斯特林直线发电机的发展现状及应用

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1、斯特林直线发电机的发展现状及应用[摘要]介绍了斯特林直线发电机的特点，分析了斯特林直线发电机的原理以及国内外的发展现状，并对目前的应用场合进行了介绍，最后展望了斯特林直线发电机的发展前景。[关键词]斯特林直线发电机；原理；发展中图分类号：TB857+.3文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）46-0380-020引言20世纪以来，随着科学技术、社会经济的不断发展，人民的物质生活不断提高，人们对能源的需求越来越大，然而在目前这个依然以化石燃料为主要能源支柱的社会中，由于石油等化石燃料的短缺而造成的能源危机屡次出现，并且由于现代

2、科学、工业技术如此发达，也造成了环境的污染以及由于二氧化碳的排放导致了温室效应。对于目前人类来说，寻找一种干净无污染的新能源显得如此重要。对于传统的内燃机旋转发电机来说，存在着效率低并且高排放等缺点，并且存在着中间机械传动机构，增加了损耗，降低了效率[1]，而采用斯特林发动机与直线发电机相结合，减少了中间的机械传动结构，使整个系统更紧凑、可靠，系统效率也得到大幅提升，相比于内燃机，斯特林直线发电机存在以下优点[2-4]：9（1）振动小、噪音低斯特林发电机的工作腔与大气隔绝，压力上升的速率也不高，由于没有传动机构，所以运转十分安静，不必使用隔

3、声或消音装置。（2）排放低斯特林发电机是外燃机，不像内燃机那样需要每个循环与外界交换气体，斯特林发电机的工作燃气一直保存在气缸内，而不需要与大气交换气体，因此它的排放很低，污染很小。（3）结构简单无需燃气压缩机，无需排气装置，比内燃机少50%的零部件，维护成本较低。（4）燃料选材广泛连续燃烧加热允许使用最广泛的燃料和能源，其中包括气体、液体、固体燃料以及各种再生能源。同时还可以直接使用放射性能源产生的热量进行运行发电，这是其它原动机所不具备的能力。（5）效率高没有连杆、轴或轴承，只有滑动配合，由工质本身作为润滑剂，因而有非常高的机械效率。一

4、台输出功率为1kW的斯特林发电机，机械效率可达90%多；而曲柄连杆式发动机的机械效率一般只有80%左右。9斯特林直线发电机因其存在以上一系列优点而备受人们关注，也决定了它在工业中的各个领域有着广阔的应用前景。1工作原理斯特林发动机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机，与传统的内燃机相比，斯特林发动机是一种外燃机，它是依靠外部的热源对其密封在机器中的工质进行加热，进行闭循环，就是说工作燃气一直保存在气缸内，而不需要与大气交换气体[5]。斯特林发动机在做功时，不是通过燃料在气缸内部瞬间升到很高的温度和压力进行爆震去推动活塞，而是依靠外部

5、的热源对其热膨胀气缸持续传热，由机器内部不断升温升压的工质去推动活塞做功，因此在工作时较内燃机要平稳，而且噪音要小很多，另外斯特林引发动机往维修需求较低，工作起来更高效、更安静、而且更可靠。9斯特林直线发电机的结构如图1所示，由斯特林原动机和直线发电机两大部分构成，通过斯特林原动机的动力活塞与直线发电机的动子相连接。斯特林原动机属于外燃机，在整个周期中为一个封闭的循环，主要由膨胀腔、压缩腔、配气活塞、动力活塞、加热器、冷却器、回热器和气缸这几部分构成。靠近冷却器一端的为压缩腔，而靠近加热器一端的为膨胀腔，而配气活塞的运动可以调整压缩腔与膨胀

6、腔的气体的比例，斯特林原动机的工作是通过外部热源对于气体进行加热，从而使得膨胀腔内气体压力增大，首先推动配气活塞运动，使得压缩腔内的气体压力变大，从而推动动力活塞运动，带动直线发电机的动子运动而发电的。2国内外发展现状十八世纪，由于当时蒸汽机工作很不可靠，并且效率很低，因此在1816年，英国人罗伯特？斯特林发明了斯特林发动机[6]，但由于当时缺乏良好的耐热材料以及人们对斯特林发动机的性能了解很少，以致及其的效率和功率都很低，因此到十九世纪中叶的时候，当高效率的内燃机出现后，斯特林发动机的研制工作就停止了。而再一次开始斯特林发动机的研制就要到

7、二十世纪了，1938年，荷兰的飞利浦公司开始了现代斯特林发动机的研制工作，从20世纪的30年代至60年代，发展了现代的斯特林发动机，并用于发电、船舶、汽车、农业机械等领域。之后多家公司开始研究斯特林发动机，从技术继承上来讲，其中主要包括联合斯特林发动机公司（UnitedStirling）、考库姆斯公司（KockumsAB）、德国SOLO公司、美国STM公司（StirlingThermalMotors.Inc）、美国SES公司（StirlingEngineSystems.Inc）等。欧美政府很重视斯特林发动机的发展和应用，尤其是将其应用于太阳

8、能碟式热发电系统中。从20世纪70年代起，经过四十年左右的发展，现在美国的几十千瓦级的斯特林发动机技术已经很成熟了，而德国、瑞典等国家也有比较成熟的斯特林发动机技术。9美国Sun