સ્ટર્લિંગ એન્જિન શું છે? સ્ટર્લિંગ એન્જિન કેવી રીતે કામ કરે છે? સ્ટર્લિંગ એન્જિનની શોધ કેવી રીતે થઈ? કયા વિસ્તારોમાં તેનો ઉપયોગ થાય છે? ગરમી ઊર્જા ગતિ ઊર્જામાં કેવી રીતે રૂપાંતરિત થાય છે? સ્ટર્લિંગ એન્જિન વિશેની વિગતો અમારા લેખમાં છે.
સ્ટર્લિંગ એન્જિન શું છે?
સ્ટર્લિંગ એન્જિન એ એક એવું મશીન છે જે બંધ ચેમ્બરની બાહ્ય ગરમી દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ઊર્જાને યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. હોટ એર એન્જિન તરીકે પણ ઓળખાય છે. જેમ જેમ ગરમ હવા વિસ્તરે છે અને સંકુચિત થાય છે તેમ, એન્જિન ખસેડવાનું શરૂ કરે છે. તેની શોધ 1816 માં સ્કોટિશ પાદરી, આદરણીય રોબર્ટ સ્ટર્લિંગ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. એન્જિન તેમના ભાઈ જેમ્સ સ્ટર્લિંગ દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. શોધકોના સમયમાં, વરાળથી ચાલતા મશીનોનો ઉપયોગ થતો હતો અને તે તદ્દન જોખમી હતા. તેઓ વધુ ભરોસાપાત્ર વિકલ્પ શોધવા નીકળ્યા. તેઓ જે ઇચ્છતા હતા તે ઉષ્મા ઊર્જાને સીધી ગતિ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માગે છે.
સ્ટર્લિંગ એન્જિનમાં શું છે?
- પાવર પિસ્ટન (વિસ્થાપન): તે બંધ ચેમ્બરમાં ગેસને ખસેડવાનું કામ કરે છે. તે સામાન્ય રીતે બીટા પ્રકાર અને આલ્ફા પ્રકારના એન્જિનમાં વપરાય છે.
- પિસ્ટન: તે એન્જિનમાં સિલિન્ડરોમાં ખસેડીને ગરમી ઊર્જાને યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવામાં મદદ કરે છે.
- ફ્લાયવ્હીલ: તે તે માળખું છે જેમાં પિસ્ટન જોડાયેલ છે. આ સ્ટ્રક્ચરનું કાર્ય જનરેટેડ યાંત્રિક ઊર્જાને ગતિશીલ ભાગોમાં સ્થાનાંતરિત કરવાનું છે.
- કૂલર: તે બંધ ચેમ્બરમાં ગેસને ઠંડુ કરવામાં મદદ કરે છે. તે એન્જિનને લાંબા સમય સુધી ઉપયોગમાં લેવામાં મદદ કરે છે.
- હીટર: તે એન્જિનનો સૌથી મહત્વપૂર્ણ ભાગ છે. ગરમી ઊર્જાને ગતિ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે બંધ ચેમ્બરમાં ગેસને ગરમ કરવા માટે તેનો ઉપયોગ થાય છે.
વધુમાં, કેટલાક એન્જિન પ્રકારોમાં, તેનો ઉપયોગ આ સિવાયના વિવિધ ઘટકોમાં થઈ શકે છે. આ સંપૂર્ણપણે વિકાસકર્તાઓના વિવેકબુદ્ધિ પર છે.
સ્ટર્લિંગ એન્જિનના કાર્યકારી સિદ્ધાંત
સ્ટર્લિંગ એન્જિન કાર્યકારી ગેસ (સામાન્ય રીતે હવા અથવા વાયુઓ જેમ કે હિલીયમ, હાઇડ્રોજન) ના અવાહક જથ્થાને વારંવાર ગરમ કરીને અને ઠંડુ કરીને કાર્ય કરે છે.
ગેસ ગેસ કાયદા દ્વારા વ્યાખ્યાયિત વર્તન દર્શાવે છે (દબાણ, તાપમાન અને વોલ્યુમની તુલનામાં). જ્યારે ગેસ ગરમ થાય છે, કારણ કે તે અવાહક જગ્યામાં હોય છે, ત્યારે તેનું દબાણ વધે છે અને પાવર પિસ્ટનને અસર કરે છે, પાવર સ્ટ્રોક ઉત્પન્ન કરે છે. જ્યારે ગેસ ઠંડુ થાય છે, ત્યારે દબાણ ઘટે છે અને પરિણામે પિસ્ટન તેના રિટર્ન સ્ટ્રોક પર કરવામાં આવેલા કેટલાક કામનો ઉપયોગ ગેસને ફરીથી સંકોચન કરવા માટે કરે છે. પરિણામી નેટ વર્ક સ્પિન્ડલ પર બળ બનાવે છે. કાર્યકારી ગેસ સમયાંતરે ગરમ અને ઠંડા હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ વચ્ચે વહે છે. કાર્યકારી ગેસ પિસ્ટન સિલિન્ડરોની અંદર સીલ કરવામાં આવે છે. તેથી અહીં કોઈ એક્ઝોસ્ટ ગેસ નથી. અન્ય પ્રકારના પિસ્ટન એન્જિનથી વિપરીત, વાલ્વની જરૂર નથી.
કેટલાક સ્ટર્લિંગ એન્જિનો કામ કરતા ગેસને ઠંડા અને ગરમ ટાંકીઓ વચ્ચે આગળ પાછળ ખસેડવા માટે સ્પ્લિટર પિસ્ટનનો ઉપયોગ કરે છે. કામ કરતા ગેસ સિલિન્ડરોને અલગ-અલગ તાપમાને રાખીને ફરે છે, બહુવિધ સિલિન્ડરોના પાવર પિસ્ટન્સના ઇન્ટરકનેક્શનને કારણે આભાર.
વાસ્તવિક સ્ટર્લિંગ એન્જિનમાં, ટાંકી વચ્ચે રિજનરેટર મૂકવામાં આવે છે. આ ગરમી રિજનરેટરમાંથી ટ્રાન્સફર થાય છે કારણ કે ગરમ અને ઠંડા બાજુ વચ્ચે ગેસ ચક્ર થાય છે. કેટલીક ડિઝાઇનમાં, વિભાજક પિસ્ટન પોતે જ પુનર્જીવિત છે. આ રિજનરેટર સ્ટર્લિંગ ચક્રની કાર્યક્ષમતામાં ફાળો આપે છે. રિજનરેટર તરીકે અહીં ઉલ્લેખિત માળખું વાસ્તવમાં એક નક્કર માળખું છે જે અમુક હવાને તેમાંથી પસાર થતા અટકાવશે નહીં. ઉદાહરણ તરીકે, આ કામ માટે સ્ટીલના બોલનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. જેમ જેમ હવા ઠંડા રૂમ અને ગરમ રૂમ વચ્ચે ફરે છે, તે આ પુનર્જીવિત યંત્રમાંથી પસાર થાય છે. ગરમ હવા ઠંડા ભાગમાં પહોંચે તે પહેલાં, તે આ દડાઓ પર થોડી ગરમી ઉર્જા છોડી દે છે. જેમ જેમ ઠંડી હવા ગરમ બાજુએ જાય છે, તેમ તે પહેલાં બહાર પડતી ઉષ્મા ઉર્જા સાથે થોડી ગરમ થાય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, તે ગરમ ભાગમાં પ્રવેશતા પહેલા હવાને પ્રી-હીટિંગ કરીને અને ઠંડા ભાગમાં પ્રવેશતા પહેલા પ્રી-કૂલિંગ દ્વારા એન્જિનની કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે.
એક આદર્શ સ્ટર્લિંગ એન્જિન ચક્ર સમાન ઇનલેટ અને આઉટલેટ તાપમાન માટે કાર્નોટ હીટ એન્જિનની સમાન સૈદ્ધાંતિક કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે. તેની થર્મોડાયનેમિક કાર્યક્ષમતા સ્ટીમ એન્જિન કરતા વધારે છે. (અથવા કેટલાક સરળ આંતરિક કમ્બશન અને ડીઝલ એન્જિન)
કોઈપણ ગરમીનો સ્ત્રોત સ્ટર્લિંગ એન્જિનને પાવર આપી શકે છે. બાહ્ય કમ્બશન એન્જિન, અભિવ્યક્તિમાં કમ્બશન ઘણીવાર ગેરસમજ થાય છે. ગરમીનો સ્ત્રોત કમ્બશન દ્વારા પેદા થઈ શકે છે, પરંતુ તે સૌર ઉર્જા, ભૂઉષ્મીય ઉર્જા અથવા અણુ ઉર્જા પણ હોઈ શકે છે. તેવી જ રીતે, તાપમાનનો તફાવત બનાવવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ઠંડા સ્ત્રોત આસપાસના તાપમાનની નીચે અલગ અલગ સામગ્રી હોઈ શકે છે. ઠંડા પાણી અથવા રેફ્રિજન્ટના ઉપયોગથી ઠંડક પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. જો કે, ઠંડા સ્ત્રોતમાંથી મેળવવામાં આવતો તાપમાનનો તફાવત ઓછો હશે, તેથી તેને મોટા લોકો સાથે કામ કરવાની જરૂર પડશે, અને પમ્પિંગમાં જે પાવર લોસ થશે તે ચક્રની કાર્યક્ષમતા ઘટાડશે. કમ્બશન પ્રોડક્ટ્સ સંપર્કમાં આવતા નથી. એન્જિનના આંતરિક ભાગો સાથે. સ્ટર્લિંગ એન્જિનમાં લુબ્રિકેટિંગ ઓઇલનું જીવન આંતરિક કમ્બશન એન્જિન કરતાં લાંબુ હોય છે.
સ્ટર્લિંગ એન્જિનના પ્રકાર
સ્ટર્લિંગ એન્જિનના 3 મુખ્ય પ્રકાર છે. અન્ય એન્જિન પ્રકારો 3 એન્જિનના સુધારેલા સંસ્કરણો છે.
- આલ્ફા પ્રકાર સ્ટર્લિંગ એન્જિન:
તેમાં બે પિસ્ટન, એક ફ્લાયવ્હીલ, પિસ્ટન સાથેનો બંધ ગેસ ચેમ્બર, હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ, હીટ જનરેટર અને ફ્લાયવ્હીલનો સમાવેશ થાય છે. ગરમીના સ્ત્રોત સાથે ટોચ પર મૂકવામાં આવેલા પિસ્ટનના વિસ્તારને ગરમ કરીને તેમાં ગેસને સક્રિય કરવાનો હેતુ છે. ગરમ ગેસ પિસ્ટનને આગળ પાછળ ધકેલવાનું શરૂ કરે છે, અન્ય જોડાયેલ પિસ્ટન ખસવા લાગે છે, જેથી ગરમ અને ઠંડા ગેસ ચેમ્બરમાં વિસ્થાપિત થાય છે. આ બે પિસ્ટન જે સાથે જોડાયેલા છે તે ફ્લાયવ્હીલની મદદથી પેદા થયેલી ઉર્જાનું ટ્રાન્સફર થાય છે.
- બીટા પ્રકાર સ્ટર્લિંગ એન્જિન:
એક જ શાફ્ટ પર 2 પિસ્ટન છે. આ બે પિસ્ટન એકબીજા સાથે જોડાયેલા છે. તળિયે પિસ્ટન વડે ચેમ્બરને ગરમ કરવાથી, બંધ ચેમ્બરમાં ગેસ ગરમ થાય છે અને સક્રિય થાય છે. આ રીતે, પિસ્ટન તેની ઉપરની ગતિ શરૂ કરે છે. અન્ય જોડાયેલ પિસ્ટન પણ ઠંડા ગેસને ચેમ્બરમાં ખસેડવામાં મદદ કરે છે. ફ્લાયવ્હીલ, જેની સાથે પિસ્ટન જોડાયેલા હોય છે, તે પેદા થયેલી ઉર્જાનું પરિવહન કરે છે.
- ગામા પ્રકારનું સ્ટર્લિંગ એન્જિન:
ત્યાં બે અલગ પિસ્ટન છે. મોટા પિસ્ટન સાથેની ચેમ્બર ગરમ થાય છે અને તેમાં રહેલો ગેસ સક્રિય થાય છે. આ રીતે, ફ્લાયવ્હીલ સાથે એકબીજા સાથે જોડાયેલા પિસ્ટન ખસેડવાનું શરૂ કરે છે.
સ્ટર્લિંગ એન્જિનના ફાયદા
- ગરમી બહારથી લાગુ પડતી હોવાથી, આપણે બળતણ અને હવાના મિશ્રણને ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરી શકીએ છીએ.
- ગરમી પૂરી પાડવા માટે સતત ઉષ્મા સ્ત્રોતનો ઉપયોગ કરવામાં આવતો હોવાથી, બળ્યા વગરના બળતણની માત્રા ખૂબ ઓછી છે.
- આ પ્રકારના એન્જિનને તેમના પાવર લેવલ પર એન્જિનના પ્રકારો કરતા ઓછા જાળવણી અને લ્યુબ્રિકેશનની જરૂર પડે છે.
- તેઓ આંતરિક કમ્બશન એન્જિનની તુલનામાં બંધારણમાં એકદમ સરળ છે.
- તેઓ ઓછા દબાણમાં પણ કામ કરી શકે છે, તેઓ વરાળ સ્ત્રોત મશીનો કરતાં વધુ સુરક્ષિત છે.
- ઓછું દબાણ હળવા અને વધુ ટકાઉ સિલિન્ડરનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે.
સ્ટર્લિંગ એન્જિનના ગેરફાયદા
- ઇંધણની અર્થવ્યવસ્થાના સંદર્ભમાં કિંમત ઊંચી છે, કારણ કે એન્જિનના પ્રથમ પ્રારંભમાં જરૂરી ગરમી જરૂરી છે.
- તેની શક્તિને અલગ સ્તર પર લઈ જવી ખૂબ મુશ્કેલ છે.
- કેટલાક સ્ટર્લિંગ એન્જિન ઝડપથી શરૂ થઈ શકતા નથી. તેમને પૂરતી હૂંફની જરૂર છે.
- સામાન્ય રીતે હાઇડ્રોજન ગેસનો ઉપયોગ બંધ ચેમ્બરમાં થાય છે. જો કે, જ્યારે આ ગેસના અણુઓ ખૂબ નાના હોય છે, ત્યારે તેને ચેમ્બરમાં રાખવું મુશ્કેલ છે. તેથી, અમે વધારાના ખર્ચનો સામનો કરીએ છીએ.
- ઠંડા ભાગમાં પૂરતી ગરમી શોષી લેવી જોઈએ. જો ત્યાં ખૂબ ગરમીનું નુકસાન થાય છે, તો એન્જિનની કાર્યક્ષમતા ઘટશે.
સ્ટર્લિંગ એન્જિન એપ્લિકેશન વિસ્તારો
સ્ટર્લિંગ એન્જિનનો ઉપયોગ ઓછી શક્તિવાળા ઉડ્ડયન એન્જિન, દરિયાઈ એન્જિન, હીટ પંપ, સંયુક્ત ગરમી અને પાવર સિસ્ટમમાં થાય છે. આજે, તે મોટે ભાગે સૌર પેનલ ક્ષેત્રોમાં વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે વપરાય છે.
ટિપ્પણી કરવા માટે સૌ પ્રથમ બનો