스털링 엔진이란? 스털링 엔진은 어떻게 작동합니까? 스털링 엔진은 어떻게 발견 되었습니까? 어떤 분야에서 사용됩니까? 열 에너지는 어떻게 운동 에너지로 변환됩니까? 스털링 엔진에 대한 자세한 내용은 기사에 나와 있습니다.

스털링 엔진이란?

스털링 엔진은 닫힌 챔버의 외부 가열에 의해 생성된 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 기계입니다. 열풍 엔진이라고도 합니다. 가열된 공기가 팽창하고 압축되면서 엔진이 움직이기 시작합니다. 1816년 스코틀랜드의 성직자인 로버트 스털링이 발명했습니다. 엔진은 그의 형제인 제임스 스털링이 개발했습니다. 발명가 시대에는 증기 동력 기계가 사용되었으며 상당히 위험했습니다. 그들은 더 신뢰할 수 있는 대안을 찾기 시작했습니다. 그들이 원하는 것은 열 에너지를 운동 에너지로 직접 변환하는 것이었습니다.

스털링 엔진에는 무엇이 있습니까?

파워 피스톤(디스플레이서): 밀폐된 챔버내의 가스를 이동시키는 역할을 합니다. 일반적으로 베타 및 알파 유형 엔진에 사용됩니다.
피스톤: 엔진의 실린더를 움직여 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 데 도움이 됩니다.
플라이휠: 피스톤이 부착되는 구조입니다. 이 구조의 임무는 생성된 기계적 에너지를 움직이는 부품으로 전달하는 것입니다.
냉각기: 밀폐된 챔버의 가스를 식히는 데 도움이 됩니다. 엔진을 장기간 사용할 수 있도록 도와줍니다.
히터: 엔진에서 가장 중요한 부품입니다. 닫힌 챔버의 가스를 가열하여 열 에너지를 운동 에너지로 변환하는 데 사용됩니다.

또한 일부 엔진 유형에서는 이들 이외의 다른 구성 요소에 사용할 수 있습니다. 이것은 전적으로 개발자의 재량입니다.

스털링 엔진의 작동 원리

스털링 엔진은 절연된 양의 작동 가스(보통 공기 또는 헬륨, 수소와 같은 가스)의 가열 및 냉각을 반복하여 작동합니다.

가스는 가스 법칙(압력, 온도 및 부피에 상대적)에 의해 정의된 거동을 나타냅니다. 가스가 가열되면 절연된 공간에 있기 때문에 압력이 상승하고 파워 피스톤에 영향을 주어 파워 스트로크가 발생합니다. 가스가 냉각되면 압력이 떨어지고 결과적으로 피스톤은 리턴 스트로크에서 수행된 작업의 일부를 사용하여 가스를 재압축합니다. 결과적인 네트워크 작업은 스핀들에 힘을 생성합니다. 작동 가스는 뜨거운 열 교환기와 차가운 열 교환기 사이를 주기적으로 흐릅니다. 작동 가스는 피스톤 실린더 내에서 밀봉됩니다. 따라서 여기에는 배기 가스가 없습니다. 다른 유형의 피스톤 엔진과 달리 밸브가 필요하지 않습니다.

일부 스털링 엔진은 스플리터 피스톤을 사용하여 작동 가스를 저온 탱크와 고온 탱크 사이에서 앞뒤로 이동시킵니다. 작동 가스는 여러 실린더의 파워 피스톤의 상호 연결 덕분에 실린더를 서로 다른 온도로 유지하여 움직입니다.

실제 스털링 엔진에서 재생기는 탱크 사이에 배치됩니다. 이 열은 고온 측과 저온 측 사이에서 가스 순환이 발생함에 따라 재생기에서 전달됩니다. 일부 설계에서 분리기 피스톤은 재생기 자체입니다. 이 재생기는 스털링 사이클의 효율성에 기여합니다. 여기서 재생기로 언급된 구조는 실제로 일부 공기가 통과하는 것을 방지하지 않는 견고한 구조입니다. 예를 들어 이 작업에는 강철 볼을 사용할 수 있습니다. 공기가 차가운 방과 따뜻한 방 사이를 이동할 때 이 재생기를 통과합니다. 뜨거운 공기가 차가운 부분에 도달하기 전에 이 볼에 약간의 열 에너지를 남깁니다. 찬 공기가 뜨거운 쪽으로 흐르면서 이전에 방출된 열에너지로 조금 따뜻해집니다. 즉, 뜨거운 부분에 들어가기 전에 공기를 예열하고 차가운 부분에 들어가기 전에 미리 냉각시켜 엔진의 효율을 높인다.

이상적인 스털링 엔진 사이클은 동일한 입구 및 출구 온도에 대해 Carnot 열 엔진과 동일한 이론적 효율을 갖습니다. 열역학적 효율은 증기 기관보다 높습니다. (또는 일부 단순 내연 기관 및 디젤 엔진)

모든 열원은 스털링 엔진에 동력을 공급할 수 있습니다. 외연기관에서 연소라는 표현을 잘못 이해하는 경우가 많습니다. 열원은 연소에 의해 생성될 수 있지만 태양 에너지, 지열 에너지 또는 원자력 에너지일 수도 있습니다. 마찬가지로, 온도 차이를 만드는 데 사용되는 저온 소스는 주변 온도보다 낮은 다른 재료일 수 있습니다. 냉수 또는 냉매를 사용하여 냉각할 수 있습니다. 그러나 저온원에서 얻을 수 있는 온도차가 낮기 때문에 더 큰 질량으로 작업해야 하고 펌핑에서 발생하는 전력 손실로 인해 사이클의 효율이 저하됩니다. 연소 생성물은 접촉하지 않습니다. 엔진의 내부 부품과 함께. 스털링 엔진의 윤활유 수명은 내연 기관보다 깁니다.

스털링 엔진 유형

스털링 엔진에는 3가지 주요 유형이 있습니다. 다른 엔진 유형은 3 엔진의 개선된 버전입니다.

알파형 스털링 엔진:

이것은 두 개의 피스톤, 플라이휠, 피스톤이 있는 폐쇄된 가스 챔버, 열교환기, 열 발생기 및 플라이휠로 구성됩니다. 열원으로 상단에 위치한 피스톤 영역을 가열하여 내부의 가스를 활성화하는 것을 목표로합니다. 가열된 가스는 피스톤을 앞뒤로 밀기 시작하고 연결된 다른 피스톤이 움직이기 시작하여 뜨거운 가스와 차가운 가스가 챔버에서 변위됩니다. 생성된 에너지는 이 두 피스톤이 연결된 플라이휠을 통해 전달됩니다.

베타형 스털링 엔진:

같은 샤프트에 2개의 피스톤이 있습니다. 이 두 피스톤은 서로 연결되어 있습니다. 피스톤이 바닥에 있는 챔버를 가열하면 닫힌 챔버의 가스가 가열되고 활성화됩니다. 이러한 방식으로 피스톤이 위쪽으로 이동하기 시작합니다. 연결된 다른 피스톤도 차가운 가스가 챔버 내에서 이동하는 데 도움이 됩니다. 피스톤이 부착된 플라이휠은 생성된 에너지를 전달합니다.

감마형 스털링 엔진:

두 개의 개별 피스톤이 있습니다. 피스톤이 더 큰 챔버가 가열되고 그 안의 가스가 활성화됩니다. 이러한 방식으로 플라이휠로 서로 연결된 피스톤이 움직이기 시작합니다.

스털링 엔진의 장점

외부에서 열이 가해지기 때문에 연료와 공기의 혼합을 정확하게 제어할 수 있습니다.
연속적인 열원을 이용하여 열을 공급하기 때문에 미연소 연료량이 매우 적다.
이러한 유형의 엔진은 출력 수준에서 엔진 유형보다 유지보수 및 윤활이 덜 필요합니다.
그들은 내연 기관에 비해 구조가 매우 간단합니다.
그들은 낮은 압력에서도 작동할 수 있으며 증기 공급원 기계보다 안전합니다.
낮은 압력으로 더 가볍고 내구성이 강한 실린더를 사용할 수 있습니다.

스털링 엔진의 단점

엔진을 처음 시동할 때 필요한 열이 필요하기 때문에 연비 측면에서 비용이 높다.
그의 힘을 다른 수준으로 끌어 올리는 것은 매우 어렵습니다.
일부 스털링 엔진은 빨리 시동할 수 없습니다. 그들은 충분한 따뜻함이 필요합니다.
일반적으로 수소 가스는 밀폐된 챔버에서 사용됩니다. 그러나 이 가스의 분자가 아주 작으면 챔버에 유지하기가 어렵습니다. 따라서 추가 비용이 발생합니다.
쿨러 부분은 충분한 열을 흡수해야 합니다. 열 손실이 너무 많으면 엔진의 효율이 떨어집니다.

스털링 엔진 응용 분야

스털링 엔진은 저출력 항공 엔진, 선박 엔진, 열 펌프, 열병합 발전 시스템에 사용됩니다. 오늘날에는 주로 태양광 패널 분야에서 전기를 생산하는 데 사용됩니다.

스털링 엔진이란? 스털링 엔진은 어떻게 작동합니까?