4.6. ÂÄÜNG CÅ STIRLING DUÌNG NÀNG LÆÅÜNG
MÀÛT TRÅÌI
4.6.1. Âäüng cå Stirling
Âäüng cå Stirling laì mäüt thiãút bë coï nhiãöu æu viãût vaì cáúu taûo âån
giaín. Mäüt âáöu âäüng cå âæåüc âäút noïng, pháön coìn laûi âãø nguäüi vaì cäng
hæîu êch âæåüc sinh ra. Âáy
laì mäüt âäüng cå kên khäng
coï âæåìng cáúp nhiãn liãûu
cuîng nhæ âæåìng thaíi khê. §Çu nãng
Nhiãût duìng âæåüc láúy tæì bãn
§Çu l¹nh
ngoaìi, báút kãø váût gç nãúu âäút
chaïy âãöu coï thãø duìng âãø
chaûy âäüng cå Stirling nhæ:
than, cuíi, råm raû, dáöu hoía,
dáöu læía, cäön, khê âäút tæû
nhiãn, gas mãtan,... vaì
khäng âoìi hoíi quaï trçnh
chaïy maì chè cáön cáúp nhiãût
âuí âãø laìm cho âäüng cå
Stirling hoaût âäüng. Âàûc
biãût âäüng cå Stirling coï thãø
hoaût âäüng våïi nàng læåüng
màût tråìi, nàng læåüng âëa
nhiãût, hoàûc nhiãût thæìa tæì
caïc quaï trçnh cäng nghiãûp. H×nh: 3 Kh«ng khÝ ¸p suÊt cao ®Èy piston ®i ra
Nguyãn lyï hoaût âäüng
Hçnh 4.96a. Nguyãn lyï hoaût âäüng
Âäüng cå Stirling laì mäüt
âäüng cå nhiãût. Âäüng cå nhiãût laì mäüt thiãút bë coï thãø liãn tuûc chuyãøn âäøi
nhiãût nàng thaình cå nàng. Nãúu ta âäút noïng mäüt âáöu xilanh (âáöu noïng),
162
nguäön nhiãût âæåüc sæí duûng coï thãø laì chuìm tia bæïc xaû màût tråìi häüi tuû taûi
âáöu xilanh hoàûc mäüt caïch âån giaín laì nhuïng âáöu xilanh vaìo næåïc
noïng, thç aïp suáút vaì nhiãût âäü khäng khê bãn trong tàng lãn, aïp suáút cao
seî âáøy piston chuyãøn
âäüng vaì sinh ra cäng
hæîu êch (hçnh 4.96).
Báút kyì nguäön nhiãût
naìo cuîng sinh ra
H×nh: 4 Qu¸ tr×nh gi·n në cho ®Õn khi ¸p
suÊt kh«ng khÝ bªn trong b»ng ¸p suÊt khÝ cäng, nhæng våïi
nguäön coï nhiãût âäü
caìng cao thç taûo ra
cäng caìng låïn. Âäüng
cå khäng nhæîng chè
chuyãøn nhiãût thaình
H×nh: 5 Nªó ngõng cÊp nhiÖt mµ th¶i nhiÖt cäng mäüt láön âån
th× ¸p suÊt kh«ng khÝ bªn trong gi¶m
giaín nhæ trãn maì cáön
phaíi coï khaí nàng tiãúp
tuûc sinh cäng.
Cäng coï thãø sinh ra
tæì khäng khê noïng
H×nh: 6 Piston chuyÓn ®éng vµo bªn trong trong xilanh chæìng
do ¸p suÊt kh«ng khÝ bªn ngoµi cao h¬n naìo coìn coï quaï trçnh
Hçnh 4.96b. Nguyãn lyï hoaût âäüng giaîn nåí vaì âãún khi aïp
suáút bãn trong giaím
xuäúng bàòng aïp suáút khê quyãøn thç quaï trçnh sinh cäng kãút thuïc (piston
dæìng laûi).
Nãúu khi piston chuyãøn âäüng âãún âáöu bãn phaíi cuía xilanh, ta ngæìng
quaï trçnh cáúp nhiãût vaì tàng quaï trçnh thaíi nhiãût (laìm maït) thç nhiãût âäü
vaì aïp suáút cuía khäng khê phêa trong xilanh giaím xuäúng âãún khi aïp suáút
cuía khäng khê bãn trong tháúp hån aïp suáút cuía khê quyãøn bãn ngoaìi thç
piston seî chuyãøn âäüng ngæåüc laûi vaì tråí laûi vë trê ban âáöu. (hçnh 4.96b)
163
Váún âãö âàût ra âäúi våïi âäüng cå Stirling trong thæûc tãú laì laìm thãú naìo
âãø chuïng hoaût âäüng mäüt caïch tæû âäüng, tæïc laì xilanh nháûn, thaíi nhiãût
âuïng luïc vaì liãn hãû chàût cheî våïi nhau. Nháút laì âäúi våïi âäüng cå Stirling
sæí duûng nàng læåüng màût tråìi khi maì nguäön nàng læåüng cung cáúp cho
âäüng cå liãn tuûc. Do váûy âãø âäüng cå Stirling hoaût âäüng âæåüc trong
thæûc tãú thç ngoaìi xi lanh vaì piston nhæ trãn thç âäüng cå cáön phaíi coï
thãm caïc bäü pháûn phuû nhæ piston choaïn chäù, baïnh âaì v.v... vaì caïc bäü
pháûn naìy phaíi kãút håüp våïi nhau sao cho quaï trçnh nháûn vaì thaíi nhiãût
cuía mäi cháút âuïng chu kyì.
4.6.2. Âäüng cå stirling duìng nàng læåüng màût tråìi
Âäüng cå Stirling âæåüc tênh toaïn thiãút kãú cå baín dæûa trãn lyï thuyãút
cuía Schmidt. Tæì lyï thuyãút naìy ngæåìi ta xáy dæûng nãn caïc mä hçnh tênh
toaïn cho âäüng cå Stirling nhiãût âäü cao, nhiãût âäü trung bçnh. Âäüng cå
Stirling nhiãût âäü tháúp sæí duûng nàng læåüng màût tråìi âãún nay váùn chæa
coï tênh toaïn lyï thuyãút cuîng nhæ kãút quaí thæûc nghiãûm âæåüc cäng bäú.
Dæûa vaìo cáúu truïc cuía âäüng cå Stirling maì ngæåìi ta chia âäüng cå
Stirling thaình 3 kiãøu cå baín α, β, γ. Caïc kiãøu naìy âãöu coï mäüt âiãøm
chung laì coï êt nháút 2 buäöng laìm viãûc âoï laì buäöng neïn vaì buäöng giaîn
nåí trong âoï mäi cháút khê cäng taïc âæåüc âiãön kên.
Nàng læåüng màût tråìi laì nguäön nàng læåüng saûch vaì vä táûn. Tuy
nhiãn âàûc âiãøm cuía nàng læåüng màût tråìi laì phán bäú khäng táûp trung vaì
cæåìng âäü nàng læåüng màût tråìi phuû thuäüc vaìo giåì trong ngaìy vaì thay
âäøi theo muìa. Cæåìng âäü bæïc xaû màût tråìi âãún bãö màût trãn màût âáút cao
nháút khoaíng 1000W/m2. Do váûy loaûi âäüng cå Stirling kiãøu γ duìng
nàng læåüng màût tråìi laì phuì håüp nháút.
Âäúi våïi âäüng cå Stirling kiãøu γ thç Piston laìm viãûc vaì Piston
choaïn chäù âæåüc bäú trê vaìo 2 xy lanh riãng biãût. Sæû liãn kãút giæîa caïc
Piston naìy coï thãø thæûc hiãûn theo caïc daûng sau:
- Liãn kãút laûnh : Piston laìm viãûc åí phêa nhiãt âäü tháúp
- Liãn kãút noïng : Piston laìm viãûc åí phêa nhiãût âäü cao
- Liãn kãút trung bçnh: Piston laìm viãûc näúi vaìo bäü pháûn hoaìn nhiãût
164
Qua nghiãn cæïu vaì so saïnh caïc daûng khaïc nhau cuía loaûi âäüng
cå Stirling kiãøu γ thç tháúy 2 máùu âäüng cå Stirling sæí duûng nàng læåüng
Màût tråìi phuì håüp nháút âoï laì âäüng cå våïi cäng suáút nhoí (hçnh 4.97)
Cáúp nhiãût Cáúp nhiãût
Piston choaïn chäø
Piston læûc
Thaíi nhiãût Thaíi nhiãût
Truûc âäüng cå
Hçnh 4.97. Âäüng cå Stirling sæí duûng nàng læåüng màût tråìi.
duìng âãø chaûy quaût hay caïc båm cäng suáút nhoí. Âäüng cå stirling coìn coï
thãø duìng âãø chaûy maïy
båm næåïc coï cáúu taûo nhæ
hçnh 4.99. Âäüng cå naìy
coï thãø sæí duûng cho nhiãöu
muûc âêch khaïc nhau,
trong âoï båm næåïc laì mäüt
trong caïc æïng duûng âoï.
Båm næåïc sæí duûng nàng
læåüng màût tråìi naìy coï thãø
sæí duûng hiãûu quaí trong
caïc træåìng håüp nhæ båm Hçnh 4.98. Âäüng cå Stirling nàng læåüng
màût tråìi cäng suáút 5W täúc âäü 1000 v/ph.
165
næåïc tæì bãø lãn bäön chæïa hoàûc duìng båm næåïc tæì ao häö, säng ngoìi duìng
trong tæåïi tiãu cho caïc näng træåìng.
Hçnh 4.99. Cáúu taûo âäüng cå Stirling sæí duûng NLMT båm næåïc
1- Bãö màût háúp thuûNLMT 2 - Caïnh taín nhiãût 3- Piston choïan chäø
4, 5 - Bäü pháûn hoaìn nhiãût 6- Thán âäüng cå 7- Bäü pháûn giaîi nhiãût
8- Táúm chàõn mãöm 9- Baïnh âaì 10- Piston læûc
Bäü pháûn quan troüng nháút cuía âäüng cå stirling sæí duûng nàng læåüng màût
tråìi laì bäü pháûn háúp thuû (âáöu noïng), bäü pháûn giaíi nhiãût (âáöu laûnh) vaì
caïch liãn kãút giæîa âáöu noïng vaì âáöu laûnh sao cho hiãûu quaí nháút (thæåìng
duìng bäü pháûn hoaìn nhiãût).
Bäü pháûn háúp thuû nàng
læåüng màût tråìi coï thãø duìng
gæång phaín xaû táûp trung
vaìo bäü thu nhæ hçnh 4.98
hoàûc bãö màût choím cáöu coï
låïp phuí trong suäút taûo loìng
Hçnh 4.100. Bäü pháûn háúp thuû NLMT
kênh nhæ hçnh 4.100.
166
Hçnh 4.101. Bäü pháûn giaíi nhiãût khäng khê
Bäü pháûn giaíi nhiãût coï thãø bàòng næåïc, nhæng trong thæûc tãú giaíi nhiãût
bàòng khäng khê tæû nhiãn âån giaín vaì thuáûn låüi hån (hçnh 4.101).
Âãø tàng hiãûu quaí hoaût âäüng cuía âäüng cå thç phaíi coï thãm bäü pháûn
Hçnh 4.102. Bäü pháûn hoaìn nhiãût duìng phoi kim loaûi
167
hoaìn nhiãût âàût giæîa pháön noïng vaì pháön laûnh. Bäü pháûn hoaìn nhiãût
thæåìng laìm bàòng såüi kim loaûi (phoi kim loaûi). Hçnh 4.103 laì båm
næåïc sæí duûng nàng læåüng màût tråìi cäng suáút 5m3/ngaìy âaî âæåüc chãú taûo
vaì sæí duûng.
Mặt hấp thụ
Cánh tản nhiệt
Bánh đà
Piston lực
Đầu bơm
Hçnh 4.103. Båm næåïc duìng nàng læåüng màût tråìi cäng suáút 5m3/ngaìy
168
169
Copyright by webtailieu.net