請(qǐng)簡(jiǎn)單明了說(shuō)明一下斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的原理

　　1 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)閉式循環(huán)系統(tǒng)的組件簡(jiǎn)介
　?。?）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(dǎo)至外界，在壓縮過(guò)程中有相當(dāng)一部分工質(zhì)居于冷腔。
　?。?）冷卻器 位于回?zé)崞骱屠淝恢g，功能是將壓縮熱傳到外界，保證工質(zhì)在較低的溫度下進(jìn)行壓縮。
　　（3）回?zé)崞?串聯(lián)在加熱器和冷卻器之間，是循環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)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(fù)地受到冷卻和加熱?；?zé)崞鞑⒉皇潜匦柩b置，但它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率影響極大。在往復(fù)式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，回?zé)崞鞯氖褂眉仁顾固亓盅h(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(jìn)行，限制了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，影響了功率的輸出。因此，優(yōu)化回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的核心技術(shù)問(wèn)題。
　?。?）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?zé)崞髀?lián)接。
　　（5）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(shí)相當(dāng)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(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
　　根據(jù)工作空間和回?zé)崞鞯牟贾梅绞?，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可以分為α、β和γ三種基本類(lèi)型。
　　α型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，具有兩個(gè)汽缸，兩個(gè)汽缸中間通過(guò)加熱器、回?zé)崞?、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(fù)責(zé)工質(zhì)的膨脹，冷活塞負(fù)責(zé)工質(zhì)的壓縮，兩個(gè)活塞連接在同一曲軸上，往復(fù)運(yùn)動(dòng)遵循一定的規(guī)律。α型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)較大的功率。
　　β型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)只有一個(gè)汽缸，同時(shí)配備了配氣活塞和動(dòng)力活塞，配氣活塞負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)工質(zhì)在加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器之間流通；動(dòng)力活塞負(fù)責(zé)工質(zhì)的壓縮和膨脹， 輸出動(dòng)力。β型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是能在小溫差下工作。
　　γ型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)配置有兩個(gè)汽缸，配氣活塞和動(dòng)力活塞分別處于配氣汽缸和動(dòng)力汽缸內(nèi)，配氣活塞負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)工質(zhì)流通，動(dòng)力活塞單獨(dú)完成工質(zhì)的壓縮和膨脹工作。
　　3 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理
　　斯特林循環(huán)包括2個(gè)等溫過(guò)程和2個(gè)等容過(guò)程。下面以α型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)為例介紹一下斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。
　　α型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程為：（a）→（b）→（c）為定容吸熱過(guò)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(yùn)行到中間位置，冷活塞運(yùn)行到上死點(diǎn)。在此過(guò)程中，密封腔的容積沒(méi)有改變。冷腔中的工質(zhì)壓入熱腔，低溫工質(zhì)流經(jīng)回?zé)崞魑鼰帷＃╟）→（d）→（e）為等溫膨脹做功過(guò)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(dòng)下對(duì)外做功，右行到右死點(diǎn)，冷活塞從上死點(diǎn)下行到中間位置，整個(gè)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(guò)程，熱腔中的高溫工質(zhì)流向冷腔，推動(dòng)冷活塞繼續(xù)下行到下死點(diǎn)，熱活塞從右死點(diǎn)運(yùn)行到中間位置。此過(guò)程中，密封腔的容積也沒(méi)有改變。工質(zhì)經(jīng)回?zé)崞?、冷卻器放熱，壓力和溫度下降。（g）→（h）→（a）為等溫壓縮過(guò)程，熱活塞繼續(xù)左行到左死點(diǎn)，冷活塞由下死點(diǎn)開(kāi)始上行到中間位置，在此過(guò)程中，整個(gè)密封腔的容積減小，冷卻器吸收工質(zhì)壓縮時(shí)放出的熱量，維持工質(zhì)溫度不變，回到（a）的狀態(tài)，進(jìn)入下一個(gè)斯特林循環(huán)。
　　4 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
　　（1）由于是外燃機(jī)，燃料來(lái)源廣泛，適宜就地取材?？梢允褂酶鞣N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(yáng)能、原子能、化學(xué)能等各種可再生能源和新能源等。
　　（2）熱效率高。可采用具有比功率高、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(guò)加熱器傳給工質(zhì)，工質(zhì)在密封腔內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，不與外界接觸，熱能損失較少。
　　（3）排氣污染小。熱氣機(jī)運(yùn)行時(shí)，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(jī)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(jī)相比，沒(méi)有氣門(mén)機(jī)構(gòu)，避免了爆震做功；也沒(méi)有內(nèi)燃機(jī)間歇燃燒所產(chǎn)生的排氣波。獨(dú)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(lèi)似于正弦，因而運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，大大降低了噪音。
　　（5）運(yùn)轉(zhuǎn)特性好。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)最大壓力與最小壓力之比一般小于2，因此運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)、扭矩比較均勻。另外，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的超負(fù)荷能力強(qiáng)，在超負(fù)荷50%的情況下仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而內(nèi)燃機(jī)只具有5%～15%的超負(fù)荷能力。
　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。和內(nèi)燃機(jī)相比，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少了40%以上的零部件。沒(méi)有高精密的氣閥機(jī)構(gòu)、高壓噴油系統(tǒng)，不用氣化和點(diǎn)火系統(tǒng)，沒(méi)有需要良好潤(rùn)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(dòng)機(jī)的應(yīng)用形式
　?。?）分布式能源系統(tǒng)的利用
　?、贌犭娐?lián)產(chǎn)。燃料來(lái)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(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)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(guó)STM公司和日本各自開(kāi)發(fā)成功了家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)用于民用。 　?、谶h(yuǎn)距離發(fā)電、備用電力、電網(wǎng)支持等。在偏遠(yuǎn)地區(qū)，直接使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電，可以大大降低架設(shè)網(wǎng)線(xiàn)的成本；在醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、電信等，作為備用電力應(yīng)急使用；電力系統(tǒng)在負(fù)荷高峰時(shí)，使用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電作為電力補(bǔ)充，可以降低運(yùn)行成本。
　?。?）斯特林太陽(yáng)能發(fā)電裝置
　　斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域是作為太陽(yáng)能熱發(fā)電的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置。太陽(yáng)能是可再生能源，又是免費(fèi)能源，是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳動(dòng)力源泉。太陽(yáng)能碟式發(fā)電系統(tǒng)利用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)外燃的特性，使用拋物面碟式聚光器將太陽(yáng)光匯聚在斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的熱腔，加熱工質(zhì)，使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)工作，將太陽(yáng)熱轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)作為碟式太陽(yáng)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(jí)并網(wǎng)。目前碟式系統(tǒng)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化電能效率達(dá)到了33%，高于光伏電池的18-20%的水平。相較太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能發(fā)電的成本，是新能源利用的一個(gè)重要方向。
　　我國(guó)中航工業(yè)西航公司研發(fā)的兆瓦級(jí)碟式斯特林太陽(yáng)能熱發(fā)電站示范工程進(jìn)入實(shí)施階段，該兆瓦級(jí)太陽(yáng)能熱發(fā)電站由58臺(tái)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)組成，標(biāo)志著我國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電進(jìn)入實(shí)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(dòng)機(jī)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(diǎn)。歐、美、日等國(guó)家都在積極性進(jìn)行這方面的研發(fā)。
　　②低溫差動(dòng)力型。最先進(jìn)的當(dāng)屬美國(guó)威斯康辛大學(xué)Senft教授研制的Ringbom斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，只需0.5℃的溫差就能以60r/min的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。日本也研制出150W低溫差斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，工作溫差為100℃。低溫差斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)適合于作廢熱回收發(fā)電動(dòng)力。
　?、鬯固亓职l(fā)動(dòng)機(jī)還被廣泛地應(yīng)用在水下動(dòng)力、空間站動(dòng)力、熱泵空調(diào)動(dòng)力等方面。
　　6 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用前景
　　斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)使用普通熱能，生產(chǎn)的是可再生能源，規(guī)模可大可小，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(yáng)能直接、環(huán)保、免費(fèi)和可再生等優(yōu)點(diǎn)是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的最佳動(dòng)力。中國(guó)太陽(yáng)能資源非常豐富，理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，中國(guó)大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時(shí)以上，與同緯度的其他國(guó)家相比，與美國(guó)相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多，因而有巨大的開(kāi)發(fā)潛能