斯特林循环的制冷应用

1、斯特林循环的制冷应用，王家乐，斯特林循环的制冷应用，一斯特林循环系统的原理和特点介绍。 利用了馀热、煤气、太阳能等热源的斯特林发动机产生动力制冷。 三斯特林制冷循环的特点和应用。 3，1.1斯特林循环The Stirling cycle，斯特林循环的等温过程两个等温过程两个绝热过程，理论斯特林循环效率是卡农效率，即在一定高温热源和低温热源之间工作的热机的最高效率，两者的逆循环也是一样的。 4，1.2斯特林热机的发展历史，斯特林周期是英国牧师罗伯特斯特林在1816年发明的，根据该周期发明了著名的斯特林引擎(Stirling ngine )。 斯特林热机的发展历史是，1843年斯特林及其弟弟将热效

2、率从8%提高到18%，电力达到45马力，之后很长时间仅次于蒸汽发动机的热机。 1860年柯克成功地将斯特林循环的逆循环用于制冷，但是没有实用化。 1910年以后，由于汽油发动机和柴油机的出现，斯特林发动机被完全淘汰。 1940年以后，菲利普致力于现代斯特林引擎的研究，之后gm也开始了大量的研究。 主要是汽车和特殊斯特林发动机。 因为技术和成本，其间斯特林冷冻机主要用于宇宙领域和红外线传感器的冷却，制冷温度几乎在100K以下，制冷量在几毫瓦到几瓦的范围内很小。 目前斯特林热机利用最广泛的是盘式太阳能发电，有API等特殊环境的动力装置。 1.4斯特林发动机的原理，斯特林发动机是外燃、闭式循环往复活

3、塞式热发动机。 主要包括热源、冷源、闭式循环系统、动力传递系统(包括工质密封系统)、负载控制系统、启动等辅助系统。 与通过燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机不同。 那个燃料在汽缸外的燃烧室连续燃烧，通过加热器传递到工学，工学不直接参与燃烧，也不更换。 实际上斯特林热机有很多热损失，主要有穿梭热损失、泵气损失、回热损失、热传导损失等。 实际的斯特林循环效率比卡诺循环效率低。 实际循环为右图：1.5斯特林发动机的性能分析，实际循环P-V图，斯特林发动机的循环效率：为回热器效率，系数=TH/TL； =CP/CV； V0=V1/V2； 斯特林发动机是外燃闭式循环往复活塞式热发动机，理想的热循环被称为

4、斯特林循环。 它具有明显优于内燃机的两个特征：一、利用各种能量，无论是常用的液体燃料还是气体燃料，还是固体燃料，无论是太阳能、化学反应能和放射性同位素能源，工厂的废热只要产生一定温度的热，斯特林发动机就能工作。 二、振动噪声低，排放污染小，具有良好的环境特性。 与内燃机相比热源温度不必太高，一般750以内远低于内燃机的气缸温度。 而且热源的燃烧是连续的，在工学上不燃烧。 循环压力比通常小于2，运转顺利。 外燃机的输出和效率不受海拔高度的影响，非常适合在海拔高的地区使用。 三、DIY比内燃机亮点非常容易，1.6斯特林循环的特征是，现在斯特林引擎作为动力机械比较成熟，特别是盘/斯特林太阳能发电机的

5、应用广泛，不同型号的斯特林引擎正在量产。 采用废热(馀热、气体、太阳能等) 斯特林发动机的制冷机组方式的总制冷效率和吸收式制冷持平，特别是近年来温度差小于400度的高效斯特林发动机的研究取得了成功，该方式的可行性越来越高。在边境地区、沙漠、海岛等地，设置电网的投资过大，柴油发电的成本过高，外燃机可以利用太阳能、甲烷、植物、垃圾等发热源发电。 采用：热能斯特林引擎电能普通冷冻机的制冷非常适合。 11、2.2盘式太阳能斯特林发电，搭载了斯特林发动机的太阳能发电站，发明以来，斯特林发动机的发展比不上内燃机等热机，但现在斯特林发动机在太阳能发电领域已经成为“日中日”。 2 .2盘式太阳能斯特林发电，1

6、2盘式/斯特林太阳能发电具有清洁、高效率(最高热电转换效率约为29.4%，比太阳能发电的22%高的效率)、灵活的使用(作为分散系统可以单独供电，也可以同时发电)的优点近20年来，在西方发达国家发展迅速。 现在，分布式发电的光盘系统的成本与光电站的系统成本相近。 斯特林太阳能发电的优点是，通过在热室中装入气体/燃料辅助加热装置，即使光不足也能继续发电。 比起太阳能和风力更适合作为分散发电系统。 3.1斯特林制冷循环、斯特林制冷循环的工程交替流过室温室、冷却器、回热器、冷热交换器和冷房室等部分，气体总量不变，故为闭式循环。 循环的理论性能系数在同温度下与卡诺循环的性能系数相等的理想斯特林制冷循环，

7、要求活塞进行折线性的断续运动，如右图的虚线所示，很难实现。 右图的基于曲柄连杆机构的双活塞构造通常成为热分析的基本形式。 热端、冷端、3.2斯特林制冷循环的特点，以往是技术成本和生产成本高的原因，斯特林制冷机主要用于宇宙领域和红外线传感器的冷却，制冷温度几乎低于100 K，制冷量小，20世纪80年代以后，随着斯特林制冷技术的成熟，其特别是传统制冷系统受到ODP (臭氧层破坏)和GWP (温室效应)越来越严格的限制，为斯特林制冷技术的繁荣提供了宝贵的历史机遇。 斯特林制冷与传统的蒸汽压缩制冷有很大差异，斯特林制冷一般以一体式斯特林制冷为冷热源，主要以氦气为循环工程，其原理是工程膨胀制冷，因此没有

8、节流系统和蒸发器。 相对于传统的蒸汽压缩制冷系统，采用斯特林制冷循环的新型制冷系统具有高效、“绿色”制冷剂、制冷温度区宽等特点，在环境保护和节能方面具有明显优势。 20世纪90年代以来，国内外斯特林技术研究机构提出和开发了可用于商业冷冻(冷冻温度超过120K )领域的斯特林冷冻系统。 但是，规模化的业务应用还不成熟。 3.3斯特林循环冷冻的应用实例，韩国LG公司的Kim等人用自由活塞斯特林冷冻机冷冻60L冰箱，使冰箱内的温度保持在-20，结果相对于蒸汽节流冷冻系统显示了25%的节能。 以色列PS公司与法国电力公司PS合作开发出采用旋转电机曲柄连杆结构的斯特林冷冻机，其结构如图所示，基本上完成了应用开发阶段。 16，3.4斯特林冷冻的