今天我们要讨论的是一种与传统使用的内燃机不同的发动机。车辆通常使用由 化石燃料 其效率通常不是很高。在这种情况下，我们向您展示 斯特林发动机。这种类型的发动机比汽油或柴油发动机具有更高的效率，而且对环境友好。
在本文中，我们将探讨斯特林发动机的主要特点、它的工作原理以及它的主要优点和缺点。我们还将深入研究该发动机的一些最常见用途，它们可以在能源转型中发挥至关重要的作用。
斯特林发动机
斯特林发动机是一种外燃发动机，它利用加热和冷却的气体产生的压力，而不是燃烧燃料的内燃发动机。这项发明可以追溯到 1816 年，当时由苏格兰牧师设计并获得专利 罗伯特·斯特林。斯特林旨在作为统治时代的蒸汽机的更安全替代品，由于其简单的结构提供了更高的效率和安全性。
尽管由于技术和经济限制，它很难大规模应用，但它在某些领域仍然非常重要，这主要是由于它的 安静运行 及其从各种来源（包括可再生能源）产生能源的能力。
目前，其用途主要集中在 潜艇 和 发电尤其是在太阳能发电厂中，斯特林发动机利用太阳的热量来有效地产生能量。在接下来的部分中，我们将探讨有关其操作和应用的更多细节。
斯特林发动机运转
斯特林发动机遵循一个热力学循环，称为 斯特林循环，由四个基本阶段组成：加热、膨胀、冷却和压缩。与内燃机不同，斯特林发动机中的气体保持密封在系统内，这意味着不会释放二氧化碳或有毒气体等污染排放物。从生态角度来看，这使其成为一个有吸引力的选择。
主要操作原则： 斯特林循环基于两个基本原理：
- 当封闭体积内气体的温度升高时，气体内部的压力会增加。
- 在恒定体积下压缩气体也会升高其温度。
这些原理通过两个腔室（一热一冷）应用，其中包含工作气体（可以是氦气、氢气、氮气甚至空气）。气体在两个腔室之间移动，导致驱动活塞的压力发生变化。
该过程首先在热钢瓶中加热气体。加热时，气体膨胀并向下推动活塞。然后，热气体被转移到冷室，在那里冷却，压力降低，使其再次被压缩。这会产生活塞的循环运动，并将热能转化为可用于发电或移动车辆的机械能。
斯特林发动机零件
斯特林发动机由几个关键部件组成，这些部件协同工作以执行能量转换循环：
- 置换气缸： 负责在热焦点和冷焦点之间移动气体。
- 活塞功率： 将气体的热能转化为可用于移动机器的机械功。
- 再生器： 一种热交换器，在气体处于冷却阶段时从气体中吸收热量，并在气体再次加热时将热量返回。这有助于提高循环效率。
- 燃烧器或热源： 它提供加热气体所需的热能。
- 飞轮： 它充当稳定器，保持均匀的旋转运动，这对于发动机的连续运行至关重要。
- 曲轴： 将活塞的直线运动转化为旋转运动。
在下一节中，我们将详细介绍发动机工作循环的每个阶段，以了解这些部件如何协作产生机械功。
斯特林发动机循环的阶段
斯特林发动机工作循环由以下四个阶段组成：
- 热气膨胀： 热量被施加到热气缸中的一部分气体，导致膨胀。热气体向下推动活塞，进行机械功。
- 转移至冷缸： 热气体被转移到冷气缸中，并在那里迅速冷却。
- 冷气压缩： 当活塞上升时，冷气体被压缩，从而带走在膨胀阶段获得的一些热量。
- 返回热缸： 压缩气体返回到热气缸，并重复该过程。
斯特林发动机的优势
与内燃机相比，斯特林发动机具有许多优点：
- 静音操作： 由于没有内燃装置，斯特林发动机运行时极其安静，非常适合噪音敏感的应用，例如潜艇或城市地区的发电机。
- 高效率： 其利用多个外部热源的能力及其高效的设计使其能够实现接近卡诺循环的性能。在诸如以下的应用中 热电联产，这个效率是非常有价值的。
- 热源灵活性： 斯特林发动机可以使用多种热源运行，从化石燃料到太阳能等完全清洁的能源。
- 环境影响低： 气体被密封的事实意味着它不会排放污染气体，使其成为一种非常生态的选择。
- 减少维护： 由于设计简单且不会发生内部爆炸，与传统的内燃技术相比，斯特林发动机所需的维护相对较少。
- 使用寿命长： 系统的稳健设计和简单性使斯特林发动机具有更长的使用寿命，在长期应用中赋予其巨大价值。
- 多功能性： 从潜艇到太阳能发电机，再到热电联产系统，斯特林发动机具有广泛的应用范围，使其成为多个行业的有用工具。
斯特林发动机的缺点
尽管斯特林发动机有许多优点，但它也有一些缺点，阻碍了其大规模采用：
- 初始成本高： 斯特林发动机的构造及其热交换器和承受压力和温度的特定材料非常昂贵，这限制了其相对于其他技术的竞争力。
- 缺乏人气： 尽管其功能令人印象深刻，但缺乏对斯特林发动机的一般了解一直是其广泛采用的障碍。
- 密封问题： 保存工作气体可能很复杂，特别是在高压下运行的发动机中，这会影响其性能和耐用性。
- 尺寸和重量： 由于需要更大的热交换器，斯特林发动机通常比类似功率的内燃机体积更大。
- 响应时间有限： 尽管斯特林发动机对于恒定功率应用非常有效，但它并不适合需要快速功率变化的系统，例如车辆。
斯特林发动机应用
斯特林发动机已在多个关键领域得到应用。其中最值得注意的是：
- 太阳能发电： 在阳光充足的地区，斯特林发动机可以利用聚光太阳能高效发电。实验工厂表明，与其他可再生能源相比，该技术具有很强的竞争力。
- 潜艇推进： 由于其运行安静且无需空气燃烧，斯特林发动机已被用于执行长期水下任务的潜艇。
- 抽水： 在缺乏电力的农村地区，斯特林发动机已被用于抽水，因为它能够利用生物质或农作物残留物作为热源。
- 工业应用： 斯特林发动机还在工业应用中进行试验，作为工厂中的辅助发电机，可以利用工业过程中的废热。
- 冷藏： 通过逆转热力循环，斯特林发动机可用于低温冷却，达到非常低的温度。
斯特林发动机在需要持续运行和低排放的专业应用中以其多功能性和高效率而脱颖而出。尽管有其局限性，但它是一项未来潜力巨大的技术，特别是在减少碳足迹和与可再生能源整合方面。