مقاله

موتور استرلینگ : چرا موتورهای استرلینگ از جمله موتورهای کارآمد از همه هستند

موتور استرلینگ : چرا موتورهای استرلینگ از جمله موتورهای کارآمد از همه هستند.

موتور استرلینگ یا موتور استیرلینگ (به انگلیسی: Stirling engine) که به آن ماشین استرلینگ هم گفته می‌شود یک موتور حرارتی است که در سال ۱۸۱۶ توسط دکتر رابرت استیرلینگ اختراع شد. موتور استیرلینگ قابلیت بازدهی بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی و دیزلی دارد اما امروزه موتورهای استیرلینگ فقط در برخی کاربردهای خاص مانند زیردریایی‌ها یا ژنراتورهای کمکی در قایق‌ها (که عملکرد بی صدا مهم است) استفاده می‌شود. اگر چه موتورهای استیرلینگ به تولید انبوه نرسید اما برخی اختراعات پرقدرت با این موتور کار می‌کند.

 

ngines اند تأمین انرژی شده است جهان ما از زمان انقلاب صنعتی: اول، زغال سنگ شده کثیف موتورهای بخار ، و سپس پاک تر و کارآمد تر و موتورهای بنزینی ، و اخیرا موتورهای جت در هواپیما. مفهوم اصلی موتور – چیزی که از تفاوت بین دمای بالا و پایین استفاده می کند – در چند صد سال تغییر نکرده است ، اگرچه گاهی اوقات مردم با پیشرفت های جزئی روبرو می شوند که این روند را کمی سریع تر یا بیشتر انجام می دهد. کارآمد. یکی از موتورهایی که اخیراً در مورد آن بسیار زیاد شنیده اید موتور استرلینگ است، که کمی شبیه به موتور بخار است که از بخار استفاده نمی کند! درعوض ، آن را بارها و بارها گرم می کند ، خنک می کند و دوباره همان هوا یا گاز را بازیافت می کند تا بتواند قدرت مفیدی را تولید کند که بتواند دستگاه را هدایت کند. با موتورهای خورشیدی و سایر فناوری های جدید ، که با موتورهای استرلینگ آشنا هستند ، از فناوری های بسیار پیشرفته به نظر می رسند ، اما آنها از سال ۱۸۱۶ به بعد واقع شده اند. بیایید نگاهی دقیق تر به نحوه عملکرد آنها بیندازیم!

عکس: موتورهای استرلینگ به دلیل استفاده از انرژی های تجدید پذیر محبوبیت زیادی پیدا می کنند. در این عکس آرایه ای از آینه ها را مشاهده می کنید که گرمای خورشید را بر روی موتور استرلینگ متمرکز می کند که برق تولید می کند. موتور استرلینگ در سمت راست افراطی روی بازو نصب شده است. عکس از وارن گرتس با ادای احترام از US DOE / NREL (وزارت انرژی ایالات متحده / آزمایشگاه انرژی تجدیدپذیر ملی).

فهرست

  1. موتور چیست؟
  2. موتور استرلینگ چیست؟
  3. بخش های اصلی یک موتور استرلینگ چیست؟
  4. موتور استرلینگ چگونه کار می کند؟
  5. موتورهای استرلینگ برای چه مواردی قابل استفاده هستند؟
  6. مزایا و مضرات موتورهای استرلینگ
  7. چه کسی موتورهای استرلینگ را اختراع کرده است؟

موتور چیست؟

موتورهایی که وسایل نقلیه یا ماشینهای کارخانه را رانندگی می کنند نمونه هایی از آنچه دانشمندان موتورهای گرما می نامند آنها برای آزاد سازی انرژی گرما ، سوختی غنی از انرژی (ذغال سنگ ، بنزین یا چیز دیگری) می سوزند ، که برای ایجاد و خنک شدن گاز ، استفاده از پیستون ، چرخاندن چرخ و چرخاندن ماشین مورد استفاده قرار می گیرد. موتورها به دو نوع اساسی عرضه می شوند: موتورهای احتراق خارجی (به عنوان مثال موتورهای بخار ) سوخت را در یک مکان می سوزانند و در قسمت دیگری از همان دستگاه نیرو تولید می کنند. موتورهای احتراق داخلی (مانند موتورهای اتومبیل) سوخت را بسوزانید و نیرو را دقیقاً در همان مکان بسازید (در یک ماشین ، همه این موارد در سیلندرهای فلزی فوق العاده قوی اتفاق می افتد). هر دو نوع موتور به انرژی گرما متکی هستند و باعث می شوند یک گاز گسترش یابد و سپس خنک شود. هرچه اختلاف دما بیشتر باشد (بین گاز در گرمترین و سردترین آن) ، موتور بهتر کار می کند. نظریه چگونگی کار یک موتور مبتنی بر علم ترمودینامیک (به معنای واقعی کلمه ، “چگونه گرما حرکت می کند”) و بر اساس مدل نظری نحوه گسترش موتورهای ایده آل ، انقباض ، گرما و خنک کردن یک گاز در یک سری مراحل به نام چرخه است. .

موتورهای خوب و بد

قبل از اینکه بفهمیم چه چیزهای خوبی در مورد موتورهای استرلینگ وجود دارد ، این امر به ما کمک می کند که بدانیم چه چیزی در مورد موتورهای بخار بد است . چطورکار می کنند؟ شما آتش ذغال سنگ دارید که آب آن را گرم می کند تا جوش آید و بخار بخار کند. بخار از طریق دریچه باز و ورودی ، از طریق لوله به سیلندر می رود ، جایی که پیستون را فشار می دهد و چرخ را به حرکت در می آورد. شیر ورودی سپس بسته می شود و دریچه خروجی باز می شود. حرکت چرخ باعث می شود بازگشت پیستون در داخل سیلندر، که در آن هل سرد، بخار ناخواسته از طریق خروج و دور تا لکوموتیو (دودکش).

قطعات یک موتور بخار

عکس: موتورهای بخار مانند موتور این موتورخانه نمونه هایی از موتورهای احتراق خارجی هستند. آتشی که انرژی را با احتراق (۱) تأمین می کند در خارج از سیلندر است که در آن انرژی گرما به نیروی مکانیکی تبدیل می شود (۳). در بین این دو ، یک دیگ (۲) وجود دارد که انرژی گرما را به بخار تبدیل می کند. بخار به عنوان یک مایع انتقال گرما عمل می کند ، پیستون را فشار می دهد (۴) که چرخ ها را با میل لنگ (۵) حرکت می دهد و قطار را به حرکت در می آورد (۶). انرژی بخار و گرما دائماً از دودگاه خارج می شود (۷) ، و این یک روش بخصوص ناکارآمد و ناخوشایند برای تولید یک دستگاه متحرک است. اما در روزهایی که زغال سنگ فراوان بود خوب بود و هیچ کس اهمیتی برای آسیب رساندن به کره زمین نداشت.

در مورد موتورهای بخار مشکلات زیادی وجود دارد ، اما در اینجا چهار مورد از واضح ترین آنها وجود دارد. اول ، دیگ بخار که باعث می شود بخار با فشار زیاد کار کند و خطر آن وجود دارد که منفجر شود ( انفجار دیگ بخار مشکل اصلی موتورهای بخار اولیه بود). دوم ، دیگ بخار عموماً از سیلندر فاصله دارد ، بنابراین انرژی در بدست آوردن گرما از یکی به دیگری از بین می رود. سوم ، بخار خروج از دود سیگار هنوز کاملاً داغ است ، بنابراین حاوی انرژی تلف شده است. چهارم ، چون بخار هر بار پیستون از بخار سیلندر خارج می شود ، موتور مجبور است مقدار زیادی آب و همچنین سوخت مصرف کند. (به همین دلیل است که لوکوموتیوهای بخار باید در مخازن آب کنار مسیر متوقف شوند.)

پیوندهای حمایت شده

 

موتور استرلینگ چیست؟

آیا ما می توانیم موتور را طراحی کنیم که بر این مشکلات غلبه کند؟ فرض کنید از دیگ خلاص شویم (که خطر انفجارها را برطرف می کند) و از گرمای آتش سوزی برای گرم کردن مستقیم موتور استفاده می کنیم. سپس به جای استفاده از بخار برای جابجایی انرژی گرما از آتش به سیلندر ، چرا سیلندر را نزدیک آتش قرار ندهید و از هوای معمولی (یا برخی گاز ساده دیگر) استفاده کنید تا انرژی گرما بین آنها جابجا شود؟ (به همین دلیل است که موتورهای استرلینگ گاهی اوقات موتورهای هوای گرم نامیده می شوند .) اگر این هوا را در یک لوله بسته ببندیم ، بنابراین همین هوا بارها و بارها به جلو و عقب حرکت می کند ، انرژی را از آتش می گیریم و آن را در سیلندر رها می کنیم. ما مشکل موتور نیاز به تأمین آب ثابت را حل می کنیم. در آخر ، چرا به نوعی مبدل حرارتی اضافه نمی شودبه این ترتیب که هوای گرم به جلو و عقب منتقل می شود ، انرژی آن در داخل دستگاه حفظ شده و برای بهبود بازده کلی بازیافت می شود. اینها روشهای اساسی پیشرفت موتور استرلینگ در موتور بخار است. بعضی اوقات موتورهای استرلینگ را می بینید که به عنوان “موتورهای حرارتی بازدارنده چرخه بسته” توصیف شده است ، که روشی بسیار پیچیده برای گفتن آنچه ما فقط گفتیم: چرخه بسته به معنای استفاده از آنها از یک گاز بسته شده گاز برای حرکت گرما به عقب و جلو است ، بارها و بارها ، از طریق مجموعه ای از مراحل بی پایان تکرار شده؛ احیاگر به این معنی است که آنها از مبدلهای حرارتی برای حفظ مقداری از گرما استفاده می کنند که در غیر این صورت در هر چرخه از بین می رود (بطور بی فایده دود سیگار را منفجر می کند ، زیرا در یک موتور بخار است).

ساده یا پیچیده؟

بعضی ها می گویند موتورهای استرلینگ ساده هستند. اگر این درست باشد ، به همان روشی درست است که معادلات عالی فیزیک (مانند E = mc ۲ ) ساده هستند: آنها روی سطح ساده هستند ، اما در واقع ثروتمندتر ، پیچیده تر و بالقوه بسیار گیج کننده هستند تا اینکه واقعاً آنها را بفهمید. بیرون فکر می کنم فکر کردن درباره موتورهای استرلینگ پیچیده تر است: فیلم های بسیار ضعیف در YouTube نشان می دهند که توضیح دادن آنها به روشی بسیار ناقص و رضایت بخش آسان است. به نظر من ، شما نمی توانید یک موتور استرلینگ را به سادگی با ساختن یک یا تماشای یک موتور از بیرون درک کنید: باید به چرخه پله هایی که از آن می گذرد ، به سختی فکر کنید ، چه چیزی با گاز درون آن اتفاق می افتد ، و چگونه این تفاوت دارد. از آنچه اتفاق می افتد در یک موتور بخار معمولی.

به هر حال ، بیایید ببینیم آیا می توانیم موتور استرلینگ را به درستی توضیح دهیم ، ابتدا با نگاه کردن به قسمت های موجود در آن ، سپس به فکر کردن در مورد آنچه انجام می دهند ، و در آخر نگاهی به کمی از نظریه پیچیده تر (ترمودینامیکی) می پردازیم.

جابجایی ساده موتور استرلینگ که روی دست کسی نشسته است

عکس: جابجایی کوچک و جمع و جور موتورهای استرلینگ مانند این می توانند از اختلافات گرمای ناچیز برخوردار باشند – حتی با استراحت روی دست شخصی و گرمای آنها را از بین می برد. عکس از مرکز تحقیقاتی گلن ناسا .

بخش های اصلی یک موتور استرلینگ چیست؟

چندین طراحی متفاوت از موتورهای استرلینگ وجود دارد ، و ما یک نوع خاص را خواهیم دید که به عنوان موتور جابجایی (یا جابجایی) موتور استرلینگ شناخته می شود (که به عنوان موتور بتا استرلینگ نیز شناخته می شود). اینها بخشهای اصلی هستند:

منبع گرما

منبع گرما جایی است که موتور تمام انرژی خود را از آن می گیرد و این می تواند از آتش ذغال سنگ به یک آینه خورشیدی باشد که گرمای خورشید را متمرکز می کند (همانطور که در عکس برتر ما وجود دارد). اگرچه به عنوان موتورهای احتراق خارجی توصیف می شود ، موتورهای استرلینگ به هیچ وجه مجبور نیستند از احتراق ( سوزاندن واقعی سوخت) استفاده کنند: آنها به سادگی به اختلاف دما بین منبع گرما (از آنجا که انرژی از آنجا می آید) و سینک گرما (از کجا) نیاز دارند. به پایان می رسد)

شما می توانید یک موتور کوچک استرلینگ را با گرما از یک فنجان قهوه ، کف دست گرم شخصی یا حتی (در حیرت کامل بسیاری از افراد) با یک مکعب یخ رانندگی کنید: انرژی که موتور از آن بیرون می آید از هرگونه اختلاف دما بین. منبع گرما و غرق گرما با گفتن این نکته ، لازم به یادآوری است که فقط کار بسیار زیادی می توانید با یک موتور کوچک استرلینگ انجام دهید که از چیزی مانند یک فنجان قهوه استفاده می شود ، صرفاً به این دلیل که فقط مقداری انرژی نسبتاً کمی دارد که بسیار سریع از آن استفاده می شود.

قطعات موتور استرلینگ جابجایی

آثار هنری: قسمتهای اصلی موتور استرلینگ جابجایی.

گاز

یک حجم گاز بطور دائم درون دستگاه در یک سیلندر بسته بسته شده است. این می تواند هوای معمولی ، هیدروژن ، هلیوم یا برخی مواد دیگر به راحتی در دسترس باشد که در اثر گرم شدن و خنک شدن در چرخه کامل موتور (یک سری مکرر از عملیات که می گذرد) گاز باقی می ماند. تنها هدف آن انتقال انرژی گرما از منبع گرما به سینک گرما ، نیرو دادن پیستون است که دستگاه را هدایت می کند ، و سپس دوباره به عقب برگرداندن برخی موارد دیگر است. گازی که گرما را حرکت می دهد ، گاهی اوقات مایع کار نامیده می شود.

سینک حرارتی

مکانی که گاز گرم قبل از بازگشت به منبع گرما خنک می شود. این به طور معمول نوعی رادیاتور است (تکه ای از فلز با باله های متصل) ، که گرمای ضایعات را به اتمسفر منتقل می کند.

پیستون ها

انواع مختلف موتورهای استرلینگ وجود دارد ، اما من معتقدم که همه آنها دو پیستون دارند – این یکی از موارد بارز است که آنها را از سایر موتورها متمایز می کند. در طرحی رایج به نام موتور استرلینگ دو پیستونی (یا آلفا) ، قبل از تکرار چرخه ، دو پیستون و سیلندر یکسان و شاتل های گازی بین آنها و عقب و جلو ، گرمایش و انبساط و سپس خنک کننده و فشرده سازی وجود دارد.

در طرحی متفاوت ، که در اینجا نشان داده شده است ، به نام جابجایی (یا بتا) موتور استرلینگ ، یک پیستون کاملاً داخلی وجود دارد که پیستون بنام جابجایی (سبز رنگی) وجود دارد که کار آن انتقال گاز بین منبع گرما و غرق گرما است. بر خلاف یک پیستون معمولی در موتور بخار ، جابجایی بسیار سست (با کمی اتاق برای جابجایی بین لبه پیستون و دیواره سیلندر) جای می گیرد و بنزین در حین حرکت به جلو و عقب در اطراف آن جریان می یابد. همچنین یک پیستون کار (آبی تیره رنگی) وجود دارد که محکم در سیلندر جا می گیرد و انبساط گاز را به کار مفیدی تبدیل می کند که هر موتور را به آن نیرو می بخشد. در موتورهای بزرگتر استرلینگ ، پیستون کار معمولاً دارای یک فلز سنگین است متصل شده برای تقویت حرکت و کارکرد دستگاه کاملاً راحت. پیستون کار و پیستون گیرنده هر دو به طور مداوم در حال حرکت هستند ، اما خارج از مرحله (یک چهارم سیکل یا ۹۰ درجه از فاز) با یکدیگر قرار دارند. آنها با همان چرخ نیرو می گیرند اما پیستون جابجایی همیشه یک چهارم سیکل (۹۰ درجه) جلوتر از پیستون کار است.

مبدل حرارتی

مبدل حرارتی همچنین به عنوان ترمیم کننده شناخته می شود ، در محفظه بسته بین منبع گرما و سینک گرما قرار دارد. با حرکت گاز داغ از ترمیم کننده ، مقداری از گرمای خود را که بازدارنده روی آن نگه داشته می شود. وقتی گاز به عقب برگردد ، دوباره این گرما را جمع می کند. بدون ترمیم کننده این گرما به جو از بین می رود و هدر می رود. مبدل حرارتی تا حد زیادی بهره وری و قدرت موتور را بهبود می بخشد. برخی موتورهای استرلینگ دارای مبدلهای حرارتی متعدد هستند.

 

موتور استرلینگ چگونه کار می کند؟

خلاصه

مانند یک موتور بخار یا احتراق داخلی موتور خودرو ، یک موتور استرلینگ تبدیل حرارتیبه انرژی مکانیکی (کار) با تکرار یک سری از عملیات اساسی ، معروف به چرخه آن است. بیایید یک موتور استرلینگ از نوع ساده شونده را در نظر بگیریم. در واقع کاملاً گیج کننده و دشوار است تا زمانی که متوجه شوید آنچه اتفاق می افتد این است که گاز داخل به طور متناوب در حال انبساط و انقباض است و در این میان ، از طرف داغ استوانه به طرف خنک شده و دوباره برمی گردد. کار پیستون کار آبی تیره استفاده از انرژی ناشی از انبساط گاز برای رانندگی دستگاهی است که موتور در آن نیرو می گیرد ، سپس گاز را فشرده می کند تا چرخه بتواند تکرار شود. کار پیستون جابجایی سبز این است که گاز را از سمت گرم استوانه (در سمت چپ) به سمت سرد (در سمت راست) و پشت آن خاموش کنید. به عنوان یک تیم کار می کنند ،

با جزئیات

انیمیشن ساده موتور جابجایی یا جابجایی استرلینگ چهار مرحله اصلی چرخه را نشان می دهد

  1. خنک کننده و فشرده سازی : بیشتر گاز (نشان داده شده توسط مربع های آبی) در سمت راست در انتهای خنک کننده سیلندر است. با خنک شدن و انقباض ، مقداری از گرمای خود را که توسط مخزن گرما برداشته می شود ، هردو پیستون به سمت داخل (به سمت مرکز) حرکت می کنند.
  2. انتقال و احیاء : پیستون جابجایی به سمت راست حرکت می کند و گاز خنک شده در اطراف آن به قسمت داغتر استوانه در سمت چپ حرکت می کند. حجم گاز ثابت می ماند زیرا از طریق ترمیم کننده (مبدل حرارتی) به داخل می رود تا مقداری از گرما را که قبلاً در آن سپرده شده بود ، برداشت کند.
  3. گرمایش و انبساط : بیشتر گاز (نشان داده شده توسط میادین قرمز) اکنون در انتهای داغ استوانه در سمت چپ قرار دارد. در اثر آتش (یا منبع حرارتی دیگر) گرم می شود بنابراین فشار آن افزایش می یابد و منبسط می شود و انرژی را جذب می کند. با گسترش گاز ، پیستون کار را به سمت راست سوق می دهد ، که باعث می شود فلای چرخ و هرچه موتور نیرو بخورد ، هدایت می شود. در این بخش از چرخه ، موتور انرژی گرما را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند (و کار می کند).
  4. انتقال و خنک کننده : پیستون جابجایی به سمت چپ حرکت می کند و گاز گرم در اطراف آن به قسمت خنک کننده سیلندر در سمت راست حرکت می کند. با عبور از ترمیم کننده (مبدل حرارتی) ، حجم گاز ثابت می ماند و مقداری از انرژی خود را در این مسیر صرف می کند. اکنون چرخه کامل و آماده برای تکرار است.

اگرچه موتور یک چرخه را پشت سر می گذارد ، اما به همانجا شروع می شود ، اما این روند متقارن نیست: انرژی به طور مداوم از منبع خارج می شود و در سینک ذخیره می شود. این اتفاق می افتد زیرا گاز داغ هنگام انبساط کار خاصی روی پیستون کار می کند ، اما پیستون کار کمتری را برای فشرده سازی گاز خنک شده و بازگشت آن به آغاز انجام می دهد.

در تئوری

حال ممکن است در حال فکر کردن باشید: “همه اینها بسیار پیچیده است! چرا وقتی یک موتور بخار ساده می تواند تنها با یک موتور حرکت کند ، با دو پیستون مشکل دارید؟ چرا تمام این مراحل جداگانه؟ چرا همه چیز ساده تر نمی شود؟” برای پاسخ صحیح به این سؤالات ، باید تئوری موتورها را بفهمید: یک موتور کارآمد با استفاده از یک چرخه فرآیندها طبق قوانین گاز (قوانین اساسی فیزیک کلاسیک که چگونگی فشار ، حجم و دمای یک گاز را توصیف می کند) را از طریق چرخه فرآیندها حرکت می دهد. ارتباط دارند). بهترین و شناخته شده، چرخه ایده آل است به نام چرخه کارنو و شامل تکرار یک چرخه از همدما (دمای ثابت) و آدیاباتیک گسترش (حرارت حفظ) و پس از همدما و فشرده سازی بی دررو.

موتور استرلینگ از چرخه متفاوتی استفاده می کند که (در حالت ایده آل) شامل موارد زیر است:

چرخه ترمودینامیکی یک موتور ایده آل استرلینگ.

  1. فشرده سازی ایزوترمال (دمای ثابت): مرحله (۱) ما در بالا ، جایی که حجم گاز کاهش می یابد و فشار به عنوان افزایش گرما به سینک افزایش می یابد.
  2. گرمایش ایزوولتومتری (حجم ثابت): مرحله ما (۲) فوق ، که در آن حجم گاز به محض عبور از دستگاه احیا کننده ثابت می ماند و مقداری از گرمای قبلی خود را بازی می کند.
  3. انبساط ایزوترمال (دمای ثابت): مرحله ما (۳) فوق ، که در آن گاز انرژی را از منبع جذب می کند ، حجم آن افزایش می یابد و فشار آن کاهش می یابد ، در حالی که درجه حرارت ثابت می ماند.
  4. خنک کننده ایزو ولتریک (حجم ثابت): مرحله ما در بالا ، که در آن حجم گاز به محض انتقال از طریق ترمیم کننده و خنک کننده ، ثابت می ماند.

یک موتور استرلینگ واقعی از طریق یک نسخه پیچیده تر و کمتر ایده آل از این چرخه کار می کند ، که خارج از محدوده این مقاله است. کافی است توجه داشته باشید که چهار مرحله به طور جداگانه از هم جدا نیستند بلکه با یکدیگر در هم می آمیزند. اگر علاقه مند هستید ، در مقاله ویکی پدیا درباره چرخه استرلینگ چیزهای بیشتری وجود دارد .

برخی از انیمیشن های جایگزین

  • ویکی پدیا یک انیمیشن دیگر از یک موتور بتا از نوع استرلینگ (هرچند که به زیبایی طراحی شده است ، سخت است که دنبال کنید زیرا مراحل تک تک در کنار آنها توضیح داده نمی شود).
  • MIT همچنین یک انیمیشن کوچک خوب دارد ، اما توضیحات همراه آن تقریباً کم است.
  • بهترین دسته: در انیمیشن موتورهای حرفه ای یک انیمیشن و توضیحی عالی وجود دارد ، یک وب سایت عالی که دارای بسیاری از صفحات واضح و آسان برای دنبال کردن در مورد انواع موتورهای دیگر است که به خوبی قابل کشف است. من عاشق روشی هستم که همه موتورها به یک سبک مشابه و ساده کشیده شده اند تا بتوانید به راحتی آنها را مقایسه کنید.

موتورهای استرلینگ برای چه مواردی قابل استفاده هستند؟

چهار عکس نشان دهنده AMC Spirit در سال 1979 توسط یک موتور استرلینگ

عکس: اگرچه مهندسین نیرو دادن اتومبیل را با موتورهای استرلینگ امتحان کرده اند ، اما آزمایش ها چندان موفق نبودند. ساخت موتور استرلینگ زمان لازم دارد و سرعت آن را متوقف نمی کند و باعث می شود که بخوبی آن را متوقف کند و این باعث می شود از یک موتور احتراق داخلی معمولی کمتر برای نیروی کار استفاده شود. بعید می دانیم پیشرفت بیشتری در این جبهه ببینیم: احتمالاً اتومبیلهای آینده از موتورهای برقی یا سلولهای سوخت استفاده می شوند . عکس از مرکز تحقیقاتی گلن ناسا.

موتورهای استرلینگ در ماشین هایی که نیاز به تولید مداوم برق دارند با استفاده از تفاوت بین چیز گرم و چیز سرد کار می کنند. آنها برای نیروگاه های خورشیدی ایده آل هستند ، جایی که گرمای خورشید در آینه ای که به عنوان منبع گرما عمل می کند ، بازی می کند و نیروگاه های با گرما و نیرو (CHP) با کارآیی بالا که نیاز به تولید برق ثابت دارند اخیراً ، دین کامن ، پیشگام Segway با استفاده از آنها به عنوان پایه ای برای تولید کننده برق خانگی و فشرده به نام Beacon 10 ، تقریباً به اندازه یک ماشین لباسشویی خانگی ، کمک کرده است تا علاقه خود را به موتورهای استرلینگ بازگرداند .

در یک موتور معمولی استرلینگ ، شما در انتهای داغ دستگاه (منبع گرما) قرار داده و کار مکانیکی می کنید و گرمای کمتری را از انتهای خنک کننده دیگر (گرمایشی) خارج می کنید. فقط به عنوان موتور الکتریکی می تواند در جهت معکوس به عنوان ژنراتور استفاده می شود، بنابراین شما می توانید انرژی را به یک موتور استرلینگ و آن را اجرا رو به عقب، به طور موثر از بین بردن گرما از فرو رفتن حرارت و اخراج آن را در منبع. این یک موتور استرلینگ را به یک “کرایوکولر” تبدیل می کند – یک دستگاه خنک کننده بسیار کارآمد. از کولرهای موتور استرلینگ در ابررسانایی و تحقیقات الکترونیکی استفاده می شود.

 

مزایا و مضرات موتورهای استرلینگ

بزرگترین مزیت موتورهای استرلینگ این است که آنها نسبت به موتورهای بخار بسیار کارآمد هستند (عمدتا به دلیل چرخه بسته و مبدل حرارتی احیا کننده). آنها دیگهای بخار ندارند که منفجر شوند ، به منابع آب احتیاج ندارند و سیستم پیچیده ای از دریچه های باز و بسته شدن را ندارند که موتورهای بخار نیاز دارند. این یکی از دلایلی است که آنها نسبت به موتورهای بخار بسیار ساکت هستند و از آنجا که لزوماً به سوختن سوخت منجر نمی شوند ، می توانند بسیار تمیز تر باشند. برخلاف موتورهای بخار ، که به طور معمول ذغال سنگ را برای جوشاندن آب می سوزند ، موتورهای استرلینگ می توانند از انواع سوخت های مختلف کار کنند.

از طرف پایین ، موتورهای استرلینگ فوراً شروع به کار نمی کنند (زمان لازم است تا مبدل اصلی مهم گرما گرم شود و چرخ فلک به سرعت کار کند) و در عملکرد شروع به کار چندان مناسب نیستند (برخلاف موتورهای احتراق داخلی). آنها همچنین به رادیاتورهای بزرگی احتیاج دارند که می توانند گرمای ضایعات را از بین ببرند ، و این باعث می شود آنها برای برخی از برنامه ها مناسب نباشند.

 

چه کسی موتورهای استرلینگ را اختراع کرده است؟

موتور رابرت استرلینگ: طراحی از سال 1832 براساس حق ثبت اختراع اصلی وی

اثر هنری: این تصویر از موتور اصلی رابرت استرلینگ (براساس ثبت اختراع او در سال ۱۸۲۷) شبیه به یک موتور بخار معمولی است ، اما پیچیده تر است. دو “کشتی هوایی” چدن بزرگ در سمت چپ در پایین گرم و در قسمت سرد (منبع حرارت و غرق گرما) سرد هستند و پیستون های جابجایی در داخل آنها به عقب و جلو حرکت می کنند. در پشت ، می توانید پیستون کار و هواپیمای پرنده را مشاهده کنید. آثار هنری از تاریخ و پیشرفت موتور Steam توسط گالووی و هبرت. توماس کلی ، ۱۸۳۲ ، p667.

جای تعجب نیست که بدانید موتورهای استرلینگ در سال ۱۸۱۶ توسط یک روحانی اسکاتلندی به نام رابرت استرلینگ اختراع شده است . وی امیدوار بود موتوری را تولید کند که ایمن تر و کارآمدتر از موتورهای بخار است که حدود یک قرن قبل توسط آن ساخته شده بود. توماس نیومن (و بعداً توسط جیمز وات و دیگران بهبود یافت). با ظهور احتراق داخلی (موتورهای بنزینی و دیزلی) موتورهای استرلینگ از بین رفتند ، اگرچه توسط شرکت فیلیپس در اواسط قرن بیستم دوباره کشف شدند. اخیراً ، آنها در نیروگاه های خورشیدی و سایر اشکال انرژی تجدید پذیر ، جایی که راندمان بالاتر آنها با ارزش است ، رایج شده اند. این فناوری در دهه ۱۹۸۰ هنگامی که ایوو کالین از دانشگاه زاگرب و جیمز سنفت به پیشرفت بیشتری دست یافتند از دانشگاه ویسکانسین یک طراحی جدید و کاملاً کم حجم از موتور استرلینگ تهیه کرده است که می تواند تنها با تفاوت های اندک بین منبع گرما و سینک ، قدرت را تولید کند.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا