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スターリングエンジン再生器エコノマイザー

1816-11-16
  • Robert Stirling
Regenerator matrix of a Stirling engine demonstrating thermal energy storage in thermodynamics.

(画像はイメージです)

再生器、または「エコノマイザー」は、ロバート・スターリングの最も重要な貢献であり、エンジンの高効率の鍵となる部分です。これは、サイクル中に熱エネルギーを一時的に蓄積および放出する内部熱交換器です。高温ガスが低温側に移動する際に、再生器マトリックスに熱を蓄積し、その熱は低温ガスが高温側に戻る際に再び取り込まれます。

再生器の機能は、作動ガスが主冷却器に入る前に予冷し、主加熱器に入る前に予熱することです。これにより、サイクルの等容積(定容)段階で外部熱源から加える必要のある熱量と、外部シンクに放出する必要のある熱量が大幅に削減されます。理想的な再生器では、等容積冷却プロセス中にガスからマトリックスに伝達される熱量は、等容積加熱プロセス中にガスに伝達される熱量と完全に等しくなります。この内部熱リサイクルにより、理想的な再生器が実現します。 スターリング サイクルの効率をカルノー効率に合わせる。

効果的な再生器を設計するには、相反する要素の慎重なバランスが必要です。十分なエネルギーを蓄えるための高い熱容量、迅速な熱伝達のための大きな内部表面積、そしてこの伝達を促進するためのガス流に垂直な方向の高い熱伝導率が必要です。しかし、熱がサイクルを迂回して高温側から低温側に伝導するのを防ぐために、ガス流に平行な方向の熱伝導率は低くなければなりません。さらに、必要な仕事を最小限に抑えるために、空気抵抗も低くなければなりません。 ポンプ ガスを通過させるため、エンジンの圧縮比を最大化するには、最小限のガス量(デッドボリューム)しか含まないようにする必要があります。一般的な材料としては、細い金属ワイヤーメッシュの積層体、金属フォーム、セラミックマトリックスなどがあります。

UNESCO Nomenclature: 2212
熱力学

タイプ

物理デバイス

混乱

革命的

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 熱伝達の基本原理(伝導、対流)
  • 材料の熱容量に関する理解
  • 工業炉における熱交換器および熱回収装置の初期設計

アプリケーション

  • 高効率スターリングエンジン 太陽光発電 およびchp
  • クライオクーラーやパルスチューブ冷凍機では、再生が目標達成に不可欠である。 極低温 温度
  • 熱音響エンジンと冷却器
  • ガス分離プロセス
  • ジロミル製クライオクーラー
  • 特定のタイプのガスサイクルヒートポンプ

特許:

  • GB 4081 of 1816

潜在的なイノベーションのアイデア

  • functionally graded regenerator materials with varying porosity and thermal mass
  • 3d-printed micro-lattice regenerators for optimized flow and heat transfer
  • phase-change materials integrated into the regenerator matrix to increase thermal storage density
  • self-cleaning regenerators for engines running on impure biomass fuels
  • magnetocaloric materials used in regenerators for magnetic refrigeration cycles
  • regenerators with integrated 触媒 for internal fuel reforming
  • flexible, fiber-based regenerators that can conform to complex shapes
  • thermoelectric materials coating the regenerator to generate secondary power from the thermal gradient
  • acoustic resonators to enhance heat transfer within the regenerator matrix
  • regenerators made from carbon nanotube foams for ultra-low weight and high surface area
関連: 再生器、熱交換器、熱効率、 スターリングエンジン等積過程、蓄熱、作動流体、カルノー効率、ポンプ損失、デッドボリューム。

歴史的背景

スターリングエンジン再生器エコノマイザー

1802
1810
1816
1816-11-16
1820
1820
1822
1802
1808
1811
1816-11-16
1820
1820
1821
1822

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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