斯特靈發動機

長型士他令機剖面圖： 粉紅–高溫汽缸壁 深灰–低溫汽缸壁（透過黃色通道注入和排出冷卻液） 深綠–溫度隔離壁 淺綠–配氣活塞 深藍–活塞 淺藍–曲柄和齒輪 不在圖上的：熱源和冷源。

斯特靈發動機（英語：Stirling Engine）又名熱空氣引擎，是一種基於士他令循環的閉循環活塞式熱機。閉循環的意思是膨脹和壓縮介質一直保存在氣缸內；而開循環，如內燃機需要與大氣交換氣體。

歷史

倫敦的牧師羅拔·士他令（Robert Stirling）於1816年發明的，所以命名為「斯特靈發動機」（Stirling engine）。

工作原理

斯特靈發動機2種─大學生5分鐘

士他令引擎

士他令引擎透過氣體吸收熱源的內能，熱脹冷縮做功，然後接觸冷源，氣體壓縮，使活塞復位。引擎內的工作氣體處於封閉中，因此可以用惰性氣體來作為介質。以簡單的雙缸士他令為例，士他令引擎的工作過程可以分為如下幾個階段：

1. 右側氣缸與熱源接觸，缸內氣體受熱膨脹，對右側活塞做功，活塞上升，接近於等溫膨脹過程。
2. 左側活塞上升，右側活塞下降，工作氣體進入左側氣缸，接近於等容放熱過程。
3. 左側氣缸與冷源接觸，缸內氣體冷卻收縮，左側活塞下降，接近於等溫壓縮過程。
4. 左側活塞繼續下降，工作氣體返回右側氣缸，接近於等容吸熱過程，完成一個循環。

理想情況下，等容放熱量與等容吸熱量相同，等溫膨脹吸熱量高於等溫壓縮放熱量，輸出機械能。

1 2 2 3 4 4

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  共用活塞的活塞士他令引擎
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  冷熱雙活塞分離的活塞士他令引擎

配氣活塞式士他令引擎的原理，配氣活塞士他令引擎有配氣活塞和動力活塞兩個活塞。其中配氣活塞並不密封，氣體可以從其和氣缸間的縫隙中自由流動：

1. 底部氣體受熱，配氣活塞向上運動。
2. 配氣活塞上部氣體受到壓迫，一部分推動動力活塞運動，一部分從縫隙中進入配氣活塞底部受熱膨脹繼續推動配氣活塞。
3. 動力活塞轉動，帶動飛輪，飛輪帶動配氣活塞向下運動。
4. 配氣活塞壓迫氣體進入上方，氣體被冷卻收縮，配氣活塞上升，完成一個循環。

背景

在將熱變成機械功的轉換上，士他令引擎在真實的熱機中可達最高的熱效率，至多80%，僅受工作氣體和引擎材料的不理想性質限制，例如摩擦、熱傳導性、抗張強度、緩慢、熔點等。

只要提供充足熱源，此引擎理論上可用被任何熱源推動，包括太陽能、化學能和核能。

與內燃機相比，士他令引擎往往維修需求較低，更高效、更安靜、而且更可靠。它們傾向被應用於某些特殊用途以發揚其獨特優點。特別是首要目標非減低每單位功率的投資成本（金錢/千瓦），而是減低引擎產生每單位能量的成本（金錢/度）的時候。

在額定功率下，士他令引擎的投資成本目前比內燃機引擎高，而且通常更大更重，因此這引擎科技很少單獨以此作為競爭基準。然而在一些用途上（例如需要靜音的潛艇），適當的本益分析可令士他令引擎優於內燃機引擎。

近年來，鑑於能源成本普遍上漲，能源短缺和全球暖化之類的環境問題，士他令引擎的優點愈來愈顯著。也有人將士他令引擎運用在了實驗車輛上。 對士他令引擎科技提高興趣促進了士他令裝置的研發。其應用涵蓋藉由不相容於內燃機的豐富能源抽水、宇基太空航行、發電，像是太陽能、農業廢料還有家庭垃圾。

另一個士他令引擎的潛力是，若供應機械功，它可以作為一種熱泵。已有實驗利用風能驅動士他令熱泵作為家用冷暖空調。

很小的士他令引擎

問題在於（1）散熱器巨大，無法用於移動機器如汽車，（2）材料要求過高，沒有材料可平價用於大功率引擎。

相關條目

• 地熱能
• 太陽能
• 蒸汽機
• 絕氣推進
• 哥特蘭級潛艇
• 蒼龍級潛艇

延伸閱讀

• 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]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2001-03-08）. 
• D. Haywood. An Introduction to Stirling-Cycle Analysis (PDF). [2009-01-19]. （原始內容 (PDF)存檔於2007-09-26）. 
• Z. Herzog. Stirling Engines. Mont Alto: Pennsylvania State University. 2006 [2009-01-19]. （原始內容存檔於2007-04-03）. 
• F. Kyei-Manu; A. Obodoako. Solar Stirling-Engine Water Pump Proposal Draft (PDF). 2005 [2009-01-19]. （原始內容 (PDF)存檔於2009-03-06）. 
• Lund University, Department of Energy Science: Division of Combustion Engines. Stirling Engine Research. [2009-01-19]. （原始內容存檔於2008-04-19）. 
• N.P. Nightingale. NASA Automotive Stirling Engine MOD II Design Report (PDF). NASA. 1986 [2009-01-19]. （原始內容存檔 (PDF)於2010-05-18）. 
• D. Phillips. Why Aviation Needs the Stirling Engine. 1994 [2009-01-19]. （原始內容存檔於2009-01-19）. 

外部連結

• 開放目錄專案中的「斯特靈發動機」
• I. Urieli (2008). Stirling Cycle Machine Analysis 2008 Winter Syllabus
• Simple Performance Prediction Method for Stirling Engine （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Explanations stirling engine and demos （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Shockwave3D models: Beta Stirling and LTD