิงยูเรเนียม
• โดยธรรมชาติแล้ว ในเครื่องยนต์สันดาปภายนอก กระบวนการเผาไหม้จะดำเนินการภายนอก สิ่งนี้มีส่วนทำให้เชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ภายหลังใน เต็มและปริมาณการปล่อยสารพิษจะลดลง

ข้อบกพร่อง

โดยธรรมชาติแล้ว การประดิษฐ์ใดๆ ย่อมไม่มีข้อเสีย หากเราพูดถึงข้อเสียของเครื่องยนต์ดังกล่าวมีดังนี้:

1. เนื่องจากการเผาไหม้เกิดขึ้นนอกเครื่องยนต์ ความร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกลบออกผ่านผนังหม้อน้ำ สิ่งนี้บังคับให้เพิ่มขนาดของอุปกรณ์
2. การใช้วัสดุ ในการสร้างเครื่องยนต์สเตอร์ลิงรุ่นกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องมีเหล็กทนความร้อนคุณภาพสูงที่ทนต่อแรงดันและอุณหภูมิสูงได้ นอกจากนี้ค่าการนำความร้อนจะต้องต่ำ
3. น้ำมันหล่อลื่นจะต้องซื้อ ยาพิเศษ, เนื่องจากปกติคือโค้กที่ อุณหภูมิสูงซึ่งสามารถทำได้ในเครื่องยนต์
4. เพื่อให้ได้ความหนาแน่นพลังงานสูงเพียงพอ จะต้องใช้ไฮโดรเจนหรือฮีเลียมเป็นสื่อกลางในการทำงาน

ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นเชื้อเพลิง

แน่นอนว่าจำเป็นต้องมีพลังงานสูง แต่คุณต้องเข้าใจว่าการใช้ไฮโดรเจนหรือฮีเลียมนั้นค่อนข้างอันตราย ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนสามารถระเบิดได้ด้วยตัวมันเอง และที่อุณหภูมิสูงจะสร้างสารประกอบที่เรียกว่าไฮไดรต์ของโลหะ สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนละลายในโลหะ กล่าวอีกนัยหนึ่งเขาสามารถทำลายกระบอกสูบจากด้านในได้

นอกจากนี้ ทั้งไฮโดรเจนและฮีเลียมยังเป็นสารระเหยที่มีลักษณะเฉพาะด้วยพลังการทะลุทะลวงสูง พูดง่ายๆ ก็คือพวกมันซึมผ่านซีลแทบทุกชนิดได้อย่างง่ายดาย และการสูญเสียสารหมายถึงการสูญเสียแรงกดดันในการทำงาน

เครื่องยนต์สันดาปภายนอกแบบโรตารี่

หัวใจของเครื่องจักรดังกล่าวคือเครื่องขยายแบบหมุน สำหรับเครื่องยนต์ที่มีการเผาไหม้ภายนอก องค์ประกอบนี้จะถูกนำเสนอในรูปของกระบอกสูบกลวงซึ่งมีฝาปิดทั้งสองด้าน ตัวโรเตอร์นั้นดูเหมือนล้อซึ่งติดตั้งอยู่บนเพลา นอกจากนี้ยังมีแผ่นพับรูปตัวยูจำนวนหนึ่ง สำหรับการโปรโมตจะใช้อุปกรณ์หดแบบพิเศษ

Lukyanov เครื่องยนต์สันดาปภายนอก

Yuri Lukyanov เป็นนักวิจัยที่ Pskov Polytechnic Institute เขาได้พัฒนาเครื่องยนต์รุ่นใหม่มาอย่างยาวนาน นักวิทยาศาสตร์พยายามทำให้แน่ใจว่าในรุ่นใหม่นี้ไม่มีองค์ประกอบเช่นกระปุกเกียร์ เพลาลูกเบี้ยว และท่อไอเสีย ข้อเสียเปรียบหลักของอุปกรณ์สเตอร์ลิงคือมันใหญ่เกินไป มันเป็นข้อบกพร่องที่นักวิทยาศาสตร์สามารถกำจัดได้เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าใบมีดถูกแทนที่ด้วยลูกสูบ ซึ่งช่วยลดขนาดของโครงสร้างทั้งหมดได้หลายครั้ง บางคนบอกว่าคุณสามารถสร้างเครื่องยนต์สันดาปภายนอกด้วยมือของคุณเอง

จากอดีตสู่อนาคต! ในปี ค.ศ. 1817 นักบวชชาวสก็อต โรเบิร์ต สเตอร์ลิง ได้รับ ... สิทธิบัตรสำหรับเครื่องยนต์ชนิดใหม่ ซึ่งต่อมาได้ตั้งชื่อว่า เหมือนกับเครื่องยนต์ดีเซล ตามชื่อนักประดิษฐ์ - สเตอร์ลิง นักบวชในเมืองเล็ก ๆ แห่งหนึ่งของสก็อตแลนด์มีมานานแล้วและด้วยความสงสัยอย่างเห็นได้ชัดจึงมองไปที่คนเลี้ยงแกะทางจิตวิญญาณของพวกเขาด้วยความสงสัย ยังจะ! เสียงฟู่และเสียงก้องกังวานผ่านกำแพงของโรงนาที่พ่อสเตอร์ลิงมักจะหายตัวไปไม่เพียงทำให้จิตใจที่เกรงกลัวพระเจ้าสับสนเท่านั้น มีข่าวลืออย่างต่อเนื่องว่ายุ้งฉางมีมังกรที่น่ากลัวซึ่งพ่อผู้ศักดิ์สิทธิ์ฝึกฝนและเลี้ยงด้วยค้างคาวและน้ำมันก๊าด

แต่โรเบิร์ต สเตอร์ลิง หนึ่งในผู้รู้แจ้งมากที่สุดในสกอตแลนด์ ไม่อายต่อความเกลียดชังของฝูงแกะ กิจการทางโลกและความกังวลครอบงำเขามากขึ้นเรื่อย ๆ ไปสู่ความเสียหายของการรับใช้พระเจ้า: ศิษยาภิบาลถูก ... รถยนต์พาไป

ในขณะนั้นเกาะอังกฤษกำลังประสบกับการปฏิวัติอุตสาหกรรม: โรงงานกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว และรัฐมนตรีของลัทธิก็ไม่สนใจรายได้มหาศาลที่รูปแบบใหม่ของการผลิตสัญญาไว้

ด้วยพรของคริสตจักรและไม่ใช่โดยไม่ได้รับความช่วยเหลือจากผู้ผลิต เครื่องจักรสเตอร์ลิงหลายเครื่องถูกสร้างขึ้น และที่ดีที่สุดคือ 45 แรงม้า s. ทำงานเป็นเวลาสามปีที่เหมืองในดันดี

การพัฒนาต่อไปของสเตอร์ลิงส์ล่าช้า: ในยุค 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา เครื่องยนต์ใหม่อีริคสัน.

การออกแบบทั้งสองมีความเหมือนกันมาก เหล่านี้เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายนอก ในเครื่องจักรทั้งสองเครื่อง อากาศเป็นของเหลวในการทำงาน และในทั้งสองเครื่อง พื้นฐานของเครื่องยนต์คือตัวสร้างใหม่ ซึ่งอากาศร้อนที่ระบายออกจะปล่อยความร้อนออกไปทั้งหมด อากาศบริสุทธิ์ที่ไหลผ่านตาข่ายโลหะหนาแน่น ขจัดความร้อนนี้ก่อนเข้าสู่กระบอกสูบทำงาน

ตามแผนภาพในรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าอากาศเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ 3 ผ่านท่อดูด 10 และวาล์ว 4 ถูกบีบอัดและออกจากวาล์ว 5 เข้าสู่ถังกลางได้อย่างไร ในเวลานี้สปูล 8 ปิดท่อไอเสีย 9 และอากาศผ่านเครื่องกำเนิดใหม่เข้าสู่กระบอกสูบทำงาน 1 ซึ่งให้ความร้อนจากเตาเผา 11 ที่นี่อากาศขยายตัวทำให้ งานที่มีประโยชน์ซึ่งส่วนหนึ่งมุ่งไปที่การยกลูกสูบหนัก ส่วนหนึ่งเพื่ออัดอากาศเย็นในคอมเพรสเซอร์ 3 ในขณะที่ลดต่ำลง ลูกสูบจะดันอากาศเสียผ่านรีเจนเนอเรเตอร์ 7 และสปูล 8 เข้าไปในท่อไอเสีย เมื่อลูกสูบถูกลดระดับลง อากาศบริสุทธิ์จะถูกดูดเข้าไปในคอมเพรสเซอร์

1 - กระบอกสูบทำงาน 2 - ลูกสูบ; 3 - คอมเพรสเซอร์; 4 - วาล์วดูด; 5 - วาล์วระบาย; 6 - ถังกลาง; 7 - ตัวสร้างใหม่; 8 - วาล์วบายพาส; 9 - ท่อไอเสีย; 10 - ท่อดูด; 11 - เตาเผา

การออกแบบทั้งสองไม่ประหยัด แต่ด้วยเหตุผลบางอย่าง เครื่องยนต์ของ Scot ก็มีปัญหามากกว่า และมีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าเครื่องยนต์ของ Erickson บางทีนั่นอาจเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาถึงมองข้ามรายละเอียดที่สำคัญอย่างหนึ่ง: เครื่องยนต์สเตอร์ลิงมีกำลังที่เท่ากัน แต่มีขนาดกะทัดรัดกว่า นอกจากนี้เขามีข้อได้เปรียบที่สำคัญในด้านอุณหพลศาสตร์ ...

การบีบอัด การให้ความร้อน การขยายตัว การทำความเย็น - นี่คือสี่กระบวนการหลักที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนใดๆ แต่ละคนสามารถทำได้หลายวิธี ตัวอย่างเช่น การให้ความร้อนและความเย็นของก๊าซสามารถทำได้ในช่องปิดที่มีปริมาตรคงที่ (กระบวนการไอโซโคริก) หรือภายใต้ลูกสูบเคลื่อนที่ที่ความดันคงที่ (กระบวนการไอโซบาริก) การบีบอัดหรือการขยายตัวของก๊าซสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อ อุณหภูมิคงที่(กระบวนการไอโซเทอร์มอล) หรือไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนด้วย สิ่งแวดล้อม(กระบวนการอะเดียแบติก). การประกอบโซ่ปิดจากกระบวนการต่าง ๆ รวมกันนั้น ได้ไม่ยากเลยที่จะได้มาซึ่งวัฏจักรทางทฤษฎีตามที่สมัยใหม่ทั้งหมด เครื่องยนต์ทำความร้อน. สมมติว่าการรวมกันของอะเดียบัตสองตัวและไอโซคอร์สองตัวรวมกันเป็นวัฏจักรทางทฤษฎีของเครื่องยนต์เบนซิน หากเราเปลี่ยนไอโซคอร์ในนั้นซึ่งก๊าซถูกทำให้ร้อนด้วยไอโซบาร์เราจะได้วงจรดีเซล อะเดียบัตสองตัวและไอโซบาร์สองตัวจะให้วงจรกังหันก๊าซตามทฤษฎี ในบรรดาวัฏจักรที่เป็นไปได้ทั้งหมด การรวมกันของอะเดียบัตสองตัวและไอโซเทอร์มสองตัวมีผลเป็นพิเศษ บทบาทสำคัญในอุณหพลศาสตร์เนื่องจากตามวัฏจักรดังกล่าว - วัฏจักรคาร์โนต์ - เครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดควรทำงาน

หากความร้อนของเครื่องยนต์สเตอร์ลิงถูกจ่ายไปตามไอโซคอร์ ดังนั้นในอีริคสัน กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นตามไอโซบาร์ และกระบวนการของการบีบอัดและการขยายตัวดำเนินไปตามไอโซเทอร์ม

ในตอนต้นของศตวรรษของเรา เครื่องยนต์ของ Erickson ไม่ทำ พลังสูง(ประมาณ 10-20 แรงม้า) พบการใช้งานในหลายประเทศ การติดตั้งดังกล่าวหลายพันครั้งทำงานในโรงงาน โรงพิมพ์ เหมืองและเหมือง หมุนเพลาของเครื่องจักร สูบน้ำ ยกลิฟต์ ภายใต้ชื่อ "ความอบอุ่นและความแข็งแกร่ง" พวกเขาเป็นที่รู้จักในรัสเซีย

ได้พยายามสร้างความยิ่งใหญ่ เครื่องยนต์ทางทะเลแต่ผลการทดสอบทำให้หมดกำลังใจไม่เพียงแต่ความคลางแคลงใจ แต่ยังรวมถึงตัวเอริกสันด้วย ตรงกันข้ามกับคำทำนายในตอนแรก เรือ "เคลื่อนตัว" และข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกด้วยซ้ำ แต่ความคาดหวังของนักประดิษฐ์ก็ถูกหลอกลวงเช่นกัน: เครื่องยนต์ขนาดมหึมาสี่เครื่องแทนที่จะเป็น 1,000 แรงม้า กับ. พัฒนาเพียง 300 ลิตร กับ. ปริมาณการใช้ถ่านหินก็เหมือนกับเครื่องยนต์ไอน้ำ นอกจากนี้ ก้นของกระบอกสูบที่ใช้งานได้ถูกไฟไหม้เมื่อสิ้นสุดการเดินทาง และในอังกฤษ เครื่องยนต์จะต้องถูกถอดออกและแทนที่ด้วยเครื่องยนต์ไอน้ำธรรมดาอย่างลับๆ เหนือสิ่งอื่นใดระหว่างทางกลับอเมริกา เรือลำดังกล่าวชนและเสียชีวิตพร้อมกับลูกเรือทั้งหมด

1 - ลูกสูบทำงาน 2 - ลูกสูบดิสเพลสเซอร์; 3 - คูลเลอร์; 4 - เครื่องทำความร้อน; 5 - ตัวสร้างใหม่; 6 - พื้นที่เย็น; 7 - พื้นที่ร้อน

ละทิ้งแนวคิดในการสร้าง "เครื่องแคลอรี่" ที่มีกำลังสูง Erickson ได้เปิดตัวการผลิตจำนวนมากของ เครื่องยนต์เล็ก. ความจริงก็คือระดับของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในเวลานั้นไม่อนุญาตให้ออกแบบและสร้างเครื่องจักรที่ประหยัดและทรงพลัง

แต่แรงระเบิดหลักของ Erickson นั้นมาจากนักประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายใน การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเครื่องยนต์ดีเซลและคาร์บูเรเตอร์ทำให้ความคิดดีๆ ถูกลืมเลือนไป

… หนึ่งศตวรรษผ่านไปแล้ว ในช่วงทศวรรษที่ 1930 หน่วยงานทางทหารแห่งหนึ่งได้สั่งให้ฟิลิปส์พัฒนาโรงไฟฟ้าที่มีความจุ 200-400 วัตต์สำหรับสถานีวิทยุเดินทาง นอกจากนี้เครื่องยนต์จะต้องกินไม่เลือกนั่นคือต้องทำงานกับเชื้อเพลิงทุกประเภท

โดยผู้เชี่ยวชาญของทางบริษัทฯ ตั้งใจทำงานอย่างเต็มที่ เราเริ่มต้นด้วยการวิจัยเกี่ยวกับวัฏจักรทางอุณหพลศาสตร์แบบต่างๆ และที่เราประหลาดใจก็คือพบว่าในทางทฤษฎีแล้ว ประหยัดที่สุดคือเครื่องยนต์สเตอร์ลิงที่ถูกลืมไปนาน

สงครามระงับการวิจัย แต่เมื่อสิ้นสุดยุค 40 งานยังคงดำเนินต่อไป จากนั้นจากการทดลองและการคำนวณจำนวนมาก การค้นพบใหม่ก็เกิดขึ้น - วงจรปิด ซึ่งอยู่ภายใต้ความกดดันประมาณ 200 atm ของเหลวทำงาน (ไฮโดรเจนหรือฮีเลียม เนื่องจากมีความหนืดต่ำสุดและความจุความร้อนสูงสุด) หมุนเวียน จริงอยู่ เมื่อปิดวงจรลง วิศวกรก็ถูกบังคับให้ดูแลการหล่อเย็นเทียมของของไหลทำงาน ดังนั้นจึงมีเครื่องทำความเย็นซึ่งไม่ได้อยู่ในเครื่องยนต์สันดาปภายนอกเครื่องแรก และถึงแม้ว่าฮีตเตอร์และคูลเลอร์จะกะทัดรัดแค่ไหนก็ตาม แต่ทำให้สเตอร์ลิงหนักขึ้น แต่ก็บอกถึงคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่ง

แยกออกจากสภาพแวดล้อมภายนอกพวกเขาแทบไม่ต้องพึ่งพา สเตอร์ลิงสามารถวิ่งจากแหล่งความร้อนได้ทุกที่ ไม่ว่าจะเป็นใต้น้ำ ใต้ดิน ในอวกาศ นั่นคือที่ซึ่งเครื่องยนต์สันดาปภายในที่ต้องการอากาศไม่สามารถทำงานได้ ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว โดยหลักการแล้ว เป็นไปไม่ได้หากไม่มีเครื่องทำความร้อนและเครื่องทำความเย็นที่ถ่ายเทความร้อนผ่านผนัง แล้วสเตอร์ลิงก็เอาชนะคู่แข่งได้แม้ในน้ำหนัก ในรถต้นแบบรุ่นแรก ความถ่วงจำเพาะต่อหน่วยกำลังอยู่ที่ประมาณ 6-7 กิโลกรัมต่อแรงม้า ด้วย. เช่นเดียวกับในเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเล สเตอร์ลิงสมัยใหม่มีอัตราส่วนที่ต่ำกว่า - 1.5-2 กก. ต่อลิตร กับ. มีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบายิ่งขึ้น

ดังนั้นรูปแบบจึงกลายเป็นสองวงจร: วงจรหนึ่งที่มีตัวแทนการทำงานและวงจรที่สอง - แหล่งความร้อน ทำให้สามารถให้กำลังขับได้ถึง 200 ลิตร กับ. ต่อลิตรของปริมาตรการทำงานและประสิทธิภาพ - มากถึง 38-40 เปอร์เซ็นต์ สำหรับการเปรียบเทียบ: สมัยใหม่

เครื่องยนต์ดีเซลมีประสิทธิภาพ 34-38 เปอร์เซ็นต์ และ เครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์- 25-28. นอกจากนี้ กระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงสเตอร์ลิงยังดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง และช่วยลดความเป็นพิษได้อย่างมาก - ในแง่ของการปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์ 200 เท่า ในแง่ของไนโตรเจนออกไซด์ - ประมาณ 1-2 คำสั่งของขนาด นี่อาจเป็นหนึ่งในแนวทางแก้ไขปัญหามลพิษทางอากาศในเมืองที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

ส่วนการทำงานของรถสเตอร์ลิงสมัยใหม่คือปริมาตรปิดซึ่งเต็มไปด้วยก๊าซทำงาน (รูปที่ 2) ส่วนบนของปริมาตรจะร้อนขึ้นอย่างต่อเนื่อง อันล่างนั้นเย็นมันถูกระบายความร้อนด้วยน้ำอย่างต่อเนื่อง ในปริมาตรเดียวกัน - กระบอกสูบที่มีลูกสูบสองตัว: ตัวเปลี่ยนและตัวทำงาน เมื่อลูกสูบสูงขึ้น ก๊าซในปริมาตรจะถูกบีบอัด ลง - ขยาย การเคลื่อนขึ้นและลงของลูกสูบดิสเพลสเซอร์ทำให้เกิดการกระจายแบบสลับกันของก๊าซร้อนและเย็น เมื่อลูกสูบดิสเพลสเซอร์อยู่ใน ตำแหน่งสูงสุด(ในพื้นที่ร้อน) ก๊าซส่วนใหญ่จะเคลื่อนเข้าสู่เขตเย็น ในขณะนี้ ลูกสูบทำงานเริ่มขยับขึ้นและบีบอัดก๊าซเย็น ตอนนี้ลูกสูบดิสเพลสเซอร์จะวิ่งลงมาจนสัมผัสกับลูกสูบที่ทำงาน และก๊าซเย็นที่ถูกอัดจะถูกสูบเข้าไปในพื้นที่ร้อน การขยายตัวของก๊าซร้อน - จังหวะการทำงาน ส่วนหนึ่งของพลังงานของจังหวะการทำงานจะถูกเก็บไว้สำหรับการบีบอัดก๊าซเย็นที่ตามมา และส่วนที่เกินจะไปที่เพลามอเตอร์

ตัวสร้างใหม่ตั้งอยู่ระหว่างพื้นที่เย็นและร้อน เมื่อก๊าซร้อนที่ขยายตัวถูกสูบเข้าไปในส่วนที่เย็นโดยการเคลื่อนที่ของลูกสูบเคลื่อนที่ มันจะผ่านมัดลวดทองแดงบางๆ ที่หนาแน่น และให้ความร้อนที่มีอยู่ในนั้น ระหว่างจังหวะถอยหลัง ให้บีบอัด อากาศเย็นก่อนเข้าสู่ส่วนร้อน นำความร้อนนี้กลับคืน.

1 - เตาเชื้อเพลิง; 2 - ไอเสียของก๊าซเย็น 3 - เครื่องทำความร้อนอากาศ; 4 - ทางออกของก๊าซร้อน 5 - พื้นที่ร้อน; 6 - ตัวสร้างใหม่; 7 - กระบอกสูบ; 8 - ท่อระบายความร้อน; 9 - พื้นที่เย็น; 10 - ลูกสูบทำงาน; 11 - ไดรฟ์ขนมเปียกปูน; 12 - ห้องเผาไหม้; 13 - ท่อฮีตเตอร์; 14 - ลูกสูบแทนที่; 15 - ปริมาณอากาศสำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิง; 16 - ช่องบัฟเฟอร์

แน่นอนใน รถจริงทุกอย่างดูไม่ง่ายนัก (รูปที่ 3) เป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้ก๊าซร้อนอย่างรวดเร็วผ่านผนังหนาของกระบอกสูบซึ่งต้องใช้พื้นผิวความร้อนที่ใหญ่กว่ามาก นั่นคือเหตุผลที่ส่วนบนของปริมาตรปิดกลายเป็นระบบของท่อบาง ๆ ที่ร้อนด้วยเปลวไฟของหัวฉีด เพื่อที่จะใช้ความร้อนของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ได้อย่างเต็มที่ อากาศเย็นที่จ่ายไปยังหัวฉีดจะถูกทำให้ร้อนโดยก๊าซไอเสีย - นี่คือลักษณะของวงจรการเผาไหม้ที่ค่อนข้างซับซ้อน

ส่วนเย็นของปริมาตรการทำงานยังเป็นระบบของท่อที่ฉีดน้ำหล่อเย็น

ใต้ลูกสูบทำงานจะมีช่องบัฟเฟอร์ปิดซึ่งเต็มไปด้วยก๊าซอัด ในช่วงจังหวะการทำงาน ความดันในช่องนี้จะเพิ่มขึ้น พลังงานที่เก็บไว้ในกรณีนี้เพียงพอที่จะบีบอัดก๊าซเย็นในปริมาณการทำงาน

เมื่อดีขึ้น อุณหภูมิและความดันเพิ่มขึ้นอย่างควบคุมไม่ได้ 800 องศาเซลเซียส และ 250 atm. - นี่เป็นงานที่ยากมากสำหรับนักออกแบบ มันคือการค้นหาวัสดุที่แข็งแรงและทนความร้อนเป็นพิเศษ ปัญหาที่ยากของการทำความเย็น เนื่องจากการสร้างความร้อนที่นี่มากกว่าเครื่องยนต์คลาสสิกหนึ่งเท่าครึ่งถึงสองเท่า

ผลของการทดลองเหล่านี้บางครั้งนำไปสู่การค้นพบที่ไม่คาดคิดที่สุด ตัวอย่างเช่น ผู้เชี่ยวชาญของ Philips ขณะใช้งานเครื่องยนต์ขณะเดินเบา (โดยไม่ให้ความร้อน) สังเกตว่าฝาสูบเย็นมาก โดยบังเอิญ ผลกระทบที่ค้นพบนำไปสู่การพัฒนาทั้งชุด และเป็นผลให้กำเนิดเครื่องทำความเย็นใหม่ ขณะนี้หน่วยทำความเย็นขนาดเล็กและประสิทธิภาพสูงดังกล่าวมีการใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก แต่กลับไปที่เครื่องยนต์ความร้อน

เหตุการณ์ที่ตามมากำลังเติบโตเหมือนก้อนหิมะ ในปี 1958 ด้วยการได้มาซึ่งใบอนุญาตจากบริษัทอื่น สเตอร์ลิงจึงก้าวไปต่างประเทศ เริ่มทำการทดสอบในด้านเทคโนโลยีต่างๆ กำลังพัฒนาโครงการเพื่อใช้เครื่องยนต์ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ ยานอวกาศและดาวเทียม สำหรับสถานีวิทยุภาคสนาม กำลังสร้างโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงประเภทใดก็ได้ (ด้วยกำลัง 10 แรงม้า) ซึ่งมีระดับเสียงต่ำจนไม่ได้ยิน 20 ขั้น

ความรู้สึกที่ยิ่งใหญ่เกิดจากโรงงานสาธิตที่ใช้เชื้อเพลิงยี่สิบชนิด โดยไม่ต้องดับเครื่องยนต์ เพียงแค่หมุนก๊อกน ้า เบนซิน เชื้อเพลิงดีเซล น้ำมันดิบ น้ำมันมะกอก ก๊าซที่ติดไฟได้ ก็จะถูกป้อนเข้าห้องเผาไหม้สลับกัน และรถจะ "กิน" "อาหาร" ใดๆ ได้อย่างสมบูรณ์แบบ มีรายงานจากสื่อต่างประเทศเกี่ยวกับโครงการเครื่องยนต์ 2.5 พันแรงม้า กับ. ด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ประสิทธิภาพโดยประมาณ 48-50%. ขนาดทั้งหมดของหน่วยกำลังลดลงอย่างมาก ซึ่งช่วยให้น้ำหนักและพื้นที่ที่ปล่อยออกมาภายใต้การคุ้มครองทางชีวภาพของเครื่องปฏิกรณ์

การพัฒนาที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งคือการขับเคลื่อนหัวใจเทียมที่มีน้ำหนัก 600 กรัมและ 13 วัตต์ ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่อ่อนแอทำให้มีแหล่งพลังงานที่แทบจะไม่มีวันหมดสิ้น

เครื่องยนต์สเตอร์ลิงได้รับการทดสอบในรถยนต์บางคัน ในแง่ของพารามิเตอร์การทำงาน มันไม่ได้ด้อยกว่าคาร์บูเรเตอร์ ระดับเสียงและความเป็นพิษ ไอเสียลดลงอย่างมาก

รถที่มีเครื่องยนต์สเตอร์ลิงสามารถวิ่งด้วยเชื้อเพลิงชนิดใดก็ได้ และหากจำเป็น ให้ใช้น้ำมันแบบละลาย ลองนึกภาพ: ก่อนเข้าเมือง คนขับจะเปิดเตาและละลายอะลูมิเนียมออกไซด์หรือลิเธียมไฮไดรด์หลายกิโลกรัม มันวิ่งไปตามถนนในเมือง "ไม่มีควัน": เครื่องยนต์ทำงานด้วยความร้อนที่สะสมโดยตัวหลอมเหลว หนึ่งใน บริษัท ที่ผลิตสกู๊ตเตอร์ลงในถังซึ่งมีลิเธียมฟลูออไรด์ละลายประมาณ 10 ลิตร ค่าใช้จ่ายดังกล่าวเพียงพอสำหรับการทำงาน 5 ชั่วโมงด้วยกำลังเครื่องยนต์ 3 ลิตร กับ.

การทำงานกับสเตอร์ลิงส์ยังคงดำเนินต่อไป ในปี พ.ศ. 2510 ได้มีการสร้างตัวอย่างโรงงานนำร่องที่มีความจุ 400 ลิตร กับ. สำหรับหนึ่งกระบอก มีการดำเนินการโปรแกรมที่ครอบคลุมโดยในปี 1977 มีการวางแผนที่จะผลิตเครื่องยนต์จำนวนมากที่มีช่วงกำลังตั้งแต่ 20 ถึง 380 แรงม้า กับ. ในปี 1971 ฟิลิปส์เปิดตัวสี่สูบ เครื่องยนต์อุตสาหกรรมใน 200 ลิตร กับ. มีน้ำหนักรวม 800 กก. ท่วงท่าของเขาสูงมากจนเหรียญ (ขนาดเท่ากับนิกเกิล) วางบนขอบบนตัวเรือนโดยไม่ขยับ

ข้อดีของเครื่องยนต์ประเภทใหม่ ได้แก่ ทรัพยากรมอเตอร์ขนาดใหญ่ประมาณ 10,000 ชั่วโมง (มีข้อมูลแยกจาก 27,000) และการทำงานที่ราบรื่นเนื่องจากความดันในกระบอกสูบเพิ่มขึ้นอย่างราบรื่น (ตามไซนัส) และไม่ใช่โดยการระเบิดเช่นเครื่องยนต์ดีเซล

นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาโมเดลใหม่ๆ ที่มีแนวโน้มจะเกิดขึ้นที่นี่ นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรกำลังทำงานเกี่ยวกับจลนศาสตร์ของตัวเลือกต่างๆ โดยคำนวณบนคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ ประเภทต่างๆ"หัวใจ", สเตอร์ลิง รีเจนเนอเรเตอร์ มีการค้นหาโซลูชันทางวิศวกรรมใหม่ ๆ ที่จะสร้างพื้นฐานของความประหยัดและ เครื่องยนต์ทรงพลังสามารถดันดีเซลธรรมดาและ เครื่องยนต์เบนซินจึงเป็นการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ไม่เป็นธรรมของประวัติศาสตร์

ก. อเล็กเซเว

สังเกตเห็นข้อผิดพลาด? เลือกแล้วคลิก Ctrl+Enter เพื่อแจ้งให้เราทราบ

บ้าน » ระบบทำความร้อน » เครื่องยนต์สเตอร์ลิง (1 GIF) โรงไฟฟ้าเครื่องยนต์สเตอร์ลิง - ความเรียบง่าย ประสิทธิภาพ และความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม เครื่องยนต์เทอร์ไบน์สันดาปภายนอก