Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
發明者年代紀要 史特林引擎早在1816年由Robert Stirling先生所發明，當時史特林引擎曾經被認為有潛力成為很有效率的引擎，但是近兩百年來史特林引擎始終沒有成為引擎的主流派，內燃機引擎出現後史特林引擎便被打入冷宮，直到今天史特林引擎仍然只有在一些很特殊的應用場合中被使用，像是潛水艇或者是遊艇的輔助發動機。目前雖然還沒有看到史特林引擎成功的大量市場應用，但是對史特林引擎的研究始終興趣不減，特別是最近幾年能源及環境問題越來越嚴重，史特林引擎再度浮上枱面，被認為是解決能源問題可能的方案之一。
2
基本上史特林引擎也是一個將熱能轉換成動能的熱機(heat engine)，然而史特林引擎的原理和您汽車中的內燃機引擎卻大大的不同。所謂「內燃」機是指燃料在引擎內部燃燒、產生動力，而史特林引擎卻是一部「外燃」機，也就是熱源在引擎的外部。內燃機引擎有一連串進氣－壓縮－燃燒－排氣的循環，史特林引擎中的氣體卻是完全密封在引擎中，作為熱轉換成機械功的媒介，引擎動作過程中汽缸內沒有爆炸或燃燒發生，也不需要進氣排氣閥來排放燃燒後的高壓廢氣，也因為如此，史特林引擎的構造相對比較簡單，運轉也非常安靜。
3
各種新開發的燃料，固然可以運轉史特林引擎，令人振奮的是，史特林引擎也可利用永續的淨潔能源。隨著製作技術一日千里、能源短缺和環境污染問題日趨嚴重，以及大量生產和社經條件的成熟，史特林引擎未來發展無可限量。
4
發明者的故事 羅伯特．斯特林 （Robert Stirling, 1790-1878AD）
5
1970年代工業革命時期，蒸汽發動機(steam engine)取代了大量人力，卻也因蒸汽鍋爐爆炸事故頻傳，致使人員嚴重傷亡。身為神職人員的他有一顆善良的心, 發明這個機器的初衷就是因為看工人們在蒸汽機下工作太痛苦了,為了減少悲劇的發生,經過一番努力後，終於發明了史特林引擎，造福無數世人。他發明的Stirling engine (稱之為an "air engine") 在1816年9月27日，Robert Stirling在蘇格蘭愛丁堡法務部申請他的專利權
6
1973 年世界能源危機，人們再度想起史特林引擎的光輝歷史。直至今日，人類仍繼續研究，在美國太空總署，瑞典的海軍潛艇，甚至在北美家庭裡的發電機，都是運用這個原理,也許日後這款發動機的熱源將會被太陽能所取代.
7
羅伯特．斯特林
8
史特林引擎1816年原型
9
理論探討 史特林引擎之工作原理 1816年英國牧師羅伯特.史特林，應用熱氣球上升與下降的原理來設計一種新的熱力機械，從而發明了和蒸氣引擎一樣是外燃機的史特林引擎。史特林引擎工作分為四個階段:系統吸熱、氣體膨脹推動活塞(熱能轉化為機械能)、系統放熱、氣體壓縮。 等體積吸熱 (isochoric heat-addition) 史特林引擎底部加熱，使內部氣體吸熱，氣體壓力變大。 21
10
等溫膨脹 (isothermal expansion)
氣體吸熱後開始膨脹，推動動力移氣體，使得飛輪旋轉。 等體積放熱 (isochoric heat-removal) 當移氣體行至最高點時，飛輪產生一力矩使得移氣體往下移，將受熱的氣體推擠到移氣體的上方放熱。 等溫壓縮 (isothermal compression) 氣體放熱後，壓力下降，使得氣體體積收縮，移氣體往上移，回到第一步。
11
理論工作圖
12
日本春潮級朝潮號（使用史特林式輪機系統），現服役於日本海上自衛隊。
史特林引擎應用 日本春潮級朝潮號（使用史特林式輪機系統），現服役於日本海上自衛隊。 日本蒼龍號潛艇（使用史特林式輪機系統），現服役於日本海上自衛隊。 26 日本春潮級朝潮號 日本蒼龍號潛艇
13
萬能科大研發有成 「婆娑號」 史特林引擎車 首度成功載人
記者徐乃義／中壢報導】萬能科技大學光電工程系教授周鑑恆，成功研發不需汽油的史特林引擎車「婆娑號」，全車採用質輕白楊木材質，減少重量。24日首度成功載人，僅使用一般登山用瓦斯罐或冰甲烷、沼氣，即可以緩緩前進數十公尺。 周鑑恆說，首度成功載人的「婆娑號」史特林引擎車，採用白楊木製成，車身長 1.7公尺、輪距1.3公尺，全車重量40公斤，透過一般瓦斯罐的熱能力量，能夠成功乘載47公斤重的乘客，而且還能向前推進。 他說，史特林引擎車車身採用白楊木組裝，採用鳥類骨骼結構原理，使用一般廚房用的不鏽鋼鍋，透過登山用的瓦斯罐加熱，鍋子本身熱脹冷縮原理，將熱能轉換成為動能，車輛即可以行進。
14
曾獲得裕隆集團支援開發的史特林引擎車輛開發的周鑑恆說，5年多前，即投入史特林引擎研究和推廣工作，並積極在各高中推動史特林引擎之科普活動，也出版相關專書著作，還獲得「史特林引擎先生」的封號。
他說，史特林引擎車輛不僅創下國內可以成功載人的記錄，而且不用任何汽柴油燃料，主要動力是使用登山用的瓦斯罐，也可以使用其他無汙染的燃料，行駛時靜悄悄，不會製造任何噪音。
15
3 利用水箱冷卻之方法，可以使史特林引擎的溫差加大
建議 1 可以將史特林引擎加上動能轉換成電能就可以提供汽車電器所需之用電 2利用太陽能發電加熱便可利用無汙染之再生能源加熱史特林引擎所需之熱量 3 利用水箱冷卻之方法，可以使史特林引擎的溫差加大
16
文獻探討 1.史特林引擎(Stirling Engine)，是一種高效率的能量轉換裝置。蘇格蘭愛丁堡
的牧師史特林（Robert Sterling）於一八一六年為其發明的引擎申請專利權後，近兩 百年來該種引擎出現至少百種不同機構型式，但大多仍以史特靈牧師的原始設計為基礎。 史特林引擎屬於外燃引擎，只要高溫熱源溫度夠高，無論是使用太陽能、廢熱、核 原料、牛糞、丙烷、天然氣、沼氣（甲烷）、丁烷與石油在內的任何燃料，皆可使之運 轉，不同於必頇使用特定燃料的汽油引擎、柴油引擎等內燃引擎。
17
根據熱力學的定律，熱機 要在兩個有溫差的熱源中才可以運作，從高溫的熱源吸收
能量，再把廢熱排到低溫的熱源。如圖（1）所示，採用40W燈泡的燈組來提供熱能， 熱能從史特林引擎底部進入，作功後的廢熱再經由頂部蓋板與散熱片散出，史特林引尌是在這兩個溫差中運作。
18
如圖（1）所示，當氣室內的移氣器位於氣室的頂端時，大多數的空氣被移到底部，受底部熱源加熱而膨脹，膨脹的空氣便會推動活圔往上運動。
使用熱水加熱的史特林 如圖（1）所示，當氣室內的移氣器位於氣室的頂端時，大多數的空氣被移到底部，受底部熱源加熱而膨脹，膨脹的空氣便會推動活圔往上運動。 圖（1）熱膨脹行程
19
如圖（2）所示，移氣器往下的過程，會將之前氣室內被加溫的空氣趕到上方，被冰冷的鋁板冷卻，於是空氣收縮對活圔形成吸力，往下運動的活圔又會去轉動飛輪，然後又導致移氣器往上運動，空氣被加熱而膨脹...週而復始，如此一來，史特林引擎便可以持續的轉動了。 圖（2）冷收縮行程
20
其詳細運動行程，如(圖3)所示。 圖（3）史特林引擎的4個行程
21
實品圖
22
以酒精加熱的高溫史特林零件圖
23
高溫史特林完成圖
24
低溫史特林與高溫史特林比較 低溫史特林和高溫史特林的製作方法都需要使用到傳統車床、傳統銑床以及CNC車床、CNC 銑床，使它運轉的方式都是使用熱能對流壓縮，但是因為高溫史特林使用的是酒精所以熱能比較高，相對的，轉速會比使用熱水的低溫史特林來的還要快。 活塞是低溫史特林和高溫史特林成功的關鍵與否，活塞配合的摩擦係數要常小，活塞才能順利活動，精密的活塞也才能使空氣不會因為空隙而在對流時流散出去。
25
參考文獻 小林義行、賴光哲等著(2006)。模型熱空氣引擎圖面集。世茂出版 周鑑恆(2008)。能源之星-史特林引擎。物理雙月刊(卅卷四期) 史特林相關網頁 維基百科
Similar presentations
