斯特灵发动机

史特林引擎（英語：Stirling Engine）^[1]又名熱空氣引擎，是一种基于斯特林循环（英语：Stirling cycle）的闭循环活塞式热机。闭循环的意思是膨胀和压缩介质一直保存在气缸内；而开循环，如内燃机需要与大气交换气体。

長型史特林機剖面圖： 粉紅–高溫汽缸壁 深灰–低溫汽缸壁（透過黃色通道注入和排出冷卻液） 深綠–溫度隔離壁 淺綠–配气活塞 深藍–活塞 淺藍–曲柄和齒輪 不在圖上的：熱源和冷源。

历史

伦敦的牧师罗伯特·斯特灵（Robert Stirling）于1816年发明的，所以命名为“史特林引擎”（Stirling engine）。

工作原理

史特林引擎2種─大學生5分鐘

斯特林引擎

斯特林发动机透過气体吸收热源的内能，热胀冷缩做功，然后接触冷源，气体压缩，使活塞复位。发动机内的工作气体处于封闭中，因此可以用惰性气体来作为介質。以简单的双缸斯特林为例，斯特林发动机的工作过程可以分为如下几个阶段^[2]：

1. 右侧气缸与热源接触，缸内气体受热膨胀，对右侧活塞做功，活塞上升，接近于等温膨胀过程。
2. 左侧活塞上升，右侧活塞下降，工作气体进入左侧气缸，接近于等容放热过程。
3. 左侧气缸与冷源接触，缸内气体冷却收缩，左侧活塞下降，接近于等温压缩过程。
4. 左侧活塞继续下降，工作气体返回右侧气缸，接近于等容吸热过程，完成一个循环。

理想情况下，等容放热量与等容吸热量相同，等温膨胀吸热量高于等温压缩放热量，输出机械能。

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  共用活塞的活塞斯特林发动机

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  冷热双活塞分离的活塞斯特林发动机

配气活塞式斯特林发动机的原理，配气活塞斯特林发动机有配气活塞和动力活塞两个活塞。其中配气活塞并不密封，气体可以从其和气缸间的缝隙中自由流动：

1. 底部气体受热，配气活塞向上运动。
2. 配气活塞上部气体受到压迫，一部分推动动力活塞运动，一部分从缝隙中进入配气活塞底部受热膨胀继续推动配气活塞。
3. 动力活塞转动，带动飞轮，飞轮带动配气活塞向下运动。
4. 配气活塞压迫气体进入上方，气体被冷却收缩，配气活塞上升，完成一个循环。

背景

在將熱變成機械功的轉換上，斯特林引擎在真實的熱機中可達最高的熱效率，至多80%，僅受工作氣體和引擎材料的不理想性質限制，例如摩擦、熱傳導性、抗張強度、緩慢、熔點等。

只要提供充足熱源，此引擎理論上可用被任何熱源推動，包括太陽能、化學能和核能。

與內燃機相比，斯特林引擎往往維修需求較低，更高效、更安靜、而且更可靠。它們傾向被應用於某些特殊用途以發揚其獨特優點。特別是首要目標非減低每單位功率的投資成本（金錢/千瓦），而是減低引擎產生每單位能量的成本（金錢/度）的時候。

在額定功率下，斯特林引擎的投資成本目前比內燃機引擎高，而且通常更大更重，因此這引擎科技很少單獨以此作為競爭基準。然而在一些用途上（例如需要靜音的潛艇^[3]），適當的本益分析可令斯特林引擎優於內燃機引擎。

近年來，鑑於能源成本普遍上漲，能源短缺和全球暖化之類的環境問題，斯特林引擎的優點愈來愈顯著。也有人将斯特林发动机运用在了实验车辆上。^[4] 對斯特林引擎科技提高興趣促進了斯特林裝置的研發。其應用涵蓋藉由不相容於內燃機的豐富能源抽水、宇基太空航行、發電，像是太陽能、農業廢料還有家庭垃圾。

另一個斯特林引擎的潛力是，若供應機械功，它可以作為一種熱泵。已有實驗利用風能驅動斯特林熱泵作為家用冷暖空調。

 

很小的斯特林发动机

問題在于（1）散熱器巨大，无法用于移動机器如汽車，（2）材料要求過高，沒有材料可平價用于大功率引擎。

相關條目

• 地熱能
• 太陽能
• 蒸汽機
• 絕氣推進
• 哥特兰级潜艇
• 蒼龍級潛艇

资料来源

1. 邓迪的史特林引擎. hotairengines.org. [2020-06-19]. （原始内容于2020-06-06）. 
2. 斯特林发动机工作原理 互联网档案馆的，存档日期2009-07-11.
3. 零距离细看日本最强AIP潜艇工艺. [2009-05-18]. （原始内容于2010-03-04）. 
4. . [2009-05-19]. （原始内容存档于2009-07-11）. 

延伸閱讀

• R.C. Belaire (1977). "Device for decreasing the start-up time for stirling engines", US patent 4057962. Granted to Ford Motor Company, 15 November 1977.
• P.H. Ceperley. A pistonless Stirling engine—The traveling wave heat engine. Journal of the Acoustical Society of America. 1979, 66 (5): 1508–1513. Bibcode:1979ASAJ...66.1508C. doi:10.1121/1.383505. 
• P. Fette. . [2009-01-19]. （原始内容存档于2001-03-08）. 
• P. Fette. . [2009-01-19]. （原始内容存档于2001-03-08）. 
• D. Haywood. (PDF). [2009-01-19]. （原始内容 (PDF)存档于2007-09-26）. 
• Z. Herzog. . Mont Alto: Pennsylvania State University. 2006 [2009-01-19]. （原始内容存档于2007-04-03）. 
• F. Kyei-Manu; A. Obodoako. (PDF). 2005 [2009-01-19]. （原始内容 (PDF)存档于2009-03-06）. 
• Lund University, Department of Energy Science: Division of Combustion Engines. . [2009-01-19]. （原始内容存档于2008-04-19）. 
• N.P. Nightingale. NASA Automotive Stirling Engine MOD II Design Report (PDF). NASA. 1986 [2009-01-19]. （原始内容 (PDF)于2010-05-18）. 
• D. Phillips. . 1994 [2009-01-19]. （原始内容存档于2009-01-19）. 

外部連結

维基共享资源中相关的多媒体资源：斯特灵发动机

• 开放式目录计划中和斯特灵发动机相关的内容
• I. Urieli (2008).
• Simple Performance Prediction Method for Stirling Engine （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Explanations stirling engine and demos （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Shockwave3D models: and