Material gif de aire caliente
Un motor de combustión externa es un motor térmico de pistón alternativo de ciclo cerrado con combustión externa, que se diferencia de un motor de combustión interna que depende de la combustión de combustible dentro del motor para obtener energía. El nuevo motor de combustión externa utiliza hidrógeno como fluido de trabajo y cuatro cilindros cerrados se llenan con un volumen determinado de fluido de trabajo. Un extremo del cilindro es la cavidad caliente y el otro extremo es la cavidad fría. El medio de trabajo se comprime en la cámara fría de baja temperatura y luego fluye hacia la cámara caliente de alta temperatura para calentar, expandirse y realizar trabajo rápidamente. El combustible se quema continuamente en la cámara de combustión fuera del cilindro y se transfiere al fluido de trabajo a través del calentador. El medio de trabajo no participa directamente en la combustión y no es reemplazado.
Debido a que el motor de combustión externa evita los problemas de trabajo de los motores de combustión interna tradicionales, logra una alta eficiencia, bajo nivel de ruido, baja contaminación y bajos costos operativos. Los motores de combustión externa pueden quemar diversos gases combustibles, como gas natural, biogás, gas licuado de petróleo, hidrógeno, gas de carbón, etc. así como combustibles líquidos como diésel y GLP, madera y energía solar. Mientras la cavidad caliente alcance los 700°C, el dispositivo puede funcionar. Cuanto más baja es la temperatura ambiente, la mayor ventaja del motor de combustión externa es que la potencia de salida y la eficiencia no se ven afectadas por la altitud, lo que lo hace muy adecuado para zonas de gran altitud.
Sin embargo, el motor Stirling todavía tiene muchos problemas que deben resolverse, como el alto costo de la cámara de expansión, la cámara de compresión, el calentador, la cámara de enfriamiento y el regenerador, y la pérdida de calor es de 2-3 veces mayor que el del motor de combustión interna. Por lo que no se puede utilizar en grandes cantidades.
Hay informes de que el motor Stirling se ha utilizado en el ventilador de refrigeración de la placa base de la computadora, y el calor del chip Northbridge impulsa el motor Stirling para disipar el calor para el hardware. La investigación aún se encuentra en etapa de investigación (2008.11).
El motor Stirling es un motor alternativo de ciclo cerrado que utiliza calentamiento externo para comprimir y expandir periódicamente el gas a diferentes temperaturas. Fue inventado por el sacerdote escocés Robert Stirling a principios del siglo XIX, por lo que también se le llama motor Stirling. En comparación con las características de los motores de combustión interna, en los que el combustible se quema en el cilindro, los motores de gas caliente también se denominan motores de combustión externa. En la actualidad, los motores térmicos se refieren a motores térmicos que funcionan según un ciclo cerrado de recuperación de calor y no incluyen bombas de calor Stirling ni refrigeradores Stirling.
El principio de funcionamiento del motor térmico
El motor térmico es un motor térmico de pistón alternativo de ciclo cerrado y de combustión externa.
Los motores térmicos pueden utilizar hidrógeno, nitrógeno, helio o aire como medio de trabajo y funcionar según el ciclo Stirling. El cilindro cerrado del motor térmico se llena con un cierto volumen de fluido de trabajo. Un extremo del cilindro es la cavidad caliente y el otro extremo es la cavidad fría. El fluido de trabajo se comprime en la cámara fría de baja temperatura y luego fluye hacia la cámara caliente de alta temperatura para un calentamiento rápido. El combustible de trabajo expandido se quema continuamente en la cámara de combustión fuera del cilindro y se entrega al medio de trabajo a través del calentador. El medio de trabajo no participa directamente en la combustión y no es reemplazado.
Los motores térmicos diseñados y fabricados tienen una variedad de estructuras y pueden utilizar una variedad de fuentes de energía. Se han utilizado en muchos campos como el aeroespacial, terrestre, acuático y submarino. El mecanismo de transmisión de potencia del motor de gas caliente experimental se divide en transmisión de biela-manivela, transmisión de diamante, transmisión de placa oscilante o de placa oscilante, transmisión hidráulica y transmisión de pistón libre.
Según la composición de la circulación dentro del cilindro, existen dos tipos principales de motores de gas caliente: el tipo de pistón distribuido por gas y el tipo de doble efecto. En el cilindro, dos pistones realizan movimientos relativos regulares. La cámara fría y la cámara caliente están conectadas por un refrigerador, un regenerador y un calentador. El pistón de la válvula empuja el medio de trabajo para que fluya de un lado a otro entre la cámara fría y la cámara caliente. .
El ciclo termodinámico se puede dividir en cuatro procesos: proceso de compresión a temperatura constante, proceso de regeneración a volumen constante, proceso de expansión a temperatura constante y proceso de almacenamiento de calor a volumen constante.
Diagrama esquemático del motor Stirling monocilíndrico mejorado http://202.108.15.245/board file/mil/20066/200609083142.gif
El motor térmico diseñado y fabricado tiene un variedad de estructuras, puede utilizar una variedad de fuentes de energía y se ha utilizado en muchos campos, como el aeroespacial, terrestre, acuático y submarino. El mecanismo de transmisión de potencia del motor de gas caliente experimental se divide en transmisión de biela-manivela, transmisión de diamante, transmisión de placa oscilante o de placa oscilante, transmisión hidráulica y transmisión de pistón libre.
Motor de combustión externa civil de 25 KW de la empresa estadounidense STM
Según la composición de la circulación en el cilindro, existen dos tipos principales de motores de gas caliente: los de pistón con distribución de gas y tipo de doble efecto. Hay dos pistones en el cilindro que realizan movimientos relativos regulares en el motor térmico del tipo pistón de distribución de gas. La cámara fría y la cámara caliente están conectadas por un refrigerador, un regenerador y un calentador. El pistón de distribución de válvula empuja el medio de trabajo. entre la cámara fría y la cámara caliente. El motor de aire caliente de doble efecto tiene solo un pistón por cilindro, que sirve a la vez como pistón de distribución de gas y pistón de potencia. La parte superior de cada cilindro es la cámara caliente y la parte inferior es la cámara fría. Cada cámara caliente está conectada a la cámara de enfriamiento inferior del cilindro adyacente a través de un calentador, un regenerador y un enfriador para formar una unidad de potencia.
Diagrama esquemático del motor Stirling para el submarino japonés Aisho
El ciclo termodinámico se puede dividir en cuatro procesos: proceso de compresión a temperatura constante, proceso de regeneración a volumen constante, proceso de expansión a temperatura constante y volumen constante proceso de almacenamiento de calor.
El principio de funcionamiento del motor de combustión externa de dos cilindros http://202.108.15.245/board file/mil/20066/2006209085020.gif
En comparación con el motor de combustión interna, El motor térmico presenta las siguientes ventajas:
Es apto para todo tipo de fuentes de energía, ya sean combustibles líquidos, gaseosos o sólidos. Cuando se utiliza un sistema portador de calor (como un tubo de calor) para calentamiento indirecto, casi cualquier fuente de calor de alta temperatura (isótopos radiactivos solares y reacciones nucleares, etc.) será suficiente, y el motor en sí (excepto el calentador) no necesita para ser modificado. Al mismo tiempo, el motor térmico no requiere refuerzo del compresor para cumplir los requisitos, lo que permite que el combustible tenga un mayor contenido de impurezas.
Cuando el motor está en marcha, el combustible continúa ardiendo en la cámara de combustión fuera del cilindro. El medio de trabajo que no depende del combustible absorbe calor a través del calentador y realiza el trabajo según el ciclo Stirling. lo que evita el trabajo de impacto y explosión similar al de un motor de combustión interna. El proceso de combustión intermitente logra un funcionamiento de alta eficiencia, bajo nivel de ruido y bajas emisiones. Alta eficiencia: la eficiencia total puede alcanzar más de 80; bajo nivel de ruido: el ruido del metal desnudo a 1 metro es inferior a 68 dB; bajas emisiones: las emisiones de escape cumplen con los estándares Euro 5;
El motor térmico tiene una pequeña capacidad unitaria de 20 ~ 50 kw, y la capacidad del sistema se puede aumentar o disminuir según las condiciones locales. La estructura es simple, el número de piezas es 40 menos que el de un motor de combustión interna, hay mucho margen para reducir el precio y los costes de mantenimiento también son bajos.
Los principales problemas y deficiencias de la máquina de aire caliente son el alto costo de fabricación, la difícil tecnología de sellado del fluido de trabajo, los problemas de confiabilidad y vida útil del sello, el complejo sistema de control de ajuste de potencia y la máquina pesada.
En el futuro se utilizarán más materiales nuevos (como la cerámica) y nuevos procesos para reducir costes. Llevar a cabo investigaciones teóricas sobre el ciclo real, mejorar la estructura y mejorar los indicadores de rendimiento en términos de aplicación, estamos investigando vigorosamente motores térmicos de carbón de alta potencia, motores térmicos solares y motores térmicos específicos para automóviles;
Los motores de gas caliente se dividen en monocilíndricos, 2 cilindros, 4 cilindros y otras formas; la cámara de combustión y el refrigerador de un motor térmico de un solo cilindro están en la misma habitación y deben estar separados. Alternativamente, inyecte gas en la cámara de combustión, queme y escape. E inyecte gas refrigerante para impulsar el pistón hacia arriba y hacia abajo para hacer girar el cigüeñal. Debido a que las cámaras de combustión deben usarse alternativamente, es tan complejo como un motor de combustión interna general y rara vez se desarrolla. Los procesos de combustión y enfriamiento del motor de gas caliente de dos cilindros son completamente continuos, con un cilindro calentándose y otro enfriándose. El fluido de trabajo circula en un circuito cerrado dentro de los dos cilindros y se calienta y enfría repetidamente. El pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo bajo el gas caliente, lo que hace que el cigüeñal gire. En un motor térmico de 4 cilindros, la parte superior del cilindro se calienta y la parte inferior se enfría, o viceversa. El medio de trabajo circula entre las partes superior e inferior de dos cilindros adyacentes. Los cuatro pistones se mueven hacia arriba y hacia abajo alternativamente. , impulsando directamente la rotación del plato cíclico, haciendo el trabajo más suave.
Motor Stirling de cuatro cilindros
Aplicaciones de los motores térmicos
A medida que la situación mundial de la energía y la protección del medio ambiente se vuelve cada vez más grave, los motores térmicos se están volviendo cada vez más populares debido a su capacidad para utilizar diversas fuentes de energía. La amplia adaptabilidad y las excelentes características de protección del medio ambiente están recibiendo cada vez más atención. Por lo tanto, ha sido ampliamente estudiado y valorado en energía submarina, energía solar, energía de estaciones espaciales, energía de aire acondicionado con bomba de calor, energía de propulsión híbrida de vehículos, etc., y se ha aplicado con éxito. Las tres direcciones para la promoción de los motores térmicos incluyen:
La combinación de calor y energía aprovecha al máximo sus características de baja contaminación ambiental, la capacidad de utilizar una variedad de combustibles y una utilización conveniente del calor residual cuando se utiliza. en calor y energía combinados, puede lograr una mayor eficiencia térmica y beneficios económicos.
Sistema de recuperación de calor residual de cuatro paquetes
La recuperación y utilización del calor residual de bajo nivel puede utilizar el calor residual del taller, la energía geotérmica, la generación de energía solar o accionar directamente bombas de agua, lo que puede lograr mayores beneficios de ahorro de energía.
Después de miniaturizar el motor, aligerarlo y mejorar su rendimiento de control, la fuente de alimentación móvil también se puede utilizar como fuente de energía para excavadoras, apisonadoras y otros vehículos.