Understanding Stirling Motoren

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Understanding Stirling Motoren ISBN: 0-86619-200-X [C]1984, Freiwillige in Technischer Hilfe,

PREFACE

Dieses Papier ist eine einer Folge, die von Freiwilligen in veröffentlicht wird, Technische Hilfe, eine Einführung zu bestimmt bereitzustellen Staat-von-der-Kunst-Technologien von Interesse zu Leuten im Entwickeln Länder. Die Dokumente werden beabsichtigt, als Richtlinien benutzt zu werden um Leuten zu helfen Technologien wählen, zu denen geeignet sind, ihre Situationen. Sie werden nicht beabsichtigt, Konstruktion bereitzustellen oder Implementierung-Details. Leute werden gedrängt, sich zu wenden VITA oder eine ähnliche Organisation für weitere Informationen und technische Hilfe, wenn sie finden, daß eine besondere Technologie scheint, ihren Bedürfnissen zu entsprechen.

Die Dokumente in der Folge wurden geschrieben, wurden überprüft, und wurden illustriert fast ganz von VITA Volunteer technische Experten auf eine rein freiwillige Basis. Einige 500 Freiwillige wurden betroffen in der Produktion der ersten 100 Titel, die ausgestellt wird, und trägt bei ungefähr 5,000 Stunden ihrer Zeit. VITA besetzen mit Personal eingeschlossener Leslie Gottschalk als primärer Redakteur, Julie Berman das Handhaben von typesetting und Anordnung, und Margaret Crouch als projizieren Sie Manager.

William Beale, Autor dieses Papieres, ist Präsident von Sunpower Integrierte. Er hat entworfen, entwickelte sich, stellte her, und verkaufte Stirling Motoren in Bangladesch und anderem Entwickeln Länder, und hat überall in der solaren Energie veröffentlicht Feld. Rezensenten David M. Berchowitz, Michael F. Feeney, Robert C. Wagman, und Francis E. Woodling ist auch Spezialisten im Gebiet. Künstler Fred Heltsley hat ein Ingenieurwesen Hintergrund und ist ein professioneller technischer Illustrator auf ein Berater-Basis.

VITA ist ein Gefreiter, gemeinnützige Organisation, die unterstützt, Leute, die an technischen Problemen in Entwicklungsländern arbeiten. VITA bietet Informationen und Hilfe an, die beim Helfen gerichtet werden, Individuen und Gruppen auszuwählen und führen Technologien aus eignen Sie zu ihren Situationen an. VITA behält bei ein international Anfrage-Dienst, ein spezialisiertes Dokumentation-Zentrum, und ein computerisierter Dienstplan von Freiwilligem technische Berater; leitet, langfristiges Feld projiziert; und veröffentlicht eine Vielfalt von technische Handbücher und Dokumente.

ICH. EINFÜHRUNG

Stirling Motoren sind externe Verbrennung-Motoren, die Luft benutzen, oder andere Gase als das Bedienen von Flüssigkeit. Sie können irgendeinen feste Körper verbrennen oder flüssiger Brennstoff als ihre Hitze-Quelle. Dies macht sie genau attraktiv, insbesondere in Situationen wo konventionell Brennstoffe sind teuer und hart zu erhalten. Weil einige Arten von Stirling Motor ist so einfach zu machen und noch so wirksam, sie sind ausgezeichnete Auswahlen für Macht-Generation im Entwickeln Länder.

Dieses Papier beschreibt den Grund Stirling Motor, sowie einige der vielversprechendsten modernen Vielfalten. Die Absicht hier ist, an Leute in Entwicklungsländern mit zu sich gewöhnen das die Bedienung von Motor und die Auswahl von Anwendungen.

GESCHICHTE

Der Stirling Motor wurde von Robert Stirling erfunden, ein schottisch betreuen Sie, in 1816. Der frühe Stirling Motor hatte eine Geschichte von gutem Dienst und langem Leben (bis zu 20 Jahren). Es war benutzte als ein relativ niedrig-Strom, der Motor von Wasser-pumpt, das mittler vom neunzehnten Jahrhundert zu ungefähr 1920, wenn das innererer Verbrennung-Motor und der elektrische Motor ersetzten es. Der Warmluft Motor wurde für seine Leichtigkeit von Bedienung gewußt; seine Fähigkeit, irgendeinen burnable materiell als Brennstoff zu benutzen; sein Safe, beruhigen Sie, nicht allzu tüchtige Bedienung; und seine Dauerhaftigkeit und niedrige Aufrechterhaltung-Anforderungen. Es war für sehr groß sein klein aber, Macht-Ausgabe und hatte einen hohen Ankauf-Preis. Trotzdem, sein niedriger operierender Preis rechtfertigte das Wählen davon normalerweise über dem Dampf-Motor-- die einzige Alternative zur Zeit-- welcher verbrannte viel mehr Brennstoff für das Gleiche, treiben Sie an und forderte dauernde Aufmerksamkeit, gefährliche Explosionen zu vermeiden oder ander Mißerfolge.

Der andere Major benachteiligt vom frühen Warmluft Motor, war seine Tendenz zu scheitern, wenn der Heizung-Kopf zu heiß würde. This ;as ein Ergebnis vom relativ niedrigen Hitze-Widerstand der Besetzung eiserner Heizung-Kopf. Das Problem wurde überwältigt, indem man umplante, das Brenner, der den Motor hinderte, zu überhitzen. Dieses Verbesserung resultierte in Safe, aber läßt noch herunter, Macht-Bedienung. Trotz dieser Verbesserung könnte der Stirling Motor nicht konkurrieren Sie mit der billigeren, mächtigeren innereren Verbrennung Motor, und es verschwand von der kommerziellen Szene.

Der Beginn von neueren unbefleckten Stählen und Fortschritten ins das Verstehen vom komplexen thermodynamischen Prozeß des Motors gebrachte neue Aufmerksamkeit zum Motor während und nach Welt Bekriegen Sie IIE. Die Aufführung des alten Warmluft Motors wurde verbessert und seine Größe und Preis wurden reduziert. Seine Einfachheit von Konstruktion und Bedienung, und wichtigsten, seine Fähigkeit rauhe Brennstoffe zu benutzen wurde behalten. Diese Anstrengungen auf Stirling Motoren wurden fast ausschließlich bei schwierigen Anwendungen gerichtet das war für Entwicklungsländer nicht geeignet-- nämlich, der anspruchsvolle kraftfahrtechnische Motor, Raum-Macht, und künstliche Herzen. Fast keine Anstrengung wurde in gesetzt das relativ leichte Aufgabe vom Planen eines Motors für gewöhnliche Verwendungen. Die sehr entwickelten Länder in dem der Stirling Motor Arbeit wurde gemacht, brauchen Sie keinen einfachen Motor, deshalb dort war kein wirtschaftlicher Anreiz, um einen zu entwerfen.

Diese Situation veränderte sich in 1980, wenn die AMERIKANISCHE Agentur für Internationale Entwicklung (USAID) finanzierte die Entwicklung von ein einfacher Stirling Motor beabsichtigte ausdrücklich für Herstellung und benutzt in Entwicklungsländern. Der Motor wurde entworfen, gebaut, prüfte, und lieferte nach Bangladesch, und Kopien davon wurde gebaut und wurde dort in Bedienung gesetzt. Dies demonstrierte die Möglichkeit von der Herstellung des Motors in einfacher Maschine Geschäfte der Art fanden in vielen Gebieten von Afrika, Asien, und Lateinamerika.

Als ein Ergebnis von diesem und anderen letzten Entwicklungen, das ehemals dämmerige Aussichten für die Anwendung von Stirling Motoren in Entwicklungsländern hat enorm verbessert. Pläne sind jetzt in Bewegung ein neues Design des Stirling Motors zu bringen in kommerzielle Produktion in einer viel verbesserten Form. Dieses moderne Version wird für sein Gewicht viel mächtiger sein und viel tüchtiger; zur gleichen Zeit wird es als still sein, leicht zu benutzen, zuverlässig, und rauh als der originale Motor. Zusätzliche Modelle, fähig vom Erzeugen von Elektrizität, beim Abkühlen, beim Pumpen von Wasser, und das Dienen nicht auf andere nützliche Weisen möglich mit dem alten Warmluft Motor, kommt auch in kommerzielle Produktion.

BEDÜRFNISSE, DIE VON DER TECHNOLOGIE GEDIENT WERDEN

Obwohl der Stirling Motor eine alte Maschine, modern, ist, Materialien und Design-Methoden machen es viel attraktiver als je vor. Der Kurbel-Antrieb Stirling Motor ist definitiv jedem, der festen Brennstoff hat, nützlich. Diese Art von Stirling Motor kann irgendeinen örtlichen Brennstoff wie seine Quelle von Hitze verbrennen Elektrizität zu produzieren, Pumpe-Wasser, oder führt Aufgaben Erfordern auf mechanische Macht wie Essen-Verarbeitung.

Sehr einfache Maschinen, die atmosphärische Luft als das Bedienen von Flüssigkeit benutzen, kann von örtlichen Materialien wie Metall-Container gebaut werden. Leute, die veranlaßt werden, um solche Designs zu versuchen, haben ein Gutes Chance von Erfolg.

IIE. DIE OPERIEREN VON PRINZIPIEN

GRUND THEORIE DER TECHNOLOGIE

Der Stirling Zyklus wird im Diagramm in Zahl 1 gezeigt. Das

Grund Idee ist, daß wenn begast in einem geschlossenen Zylinder, hat sich bewegt in den heißen Teil des Zylinders dehnt es sich aus, sein Druck Zunahmen, und es funktionieren. Wenn sich das Gas in bewegt, das kalter Teil des Zylinders, sein Druck wird reduziert. Sobald das Gas erreicht den niedrigeren Druck, es wird zu hinter zusammengepresst sein originales Volumen. Das Gas führt Arbeit mehr während seiner Ausdehnung auf als wird erfordert, darin während seiner Verdichtung gesetzt zu werden. So, die ganzen Zyklus-Ergebnisse im Netz bestimmt Ausgabe von Arbeit.

Wie in Phase 1 von Zahl 1 gezeigt, ist der Kolben hinaus (unterst totes Zentrum), und der displacer ist, insofern es gehen kann. Das Gas ist im kalten Raum, und der Gas-Druck ist niedrig. (Bemerkt, daß das Gas beim gleichen Druck bei irgendeinem Augenblick in ist, jeder Teil des Motors, aber daß sich dieser Druck verändert, mit time. Weil der Druck niedrig ist, kann der Kolben sein zog leicht ein, um das Gas bei der niedrigen Temperatur zusammenzupressen. Am Ende dieses Verdichtung-Prozesses hat der Motor erreichte Phase 2, wie in Zahl 1 gezeigt.

Jetzt ist es Zeit, um den Gas-Druck zu vergrößern. Dies wird nicht gemacht durch das Verbrennen eines Brennstoffes im Gas wie in gemacht wird ein innerer Verbrennung-Motor. Das Gas ist vom kalten Raum weggezogen durch eine Folge von Hitze-exchangers, der es verursacht, zu betreten, der heiße Raum bei einer hohen Temperatur. Bemerken Sie, daß das Gas ins Heizung, Kühler, regenerator, und heiße und kalte Räume, sind immer beim gleichen Druck bei irgendeinem Augenblick, seit dem Gas, fließen Sie, Durchgänge sind groß und beschränken den Durchgang nicht von das Gas.

Wie in Phase 3 von Zahl 1 gezeigt, wird das Gas zusammengepresst, heiß, und bei hohem Druck. Bei diesem Punkt ist es bereit auszudehnen und um am Kolben zu arbeiten. Als die Kolben-Umzüge aus dem Zylinder, der displacer bewegt sich damit, um als sehr zu bleiben vom Gas als möglich im heißen Raum damit der Druck wird so hoch wie mögliche behalten, um die maximale Menge von Arbeit zu machen auf dem Kolben. Diese Ausdehnung und äußere Bewegung von das Kolben resultiert in der Erreichung von Phase 4, wie in gezeigt, Glauben Sie 1.

Der nächste Schritt sollte den Gas-Druck reduzieren, indem er es von bewegt, der heiße Raum durch den Hitze-exchangers zum kalten Raum. Dies wird gemacht, indem man den displacer von seiner Position entfernt, als gezeigt in Phase 4, hinter zu seiner innerlichen Position, wie in gezeigt Führen Sie 1 stufenweise durch. Der Zyklus ist jetzt vollständig. Merken Sie, daß der Kolben hat das Gas durch das äußer Bewegen ausgedehnt, wenn das Gas heiß ist, und bei hohem Druck, und hat das Gas zusammengepresst, wenn es ist, kalt und bei niedrigem Druck. So ist der originale Plan gewesen fähig, und der Zyklus hat netto Arbeit zu produziert das außerhalb.

Für diesen vierphasigen Prozeß unbegrenzt fortzusetzen, Hitze, muß ständig zum heißen Hitze-exchanger von einigen hinzugefügt werden außerhalb Quelle wie ein Feuer oder ein solarer Sammler, und die Kälte Ende muß ständig von einem Strom von Wasser oder Luft abgekühlt werden.

Sie könnten sich jetzt wundern wie die Bewegungen des Kolbens und das displacer sind eindeutig accomplished, seit they, kann nicht weitergehen ihr Eigenes. Die Antwort ist, daß es wenigstens zwei Wege zu gibt, bringen Sie die zwei Bestandteile des einfachen Stirling Motors dazu, als zu bewegen wir wünschen: (1) wir können sie an Kurbeln durch das Verbinden befestigen Stäbe, wie im allgemeinen in Auto-Motoren gemacht wird; oder (2) wir können Sie benutzen, Gas zwingt auf eine vorsichtig entworfene Weise damit sie springen Sie an Gas-Frühlingen, mit dem displacer immer vor das Kolben in sein in-und-aus Schwingung. Von den zwei Methoden, das Verwendung von Kurbeln rief den Kurbel-Antrieb, oder kinematic Stirling, ist die leichter verstandene Methode. Die zweite Methode, welcher benutzt das Schwingen Bewegungen vom Kolben und dem displacer auf Frühlinge, wird den frei-Kolben Stirling genannt. Der Kurbel-Antrieb Stirling ist leichter, noch schwerer zu verstehen, um zu machen, während der frei-Kolben Stirling ist härter, noch leichter zu verstehen um in wenigstens einigen seiner Formen zu machen.

III. ENTWERFEN SIE VARIATIONEN

Dieser Teil des Papieres beschreibt eine Vielfalt vom Versprechen Stirling Motoren. Es betont ihre physischen Merkmale, Vorteile und Nachteile, Anwendungen, und Brennstoff Tüchtigkeiten.

ARTEN VON STIRLING MOTOREN

Kurbel-fahren Sie Stirling Engine

Ein schematisch vom Kurbel-Antrieb wird Stirling Motor in gezeigt Glauben Sie 2, und ein Kurbel-Antrieb, den Stirling Motor, der Wasser pumpt, ist,

gezeigt in Zahl 3. Während dieser Motor für ungewöhnlich groß ist,

die kleine Menge von Macht (5 Kilowatt) es produziert, es ist trotzdem sehr einfach zu machen und zu operieren. Es benutzt kein Öl im crankcase; hier ist es wichtig, zu vermeiden, Öl zu bekommen in die heißen arbeitenden Teile des Motors, weil es könnte, blockieren Sie die Strömung von Luft durch den Hitze-exchangers und auch verursachen Sie eine Explosion. Keine vom Folgen von drei Arten von Orientierungen können benutzt werden: luftdicht verschlossenen Rolle-Orientierungen, Ball-Orientierungen, oder unlubricated-bushings machten von einem plastischen ähnlichen Teflon. Wenn notwendig, können der Ball und die Rolle-Orientierungen durch ersetzt werden Zeitschrift-Orientierungen und luftdicht verschlossene in Fett. Weil der Motor leicht unter Druck gesetzt wird, bis zu über Atmosphären (atm), es benutzt eine einfache Kurbel-Stiel-Versiegelung, um zu bleiben die Luft in, und eine kleine Luft-Pumpe, den Druck beizubehalten gegen langsames Auslaufen an der Versiegelung. Die Luft-Pumpe sowie alle anderen Zubehöre, die Macht brauchen, werden direkt von gefahren der sich drehende Motor-Stiel.

Andere Zubehöre, die Stiel-Macht erfordern. ist die Stangenbohrer-Fütterung der Brennstoff, das Verbrennung-Luft-Gebläse, und das erfrischende Wasser Pumpe und Heizkörper-Fächer.. Mit diesen Zubehören ist der Motor fähig, ohne any andere Quelle von Macht zu arbeiten, und Bedürfnisse betanken Sie nur, um zu operieren.

Typische operierende Anweisungen sind wie folgt:

1. Stellen Sie sicher, der Motor ist in gutem operierendem Zustand und , den der Trichter von Brennstoff voll ist.
2. Beginnen Sie ein Feuer im Brenner mit dem Anzünden (z.B., Holz-Späne, trocknete Blätter), und operiert das Luft-Gebläse von Hand bis den Innere des Brenners ist genug zu heiß bekommen und entzünden den Brennstoff vom Brennstoff-Futter.
3. Hand operiert das Verbrennung-Luft-Gebläse und den Brennstoff-Stangenbohrer bis den Heizung-Kopf des Motors erreicht ein mäßig Temperatur (ungefähr 300[degrees]C). Der Motor ist jetzt zu bereit beginnen.
4. Drehen Sie das Schwungrad um, und sollen der Motor anfangen, zu laufen auf seiner eigenen Macht sofort (leichtes Beginnen ist ein von das beste Merkmale dieses Motors).
5. Erlauben Sie einer kurzen Zeit für den Motor, sich unter Druck zu setzen und , den Brenner zu fahren, bis es bei vollem operierendem Druck ist, und Temperatur. Während dieser Zeit wird der Motor allmählich wachsen stärker und fähiger zu arbeiten. Die Last kann vergrößert werden, als der Motor stärker wächst. Dies passiert automatisch, wenn der Motor an Lasten solch befestigt wird, als zentrifugale Wasser-Pumpen oder Generatoren, aber belädt solch als Sägen und das Mahlen von Maschinen hat die Fähigkeit, um abzusterben der Motor, wenn ihre Last zu schnell angewandt wird. Wenn das Motor ist abgestorben, es kann wieder sofort durch angelassen werden , der es auslädt und das Schwungrad wieder dreht.
6. Sobald der Motor bis zu voller Macht ist, und das Machen seiner Arbeit, die Vermittlung muß den Brennstoff-Trichter nur voll behalten und behalten eine Last bei. Wenn die Last für irgendeinen Grund entfernt wird, , auf dem der Motor flitzen wird, aber nicht zu einem schädlichen Grad; es wird schnell eine Geschwindigkeit erreichen bei dem seine Macht-Ausgabe-Tropfen auf Null zu setzen, und es wird fortsetzen, zu laufen.
7. Wenn es Zeit ist, den Motor abzustellen, schneiden Sie einfach ab das betanken, und der Motor wird langsam zu einem Halt kommen. Es kann sein hielt schneller zu irgendeiner Zeit, indem sie befreiten, das innerer , die die Macht zu einem niedrigen Wert reduzieren, setzen unter Druck.

Seitdem gibt es sehr wenige kritische Änderungen von Brennstoff, lüften Sie, oder Wasser-Strömung, und es gibt keine Brennstoff-Einspritzpumpe oder ein Funke-System, der Kurbel-Antrieb Stirling Motor ist äußerst zuverlässig und leicht zu laufen. Aber um maximale Aufführung es zu erreichen ist wichtig, korrekte Änderungen dieser Strömungen zu machen, welcher jemand mit nur einer kleinen Erfahrung kann leicht machen,

Wegen seiner Leichtigkeit von Bedienung, Dauerhaftigkeit, örtlicher manufacturability, und die Fähigkeit, irgendeinen örtlichen Brennstoff wie seine Hitze zu benutzen Quelle, das modern Kurbel-fahren Sie, Stirling Motor ist merkwürdigerweise gut paßte für Macht-Generation in Entwicklungsländern. Pläne für diesen Stirling Motor werden von USAID verfügbar sein in 1984 oder 1985. Kommerzielle Produktion des Motors, oder Versionen davon, wird erwartet, in 1984 anzufangen.

Einfacher Frei-Kolben-Motor

Glauben Sie 4, stellt einen langsam-Geschwindigkeit-frei-Kolben-Motor dar, der ist, ein

einfache Version des Stirling Motors. Dieser Motor ist fast das äußerst in Einfachheit, die zu anderem Stirling Motor verglichen wird, Designs. Es ist die sogenannte geschundene bis zur Erschöpfung Konfiguration in welcher die displacer sind neben Frühlingen geschwommen und werden sich spontan bewegen entweder auf oder unter dem Einfluß von das zierlichste Macht oder Störung des Druckes ins Motor. Der große Vorteil dieser Anordnung ist, daß das Motor ist und Selbst-beginnt nicht nur (das Erfordern nur, daß ein Gutes Temperatur-Unterschied würde dazwischen geschafft das heiß und kalte Räume), aber es wird zu irgendeiner Last einstellen, sogar ein vollständig vom Kolben haltend, und kreist noch auf und ab. So, der Motor ist genau. vergebend und leicht zu operieren. Sein Major Nachteil ist, daß es für seine kleine Macht-Ausgabe zu groß ist,; dies ist, weil es atmosphärische Luft als das Bedienen von Flüssigkeit benutzt, und operiert bei einer sehr niedrigen Häufigkeit. Das Bilden ein Gegenwicht dazu Nachteil ist die sehr hohe Aufmunterung-Kapazität und die Tüchtigkeit von der einfachen bestimmten Verlagerung-Pumpe, die der Motor kann, operieren Sie.

Dimensionen

Der displacer und der Kolben-Durchmesser können die Gleichen sein. Das displacer sollten wenigstens so lang wie sein Durchmesser sein, mit ein maximale Länge von drei Malen sein Durchmesser, und die Ende-Mütze sollten Sie. seien Sie kuppelförmig, irgendeine Stärke gegen Sturz zu erlauben. Das Lücke zwischen dem displacer und dem Zylinder sollte ungefähr sein ein bis zwei hundertster des Durchmessers, mit einer Vorliebe für die kleinere Lücke. Um den displacer zu behalten, der zentriert wird, es sollte Stöße von der Lücke-Dicke, die reiben, gehoben haben leicht gegen den Zylinder in seinem kalten Teil.

Die Heizung-Teil-Länge sollte ungefähr ein vierter von sein das displacer-Durchmesser, und der Kühler über das Gleiche. Dieses Blätter eine Hälfte des displacer, die als ein regenerator fungierte, welcher dient, die Hitze der Luft zu lagern, als es von kommt, die Heizung zum Kühler, und Freilassungen es zur Luft als es kommt vom Kühler zur Heizung zurück. Diese Handlung nimmt zu die Brennstoff-Tüchtigkeit des Motors.

Die displacer-Bewegung verfügbar sollte ungefähr ein dritter von sein seine Länge.

Der displacer-Antrieb-Stab sollte 15 Prozent ungefähr von decken das Gebiet des displacer-Zylinders. Der Antrieb-Stab sollte passen eng in seinem Ärmel, aber ist frei zu bewegen.

Materialien

Das beste Material für den displacer heißes Ende ist irgendeiner von das 300 Folgen unbefleckte Stähle, wie 304, 316, oder 321. Diese wird auch 18-8 Art unbefleckt gerufen, die Art benutzte im Kochen Töpfe. Das heiße Ende des displacer-Zylinders muß von unbefleckt sein Stahl auch, or möglicherweise keramisch, wenn es luftdicht gemacht werden kann. Natürlich, wenn nur kurzfristige Experimente das Ziel sind, dann kann gewöhnliches Kohlenstoff-Stahl-Laken für beide displacer benutzt werden und Heizung-Kopf.

Der displacer selbst kann ganz dünn sein, vorausgesetzt, daß ein nicht-Ertrag-Ventil wird in seinem kalten Ende installiert, um zu erlauben das innen den maximalen Zyklus-Druck zu erreichen und dort zu bleiben. Ansonsten könnten die displacer unter Druck zusammenbrechen. Es ist auch wichtig, den displacer dazuzubringen, dick genug zu zu beschießen verhindern Sie seinen Sturz unter Außen Druck.

Der Rest des Motors kann von Stahl, Besetzung-Eisen, Aluminium, sein oder was immer ist örtlich verfügbar, weil es nicht zu freigelegt wird, Hitze. Sorge sollte genommen werden, um den displacer zu machen so leicht wie ist praktisch. Ansonsten wird es zu langsam antworten, um zu begasen Druck und wird das Blei nicht in Bewegung hinüber entwickeln das Kolben notwendig, den Stirling Zyklus zu schaffen.

Energie-Ausgabe

Ein einfacher frei-Kolben-Motor mit ein 60-cm Durchmesser-displacer, bei einem Zyklus pro Sekunde operierend, kann erwartet werden, zu produzieren ungefähr 500 Watt Macht (50 Liter-meter/sec) von pumpte Wasser. Natürlich, wie mit irgendeinem ersten Versuch, das eigentlich Ausgabe könnte viel weniger sein.

Frei-Zylinder-Motor

Noch ein ausgezeichneter Bewerber für Verwendung in Entwicklungsländern ist der frei-Zylinder-Motor. Es teilt viele der Tugenden von der Kurbel-Antrieb Stirling Motor und ist noch einfacher zu machen. Überdies, weil es hermetisch gesiegelt wird, ist es undurchlässig um von Außen Verseuchungsstoffen zu beschädigen. Aber, weil es ist, im Grunde eine erwidernde Ausgabe-Maschine, es muß einige haben Art vom Macht-umgestalten von Gerät wie ein Ratsche-Antrieb und Getriebegehäuse, drehende Bewegung bereitzustellen, wenn solchen gebraucht werden. There sind viele Verwendungen für einfache erwidernde Bewegung, wie Wasser, pumpend, und in diesen Verwendungen ist der frei-Zylinder-Motor ein ausgezeichnete Auswahl.

Glauben Sie 5 Shows ein Modell eines typischen frei-Zylinder-Motors, das benutzt wird,

als eine Wasser-Pumpe. Die Macht wird vom Schwingen genommen Zylinder, von dem Reaktion zur gegenüberliegenden Bewegung einzieht, der schwere Kolben in. Der displacer wird vom Gas gefahren setzen Sie auf seinen Stab, der am Kolben befestigt wird, unter Druck.

Der frei-Zylinder-Motor, wie alle Stirling Motoren, Dose operieren Sie auf irgendeiner Hitze-Quelle. Verwendung eines Ratsche-Antriebes erlaubt der Hochfrequenz kurz-Schlag-frei-Zylinder-Motor zu fahren keine beladen das Erfordern eines sich drehende Stieles und verbessert so sehr sein Nutzen.

Der frei-Zylinder-Motor benutzte leicht als eine reciprocator-Dose fahren Sie nicht nur flüssige Pumpen, aber lüften Sie oder Gas-Kompressoren als gut. Es kann auch Kühlmittel-Pumpen für Essen-Bewahrung fahren.

Das Beginnen des frei-Zylinder-Motors kann automatisch sein wenn das Motor ist in einer senkrechten Position; ansonsten ist ein zierliches Glas notwendig, die anfänglichen Bewegungen zu beginnen nach dem das Motor wird energisch laufen, so lang wie die Temperaturen es vorschrieben, für sowohl das heiße Ende als auch das kalte Ende des Zylinders wird beibehalten. Die Temperatur, die erfordert wird, ist normalerweise von 400 zu 700[degrees]C auf dem heißen Ende und bis zu 100[degrees]C auf dem Abkühlen Jacke.

Seitdem gibt es nur zwei bewegliche Teile im Zylinder, der frei-Zylinder-Motor ist noch leichter zu machen als das Kurbel-fahren Sie Stirling Motor, der früher in diesem Papier beschrieben wird. Überdies, Weil der Zylinder hermetisch gesiegelt wird, das Motor braucht nicht, daß eine Luft-Pumpe oder eine rutschende Versiegelung enthält, sein arbeitendes Gas. Deshalb kann der Motor bei operieren ein hoch setzen Sie unter Druck, sagen Sie bis zu 15 atm und macht es sehr kompakt und billig für seine Macht.

Doppelter Stirling Engine

Der doppelte Stirling Motor ist eine Hitze-angetriebene erfrischende Maschine; das ist, es bringt Hitze herein und produziert Kälte, ohne zu produzieren irgendeine andere externe Wirkung. Es ist sehr einfach, fast als einfach als die frei-Zylinder-Wasser-Pumpe, und ist sehr Brennstoff-tüchtig wenn vorsichtig entworfen hat. Glauben Sie 6 Shows ein typischer Querschnitt

vom doppelten Stirling Motor, der als entworfen wird, ein Hitze-angetrieben Essen-Kühlschrank. Glauben Sie 7 Shows es in Bedienung.

Die Grund Idee hinter der Bedienung vom doppelten Stirling Motor ist, daß wenn angetrieben, es wird eine Hitze-Pumpe. Ins doppelter Stirling, ein Stirling Motor wird benutzt, um einen Stirling zu fahren Hitze-Pumpe. Dies, das sich bewegt, kann mit nur drei gemacht werden Teile-- der heiße displacer, der Kolben, der als der Kolben fungiert, für den Hitze-Motor und die Hitze pumpt, und der kalte displacer. Diese Kombination von Teile-Marken ein einfach und wirksam Hitze-fahren Sie Hitze-Pumpe, die zu irgendeiner Größe geschuppt werden kann, oder Temperatur-Auswahl, von sehr kalten Temperaturen notwendig zu liquify lüften zu sanften Temperaturen nützlich für Raum Abkühlen.

Der doppelte Stirling Motor wird kommerziell verfügbar sein innerhalb der nächsten wenigen Jahre, wahrscheinlich als ein tragbar, foodstoring Gefriermaschine-Kühlschrank in kleinen Größen.

Frei-Kolben-Wechselstromgenerator-Motor

Letzte Anstrengungen, den frei-Kolben-Wechselstromgenerator-Motor zu entwickeln hat hervorragende Ergebnisse produziert. Während der Motor nicht wird, werden Sie so schnell wie der Kurbel-Antrieb ein kommerzieller Gegenstand Stirling Motor, es wird nur mit über den Aufschub eines Jahres folgen. Der eins, der am meisten im Moment entwickelt wird, ist ein 1-kW Ausgabe-Maschine das hat ausgezeichnete Brennstoff-Tüchtigkeit, verspricht langes Leben, und ist sehr kompakt. Diese Maschine ist nicht einfach, aber, und erfordert gebildet das Herstellen von Verfahren sehr und Materialien. Andererseits, weil es hermetisch ist, luftdicht verschlossene, kann es nicht von irgendeiner Art rauher Behandlung beschädigt werden, obwohl das Kontrolle-System und andere Hilfspersonal nicht sind, damit unverwundbar.

Dem frei-Kolben-Wechselstromgenerator-Motor wird ideal zu gepaßt das Aufgabe neu entstehende Elektrizität von solarer Energie, besonders wenn zu einem preisgünstigen plastischen Film concentrator von zusammengepaßt hat das tippen Sie das Kommen jetzt auf dem Markt. Solche Maschinen sind aktiv entwickelte sich in Größen bis zu 10 kW, und konnte verfügbar sein in noch größeren Größen in einigen Jahren. Der ein, der in Zahl 8 gezeigt wird,

hat ein 10-kW Ausgabe.

VERWENDUNGEN DES STIRLING MOTORS

Bewässerung mit Biomasse

Beide Kurbel-Antrieb Stirling Motor und der frei-Zylinder Motor ist für Bewässerung mit Biomasse praktisch, vorausgesetzt diese reichliche Biomasse ist für Brennstoff verfügbar sowie billig walzen Sie aus, um den Motor mit Brennstoff zu füttern und seine Bedienung zu tendieren. Der Kurbel-Antrieb-Motor ist von ungefähr 500 Watt zu praktisch tens von Kilowatt gelieferter Macht, aber in Macht über 3 kW es wird von einem mit Rädern versehene Handwagen fordern, es zu transportieren. Der frei-Zylinder Motor bildet eine gute Bewässerung-Pumpe ungefähr 500 Watt. Ein von beiden Motor kann beide gut seicht fahren und tief gesunde Pumpen, sowie niedrig-hebt Graben-Pumpen. Auch, das elektrisch Generator freier Kolben kann zu befestigt werden ein elektrisch pumpen Sie für diesen Dienst.

Elektrizität-Generation - Kleine Größen - Fester Brennstoff

Beide Kurbel-Antrieb Stirling Motor und der frei-Kolben Wechselstromgenerator-Motor ist für diese Verwendung praktisch. Der frei-Kolben Wechselstromgenerator-Motor hat den Vorteil sehr niedrigen Geräusches und langes Leben, aber ist härter, im Feld zu reparieren. Der Kurbel-Antrieb Stirling Motor ist einfach, leicht zu reparieren, und billiger, und kann in einfachen Reparatur-Geschäften hergestellt werden; aber, es ist als Brennstoff nicht tüchtig.

Elektrizität-Generation - Dorf-Macht - Fester Brennstoff

Hier wieder, beide Kurbel-Antrieb Stirling Motor und das frei-Kolben-Wechselstromgenerator-Motor würde für irgendeine Macht auftischen ungefähr 100 kW. Stirling Motoren höherer Macht-Ausgabe sind nicht wahrscheinlich in der nahe Zukunft, obwohl es immer zu möglich ist, kombinieren Sie kleinere Einheiten in eine größere Einheit für mehr Macht.

In dieser Anwendung wird dauernde Anwesenheit zu erfordert sichern Sie die richtige Bedienung vom Brennstoff-Futter und anderen Hilfspersonal. Nützliche Nebenprodukte schließen heißes Wasser vom Abkühlen ein System und Asche vom Brenner.

Korn-Verarbeitung - Korn-Verschwendung als Brennstoff

Dies ist eine ideale Anwendung wegen der Erhältlichkeit von das Biomasse-Nebenprodukt als Brennstoff für den Motor. Die USAID-finanzierten, einfacher Warmluft Motor, referenced früher in diesem tapezieren Sie wie für Herstellung in Bangladesch entwickelt worden gewesen, ist ein ausgezeichnetes Beispiel. Glauben Sie 9 Shows dieser Warmluft Motor

millng-Reis. Es verbrennt die Schale des Reises, die von der Mühle es produziert wird, Antriebe. Nur ein Bruch der Schale, der von der Mühle produziert wird, ist gemußt den Motor betanken, sind so reichliche Mengen für übrig der Motor zu benutzen, während das Pumpen von Bewässerung-Wasser für den nächsten, die Ernte von Reis. Auf diese Art, solare Energie, in der Form von Biomasse, wird als die primäre Energie-Eingabe für das Reis-wachsen benutzt verarbeiten Sie, und kein Außen Brennstoff ist notwendig.

Solare Macht

Es ist wichtig zu erkennen, daß der Stirling Motor ist, ein hoch-Temperatur machine. Es kann gut auf nicht laufen das niedrig Temperaturen verfügbar von einfachem Fläche-Teller solare Sammler. Es muß ein Konzentrieren benutzen und muß solaren Sammler Sonne-nachspüren. Dieses Gerät fügt beachtlich zum Preis und der Aufrechterhaltung hinzu Anforderungen des Systems. Auch macht so ein Gerät machen Sie Verwendung vom weitschweifigen Bestandteil solarer Energie nur nicht der direkte Bestandteil. So dunstige Sonne ist nicht gut genug. Hell, klare Himmel werden vor dem konzentrierenden Sammler gebraucht werden Sie die hohe Temperatur notwendig zu operieren entwickeln das Stirling Motor. Für all diese Gründe, Stirling Systeme das Konzentrieren benutzend, das Sonne-nachspüren von solaren Sammlern wird sein viel teuerere and werden mehr Sorge in erfordern ihr Bedienung als jene, die Brennstoff als ihre Hitze-Quelle benutzen.

Mit jenen Bedenken in Verstand ist es richtig, darauf hinzuweisen daß es Situationen gibt, in dem solche solar-angetriebene Systeme ist von Überlegung würdig: wo intensives Sonnenlicht ist, das regieren Sie wo es keine Biomasse verfügbar gibt und keine ableitbar von den Wirkungen des Motors (als dort wäre schließlich wenn der Motor ein ehemals Wüsten Gebiet bewässerte,), und wo der Preis des Motors, Sammler, Spürhund, Berg, und Aufrechterhaltung ist davon nicht verbietend. So eine Situation konnten existieren, wo mehrere Kilowatt Elektrizität sind, brauchte, und der Preis photovoltaischer Systeme ist zu hoch. Es ist wahrscheinlich, daß ein solares elektrisches System auf einem frei-Kolben basierte, Stirling Motor wird weniger beachtlich pro Watt kosten lieferte als will ein photovoltaisches System im Kilowatt Auswahl von Macht.

Eine Warn Notiz auf solaren Stirling Systemen: obwohl das Stirling Motor wird in einem oder zwei kommerziell verfügbar sein Jahre, die konzentrierenden Sammler und ihre Hilfspersonal sind noch irgendeine Entfernung weg von Produktion. Für all diese Gründe, solare Stirling Motor Systeme sind wahrscheinlich, sehr zu sein kostspieliger als andere Systeme ausnehmen, wo sonst nichts ist, verfügbar, als könnte der Fall in äußerst Wüste-Zonen sein.

Öfter als nicht ist ein direktes Sonnensystem weniger praktisch als ein, der Biomasse benutzt, der mit der Hilfe von Bewässerung angebaut wird, vorausgesetzt durch den Motor. Durch dieses meint, Land, das ansonsten würde, wachsen Sie, nichts könnte unter Umständen gemacht werden, um Essen zu produzieren sowie betankt für die bewässernde Pumpe. Setzen Sie einfach, ein Feld von Ünkrautern, erntete, um im Motor verbrannt zu werden, ist ein sehr leichtere Strecke zu solarer Macht als ein kunstvolles optisches System, besteigen Sie, und Spürhund. Und Ünkrauter, anders als die Sonne, verstecken nicht hinter Wolken oder geht bei Nacht fort.

BETANKEN SIE TÜCHTIGKEIT UND MACHT-AUSGABE

Der Stirling Motor ist wahrscheinlich, 10 Kilogramme ungefähr zu verbrennen (kg) pro Kilowatt-Stunde (KWh) von Biomasse-Brennstoff, und 6 kg/kWh von Kohle. Dies ist weniger als die Rate von Brennstoff-Verbrauch von klein dampfen Sie Motoren. Auf abhängend, wie gesund eine Vermittlung führt, das bearbeiten Sie maschinell, diese brennende Rate kann so viel wie 20 leicht variieren Prozent, auf oder entlang; mit gut-entwarf und gut-besuchte Motoren, es könnte als sehr so klein wie Seite sein.

Die Macht-Ausgabe pro Einheit von Gewicht variiert sehr mit das Design. Generell schwankt es von ungefähr .04 Kw/Kg für ein einfach Kurbel-fahren Sie Modell zu ungefähr .07 Kw/Kg für einen Werbespot Hochtechnologie frei-Kolben Wechselstromgenerator Motor.

IV. DAS VERGLEICHEN DER ALTERNATIVEN

Der Stirling Motor ist vom Annehmen von Hitze von keinen fähig Quelle über ungefähr 400[degrees]C und das Konvertieren von Teil der Hitze in nützliche Arbeit. Dies macht es von einer breiten Vielfalt von Verwendungen fähig. Welche von ihnen ist praktische und werte Überlegung in Vergleich mit den anderen Quellen mechanischer Energie?

Wenn konventionelle Brennstoffe und Maschinen verfügbar und befriedigend sind, es ist wahrscheinlich nicht praktisch, das Ersetzen zu betrachten sie mit einem Stirling Motor. Nur wenn Benzin oder Dieselöl oder saubere gasförmige Brennstoffe sind knapp, teuer, oder ansonsten unattraktiv, und wenn die Funke-Entzündung innerere Verbrennung Motor oder Dieselöl-Motor ist auch Kurzschluß, der gelebt wird, oder zu teuer beizubehalten oder zu kaufen, ist es vernünftig zu betrachten das Anwendung des Stirling Motors. Wenn Sie das Einführen betrachten, der Stirling Motor, Sie müssen vorsichtig einschätzen sein Erhältlichkeit, geprüfte Aufführung-Merkmale, und Wirtschaftswissenschaften, aus Furcht daß Enttäuschung-Ergebnis.

MITBEWERBER DES STIRLING MOTORS

Die Konkurrenz für den Stirling Motor ist die innerere Verbrennung Motor, einschließlich des Funke-Entzündung Motor Laufen, auf Benzin, Erdgas, Alkohol, Biogas, oder Produzent-Gas, und der Diesel Motor, der auf Diesel Brennstoff läuft, oder eine Mischung von Dieselöl und andere gasförmige oder flüssige Brennstoffe. Das verschieden solar Zell Geräte sowie der Dampf-Motor wird auch betrachtet um Konkurrenz für den Stirling Motor zu sein.

Der Stirling Motor ist höchst wahrscheinlich, die beste Auswahl zu sein wo die Macht, die erfordert wird, zwischen 100 Watt und 20 kW ist, und einige sortieren von Biomasse, Kohle, oder Torf ist als Brennstoff verfügbar. Wenn gasförmiger oder flüssiger Brennstoff ist bereitwillig verfügbar, ein richtig angepaßter innererer Verbrennung-Motor ist wahrscheinlich, billiger zu sein, wenigstens im kurzen Lauf, obwohl, das Abhängen vom Verwandten Preis der Brennstoffe, der Stirling Motor könnte billiger sein im langen Lauf, wegen niedrigerer Aufrechterhaltung und Brennstoff-Preise.

Weil der Stirling Motor wieder nur eingeführt worden ist, vor kurzem ist es schwierig, die verhältnismäßigen Ankauf-Preise zu projizieren von den mehreren Arten von Stirling Maschinen. Es ist wahrscheinlich, daß der Stirling Motor wird mehr als die Funke-Entzündung kosten innererer Verbrennung-Motor, und ungefähr das Gleiche als ein slowspeed Diesel Motor der gleichen Qualität. Aber der Stirling Motor ist wahrscheinlich, niedrigere Aufrechterhaltung zu haben, kostet als entweder von diesen wegen seiner großen Einfachheit.

Der Produzent-Gas-Motor als ein Mitbewerber vom Stirling Motor

Der Produzent-Gas-Motor läuft auf Gas mittels eines Biomasse-zu-Gases Konverter rief einen Produzent-Gas-Generator. Der Motor das Benutzen des Produzent-Gases kann ein konvertierter Benzin-Motor sein oder ein Diesel Motor, der Produzent-Gas hauptsächlich benutzt, sondern auch erfordert, ein kleine Menge Diesel Brennstoffes als igniter für das Produzent-Gas. Weil diese Kombination die gleiche Sache in der Tat als machen kann, ein Stirling Motor-- das heißt, entwickeln Sie mechanische Macht von Holz und andere Biomasse-- man wird gezwungen, zu fragen ob der Stirling Motor hat irgendeinen Vorteil über der Kombination von Produzenten begasen Sie Generator und konventionelle innerere Verbrennung Motor. In einigen Fällen ist die Antwort ja.

Der Stirling Motor hat drei Vorteile: (1) es kann brennen Brennstoffe mit hohem Asche-Inhalt wie die Schalen von Reis der das Produzent-Gas-System kann nicht; (2) seit den Verbrennung-Produkten betreten Sie den Stirling Motor nicht, sie erfordern keine Säuberungsaktion, in Kontrast zum Produzent-Gas innererer Verbrennung-Motor; und (3) der Stirling Motor, in Kombination mit ein einfach verursachter Brennstoff-Brenner, ist ein viel einfacher und wartungsfreier System als die Kombination von Produzent-Gas-Generator, Säuberungsaktion-System, und innererer Verbrennung-Motor.

Der Stirling Motor überholt das Produzent Gas Motor System wenn der Brennstoff, der benutzt werden sollte, nicht von hoher Qualität, wie Reis, ist, Schalen, und wenn der Preis vom Beibehalten des Entzündung-Systems, Einspritzung-System, Schmierung, und ander relativ delikat Bestandteile vom innereren Verbrennung-Motor und dem Gas-Produzenten ist ein Problem, als es so oft ist.

Der Dampf-Motor als ein Mitbewerber vom Stirling Engine

Es ist logisch, den Dampf-Motor als natürliche Konkurrenz zu betrachten für den Stirling Motor, als es in der Tat war zur Zeit Umdrehung. Stirling erfand es. Zu dieser Zeit war der Dampf-Motor der dominierende Macht-Produzent, wohingegen der Stirling Motor war, mehr Brennstoff tüchtig, und viel sichrer, weil es fast unmöglich ist, um einen Stirling Motor zu verursachen, in der Luft zu fliegen, und lieber leicht, mit einem Dampf-Motor zu machen. Auch zu dieser Zeit, das groß Nachteil des Stirling Motors war die arme Temperatur Widerstand der Besetzung eiserner Heizung-Kopf.

Heute ist die Situation ander. Der Dampf-Motor hat gefallen in Nichtgebrauch, und der Stirling ist voraus in Aufführung gesprungen, Leben, und Erhältlichkeit. Mit der Verwendung von Folge 300 unbefleckter Stahl, ein im allgemeinen verfügbares Material, es gibt nein länger die Gefahr von Heizung-Kopf-Mißerfolg, wenigstens unter 700[degrees]C, auf denen ein normaler fester Brennstoff-combuster produziert, ein laufender Stirling Motor. Und es ist durchführbar zu machen das Heizung-Kopf von Keramik, besonders in sehr Unterdruck Motoren wie der einfache frei-Kolben bewässern pumper.

Deshalb, für niedrig-Strom-Anwendungen unter mehrerem tens von Kilowatt, der Stirling Motor ist wahrscheinlich, viel mehr Brennstoff zu sein tüchtig, viel leichter zu operieren, viel sichrer, und erfordert viel weniger Aufrechterhaltung. Es ist auch wahrscheinlich, weniger zu kosten, seit der Stirling Motor hat so wenige Teile und solche einfache in Vergleich zum Dampf-Motor. Zum Beispiel, der Stirling Motor braucht keine Ventile, wohingegen der Dampf-Motor erfordert, viel in jeder ein von dem unfehlbar arbeiten muß ein heiß, zerstörende Umgebung.

BIBLIOGRAPHY

Joshi, Tief; Seckler, David; und Jain, V.CHR. " Gesellschaftliche Forstwirtschaft, Holz Vergaser und Aufmunterung-Bewässerung: Synergistic Relations Zwischen Technologie und Natürlichen Ressourcen in Ländliches Indien ". Januar 1983, p. 1-16. (Mimeographed)

Nationale Akademie von Wissenschaften. " Stirling Engines ". Energie für Ländliche Entwicklung. Washington, GLEICHSTROM,: Nationale Akademie Press, 1981, pp. 149-158.

Nationale Akademie von Wissenschaften. ' Externe Verbrennung-Motoren-- Rankine und Stirling Engines als Kleinangelegte Macht Quellen für Entwicklungsländer ". Energie für Ländlich Development. Washington, GLEICHSTROM,: Nationale Akademie-Presse, 1976, Anhang 4, pp. 246-269.

Ross, A. Stirling Zyklus Motoren. Phönix, Arizona, 1977.

Urieli, ich., und Berchowitz, D.M. Stirling Cycle Motor Analysis. Bristol, England,: Adam Hilger, 1984.

Spaziergänger, G. Stirling Zyklus Maschinen. Oxford, England,: Oxford Universität Presse, 1973.

Spaziergänger, G. Stirling Motoren. Oxford, England,: Oxford Universität Presse, 1980.

Holz, J. Gary; Chagnot, Bruce J.; und Penswick, Lawrence B., " Design eines Niedrigen Druck-Luft-Motors für Dritte Welt Use ". Papier präsentierte bei den 17 Jährlichen Intersociety Energie Konferenz, Los Angeles, Kalifornien, August 1982.