斯特林发动机

长型斯特林机剖面图： 粉红–高温汽缸壁 深灰–低温汽缸壁（透过黄色通道注入和排出冷却液） 深绿–温度隔离壁 浅绿–配气活塞 深蓝–活塞 浅蓝–曲柄和齿轮 不在图上的：热源和冷源。

斯特林发动机（英语：Stirling Engine）又名热空气发动机，是一种基于斯特林循环的闭循环活塞式热机。闭循环的意思是膨胀和压缩介质一直保存在气缸内；而开循环，如内燃机需要与大气交换气体。

历史

伦敦的牧师罗伯特·斯特林（Robert Stirling）于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”（Stirling engine）。

工作原理

斯特林发动机2种─大学生5分钟

斯特林发动机

斯特林发动机透过气体吸收热源的内能，热胀冷缩做功，然后接触冷源，气体压缩，使活塞复位。发动机内的工作气体处于封闭中，因此可以用惰性气体来作为介质。以简单的双缸斯特林为例，斯特林发动机的工作过程可以分为如下几个阶段：

1. 右侧气缸与热源接触，缸内气体受热膨胀，对右侧活塞做功，活塞上升，接近于等温膨胀过程。
2. 左侧活塞上升，右侧活塞下降，工作气体进入左侧气缸，接近于等容放热过程。
3. 左侧气缸与冷源接触，缸内气体冷却收缩，左侧活塞下降，接近于等温压缩过程。
4. 左侧活塞继续下降，工作气体返回右侧气缸，接近于等容吸热过程，完成一个循环。

理想情况下，等容放热量与等容吸热量相同，等温膨胀吸热量高于等温压缩放热量，输出机械能。

1 2 2 3 4 4

• 
  共用活塞的活塞斯特林发动机
• 
  冷热双活塞分离的活塞斯特林发动机

配气活塞式斯特林发动机的原理，配气活塞斯特林发动机有配气活塞和动力活塞两个活塞。其中配气活塞并不密封，气体可以从其和气缸间的缝隙中自由流动：

1. 底部气体受热，配气活塞向上运动。
2. 配气活塞上部气体受到压迫，一部分推动动力活塞运动，一部分从缝隙中进入配气活塞底部受热膨胀继续推动配气活塞。
3. 动力活塞转动，带动飞轮，飞轮带动配气活塞向下运动。
4. 配气活塞压迫气体进入上方，气体被冷却收缩，配气活塞上升，完成一个循环。

背景

在将热变成机械功的转换上，斯特林发动机在真实的热机中可达最高的热效率，至多80%，仅受工作气体和发动机材料的不理想性质限制，例如摩擦、热传导性、抗张强度、缓慢、熔点等。

只要提供充足热源，此发动机理论上可用被任何热源推动，包括太阳能、化学能和核能。

与内燃机相比，斯特林发动机往往维修需求较低，更高效、更安静、而且更可靠。它们倾向被应用于某些特殊用途以发扬其独特优点。特别是首要目标非减低每单位功率的投资成本（金钱/千瓦），而是减低发动机产生每单位能量的成本（金钱/度）的时候。

在额定功率下，斯特林发动机的投资成本目前比内燃机发动机高，而且通常更大更重，因此这发动机科技很少单独以此作为竞争基准。然而在一些用途上（例如需要静音的潜艇），适当的本益分析可令斯特林发动机优于内燃机发动机。

近年来，鉴于能源成本普遍上涨，能源短缺和全球暖化之类的环境问题，斯特林发动机的优点愈来愈显著。也有人将斯特林发动机运用在了实验车辆上。 对斯特林发动机科技提高兴趣促进了斯特林装置的研发。其应用涵盖借由不相容于内燃机的丰富能源抽水、宇基太空航行、发电，像是太阳能、农业废料还有家庭垃圾。

另一个斯特林发动机的潜力是，若供应机械功，它可以作为一种热泵。已有实验利用风能驱动斯特林热泵作为家用冷暖空调。

很小的斯特林发动机

问题在于（1）散热器巨大，无法用于移动机器如汽车，（2）材料要求过高，没有材料可平价用于大功率发动机。

相关条目

• 地热能
• 太阳能
• 蒸汽机
• 绝气推进
• 哥特兰级潜艇
• 苍龙级潜艇

延伸阅读

• R.C. Belaire (1977). "Device for decreasing the start-up time for stirling engines", US patent 4057962. Granted to Ford Motor Company, 15 November 1977.
• P.H. Ceperley. A pistonless Stirling engine—The traveling wave heat engine. Journal of the Acoustical Society of America. 1979, 66 (5): 1508–1513. Bibcode:1979ASAJ...66.1508C. doi:10.1121/1.383505. 
• P. Fette. About the Efficiency of the Regenerator in the Stirling Engine and the Function of the Volume Ratio V_max/V_min. [2009-01-19]. （原始内容存档于2001-03-08）. 
• P. Fette. A Twice Double Acting α-Type Stirling Engine Able to Work with Compound Fluids Using Heat Energy of Low to Medium Temperatures. [2009-01-19]. （原始内容存档于2001-03-08）. 
• D. Haywood. An Introduction to Stirling-Cycle Analysis (PDF). [2009-01-19]. （原始内容 (PDF)存档于2007-09-26）. 
• Z. Herzog. Stirling Engines. Mont Alto: Pennsylvania State University. 2006 [2009-01-19]. （原始内容存档于2007-04-03）. 
• F. Kyei-Manu; A. Obodoako. Solar Stirling-Engine Water Pump Proposal Draft (PDF). 2005 [2009-01-19]. （原始内容 (PDF)存档于2009-03-06）. 
• Lund University, Department of Energy Science: Division of Combustion Engines. Stirling Engine Research. [2009-01-19]. （原始内容存档于2008-04-19）. 
• N.P. Nightingale. NASA Automotive Stirling Engine MOD II Design Report (PDF). NASA. 1986 [2009-01-19]. （原始内容存档 (PDF)于2010-05-18）. 
• D. Phillips. Why Aviation Needs the Stirling Engine. 1994 [2009-01-19]. （原始内容存档于2009-01-19）. 

外部链接

• 《中国大百科全书》第三版网络版中的条目：斯特林发动机 （简体中文）
• 开放目录项目中的“斯特林发动机”
• I. Urieli (2008). Stirling Cycle Machine Analysis 2008 Winter Syllabus
• Simple Performance Prediction Method for Stirling Engine （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Explanations stirling engine and demos （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Shockwave3D models: Beta Stirling and LTD