低温差斯特林机.ppt

“ ” 低温差斯特林机郑鹏 斯特林机的简介 1816 年，伦敦的牧师罗伯特·斯特林 (Robe Stirling) 发明了闭式循 环的热气机一一斯特林发动机。罗伯特·斯特林在历史上第一次描述了回热器的结构和 应用，并对第一台闭式循环热气机的构造进行了描述。斯特林发动机是一种外部燃烧(加热)的封闭式活塞发 动机。限于当时条件，大部分发动机的功率和效率都很低，逐渐被 比其发明晚半个多世纪的内燃机所替代。1916 年最后一台 老式斯特林发动机出厂，斯特林发动机的发展告一段落。 近几十年来，随着能源问题和污染问题日益突出，以及斯特林发动机的一些关键技术问题的解决和它所特有的优 点，因而受到了国内外的广泛关注。 低温差斯特林发动机，又叫LTD斯特林发动机。它是一种工作在低温差环境下的热机。通常工作的温差小于100℃。低温差斯特林发动机在最初的时候，是作为演示模型来制造出来的。低温差斯特林发动机能够神奇的工作在手掌心与环境温度之差这么小的温差下，这通常已经超出了普通人的想象能力。所以，低温差斯特发动机一出现，就能够很有效的吸引人们的关注，激发人们向往探秘的好奇心理。 工作原理 斯特林发动机有两个气缸。一个动力气缸，一个热置换气缸。 绿色的活塞就是动力活塞，它所在的气缸是动力气缸。黄色的活塞是热置换活塞，又叫移气活塞，移气胴体，移气器。 　　它所在的气缸就是热置换气缸。 　　气体在热置换气缸内，受移气器的推动，在冷端和热端来回流动，空气流动到热端时，受热膨胀，推动动力活塞向外运动。空气流动到冷端时，受冷收缩，吸引动力活塞向内运动。动力活塞就向外输出了动力，带动曲轴转动。 工作原理 如图1 把橡皮绑在容器口上，我们能容易理解受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)。 如果我们放入一个移气器(Displacer)到容器内(图4)，而这个移气器的直径比容器的内径小一些，当移气器自由上下移动时，即可以把容器内的气体挤下或挤上。 当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由于容器底端加热，因此气体受热，压力变大，此压力经由活塞与容器间的空隙传到橡皮，使得橡皮会膨胀(图5)。 相反的，若施以适当的力量把移气器下移，则容器内的气体被挤至容器上端，此时由于容器上端为冷却区，因此气体被冷却，使气体温度降低，压力变小，而使得橡皮会缩收(图5)。 如此，不断使移气器自由上下移动，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。 由此，可知移气器的功用主要在于移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。 要让移气器上下移动，只要将移气器与一曲轴连结(图6) 。当曲轴旋转时，移气器就会被带上及带下。将移气器与曲轴连结完毕之后，在容器底端加热上端冷却，只要用手转动曲轴，使得移气器移上及移下，此时橡皮便会重复膨胀及收缩(图7)。要注意的是移气器本身不会动，而是被曲轴带动，动力来源是动力活塞。 如果只有上述的零件，引擎还是不能运转。因为利用橡皮的膨胀或收缩 (图8,9)，并无法让曲轴旋转一整圈。因此，必须加上一个有旋转惯性的设备，即“飞轮”，才能达成连续的运转。 当前应用 斯特林发动机的当前应用： 1、斯特林发动机应用于碟式太阳能热发电 2、天然气驱动的斯特林发动机微小型动力系统 3、斯特林发动机在AIP潜艇上的应用 4、斯特林发动机应用于中高温余热回收 5、分布式能源系统的利用 …… 当前应用 低温差斯特林发动机的当前应用： 最先进的当属美国威斯康辛大学 Senft 教授研制的Ringbom 斯特林发动机，只需 0. 5℃的温差就能以 60r/min 的速度运转。日本也研制出 150W 低温差斯特林发动机，工作温差为 100℃。 低温差斯特林发动机的特点适合于作废热回收发电动力 与其它热机对比优势 1） 由于是外燃机， 燃料来源广泛， 适宜就地取材。 2） 热效率高 3） 排气污染小。 4） 噪音低。 5） 运转特性好 6） 结构简单， 维修方便 与其他热机相比缺陷 斯特林发动机尚存在的主要问题和缺点是制造成本较高，工质密封技术较难，密封件的可靠性和寿命还存在问题，功率调节控制系统较复杂，机器较为笨重。 前景展望 近年来，斯特林发动机的研究在世界领域取得了突破性进展，能源危机更增加了世界各个国家对斯特林发动机的重视程度，进一步加快斯特林发动机的发展速度。由于斯特林发动机得天独厚的优势，以及各种新材料新技术的出现，斯特林发动机必将代替内燃机为21世纪提供主要动力。尽管我国斯特林发动机的研究起步比较晚，但我国的研制力和研制水平的进展速度很快，受到了国际斯特林发动机界的注目。权威人士预言，我国在这一领域将会发挥巨大的作用。斯特林发动机如用于太阳能热发电，将促进太阳能作为符合 可持续发展的绿色能源的利用。斯特林发动机的广泛应用，必将使