家用燃气斯特林发动机热电联产装置
燃气蒸汽联合循环机组在热电联产中的应用 陈彬彬
燃气蒸汽联合循环机组在热电联产中的应用陈彬彬摘要：燃气-蒸汽联合循环生产单元是以天然气为燃料的循环热电联产项目，其能源利用率很高，同时污染物的排放量也很小，是节能减排的重要项目。
但是我们国家的燃气-蒸汽联合循环热电联产机组起步较晚，在一些算法和技术方面还有一些不完善的方面，有待专业人士研究。
关键词：燃气蒸汽联合循环机组；热电联产；应用前言燃气蒸汽联合循环技术从20世纪开始就已进入发电领域，但是局限于当时的燃气轮机单机容量小、效率低，且只能燃用气体或液体燃料，由燃气轮机和蒸汽轮机组成的联合循环容量相对较小，所以一直无法与传统燃煤发电技术相匹敌。
燃气蒸汽联合循环发电机组具有高效率、低污染、低水耗等特点，在发达国家承担各种负荷的主力发电机组。
1燃气-蒸汽联合循环机组配置方案的分析1.1单轴布置方案燃气—蒸汽联合循环机组的单轴布置方案通常将蒸汽轮机安装在燃气轮机与发电机之间，发电机布置在蒸汽轮机的排汽端，这样便于将发电机转子轴向抽出检修。
但这种方案只适用于单台燃气轮机与单台蒸汽轮机匹配的情况。
1.1.1单轴布置方案的优点：①联合循环单轴布置机组无论是在工艺系统还是厂房布置中都非常紧凑，真正的实现了独立自成系统，操控和运行简单。
②机组取消了多轴配置的启动电动机，简化了电气系统和设备。
燃气轮机与蒸汽轮机可共用一套润滑油系统，简化了运行和控制系统。
③当蒸汽源现成时,可以利用蒸汽轮机来启动燃气轮机。
1.1.2单轴布置方案的缺点：①在安装过程中,燃气轮机的安装周期比较短，而蒸汽轮机的安装周期比较长，但燃气轮机只能在蒸汽轮机安装完毕后才能投产运行。
②当蒸汽轮机有故障检修时，燃气轮机无法单独运行。
导致整台机组无法快速启动，机组对调峰运行的适应性能大大降低。
1.1.3单轴布置方案的改进单轴布置的主要问题是启动时间过长、无法适应调峰运行。
为解决该问题，西门子公司改动了一下单轴布置方案：把发电机改装在燃气轮机的高压蒸汽透平与压气机之间，而在高压蒸汽透平与发电机之间安装一个3S离合器。
斯特林发动机的工作原理及应用前景
５ 斯 特 林 发 动 机 的应 用 形 式
（ １ ） 分布式能源 系统的利用 ①热 电联产 燃料来 源广 ． 环境污染小 。 非常适用于家庭 热电联 产 在大城市里可以以天然气作燃料 。 在农村可 以燃烧如木屑 、 米糠 、 棉秆等各种农林废弃物 ． 斯特林发动机和发 电机组合 ， 即可发电 ， 又可 利用冷却水系统供应热水和采暖 美 国 Ｓ Ｔ Ｍ 公司和 日本各 自开发成 功了家用热电联产 系统用 于民用 。 ②远距离发电 、 备用 电力 、 电网支持等。在偏远地区 ， 直接使用斯 特林发动机发 电。 可 以大大 降低架 设网线 的成本 ； 在医院 、 机场 、 电信 等． 作 为备用 电力应 急使用 ： 电力系统在负荷高峰时 ， 使用斯特林发动 机发电作 为电力补充 ． 可以降低运行成本。 （ ２ 斯特林 太阳能发 电装置 斯特林发动机另一个 重要 的应用领域是 作为太 阳能热 发电的动 力转换装 置 太 阳能是可再生能源 ． 又是免费能源 ， 是斯特林发动机的 最佳动力 源泉 太 阳能碟式发 电系统利用斯特林发动机 外燃 的特性 ， 使用抛物面碟式 聚光器将太 阳光汇聚在斯特林发动机的热腔 。 加热工 质． 使 斯特林发 动机工作 ， 将太 阳热转化为机械能 ， 再经过 发电机将机 械能转化 为电能 斯特林发动机作 为碟式太 阳能热发 电系统的核心组 件． 既适 合分 布式应用 ． 又适合大规模兆瓦级并网。 目 前碟式系统太阳 能转化电能效率达到 了 ３ ３ ％． 高于光伏 电池 的 １ ８ — ２ ０ ％的水平 。相较 太阳能光伏 发电板 占用空 间大 。 它更适合大型电力事业。采用太 阳能 光热发电技术 ． 避免 了昂贵 的硅晶光电转换工 艺 ． 可 以大大 降低 太阳 能发 电的成本 ． 是新能源利用 的一个重要方 向。
家用燃气内燃机热电联产装置
在 住宅场所 应用采 取 了一 系列技 术措施 ，其 中
在 维 修 性方 面 的 创新 尤 其 突 出 ，使 用 寿命 达
２， ０￣ ０ ０ ｄ 时以上 ，相 当与使用 ｌ年 ；大容 量的 ０ Ｏ
润 滑油缸和 长寿命 火花塞 ，可 以把 例行 维护工 作 量减 少至每６０ ０ ￣ ， ｄ 时一次 ，相 当于３ ０ 年进 行 检 修。
源 的综合 利用 降低 生产成 本 。早期的 民用热 电 联 产装置 是在车 用 内燃 发动机 的基础 上进行 改 装 ，这类 产品主要 用于 公用建筑 ，尤其 是在服
务行业应用较 多 。
池 在２ ０ 年在 日本开始批 量销售 ，家用燃料 电 ０９ 池的发 电效率大约 比现有 家用燃气 内燃机 高一
２家Ｊ燃 热电联产技术的发肷 １ ｅ 】
热 电联 产 技 术 出 现 在 二 次 世 界 大 战 之 后，开始主 要应用 于工业 生产过程 ，通过 对能
代 的产 品ＭＣ ．，该 产 品Ｎ２ ０ 年累积 销 ＨＰ １ ０ ０８ 量 已经 突破 ８ 台 ，在 日本 的市场 大约 占全 部 万 Ｅｏ ｌ ｃ Ｗｉ 产品市场 的一半 。 ｌ
倍左右 。
而 符 合 单户 家庭 使 用 要 求 的热 电 联产 装
３家用热电联产技术的应刚
家用 热 电 联产 装 置 的购 置 费用 较 高 ， 因
此 在参数方 面并不 要求其发 电量或供 热量满足 整套住宅 的需求 ，相反 ，为 确保其持 续处于满 负荷运行状 态 ，以充分发挥 其高效 的优势 ，同 时减少用户 的购置 费用 ，其 发 电量大 约按用户 ２３ 负荷配 置 ，不 足部 分从 电网购 入 ；其供 ／的 热量 一般控 制在住宅 需求 的８ ％以下 ，不足部 Ｏ 分利 用普通燃气 热水器或 其它热源补 充。 此 外 ，一个 比较 引 人注 目的应 用 方式 就 是 ，夏 季利 用 发动 机 的 余热 驱 动吸 收 式制 冷 机运 行 ，本 田公 司曾经为第 一代家用 热电联产
空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电
空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电1. 简介空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电是当前研究的热电领域的一个重要主题。
从简单到复杂，从浅显到深刻地探讨这个主题，有助于我们更好地理解这一新兴技术的工作原理和应用前景。
2. 空间自由活塞斯特林热电转换装置空间自由活塞斯特林热电转换装置利用斯特林循环原理，通过热源和冷源之间的温差来驱动活塞运动，从而实现热能向机械能的转换。
相比传统的热电技术，空间自由活塞斯特林热电转换装置具有更高的热电转换效率和更广泛的适用范围。
它可以利用太阳能、地热能等恒定的热源来进行能量转换，具有较强的可再生能源利用潜力。
3. 热声发电热声发电是一种基于热声效应的新型能量转换技术，通过热源和冷源之间的温差产生声波振动，然后将其转换为电能。
热声发电不需要传统的机械运动部件，因此具有结构简单、可靠性高、维护成本低等优点。
热声发电可以与其他热电技术相结合，形成混合能源系统，提高能量利用效率。
4. 应用前景空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电技术在航天航空、新能源领域、环境监测等方面具有广阔的应用前景。
在太空探索中，它可以为航天器提供稳定可靠的能源来源；在新能源领域，它可以实现太阳能、风能等不稳定能源向电能的高效转换；在环境监测中，它可以为遥感设备和传感器提供持续、稳定的能量保障。
5. 总结与回顾通过对空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电技术的探讨，我们可以得出结论，这些新型的热电转换技术具有较高的能量转换效率、广泛的能源适用范围和广阔的应用前景。
未来，随着科学技术的不断发展，这些技术必将在能源利用和环境保护方面发挥重要作用。
6. 个人观点与理解在我看来，空间自由活塞斯特林热电转换装置和热声发电技术代表了热电领域的创新与进步。
它们不仅有望改变传统能源利用模式，还能为人类社会的可持续发展作出重要贡献。
我对这些新兴技术充满期待，并期待它们能够尽快投入实际应用，为我们的生活带来便利和改善。
斯特林发动机模型制作与研究
毕业设计(论文) 题目斯特林发动机模型制作与研究系别动力工程系专业班级热能与动力工程08k3班学生姓名指导教师王庆五二○一二年六月斯特林发动机模型制作与研究摘要随着石油资源的日益短缺，石油价格逐渐上涨，传统的内燃机使用石油资源而引起的环境污染、能源使用极不平衡等社会问题日见突出。
研究能以天然气、沼气、生物质等作为燃料的发动机有关技术，对于促进能源的综合利用、改善当前使用单一石油资源的状况并减少环境污染，创造节约型社会，具有重要的意义。
斯特林发动机作为外燃机具有的燃料多样化、效率高、噪音和污染小等特点，适于利用农村薪材、桔杆和太阳能进行发电。
斯特林发动机得天独厚的优势，以及各种新材料新技术的出现，斯特林发动机必将代替内燃机为21世纪提供主要动力。
斯特林发动机的广泛应用，必将使我国的能源利用效率得到大幅度提高，无沦是对环境保护还是节能减排，都有着非常重要的积极意义，也将会为我国的经济又好义快的发展提供充足动力。
本文通过研究斯特林发动机的性能特性，讲述了斯特林发动机的结构类型与主要分析方法，总结了斯特林发动机的关键技术，阐述了斯特林发动机的特点及主要应用，设计制造了斯特林发动机模型，并对该模型进行了实验分析，得出的结论和模拟性能基本一致。
关键词:斯特林发动机；性能模拟；设计实验Stirling engine model production and studyAbstractThe oil energy is reducing and its price is increasing day by day,theinternal-combustion engine has brought environment pollution and broken zoology balance，the problems are standing out．Researching engine that can combust gas，marsh gas，biology is very signification that it can promote the compositive utilization of energy，change the use of only one oil energy，reduce environment pollution，create the economy society．The Stirling engine as outboard engines with fuel diversification, high efficiency, noise and pollution and other characteristics, suitable for rural fuelwood, straw and solar power generation. The unique advantage of the Stirling engine, as well as a variety of new materials, new technologies emerge, the Stirling engine will replace the internal combustion engine to provide the main driving force for the 21st century. Wide range of applications of the Stirling engine, will make China's energy use efficiency has been greatly improved, no occupied by the enemy of environmental protection or energy saving, have very important positive significance, will also be good for China's economic justice the fast pace of development to provide adequate power.According to the requirements on the development of energy and basing on the theory of stifling engine，the software the simulate stirling engine character is developed,then the configuration-type and analytical method of Stirling cycle were elaborated in the following parts.The key technology that affect the performance was also summarized.Through its character,the stifling engine model is designed and manufactured，and it is tested，the conclusion consistent with the simulation character．Key Words:stirling engine，simulation eharaeter`designing experiment目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 斯特林发动机的背景及意义 (1)1.2 斯特林发动机国内外研究动态 (2)1.2.1 国内发展状况 (2)1.2.2 国外发展状况 (2)1.3 本文的主要研究内容 (4)2 斯特林发动机组成及理论分析 (5)2.1 斯特林发动机的组成 (5)2.2 斯特林发动机的工作原理 (6)2.3 斯特林发动机热效率分析 (8)2.4 小结 (8)3 斯特林发动机性能分析 (10)3.1 斯特林发动机实际循环性能分析计算 (10)3.1.1 数学模型的建立 (10)3.2 斯特林发动机性能模拟及影响性能因素 (13)3.2.1 膨胀腔、压缩腔示功图和总示功图 (13)3.2.2温度、压力、转速等因素对斯特林发动机性能影响 (14)3.3 结论 (15)4 斯特林发动机模型设计制作 (16)4.1 斯特林发动机的设计类型 (16)4.2 斯特林发动机设计参数的选择及确定 (16)4.3 斯特林发动机的具体尺寸及制作 (17)4.3.1 斯特林发动机模型外型 (17)4.3.2 制作方法及制作工序 (18)4.3.3 组装次序及注意事项 (22)4.3.4 试运行 (23)4.4 小结 (23)5 斯特林发动机在联合循环及余热利用中的研究 (24)5.1 朗肯—斯特林联合循环 (24)5.2 燃气轮机—斯特林联合循环 (26)5.3 小结 (28)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (31)1 绪论在当今世界科学技术的迅速发展，人们在不断完善现有动力机的同时，还在努力探索开发新型的动力机，外燃机就是在这样的背景下设计成功的，随着石油资源的日益短缺，石油价格逐渐上涨，传统的内燃机使用石油资源而引起的环境污染、能源使用极不平衡等社会问题日见突出。
燃气冷热电三联供系统发电装置ppt课件
燃气轮机＋烟气型溴冷机
第二部分
『燃气发电装置 的分类及 性能』
2 燃气发电装置的分类及性能
内燃机
标题数字等都可以通过点击 和重新输入进行更改。
燃气轮机
标题数字等都可以通过点击 和重新输入进行更改。
微型燃气轮机
目前，以燃气内燃机发电装置和燃气 轮机发电装置为动力的热电联产系统 应用相对较多， 综合效率也较高， 技 术比较成熟， 运行比较稳定， 其中燃 气内燃机发电装置的额定功率通常在 50 ～ 5 000 kW， 而燃气轮机发电装置 的额定功率一发电及附 属设备的 选择』
3.1 发电装置
发电装置选择的考虑因素：用户实际需求热（冷） 电比
对于办公和居住建筑等电负荷比冷、热负荷小的场合应 优先选用产热量较大的燃气轮机发电装置系统， 并将部 分发电机发出的电驱动电制冷装置， 用以提高系统产热 和制冷能力， 优化匹配电制冷和烟气余热吸收式制冷机 组， 以满足用冷、用热负荷， 提高系统经济性， 这种 方式通常被称为以热（冷） 定电；
目 录
▷ 第一部分 『燃气冷热电三联供简介』
▷ 第二部分 『燃气发电装置的分类及 性能』
▷ 第三部分 『燃气发电装置及附属设 备的选择』
第一部分
『燃气冷热电三 联供简介』
1 燃气冷热电三联供简介
燃气冷热电三联供， 即CCHP （Combined Cooling，Heating and Power）， 是指以天然气为主要燃料带动燃气轮机或内燃机 等产生动力驱动发电机发电， 满足用户的电力需求， 系统排出的废热通过余热回收利用设备（余热锅炉） 向用户供热、供冷和生 活热水。 燃气冷热电三联供技术作为分布式能源的一种， 因其技术新颖、建设周期短、系统综合效率高， 已经在发达国家得到了广泛的认 可。燃气冷热电三联供技术通过对一次能源的梯级利用， 提高了能源的综合利用率， 减少了污染物排放；三联供机房可以建在终 端用户附近， 减少能源输送过程中的损耗， 节能效果明显； 三联供系统与大电网互相依靠、互为补充， 提高了能源系统的可靠性， 有助于应对突发事件。CCHP 系统典型流程见图1。
斯特林发动机的工作原理及应用前景
1斯特林发动机闭式循环系统的组件简介(1)冷腔处于循环的低温部分,和冷却器联接,压缩热量由冷却器导至外界,在压缩过程中有相当一部分工质居于冷腔。
(2)冷却器位于回热器和冷腔之间,功能是将压缩热传到外界,保证工质在较低的温度下进行压缩。
(3)回热器串联在加热器和冷却器之间,是循环系统的一个内部换热器,它交替从工质吸热和向工质放热,使工质反复地受到冷却和加热。
回热器并不是必需装置,但它对发动机的效率影响极大。
在往复式斯特林发动机中,回热器的使用既使斯特林循环的热效率明显提高,但又增加了工质的阻力和压力损失,工质吸热、散热交替进行,限制了斯特林发动机的转速,影响了功率的输出。
因此,优化回热器的设计是斯特林发动机的核心技术问题。
(4)加热器加热器是将外部热源的热能传给工质,使其受热膨胀。
加热器的一端与热腔联接,另一端与回热器联接。
(5)热腔始终处于循环的高温部分,连续地将外部热源传给工质,在膨胀时相当部分的工质居于热腔。
因此其必须能承受高温和高压,大量的热损失是由热腔散失的。
2斯特林发动机的基本结构根据工作空间和回热器的布置方式,斯特林发动机可以分为α、β和γ三种基本类型。
α型斯特林发动机的结构最简单,具有两个汽缸,两个汽缸中间通过加热器、回热器、冷却器连通,热活塞和冷活塞分别位于各自的汽缸内,热活塞负责工质的膨胀,冷活塞负责工质的压缩,两个活塞连接在同一曲轴上,往复运动遵循一定的规律。
α型斯特林发动机的优点是能实现较大的功率。
β型斯特林发动机只有一个汽缸,同时配备了配气活塞和动力活塞,配气活塞负责驱动工质在加热器、回热器和冷却器之间流通;动力活塞负责工质的压缩和膨胀,输出动力。
β型斯特林发动机的特点是能在小温差下工作。
γ型斯特林发动机配置有两个汽缸,配气活塞和动力活塞分别处于配气汽缸和动力汽缸内,配气活塞负责驱动工质流通,动力活塞单独完成工质的压缩和膨胀工作。
3斯特林发动机的工作原理斯特林循环包括2个等温过程和2个等容过程。
斯特林发动机的工作原理及其优缺点探究
斯特林发动机的原理探究以及未来发展学校：平凉一中班级：2017届19班指导教师：柳荣春组长：卢彬组员：高阳阳刘译遥颉映汝兰子文胡鑫鑫张楷浛摘要：随着全球能源与环保的形势日趋严峻，斯特林发动机由于其具有多种能源的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视。
基于以上因素，本文结合实践，对于斯特林发动机的循环原理，优缺点进行了研究，对其应用以及研发改良进行相关探讨，并对其未来发展作出合理展望。
关键词：斯特林发动机能源环境循环原理研发改良斯特林发动机是英国物理学家罗巴特·斯特林于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”。
斯特林发动机是通过气缸内工作介质（氢气或氦气）经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，因此又被称为热气机。
斯特林发动机是一种外燃发动机，其有效效率一般介于汽油机与柴油机之间。
一、斯特林发动机的循环原理斯特林发动机及其循环编辑1816年伦敦牧师Robert Stirling提出了一种活塞式热气发动机一斯特林发动机的构想，这是一种外部加热的闭式循环发动机。
该循环由两个等温过程和两个定容回热过程组成，属于概括性卡诺循环的一种。
实现斯特林循环的关键在于实现回热。
斯特林构想的热机由两个气缸-活塞夹一个蓄热式回热器组成。
其制冷工作过程工作原理如下：两个气缸-活塞系统为膨胀气缸-活塞系统和压缩气缸-活塞系统，分别对应于高温吸热和低温放热过程。
两个气缸内工质气体通过蓄热式回热器连通，假定两个气缸缸套保持良好等温传热能力，以保证缸内气体温度各自始终不变(等温)，稳态工作状况下，蓄热式回热器已经建立了从低温( 膨胀气缸)到高温(压缩气缸)的稳定温度梯度。
定义两个气缸-活塞系统中活塞靠近蓄热式回热器的行程止点为近止点，远离回热器的行程止点为远止点。
选取循环开始时压缩活塞位于远止点，膨胀活塞位于近止点。
此时工质气体完全处于压缩气缸中(假定理想情况下回热器内不存储气体)，状态点编号为2。
利用工业余热的自由活塞式斯特林发电机装置设计
机械 2017年第11期 第44卷 新产品开发 ・51・———————————————收稿日期：2017－04－05基金项目：2015年度国家级大学生创新创业训练计划项目（201513995003）利用工业余热的自由活塞式 斯特林发电机装置设计黄成，卢润生，张仁杰，杜佳玲，刘师良，赵佳峰，宋杰*（青岛工学院 机电工程学院，山东 青岛 266300）摘要：设计并制造了利用外热产生动力的自由活塞式斯特林发电装置，装置主要由动力气缸和磁感发电机组结合而成，利用工业生产中的余热（包括热废气、热废水等）推动活塞运动，从而带动发电转子进行发电。
气缸的形状和大小可根据应用领域而调整，封闭气缸内的气体不用更换，可实现废热的再利用。
关键词：斯特林；发电；工业余热中图分类号：TM617 文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.11.013文章编号：1006－0316 (2017) 11－0051－03Design of Stirling Power Generator Based on the Free Piston HUANG Cheng ，LU Runsheng ，ZHANG Renjie ，DU Jialing ，LIU Shiliang ，ZHAO Jiafeng ，SONG Jie( School of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao University of Technology,Qingdao 266300, China )Abstract ：A electricity generation device was designed and manufactured based on free piston Stirling generator, which was composed by the power cylinder and magnetic generator. Using of waste heat in industrial production ( such as waste hot water, hot gas, etc. ) to push the piston movement, and the generator was driven to rotor. The cylinder shape and size can be adjusted according to the application. The gas in closed cylinder did not need to be replacement, and waste heat energy recycle was then realized.Key words ：Stirling power generator ；generate electricity ；industrial waste heat自由活塞式斯特林发电机是以工业余热（以工业废水、废气等余热为主）为动力，实现将热能转化为电能的发电装置，这种热机如今主要被放在使用能源产生动力的位置，因体积大、反应慢等原因没被广泛应用，工业领域内往往由内燃机代替[1-3]。
燃气发电机及热电联产
燃气发电机的种类与工作原理
种类
燃气发电机根据不同的分类标准可以分为多种类型，如按能源来源可分为天然气发电机、煤层气发电机等；按用 途可分为工业用燃气发电机、民用燃气发电机等。
工作原理
燃气发电机的工作原理主要是通过燃烧产生的热能，推动涡轮机旋转，进而带动发电机发电。具体来说，天然气 等燃料在燃烧室内燃烧产生高温高压气体，推动涡轮机旋转，进而带动发电机转动，最终产生电能。
随着环保意识的提高，热电联产技术 将更加注重环保，减少对环境的影响， 例如采用低氮氧化物排放技术等。
燃气发电机及热电联产的环保与节能要求
1 2 3
严格环保标准
随着环保法规的日益严格，燃气发电机和热电联 产技术需要满足更严格的排放标准，减少对环境 的污染。
节能降耗
燃气发电机和热电联产技术需要不断提高能源利 用效率，降低能源消耗和浪费，实现节能降耗的 目标。
燃气发电机与热电联产的优缺点比较
维护简便
燃气发电机结构相对简单，维护成本较 低。
VS
燃料依赖
燃气发电机的运行依赖于燃料供应，需确 保燃料稳定且价格合理。
燃气发电机与热电联产的优缺点比较
噪音污染
燃气发电机运行时会产生一定噪音，可能影响周边居民或环境。
投资成本高
燃气发电机组的购置和安装成本相对较高。
燃气发电机及热电联产
• 燃气发电机介绍 • 热电联产介绍 • 燃气发电机与热电联产的应用 • 燃气发电机及热电联产的未来发展
01
燃气发电机介绍
燃气发电机的定义与特点
定义
燃气发电机是一种利用燃气（如天然 气、煤层气等）作为能源，通过燃烧 产生热能，再转化为机械能，最终转 化为电能的发电设备。
特点
斯特林发动机循环分析-工程热力学
斯特林发动机循环分析(北京交通大学机电）摘要：斯特林发动机不仅理论热效率高，等于卡诺循环效率，而且作为外燃机其排放特性非常好，所以近三十年来一直是研究的热点。
本文介绍了斯特林发动机的装置特点、动力性能等，并对理论循环进行了分析，提出了提高循环热效率的方法及措施。
关键词：斯特林发动机，斯特林循环，热效率1.斯特林发动机介绍1.1斯特林发动机的装置特点热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。
热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。
在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。
气缸一端为热腔，另一端为冷腔。
工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。
已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。
试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。
按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。
在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。
1.2斯特林发动机的应用现状1.2.1 国内发展状况我国从七十年代末即开始斯特林发动机的研究开发工作，已设计出功率150W-IOkW发动机11种，多数已在实验室正常运转。
现从事此项工作的约300人，并正筹建中国热气机研究会。
北京农业工程大学凌泽芝同志在能源政策研究通讯1991年第一期“发展热气机、促进农村电气化”一文中介绍国内外斯特林发动机的发展概况及其特点后建议：“充分利用我国农村丰富的生物质能源和部分地区丰富的太阳能资源以解决农业用电问题”。
并希望纳入国家“八五”科技规划和组织有关单位联合攻关。
上海711研究所研制出热气机，是一种具有国际水准的科研成果，而排放的污染气体比目前市面上的其它发动机都要小，达到欧洲排放标准。
一种斯特林发动机燃气式加热装置[发明专利]
![一种斯特林发动机燃气式加热装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6871bf88caaedd3382c4d3e7.png)
专利名称：一种斯特林发动机燃气式加热装置
专利类型：发明专利
发明人：王沁,陈桦,田军委,赵鹏,李刚,苏宇,彭博,雷志强,张吉申请号：CN201610999884.5
申请日：20161114
公开号：CN106401792A
公开日：
20170215
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种斯特林发动机燃气式加热装置，包括集热腔，所述集热腔的一端设有燃烧器，另一端通过密封夹连接斯特林发动机的热端，集热腔的靠近所述密封夹的一侧设有辐射板与多个排气口，每个排气口均连接有一条用于输出尾气的尾气回气管；集热腔外侧裹有保温高温棉。
本发明的可保证燃气与空气充分混合并充分燃烧，且通过辐射板结构使集热腔对斯特林发动机的热端的供热均匀，在提高发电效率的同时保证了燃料的充分燃烧，节能环保且发电效果好。
申请人：西安工业大学
地址：710021 陕西省西安市未央区学府中路2号
国籍：CN
代理机构：北京科家知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：莫文新
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Innovation 创新家电科技
对微型热电联产装置进行了长期运行试验，采用WhisperGen公司的产品。
结果表明，该装置基本上可满足一个三间卧室小楼中4口人的基本能耗需要，包括热水供应、采暖、照明及家用电器使用。
若短期电力需求较大，可从市政电网输入电力补充。
目前日本林内公司和松下公司都进行斯特林发动机热电联产机组的开发，松下公司的机组发电功率约为400W。
此外，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）近期开发成功的面向寒冷地区的家用热电联产系统，试验情况良好，短期内有望批量生产。
该系统配备有可利用各种燃料发电的斯特林发动机，发电输出功率为841W，发电效率为30％，燃料利用效率为为80％，不仅优于同类斯特林发动机，也优于功率相同的内燃机。
若采用更先进的烟气冷凝热回收技术，整机热效率可高达96％左右。
3 家用燃气采暖炉集成斯特林发动机
2008年欧洲市场上出现了以八喜公司为代表的在壁挂式家用燃气采暖炉中配套斯特林发动机的一体化产品，标志着斯特林发动机在家用燃气热电联产装置一种新应用方案成功走向市场。
由于欧洲大部分地区夏季相对清凉，具备制冷功能的家用空调装置安装、使用不普遍，所以家用燃气热电联产装置在欧洲基本使用方式是以满足采暖需求决定系统的配置和运行状态，为降低系统购置费用，一般情况下是根据房间采暖需求确定运行状态，发电机运行产生的余热只满足住宅最大热负荷的1/3～1/2，其余采用补燃方式或常规燃气加热方式补充，由于住宅热负荷变化幅度较大，这样的配置方案可以保证发电机的全负荷运行时数较长，使用户支付的购置费用与运行费用之和有效降低。
以往家用燃气热电联产装置在系统配置时，需要同时配套燃气采暖炉，热力管路安装和控制系统相容性问题处理需要一定的费用。
采用将斯特林发动机直接安装在燃气采暖炉内，从产品安装人员和用户来说，只是原先的燃气采暖炉增加了电力输出功能而已，大大简化了系统配置和安装工作，用户的运行管理工作因此也得到简化。
不过斯特林发动机应用于家用热电联产装置目前尚处于起步阶段，就全球范围而言民用斯特林发动机的设计和制造仍然存在一系列技术问题，这类产品的销售规模不足以内燃机驱动的家用燃气热电联产装置的1/10，短期内大规模应用的条件目前不具备。
我国一些大学、研究机构和企业多年来从事斯特林发动机的研究和开发工作，已取得一些阶段性的成果，包括使用燃料驱动和太阳能热驱动的斯特林发动机已经投入试验性运
行。
从技术发展的趋势角度，家用燃气斯特林发动机热电联产装置在未来仍然是燃气利用技术发展的重点发展领域。
（供稿：黄逊青）
家用燃气斯特林发动机热电联产装置
1 斯特林发动机原理
斯特林发动机(Stirling Engine)是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机，又称热气机，由苏格兰牧师Robert Stirling在十九世纪初发明，所以又称斯特林发动机。
相对于内燃机燃料在气缸内燃烧的特点热气机又被称作外燃机。
斯特林循环按正向循环工作时可以作热机循环，对外输出功；按逆向循环工作时，可以作热泵循环。
其结构型式可以有多种多样，但循环原理基本相同。
斯特林发动机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机，由于其燃烧过程是在缸外接近于大气压力的状态下连续进行的，所以对燃料品质的要求不高，凡是燃烧温度可达450℃以上的任何种类的燃料都可作为斯特林发动机能源。
另外，其燃烧过程也不会产生燃烧爆炸和排气波，气缸压力变化平稳，机组运转平衡，因而机组振动小、噪声低。
目前家用燃气热电联产机组中配套的斯特林发动机的热工转换效率约为17～30％，而斯特林发动机的理论循环效率等于卡诺效率，从这个角度来说，提高斯特林发动机效率的潜力是比较大的。
此外，斯特林发动机等外燃机还具备一个突出的优点，就是输出功率和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。
虽然外燃机有多种类型，不过目前采用外燃机的家用热电联产装置，基本上是配套斯特林发动机。
用于家用热电联产装置的斯特林发动机通常是采用密闭型结构，维护工作量小，原则上在使用期内免维修；由于余热回收过程较为简便，热电联产运行效率高；而且外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。
在瑞典，生物质燃料直燃发电技术已经基本成熟并得到规模化商业应用，斯特林发动机发电技术处于技术开发和产业化示范阶段，是目前生物质能源利用方面的重点研发技术。
而斯特林发动机另一个重要的应用领域是作为太阳能热发电的动力转换装置。
2 家用热电联产装置
新西兰WhisperGen公司的家用热电联产机组是市场上较有代表性的产品。
法国国营煤气公司研究部已经在其试验大楼中
科技前沿
斯特林发动机发明时间是1816年，由于当时工业不发达，技术水平较低，未能应用于工程实践。
近年来由于世界范围的能源和环境污染问题，斯特林发动机又重新引起人们的重视。