Двигатель Стирлинга

Бесшумность двигателя — стирлинг не имеет выхлопа, а значит — не шумит. Бета-стирлинг с ромбическим механизмом является идеально сбалансированным устройством и, при достаточно высоком качестве изготовления, даже не имеет вибраций (амплитуда вибрации меньше 0,0038 мм).

Экологичность — сам по себе стирлинг не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания. 

Применение

Двигатель Стирлинга  применим в случаях, когда необходим  компактный преобразователь тепловой энергии, простой по устройству, либо когда эффективность других тепловых двигателей оказывается ниже: например, если разницы температур недостаточно для работы паровой или газовой  турбины.

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.

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.

Тепловые  насосы

Тепловые  насосы позволяют экономить на отоплении^{[источник не указан 118 дней]}. Принцип действия аналогичен кондиционеру, действующему наоборот. 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.

Расчёты показывают, что в идеале тепловой насос «стирлинг-стирлинг» на каждую калорию сожжённого газа может добавить ещё от 3 до 10 калорий из окружающей среды. На практике эта величина оказывается меньше. Опыты по использованию таких устройств были прекращены.

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

Стирлинги оказались  эффективны для сжижения газов. Если не требуется больших объёмов, то стирлинги выгоднее, чем турбинные установки.

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.

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

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 .

 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

В настоящее  время исследования двигателей Стирлинга  для солнечных, космических и  подводных энергетических установок, а также разработка базовых лабораторных и опытных двигателей широко проводятся в Германии, США, Канаде, Франции  и особенно в Японии. Этот повышенный интерес к двигателям Стирлинга  стал результатом заинтересованности общественности вопросами борьбы с  шумом и загрязнением воздуха  вместе с такой важной проблемой, как сохранение природных источников энергии 

Будущее двигателей Стирлинга видится достаточно перспективным. В дальнейшем будут продолжены разработки по усовершенствованию двигателя Стирлинга. Об этом говорят все различные  обзоры по двигательным установкам для  транспорта и стационарным энергетическим установкам

Можно с уверенностью гарантировать использование двигателей Стирлинга в стационарных энергетических системах широкого диапазона мощностей. Ни у кого нет сомнений, что эти  двигатели найдут более широкое  применение в тепловых насосах и  холодильных системах

Низкий уровень  шума, малая токсичность выхлопа, возможность работы на различном  топливе, большой ресурс, сравнимые  с ДВС размеры и масса, хорошие  характеристики в режимах частичной  нагрузки (что особенно важно для  городского транспорта) и благоприятные  характеристики крутящего момента  – все эти параметры дают возможность  бросить вызов двигателю внутреннего  сгорания. Однако двигатели с искровым зажиганием и дизели разнообразных  конструкций будут являться еще  достаточно сильными конкурентами до тех пор, пока на рынке остается доступным  высококачественное очищенное топливо  при его относительном избытке 

Уже через каких-то сто лет всеобщая экономия в энергетике станет неизбежной. В связи с этими  обстоятельствами двигатель Стирлинга  в сочетании с подзаряжаемой  теплоаккумулирующей системой может  оказаться главным в двигательных установках для обеспечения потребностей всего человечества  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

1. “Двигатель с внешним подводом теплоты” Заявка №99110725 от 31 мая 1999 г., РФ
2. “Двигатель с внешним подводом теплоты”. Патент №2105156 от 23 июня 1995 г., РФ
3. Двигатели Стирлинга. Пер. с англ. Под ред. В.М.Бродянского. М.: Мир, 1975.
4. Двигатели Стирлинга/В.Н. Даниличев, С.И. Ефимов, В.А. Звонок и др.; под ред. М.Г. Круглова. – М.: “Машиностроение”, 1977.
5. Уокер Г. Машины, работающие по циклу Стирлинга: Пер. с англ. М.: Энергия, 1978.