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各種能源都能驅動的熱機--淺論史特林引擎1《篇名》各種能源都能驅動的熱機--淺論史特林引擎《作者》王真真。國立澎湖海事職校。汽二甲PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion壹●前言聽過「史特林引擎(Stirlingengine)」嗎？史特林引擎每半年一年就會在新聞媒體報章雜誌上露臉一次，史特林引擎經常被用來作為中學生科學營或創意實作課程之類的教材，史特林引擎構造簡單、容易觀察，可以教導中學生熱力學的基本概念，而史特林引擎迷人之處，就是史特林引擎的構造五花八門不一而足。例如有α型、β型、γ型，也有自由活塞式的，準渦輪式的，甚至熱聲效應，也可以說是一種史特林引擎。國內有一位周鑑恆教授，可以說是國內推廣史特林引擎最熱心的第一人，最近一次史特林引擎上了新聞，就是報導周鑑恆教授利用史特林引擎驅動，製作了一部重40公斤重的「婆娑號」原型車，能載著70公斤重的人搖搖晃晃「婆娑」地往前走，時速在5公里左右。因此，我對史特林引擎的構造，產生了很大的興趣，也期望自己能藉由資料的蒐集，多了解史特林引擎。貳●正文一、引擎特性史特林引擎這個名詞，應是指一種引擎的運轉方式，而不是指單一的引擎結構。只要利用工作流體位置改變而改變其溫度，使整個運轉過程滿足熱機原理。這種引擎就稱為史特林引擎。它可以使用任何熱源驅動引擎動作，垃圾、牛糞、農業廢棄物、沼氣、地熱、太陽能都能當作讓引擎轉動的燃料，甚至小到一支蠟燭、或是您手掌的溫度便能驅動史特林引擎。史特林引擎也是一個將熱能轉換成動能的熱機(heatengine)，然而史特林引擎的原理和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。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion圖一圖二(註三)史特林引擎的動作原理，得先知道氣體兩個很關鍵的性質：1.一定量氣體存放在一固定體積的空間內，當提升氣體溫度時，氣體壓力會隨著增加。2.壓縮一定量氣體，減少其所在空間之體積，氣體的溫度也會提高。二、構造種類史特林引擎是一種高效率的能量轉換裝置，係採用封閉氣體循環（Closedgascycle）及再生器（Regenerator）設計。理論上，理想史特林引擎的熱效率(Thermalefficiency)與卡諾引擎(Carnotengine)相當，二者皆屬可逆熱機（Reversiblecycle），具最高熱力循環轉換效率。史特林引擎的使用的工作氣體可為高壓之空氣、氮氣、氦氣、或氫氣。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。以氣缸數與動力活塞及移氣器的排列構型來區分，史特林引擎又可以分為下列三種形式：1.α型或稱為雙活塞型（Two-Piston），是由兩組活塞室所構成，一組為熱室，一組為冷室，中間以管將氣體相連。若兩組活塞氣室的溫差很大，其產生的能量與效率轉換是相當可觀的。此型無移氣器，然具有二個動力活塞，分別在二個獨立的氣缸內作動。PDFcreatedwithpdfFactorytrialversionγ型或稱為交換器型（Displacer），將原本的活塞改用一移氣活塞代替，使冷熱氣體在同一室內進行冷熱的交替。此形式的優點是，可以在溫差較低的情形下運作，減少高與低溫度控制的困難度。γ型—具有二個獨立氣缸，其中一氣缸內設置動力活塞，另一氣缸則設置一移氣器，本模型則屬於γ型。圖四3.β型：又稱為同軸活塞型，將活塞汽缸與交換器是結合為一的型態。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。自由活塞式史特林引擎即屬此類。圖五4.FreePiston式：利用重力與慣性來推動移氣活塞的運動。另外史特林引擎還有其他各式各樣的形式，但多為以上型式的組合或製作材料的PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion轉變與更換。參●結論我覺得史特林引擎在不同的額定功率下皆能表現出高效率，且因其屬常壓燃燒供熱之外燃機，燃燒較為完全，排氣能夠潔淨，不會在造成空氣污染。而且，史特林引擎它可以使用很多不同的廢棄物來作為燃料使用，甚至連排泄物都能夠拿來利用，我認為，連排泄物都能拿來利用，真的很厲害。這幾年來，石油也漸漸在減少，也許史特林引擎正好可以發揮它的功用。能源工程技術相關的研究者對史特林引擎的研究興趣正逐漸增加，說不定史特林引擎很有可能成為另一個未來可供選擇的動力來源之一。肆●引註資料註一：淺談史特林引擎！(2007-04-13)%20%B2L%BD%CD%A5v%AFS%AAL%A4%DE%C0%BA.htm(檢索日期97.3.3)註二：史特林引擎設計與製作(檢索日期97.3.3)註三：圖片引用的日文網站(檢索日期97.3.8)註四：極速引擎的魅力-史特林引擎=cache:s6RkWtJ4qxoJ:(5).pdf+%CE%B2%E5%9E%8B%E5%8F%B2%E7%89%B9%E6%9E%97%E5%BC%95%E6%93%8E%E6%A7%8B%E9%80%A0&hl=zh-TW&ct=clnk&cd=2&gl=tw(檢索日期97.3.8)註五：史特林引擎工作原理(檢索日期97.3.8)PDFcreatedwithpdfFactorytrialversion