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スターリングサイクル

1816-11-16
  • Robert Stirling
Stirling engine demonstrating thermodynamic principles in a laboratory setting.

(画像はイメージです)

理想的なスターリングサイクルは、閉鎖型再生サイクルです。 熱力学 等温膨張、等容積熱除去、等温圧縮、等容積熱添加の 4 つの独立したプロセスからなるサイクル。作動流体は永久的に封入されている。その理論的な熱効率はカルノーサイクルの効率に等しく、[latex]eta_{th} = 1 – frac{T_C}{T_H}[/latex] で与えられる。ここで、[latex]T_H[/latex] と [latex]T_C[/latex] は高温および低温の熱源の絶対温度である。

The Stirling cycle’s four processes can be visualized on a Pressure-Volume (P-V) diagram. Process 1-2 is isothermal expansion, where the gas expands at a constant high temperature [latex]T_H[/latex], absorbing heat from the external source and performing work on the surroundings. Process 2-3 is isochoric (constant volume) heat removal, where the gas is passed through the regenerator, cooling to the low temperature [latex]T_C[/latex] and transferring heat to the regenerator matrix. Process 3-4 is isothermal compression, where the gas is compressed at constant temperature [latex]T_C[/latex], rejecting heat to the cold sink while work is done on the gas. Finally, process 4-1 is isochoric heat addition, where the gas passes back through the regenerator, picking up the stored heat and returning to temperature [latex]T_H[/latex].

再生器は、理想サイクルの高効率にとって極めて重要です。等積過程中に熱を蓄積・放出することで、カルノーサイクルと同様に、外部との熱交換が等温過程のみで行われることを保証します。これにより、スターリングサイクルは、2つの温度間で動作するあらゆる熱機関において、理論的に可能な限り最大の効率を達成できます。しかし実際には、実際のスターリングエンジンはこの理想から逸脱しています。有限の熱伝達率と連続的なピストン運動のため、プロセスは完全に等温または等積ではなく、PV線図の角が丸みを帯び、効率が低下します。

UNESCO Nomenclature: 2212
熱力学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • サディ・カルノーの理想熱機関サイクル理論(1824年)
  • 開発 理想気体の法則 from the work of Boyle, Charles, and Gay-Lussac
  • 熱力学の初期の概念と エネルギー保存の法則
  • ピストンとシリンダー機構の発明

アプリケーション

  • cryocoolers for electronics and 医用画像
  • 太陽光発電 ディッシュスターリングシステムにおける発電
  • マイクロコージェネレーション(mchp)ユニット
  • 産業プロセスからの廃熱回収システム
  • 潜水艦やヨット向けの静音電源
  • 遠隔地におけるバイオマス燃料発電機

特許:

  • GB 4081 of 1816

潜在的なイノベーションのアイデア

  • geothermal power plants using stirling engines to exploit low-temperature differentials
  • implantable, long-life artificial hearts powered by body heat
  • 極低温 cooling systems for quantum computers
  • portable power generators that can run on any combustible material for disaster relief
  • ultra-quiet, high-efficiency hvac systems for buildings
  • deep-sea autonomous underwater vehicles (auvs) with long-duration power
  • martian rovers powered by radioisotope heat sources coupled to stirling engines
  • distributed power grids using household-scale combined heat and power (chp) units
  • advanced waste heat recovery for data centers
  • solar-powered water pumps for irrigation in developing nations
関連キーワード:スターリングサイクル、熱力学、等温、等積、再生サイクル、熱機関、カルノー効率、閉サイクル、作動流体、熱効率。

歴史的背景

スターリングサイクル

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