請簡單明了說明一下斯特林發(fā)動機的原理

　　1 斯特林發(fā)動機閉式循環(huán)系統(tǒng)的組件簡介
　　（1）冷腔 處于循環(huán)的低溫部分，和冷卻器聯(lián)接，壓縮熱量由冷卻器導至外界，在壓縮過程中有相當一部分工質(zhì)居于冷腔。
　?。?）冷卻器 位于回熱器和冷腔之間，功能是將壓縮熱傳到外界，保證工質(zhì)在較低的溫度下進行壓縮。
　　（3）回熱器 串聯(lián)在加熱器和冷卻器之間，是循環(huán)系統(tǒng)的一個內(nèi)部換熱器，它交替從工質(zhì)吸熱和向工質(zhì)放熱，使工質(zhì)反復地受到冷卻和加熱?；責崞鞑⒉皇潜匦柩b置，但它對發(fā)動機的效率影響極大。在往復式斯特林發(fā)動機中，回熱器的使用既使斯特林循環(huán)的熱效率明顯提高，但又增加了工質(zhì)的阻力和壓力損失，工質(zhì)吸熱、散熱交替進行，限制了斯特林發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，影響了功率的輸出。因此，優(yōu)化回熱器的設(shè)計是斯特林發(fā)動機的核心技術(shù)問題。
　　（4）加熱器 加熱器是將外部熱源的熱能傳給工質(zhì)，使其受熱膨脹。加熱器的一端與熱腔聯(lián)接，另一端與回熱器聯(lián)接。
　?。?）熱腔 始終處于循環(huán)的高溫部分，連續(xù)地將外部熱源傳給工質(zhì)，在膨脹時相當部分的工質(zhì)居于熱腔。因此其必須能承受高溫和高壓，大量的熱損失是由熱腔散失的。
　　2 斯特林發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)
　　根據(jù)工作空間和回熱器的布置方式，斯特林發(fā)動機可以分為α、β和γ三種基本類型。
　　α型斯特林發(fā)動機的結(jié)構(gòu)最簡單，具有兩個汽缸，兩個汽缸中間通過加熱器、回熱器、冷卻器連通，熱活塞和冷活塞分別位于各自的汽缸內(nèi)，熱活塞負責工質(zhì)的膨脹，冷活塞負責工質(zhì)的壓縮，兩個活塞連接在同一曲軸上，往復運動遵循一定的規(guī)律。α型斯特林發(fā)動機的優(yōu)點是能實現(xiàn)較大的功率。
　　β型斯特林發(fā)動機只有一個汽缸，同時配備了配氣活塞和動力活塞，配氣活塞負責驅(qū)動工質(zhì)在加熱器、回熱器和冷卻器之間流通；動力活塞負責工質(zhì)的壓縮和膨脹， 輸出動力。β型斯特林發(fā)動機的特點是能在小溫差下工作。
　　γ型斯特林發(fā)動機配置有兩個汽缸，配氣活塞和動力活塞分別處于配氣汽缸和動力汽缸內(nèi)，配氣活塞負責驅(qū)動工質(zhì)流通，動力活塞單獨完成工質(zhì)的壓縮和膨脹工作。
　　3 斯特林發(fā)動機的工作原理
　　斯特林循環(huán)包括2個等溫過程和2個等容過程。下面以α型斯特林發(fā)動機的結(jié)構(gòu)為例介紹一下斯特林發(fā)動機的工作原理。
　　α型斯特林發(fā)動機的工作過程為：（a）→（b）→（c）為定容吸熱過程，熱活塞和冷活塞以同樣的速率分別右行和上行，熱活塞運行到中間位置，冷活塞運行到上死點。在此過程中，密封腔的容積沒有改變。冷腔中的工質(zhì)壓入熱腔，低溫工質(zhì)流經(jīng)回熱器吸熱。（c）→（d）→（e）為等溫膨脹做功過程。熱腔中的工質(zhì)受熱膨脹，體積增大，壓力變大，熱活塞在工質(zhì)的推動下對外做功，右行到右死點，冷活塞從上死點下行到中間位置，整個密封腔的容積增大，其間工質(zhì)溫度不變。（e）→（f）→（g）為定容放熱過程，熱腔中的高溫工質(zhì)流向冷腔，推動冷活塞繼續(xù)下行到下死點，熱活塞從右死點運行到中間位置。此過程中，密封腔的容積也沒有改變。工質(zhì)經(jīng)回熱器、冷卻器放熱，壓力和溫度下降。（g）→（h）→（a）為等溫壓縮過程，熱活塞繼續(xù)左行到左死點，冷活塞由下死點開始上行到中間位置，在此過程中，整個密封腔的容積減小，冷卻器吸收工質(zhì)壓縮時放出的熱量，維持工質(zhì)溫度不變，回到（a）的狀態(tài)，進入下一個斯特林循環(huán)。
　　4 斯特林發(fā)動機的優(yōu)點
　?。?）由于是外燃機，燃料來源廣泛，適宜就地取材。可以使用各種石化燃料，也可以燃燒木材、秸稈等農(nóng)林廢棄物，還可以利用太陽能、原子能、化學能等各種可再生能源和新能源等。
　?。?）熱效率高?？刹捎镁哂斜裙β矢?、流阻損失小的特種氣體作工質(zhì)。燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，通過加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)在密封腔內(nèi)循環(huán)流動，不與外界接觸，熱能損失較少。
　?。?）排氣污染小。熱氣機運行時，由于燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，可以和空氣充分接觸，燃燒比較完全，燃料的燃燒值比較高，和內(nèi)燃機相比，大大降低了廢氣中CO、HC等有害氣體的排放，減少環(huán)境污染。
　?。?）噪音低。和內(nèi)燃機相比，沒有氣門機構(gòu)，避免了爆震做功；也沒有內(nèi)燃機間歇燃燒所產(chǎn)生的排氣波。獨立的工質(zhì)按斯特林循環(huán)工作，在汽缸內(nèi)的壓力變化類似于正弦，因而運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，大大降低了噪音。
　　（5）運轉(zhuǎn)特性好。斯特林發(fā)動機最大壓力與最小壓力之比一般小于2，因此運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)、扭矩比較均勻。另外，斯特林發(fā)動機的超負荷能力強，在超負荷50%的情況下仍能正常運轉(zhuǎn)，而內(nèi)燃機只具有5%～15%的超負荷能力。
　?。?）結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。和內(nèi)燃機相比，斯特林發(fā)動機的結(jié)構(gòu)簡單，減少了40%以上的零部件。沒有高精密的氣閥機構(gòu)、高壓噴油系統(tǒng)，不用氣化和點火系統(tǒng)，沒有需要良好潤滑的活塞環(huán)等，制造成本低，便于維修保養(yǎng)。
　　5 斯特林發(fā)動機的應(yīng)用形式
　?。?）分布式能源系統(tǒng)的利用
　　①熱電聯(lián)產(chǎn)。燃料來源廣，環(huán)境污染小，非常適用于家庭熱電聯(lián)產(chǎn)。在大城市里可以以天然氣作燃料。在農(nóng)村可以燃燒如木屑、米糠、棉稈等各種農(nóng)林廢棄物，斯特林發(fā)動機和發(fā)電機組合，即可發(fā)電，又可利用冷卻水系統(tǒng)供應(yīng)熱水和采暖。美國STM公司和日本各自開發(fā)成功了家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)用于民用。 　　②遠距離發(fā)電、備用電力、電網(wǎng)支持等。在偏遠地區(qū)，直接使用斯特林發(fā)動機發(fā)電，可以大大降低架設(shè)網(wǎng)線的成本；在醫(yī)院、機場、電信等，作為備用電力應(yīng)急使用；電力系統(tǒng)在負荷高峰時，使用斯特林發(fā)動機發(fā)電作為電力補充，可以降低運行成本。
　?。?）斯特林太陽能發(fā)電裝置
　　斯特林發(fā)動機另一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域是作為太陽能熱發(fā)電的動力轉(zhuǎn)換裝置。太陽能是可再生能源，又是免費能源，是斯特林發(fā)動機的最佳動力源泉。太陽能碟式發(fā)電系統(tǒng)利用斯特林發(fā)動機外燃的特性，使用拋物面碟式聚光器將太陽光匯聚在斯特林發(fā)動機的熱腔，加熱工質(zhì)，使斯特林發(fā)動機工作，將太陽熱轉(zhuǎn)化為機械能，再經(jīng)過發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。斯特林發(fā)動機作為碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心組件，既適合分布式應(yīng)用，又適合大規(guī)模兆瓦級并網(wǎng)。目前碟式系統(tǒng)太陽能轉(zhuǎn)化電能效率達到了33%，高于光伏電池的18-20%的水平。相較太陽能光伏發(fā)電板占用空間大，它更適合大型電力事業(yè)。采用太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本，是新能源利用的一個重要方向。
　　我國中航工業(yè)西航公司研發(fā)的兆瓦級碟式斯特林太陽能熱發(fā)電站示范工程進入實施階段，該兆瓦級太陽能熱發(fā)電站由58臺斯特林發(fā)動機組成，標志著我國太陽能光熱發(fā)電進入實用階段。
　　（3）其他應(yīng)用形式
　?、偕镔|(zhì)燃料能源發(fā)電。在瑞典，生物質(zhì)燃料直燃發(fā)電技術(shù)已經(jīng)基本成熟并得到規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用，斯特林發(fā)動機發(fā)電技術(shù)是目前生物質(zhì)能源利用方面的研發(fā)重點。歐、美、日等國家都在積極性進行這方面的研發(fā)。
　　②低溫差動力型。最先進的當屬美國威斯康辛大學Senft教授研制的Ringbom斯特林發(fā)動機，只需0.5℃的溫差就能以60r/min的速度運轉(zhuǎn)。日本也研制出150W低溫差斯特林發(fā)動機，工作溫差為100℃。低溫差斯特林發(fā)動機的特點適合于作廢熱回收發(fā)電動力。
　?、鬯固亓职l(fā)動機還被廣泛地應(yīng)用在水下動力、空間站動力、熱泵空調(diào)動力等方面。
　　6 斯特林發(fā)動機在我國的應(yīng)用前景
　　斯特林發(fā)動機使用普通熱能，生產(chǎn)的是可再生能源，規(guī)?？纱罂尚?，功率和效率不受海拔影響，利用的自由度非常廣，城市、農(nóng)村、平原、山地皆可使用。太陽能直接、環(huán)保、免費和可再生等優(yōu)點是斯特林發(fā)動機廣泛應(yīng)用的最佳動力。中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年17000億噸標準煤，中國大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，與同緯度的其他國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多，因而有巨大的開發(fā)潛能