Двигатель Стирлинга

Универсальные источники  электроэнергии

Двигатели Стирлинга могут  применяться для превращения  в электроэнергию любой теплоты. На них возлагают надежды по созданию солнечных электроустановок. Их применяют  как автономные генераторы для туристов. Некоторые фирмы выпускают генераторы, которые работают от конфорки газовой  печи. NASA рассматривает варианты генераторов  на основе стирлинга, работающие от ядерных  и радиоизотопных источников тепла^[4]. Специально разработаный генератор стирлинга с радиоизотопным источником энергии (Advanced Stirling Radioisotope Generator (ASRG)), будет использован в планируемой NASA космической экспедиции - Titan Saturn System Mission^[5]

Насосы

Эффективность систем отопления  или охлаждения возрастает, если в  контуре установлен насос принудительной подачи теплоносителя. Установка электрического насоса снижает живучесть системы, а в быту неприятно тем, что  электросчётчик «накручивает» ощутимую сумму. Насос, использующий принцип  двигателя Стирлинга, решает эту  проблему.

"Стирлинг" для перекачки  жидкостей может быть гораздо  проще привычной схемы «двигатель-насос». В двигателе Стирлинга вместо  рабочего поршня может использоваться  перекачиваемая жидкость, которая  одновременно служит для охлаждения  рабочего тела.

Насос на основе двигателя  стирлинга может служить для  накачки воды в ирригационные  каналы посредством солнечного тепла, для подачи горячей воды от солнечного коллектора в дом (в системах отопления  теплоаккумулятор стараются установить как можно ниже, чтобы вода шла  в радиаторы самотёком).

Стирлинг-насос может  использоваться для перекачки химических реагентов, поскольку абсолютно  герметичен.

Стирлинг-насос с жидким поршнем использует цикл, отличный от цикла Стирлинга. Его идеализированная диаграмма P-V имеет вид прямоугольника и состоит из двух изохор и двух изобар. КПД примерно в 2 раза хуже, чем  у цикла Карно (и цикла Эрикссона) для такого же перепада температур.

Тепловые насосы

Тепловые насосы позволяют экономить на отоплении^[6]. Принцип действия тот же, что у кондиционера (кондиционер - это тот же тепловой насос), только кондиционер обычно охлаждает помещение, нагревая окружающее пространство, а тепловой насос, как правило, обогревает помещение, охлаждая наружный воздух, воду из скважины или другой источник низкопотенциального тепла. Обычно используются теплонасосы, приводимые в движение электричеством. Но электричество в ряде стран производится на теплоэлектростанциях, сжигающих газ, уголь, мазут, и в результате калория, полученная на таком теплонасосе оказывается не дешевле, чем полученная от сжигания газа. Агрегат, в котором совмещены двигатель Стирлинга и тепловой насос Стирлинга, делает ситуацию более благоприятной. Двигатель Стирлинга отдаёт в систему отопления бросовое тепло от «холодного» цилиндра, а полученная механическая энергия используется для подкачки дополнительного тепла, которое забирается из окружающей среды. Гибридный теплонасос «стирлинг-стирлинг» оказывается проще, чем композиция из двух стирлинг-машин. В агрегате совершенно отсутствуют рабочие поршни. Перепады давления, возникающие в двигателе, непосредственно используются для перекачки тепла тепловым насосом. Внутреннее пространство агрегата герметично и позволяет использовать рабочее тело под очень высоким давлением.

Холодильная техника

Практически, все холодильники используют те же тепловые насосы. Применительно  к системам охлаждения их судьба оказалась  более счастливой. Ряд производителей бытовых холодильников собирается установить на свои модели "стирлинги". Они будут обладать большей экономичностью, а в качестве рабочего тела будут  использовать обычный воздух.

Сверхнизкие температуры

Двигатель Стирлинга может  работать и в режиме холодильной  машины (обратный цикл Стирлинга). Для этого его приводят в движение любым другим внешним двигателем (в том числе с помощью другого "Стирлинга"). Такие машины оказались эффективны для ожижения газов. Если не требуется больших объёмов (например в условиях лаборатории), то стирлинги выгоднее, чем турбинные установки^{[источник не указан 775 дней]}.

Миниатюрные "Стирлинги" выгодно применять для охлаждения датчиков в сверхточных приборах.

Подводные лодки

Преимущества "стирлинга" привели к тому, что ещё в  первой половине 1960-х годов военно-морские  справочники указывали на возможность  установки на подводных лодках типа «Шёурмен» производства Швеции воздухонезависимых двигателей Стирлинга. Однако ни «Шёурмены», ни последовавшие за ними «Наккены» и «Вестеръётланды» указанные силовые установки так и не получили. И только в 1988 году головная субмарина типа «Наккен» была переоборудована под двигатели Стирлинга. С ними она прошла под водой более 10 000 часов. Другими словами, именно шведы открыли в подводном кораблестроении эру вспомогательных анаэробных двигательных установок. И если «Наккен» — первый опытный корабль этого подкласса, то субмарины типа «Готланд» стали первыми серийными лодками с двигателями Стирлинга, которые позволяют им находиться под водой непрерывно до 20 суток. В настоящее время все подводные лодки ВМС Швеции оснащены двигателями Стирлинга, а шведские кораблестроители уже хорошо отработали технологию оснащения этими двигателями подводных лодок, путём врезания дополнительного отсека, в котором и размещается новая двигательная установка.

Подобные двигатели установлены  также в новейших японских подводных  лодках типа "Сорю".

На текущий момент двигатель  Стирлинга рассматривается как  перспективный единый всережимный  двигатель НАПЛ 5-го поколения.

Аккумуляторы энергии

Можно запасать с его помощью  энергию, используя в качестве источника  тепла теплоаккумуляторы на расплавах  солей. Такие аккумуляторы превосходят  по запасу энергии химические аккумуляторы и дешевле их. Используя для  регулировки мощности изменение  фазного угла между поршнями, можно  аккумулировать механическую энергию, тормозя двигателем. В этом случае двигатель превращается в тепловой насос.

Солнечные электростанции

Основная статья: Солнечная электростанция

Двигатель Стирлинга может  использоваться для преобразования солнечной энергии в электрическую. Для этого двигатель Стирлинга  устанавливается в фокус параболического  зеркала, (похожего по форме на спутниковую  антенну) таким образом, чтобы область  нагрева была постоянно освещена. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используется, как правило, водород, или гелий.

В феврале 2008 года Национальная лаборатория Sandia достигла эффективности 31,25 % в установке, состоящей из параболического концентратора и двигателя Стирлинга^[7].

Компания Stirling Solar Energy разрабатывает  солнечные коллекторы большой мощности — до 150 кВт на одно зеркало. Компания строит в южной Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литература

1. Двигатели Стирлинга: Сборник статей / Перевод с англ. Б.В.Сутугина ; Под ред. Д-ра техн. Наук, проф. В.М.Бродянского.-М.:"Мир",1975 с.-446.: ил.; 22см.

2. Двигатели Стирлинга / [В.Н.Даниличев, С.Н.Ефимов, В.А.Звонков и др.]; Под ред. М.Г.Круглова - М.: "Машиностроение", 1977 с.-151с.: ил.; 21см

3. Махалдиани В.В. Перспективы развития роторных ДВС - Двигателестроение, 1982г.,№ 6, с.57-59.

4. Дикий Н.А.,Бутаревич Ю.Ф. Перспективы улучшения энергетических и экологических характеристик автомобильных двигателей - Пром.теплотехника, 1984, № 2, с.92-102.

5. Файн М.А., Блованов О.И. Использование зарубежной патентной информации для определения тенденций развития двигателестроения - Двигатели внутреннего сгорания /Харьковский политехнический институт, 1984, вып.40,с.3-9.

6. Моравский А.В., Файн М.А. Огонь в упряжке, или Как изобретают тепловые двигатели. – М.: Знание, 1990. (Жизнь замечательных идей),-192 с.

7. Барский И., Орлова Г. Газотурбинный двигатель. За ним ли будущее? - Наука и жизнь, 1984, № 8, с.56-63.

8. Михайлов Л.И. На пути создания адиабатного двигателя - Двигателестроение, 1982, № 5, с.52.

9. Озимов П.П., Ванин В.К. О проблемах и перспективах создания адиабатных дизелей - Автомобильная промышленность,1984,№ 3,с.3-5.

10. Перспективы создания адиабатного двигателя - М.:ЦНИИ-ТЭИтяжмаш,1983.-29с.-(Вып.4. Двигатели внутреннего сгорания. Обзор информац. /ЦНИИТЭИтяжмаш).

11. Кошелев И.М., Пушкарев В.А., Жаров  Р.А. Бесшатунный карбюраторный двигатель - Двигателестроение, 1982, № 2, с.54-55.

12. Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В.Б.Иванова; Под ред. А.Р.Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.: ил.