斯特林发动机循环分析

斯特林发动机循环分析

张灏峻戴俏波颜俏

北京交通大学热能与动力工程

摘要：斯特林发动机作为外燃机，其理论热效率高，等于卡诺循环效率，此外，

它具有适用于多种燃料、燃烧时间充分、燃烧完全、污染排放小等优点，所以近

三十年来一直是研究的热点。本文简单介绍了了斯特林发动机结构特点，介绍了

其主要优缺点及应用现状，对循环过程和热效率进行了分析，并提出一系列提高

循环效率的措施，旨在把我们从课本上所学的知识做一细化整理。

关键词：斯特林发动机；优缺点；应用现状；循环效率；提高效率

一．斯特林发动机

1.结构特点

斯特林发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林（Robert Stirling）于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。斯特林发动机是独特的热机因为们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。

图1 斯特林发动机主要结构

斯特林发动机主要由压缩腔、加热器、回热器、冷却器和膨胀腔组成,。热气机分为单缸、2缸、4缸等形式；单缸热气机的热腔与冷腔共一室，需要交替向燃烧室中注入燃气、燃烧、排气、注入冷却气体等循环过程，驱动活塞上下运动带动曲轴转动，由于燃烧室需要交替使用，与一般的内燃机一样复杂，很少再发展。2缸热气机的燃烧、冷却过程完全连续，1个汽缸加热、1个冷却，工质在 2个气缸中密闭循环，反复被加热冷却，活塞在热气驱动下上下运动驱动曲轴旋转。4缸热气机的气缸上部加热、下部冷却，或相反，工质在相邻两个气缸的上下部间循环，4个活塞交替上下，直接驱动斜盘转动，工作最为平顺。

2.应用现状

2.1用于热电联产

充分利用它环境污染小的特点，在大城市里可以以天然气作燃料，通过斯特林发动机内部的冷却装置，加热冷却水并回收烟气，即可采暖。1台25KW的外燃机完全可以满足500-1500㎡建筑采暖，如图2所示。

图2 斯特林发动机热电联产网络

这种使用斯特林发动机的热电联产装置实际上相当于一台副产电力的供热锅炉，一般情况下根据供热需求确定其运行状态，其电力系统可与电网连接，多余的电力通过配电盘向外界供电。如果配备相应的热水型吸收式制冷机，如图3所示，夏季就可以利用热能支取空调所需的冷却水，从而部分地取代目前广泛使用的耗电量可观的蒸汽压缩式空调制冷装置。显然，不仅在冬季的供暖期，而且在夏天的供冷期，热电联产装置都能发挥重要的作用。

图3 斯特林发动机热电联产装置

2.2斯特林太阳能发电装置

利用斯特林发动机外燃的特性，将多面反光镜聚焦在发动机的热腔，利用太阳能的能量嘉文热腔发电，发电功率达到20KW，设备可以自动跟踪太阳旋转。它还可以有另一个独具匠心的设计实在太阳落山后或阳光不足以发电时，自动闭合热腔，利用燃料燃烧发电，一机两用，节省了蓄电池投资，提高了能源供应设备的利用效率，而造价仅仅为硅晶光伏电池的1/3，投资效益极好。

2.3 低能级的余热回收利用型

斯特林发动机的另一优势是余热回收，利用热腔温度达到700℃即可发电的特性，不需要任何介质或换能转换装置，直接将热腔伸入热源之中，将余热转换成高价值的电能。例如：炼油厂、化工厂、焦化厂、冶炼厂等，均可使用。每个外燃机可以回收25KW电能和44KW热能。

2.4其他

斯特林发动机可用在汽车、潜水艇、宇宙飞船上、充分发挥其体积小、排热量低、噪音小等特点，应用十分广泛。

3.经济性分析

北京某居民楼利用斯特林发动机系统进行热电联产，燃气斯特林发动机与燃气锅炉具体经济参数的比较见表1。

表1 斯特林发动机与燃气锅炉经济性比较

由上表可知该工程采用斯特林发电机热电联产大幅度节约了能源费用，经济效益明显；环境效益也非常突出，该机氮氧化物排放远远小于燃气锅炉的排放。

二．斯特林循环过程分析

理想的斯特林热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程。斯特林循环可以分为4个过程：

①②③④

① a→b定容回热过程:动力活塞停留在它的上止点附近,配气活塞上行，迫使冷腔内的工质经回热器流入配气活塞上方的热腔，低温工质流经回热器时吸收热量，使温度升高。

② b→c定温膨胀过程：配气活塞继续上行，工质经加热器加热，在热腔中膨胀，推动动力活塞向下并对外作功。

③ c→d定容储热过程：动力活塞保持在下止点附近，配气活塞下行，工质从热腔经回热器返回冷腔，回热器吸收工质的热量，工质温度下降至冷腔温度。

④d→a定温压缩过程:配气活塞停留在下止点附近，动力活塞从它的下止点向上

压缩工质，工质流经冷却器时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞到达它的上止点时压缩过程结束。

斯特林循环与卡诺循环比较，前者由两个等温过程和两个等体积过程所构成，而后者係由两个等温过程和两个绝热过程所构成。换言之，斯特林引擎循环以两个等体积的吸热与排热过程，取代卡诺循环的两个绝热过程。因此，若斯特林引擎循环欲达成卡诺引擎相同的热效率，必须将c→d过程中，工作流体等体积排热过程所排出的的热量，必须用来提供在a→b过程中，工作流体等体积吸热升温所需的热量，这个步骤，叫作再生

( Regeneration )，所使用的装置，称为再生器(Regenerator)或回热器。

实际的斯特林循环由于受到系统不可逆因素的影响，不可能严格遵循以上四个过程，其循环如下：

三．斯特林循环效率分析

针对理想stirling循环，在定容回热过程a→b中工质从回热器中吸收的热量正好等于定容储热过程c→d中放给回热器的热量，在这个过程中工质与外界没有发生热量的换。经过一个循环回热器恢复到原始状态，所以整个循环中工质吸热（b→c段）

故

整个循环中工质放热（d→a段）

，

故

考虑到，所以，因此可得

可见斯特林循环的热效率与同温限的卡诺循环的效率相等。斯特林循环从表面上看有定容吸热过程、定容放热过程，所以必须有许多热源，但是在定容放热过程中所放出的热量在定容吸热过程中完全被工质本身所吸收。这样的回热过程称为极限回热，在极限回热过程中工质与外界没有发生热量的交换。因此斯特林循环中工质只是从高温热源恒温吸热，向低温热源恒温放热，所以其热效率与卡诺循环热效率相同。我们把象斯特林循环这样的极限回热循环也称做概括性卡诺循环。

由表达式可见，提高热效率的方法是提高循环的高温和降低循环的低温。而实际的斯特林循环发动机，由于存在种种不可逆因素：

1、实际循环过程中可以提供的高、低温温差有限，往往达不到理想的stirling循环效率；

2、实际回热过程有压降，影响到回热效率；

3、理想循环的传热过程需要提供足够大的传热面积和传热时间，而实际过程难以实现；

4、实际循环过程中，由于装置扇热、系统摩擦等造成能量损失，一定程度上降低了效率；

5、回热器的效率也不可能达到百分之百，即吸收多少热量就能回热多少热量，所以实际的热气发动机热效率不可能达到很高，也必然低于同温限卡诺循环的理论热效率。

尽管如此，但是可以相信，斯特林循环发动机会越来越广泛地进入各实用领域。

四．如何提高循环热效率

针对以上提出的各种因素，有以下对应的提高效率的措施：

1、尽可能地提高循环过程的高温、降低低温；

2、采取回热措施，并提高回热效率；

3、尽可能增大传热面积，延长传热时间；

4、循环装置采用低散热率的材料，或者可以做成气缸密封工作或是增加机构将流失的能

量回收再利用，但这样会使系统装置的复杂程度提高。

参考文献：

[1] 《工程热力学（第六版）》Yunus A.Cengel Michael A.Boles著

[2] 《斯特林发动机技术参考资料（Stirling.engine.technology.reference）1949年美国

斯特林发动机的工作原理及应用前景

斯特林发动机的工作原理及应用前景 【摘要】随着全球能源危机的发展与环境的恶化，传统的化石燃料日益枯竭，且燃烧的排放物造成了温室效应、雾霾天气及极端的气候等人为的灾害，为了地球的可持续发展和人类生活水平的改善，人们清楚地认识到开发利用新能源的重要性。其中，可再生能源的利用越来越广泛，可再生能源对环境无害或危害极小，且资源分布广泛。越来越多的国家采取鼓励生产和使用可再生能源的政策和措施，中国也确立了到2020年可再生能源占总能源比重15%的目标。外部燃烧系统的作用是给闭式循环系统提供能源，闭式循环系统由冷腔、冷却器、回热器、加热器和热腔组成，工质在闭式循环系统中来回流动一次，完成一个斯特林循环。 【关键词】发动机；原理；前景 1 斯特林发动机闭式循环系统的组件简介 （1）冷腔处于循环的低温部分，和冷却器联接，压缩热量由冷却器导至外界，在压缩过程中有相当一部分工质居于冷腔。 （2）冷却器位于回热器和冷腔之间，功能是将压缩热传到外界，保证工质在较低的温度下进行压缩。 （3）回热器串联在加热器和冷却器之间，是循环系统的一个内部换热器，它交替从工质吸热和向工质放热，使工质反复地受到冷却和加热。回热器并不是必需装置，但它对发动机的效率影响极大。在往复式斯特林发动机中，回热器的使用既使斯特林循环的热效率明显提高，但又增加了工质的阻力和压力损失，工质吸热、散热交替进行，限制了斯特林发动机的转速，影响了功率的输出。因此，优化回热器的设计是斯特林发动机的核心技术问题。 （4）加热器加热器是将外部热源的热能传给工质，使其受热膨胀。加热器的一端与热腔联接，另一端与回热器联接。 （5）热腔始终处于循环的高温部分，连续地将外部热源传给工质，在膨胀时相当部分的工质居于热腔。因此其必须能承受高温和高压，大量的热损失是由热腔散失的。 2 斯特林发动机的基本结构 根据工作空间和回热器的布置方式，斯特林发动机可以分为α、β和γ三种基本类型。 α型斯特林发动机的结构最简单，具有两个汽缸，两个汽缸中间通过加热器、回热器、冷却器连通，热活塞和冷活塞分别位于各自的汽缸内，热活塞负责工质

斯特林发动机原理图解

斯特林发动机原理图解 如图1 把橡皮绑在容器口上，我们能容易瞭解到受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)，这是加热时，内部气体压力作用在橡皮上(图2)，当然人的眼睛是无法看到气体压力的。 A2移气器 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。这个时候，如果我们在容器底端加热，而在容器上端冷却，使上下两端具有足够的温差，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。其原理如下： 当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由於容器底端加热，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，此时由於容器上端為冷却区，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於移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。国立成功大学航太系郑金祥教授把 Displacer 命名為”移气器”，实在更為贴切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以為它的作用跟输出功率的动力活塞一样。

A3 曲柄机构 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)。 A4 动力活塞 橡皮的膨胀及收缩运动，可以转换為动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动力活塞。我们可以另加一根连桿接到上述的曲轴上，便可将橡皮的膨胀及收缩运动转换為曲轴的旋转运动。连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部位必须呈固定的角度差，一般是90度(图8,9)。橡皮的膨胀及缩收所產生的曲轴的旋转运动提供了移气器上下移动的力量，多餘的力量则可以输出。必须注意的是，移气器本身不会动，而是被曲轴带动，动力来源是动力活塞。

DIY斯特林发动机设计制作原理

动手制做动手制做------斯特林发动机模型 斯特林发动机模型什么是斯特林热机？ 热气机（即斯特林发动机）的理想热力循环，为19世纪苏格兰人R.斯特林所提出，因而得名。它是由两个定容吸热过程和两个定温膨胀过程组成的可逆循 环，而且定容放热过程放出的热量恰好为定容吸热过程所吸收。热机在定温(T (T1) 1)膨胀过程中从高温热源吸热，而在定温(T2)压缩过程中向低温热源放热。斯特林循环的热效率为 公式中W 为输出的净功；Q1为输入的热量。根据这个公式，只取决于T1和T2，T1越高、T2越低时，则越高，而且等于相同温度范围内的卡诺循环热效率。因此，斯特林发动机是一种很有前途的热力发动机。斯特林循环也可以反向操作，这时它就成为最有效的制冷机循环。 斯特林循环可以分为4个过程： ①定温压缩过程:配气活塞停留在上止点附近，动力活塞从它的下止点向上压缩工质，工质流经冷却器时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞到达它的上止点时压缩过程结束。 ②定容回热过程:动力活塞仍停留在它的上止点附近,配气活塞下行，迫使冷腔内的工质经回热器流入配气活塞上方的热腔，低温工质流经回热器时吸收热量，使温度升高。

③定温膨胀过程：配气活塞继续下行，工质经加热器加热，在热腔中膨胀，推动动力活塞向下并对外作功。 ④定容储热过程：动力活塞保持在下止点附近，配气活塞上行，工质从热腔经回热器返回冷腔，回热器吸收工质的热量，工质温度下降至冷腔温度。 在理论上，定容储热量等于回热量，其循环效率等于卡诺循环效率。两个活塞的运动规律是由菱形传动机构来保证的。 —1878） 斯特林（Robert Stirling，1790 1790— 英国物理学家，热力学研究专家。 斯特林对于热力学的发展有很大贡献。他的科学研究工作主要是热机。热机的研制工作，是18世纪物理学和机械学的中心课题，各种各样的热机殊涌而出，不断互相借鉴，取长补短，热机制造业兴旺起来，工业革命处于高潮时期。 随着热机发展，热力学理论研究提到了重要位置，不少科学家致力于热机理论的研究工作，斯特林便是其中著名的一位。他所提出的斯特林循环，是重要的热机循环之一，亦称“斯特林热气机循环”。这种循环，是封闭式的，采用定容下吸热的气体循环方式。循环过程是：①等容吸热加热；②由外热源等温加热；③等容放热，供吸热用；④向冷体等温放热，完成一个循环。在理想吸热的条件下，这种循环的热效率，等于温度上下限相同的卡诺循环。利用这种循环的“斯特林热机”，具有很多特点，如采用外燃，或外热源供热等。由于这种循环是封闭式循环，可采用传热性能好的工质，同时，工质的腐蚀性也可以很小，如氮气、氢气等气体。充入的气体工质，还可以加大压力，视封闭系统的情况，能够采用远远大于大气压力的高压气体工作，这样可以提高发动机的单位重量的功率，减小发动机的体积和重量。斯特林热机在逆向运转时，可以作为制冷机或热泵机，这种设想在现代已进入了实用研究阶段。 斯特林循环热空气发动机不排废气，除燃烧室内原有的空气外，不需要其他空气，所以适用于都市环境和外层空间。 18世纪末和19世纪初，热机普遍为蒸汽机，它的效率是很低的，只有3％一

简易斯特林发动机制作原理

简易斯特林发动机制作原理 史特灵引擎属於外燃引擎，只要高温热源温度够高，无论是使用太阳能、废热、核原料、牛粪、丙烷、天然气、沼气（甲烷）、丁烷与石油在内的任何燃料，皆可使之运转，不同於必须使用特定燃料的汽油引擎、柴油引擎等内燃引擎。 A.基础篇 A1气体的特性 如图1把橡皮绑在容器口上，我们能容易瞭解到受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)，这是加热时，内部气体压力作用在橡皮上(图2)，当然人的眼睛是无法看到气体压力的。 A2移气器 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。这个时候，如果我们在容器底端加热，而在容器上端冷却，使上下两端具有足够的温差，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。其原理如下：当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由於容器底端加热，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，此时由於容器上端为冷却区，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於移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。国立成功大学航太系郑金祥教授把Displacer命名为”移气器”，实在更为贴

切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以为它的作用跟输出功率的动力活塞一样。 A3曲柄机构 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)。 A4动力活塞 橡皮的膨胀及收缩运动，可以转换为动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动力活塞。我们可以另加一根连桿接到上述的曲轴上，便可将橡皮的膨胀及收缩运动转换为曲轴的旋转运动。连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部位必须呈固定的角度差，一般是90度(图8,9)。橡皮的膨胀及缩收所產生的曲轴的旋转运动提供了移气器上下移动的力量，多餘的力量则可以输出。必须注意的是，移气器本身不会动，而是被曲轴带动，动力来源是动力活塞。

斯特林发动机原理与制作

简介：斯特林引擎(Stirling Engine)的优势特色与问题 从Stirling Engine 的原理与结构来看，它有几项颇具优势的特点： 1.、其使用外部热源，因此只要是能够产生热，皆可用来做为推动的能源， 所以并不仅限于可燃烧的燃料。而由于内燃机常令人诟病其排放的废气，会产环境污染的问题，因此能够使用地热、太阳能等自然的能源来运作StirlingEngine，显然在此方面是具有优势的。 斯特林发动机原理 2.、虽然Stirling Engine 常被归类于外燃机，但实际上，只要能够产生温差， 就能够成为运作的能源，因此使用低温流体，如乾冰、或冰水，同样可使Stirling Engine 进行运作。 3.、由于Stirling Engine 外部热源与工作气体(Working gas)是分开的，因 此没有燃烧废弃物堆积于内部的问题，使用的润滑油周期较持久。 4、由于热源位于外部，因此在调整控制上，比内燃机容易得多。 5、热源的提供是连续性的，较不会有燃料燃烧不全的情形。 6、比起其他引擎，它的构造很简单，不需要阀门，也没有化油器等机构。 7、运作的温度与压力比起蒸气引擎或内燃式引擎要低且安全的多，因此引擎强度与重量不需要很要求很高。 8、没有燃烧爆炸的作用，运作也很安静，没有剧烈的震动。 以上就是Stirling Engine 的发展优势。然而，既然Stirling Engine 具有优势，但为何当初它并没有成为普遍的动力系统?显然它仍然有一些问题有待克服或替代方桉：

斯特林发动机原理 1、无法避免热源对热室的侵蚀。毕竟高温差使得其运作效率提高，但也相对的会使活塞机构产生高温或低温侵蚀性的影响，引响运作寿命。 2、虽然在低温差可以运作，但要在低温差下产生大量的动能时，引擎的体积就会很巨大。 3、高低温差的控制很困难，尤其取决于引擎的隔热包装技术。如果无法有效控制，会徒增能源的散逸，减低效率。 4、刚开始Stirling Engine 无法迅速运转，它必须经过一段“暖机时间”。 5、要改变它的能量输出等级是很难的，它无法像内燃机一样用燃油多寡直接去控制动力的大小。 6. 最好的工作气体是使用氢等分子量小的气体，但这些气体不易保存。 所以，以上的这些特性与问题，造成了Stirling Engine 发展的兴衰。以目 尽管如此，Stirling Engine 仍被利用在进行乾淨、环保的长时期稳定运作的电力生产与低温冷冻上。

斯特林发动机-研究-发展

斯特林发动机-研究-发展

关于斯特林发动机的研究与发展 学号：13015218 姓名：彭俊图 摘要:简述了斯特林发动机的发展历史及研究现状，介绍了斯特林循环并归纳了斯特林循环的分析方法，阐述了斯特林发动机的特点和应用，并展望了斯特林发动机的发展前景。 关键词:斯特林发动机;斯特林循环;碟式太阳能热发电系统 随着社会的不断发展，化石燃料的消耗量日益增大，传统燃料的内燃机将面临着严重的能源危机，而积极解决这个问题的有效途径之一是开发一种可以使用与传统内燃机不同的燃料的动力装置，斯特林发动机则是目前可行的最佳途径之一。斯特林发动机(Stirling engine) 又叫热气机，是一种 封闭式外燃机，具有燃料来源广，热效率高，排气污染少，噪音低，运转特性好，结构简单，维修方便等优点，并且在太阳能碟式发电系统中有着重要的应用，越来越受到人们的

关注。国外一些专家预言， 21 世纪将是斯特林发动机的世纪。 1 斯特林发动机的发展 1816 年，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。在当年的第 4081 号专利中，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。自罗伯特·斯特林于 1816 年发明斯特林循环以来，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[1 3J 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。 20 世纪 30 年代到 60 代，现代斯特林发动机的鼻祖一一荷兰的菲利普公司开创了现代斯特林发动机发展的新阶段。之后经过通用发动机公司、福特汽车公司、瑞典联合热气机公司的不断发展，在包括 美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本等主要工业国家政府的 资助下，在碟式太阳能热发电、制冷和热泵等领域取得重要进展。我国的某些研究机构也在 20 世纪 70 年代中期开始研究斯特林发动机，并在碟式太阳能热发电领域取得一定 成果 2 斯特林的国内外研究现状 Kaushik对不可逆斯特林发动机进行了有限时间热力学分析。分析指出，在不考虑各种损失和回热器效率为1条件下种循环的效率等于卡诺循环的效率，同时还指出了回热器的效率不会影响发动机的输出功率。 Halit 指出工质的泄露对斯特林发动机的性能有着重要的影响。Koi-chi建立以一个斯特林发动机原型为基础，在标准状态和无负载的情况

家用燃气斯特林发动机热电联产装置

48 Innovation 创新家电科技 对微型热电联产装置进行了长期运行试验，采用WhisperGen公司的产品。结果表明，该装置基本上可满足一个三间卧室小楼中4口人的基本能耗需要，包括热水供应、采暖、照明及家用电器使用。若短期电力需求较大，可从市政电网输入电力补充。 目前日本林内公司和松下公司都进行斯特林发动机热电联产机组的开发，松下公司的机组发电功率约为400W。此外，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）近期开发成功的面向寒冷地区的家用热电联产系统，试验情况良好，短期内有望批量生产。该系统配备有可利用各种燃料发电的斯特林发动机，发电输出功率为841W，发电效率为30％，燃料利用效率为为80％，不仅优于同类斯特林发动机，也优于功率相同的内燃机。若采用更先进的烟气冷凝热回收技术，整机热效率可高达96％左右。 3 家用燃气采暖炉集成斯特林发动机 2008年欧洲市场上出现了以八喜公司为代表的在壁挂式家用燃气采暖炉中配套斯特林发动机的一体化产品，标志着斯特林发动机在家用燃气热电联产装置一种新应用方案成功走向市场。由于欧洲大部分地区夏季相对清凉，具备制冷功能的家用空调装置安装、使用不普遍，所以家用燃气热电联产装置在欧洲基本使用方式是以满足采暖需求决定系统的配置和运行状态，为降低系统购置费用，一般情况下是根据房间采暖需求确定运行状态，发电机运行产生的余热只满足住宅最大热负荷的1/3～1/2，其余采用补燃方式或常规燃气加热方式补充，由于住宅热负荷变化幅度较大，这样的配置方案可以保证发电机的全负荷运行时数较长，使用户支付的购置费用与运行费用之和有效降低。以往家用燃气热电联产装置在系统配置时，需要同时配套燃气采暖炉，热力管路安装和控制系统相容性问题处理需要一定的费用。采用将斯特林发动机直接安装在燃气采暖炉内，从产品安装人员和用户来说，只是原先的燃气采暖炉增加了电力输出功能而已，大大简化了系统配置和安装工作，用户的运行管理工作因此也得到简化。 不过斯特林发动机应用于家用热电联产装置目前尚处于起步阶段，就全球范围而言民用斯特林发动机的设计和制造仍然存在一系列技术问题，这类产品的销售规模不足以内燃机驱动的家用燃气热电联产装置的1/10，短期内大规模应用的条件目前不具备。我国一些大学、研究机构和企业多年来从事斯特林发动机的研究和开发工作，已取得一些阶段性的成果，包括使用燃料驱动和太阳能热驱动的斯特林发动机已经投入试验性运 行。从技术发展的趋势角度，家用燃气斯特林发动机热电联产装置在未来仍然是燃气利用技术发展的重点发展领域。 （供稿：黄逊青） 家用燃气斯特林发动机热电联产装置 1 斯特林发动机原理 斯特林发动机(Stirling Engine)是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机，又称热气机，由苏格兰牧师Robert Stirling在十九世纪初发明，所以又称斯特林发动机。相对于内燃机燃料在气缸内燃烧的特点热气机又被称作外燃机。斯特林循环按正向循环工作时可以作热机循环，对外输出功；按逆向循环工作时，可以作热泵循环。其结构型式可以有多种多样，但循环原理基本相同。 斯特林发动机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机，由于其燃烧过程是在缸外接近于大气压力的状态下连续进行的，所以对燃料品质的要求不高，凡是燃烧温度可达450℃以上的任何种类的燃料都可作为斯特林发动机能源。另外，其燃烧过程也不会产生燃烧爆炸和排气波，气缸压力变化平稳，机组运转平衡，因而机组振动小、噪声低。目前家用燃气热电联产机组中配套的斯特林发动机的热工转换效率约为17～30％，而斯特林发动机的理论循环效率等于卡诺效率，从这个角度来说，提高斯特林发动机效率的潜力是比较大的。此外，斯特林发动机等外燃机还具备一个突出的优点，就是输出功率和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。 虽然外燃机有多种类型，不过目前采用外燃机的家用热电联产装置，基本上是配套斯特林发动机。用于家用热电联产装置的斯特林发动机通常是采用密闭型结构，维护工作量小，原则上在使用期内免维修；由于余热回收过程较为简便，热电联产运行效率高；而且外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。 在瑞典，生物质燃料直燃发电技术已经基本成熟并得到规模化商业应用，斯特林发动机发电技术处于技术开发和产业化示范阶段，是目前生物质能源利用方面的重点研发技术。而斯特林发动机另一个重要的应用领域是作为太阳能热发电的动力转换装置。 2 家用热电联产装置 新西兰WhisperGen公司的家用热电联产机组是市场上较有代表性的产品。法国国营煤气公司研究部已经在其试验大楼中 科技前沿 斯特林发动机发明时间是1816年，由于当时工业不发达，技术水平较低，未能应用于工程实践。近年来由于世界范围的能源和环境污染问题，斯特林发动机又重新引起人们的重视。

斯特林发动机循环分析 工程热力学

斯特林发动机循环分析 (北京交通大学机电） 摘要：斯特林发动机不仅理论热效率高，等于卡诺循环效率，而且作为外燃机其排放特性非常好，所以近三十年来一直是研究的热点。本文介绍了斯特林发动机的装置特点、动力性能等，并对理论循环进行了分析，提出了提高循环热效率的方法及措施。 关键词：斯特林发动机，斯特林循环，热效率 1.斯特林发动机介绍 1.1斯特林发动机的装置特点 热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。 热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功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。 已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。 按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。 1.2斯特林发动机的应用现状 1.2.1 国内发展状况 我国从七十年代末即开始斯特林发动机的研究开发工作，已设计出功率150W-IOkW发动机11种，多数已在实验室正常运转。现从事此项工作的约300人，并正筹建中国热气机研究会。北京农业工程大学凌泽芝同志在能源政策研究通讯1991年第一期“发展热气机、促进农村电气化”一文中介绍国内外斯特林发动机的发展概况及其特点后建议：“充分利用我国农村丰富的生物质能源和部分地区丰富的太阳能资源以解决农业用电问题”。并希望纳入国家“八五”科技规划和组织有关单位联合攻关。上海711研究所研制出热气机，是一种具有国际水准的科研成果，而排放的污染气体比目前市面上的其它发动机都要小，达到欧洲排放标准。 1.2.2 国外应用现状 1）用于热电联产型 充分利用它环境污染小的特点，在大城市里可以以天燃气作燃料，通过斯特林发动机的内部的冷却装置，冷却水被加热并回收烟气，即可采暖。1台25kW的斯特林外燃机完全可以满足500—1500建筑平方米采暖。 这种使用斯特林发动机的热电联产装置实际上相当于一台副产电力的供热锅炉，一

斯特林发动机功率分析

斯特林发动机发展历史斯特林发动机，又称热气机，是一种外部加热闭式循环活塞式发动机。它是由英国苏格兰牧师罗伯特?斯特林于1815年发明的。不过，由于当时缺乏良好的耐热材料以及人们对热气机的性能了解很少，以致机器的效率和功率都很低。因此，在十九世纪中叶，当高效率的内燃机出现后，斯特林发动机的研制工作就停止了。近数十年来，随着科学技术和生产现代化的进展，人们又对这种发动机进行了大量的研究工作。1983年，荷兰菲利普公司率先开始了现代斯特林发动机的研制工作，该公司对斯特林发动机技术做了根本性的改革，使斯特林发动机的效率与功率大幅度提高。之后美国、日本、瑞典、英国、德国、中国等国家相继参加研制行列。鉴于许多国家和部门在热气机的理论和实践方面进行了大量工作，1982年在英国的雷丁大学召开了第一届国际斯特林机会议，为斯特林机的发展在国际交流和合作上开创了条件。斯特林发动机优点斯特林发动机具有诸多优点，譬如因为它采用外部加热，故对燃料要求不高，可用多种燃料，并且同温限条件下，理论热效率与卡诺循环相等，热效率高，又由于它是闭式循环，工质不向外排放，理论工质消耗为零，排气污染少，除此之外还具有噪音低、运转特性好、工作可靠、维修费用低、可以低温差运行等优点。但同时，斯特林发动机也存在一些问题，导致它至今依然不能达到商品生产的水平。其主要原因是造价较高，在经济上竞争能力差。主要表现在加热部件工作环境恶劣，必须用高温耐热合金材料制造，且其制造工艺不能适应大批量生产的要求，所以造价昂贵。另外，斯特林发动机的工作特性和使用寿命，在很大程度上取决与密封程度的可靠性与耐久性，故密封问题也是当前斯特林发动机所存在的主要问题。所以，斯塔林发动机的研制方向主要是两方面，其一是寻求热交换器、活塞等高温部件的廉价材料和适应于大批量生产的工艺，其二是进一步完善密封装置和提高其使用寿命。斯特林发动机应用领域由于斯特林发动机的工作特点和性能，使它的应用面很广，比如做城市热泵系统、农村或边远地区的动力、车辆牵引动力以及船舶或水下动力装置，此外，热气机的另一特殊用途是作为人造心血泵的动力源。斯特林循环原理斯特林循环是斯特林发动机的理想循环，是一个高度理想化的热力过程。它由两个定温过程和两个定容过程所组成，以配气活塞式斯特林发动机为例，具体过程为：①定温压缩过程:配气活塞停留在上止点附近，动力活塞从它的下止点向上压缩工质，工质流经冷却器时将压缩产生的热量散掉，当动力活塞到达它的上止点时压缩过程结束。②定容回热过程:动力活塞仍停留在它的上止点附近,配气活塞下行，迫使冷腔内的工质经回热器流入配气活塞上方的热腔，低温工质流经回热器时吸收热量，使温度升高。③定温膨胀过程：配气活塞继续下行，工质经加热器加热，在热腔中膨胀，推动动力活塞向下并对外做功。④定容储热过程：动力活塞保持在下止点附近，配气活塞上行，工质从热腔经回热器返回冷腔，回热器吸收工质的热量，工质温度下降至冷腔温度。【4】斯特林循环的P-V图、T-S图如下所示：斯特林循环与卡诺循环对在P-V图中，有循环过程所组成的面积表示循环功的大小。比较斯特林循环与卡诺循环，其优点在于，它用两个定容过程代替卡诺循环的两个绝热过程。斯特林循环的定温过程线1-2和3-4是从卡诺循环的1-5和3-6延伸而来，结果大大增加了斯特林循环功的面积。从图中可见，在给定的压力、温度和容积界限下，斯特林循环功要比卡诺循环功要大。P-V图上的阴影面积代表斯特林循环比卡诺循环增加的功，T-S图上的阴影面积则代表斯特林循环比卡诺循环要增加的热量。输入热量增加了，但输出功也相应的增加了，其输入热量转换为功的比例即热效率仍与卡诺循环相等，即温限为Tmin，Tmax，则效率η=1-Tmin/Tmax。下面分别计算在各点的温度、压强及比容，以及各个过程的做功量及吸热量，并证明在同温限下其效率等于卡诺循环效率。1.等温压缩过程（1-2）在这个过程中，工质在最低循环温度下释放热量，工质所做的压缩功相当于释放的热量，这时，内能没有改变，而熵减少。2.等容加热过程（2-3）3.等温膨胀过程（3-4）4.等容冷却过程（4-1）循环工作温限：最低温Tｍｉｎ=300K，最高温Tｍａｘ=1000K，温度比κ=Tｍｉｎ/Tｍａｘ；定容增压比λ=P3/P2；工质为空气，定比热容，CV=0.716KJ/(Kg?K)，Cp=1.004KJ/(Kg?K)，

基于创新方法的斯特林发动机改进概要

本科毕业设计（论文） 基于创新方法的斯特林发动机改进 学院机电工程学院 专业机械设计制造及其自动化 （机械电子工程方向） 年级班别2008级（2）班 学号 学生姓名 指导教师 2012年6 月

基于创新方法的斯特林发动机改进 机电工程学院

摘要 斯特林发动机由于具有燃料来源广、低噪声、低污染、安全性能高等诸多优点而受到越来越广泛的重视。但由于斯特林发动机在功率效率及结构的技术和发展还不是特别地成熟，还不能成为完全替代内燃机的新型动力机器，需要对斯特林发动机进行改进设计。本文在介绍了基于TRIZ理论的机构创新设计方法的基础上，针对现有斯特林发动机工作效率低、功率不高、结构庞大等方面问题，应用TRIZ理论的技术矛盾矩阵法对斯特林发动机进行创新设计，利用TRIZ法40条原理中的嵌套原理提出了β型斯特林发动机结构、分离与分开原理提出γ型斯特林发动机结构和周期性作用原理提出了复动型发动机结构，从结构、原理和工作循环方法上实现了产品不同角度的创新设计。用TRIZ 理论改进所得出的方案为斯特林发动机的发展方向提供实用价值的参考。 关键词：TRIZ，机构创新设计，斯特林发动机

Abstract The Stirling engine gets more and more extensive attention，because it has a lot of advantage such as the wide fuel source, low noise , low pollution, high thermal efficiency and higher safety. The technology and development of Stirling engine in power efficiency and structure is not particularly mature, which can not completely replace the internal combustion engine and become the new dynamic machine. It need to improve the design of the Stirling engine. This paper introduces the institutional innovative design method on the basis of the TRIZ theory. Since the low efficiency of the existing Stirling engine power structure low thermal efficiency and huge structure, the Author applyed technical contradiction matrix method of TRIZ on the Stirling engine to innovative design. The structure of the β-type Stirling engine, γ-type Stirling engine structure and the complex dynamic engine structure turned out. It bring about the product of innovative design from the structure, principle and duty cycle method. The improved program that obtained by TRIZ theory provide a reference of practical value for the development direction of the Stirling engine. Key words:TRIZ, Institution innovation design, The Stirling engine

循环过程,卡诺循环,热机效率,致冷系数

1. 摩尔理想气体在400K 与300K 之间完成一个卡诺循环，在400K 的等温线上，起始体积为0.0010m 3，最后体积为0.0050m 3，试计算气体在此循环中所作的功，以及从高温热源吸收的热量和传给低温热源的热量。 解答 卡诺循环的效率 %25400 300 1112=-=- =T T η （2分） 从高温热源吸收的热量 2110.005 ln 8.31400ln 53500.001 V Q RT V ==??=（J ） （3分） 循环中所作的功 10.2553501338A Q η==?=（J ） （2分） 传给低温热源的热量 21(1)(10.25)53504013Q Q η=-=-?=（J ） （3分） 2． 一热机在1000K 和300K 的两热源之间工作。如果⑴高温热源提高到1100K ，⑵低温热源降到200K ，求理论上的热机效率各增加多少？为了提高热机效率哪一种方案更好？ 解答： （1） 效率 %701000300 1112=-=- =T T η 2分 效率 %7.721100 300 1112=-=- ='T T η 2分 效率增加 %7.2%70%7.72=-=-'='?ηηη 2分 （2） 效率 %801000 2001112=-=- =''T T η 2分 效率增加 %10%70%80=-=-''=''?ηηη 2分 提高高温热源交果好

3．以理想气体为工作热质的热机循环，如图所示。试证明其效率为 1112121-??? ? ??-???? ??-=P P V V γη 解答： )(22211V p V p R C T C M M Q V V mol -=?= 3分 )(22122V p V p R C T C M M Q p P mol -=?= 3分 )1()1( 1)()(112 12 1 222122121 2---=--- =- =p p V V V p V p C V p V p C Q Q V p γη 4. 如图所示，AB 、DC 是绝热过程，CEA 是等温过程，BED 是任意过程，组成一个循环。若图中EDCE 所包围的面积为70 J ，EABE 所包围的面积为30 J ，过程中系统放热100 J ，求BED 过程中系统吸热为多少？ 解：正循环EDCE 包围的面积为70 J ，表示系统对外作正功70 J ；EABE 的面积为30 J ，因图中表示为逆循环，故系统对外作负功，所以整个循环过程系统对外 作功为： W =70+(－30)=40 J 3 分 设CEA 过程中吸热Q 1，BED 过程中吸热Q 2 ，由热一律， W =Q 1+ Q 2 =40 J 3 分 p V O A B E D C 2 V 1 V p p

斯特林发动机原理图解(经典)

斯特林发动机原理图解 2010-02-10 18:53 如图1 把橡皮绑在容器口上，我们能容易瞭解到受热时橡皮会膨胀(图2)，冷却时橡皮会缩收(图3)，这是加热时，内部气体压力作用在橡皮上(图2)，当然人的眼睛是无法看到气体压力的。 A2移气器 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。这个时候，如果我们在容器底端加热，而在容器上端冷却，使上下两端具有足够的温差，即可看见此时橡皮会不断膨胀及收缩。其原理如下： 当移气器上移，容器内的气体被挤至容器底端，此时由於容器底端加热，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，此时由於容器上端為冷却区，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於移动气体，使气体在冷热两端之间来回流动。国立成功大学航太系郑金祥教授把Displacer 命名為”移气器”，实在更為贴切，也比较不容易混淆，比较不会使人误以為它的作用跟输出功率的动力活塞一样。

A3 曲柄机构 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)。 A4 动力活塞 橡皮的膨胀及收缩运动，可以转换為动力输出，此时，橡皮的作用即如同一动 力活塞。我们可以另加一根连桿接到上述的曲轴上，便可将橡皮的膨胀及收缩运 动转换為曲轴的旋转运动。连接到移气器的曲轴部位与连接到动力活塞的曲轴部 位必须呈固定的角度差，一般是90度(图8,9)。橡皮的膨胀及缩收所產生的曲轴 的旋转运动提供了移气器上下移动的力量，多餘的力量则可以输出。必须注意的

太阳能斯特林发动机调研报告

一．太阳能斯特林发动机的研究意义 进入21世纪，人类社会面临着严重的能源紧缺和环境污染。传统能源中的石油和天然气将在未来几十年内耗尽,煤尽管还能用一二百年，但它会对生态和环境带来很多的副作用。在世界范围内的能源危机中，中国更是首当其冲。因此研究开发无污染、可再生的新能源与能源转换技术是科技界的当务之急[1]。 从能源管理角度来讲,太阳能是产生动力的可再生和不可耗尽的重要能源之一。把太阳能转换成机械能的有几种方法。其中理论上可达到最大效率的是斯特林发动机(或热气机)。斯特林发动机是一种简单的外燃机。这是罗伯特·史特灵在1816年（英国、专利号4081)就提出的概念。和内燃机相比，这种发动机效率高、污染小、噪音低等优点。可以应用在许多领域内中作为清洁高效的动力机, 对节能减排、保护环境有重要意义。 二．斯特林发动机的原理 斯特林发动机是利用高温高压的氢气或氦气作为工质, 通过2个等容过程和2个等温过程可逆循环( 图1) 。气缸中装有2个对置的活塞, 中间设置1个回热器用于交替的吸热和放热, 活塞和回热器之间为膨胀腔和压缩腔。膨胀腔始终保持高T max, 压缩腔则始终保持低温T min。由图1可见, 斯特林循环由以下4个换热过程组成: 1- 2为等温压缩, 热量从工质传递给外部低温热源; 2-3 为等容过程, 热量从回热器传给工质; 3-4为等温膨胀,热量从外部高温热源传递给工质; 4-1 为等容过程, 热量由工质传递给回热器。 斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。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。

斯特林发动机

斯特林发动机 求助编辑百科名片 斯特林发动机 这种发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林（Robert Stirling）于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程 目录 外燃机 外燃机优缺点 热气机

热气机工作原理 已研发改良的的外燃机热气机的优点 热气机存在的主要问题热气机的应用 小说中的斯特林发动机斯特林简介 斯特林发动机的发展展开 外燃机 外燃机优缺点 热气机 热气机工作原理 已研发改良的的外燃机热气机的优点 热气机存在的主要问题热气机的应用 小说中的斯特林发动机斯特林简介 斯特林发动机的发展展开

编辑本段外燃机外燃机是一种外燃的闭式循环往复活 塞式热力发动机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。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。 编辑本段外燃机优缺点由于外燃机避免了传统内燃机 的震爆做功问题，从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃，设备即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。外燃机最大的优点是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。 但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失是内燃发动机的2-3倍等。所以，还不能成为大批量使用的发动机。

斯特林发动机循环分析

斯特林发动机循环分析 张灏峻戴俏波颜俏 北京交通大学热能与动力工程 摘要：斯特林发动机作为外燃机，其理论热效率高，等于卡诺循环效率，此外， 它具有适用于多种燃料、燃烧时间充分、燃烧完全、污染排放小等优点，所以近 三十年来一直是研究的热点。本文简单介绍了了斯特林发动机结构特点，介绍了 其主要优缺点及应用现状，对循环过程和热效率进行了分析，并提出一系列提高 循环效率的措施，旨在把我们从课本上所学的知识做一细化整理。 关键词：斯特林发动机；优缺点；应用现状；循环效率；提高效率 一．斯特林发动机 1.结构特点 斯特林发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林（Robert Stirling）于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。斯特林发动机是独特的热机因为们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。 图1 斯特林发动机主要结构

斯特林发动机主要由压缩腔、加热器、回热器、冷却器和膨胀腔组成,。热气机分为单缸、2缸、4缸等形式；单缸热气机的热腔与冷腔共一室，需要交替向燃烧室中注入燃气、燃烧、排气、注入冷却气体等循环过程，驱动活塞上下运动带动曲轴转动，由于燃烧室需要交替使用，与一般的内燃机一样复杂，很少再发展。2缸热气机的燃烧、冷却过程完全连续，1个汽缸加热、1个冷却，工质在 2个气缸中密闭循环，反复被加热冷却，活塞在热气驱动下上下运动驱动曲轴旋转。4缸热气机的气缸上部加热、下部冷却，或相反，工质在相邻两个气缸的上下部间循环，4个活塞交替上下，直接驱动斜盘转动，工作最为平顺。 2.应用现状 2.1用于热电联产 充分利用它环境污染小的特点，在大城市里可以以天然气作燃料，通过斯特林发动机内部的冷却装置，加热冷却水并回收烟气，即可采暖。1台25KW的外燃机完全可以满足500-1500㎡建筑采暖，如图2所示。 图2 斯特林发动机热电联产网络 这种使用斯特林发动机的热电联产装置实际上相当于一台副产电力的供热锅炉，一般情况下根据供热需求确定其运行状态，其电力系统可与电网连接，多余的电力通过配电盘向外界供电。如果配备相应的热水型吸收式制冷机，如图3所示，夏季就可以利用热能支取空调所需的冷却水，从而部分地取代目前广泛使用的耗电量可观的蒸汽压缩式空调制冷装置。显然，不仅在冬季的供暖期，而且在夏天的供冷期，热电联产装置都能发挥重要的作用。

车用斯特林发动机控制系统(补充修改稿)

车用斯特林发动机控制系统 孔令斌 摘要：本文介绍的斯特林发动机起动制动及工况控制系统，通过向处于等温膨胀过程相位的工作腔加注工质，实现起动运行；通过向处于等温压缩过程相位的工作腔加注工质，实现制动运行；通过向所有工作腔加注或泄减工质，同时增大或减小燃油和空气供给量，实现加速或减速运行。起动制动由发动机转子相位信号和输入的信号控制。加速减速由工质均衡器室的压力升降控制。用于汽车，斯特林发动机的起动信号、起动时的空气燃油供给信号、点火信号都由同一开关控制；斯特林发动机的加速信号由加速踏板控制；斯特林发动机的减速信号、制动信号、车轮制动信号都由制动踏板控制。操作规程与内燃机汽车基本相同。这种汽车的发动机和车辆同时制动新技术，提高了车辆安全性。 关键词：汽车；斯特林发动机；起动；制动 1．引言 早在上世纪30年代，欧美国家就试图将斯特林发动机用作汽车发动机[1]。但是，体积大、密封难这两大障碍始终阻碍其发展[2][3]。尽管如此，直到70年代，斯特林发动机仍被认为是很有前途的车用发动机[1]。进入80年代，以上观点发生了转变，1982年3月，在英国伦敦里丁大学召开的第一届国际斯特林发动机学术会议认为：在车用发动机领域，斯特林发动机不能与内燃机竞争，其发展方向确定为功率大约50KW以内的低功率发动机，应用于水下动力、垃圾填埋气发电、热电联供、太阳能热发电等领域[4]。 2007年12月，中国人发明的斯特林可逆热机消除了体积大、密封难这两大障碍[5]。斯特林可逆热机结构简单紧凑，相同工作容积，其整机体积不及内燃机的一半，零件减少三分之一以上。斯特林可逆热机采用两级密封技术，将动密封转变为静密封，做到可靠密封。这两个问题得到解决，斯特林发动机其他优势就充分显现。 斯特林可逆热机作发动机，除了具有斯特林发动机固有的节能环保无噪音等优势外，独特的起动制动及工况控制系统更提升了发动机的安全性、经济性和操作性能。在此方面，不仅内燃机不能与之相比，就是Kockums公司V4-275R发动机和菲利浦公司4-235发动机的控制系统也没有如此简洁高效[4] [6]。起动运行是在燃烧供热开始的同时，向处于等温膨胀过程的工作腔加注工质，膨胀压力增高，发动机迅速起动；制动运行是在发动机高速运转时，向处于等温压缩过程的工作腔加注工质，发动机迅速减速；工况控制是通过同步增减处于运行状态发动机工作腔的工质和燃油空气供给量，使发动机输出功率相应增减，而热机效率保持基本不变。 而内燃机起动靠专用的起动电机，没有工质制动的良好条件，工况控制只有增减燃油量一条途径，燃料过多时燃烧不完全，热机效率波动大。曾经拥有的竞争优势已丧失，被斯特林发动机取代是必然趋势[7]。 斯特林可逆热机的起动制动及工况控制系统的工作原理是利用工质均衡器室的压力是各工作腔控制基准和等温过程的压力波动规律。 2．起动制动及工况控制系统