斯特林循环的制冷应用.ppt

1.4 斯特林发动机原理 斯特林发动机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。主要包括热源 热源、冷源、闭式循环系统、动力传动系统(包括工质密封系统)、负荷控调系统、起动等辅助系统。 有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。其燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。 实际斯特林热机有很多热损失，主要有穿梭传热损失、泵气损失、回热损失、导热损失等。所以实际斯特林循环效率低于卡诺循环效率。 实际循环如右图： 斯特林发动机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，它理想的热力循环称作斯特林循环。它具有两个明显优于内燃机的特点： 一、能利用各种能源，无论是常用的液体燃料，还是气体燃料或固体燃料，甚至太阳能、化学反应能和放射性同位素能源，工厂废热只要是能产生一定温度的热量，斯特林发动机就可以工作。 二、振动噪音低、排放污染小，具有良好的环境特性。相比内燃机其热源温度不需要太高，一般750℃以内远低于内燃机汽缸温度。而且热源燃烧连续，工质不燃烧。循环压力比通常小于2，运行平稳。外燃机出力和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。 三、相比内燃机的一个亮点——非常容易DIY 2 .1 利用余热、燃气、太阳能等热源的斯特 林发动机产生动力制冷。 目前斯特林发动机作为动力机械发展相对成熟一些，特别是碟式/斯特林太阳能发电机应用广泛，不同型号的斯特林发动机都有批量生产。 采用 废热（余热、燃气、太阳能等）——斯特林发动机——制冷机组方式的总制冷效率和吸收式制冷持平，特别是近年来温差小于400度的高效斯特林发动机研究成功，使得这一方式的可行性越来越高。 对于边远地区、荒漠和海岛等，架设电网的投资太大，采用柴油发电成本太高，而外燃机可以利用太阳能、沼气、植物、垃圾等发热源发电。采用：热能——斯特林发动机——电能——普通制冷机制冷非常合适。 2 .2 碟式太阳能斯特林发电 3.1 斯特林制冷循环 斯特林制冷循环的工质在室温腔、冷却器、回热器、冷量换热器和冷腔等部分来回交变流动，而气体总量不变，所以是闭式循环。 循环的理论性能系数等于同温限下卡诺循环的性能系数 理想斯特林制冷循环要求活塞作折线式的间断运动，如右图中虚线所示，这是难以实现的。右图的曲柄连杆机构带动的双活塞结构，通常作为热力分析的基本形式。 3.2 斯特林制冷循环的特点 一直以来，由于技术成本和生产成本较高的原因，斯特林制冷机主要用于航天领域及红外探测器件的冷却，制冷温度大都低于100 K，制冷量较小，2O世纪8O年代以后，随着斯特林制冷技术的成熟，其设计和制造成本逐年下降，斯特林制冷机 的应用面和产量逐渐增加。特别是传统制冷系统由于ODP(臭氧层破坏)和GWP(温室效应)而受到越来越严格的限制，这为斯特林制冷技术的蓬勃发展提供了难得的历史机遇。 斯特林制冷与传统的蒸气压缩节流制冷有极大的不同，斯特林制冷一般采用整体式斯特林制冷机作为冷源，主要以氦气为循环工质，其原理是工质膨胀制冷，因而无节流系统和蒸发器。相对于传统的蒸汽压缩节流制冷系统，采用斯特林制冷循环的新型制冷系统具有高效率、“绿色”制冷剂、制冷温区广等特点，在环保及节能方面具有明显的优势。 上世纪90年代以来，国内外的斯特林技术研究机构先后提出并研制了可用于商业制冷(制冷温度高于120K)领域的斯特林制冷系统。但规模化商业应用还不成熟。 3.3 斯特林循环制冷应用实例 韩 国LG公司 的Kim等采用自由活塞斯特林制冷机对60L的冰箱制冷，使冰箱内温度保持在-20℃，结果显示相对于蒸汽节流制冷系统节能25％。 以色列IST公司与法国电力公司 EDF合作研制 了采用旋转电机的曲柄连杆结构的斯特林制冷机，其结构如 右图所示，基本完成了应用研发阶段 。 斯特林循环的制冷应用 王家乐 斯特林循环的制冷应用 1 斯特林循环系统原理及特点介绍。 2 利用余热、燃气、太阳能等热源的斯特林发动机产生动力制冷。 3 斯特林制冷循环特点及应用。 * 1.1 斯特林循环 The Stirling cycle 斯特林循环 两个等温过程 两个等容过程 卡诺循环 两个等温过程 两个绝热过程 理论斯特林循环效率为卡诺效率，即是在一定的高温热源和低温热源之间工作的热机的最高效率，两者的逆循环同样如此。 * 1.2 斯特林热机发展历史 斯特林循环是英国牧