毕业专题史特灵引擎指导教授康尚文助教黄柏寿组长林冠颖组员.docx

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毕业专题史特灵引擎指导教授康尚文助教黄柏寿组长林冠颖组员

畢業專題

史特靈引擎

指導教授：

康尚文

助教：

黃柏壽

組長：

林冠穎

組員：

吳忞軒

史特靈引擎（StirlingEngine）介紹：

史特靈引擎一般而言，大致分為兩種可能的配置：

第一種配置利用一個動力活塞（Piston）壓縮或膨脹氣體，另利用一個移氣器（Displacer）使工作氣體在氣缸內來回流動；第二種配置則不用移氣器，完全利用兩個活塞來達到壓縮膨脹氣體與來回驅趕氣體的目的。

當氣缸內部氣體被驅趕至加熱部而受熱時，即因膨脹推動動力活塞而對外作功。

史特林引擎分為以下三大類：

史特靈引擎是一種外燃式的熱循環引擎，或稱為熱機。

它是基於史特靈熱循環的原理來產生運作。

史特靈引擎的理論效能幾乎接近於熱機的最大理論效能－卡諾循環（CARNOT）效能。

卡諾循環是所有熱機運作期盼達到的理論，即由兩個等溫過程和兩個絕熱過程所組成的循環，此時功可以完全轉變為熱，而且熱能完全轉變為功，這期間是可逆的。

而當按照相反的順序實行操作，系統和外界都恢復原狀。

史特靈引擎（StirlingEngine）工作原理：

從熱力學理論來看，系統所做的功是可以100%轉變為熱能，但是引擎的運作是利用熱能來轉換成功，而實際上這樣的轉換是無法達到100%。

通常熱機引擎的運作是利用高低溫差來吸收與釋放熱量，將其間的溫差轉變為所輸出的功。

利用輸出的功，我們便可以使用來推動運作其他機械，形成動力。

根據熱學理論，具有質量的物質，會有熱脹冷縮的效應，因此，當氣體遇熱會產生膨脹，遇冷則收縮。

因此，若能使氣體反覆進行膨脹與收縮，那將可以得到一種機械式的往復運動，並利用它來推動活塞。

於是可設計出高、低溫室如下：

史特靈引擎技術瓶頸：

近幾年來，史特靈引擎的研發工作進展快速，惟其相關技術仍存在有下列幾項瓶頸：

●史特靈引擎的加熱元件（包含加熱器、氣缸、再生器等）長期在高溫的情況下工作，承受極高的熱負荷及機械負荷，必須使用高溫耐熱的材料製造，所以造價較為昂貴。

因此，尋找替代用材料及尋求適合於大量製造的加工方法是當前存在的瓶頸。

●對於密閉式史特靈引擎的工作性能及使用壽命，密封裝置的可靠性及耐久性影響很大。

密閉循環系統中的工作流體壓力越高，對密封的要求也隨之增高，而增大功率最好的方法即是進一步提高工作流體的壓力。

因此，更進一步的密封技術是當前史特靈引擎存在的瓶頸。

●雖然史特靈引擎在理論上擁有極高的效率，但在實際應用上，各機件接觸面的摩擦力使實際性能與理論值產生極大的差異。

又由於不同的機構形態產生的摩擦也不盡相同，因此如何降低史特靈引擎的摩擦力，也是當前的困難之一。

●欠缺完整的理論預測模式，因此理論與實測間相互配合仍難達成。

理論模式應用在最佳化方面的研究，目前也因此停滯不前。

●目前既有的史特靈引擎技術民生用小型發電應用的系統技術相對不足。

所謂小型系統係指100W至1KW的規格系統，其主要特徵為無潤滑、重量輕、體積小，具備可攜帶之優點。

以國內的現況而言，僅有極少數研究人員投入從事相關研究，因此成果分散，欠缺設計技術整合。

未來展望：

而近來由於環保意識的抬頭，史特靈引擎的熱源多樣化、熱效率高、汙染少、噪音小、機構簡單的特點促使它再度被注意。

史特靈引擎雖然是發明已久的引擎，但是由於它的特性與潛力，使得它至今仍不斷研究與改進，尤其是溫度控制技術與製作材料的突破，使得史特靈引擎的魅力依舊存在。

選擇Beta型StirlingEngine動機：

●網路上參考資料後比較感興趣

●馬力大比較容易動

●學長沒做過這類型的

●Beta型引擎是史特靈引擎的典型構造，直到今日還是最常為人所使用的。

最早於1816年所提出的史特靈引擎構想即是Beta型的引擎。

beta型Stirling引擎簡介：

不同於α型，β型引擎為同軸式活塞型（coaxialpiston-displacerStirlingengine），具有一動力活塞與一移氣器，二者位於同一氣缸，且沿相同軸移動。

靠近冷卻器的是動力活塞，靠近熱源的為移氣器。

移氣器並不傳遞功率，其作用是使工作流體在冷缸及熱缸間來回流動。

參考模型機構：

進度規劃：

三下：

持續修改圖形

暑假：

找材料、與工廠聯繫並討論修改圖形、

　　　首先加工汽缸

四上：

持續修改各部份與陸續加工各部位

SolidWorks圖（最初）：

線架構圖：

爆炸圖：

汽缸（修改後）：

活塞＆連結曲柄軸：

曲柄軸：

組合圖：

細部零件尺寸圖：

●底板：

●汽缸支架：

●曲柄軸支架：

●汽缸：

●汽缸散熱器：

●活塞１：

●活塞２：

●連接活塞１之桿件１：

●連接活塞２之桿件２：

●連接桿件１、桿件２與曲柄軸間之桿件３：

●曲柄軸：

●曲柄軸之間的ＰＩＮ：

●曲柄軸與支架之間的ＰＩＮ：