Применение двигателя Стирлинга
 |
Область применения двигателя Стирлинга варьируется от механических силовых установок до систем отопления и охлаждения, а также систем выработки электроэнергии. Двигатель Стирлинга — это тепловой двигатель, работающий за счет циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа, « рабочего тела », при различных уровнях температуры, так что происходит чистое преобразование тепла в механическую работу . [ 1 ] [ 2 ] Тепловой двигатель с циклом Стирлинга также может работать в обратном направлении, используя подводимую механическую энергию для управления теплопередачей в обратном направлении (например, тепловой насос или холодильник). [ 3 ]
Существует несколько конструктивных конфигураций двигателей Стирлинга (многие из которых требуют поворотных или скользящих уплотнений), которые могут привести к сложному компромиссу между потерями на трение и утечкой хладагента . Может быть построен свободнопоршневой , что вариант двигателя Стирлинга, который может быть полностью герметичен снижает потери на трение и полностью исключает утечку хладагента. Например, свободнопоршневой охладитель Стирлинга (FPSC) может преобразовывать потребляемую электрическую энергию в практический эффект теплового насоса, который используется в высокоэффективных портативных холодильниках и морозильниках. И наоборот, можно было бы построить электрический генератор со свободным поршнем, преобразующий тепловой поток в механическую энергию, а затем в электричество. В обоих случаях энергия обычно преобразуется из/в электрическую энергию с использованием магнитных полей таким образом, чтобы избежать нарушения герметичности. [ 3 ] [ 4 ]
Механическая мощность и двигательная установка
[ редактировать ]Автомобильные двигатели
[ редактировать ]Часто утверждается, что двигатель Стирлинга имеет слишком низкое соотношение мощности и веса, слишком высокую стоимость и слишком длительное время запуска для автомобильных применений. У них также есть сложные и дорогие теплообменники. Охладитель Стирлинга должен отводить в два раза больше тепла, чем радиатор двигателя Отто или дизельного двигателя . Нагреватель должен быть изготовлен из нержавеющей стали, экзотического сплава или керамики, чтобы поддерживать высокие температуры нагрева, необходимые для высокой удельной мощности, и содержать газообразный водород, который часто используется в автомобильных двигателях Стирлингов для максимизации мощности. Основными трудностями, связанными с использованием двигателя Стирлинга в автомобилестроении, являются время запуска, реакция на ускорение, время остановки и вес, не для всех из которых есть готовые решения.
Однако был представлен модифицированный двигатель Стирлинга, в котором используются концепции, заимствованные из запатентованного двигателя внутреннего сгорания с камерой сгорания с боковой стенкой (патент США 7 387 093), который обещает преодолеть проблемы недостаточной плотности мощности и удельной мощности, а также медленное Проблема с ускорением, присущая всем двигателям Стирлинга. [ 5 ] Их можно было бы использовать в системах когенерации, которые используют отходящее тепло от выхлопных газов обычных поршневых или газотурбинных двигателей и использовать его либо для питания вспомогательных устройств (например, генератора ) , либо даже в качестве турбокомпаундной системы, которая увеличивает мощность. и крутящий момент на коленвале.
Автомобили, оснащенные исключительно двигателями Стирлинга, были разработаны в рамках тестовых проектов НАСА , а также в более ранних проектах Ford Motor Company с использованием двигателей, предоставленных Philips . [ 6 ] и American Motors Corporation (AMC) с несколькими автомобилями, оснащенными агрегатами шведской United Stirling, построенными по лицензии Philips. Проекты испытаний транспортных средств НАСА были разработаны подрядчиками и получили обозначения MOD I и MOD II.
Инженерные машины НАСА Stirling MOD 1 были построены в сотрудничестве с Министерством энергетики США (DOE) и НАСА по контракту с AM General из AMC на разработку и демонстрацию практических альтернатив стандартным двигателям. [ 7 ] с двигателем P-40 компании United Stirling AB AMC Spirit прошел всесторонние испытания на протяжении более 50 000 миль (80 467 км) и достиг средней топливной эффективности до 28,5 миль на галлон США (8,3 л/100 км; 34,2 миль на галлон - имп ). [ 8 ] 4-дверный лифтбек VAM Lerma 1980 года также был переоборудован в двигатель United Stirling P-40, чтобы продемонстрировать публике двигатель Стирлинга и продвигать программу правительства США по созданию альтернативных двигателей. [ 9 ]
Испытания, проведенные с AMC Spirit 1979 года, а также с Opel 1977 года и AMC Concord 1980 года , показали, что двигатели Стирлинга «можно превратить в автомобильную силовую передачу для легковых автомобилей и дать положительные результаты». [ 10 ] Однако с 1977 года прогресс был достигнут с использованием двигателей с искровым зажиганием равной мощности, а требования к средней корпоративной экономии топлива (CAFE), которые должны были соответствовать автомобилям, продаваемым в США, были увеличены. [ 11 ] Более того, конструкция двигателя Стирлинга продолжала демонстрировать недостаточную топливную экономичность. [ 11 ] У потребителей, использующих двигатели Стирлинга, также было два основных недостатка: во-первых, требовалось время для прогрева, поскольку большинство водителей не любят ждать, прежде чем начать движение; и во-вторых, сложность изменения частоты вращения двигателя, что ограничивало гибкость вождения на дороге и в пробках. [ 12 ] Был также поставлен под сомнение процесс переоборудования автопроизводителями существующих мощностей и инструментов для массового производства силовой установки совершенно новой конструкции и типа. [ 11 ]
В рамках проекта MOD II в 1980 году был создан один из самых эффективных автомобильных двигателей, когда-либо созданных. Двигатель достиг максимального теплового КПД 38,5% по сравнению с современным двигателем с искровым зажиганием (бензиновым), пиковый КПД которого составляет 20-25%. Проект Mod II заменил обычный двигатель с искровым зажиганием в 4-дверном Chevrolet Celebrity хэтчбеке 1985 года . В отчете о проектировании MOD II 1986 года (приложение A) результаты показали, что расход бензина по шоссе был увеличен с 40 до 58 миль на галлон США (5,9–4,1 л/100 км; от 48 до 70 миль на галлон – имп ) и достигнут запас хода в городе 26 миль на галлон. до 33 миль на галлон — США (9,0–7,1 л/100 км; 31–40 миль на галлон ‑imp ) без изменения полной массы автомобиля. Время запуска в автомобиле НАСА составляло максимум 30 секунд, в то время как исследовательский автомобиль Форда использовал внутренний электрический нагреватель для быстрого запуска двигателя, что давало время запуска всего в несколько секунд. Высокий крутящий момент двигателя Стирлинга на низких оборотах устранил необходимость в преобразователе крутящего момента в трансмиссии, что привело к снижению веса и потерь в трансмиссии, что в некоторой степени свело на нет недостаток веса Стирлинга при использовании в автомобилях. Это привело к повышению эффективности, отмеченному в результатах испытаний. [ 13 ] [ 14 ]
Эксперименты показали, что двигатель Стирлинга может повысить эффективность работы автомобиля, в идеале отделяя Стирлинг от прямой потребности в мощности, устраняя прямую механическую связь, которая используется в большинстве современных транспортных средств. Его основной функцией, используемой в электрическом гибридном автомобиле с увеличенным запасом хода , будет генератор, обеспечивающий электроэнергию для привода тяговых двигателей электромобиля и зарядки комплекта буферных аккумуляторов. В нефтегидравлическом гибриде Стирлинг будет выполнять ту же функцию, что и в нефтеэлектрическом последовательном гибриде, вращая насос, заряжающий гидравлический буферный бак. Несмотря на успех на этапах экспериментов MOD 1 и MOD 2, сокращение финансирования дальнейших исследований и отсутствие интереса со стороны автопроизводителей положили конец возможной коммерциализации программы автомобильных двигателей Стирлинга. [ 7 ]
Электромобили
[ редактировать ]Двигатели Стирлинга как часть гибридной системы электропривода могут обойти конструктивные проблемы или недостатки негибридного автомобиля Стирлинга.
прототип гибридного автомобиля, использующего твердое биотопливо и двигатель Стирлинга. В ноябре 2007 года проект Precer в Швеции анонсировал [ 15 ]
Лидер профсоюза Нью-Гемпшира сообщил, что Дин Кеймен разработал серийный гибридный автомобиль с подключаемым модулем, используя Ford Think . [ 16 ] Автомобиль, получивший название DEKA Revolt, может проехать примерно 60 миль (97 км) на одном заряде литиевой батареи . [ 16 ]
Авиационные двигатели
[ редактировать ]Роберт МакКонахи создал первый летающий самолет с двигателем Стирлинга в августе 1986 года. [ 17 ] Двигатель типа Beta весил 360 граммов и выдавал мощность всего 20 Вт. [ 18 ] Двигатель крепился к передней части модифицированного радиоуправляемого планера Super Malibu с полной взлетной массой 1 кг. Самый известный испытательный полет длился 6 минут и продемонстрировал «едва достаточную мощность для того, чтобы время от времени плавно поворачивать и поддерживать высоту». [ 18 ]
Судовые двигатели
[ редактировать ]Двигатель Стирлинга может хорошо подойти для подводных энергетических систем, где электрическая работа или механическая энергия требуются на прерывистом или непрерывном уровне. General Motors приступила к работе над усовершенствованными двигателями с циклом Стирлинга, которые включают в себя аккумулятор тепла для подводного применения. Компания United Stirling в Мальмё, Швеция , разрабатывает экспериментальный четырехцилиндровый двигатель, использующий перекись водорода в качестве окислителя в подводных энергосистемах. Подводная лодка SAGA (Submarine Assistance Great Autonomy) вступила в строй в 1990-х годах и приводится в движение двумя двигателями Стирлинга, работающими на дизельном топливе и жидком кислороде . Эта система также имеет потенциал для движения надводных кораблей, поскольку размер двигателя не вызывает особого беспокойства, а размещение секции радиатора в морской воде, а не на открытом воздухе (как это было бы с двигателем наземного базирования), позволяет уменьшить ее размеры.
Шведская судостроительная компания Kockums с конца 1980-х годов построила восемь успешных подводных лодок с двигателями Стирлинга. [ 19 ] [ 20 ] Они несут сжатый кислород, позволяющий сжигать топливо под водой, обеспечивая тепло для двигателя Стирлинга. В настоящее время они используются на подводных лодках классов «Готланд» и «Сёдерманланд» . Это первые подводные лодки в мире, оснащенные воздухонезависимой двигательной установкой Стирлинга (AIP), которая продлевает срок их подводного плавания с нескольких дней до нескольких недель. [ 20 ]
Двигатель Kockums также приводит в действие японскую Sōryū подводную лодку класса . [ 21 ]
Ранее такая возможность была доступна только на атомных подводных лодках .
Насосные двигатели
[ редактировать ]Двигатели Стирлинга могут приводить в действие насосы для перемещения таких жидкостей, как вода, воздух и газы. Например, ST-5 от Stirling Technology Inc. мощностью 5 лошадиных сил (3,7 кВт), который может работать с генератором мощностью 3 кВт или центробежным водяным насосом. [ 22 ]
Производство электроэнергии
[ редактировать ]
Комбинированное тепло и электроэнергия
[ редактировать ]В комбинированной системе производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) механическая или электрическая энергия вырабатывается обычным способом, однако отходящее тепло, выделяемое двигателем, используется для вторичного отопления. Это может быть практически все, что использует низкотемпературное тепло. Часто это уже существующее использование энергии, например, отопление коммерческих помещений, нагрев воды в жилых домах или промышленный процесс.
Тепловые электростанции в электрической сети используют топливо для производства электроэнергии . Однако при этом образуется большое количество отработанного тепла, которое часто остается неиспользованным. В других ситуациях высококачественное топливо сжигается при высоких температурах для низкотемпературного применения. Согласно второму закону термодинамики , тепловой двигатель может генерировать энергию за счет этой разницы температур. В системе ТЭЦ высокотемпературное первичное тепло поступает в нагреватель двигателя Стирлинга, затем часть энергии преобразуется в механическую мощность в двигателе, а остальная часть проходит в охладитель, откуда выходит с низкой температурой. двигателя «Отходное» тепло на самом деле исходит от главного охладителя и, возможно, из других источников, таких как выхлопные газы горелки, если таковые имеются.
Энергия, вырабатываемая двигателем, может использоваться для запуска промышленного или сельскохозяйственного процесса, что, в свою очередь, создает отходы биомассы, которые можно использовать в качестве бесплатного топлива для двигателя, тем самым снижая затраты на вывоз мусора. Весь процесс может быть эффективным и экономически выгодным.
Inspirit Energy, британская компания, имеет газовую ТЭЦ под названием Inspirit Charger, которая поступит в продажу в 2016 году. Напольная установка генерирует 3 кВт электрической и 15 кВт тепловой энергии. [ 23 ] [ 24 ]
WhisperGen, новозеландская фирма с офисами в Крайстчерче , разработала двигатель Стирлинга с микрокомбинацией тепла и электроэнергии переменного тока. Эти микроТЭЦ представляют собой газовые котлы центрального отопления, которые продают неиспользованную электроэнергию обратно в электросеть . В 2004 году компания WhisperGen объявила, что производит 80 000 единиц жилья для рынка жилья в Соединенном Королевстве . В 2006 году в Германии было проведено испытание на 20 единицах. [ 25 ]
Производство солнечной энергии
[ редактировать ]
Помещенный в фокус параболического зеркала, двигатель Стирлинга может преобразовывать солнечную энергию в электричество с эффективностью лучше, чем неконцентрированные фотоэлектрические элементы , и сравнимой с концентрированными фотоэлектрическими элементами . 11 августа 2005 года компания Southern California Edison объявила о соглашении с Stirling Energy Systems (SES) о покупке электроэнергии, вырабатываемой с использованием более 30 000 двигателей Стирлинга на солнечной энергии, в течение двадцатилетнего периода, достаточного для выработки 850 МВт электроэнергии. Эти системы на площади 8000 акров (19 км2) 2 ) солнечная ферма будет использовать зеркала, чтобы направлять и концентрировать солнечный свет на двигателях, которые, в свою очередь, будут приводить в действие генераторы. «В январе 2010 года, через четыре месяца после начала строительства, компания-партнер Stirling Energy Tessara Solar завершила строительство электростанции Maricopa Solar мощностью 1,5 МВт в Пеории, штат Аризона , недалеко от Финикса. Электростанция состоит из 60 SES SunCatcher». [ 26 ] SunCatcher описывается как «большой, отслеживающий, концентрирующий солнечную энергию (CSP) тарельчатый коллектор, который генерирует 25 киловатт (кВт) электроэнергии при ярком солнце. Каждый из коллекторов диаметром 38 футов содержит более 300 изогнутых зеркал ( гелиостатов ), которые фокусирует солнечный свет на блоке преобразования энергии, который содержит двигатель Стирлинга. Тарелка использует двухосное отслеживание, чтобы точно следовать за солнцем, когда оно движется по небу». [ 26 ] Были споры по поводу проекта [ 27 ] из-за опасений по поводу воздействия окружающей среды на животных, живущих на территории. Солнечная электростанция Марикопа закрыта. [ 28 ]
Атомная энергетика
[ редактировать ]Существует потенциал для использования ядерных двигателей Стирлинга на электростанциях. Замена паровых турбин атомных электростанций двигателями Стирлинга может упростить станцию, повысить эффективность и уменьшить количество побочных радиоактивных продуктов. В ряде конструкций реакторов-размножителей в качестве теплоносителя используется жидкий натрий. Если тепло будет использоваться в паровой установке, потребуется теплообменник вода/натрий, что вызывает некоторую обеспокоенность в случае утечки, поскольку натрий бурно реагирует с водой. Двигатель Стирлинга исключает необходимость использования воды в любом месте цикла. Это будет иметь преимущества для ядерных установок в засушливых регионах.
Лаборатории правительства США разработали современную конструкцию двигателя Стирлинга, известную как радиоизотопный генератор Стирлинга, для использования в освоении космоса. Он предназначен для выработки электроэнергии для космических зондов, выполняющих миссии продолжительностью десятилетия. В двигателе используется один вытеснитель для уменьшения количества движущихся частей, а для передачи энергии используется высокоэнергетическая акустика. Источником тепла является сухая порция твердого ядерного топлива, а теплоотводом – излучение в само свободное пространство.
Отопление и охлаждение
[ редактировать ]При наличии механической энергии двигатель Стирлинга может работать наоборот как тепловой насос для отопления или охлаждения. В конце 1930-х годов нидерландская корпорация Philips успешно использовала цикл Стирлинга в криогенных приложениях. [ 29 ] Во время программы «Спейс шаттл» НАСА успешно подняло охладитель цикла Стирлинга, «похожий по размеру и форме на небольшой домашний холодильник». единицы, часто используемые в общежитиях колледжей» для использования в лаборатории наук о жизни. [ 30 ] Дальнейшие исследования этого устройства для бытового использования привели к увеличению коэффициента полезного действия Карно в три раза и снижению веса устройства на 1 кг. [ 31 ] Были проведены эксперименты с использованием энергии ветра, приводящей в движение тепловой насос с циклом Стирлинга для бытового отопления и кондиционирования воздуха. [ нужна ссылка ]
Криокуллеры Стирлинга
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2022 г. ) |
Любой двигатель Стирлинга будет работать и наоборот, как тепловой насос : при приложении к валу механической энергии возникает разница температур между резервуарами. Основные механические компоненты криокулера Стирлинга идентичны двигателю Стирлинга. И в двигателе, и в тепловом насосе тепло течет из пространства расширения в пространство сжатия; однако требуется входная работа, чтобы тепло текло «вверх» против температурного градиента, особенно когда пространство сжатия горячее, чем пространство расширения. Внешняя сторона теплообменника с расширительным пространством может быть помещена внутри теплоизолированного отсека, такого как вакуумная колба. Тепло фактически откачивается из этого отсека через рабочий газ криорефрижератора в пространство сжатия. Температура пространства сжатия будет выше температуры окружающей среды, поэтому тепло будет выходить в окружающую среду.
Одно из их современных применений — криогеника и, в меньшей степени, охлаждение . При типичных температурах охлаждения охладители Стирлинга, как правило, экономически неконкурентоспособны с менее дорогими основными системами охлаждения Рэнкина , поскольку они менее энергоэффективны. Однако при температуре ниже примерно -40...-30 °C охлаждение по Ренкину неэффективно, поскольку не существует подходящих хладагентов с такой низкой температурой кипения. Криокуллеры Стирлинга способны «поднимать» тепло до -200 ° C (73 К), чего достаточно для сжижения воздуха (в частности, основных составляющих газов — кислорода , азота и аргона ). Для одноступенчатых машин они могут достигать 40–60 К, в зависимости от конкретной конструкции. Двухступенчатые криохладители Стирлинга могут достигать температуры 20 К, достаточной для сжижения водорода и неона. [ 32 ] Криокуллеры для этой цели более или менее конкурентоспособны по сравнению с другими технологиями криокулера. Коэффициент полезного действия при криогенных температурах обычно составляет 0,04–0,05 (что соответствует эффективности 4–5%). Эмпирически устройства показывают линейную тенденцию, обычно с COP = 0,0015 T c − 0,065 , где T c — криогенная температура. При таких температурах твердые материалы имеют меньшую удельную теплоемкость, поэтому регенератор должен быть изготовлен из неожиданных материалов, например хлопка . [ нужна ссылка ]
Первый криокулер с циклом Стирлинга был разработан компанией Philips в 1950-х годах и поступил в продажу на таких предприятиях, как заводы по производству жидкого воздуха . Бизнес Philips Cryogenics развивался до тех пор, пока в 1990 году он не был разделен на Stirling Cryogenics BV, Нидерланды. Эта компания по-прежнему активно занимается разработкой и производством криорефрижераторов Стирлинга и систем криогенного охлаждения.
На рынке имеется широкий выбор криокуллеров Стирлинга меньшего размера для таких задач, как охлаждение электронных датчиков , а иногда и микропроцессоров . Для этого применения криокуллеры Стирлинга являются самой высокопроизводительной доступной технологией благодаря их способности эффективно отводить тепло при очень низких температурах. Они бесшумны, не подвержены вибрации, могут быть уменьшены до небольших размеров, имеют очень высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы. По состоянию на 2009 год криокуллеры считались единственными широко распространенными коммерчески успешными устройствами Стирлинга. [ нужна ссылка ]
Тепловые насосы
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2022 г. ) |
Стирлинга Тепловой насос очень похож на криокулер Стирлинга, основное отличие состоит в том, что он обычно работает при комнатной температуре. В настоящее время его основное применение — перекачивать тепло снаружи здания внутрь, нагревая его таким образом с меньшими затратами энергии.
Как и в любом другом устройстве Стирлинга, тепловой поток осуществляется из пространства расширения в пространство сжатия. Однако, в отличие от двигателя Стирлинга , пространство расширения имеет более низкую температуру, чем пространство сжатия, поэтому вместо того, чтобы производить работу, системе требуется ввод механической работы (чтобы удовлетворить Второму началу термодинамики ). Механическая энергия может подаваться, например, с помощью электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания. Когда механическую работу теплового насоса обеспечивает второй двигатель Стирлинга, вся система называется «тепловым насосом с тепловым приводом».
Сторона расширения теплового насоса термически связана с источником тепла, которым часто является внешняя среда. Сторона сжатия устройства Стирлинга помещается в обогреваемую среду, например здание, и в нее «закачивается» тепло. Обычно между двумя сторонами имеется теплоизоляция , поэтому внутри изолированного пространства происходит повышение температуры.
Тепловые насосы на сегодняшний день являются наиболее энергоэффективными типами систем отопления, поскольку они «собирают» тепло из окружающей среды, а не только превращают входную энергию в тепло. В соответствии со вторым законом термодинамики тепловые насосы всегда требуют дополнительного ввода некоторой внешней энергии для «перекачки» собранного тепла «в гору» против разницы температур.
По сравнению с обычными тепловыми насосами тепловые насосы Стирлинга зачастую имеют более высокий коэффициент полезного действия. [ нужна ссылка ] . Системы Стирлинга нашли ограниченное коммерческое использование; однако ожидается, что использование будет увеличиваться вместе с рыночным спросом на энергосбережение, и внедрение, вероятно, будет ускорено за счет технологических усовершенствований.
Портативное охлаждение
[ редактировать ]Свободнопоршневой охладитель Стирлинга (FPSC) представляет собой полностью герметичную систему теплопередачи, имеющую только две движущиеся части (поршень и вытеснитель) и в которой может использоваться гелий в качестве рабочей жидкости . Поршень обычно приводится в движение колеблющимся магнитным полем, которое является источником энергии, необходимой для управления циклом охлаждения. Магнитный привод позволяет приводить поршень в движение, не требуя каких-либо уплотнений, прокладок, уплотнительных колец или других компромиссов в герметичной системе. [ 33 ] Заявленные преимущества системы включают повышенную эффективность и охлаждающую способность, меньший вес, меньшие размеры и лучшую управляемость. [ 34 ]
FPSC был изобретен в 1964 году Уильямом Билом (1928–2016), профессором машиностроения Университета Огайо в Афинах, штат Огайо . Он основал Sunpower Inc., [ 35 ] которая исследует и разрабатывает системы FPSC для военного, аэрокосмического, промышленного и коммерческого применения. Охладитель FPSC производства Sunpower использовался НАСА для охлаждения приборов на спутниках . [ 36 ] В 2015 году фирма была продана семьей Бил и стала подразделением Ametek . [ 37 ]
Другими поставщиками технологии FPSC являются корпорация Twinbird . японская [ 34 ] и Global Cooling из Нидерландов, у которых (как и у Sunpower) есть исследовательский центр в Афинах, штат Огайо. [ 38 ]
В течение нескольких лет, начиная примерно с 2004 года, компания Coleman продавала версию Twinbird «Переносной морозильник-холодильник SC-C925 25 л» под собственной торговой маркой. [ 39 ] [ 40 ] но с тех пор компания прекратила предлагать этот продукт. Портативный холодильник может работать более суток, поддерживая минусовую температуру при питании от автомобильного аккумулятора . [ 41 ] Этот кулер все еще производится, и компания Global Cooling в настоящее время координирует его распространение в Северной Америке и Европе. [ 42 ] Другие варианты, предлагаемые Twinbird, включают портативную морозильную камеру (до −80 °C), складные холодильники и модель для транспортировки крови и вакцины . [ 43 ]
Двигатели с низким перепадом температур
[ редактировать ]
Низкая разница температур ( LTD , или Low Delta T (LDT) ) Двигатель Стирлинга будет работать при любой низкой разнице температур, например, разнице между температурой ладони и комнатной температурой или температурой помещения и кубиком льда. Рекордная разница температур всего в 0,5 °C была достигнута в 1990 году. [ 44 ] Обычно они выполнены в гамма-конфигурации. [ 45 ] для простоты и без регенератора, хотя некоторые из них имеют прорези в буйке, обычно сделанные из пенопласта для частичной регенерации. Обычно они не находятся под давлением и работают под давлением около 1 атмосферы . Производимая мощность составляет менее 1 Вт, и они предназначены только для демонстрационных целей. Они продаются как игрушки и обучающие модели.
Однако более крупные (обычно площадью 1 м2) низкотемпературные двигатели были созданы для перекачивания воды с использованием прямого солнечного света с минимальным увеличением или без него. [ 46 ]
Другие приложения
[ редактировать ]Акустическая тепловая машина Стирлинга
[ редактировать ]Национальная лаборатория Лос-Аламоса разработала «акустический тепловой двигатель Стирлинга». [ 47 ] без движущихся частей. Он преобразует тепло в интенсивную акустическую энергию, которая (цитата из данного источника) «может использоваться непосредственно в акустических холодильниках или холодильниках с импульсной трубкой для обеспечения охлаждения с тепловым приводом без движущихся частей или... для выработки электроэнергии с помощью линейного генератора переменного тока или другие электроакустические преобразователи мощности».
МикроТЭЦ
[ редактировать ]WhisperGen (банкротство 2012 г.) [ 48 ] ) Новозеландская компания разработала двигатели Стирлинга, которые могут работать на природном газе или дизельном топливе. Было подписано соглашение с испанской фирмой Mondragon Corporación Cooperativa о производстве микроТЭЦ WhisperGen (комбинированное производство тепла и электроэнергии) и поставка их на внутренний рынок Европы. Некоторое время назад E.ON UK объявила об аналогичной инициативе для Великобритании. Отечественные двигатели Стирлинга будут снабжать клиента горячей водой, отоплением помещений и излишками электроэнергии, которые можно будет возвращать в электросеть.
Согласно опубликованным техническим характеристикам компаний, автономная дизельная установка производит комбинированную тепловую (5,5 кВт тепла) и электрическую (800 Вт электрическую) мощность, при этом установка подает 0,75 литра автомобильного дизельного топлива в час. Утверждается, что установки Whispergen работают как комбинированная когенерационная установка, достигая эксплуатационной эффективности примерно 80%.
Однако предварительные результаты проверки Energy Saving Trust производительности микроТЭЦ WhisperGen показали, что в большинстве домов их преимущества в лучшем случае незначительны. [ 49 ] Однако другой автор показывает, что микрогенерация с помощью двигателя Стирлинга является наиболее экономически эффективной из различных технологий микрогенерации с точки зрения снижения выбросов CO 2 . [ 25 ]
Охлаждение чипа
[ редактировать ]Компания MSI (Тайвань) разработала миниатюрную систему охлаждения двигателя Стирлинга для микросхем персональных компьютеров , которая использует отходящее тепло чипа для приведения в действие вентилятора. [ 50 ]
Опреснение
[ редактировать ]На всех теплоэлектростанциях должен быть отвод отработанного тепла . Однако нет никаких причин, по которым отходящее тепло нельзя было бы перенаправить на работу двигателей Стирлинга для перекачки морской воды через установки обратного осмоса, за исключением того, что любое дополнительное использование тепла повышает эффективную температуру радиатора теплоэлектростанции, что приводит к некоторой потере эффективности преобразования энергии. . На типичной атомной электростанции две трети тепловой энергии, производимой реактором, представляет собой отходящее тепло. В сборке Стирлинга отходящее тепло может быть использовано в качестве дополнительного источника электроэнергии. [ нужна ссылка ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уокер, Грэм (1980). Двигатели Стирлинга . Кларенден Пресс. п. 1. ISBN 9780198562092 .
Двигатель Стирлинга — это механическое устройство, работающее по *замкнутому* регенеративному термодинамическому циклу с циклическим сжатием и расширением рабочего тела при различных уровнях температуры.
- ^ Мартини, Уильям Р. (1983). «Руководство по проектированию двигателя Стирлинга» (PDF, 17,9 МБ) (второе изд.). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ Jump up to: а б ЦзинвэньЛубЮт, ЧунфэнСонг; каКитамураб (2015). «Исследование КПД свободнопоршневого охладителя Стирлинга (FPSC) в процессе антисублимационного улавливания CO2» . Возобновляемая энергия . 74 : 948–954. doi : 10.1016/j.renene.2014.08.071 . hdl : 2241/00123026 .
- ^ «Технология свободнопоршневого двигателя Стирлинга Sunpower» . Солнечная сила. Архивировано из оригинала 10 сентября 2018 года . Проверено 9 сентября 2018 г.
- ^ Хаски, Джеймс (14 июля 2008 г.). «Модифицированный двигатель Стирлинга с большей удельной мощностью» . Создайте конкурс дизайна будущего . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства и SolidWorks. Архивировано из оригинала 6 января 2009 года . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ «Наука: Представление Стирлинга» . Время . 9 сентября 1974 года. Архивировано из оригинала 14 июня 2008 года . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ Jump up to: а б Линдсли, EF (январь 1983 г.). «Автомобильный двигатель Стирлинга – большой прогресс, но…» Научно-популярный . 222 (1): 50–53 . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ Корженевски, Джереми (8 июля 2009 г.). «Взрыв из прошлого: AMC Spirit НАСА с двигателем Стирлинга» . green.autoblog.com . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ Энергетические технологии: материалы Конференции по энергетическим технологиям, Том 8 . Государственные институты. 1981. с. 659. ИСБН 978-0-86587-008-6 .
- ^ Американское общество контроля качества (1983). Ежегодный конгресс и выставка качества ASQC, том 37 . Общество ASQC. п. 308 . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с Эванс, Роберт Л. (1987). Альтернативы автомобильным двигателям . Пленум Пресс. п. 6. ISBN 9780306425493 .
- ^ Ходжеттс, Филип Дж. (2010). Перемешивание среди игрушек . Вантедж Пресс. п. 64. ИСБН 978-0-533-16224-6 . Проверено 18 февраля 2024 г.
- ^ Найтингейл, Ноэль П. (октябрь 1986 г.). «Отчет о проектировании автомобильного двигателя Стирлинга Mod II» (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства и Министерство энергетики США . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ Эрнст, Уильям Д.; Шалтенс, Ричард К. (февраль 1997 г.). «Проект разработки автомобильного двигателя Стирлинга» (PDF) . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства и Министерство энергетики США. Архивировано из оригинала (PDF) 8 сентября 2006 г. Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ «Технология транспортных средств, работающих на твердом биотопливе» (PDF) . Группа компаний «Пресер» . Проверено 19 января 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Уикхэм, СК (2008). «Восстание Камена» . Профсоюзный лидер. Архивировано из оригинала 22 мая 2011 года . Проверено 19 января 2009 г.
- ^ Макконахи, Роберт (1986). «Проектирование двигателя Стирлинга для авиамоделей». МЭКЕС : 490–493.
- ^ Jump up to: а б МакКонахи, Роберт (февраль 1996 г.). «Горячий авиационный двигатель». Модельный инженер . 176 (4009).
- ^ «Система Kockums Stirling AIP — проверена в эксплуатации» (PDF) . Кокумс . Проверено 7 июня 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Древесность (а)
- ^ «Первая усовершенствованная лодка класса Оясио сходит на воду» . ИХС. 12 июня 2007 года. Архивировано из оригинала 7 июня 2011 года . Проверено 3 июня 2011 г.
- ^ «Использование СТ-5» . Технология Стирлинга. Архивировано из оригинала 19 декабря 2012 года . Проверено 6 апреля 2013 г.
- ^ «Inspirit Energy | Теплоэлектроэнергетический котел нового поколения» . Архивировано из оригинала 27 января 2016 г. Проверено 26 января 2016 г.
- ^ «Йоркширский Business Insider, декабрь 2015 г.» .
- ^ Jump up to: а б «Что такое микрогенерация? И что является наиболее экономически эффективным с точки зрения сокращения выбросов CO2» . Claverton-energy.com . 06.11.2008 . Проверено 24 июля 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Уилсон, Алекс (29 апреля 2010 г.). «Зеленый продукт недели» . Stirling SunCatcher с технологией «теплового двигателя» . Создание Green.com. Архивировано из оригинала 8 июля 2011 года . Проверено 3 марта 2011 г.
- ^ Вуди, Тодд (5 августа 2009 г.). «Назревает битва за гигантскую солнечную ферму в пустыне» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 января 2010 г.
- ^ «Марикопа Солар» . bizjournals.com . Проверено 10 ноября 2022 г.
- ^ К.М. Харгривз (1991). Двигатель Стирлинга Филипс . Эльзевир Наука. ISBN 0-444-88463-7 .
- ^ Кайрелли, JE (март 1995 г.). Обзор проекта НАСА по разработке передовых технологий холодильников и морозильников (PDF) . 8-я Международная конференция по криокулерам, спонсируемая комитетом конференции ICC. Вейл, Колорадо, 28-30 июня 1994 г. Технический меморандум НАСА 106309. НАСА.
- ^ Берховиц, Дэвид М. (2 июня 1998 г.). Максимальная производительность холодильников с циклом Стирлинга . 3-й ежегодный международный конгресс по холодильному оборудованию IIF-IIR, Осло, Норвегия . Проверено 12 февраля 2021 г.
- ^ «Цикл Стирлинга» (PDF) . Стирлинг Криогеника . Архивировано из оригинала (PDF) 3 июля 2015 года . Проверено 30 июня 2014 г.
- ^ Компания Твинберд. «Добро пожаловать в комнату часто задаваемых вопросов доктора Кула!» . Твинберд. Архивировано из оригинала 14 апреля 2012 г. Проверено 6 апреля 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Компания Твинберд. «О ФПСК» . Твинберд. Архивировано из оригинала 14 апреля 2012 г. Проверено 6 апреля 2011 г.
- ^ «Цикл Стирлинга» . Солнечная сила. Архивировано из оригинала 22 июля 2013 г. Проверено 12 апреля 2013 г.
- ^ «Криорефрижераторы» . Солнечная сила . Проверено 6 апреля 2011 г.
- ^ «О Sunpower – История» .
- ^ Глобальное охлаждение NV. "О" . Глобальное похолодание. Архивировано из оригинала 21 января 2012 г. Проверено 6 апреля 2011 г.
- ^ Луи, Чи-Тьен. «Свободнопоршневой охладитель Стирлинга Coleman 2004 года [разбор фотографий]» . СТЛ Электроникс. Архивировано из оригинала 26 августа 2011 года . Проверено 6 апреля 2011 г.
- ^ Компания Коулман (17 мая 2004 г.). «Руководство по эксплуатации модели 5726-750 (мощный охладитель на 26 литров)» (PDF) . Коулман. Архивировано из оригинала (PDF) 21 августа 2010 года . Проверено 6 апреля 2011 г.
- ^ «SC-C925 (-18°C) [спецификация]» . Глобальное похолодание. Архивировано из оригинала 21 января 2012 г. Проверено 6 апреля 2011 г.
- ^ Глобальное похолодание. «[Домашняя страница]» . Глобальное похолодание . Проверено 6 апреля 2011 г.
- ^ «Прикладные продукты FPSC» . Твинберд. Архивировано из оригинала 30 марта 2010 года . Проверено 6 апреля 2011 г.
- ^ Сенфт, Джеймс Р. (1996). Введение в низкотемпературные дифференциальные двигатели Стирлинга . Мория Пресс.
- ^ «Низкотемпературный дифференциальный двигатель Стирлинга» . Animatedengines.com . Архивировано из оригинала 22 сентября 2010 года . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ «Солнечный электрический генератор» . Санвентион Интернэшнл . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ Бакхаус, Скотт; Свифт, Грег (2003). «Акустический тепловой двигатель Стирлинга: более эффективен, чем другие тепловые двигатели с неподвижными частями» . Лос-Аламосская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала 1 августа 2008 года . Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ «Производитель WhisperGen вынужден подать заявление о банкротстве | Информационная библиотека ТЭЦ» .
- ^ «Ускоритель микро-ТЭЦ (комбинированного производства тепла и электроэнергии) - Итоговый отчет» . Углеродный трест. Март 2011 г. Архивировано из оригинала 28 марта 2014 г. Проверено 2 ноября 2014 г.
- ^ Уилмот, Кэмерон (29 февраля 2008 г.). «MSI использует теорию двигателя Стирлинга» . tweaktown.com . Проверено 2 ноября 2014 г.