저온 스털링 엔진과 와류관이 있는 동력 장치. 계획, 설명

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저온 스털링 엔진과 보텍스 튜브가 있는 동력 장치. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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히트 펌프나 스털링 사이클 엔진을 사용하여 저온 열 에너지를 산업용 열로 변환할 수 있습니다. 스털링 사이클 열 펌프는 문헌에서 광범위하게 다루어집니다. 여기서 우리는 Ranque-Hilsch 효과로 인해 냉각 장치의 가열 및 냉각에 충분한 온도에서 열을 얻을 수 있는 와류관의 사용을 고려합니다.

설치의 일반적인 계획은 그림에 나와 있습니다. 2.4.1. 열원으로는 폐수의 열, 저수지의 열, 지구(우물)의 열을 사용할 수 있습니다. 스털링 엔진의 가열 부분으로의 열 전달은 히트 파이프에 의해 수행됩니다. 쿨러는 저온 환경입니다. 겨울에는 대기, 여름에는 얼음 덩어리가 저장됩니다.

스털링 사이클 엔진은 Beale free 피스톤 엔진 또는 다이어프램 구동 엔진일 수 있습니다. 이러한 엔진의 특성은 크랭크 메커니즘이 있는 엔진과 다릅니다. 그들은 완전히 밀폐되어 거의 모든 작동 유체를 사용할 수 있습니다.

저온 스털링 엔진과 와류관이 있는 동력 장치
Pic.2.4

엔진 그림. 2.4.2. 세 가지 주요 요소로 구성되어 있습니다: 강력하게 작동하는 피스톤, 가벼운 디스플레이서 및 씰이 있는 실린더. 작동 캐비티는 피스톤 위에 위치하며 작동 피스톤과 디스플레이서 사이의 압축 캐비티와 디스플레이서 위의 확장 캐비티로 나뉩니다. 확장 공동은 히터와 상호 작용하고 압축 공동은 냉각기와 상호 작용합니다.

(이 회로에서) 엔진은 가스 압축기로 사용됩니다. 진동 작동 피스톤은 압축기 피스톤 역할도 합니다. 이러한 유형의 엔진에 대한 연구(Agbi, 1971)는 상당히 만족스러운 작동을 보여주었습니다(그림 XNUMX).

이 계획에 대해 더욱 유망한 것은 모터 캐비티를 완전히 밀봉하는 멤브레인형 압축기 엔진입니다.

정상 조건과 비교하여 저온 스털링 엔진 사이클의 열역학적 효율을 분석한 결과 예상대로 낮은 작동 매개변수가 드러났습니다. 예를 들어 히터 온도 300K와 냉각수 온도 250K에서 사이클은 17%에 불과하지만 폐 저온 재생 열이 여기에서 처리된다는 사실을 고려하면 시스템이 상당히 경쟁력이 있습니다.

저온 스털링 엔진과 와류관이 있는 동력 장치
그림 2.4.2. 자유 피스톤형 스털링 엔진(Beale 방식, Beale W.): 1. 히터의 히트 파이프; 2. 히터; 3. 디스플레이서; 4. 본체 5. 쿨러; 6. 디스플레이서 로드; 7. 피스톤; 8. 압축 공기 배출구; 9. 공기 흡입구; 10. 무거운 피스톤; 11. 카터

특히 흥미로운 점은 엔진에 XNUMX상 작동 유체를 사용하는 것입니다. 스털링 엔진의 이론은 엔진의 비출력을 높이려면 작동 과정의 평균 압력을 높여야 함을 보여줍니다. 그러한 엔진의 작업량 비율 2~2,5를 초과하는 경우는 거의 없으며 압력 변화는 전적으로 이 숫자에 의해 결정됩니다. 하부 압력이 대기압과 같거나 가까울 때 상부 압력은 0,3-0,5 MPa를 초과하지 않습니다. 그러나 1,3상 작동 유체(예: 끓는점이 4,4인 부타디엔-XNUMX)°씨; 암모니아 - 33°씨; cis- 및 trans-Butene-2, 각각 +3 및 0°C 등)을 사용하면 더 높은 평균 사이클 압력을 얻을 수 있습니다.

모든 작동 유체의 경우 액체의 특정 부피는 포화 증기의 부피보다 훨씬 적습니다. 평균 압력이 증가하면 출력 전력이 증가하고 증발 및 응축 공정을 통한 열 전달이 향상됩니다.

따라서 2상 작동 유체를 사용할 때 동일한 온도 한계에서 작동 동력을 3-XNUMX배 증가시킬 수 있습니다.

스털링 엔진의 잘 알려진 장점(조용한 작동, 유해한 배출물 없음, 기밀성 및 진동 없음)은 동력 장치를 거주 구역 가까이에 배치할 수 있기 때문에 이 계획에서 특히 중요합니다. .

보텍스 튜브는 오늘날 열과 냉기를 동시에 생산하기 위한 가장 단순하고 연구된 도구입니다. 뜨거운 가스 흐름과 차가운 가스 흐름 사이의 비율은 아주 간단하게 조절됩니다. 겨울에는 대부분의 에너지가 난방에, 여름에는 냉각에 소비됩니다.

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