Применение двигателя Стирлинга - Applications of the Stirling engine

Настольный гамма-движок Стирлинга. Рабочая жидкость в этом двигателе - воздух. Горячий теплообменник - это стеклянный цилиндр справа, а холодный теплообменник - это ребристый цилиндр вверху. Этот двигатель использует небольшой алкоголь горелка (внизу справа) как источник тепла

Приложения двигатель Стирлинга варьируются от механических двигателей до систем отопления и охлаждения, а также систем выработки электроэнергии. Двигатель Стирлинга - это Тепловой двигатель работая путем циклического сжатия и расширения воздуха или другого газа, "рабочая жидкость ", при разных уровнях температуры, так что чистая конверсия высокая температура к механическому работай.[1][2] В Цикл Стирлинга тепловой двигатель также может работать в обратном направлении, используя ввод механической энергии для управления теплопередачей в обратном направлении (например, тепловой насос или холодильник).[3]

Существует несколько конструктивных конфигураций двигателей Стирлинга, которые могут быть построены (многие из которых требуют роторных или скользящих уплотнений), которые могут привести к трудным компромиссам между фрикционный потери и хладагент утечка. А свободный поршень может быть построен вариант двигателя Стирлинга, который может быть полностью герметично запечатан, уменьшая потери на трение и полностью устраняя утечку хладагента. Например, охладитель Стирлинга со свободным поршнем (FPSC) может преобразовывать подводимую электрическую энергию в практический эффект теплового насоса, используемый для высокоэффективных портативных холодильников и морозильников. И наоборот, можно 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 помощью магнитных полей таким образом, чтобы избежать нарушения герметичности уплотнения.[3][4]

Механическая мощность и тяга

Автомобильные двигатели

Часто утверждают, что двигатель Стирлинга имеет слишком низкое соотношение мощности и веса, слишком высокую стоимость и слишком долгое время запуска для автомобильных приложений. У них также есть сложные и дорогие теплообменники. Кулер Стирлинга должен отводить вдвое больше тепла, чем Двигатель Отто или же Дизель радиатор. Нагреватель должен быть изготовлен из нержавеющей стали, экзотического сплава или керамики, чтобы поддерживать высокие температуры нагрева, необходимые для высокой плотности мощности, и содержать газообразный водород, который часто используется в автомобильных стирлингах для максимального увеличения мощности. Основные трудности, возникающие при использовании двигателя Стирлинга в автомобильной промышленности, - это время запуска, реакция на ускорение, время выключения и вес, не все из которых имеют готовые решения.

Однако был представлен модифицированный двигатель Стирлинга, в котором используются концепции, заимствованные из запатентованного двигателя внутреннего сгорания с боковой камерой сгорания (патент США 7,387,093), который обещает преодолеть проблемы недостаточной плотности мощности и удельной мощности, а также медленные Проблема ускорения-реакции присуща всем двигателям Стирлинга.[5] Их можно было бы использовать в когенерационных системах, которые используют отходящее тепло от выхлопа обычного поршневого или газотурбинного двигателя и использовать его либо для питания вспомогательного оборудования (например, генератора переменного тока), либо даже в качестве турбо-соединение система, которая добавляет мощность и крутящий момент на коленчатый вал.

Автомобили с двигателями Стирлинга разрабатывались в рамках тестовых проектов НАСА, а также более ранние проекты Ford Motor Company с использованием двигателей, предоставленных Philips,[6] и по 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 обозначены как MOD I и MOD II.

Инженерные машины NASA Stirling MOD 1 были построены в партнерстве с Министерство энергетики США (DOE) и НАСА, по контракту AMC AM General разработать и продемонстрировать практические альтернативы стандартным двигателям.[7] Двигатель P-40 United Stirling AB AMC Spirit был тщательно протестирован на протяжении более 50 000 миль (80 467 км) и достиг средней топливной эффективности до 28,5 миль на галлон.-НАС (8,3 л / 100 км; 34,2 миль на галлон‑Imp).[8] 4-дверный лифтбэк 1980 года ВАМ Лерма был также преобразован в двигатель United Stirling P-40, чтобы продемонстрировать двигатель Стирлинга общественности и продвинуть программу правительства США по альтернативным двигателям.[9]

Испытания проводились с AMC Spirit 1979 года, а также с моделью 1977 года. Опель и 1980 AMC Concord показал, что двигатели Стирлинга «можно превратить в автомобильную силовую передачу для легковых автомобилей и что это может дать хорошие результаты».[10] Однако прогресс был достигнут с двигателями с искровым зажиганием одинаковой мощности с 1977 года, и Средняя корпоративная экономия топлива Требования (CAFE), которые должны были выполняться автомобилями, продаваемыми в США, ужесточались.[11] Более того, конструкция двигателя Стирлинга продолжала демонстрировать недостаточную топливную эффективность.[11] Также было два основных недостатка для потребителей, использующих двигатели Стирлинга: во-первых, время, необходимое для прогрева, потому что большинство водителей не любят ждать, чтобы начать движение; во-вторых, сложность изменения оборотов двигателя, что ограничивало гибкость вождения на дороге и в движении.[12] Процесс преобразования автопроизводителями своих существующих мощностей и инструментов для массовое производство совершенно новой конструкции и типа силовой установки.[11]

В рамках проекта MOD II в 1980 году был создан один из самых эффективных автомобильных двигателей из когда-либо созданных. Двигатель достиг максимального теплового КПД 38,5% по сравнению с современным двигателем с искровым зажиганием (бензиновым), который имеет максимальный КПД 20-25%. Проект Mod II заменил обычный двигатель с искровым зажиганием в 4-дверном автомобиле 1985 года. Chevrolet Знаменитости нотчбэк. В отчете о проектировании MOD II 1986 года (Приложение A) результаты показали, что расход бензина на шоссе был увеличен с 40 до 58 миль на галлон.-НАС (От 5,9 до 4,1 л / 100 км; от 48 до 70 миль на галлон‑Imp) и достигла городского диапазона от 26 до 33 миль на галлон.-НАС (9,0–7,1 л / 100 км; 31–40 миль на галлон‑Imp) без изменения полной массы автомобиля. Время запуска в транспортном средстве НАСА составляло максимум 30 секунд, в то время как исследовательский автомобиль Форда использовал внутренний электрический нагреватель для быстрого запуска двигателя, давая время запуска всего несколько секунд. Высокий выходной крутящий момент двигателя Стирлинга на низких оборотах устранил необходимость в преобразователе крутящего момента в трансмиссии, что привело к уменьшению веса и потерь в трансмиссии, что несколько нивелировало весовой недостаток двигателя Стирлинга при использовании в автомобилях. Это привело к тому, что в результатах испытаний была отмечена повышенная эффективность.[13][14]

Эксперименты показали, что двигатель Стирлинга может улучшить эксплуатационную эффективность автомобиля за счет идеального отключения двигателя Стирлинга от прямых требований к мощности, исключая прямое механическое соединение, которое используется в большинстве современных автомобилей. Его основная функция используется в расширенном диапазоне серийный электрический гибридный автомобиль будет как генератор, обеспечивающий электричеством для привода тяговых двигателей электромобиля и зарядки комплекта буферных батарей. В нефтехимический гибрид Стирлинг будет выполнять ту же функцию, что и в последовательно-гибридном бензиново-электрическом двигателе, включающем насос, заряжающий гидравлический буферный бак. Несмотря на успех в фазах экспериментов MOD 1 и MOD 2, сокращение финансирования дальнейших исследований и отсутствие интереса со стороны автопроизводителей положили конец возможной коммерциализации программы двигателей Стирлинга для автомобилей.[7]

Электрические транспортные средства

Двигатели Стирлинга как часть гибридный электропривод Система может обойти проблемы проектирования или недостатки негибридного автомобиля Стирлинга.

В ноябре 2007 г. прототип гибридный автомобиль используя твердые биотопливо и двигатель Стирлинга был анонсирован проектом Precer в Швеции.[15]

В Лидер Союза Нью-Гэмпшира сообщает, что Дин Камен разработал серию подключаемый гибрид автомобиль с использованием Ford Think.[16] ДЕКА, Технологическая компания Камена в Манчестер Миллиард, продемонстрировал электромобиль, DEKA Revolt, который может проехать около 60 миль (97 км) на одной зарядке своего литиевая батарея.[16]

Авиационные двигатели

Роберт МакКонаги создал первый летающий самолет с двигателем Стирлинга в августе 1986 года.[17] Двигатель типа Beta весил 360 граммов и выдавал всего 20 Вт мощности.[18] Двигатель крепился к передней части модифицированного радиоуправляемого планера Super Malibu полной взлетной массой 1 кг. Самый лучший из опубликованных испытательных полетов длился 6 минут и показал «едва достаточную мощность, чтобы делать случайные пологие повороты и поддерживать высоту».[18]

Судовые двигатели

Двигатель Стирлинга может хорошо подходить для подводных энергетических систем, где электрическая работа или механическая мощность требуются на прерывистом или непрерывном уровне. Дженерал Моторс проделали значительный объем работ по усовершенствованным двигателям цикла Стирлинга, которые включают в себя аккумулирование тепла для подводных применений. Юнайтед Стирлинг, г. Мальмё, Швеция, разрабатывают экспериментальный четырехцилиндровый двигатель, использующий перекись водорода в качестве окислителя в системах подводной энергетики. Подводная лодка SAGA (Submarine Assistance Great Autonomy) вступила в строй в 1990-х годах и приводится в движение двумя двигателями Стирлинга, снабженными дизельное топливо и жидкий кислород. Эта система также имеет потенциал для движения надводных кораблей, поскольку размер двигателя не вызывает беспокойства, а размещение секции радиатора в морской воде, а не на открытом воздухе (как в случае с наземным двигателем), позволяет уменьшить ее размер.

Шведский судостроитель Kockums построила 8 успешных подводных лодок Stirling с конца 1980-х годов.[19][20] Они несут сжатый кислород, чтобы топливо могло гореть под водой, обеспечивая тепло для двигателя Стирлинга. В настоящее время они используются на подводных лодках Готланд и Södermanland классы. Это первые подводные лодки в мире с изображением Стирлинга. воздушно-независимая силовая установка (AIP), что увеличивает их подводную выносливость с нескольких дней до нескольких недель.[20]

Эта возможность ранее была доступна только с атомные подводные лодки.

Двигатель Kockums также используется японцами. Сурю-учебный класс подводная лодка.[21]

Насосные двигатели

Двигатели Стирлинга могут приводить в действие насосы для перемещения жидкостей, таких как вода, воздух и газы. Например, ST-5 от Stirling Technology Inc. мощностью 5 лошадиных сил (3,7 кВт) может запускать генератор мощностью 3 кВт или центробежный водяной насос.[22]

Производство электроэнергии

Структурная принципиальная схема системы двигателя Стирлинга со свободным поршнем

Комбинированное тепло и электроэнергия

В комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ) механическая или электрическая энергия вырабатывается обычным образом, однако отработанное тепло, выделяемое двигателем, используется для обеспечения вторичного отопления. Это может быть практически все, что использует низкотемпературное тепло. Часто это уже существующее использование энергии, такое как отопление коммерческих помещений, нагрев воды в жилых домах или промышленный процесс.

Тепловые электростанции на электрическая сеть использовать топливо для производства электричество. Однако образуется большое количество отработанного тепла, которое часто остается неиспользованным. В других случаях высококачественное топливо сжигается при высокой температуре для применения при низких температурах. Согласно второй закон термодинамики, тепловой двигатель может вырабатывать энергию за счет этой разницы температур. В системе ТЭЦ высокотемпературное первичное тепло поступает в нагреватель двигателя Стирлинга, затем часть энергии преобразуется в механическую энергию в двигателе, а остальная часть проходит через охладитель, откуда выходит с низкой температурой. «Отработанное» тепло на самом деле исходит от основной кулери, возможно, из других источников, таких как выхлоп горелки, если таковой имеется.

Мощность, вырабатываемая двигателем, может использоваться для запуска промышленного или сельскохозяйственного процесса, который, в свою очередь, приводит к образованию отходов биомассы, которые можно использовать в качестве бесплатного топлива для двигателя, что снижает затраты на удаление отходов. Общий процесс может быть эффективным и рентабельным.

Inspirit Energy, британская компания, имеет газовую когенерационную установку Inspirit Charger, которая поступит в продажу в 2016 году. Напольная установка вырабатывает 3 кВт электрической и 15 кВт тепловой энергии.[23][24]

WhisperGen, а Новая Зеландия фирма с офисами в Крайстчерч, разработала двигатель с циклом Стирлинга "AC Micro Combined Heat and Power". Эти микроТЭЦ это газовые котлы центрального отопления, которые продают неиспользованную электроэнергию обратно в электросеть. WhisperGen объявил в 2004 году, что они производят 80 000 единиц для жилищного рынка в объединенное Королевство. В 2006 году в Германии было проведено испытание на 20 единиц.[25]

Производство солнечной энергии

Блюдо Стирлинг из СЭС

Помещенный в фокус параболического зеркала, двигатель Стирлинга может преобразовывать солнечная энергия к электричеству с эффективностью лучше, чем неконцентрированный фотоэлектрические элементы, и сравнимо с концентрированная фотовольтаика. 11 августа 2005 г. Южная Калифорния Эдисон объявил о соглашении с Энергетические системы Стирлинга (SES) для покупки электроэнергии, произведенной с использованием более 30 000 двигателей Стирлинга на солнечных батареях в течение двадцатилетнего периода, достаточного для выработки 850 МВт электроэнергии. Эти системы на 8000 акров (19 км2) солнечная ферма будет использовать зеркала, чтобы направлять и концентрировать солнечный свет на двигателях, которые, в свою очередь, приводят в действие генераторы. «В январе 2010 года, через четыре месяца после начала строительства, партнерская компания Stirling Energy Tessara Solar завершила строительство 1,5 МВт Марикопа Солар электростанция в Пеория, Аризона, недалеко от Феникса. Электростанция состоит из 60 SES SunCatcher ».[26] SunCatcher описывается как «большой, отслеживающий, концентрирующий солнечный коллектор солнечной энергии (CSP), который вырабатывает 25 киловатт (кВт) электричества на полном солнце. Каждый из коллекторов диаметром 38 футов содержит более 300 изогнутых зеркал (гелиостаты ), которые фокусируют солнечный свет на блок преобразования энергии, в котором находится двигатель Стирлинга. Блюдо использует двухосное отслеживание, чтобы точно следовать за солнцем, когда оно движется по небу ".[26] По проекту были споры[27] из-за опасений по поводу воздействия окружающей среды на животных, живущих на участке. Солнечная электростанция Марикопа закрыта.[28]

Атомная энергия

Есть потенциал для ядерных двигателей Стирлинга на электростанциях. Замена паровых турбин атомных электростанций двигателями Стирлинга может упростить установку, повысить эффективность и уменьшить количество радиоактивных побочных продуктов. Номер реактор-размножитель конструкции используют жидкий натрий в качестве хладагента. Если тепло будет использоваться в паровой установке, потребуется теплообменник вода / натрий, что вызывает определенные опасения, поскольку натрий бурно реагирует с водой. Двигатель Стирлинга устраняет потребность в воде в любом месте цикла. Это будет иметь преимущества для ядерных установок в засушливых регионах.

В правительственных лабораториях США разработан современный двигатель Стирлинга, известный как Радиоизотопный генератор Стирлинга для использования в освоении космоса. Он предназначен для выработки электроэнергии для зондов дальнего космоса во время миссий на десятилетия. В двигателе используется единственный вытеснитель для уменьшения количества движущихся частей и используется акустика высокой энергии для передачи энергии. Источником тепла является сухая пробка твердого ядерного топлива, а радиатором - излучение в свободное пространство.

Отопление и охлаждение

При наличии механической мощности двигатель Стирлинга может работать в обратном направлении как Тепловой насос для обогрева или охлаждения. В конце 1930-х годов Нидерландская корпорация Philips успешно использовала цикл Стирлинга в криогенных приложениях.[29] Вовремя Программа Space Shuttle, НАСА успешно подняла охладитель цикла Стирлинга в форме, «аналогичной по размеру и форме небольшим домашним блокам, часто используемым в общежитиях колледжей» для использования в лаборатории наук о жизни.[30] Дальнейшие исследования этого устройства для домашнего использования привели к КПД Карно увеличение в три раза и снижение веса устройства на 1 кг.[31] Были проведены эксперименты с использованием энергии ветра, приводящей в движение Цикл Стирлинга тепловой насос для отопления и кондиционирования воздуха.[нужна цитата ]

Криохладители Стирлинга

Любой двигатель Стирлинга тоже подойдет в обратном порядке 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 подводная работа для того, чтобы тепло текло «вверх» против теплового градиента, особенно когда пространство сжатия горячее, чем пространство расширения. Внешняя сторона теплообменника пространства расширения может быть размещена внутри теплоизолированного отделения, такого как вакуумная колба. Фактически тепло откачивается из этого отсека через рабочий газ криохладителя в пространство сжатия. Температура в пространстве сжатия будет выше температуры окружающей среды, поэтому тепло будет уходить в окружающую среду.

Одно из их современных применений - в криогеника и, в меньшей степени, охлаждение. При типичных температурах охлаждения охладители Стирлинга, как правило, экономически не конкурентоспособны с менее дорогостоящими массовыми холодильниками. Ренкин системы охлаждения, поскольку они менее энергоэффективны. Однако при температуре ниже -40 ...- 30 ° C охлаждение Ренкина неэффективно, поскольку нет подходящих хладагентов с такой низкой температурой кипения. Криохладители Стирлинга способны «поднимать» тепло до -200 ° C (73 K), что достаточно для разжижения воздуха (в частности, первичные составляющие газы кислород, азот и аргон ). 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] Криокулеры для этой цели более или менее конкурентоспособны с другими технологиями криокулеров. В коэффициент производительности при криогенных температурах обычно составляет 0,04–0,05 (соответствует эффективности 4–5%). Опытным путем устройства показывают линейный тренд, обычно с КС = 0.0015 Тc − 0.065, куда Тc криогенная температура. При этих температурах твердые материалы имеют более низкие значения удельной теплоемкости, поэтому регенератор должен быть изготовлен из неожиданных материалов, таких как хлопок.[нужна цитата ]

Первый криокулер цикла Стирлинга был разработан в г. Philips в 1950-х годах и коммерциализированы в таких местах, как жидкий воздух производственные предприятия. Бизнес Philips Cryogenics развивался до тех пор, пока в 1990 году он не был разделен и образовал Stirling Cryogenics BV, Нидерланды. Эта компания до сих пор занимается разработкой и производством криохладителей Стирлинга и криогенных систем охлаждения.

Для решения таких задач, как охлаждение электронных устройств, имеется в продаже широкий спектр криокулеров Стирлинга меньшего размера. датчики и иногда микропроцессоры. Для этого применения криокулеры Стирлинга представляют собой самую высокопроизводительную из доступных технологий 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 криокулеры считались единственными широко применяемыми коммерчески успешными устройствами Стирлинга.[нужна цитата ]

Тепловые насосы

Стирлинг Тепловой насос очень похож на криокулер Стирлинга, главное отличие в том, что он обычно работает при комнатной температуре. В настоящее время его основное применение - перекачка тепла с внешней стороны здания внутрь здания, тем самым нагревая его с меньшими затратами энергии.

Как и в любом другом устройстве Стирлинга, тепловой поток идет из пространства расширения в пространство сжатия. Однако в отличие от Стирлинга двигатель, пространство расширения находится на ниже температуры, чем пространство сжатия, поэтому вместо того, чтобы производить работу, Вход механической работы требуется системе (чтобы удовлетворить Второй закон термодинамики ). Подвод механической энергии может осуществляться, например, электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания. Когда механическую работу теплового насоса обеспечивает второй двигатель Стирлинга, тогда 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 в здание, и тепло «закачивается» в нее. Обычно будет теплоизоляция между двумя сторонами, так что внутри изолированного пространства будет повышение температуры.

Тепловые насосы на сегодняшний день являются наиболее энергоэффективными типами систем отопления, поскольку они «собирают» тепло из окружающей среды, а не только превращают входящую энергию в тепло. В соответствии со вторым законом термодинамики тепловые насосы всегда требуют дополнительный ввод некоторой внешней энергии для «перекачки» накопленного тепла «в гору» против перепада температур.

По сравнению с обычными тепловыми насосами тепловые насосы Стирлинга часто имеют более высокую коэффициент производительности[нужна цитата ] . На сегодняшний день коммерческое использование систем Стирлинга ограничено; однако ожидается, что их использование будет расти вместе с рыночным спросом на энергосбережение, и внедрение, вероятно, будет ускорено за счет технологических усовершенствований.

Портативное охлаждение

Охладитель Стирлинга со свободным поршнем (FPSC) - это полностью герметичная система теплопередачи, которая имеет только две движущиеся части (поршень и вытеснитель) и которая может использовать гелий как рабочая жидкость. Поршень обычно приводится в движение колеблющимся магнитным полем, которое является источником энергии, необходимой для запуска холодильного цикла. Магнитный привод позволяет поршню приводиться в движение без каких-либо уплотнений, прокладок, Уплотнительные кольца, или другие компромиссы герметично запечатан система.[33] Заявленные преимущества системы включают повышенную эффективность и охлаждающую способность, меньший вес, меньший размер и лучшую управляемость.[34]

FPSC был изобретен в 1964 году Уильям Бил (1928-2016), профессор машиностроения в Университет Огайо в Афины, Огайо. Он основал Sunpower Inc.,[35] которая исследует и разрабатывает системы FPSC для военных, аэрокосмических, промышленных и коммерческих приложений. Кулер FPSC производства Sunpower использовался компанией НАСА охладить приборы в спутники.[36] Фирма была продана семьей Бил в 2015 году, чтобы стать подразделением Аметек.[37]

Другие поставщики технологии FPSC включают Twinbird Corporation Японии[34] и Глобальное охлаждение Нидерландов, у которой (как и у Sunpower) есть исследовательский центр в Афинах, штат Огайо.[38]

В течение нескольких лет, начиная примерно с 2004 г., Компания Coleman продал версию Twinbird "SC-C925 Portable Freezer Cooler 25L" под собственной торговой маркой,[39][40] но с тех пор он прекратил предлагать этот продукт. Портативный кулер может работать более суток, поддерживая температуру ниже нуля при питании от автомобильный аккумулятор.[41] Этот кулер все еще производится, а Global Cooling теперь 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 вакцина.[43]

Двигатели с низким перепадом температур

Двигатель Стирлинга с низким перепадом температур, показанный здесь, работает от тепла от теплой руки.

А низкая разница температур (ООО, или же Низкая дельта T (LDT)) Двигатель Стирлинга будет работать при любом низком перепаде температур, например при разнице между температурой ладони и комнатной температурой или комнатной температурой и кубиком льда. В 1990 году был достигнут рекорд разницы температур всего 0,5 ° C.[44] Обычно они выполнены в гамма-конфигурации.[45] для простоты и без регенератора, хотя некоторые из них имеют прорези в буйке, обычно сделанные из пены для частичной регенерации. Обычно они не находятся под давлением и работают при давлении, близком к 1атмосфера. Вырабатываемая мощность составляет менее 1 Вт, и они предназначены только для демонстрационных целей. Они продаются как игрушки и обучающие модели.

Однако для перекачивания воды под прямыми солнечными лучами с минимальным увеличением или без увеличения были построены более крупные низкотемпературные двигатели (обычно площадью 1 м²).[46]

Другие приложения

Акустический тепловой двигатель Стирлинга

Смотрите также: Термоакустический двигатель горячего воздуха

Национальная лаборатория Лос-Аламоса разработала «Акустический тепловой двигатель Стирлинга».[47] без движущихся частей. Он преобразует тепло в мощную акустическую мощность, которая (указана 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 другой электроакустический преобразователь мощности ».

МикроТЧП

WhisperGen, (банкротство 2012 г.[48]) новозеландская компания разработала двигатели Стирлинга, которые могут работать на природном газе или дизельном топливе. Подписано соглашение с Mondragon Corporación Cooperativa, испанская фирма, для производства микротЭЦ WhisperGen (комбинированное производство тепла и электроэнергии) и их поставки на внутренний рынок Европы. Некоторое время назад E.ON UK объявил об аналогичной инициативе для Великобритании. Отечественные двигатели Стирлинга будут снабжать клиента горячей водой, обогревом помещений и избыточной электроэнергией, которую можно будет вернуть в электрическую сеть.

В соответствии с опубликованными компаниями эксплуатационными характеристиками автономная дизельная установка вырабатывает комбинированную тепловую (5,5 кВт тепла) и электрическую (800 Вт электрическую) мощность, используя 0,75 литра автомобильного дизельного топлива в час. Установки Whispergen, как утверждается, работают как комбинированные когенерационные установки, достигая КПД ~ 80%.

Однако предварительные результаты обзора эффективности блоков WhisperGen microCHP, проведенного Energy Saving Trust, показали, что их преимущества в лучшем случае в большинстве домов незначительны.[49] Однако другой автор показывает, что микрогенерация двигателя Стирлинга является наиболее рентабельной из различных технологий микрогенерации с точки зрения снижения выбросов CO.2.[25]

Чип охлаждение

Компания MSI (Тайвань) разработала миниатюрную систему охлаждения двигателя Стирлинга для чипы для персональных компьютеров который использует отходящее тепло от чипа для вращения вентилятора.[50]

Опреснение

На всех тепловых электростанциях должен быть отвод отходящее тепло. Тем не менее, нет никаких причин, по которым отходящее тепло не может быть направлено на работу двигателей Стирлинга для прокачки морской воды через обратный осмос сборок, за исключением того, что любое дополнительное использование тепла повышает эффективную температуру радиатора тепловой электростанции, что приводит к некоторой потере эффективности преобразования энергии. На типичной атомной электростанции две трети тепловой энергии, производимой реактором, составляет отходящее тепло. В установке Стирлинга отходящее тепло может быть использовано в качестве дополнительного источника электроэнергии.[нужна цитата ]

Рекомендации

  1. ^ Уокер, Грэм (1980). Двигатели Стирлинга. Clarenden Press. п. 1. ISBN  9780198562092. Двигатель Стирлинга - это механическое устройство, которое работает по * замкнутому * регенеративному термодинамическому циклу с циклическим сжатием и расширением рабочего тела на разных уровнях температуры.
  2. ^ Мартини, Уильям Р. (1983). «Руководство по проектированию двигателя Стирлинга» (17,9 МБ PDF) (Второе изд.). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Получено 2 ноября 2014.
  3. ^ а б JingwenLubYut, ChunfengSong; КаКитамураб (2015). «Исследование COP охладителя Стирлинга со свободным поршнем (FPSC) в процессе антисублимационного улавливания CO2». Возобновляемая энергия. 74: 948–954. Дои:10.1016 / j.renene.2014.08.071. HDL:2241/00123026.
  4. ^ "Технология двигателей Стирлинга со свободным поршнем Sunpower". Sunpower Inc. Архивировано с оригинал 10 сентября 2018 г.. Получено 9 сентября, 2018.
  5. ^ Хаши, Джеймс (14 июля 2008 г.). «Модифицированный двигатель Стирлинга с большей удельной мощностью». Конкурс на создание дизайна будущего. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства и SolidWorks. Архивировано из оригинал 6 января 2009 г.. Получено 2 ноября 2014.
  6. ^ "Наука: перформанс Стирлинга". Время. 9 сентября 1974 г.. Получено 2 ноября 2014.
  7. ^ а б Линдсли, Э. Ф. (январь 1983 г.). «Двигатель Стирлинга - большой прогресс, но ...» Популярная наука. 222 (1): 50–53. Получено 2 ноября 2014.
  8. ^ Корзеневский, Джереми (8 июля 2009 г.). «Взрыв из прошлого: AMC Spirit НАСА с двигателем Стирлинга». green.autoblog.com. Получено 2 ноября 2014.
  9. ^ Энергетические технологии: материалы конференции по энергетическим технологиям, том 8. Правительственные институты. 1981. с. 659. ISBN  978-0-86587-008-6.
  10. ^ Американское общество контроля качества (1983). Ежегодный конгресс и выставка качества ASQC, том 37. Общество ASQC. п. 308. Получено 2 ноября 2014.
  11. ^ а б c Эванс, Роберт Л. (1987). Альтернативы автомобильным двигателям. Пленум Пресс. п. 6. ISBN  9780306425493.
  12. ^ Ходжетс, Филип Дж. (2010). Волнение среди игрушек. Vantage Press. п. 64. ISBN  978-0-533-16224-6. Получено 2 ноября 2014.
  13. ^ Соловей, Ноэль П. (октябрь 1986). «Отчет о проектировании автомобильного двигателя Стирлинга Mod II» (PDF). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства и Министерство энергетики США. Получено 2 ноября 2014.
  14. ^ Эрнст, Уильям Д .; Шалтенс, Ричард К. (февраль 1997 г.). «Проект развития автомобильного двигателя Стирлинга» (PDF). Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства и Министерство энергетики США. Архивировано из оригинал (PDF) на 2006-09-08. Получено 2 ноября 2014.
  15. ^ «Технология транспортных средств на твердом биотопливе» (PDF). Precer Group. Получено 2009-01-19.
  16. ^ а б Уикхэм, С.К. (2008). "Восстание Камена". Лидер Союза. Архивировано из оригинал 22 мая 2011 г.. Получено 2009-01-19.
  17. ^ Макконаги, Роберт (1986). «Дизайн двигателя Стирлинга для авиамоделирования». IECEC: 490–493.
  18. ^ а б МакКонаги, Роберт (февраль 1996 г.). «Горячий авиадвигатель». Модельер. 176 (4009).
  19. ^ «Система Kockums Stirling AIP - проверена в эксплуатации» (PDF). Kockums. Получено 2011-06-07.
  20. ^ а б Kockums (а)
  21. ^ «Первая усовершенствованная лодка класса Оясио выходит на воду». IHS. 12 июня 2007 г. В архиве из оригинала 7 июня 2011 г.. Получено 3 июня, 2011.
  22. ^ «Использование СТ-5». Stirling Technology Inc. Архивировано с оригинал 19 декабря 2012 г.. Получено 6 апреля, 2013.
  23. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2016-01-27. Получено 2016-01-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  24. ^ "Yorkshire Business Insider, декабрь 2015 г.".
  25. ^ а б «Что такое микрогенерация? И что является наиболее экономически эффективным с точки зрения сокращения выбросов CO2». Claverton-energy.com. 2008-11-06. Получено 2009-07-24.
  26. ^ а б Уилсон, Алекс (29 апреля 2010 г.). «Продукт недели в области зеленого строительства». Stirling SunCatcher с технологией "Тепловой двигатель". Строительство Green.com. Архивировано из оригинал 8 июля 2011 г.. Получено 2011-03-03.
  27. ^ Вуди, Тодд (2009-08-05). «Битва нарастает над гигантской солнечной фермой в пустыне». Нью-Йорк Таймс. Получено 2010-01-21.
  28. ^ "Марикопа Солар". YouTube (в комментариях). Получено 19 июля, 2013.
  29. ^ СМ. Харгривз (1991). Двигатель Стирлинга Philips. Elsevier Science. ISBN  0-444-88463-7.
  30. ^ Кайрелли, Дж. «Обзор проекта NASA по развитию усовершенствованной технологии холодильников / морозильников» (PDF). Технический меморандум НАСА 106309: НАСА. 8-я Международная конференция по криокулерам, спонсируемая Конференционным комитетом ICC, Вейл, Колорадо, 28-30 июня 1994 г.CS1 maint: location (связь)
  31. ^ БЕРХОВИТЦ (1998). "Максимальная производительность холодильников цикла Стирлинга". ICR 1998 - Осло, Норвегия - 3-й ежегодный: IIF-IIR Международный конгресс по холодильной технике. Отсутствует или пусто | url = (помощь)CS1 maint: location (связь)
  32. ^ "Цикл Стирлинга" (PDF). Криогеника Стирлинга. Архивировано из оригинал (PDF) 3 июля 2015 г.. Получено 30 июн 2014.
  33. ^ Компания Twinbird. "Добро пожаловать в комнату часто задаваемых вопросов доктора Кула!". Компания Twinbird. Архивировано из оригинал на 2012-04-14. Получено 2011-04-06.
  34. ^ а б Компания Twinbird. «О ФПСК». Компания Twinbird. Архивировано из оригинал на 2012-04-14. Получено 2011-04-06.
  35. ^ «Цикл Стирлинга». Sunpower Inc. Архивировано с оригинал в 2013-07-22. Получено 2013-04-12.
  36. ^ «Криокулеры». Солнечная сила. Получено 2011-04-06.
  37. ^ "О Солнце - История".
  38. ^ Global Cooling NV. "О". Global Cooling NV. Архивировано из оригинал на 2012-01-21. Получено 2011-04-06.
  39. ^ Луи, Чи-Тянь. "Охладитель Стирлинга со свободным поршнем Coleman 2004 г. [демонтаж фотографий]". CTL Electronics. Архивировано из оригинал 26 августа 2011 г.. Получено 2011-04-06.
  40. ^ Компания Coleman (17 мая 2004 г.). «Модель 5726-750, Руководство по эксплуатации (кулер мощностью 26 кварт)» (PDF). Коулман. Архивировано из оригинал (PDF) 21 августа 2010 г.. Получено 2011-04-06.
  41. ^ "SC-C925 (-18 ° C) [спецификация]". Глобальное похолодание. Архивировано из оригинал на 2012-01-21. Получено 2011-04-06.
  42. ^ Глобальное похолодание. "[Домашняя страница]". Глобальное охлаждение. Получено 2011-04-06.
  43. ^ «Прикладные продукты FPSC». Компания Twinbird. Архивировано из оригинал 30 марта 2010 г.. Получено 2011-04-06.
  44. ^ Сенфт, Джеймс Р. (1996). Введение в низкотемпературные дифференциальные двигатели Стирлинга. Мория Пресс.
  45. ^ «Низкотемпературный дифференциальный двигатель Стирлинга». animatedengines.com. Получено 2 ноября 2014.
  46. ^ «Солнечный электрический генератор». Sunvention International. Получено 2 ноября 2014.
  47. ^ Бакхаус, Скотт; Свифт, Грег (2003). «Акустический тепловой двигатель Стирлинга: более эффективен, чем другие тепловые двигатели с неподвижными частями». Лос-Аламосская национальная лаборатория. Архивировано из оригинал 1 августа 2008 г.. Получено 2 ноября 2014.
  48. ^ "Hersteller des WhisperGen muss Insolvenz anmelden | BHKW-Infothek".
  49. ^ «Ускоритель Микро ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) - Заключительный отчет». Carbon Trust. Март 2011. Архивировано с оригинал 28 марта 2014 г.. Получено 2 ноября 2014.
  50. ^ Уилмот, Кэмерон (29 февраля 2008 г.). «MSI использует теорию двигателя Стирлинга». tweaktown.com. Получено 2 ноября 2014.