स्टर्लिंग इंजन एक ऊष्मा इंजन है जो आपकी कार के आंतरिक-दहन इंजन से बहुत अलग है । 1816 में रॉबर्ट स्टर्लिंग द्वारा आविष्कार किया गया, स्टर्लिंग इंजन में गैसोलीन या डीजल इंजन की तुलना में बहुत अधिक कुशल होने की क्षमता है । लेकिन आज, स्टर्लिंग इंजन का उपयोग केवल कुछ बहुत ही विशिष्ट अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे पनडुब्बियों या नौकाओं के लिए सहायक बिजली जनरेटर, जहां शांत संचालन महत्वपूर्ण है। हालांकि स्टर्लिंग इंजन के लिए एक सफल मास-मार्केट एप्लिकेशन नहीं रहा है, कुछ बहुत ही उच्च शक्ति वाले आविष्कारक इस पर काम कर रहे हैं।
एक स्टर्लिंग इंजन स्टर्लिंग चक्र का उपयोग करता है , जो आंतरिक-दहन इंजन में उपयोग किए जाने वाले चक्रों के विपरीत है।
- स्टर्लिंग इंजन के अंदर इस्तेमाल होने वाली गैसें इंजन को कभी नहीं छोड़ती हैं। कोई निकास वाल्व नहीं हैं जो उच्च दबाव वाले गैसों को बाहर निकालते हैं, जैसे कि गैसोलीन या डीजल इंजन में, और कोई विस्फोट नहीं हो रहा है। इस वजह से स्टर्लिंग इंजन बहुत शांत होते हैं।
- स्टर्लिंग चक्र एक बाहरी ऊष्मा स्रोत का उपयोग करता है, जो गैसोलीन से सौर ऊर्जा से लेकर सड़ने वाले पौधों द्वारा उत्पन्न ऊष्मा तक कुछ भी हो सकता है । इंजन के सिलिंडर के अंदर कोई दहन नहीं होता है।
स्टर्लिंग इंजन को एक साथ रखने के सैकड़ों तरीके हैं। इस लेख में, हम स्टर्लिंग चक्र के बारे में जानेंगे और देखेंगे कि इस इंजन के दो अलग-अलग विन्यास कैसे काम करते हैं।
- स्टर्लिंग चक्र
- डिसप्लेसर-टाइप स्टर्लिंग इंजन
- टू-पिस्टन स्टर्लिंग इंजन
- स्टर्लिंग इंजन अधिक सामान्य क्यों नहीं हैं?
स्टर्लिंग चक्र
स्टर्लिंग इंजन का मुख्य सिद्धांत यह है कि इंजन के अंदर गैस की एक निश्चित मात्रा को सील कर दिया जाता है । स्टर्लिंग चक्र में घटनाओं की एक श्रृंखला शामिल होती है जो इंजन के अंदर गैस के दबाव को बदल देती है, जिससे यह काम करता है।
गैसों के कई गुण हैं जो स्टर्लिंग इंजन के संचालन के लिए महत्वपूर्ण हैं:
- यदि आपके पास निश्चित मात्रा में गैस की निश्चित मात्रा है और आप उस गैस का तापमान बढ़ाते हैं, तो दबाव बढ़ जाएगा।
- यदि आपके पास एक निश्चित मात्रा में गैस है और आप इसे संपीड़ित करते हैं (इसके स्थान का आयतन घटाते हैं), तो उस गैस का तापमान बढ़ जाएगा।
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आइए एक सरल स्टर्लिंग इंजन को देखते हुए स्टर्लिंग चक्र के प्रत्येक भाग को देखें। हमारा सरलीकृत इंजन दो सिलेंडरों का उपयोग करता है। एक सिलेंडर को बाहरी ऊष्मा स्रोत (जैसे आग ) द्वारा गर्म किया जाता है , और दूसरे को बाहरी शीतलन स्रोत (जैसे बर्फ) द्वारा ठंडा किया जाता है। दो सिलेंडरों के गैस कक्ष जुड़े हुए हैं, और पिस्टन एक दूसरे से यांत्रिक रूप से एक लिंकेज से जुड़े हुए हैं जो यह निर्धारित करता है कि वे एक दूसरे के संबंध में कैसे आगे बढ़ेंगे।
स्टर्लिंग चक्र के चार भाग होते हैं। उपरोक्त एनीमेशन में दो पिस्टन चक्र के सभी भागों को पूरा करते हैं:
- गर्म सिलेंडर (बाएं) के अंदर गैस में गर्मी डाली जाती है, जिससे दबाव बनता है। यह पिस्टन को नीचे जाने के लिए मजबूर करता है। यह स्टर्लिंग चक्र का वह भाग है जो कार्य करता है।
- बायां पिस्टन ऊपर जाता है जबकि दायां पिस्टन नीचे चला जाता है। यह गर्म गैस को ठंडे सिलेंडर में धकेलता है, जो गैस को शीतलन स्रोत के तापमान पर जल्दी से ठंडा कर देता है, जिससे उसका दबाव कम हो जाता है। इससे चक्र के अगले भाग में गैस को संपीड़ित करना आसान हो जाता है।
- कूल्ड सिलेंडर में पिस्टन (दाएं) गैस को संपीड़ित करना शुरू कर देता है। इस संपीड़न से उत्पन्न ऊष्मा को शीतलन स्रोत द्वारा हटा दिया जाता है।
- दायां पिस्टन ऊपर जाता है जबकि बायां पिस्टन नीचे चला जाता है। यह गैस को गर्म सिलेंडर में धकेलता है, जहां यह जल्दी से गर्म हो जाता है, जिससे दबाव बनता है, जिस बिंदु पर चक्र दोहराता है।
स्टर्लिंग इंजन केवल चक्र के पहले भाग के दौरान ही शक्ति बनाता है। स्टर्लिंग चक्र के बिजली उत्पादन को बढ़ाने के दो मुख्य तरीके हैं:
- चरण एक में बिजली उत्पादन बढ़ाएँ - चक्र के पहले भाग में, पिस्टन के खिलाफ धकेलने वाली गर्म गैस का दबाव काम करता है। चक्र के इस भाग के दौरान दबाव बढ़ाने से इंजन की शक्ति में वृद्धि होगी। दबाव बढ़ाने का एक तरीका गैस का तापमान बढ़ाना है। जब हम इस लेख में बाद में दो-पिस्टन स्टर्लिंग इंजन पर एक नज़र डालते हैं, तो हम देखेंगे कि कैसे एक पुनर्योजी नामक उपकरण अस्थायी रूप से गर्मी का भंडारण करके इंजन के बिजली उत्पादन में सुधार कर सकता है।
- चरण तीन में बिजली का उपयोग कम करें - चक्र के भाग तीन में, पिस्टन भाग एक में उत्पादित कुछ शक्ति का उपयोग करके गैस पर काम करता है। चक्र के इस भाग के दौरान दबाव कम करने से चक्र के इस चरण के दौरान उपयोग की जाने वाली शक्ति कम हो सकती है (प्रभावी रूप से इंजन के बिजली उत्पादन में वृद्धि)। दबाव कम करने का एक तरीका गैस को कम तापमान पर ठंडा करना है।
इस खंड में आदर्श स्टर्लिंग चक्र का वर्णन किया गया है। वास्तविक काम करने वाले इंजन अपने डिजाइन की भौतिक सीमाओं के कारण चक्र को थोड़ा बदलते हैं। अगले दो खंडों में, हम विभिन्न प्रकार के स्टर्लिंग इंजनों के एक जोड़े पर एक नज़र डालेंगे। विस्थापन-प्रकार का इंजन शायद समझने में सबसे आसान है, इसलिए हम वहीं से शुरू करेंगे।
विशेष धन्यवाद
इस लेख में मदद के लिए अमेरिकन स्टर्लिंग कंपनी के ब्रेंट वैन आर्स्डेल का विशेष धन्यवाद ।
डिसप्लेसर-टाइप स्टर्लिंग इंजन
दो पिस्टन होने के बजाय, एक विस्थापन-प्रकार के इंजन में एक पिस्टन और एक विस्थापन होता है। विस्थापक जब गैस चैम्बर गरम किया जाता है और जब यह ठंडा हो जाता है को नियंत्रित करने के लिए कार्य करता है। इस प्रकार के स्टर्लिंग इंजन का उपयोग कभी-कभी कक्षा प्रदर्शनों में किया जाता है। आप खुद को बनाने के लिए एक किट भी खरीद सकते हैं !
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चलाने के लिए, ऊपर के इंजन को बड़े सिलेंडर के ऊपर और नीचे के तापमान के अंतर की आवश्यकता होती है । ऐसे में आपके हाथ के तापमान और उसके आसपास की हवा के बीच का अंतर इंजन को चलाने के लिए काफी है।
इस पृष्ठ की आकृति में, आप दो पिस्टन देख सकते हैं:
- पॉवर पिस्टन - इस इंजन के शीर्ष पर छोटे पिस्टन है। यह एक कसकर सील किया गया पिस्टन है जो इंजन के अंदर की गैस के फैलने पर ऊपर की ओर बढ़ता है।
- विस्थापक - यह ड्राइंग में बड़े पिस्टन है। यह पिस्टन अपने सिलेंडर में बहुत ढीला होता है, इसलिए इंजन के गर्म और ठंडे हिस्सों के बीच हवा आसानी से चल सकती है क्योंकि पिस्टन ऊपर और नीचे चलता है।
इंजन में गैस को गर्म किया जा रहा है या ठंडा किया जा रहा है या नहीं, इसे नियंत्रित करने के लिए विस्थापनकर्ता ऊपर और नीचे चलता है। दो पद हैं:
- जब विस्थापनक बड़े सिलेंडर के शीर्ष के पास होता है, तो इंजन के अंदर की अधिकांश गैस ऊष्मा स्रोत से गर्म होती है और यह फैल जाती है। इंजन के अंदर दबाव बनता है, जिससे पावर पिस्टन ऊपर जाता है।
- जब विस्थापनकर्ता बड़े सिलेंडर के तल के पास होता है, तो इंजन के अंदर की अधिकांश गैस ठंडी हो जाती है और सिकुड़ जाती है। इससे दबाव कम हो जाता है, जिससे पावर पिस्टन को नीचे जाने और गैस को संपीड़ित करने में आसानी होती है।
इंजन बार-बार गैस को गर्म और ठंडा करता है, गैस के विस्तार और संकुचन से ऊर्जा निकालता है ।
इसके बाद, हम दो-पिस्टन स्टर्लिंग इंजन पर एक नज़र डालेंगे।
टू-पिस्टन स्टर्लिंग इंजन
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इस इंजन में गर्म किए गए सिलेंडर को बाहरी लौ से गर्म किया जाता है। ठंडा किया गया सिलेंडर एयर-कूल्ड होता है, और शीतलन प्रक्रिया में सहायता के लिए उस पर पंख होते हैं। प्रत्येक पिस्टन से निकलने वाली छड़ एक छोटी डिस्क से जुड़ी होती है, जो बदले में एक बड़े चक्का से जुड़ी होती है। यह पिस्टन को तब गतिमान रखता है जब इंजन द्वारा कोई शक्ति उत्पन्न नहीं की जा रही हो।
लौ लगातार नीचे के सिलेंडर को गर्म करती है।
- चक्र के पहले भाग में, दबाव बनता है, पिस्टन को बाईं ओर ले जाने के लिए मजबूर करता है, काम करता है। ठंडा पिस्टन लगभग स्थिर रहता है क्योंकि यह अपनी क्रांति के बिंदु पर होता है जहां यह दिशा बदलता है।
- अगले चरण में, दोनों पिस्टन चलते हैं। गर्म पिस्टन दायीं ओर गति करता है और ठंडा पिस्टन ऊपर की ओर बढ़ता है। यह अधिकांश गैस को पुनर्योजी के माध्यम से और ठंडा पिस्टन में ले जाता है। पुनर्योजी एक उपकरण है जो अस्थायी रूप से गर्मी को संग्रहीत कर सकता है - यह तार का एक जाल हो सकता है जिससे गर्म गैसें गुजरती हैं। तार जाल का बड़ा सतह क्षेत्र अधिकांश गर्मी को जल्दी से अवशोषित करता है। इससे कूलिंग फिन्स द्वारा निकालने के लिए कम गर्मी निकलती है।
- इसके बाद, कूल्ड सिलेंडर में पिस्टन गैस को संपीड़ित करना शुरू कर देता है। इस संपीड़न से उत्पन्न गर्मी को कूलिंग फिन द्वारा हटा दिया जाता है।
- चक्र के अंतिम चरण में, दोनों पिस्टन चलते हैं - ठंडा पिस्टन नीचे चला जाता है जबकि गर्म पिस्टन बाईं ओर चला जाता है। यह गैस को पुनर्योजी (जहां यह पिछले चक्र के दौरान वहां जमा की गई गर्मी को उठाता है) और गर्म सिलेंडर में ले जाता है। इस बिंदु पर, चक्र फिर से शुरू होता है।
आप सोच रहे होंगे कि स्टर्लिंग इंजनों का अभी तक बड़े पैमाने पर बाजार में उपयोग क्यों नहीं हुआ है। अगले भाग में, हम इसके कुछ कारणों पर एक नज़र डालेंगे।
स्टर्लिंग इंजन अधिक सामान्य क्यों नहीं हैं?
कुछ प्रमुख विशेषताएं हैं जो स्टर्लिंग इंजन को अधिकांश कारों और ट्रकों सहित कई अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए अव्यवहारिक बनाती हैं ।
चूंकि गर्मी स्रोत बाहरी है , इसलिए इंजन को सिलेंडर पर लागू होने वाली गर्मी की मात्रा में परिवर्तन का जवाब देने में थोड़ा समय लगता है - गर्मी को सिलेंडर की दीवारों के माध्यम से और अंदर गैस में संचालित होने में समय लगता है। यन्त्र। इस का मतलब है कि:
- उपयोगी शक्ति का उत्पादन करने से पहले इंजन को गर्म होने में कुछ समय लगता है।
- इंजन अपने पावर आउटपुट को जल्दी से नहीं बदल सकता है।
ये कमियां सभी गारंटी देती हैं कि यह कारों में आंतरिक-दहन इंजन को प्रतिस्थापित नहीं करेगी। हालांकि, स्टर्लिंग इंजन से चलने वाली हाइब्रिड कार संभव हो सकती है।
स्टर्लिंग इंजन और संबंधित विषयों के बारे में अधिक जानकारी के लिए, अगले पृष्ठ पर लिंक देखें।
मूल रूप से प्रकाशित: ४ मई, २००१
स्टर्लिंग इंजन अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
स्टर्लिंग इंजन का उपयोग किसके लिए किया जाता है?
स्टर्लिंग इंजन का उपयोग क्यों नहीं किया जाता है?
स्टर्लिंग इंजन से आप क्या शक्ति प्राप्त कर सकते हैं?
स्टर्लिंग इंजन किस प्रकार का इंजन है?
स्टर्लिंग इंजन कितने समय तक चल सकता है?
बहुत अधिक जानकारी
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