موتور استرلینگ
موتور استرلینگ اولین بار در 27 سپتامبر در سال 1816 توسط رابرت استرلینگ در اسکاتلند (چنسری، ادینبرگ) اختراع شد که امن‌تر و اقتصادی‌تر از موتورهای بخار آن روزگار بنظر می رسید
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : يکشنبه 1397/03/13 ساعت 12:32
مرکز یادگیری تبیان - محبوبه همت
موتور استرلینگ اولین بار در 27 سپتامبر در سال 1816 توسط رابرت استرلینگ در اسکاتلند (چنسری، ادینبرگ) اختراع شد که امن‌تر و اقتصادی‌تر از موتورهای بخار آن روزگار بنظر می رسید (از نظر انفجار). اولین نمونه قابل توجه در سال 1850 توسط پروفسور Mc Quorne Rankine ارایه شد و تقریباٌ 100 سال بعد به عنوان موتور استرلینگ به انواع موتورهای گازی با چرخه بسته اطلاق شد.
با وجود این موتورهای اتو (Otto) و دیزل (Diesel) که به ترتیب در سال‌های 1877 و 1893 اختراع شدند بیشتر مورد استقبال قرار گفتند (از لحاظ ظرفیت). بعد از مدتها در سال 1940 موتور استرلینگ دوباره مورد توجه قرار گرفت. در این سال شرکت فیلیپس تحقیقاتی روی این موتور بعنوان یک منبع تولید نیروی قابل حمل شروع کرد. در سال 1950 یک نمونهW 200 از این موتور که میتوانست در قدرت‌های پایین کار کند آماده شد. اما این موتور باز هم مورد استقبال قرار نگرفت زیرا مصادف شد با ورود ترانزیستور. از آن زمان تاکنون موتور استرلینگ در اروپا و آمریکا و 20 سال بعد در ژاپن مورد مطالعه دقیق قرار گرفته است خصوصاٌ بعد از شوک نفتی سال 1973. در حال حاضر نمونه‌هایی از این موتور در سرتاسر جهان مورد استفاده قرار گرفته است. مثل موتور استرلینگ خورشیدی، چشمه‌های آب گرم، سیستم تهویه مطبوع استرلینگ، یخچال استرلینگ، سیستم تولید نیرو زیردریایی که بی‌سروصدا بودن آن خیلی مهم است. در آینده‌ای نزدیک شاهد نسل نوینی از این موتورها و کاربردهای جدید آن خواهیم بود مثل:
Stirling Cryo – Coolero Vuilleumier Heat pump, Solar Power System, Underwater Vehicle
رابرت استرلینگ تا سن 86 سالگی در کلیسای اسکاتلند بعنوان مبلغ مذهبی خدمت می کرد و اوقات فراغت خود را روی ساخت و تکمیل یک نمونه موتور گرمایی از این نوع در کارگاه کوچک منزل خود می گذراند.
مزایای موتور استرلینگ
امروزه از موتور استرلینگ در موارد بسیار تخصصی مثل زیردریایی و مولدهای کمکی، جاییکه عملکرد بی‌سروصدا اهمیت دارد، استفاده می شود. این موتورها یک دسته از موتورهای حرارتی خاص هستند زیرا بازده آنها تقریباً نزدیک ماکزیمم بازدهی است که توسط تئوری پیش بینی می شود (بازده چرخه کارنو). این موتور با گاز کار می کند. انبساط آن هنگام گرم شدن و انقباض آن هنگام سردشدن نیروی این موتور را تامین میکند. این مقدار گاز بین دو انتهای سرد و گرم در حرکت است و هیچگاه از این چرخه خارج نمی شود. یک پیستون وظیفه انتقال گاز به دو منبع سرد و گرم را انجام می دهد که حرکت آن ناشی از انبساط و انقباض حجم گاز است.
همانطور که گفته شد این گاز هیچوقت از موتور استرلینگ خارج نمی شود. این موتور برخلاف موتورهای دیزلی یا بنزینی هیچ کانال تخلیه ندارد زیرا اساس کار آن بر احتراق سوخت نیست بنابراین کاملاً بی صدا عمل می کند. منبع تامین گرمای آن میتواند انرژی خورشیدی، سوخت‌های فسیلی یا هر نوع گرمای اتلاف شده در طبیعت باشد.
نوعی از این موتور بنام موتور استرلینگ خورشیدی که توسط شرکت Stirling Energy System Inc. تهیه شده است از سال 1984 تا حال حاضر مدت 20 سال است که در نهایت بازدهی مؤثر در حدود 30000 ساعت تابش نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده است. این شرکت در حال حاضر با سرمایه‌گذاری مشترک شرکت بویینگ و دپارتمان انرژی ایالات متحده و لابراتوار ملی سانیدا (Sanida) مشغول کار روی استفاده اقتصادی از این سیستم هستند.
موتور استرلینگ چگونه کار میکند؟
موتورهای استرلینگ دو پیستون دارند که با هم اختلاف فاز زاویه‌ای 90 درجه دارند و دو مخزن دمایی مختلف دارند. گاز درون این مجموعه کاملاً محبوس شده است و از مجموعه خارج نمی شود. دو نوع اصلی این موتورها عبارتند از موتورهای استرلینگ دو پیستونه و موتورهای استرلینگ جابجا کننده . که نحوه کار هرکدام در شکل‌های زیر توصیف شده است.
این دو نوع اصلی می توانند در مدل‌ها و ساختارهای مختلف منطبق با نوع کاربرد آن طراحی شوند.
موتور استرلینگ یک موتور احتراق خارجی است و تقریباً مثل موتور بخار عمل میکند اما سوخت آن موضوع مهمی نیست و می تواند با هر منبع تولید گرما کار کند. گاز محصور شده در آن (هوا، هلیوم یا هرچیز دیگر) با گرم شدن دچار افزایش فشار می شود. این افزایش فشار باعث هل دادن پیستون و انجام کار می شود. گاز سپس سرد می شود و فشار آن کاهش می یابد و پیستون دوباره به محل اولیه خود برمی گردد. این گاز مرتباً با همان مقدار گاز ثابت اولیه تکرار می شود. در این فرایند هیچ احتراق، جرقه، مصرف سوخت و ... اتفاق نمی‌افتد.
این دو نوع اصلی می توانند در مدل‌ها و ساختارهای مختلف منطبق با نوع کاربرد آن طراحی شوند.
موتور استرلینگ یک موتور احتراق خارجی است و تقریباً مثل موتور بخار عمل می کند اما سوخت آن موضوع مهمی نیست و میتواند با هر منبع تولید گرما کار کند. گاز محصور شده در آن (هوا، هلیوم یا هرچیز دیگر) با گرم شدن دچار افزایش فشار می شود. این افزایش فشار باعث هل دادن پیستون و انجام کار می شود. گاز سپس سرد می شود و فشار آن کاهش می یابد و پیستون دوباره به محل اولیه خود برمی گردد. این گاز مرتباً با همان مقدار گاز ثابت اولیه تکرار می شود. در این فرایند هیچ احتراق، جرقه، مصرف سوخت و ... اتفاق نمی‌افتد.
مطالب مرتبط:
ماشین استرلینگ
موتورهای حرارتی
ساخت موتور حرارتی با چرخ دوچرخه
منبع: roboeq
موتور استرلینگ اولین بار در 27 سپتامبر در سال 1816 توسط رابرت استرلینگ در اسکاتلند (چنسری، ادینبرگ) اختراع شد که امن‌تر و اقتصادی‌تر از موتورهای بخار آن روزگار بنظر می رسید (از نظر انفجار). اولین نمونه قابل توجه در سال 1850 توسط پروفسور Mc Quorne Rankine ارایه شد و تقریباٌ 100 سال بعد به عنوان موتور استرلینگ به انواع موتورهای گازی با چرخه بسته اطلاق شد.
با وجود این موتورهای اتو (Otto) و دیزل (Diesel) که به ترتیب در سال‌های 1877 و 1893 اختراع شدند بیشتر مورد استقبال قرار گفتند (از لحاظ ظرفیت). بعد از مدتها در سال 1940 موتور استرلینگ دوباره مورد توجه قرار گرفت. در این سال شرکت فیلیپس تحقیقاتی روی این موتور بعنوان یک منبع تولید نیروی قابل حمل شروع کرد. در سال 1950 یک نمونهW 200 از این موتور که میتوانست در قدرت‌های پایین کار کند آماده شد. اما این موتور باز هم مورد استقبال قرار نگرفت زیرا مصادف شد با ورود ترانزیستور. از آن زمان تاکنون موتور استرلینگ در اروپا و آمریکا و 20 سال بعد در ژاپن مورد مطالعه دقیق قرار گرفته است خصوصاٌ بعد از شوک نفتی سال 1973. در حال حاضر نمونه‌هایی از این موتور در سرتاسر جهان مورد استفاده قرار گرفته است. مثل موتور استرلینگ خورشیدی، چشمه‌های آب گرم، سیستم تهویه مطبوع استرلینگ، یخچال استرلینگ، سیستم تولید نیرو زیردریایی که بی‌سروصدا بودن آن خیلی مهم است. در آینده‌ای نزدیک شاهد نسل نوینی از این موتورها و کاربردهای جدید آن خواهیم بود مثل:
Stirling Cryo – Coolero Vuilleumier Heat pump, Solar Power System, Underwater Vehicle
رابرت استرلینگ تا سن 86 سالگی در کلیسای اسکاتلند بعنوان مبلغ مذهبی خدمت می کرد و اوقات فراغت خود را روی ساخت و تکمیل یک نمونه موتور گرمایی از این نوع در کارگاه کوچک منزل خود می گذراند.
مزایای موتور استرلینگ
امروزه از موتور استرلینگ در موارد بسیار تخصصی مثل زیردریایی و مولدهای کمکی، جاییکه عملکرد بی‌سروصدا اهمیت دارد، استفاده می شود. این موتورها یک دسته از موتورهای حرارتی خاص هستند زیرا بازده آنها تقریباً نزدیک ماکزیمم بازدهی است که توسط تئوری پیش بینی می شود (بازده چرخه کارنو). این موتور با گاز کار می کند. انبساط آن هنگام گرم شدن و انقباض آن هنگام سردشدن نیروی این موتور را تامین میکند. این مقدار گاز بین دو انتهای سرد و گرم در حرکت است و هیچگاه از این چرخه خارج نمی شود. یک پیستون وظیفه انتقال گاز به دو منبع سرد و گرم را انجام می دهد که حرکت آن ناشی از انبساط و انقباض حجم گاز است.
همانطور که گفته شد این گاز هیچوقت از موتور استرلینگ خارج نمی شود. این موتور برخلاف موتورهای دیزلی یا بنزینی هیچ کانال تخلیه ندارد زیرا اساس کار آن بر احتراق سوخت نیست بنابراین کاملاً بی صدا عمل می کند. منبع تامین گرمای آن میتواند انرژی خورشیدی، سوخت‌های فسیلی یا هر نوع گرمای اتلاف شده در طبیعت باشد.
نوعی از این موتور بنام موتور استرلینگ خورشیدی که توسط شرکت Stirling Energy System Inc. تهیه شده است از سال 1984 تا حال حاضر مدت 20 سال است که در نهایت بازدهی مؤثر در حدود 30000 ساعت تابش نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده است. این شرکت در حال حاضر با سرمایه‌گذاری مشترک شرکت بویینگ و دپارتمان انرژی ایالات متحده و لابراتوار ملی سانیدا (Sanida) مشغول کار روی استفاده اقتصادی از این سیستم هستند.
موتور استرلینگ چگونه کار میکند؟
موتورهای استرلینگ دو پیستون دارند که با هم اختلاف فاز زاویه‌ای 90 درجه دارند و دو مخزن دمایی مختلف دارند. گاز درون این مجموعه کاملاً محبوس شده است و از مجموعه خارج نمی شود. دو نوع اصلی این موتورها عبارتند از موتورهای استرلینگ دو پیستونه و موتورهای استرلینگ جابجا کننده . که نحوه کار هرکدام در شکل‌های زیر توصیف شده است.
این دو نوع اصلی می توانند در مدل‌ها و ساختارهای مختلف منطبق با نوع کاربرد آن طراحی شوند.
موتور استرلینگ یک موتور احتراق خارجی است و تقریباً مثل موتور بخار عمل میکند اما سوخت آن موضوع مهمی نیست و می تواند با هر منبع تولید گرما کار کند. گاز محصور شده در آن (هوا، هلیوم یا هرچیز دیگر) با گرم شدن دچار افزایش فشار می شود. این افزایش فشار باعث هل دادن پیستون و انجام کار می شود. گاز سپس سرد می شود و فشار آن کاهش می یابد و پیستون دوباره به محل اولیه خود برمی گردد. این گاز مرتباً با همان مقدار گاز ثابت اولیه تکرار می شود. در این فرایند هیچ احتراق، جرقه، مصرف سوخت و ... اتفاق نمی‌افتد.
این دو نوع اصلی می توانند در مدل‌ها و ساختارهای مختلف منطبق با نوع کاربرد آن طراحی شوند.
موتور استرلینگ یک موتور احتراق خارجی است و تقریباً مثل موتور بخار عمل می کند اما سوخت آن موضوع مهمی نیست و میتواند با هر منبع تولید گرما کار کند. گاز محصور شده در آن (هوا، هلیوم یا هرچیز دیگر) با گرم شدن دچار افزایش فشار می شود. این افزایش فشار باعث هل دادن پیستون و انجام کار می شود. گاز سپس سرد می شود و فشار آن کاهش می یابد و پیستون دوباره به محل اولیه خود برمی گردد. این گاز مرتباً با همان مقدار گاز ثابت اولیه تکرار می شود. در این فرایند هیچ احتراق، جرقه، مصرف سوخت و ... اتفاق نمی‌افتد.
مطالب مرتبط:
ماشین استرلینگ
موتورهای حرارتی
ساخت موتور حرارتی با چرخ دوچرخه
منبع: roboeq
