Машины, работающие по циклу Стерлинга

Солнечные энергетические установки

По-видимому, существует практически неограниченный рынок для небольших двигателей, работающих на солнечной энергии (для использования в тропических странах) и служащих приводом водя­ных ирригационных насосов и электрогенераторов малой мощ­ности, заряжающих аккумуляторы для освещения в ночное время. Эта область применения двигателей Стирлинга не нова; Финкель - штейн (1959 г.) приводит пример одного из первых двигателей Стир­линга, работавшего на солнечной энергии и построенного Эрик- соном в XIX в.

По всей вероятности, основная трудность в поставке на рынок таких двигателей заключена в их цене. В дополнение к двигателю
необходимо иметь солнечный коллектор и концентратор, которые соответственно собирают солнечное излучение с большой площади и концентрируют ее на очень малую. Сфокусированный поток энер­гии очень велик, поэтому достигаются высокие температуры, необ­ходимые для работы теплового двигателя. Формы коллекторов мо­гут быть самыми разнообразными, но наиболее известной является, вероятно, параболоид (форма прожектора или рефлектора передней фары автомобиля). Другой формой коллектора является линза Френеля, показанная на рис. 9-5. Она представляет собой большую плоскую пластину из прозрачного материала с пазами на верхней поверхности, прорезанными под различными углами так, что пада­ющие солнечные лучи собираются в общем фокусе. Такие линзы, изготовленные с помощью штампа, подобно тому как делаются граммофонные пластинки, могут быть относительно дешевыми. Одна

Из них, купленная автором в 1970 г., имела размеры около 0,76X0,91 м и стоила 20 долл. К сожалению, линза была сде­лана из пластика, теряющего прозрачность при сильном сол­нечном свете.

При перпендикулярном рас­положении коллектора к солнеч­ным лучам падающая солнечная энергия максимальна. Для под­держания максимальной выход­ной мощности двигателя в тече­ние возможно большего времени необходим механизм ориентации, вращающий коллектор в соот­ветствии с движением Солнца. Механизм ориентации может приводиться в движение от простого часового механизма с периодической поправкой по широте, учитывающей сезонные изменения в движении Солнца. Типы двигателей могут быть самыми разнообразными — от свободно-поршневого двигателя j Била (рабочий объем находится под давлением и герметично уплотнен при изготовлении) до простого двигателя Хейнричи, работающего на воздухе при низком давлении. Такие двигатели должны быть дешевыми, надежными и нетрудоемкими в производстве при вы­пуске их в больших количествах.

Заслуживает внимания изобретенная Финкельштейном кварце­вая головка цилиндра, позволяющая иметь фокус коллектора внутри самого цилиндра.

Это дает возможность нагревать рабочее тело до очень высокой температуры без особых требований к высококачественным материа­лам в горячей замкнутой полости.

Новые области применения и использование двигателей Стирлинга в учебных целях

В наши дни компьютеров, лазеров, сверхпроводящих систем поражает то, что модель двигателя до сих пор вызывает повышен­ный интерес. Люди, кажется, испытывают удовольствие, глядя на маховики, кривошипы, штоки. Вероятно, все это является воспоми­нанием их детства. Во всяком случае, вот, казалось бы, рынок для «форменных забав». Для этой цели подошел бы небольшой двига­тель с подводом теплоты от пламени спиртовки или нагреваемый за счет электрического сопротивления от аккумуляторных батарей. Такой двигатель, если он будет достаточно дешев для широкого распространения, мог бы выполнять полезную образовательную функцию, демонстрируя возможности двигателей Стирлинга как бес­шумных, мало загрязняющих окружающую среду машин. Двига­тель может служить также основой для разработок демонстрацион­ных образцов и показа его в учебных целях. Известно, что единст­венные двигатели Стирлинга, относящиеся к этой группе, находят в настоящее время коммерческое воплощение в диапазоне от самой простой цилиндрической установки Брэдли (Bradley) и двигателя Хейнричи, сконструированного Рикардо (Ricardo) и изготовленного фирмой «Кассонс» (Cussons, Ltd), до более современных устройств, предлагаемых фирмой «Лейболд — Хирэус» (Leybold — Heraeus).