带有低温斯特林发动机和涡流管的动力装置。方案、说明

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动力装置采用低温斯特林发动机和涡流管。无线电电子电气工程百科全书

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使用热泵或斯特林循环发动机可以将低温热能转化为工业热量。斯特林循环热泵在文献中被广泛提及；在这里，我们考虑使用涡流管，由于 Ranque-Hilsch 效应，涡流管可以在足以供制冷装置加热和制冷的温度下获得热量。

安装总体方案如图2.4.1所示。 XNUMX. 作为热源，可以利用废水的热量、水库的热量、地（井）的热量。斯特林发动机受热部分的热传递是通过热管进行的。冷却器是一个低温环境——冬季是大气，夏季是储存的冰块。

斯特林循环发动机可以是比尔自由活塞发动机或隔膜驱动发动机。此类发动机的特点与带有曲柄机构的发动机不同；它们是完全密封的，几乎可以使用任何工作流体。

图2.4.1（点击放大）

发动机图。 2.4.2. 由三个主要元件组成：重型工作活塞、轻型置换器和带密封件的气缸。工作腔位于活塞上方，分为工作活塞和置换器之间的压缩腔和置换器上方的膨胀腔。膨胀腔与加热器相互作用，压缩腔与冷却器相互作用。

发动机（在此电路中）用作气体压缩机，即振荡工作活塞还用作压缩机活塞。对这种类型发动机的研究（Agbi，1971）表明其运行相当令人满意（图 XNUMX）。

该方案更有前途的是电机腔绝对密封的薄膜式压缩机发动机。

与正常条件相比，对低温斯特林发动机循环的热力学效率进行的分析表明，正如预期的那样，运行参数较低：例如，在加热器温度为 300 K、冷却剂温度为 250 K 时，热效率循环率仅为17%，但考虑到在这里处理废弃的低温可再生热能，该系统就变得相当有竞争力。

带有低温斯特林发动机和涡流管的动力装置
图2.4.2。自由活塞式斯特林发动机（Beale方案，Beale W.）：1.加热器热管，2.加热器，3.置换器，4.壳体，5.冷却器，6.置换器杆，7.活塞，8.压缩空气出口，9. 进气口，10. 重型活塞，11. 曲轴箱

特别令人感兴趣的是在发动机中使用两相工作流体。斯特林发动机的理论表明，要提高发动机的比功率，就必须提高工作过程的平均压力。这种发动机的工作容积Vmax/Vmin之比很少超过2-2,5并且压力变化完全由这些数字决定。当下部压力等于或接近大气压时，上部压力不超过0,3-0,5MPa。然而，两相工作流体 - 例如（丁二烯-1,3，其沸点为 4,4°和; 氨 - 33°从; cis- 和 trans-Butene-2 +3 和 0，分别°C等）使得可以获得更高的平均循环压力。

对于任何工质，液体的比体积远小于饱和蒸汽的体积。随着平均压力的增加，输出功率增加，并且通过蒸发和冷凝过程的传热得到改善。

因此，当使用两相工作流体时，在相同的温度极限下可以将工作功率提高2-3倍。

斯特林发动机众所周知的优点——运行安静、无有害排放、密封性和无振动——在该方案中尤其有价值，因为它们允许将动力装置放置在靠近生活区的地方。

涡流管是当今用于同时产生热和冷的最简单且经过研究的工具。热气流和冷气流之间的比例非常简单地调节，即冬季，大部分能源用于供暖，夏季则用于制冷。

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