PDF《史特林引擎的发展与应用》

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3 4 (图六) PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 史特林引擎的发展与应用 7/9 若把其运转过程绘成压力与体积之间的关系图(图六).其中 1→2 的过程中,工作流体等体积升 温,2→3 的过程中,工作流体等温膨胀,3→4 的过程中,工作流体等体积降温,4→1 的过程 中,工作流体等温压缩,1→2 的过程中,工作流体等体积升温.与卡诺循环(Carnot Cycle) 比较,卡诺循环由两条绝热线和两条等温线构成.在史特林引擎中工作流体的压力-体积图(pv 图)是由两条等温线和两条等体积升/降温度线构成.换言之,史特林引擎循环以两条等体积升降 温度线,取代卡诺循环的两条绝热线.值得注意的是,事实上,史特林引擎工作流体的温度并非 完全均匀的r体积和压力的变化也非如图上所示那样泾渭分明 , 真正的体积和压力变化的曲线并 非如图

(一)有有角.图

(一)是理想化和简化的史特林引擎循环.也就是说:假设史特林引擎转 速慢到可以在工作流体温度升降时,将体积视为不变,但工作流体膨胀并压缩时,温度可维持与 温差气室的冷热区一致,也就是工作流体作等温膨胀与压缩.(注四) (图七) 出处 http://www.myoops.org/twocw/mit/Mechanical-Engineering/2-670Mechanical-Engine ering-ToolsJanuary--IAP-2004/StudyMaterials/index.htm 麻省理工学院开放式课程网页 机械工程 回到引擎整体 ,空气在引擎中是不断地加热(由酒精灯加热) ,在空气膨胀时就会推动施力活塞(图 中蓝色部分)到右边.当施力活塞到达右边时,黄色连杆会轻轻地带动红色 「活塞」 (在机器左边), 使空气移到引擎较冷的一边.空气到较冷的一边时会放热到外界而压缩,并拉蓝色活塞到左边. 此时空气会再一次的移动,被带回引擎较热的区域,重复著这样的循环.

四、史特林引擎的实际应用和未来发展 01. 潜舰 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 史特林引擎的发展与应用 8/9 史特林引擎的实际运用,最典型的例子便是瑞典海军现役潜舰,是瑞典考克姆造船厂(Kockums Marine AB)所制造之推进系统,其工作原理是将柴油与液态氧混合后在燃烧室内燃烧,产生的 热能在热交换器中将工作介质氦气加热 , 氦气进入活塞室内膨胀后推动史特林引擎的活塞产生机 械能,再藉曲拐轴带动发电机发电,产生的电力则用以驱动马达,带动传动系统,然后转动扇叶 使得潜舰运动.史特林引擎系统工作示意图如图七.(注五) (图七) 出处 http://www.kockums.se/Submarines/aipstirling.html (图八) 出处同(图七) 02.发电机 史特林发电机和往复式发电机相比,优点在於其体积小、噪音低、较低的维护需求(活塞式史特 林发电机大约在运转达50000个小时之后,才需维护),也有潜力以较低的成本量产.再者,史特 林发电机可以配合使用不同的燃料来发电,例如农业与林业使用的废弃物.目前史特林发电机在 欧洲许多地方应用於社区共同发电,发电规模从500瓦到3千瓦不等,发电效率虽低,但透过共同 发电可使整体效果提高到85%.现在纽西兰的Whisper Tech 与一家荷兰瓦斯公司合作在欧洲市场 上测试与销售一套800瓦发电规模的史特林发电机组,该机组可以与水塔相连,当机组全力运作 达到最高温时可以用多余的热能来提供热水.另外,英国电力公司也在英国测试另一型的社区共 同发电机组,它的发电规模为1千瓦,使用天然气为燃料,体积很小,甚至可以放在厨房的柜子 PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com 史特林引擎的发展与应用 9/9 里.(注六) 03.微型人工心脏 微型化后的史特林引擎也极具潜力 . 科学家正致力研究把史特林引擎应用在尺寸很小的微型引擎 上,例如医学上的人工心脏,藉由人体恒定且源源不绝的体温推动史特林引擎稳定运作.而在太 阳能、地热、温差发电等领域,史特林引擎的发展亦可说是无可限量. 04.其他 另外,史特林引擎也使用在美国太空总署的深太空探测船、德国太阳能发电设备、寒带地区暖气 和发电共生的商业机组.而输出工率高达五千马力的史特林引擎也已经问世,对於史特林引擎在 航空器、汽车等交通工具与大型机具的应用上更迈进了一步. 参结论 在地球资源日益匮乏的环境下,人类正面临高油价时代.石油、煤与天然气三大石化燃料的大量 消耗似乎提醒我们应该积极开发新的能源,而京都议定书的签订更让开发新的能源成为当务之 急.能源利用与开发,是许多国家都在推动探讨的议题,任何发展,能源都握有决定性的关键因 素.几次的能源危机,都造成全球性的影响,因此,能源议题在许多国家的发展会议上备受重视. 而史特林引擎善用周遭所有多元能源,避免浪费能源,已呈现出未来能源的发展趋势与利用型 态.虽然目前在技术上仍有许多地方等待克服,但我们仍期待未来的某一天,全世界的人类都能 享受到这种新科技带来的便利,让人类的发展不再因石化燃料不足的限制而受到阻碍. 肆引注资料 注一:史特林引擎模型研习手册.周鉴恒(2003) .台中国立自然科学博物馆(未正式出版). 注二:《轻学物理的第一本书》周鉴恒著.如何出版社. 注三: http://tw.myblog.yahoo.com/jw!38.gq_GFHRT.YwEw_4YGB5QSPA--/article?mid= 17&