थर्मोमैकेनिकल जनरेटर
हार्वेल टीएमजी स्टर्लिंग इंजन, थर्मो-मैकेनिकल जेनरेटर के लिए संक्षिप्त नाम, का आविष्कार 1967 में यूनाइटेड किंगडम परमाणु ऊर्जा प्राधिकरण के हारवेल लैब्स में ई. एच. कुक-यारबोरो द्वारा आविष्कार किया गया था।[1][2][3][4] यह कुछ दक्षता का त्याग करके कम लागत और बहुत लंबे जीवन के साथ दूरस्थ विद्युत शक्ति स्रोत होने का विचार था। टीएमजी (मॉडल टीएमजी120) समय एकमात्र स्टर्लिंग इंजन था जिसे होमच सिस्टम्स लिमिटेड, इंग्लैंड नामक निर्माता द्वारा बेचा जाता था।[5]
विवरण
इंजन में इज़ोटेर्माल सिलेंडर (इंजन) होते हैं क्योंकि 1) हीटर क्षेत्र पूरे सिलेंडर के अंत को समाविष्ट करता है, 2) यह छोटा रेखा उपकरण है, जिसमें चौड़े उथले सिलेंडर होते हैं, जो उच्च सतह क्षेत्र से आयतन अनुपात देते हैं, 3) गैस स्थान की औसत मोटाई लगभग 0.1 सेमी है, और 4) कार्यशील द्रव हीलियम है, जिसमें स्टर्लिंग इंजन के लिए अच्छे तापीय गुण होते हैं।।
इंजन के विस्थापक का भी बहुत कम हानि होता है। अधिक पारंपरिक स्टर्लिंग इंजनों की तुलना में ये कम-हानि परिचालन विशेषताएँ इंजन विश्लेषण को सरल बनाती हैं।[5]: 113
पारंपरिक स्टर्लिंग इंजनों की तुलना में इस डिज़ाइन के कई लाभ हैं। टीएमजी को ब्रेज़्ड ट्यूबलर या फिनेड हीटर की आवश्यकता से बचने की अनुमति देकर हीटर की लागत को बहुत कम कर देती है, जो पारंपरिक स्टर्लिंग इंजन की लागत का 40% हो सकता है।[6] हीटर और कूलर के लिए ताप विनिमयक यंत्रवत् नगण्य हैं। पुनर्योजी साधारण वलय है, जिसे चपटी प्लेट कहा जाता है। सिलेंडर की दीवार और विस्थापक के साथ, कुल चार पुनर्जनन सतहें हैं। टीएमजी फ्री पिस्टन इंजन है। कोई घूर्णी बियरिंग (मैकेनिकल) या अस्थिर सिलेंडर सील नहीं है, इस प्रकार बहुत कम घर्षण या घिसाव होता है। काम करने की जगह को हर्मेटिक रूप से सील कर दिया जाता है, जिससे इसे कई हजारों घंटों तक दबाव वाली हीलियम गैस रखने की अनुमति मिलती है।
विस्थापित स्टेनलेस स्टील का डिब्बा है, जिसका व्यास 27 सेमी है। यह 27.4 सेमी व्यास वाले सिलेंडर में केंद्रित कम-हानि वाले समतल धातु स्प्रिंग (उपकरण) द्वारा निलंबित है। 2 मिमी त्रिज्या अनुमति को पतले, खुले सिरे वाले सिलेंडर द्वारा दो संकेंद्रित एनलस (गणित) अंतरालों में विभाजित किया जाता है, जो इंजन के सिलेंडर से जुड़ा होता है। यह वलय पुनर्योजी ताप विनिमायक के रूप में कार्य करता है, जो तार की जाली के प्रकार की तुलना में बहुत कम खर्चीला है।
इंजन फ्री-सिलेंडर डिज़ाइन है, जिसमें पूरे इंजन को स्प्रिंग्स पर लगाया जाता है और थोड़ा कंपन करने की अनुमति दी जाती है। यह विस्थापक को पावर पिस्टन की गति और रैखिक अल्टरनेटर चुंबक में चुंबक से सकारात्मक प्रतिक्रिया द्वारा संचालित करने की अनुमति देता है, जिसका संयुक्त वजन 10 किलो है।
| इंजन पैरामीटर | होमैक टीएमजी 120 युक्ति |
|---|---|
| संकेतित शक्ति | 170 वाट |
| शाफ्ट शक्ति | 150 वाट |
| ऊष्मा इनपुट | 1500 वाट |
| यांत्रिक दक्षता के लिए थर्मल | 10% |
| इंजन आवृत्ति | 110हर्ट्ज |
| आरोपित दबाव | 0.2 एमपीए |
| विस्थापक व्यास | 26.0 सें.मी |
| विस्थापित रेखा | 0.2 सें.मी |
| विस्थापक प्रसर्पित आयतन | 110 घन सेमी |
| पावर पिस्टन डायाफ्राम बाहरी व्यास | 35.2 सें.मी |
| पावर पिस्टन डायाफ्राम रेखा | 0.152 सें.मी |
| पावर पिस्टन डायाफ्राम प्रसर्पित आयतन | 110 घन सेमी |
| अवस्था कोण | ~90 degrees |
| गतिमान द्रव्यमान (पावर पिस्टन और अल्टरनेटर चुंबक) | 10 किग्रा |
| कुल इंजन द्रव्यमान | ~80 किग्रा |
| परिचालन जीवन | 90000 घंटे से अधिक |
| हीलियम पुनःपूर्ति (7 लीटर, अज्ञात दबाव पर) | औसतन हर 22500 घंटे |
[5]: 109
कुक-यारबोरो द्वारा अद्वितीय पावर पिस्टन का आविष्कार किया गया था, और इसे "आर्टिकुलेटेड डायाफ्राम" कहा जाता है। इसमें स्टेनलेस स्टील का वलय होता है, जिसका बाहरी व्यास 35 सेमी और आतंरिक व्यास 26 सेमी होता है। इस वलय को दो लचीले रबर ओ-रिंगों द्वारा बाहरी किनारे पर इंजन से जोड़ा जाता है, और आंतरिक किनारे पर इसे समान रूप से पकड़ा जाता है, इस स्थितियों में एक कठोर केंद्र जो पिस्टन के केंद्र को बनाता है। ओ-रिंग्स फ्लेक्स हैं लेकिन स्लाइड नहीं करते हैं, इस प्रकार किसी स्नेहक की आवश्यकता नहीं होती है और पूरी मशीन में नगण्य घिसाव होता है।
संपीड़न स्थान पावर-पिस्टन हब और विस्थापक के बीच स्थित है, और यह स्थान पावर पिस्टन के माध्यम से सीधे चालन द्वारा ठंडा होता है। टीएमजी के विकासात्मक मॉडल में डबल आर्टिकुलेटेड डायफ्राम होता है जिसमें ठंडा पानी होता है, जिसे थर्मोसाइफन द्वारा पंप किया जाता है। संपीड़न स्थान की गहराई 0.2 से 2.7 मिमी तक भिन्न होती है, जैसा कि 2 मिमी विस्थापक रेखा और 1.5 मिमी पावर पिस्टन रेखा 90 डिग्री चरण से बाहर चलकर नियंत्रित होता है।
टीएमजी इंजन पारंपरिक स्टर्लिंग इंजनों में सामान्यतः होने वाली कई आर्थिक और यांत्रिक कठिनाइयों पर सफलतापूर्वक नियंत्रण पा लेता है। चूंकि, इस डिज़ाइन की कुछ सीमाएँ हैं। साधारण, कम लागत वाला कुंडलाकार पुनर्जनन अन्य प्रकारों की तुलना में अक्षम है, (और यह इस इंजन की केवल 10% की कम तापीय दक्षता में योगदान देता है)। व्यक्त डायाफ्राम की यांत्रिक सीमाएं केवल अनुमानित 3 मिमी के अधिकतम रेखा की अनुमति देती हैं। ये विशेषताएँ इस डिज़ाइन के इंजन से अधिकतम प्राप्य शक्ति को लगभग 500 - 1000 वाट तक सीमित करती हैं।[5]: 195 फिर भी, कम लागत वाले स्टर्लिंग इंजन के लिए इस उच्च स्तर की विश्वसनीयता और परिचालन जीवन प्राप्त करना दुर्लभ है, जिसे केवल डिजाइन की सरलता के लिए उत्तरदायी ठहराया जा सकता है।
संदर्भ
- ↑ GB 1252258, "Stirling-motor"
- ↑ GB 1397548, "Stirling cycle heat engines"
- ↑ GB 1539034, "Resilient coupling devices"
- ↑ GB 2136087, "Annular Spring"
- ↑ 5.0 5.1 5.2 5.3 Colin D. West (1986). Principles and Applications of Stirling Engines. ISBN 0-442-29237-6. p. 195, 113, 109, 195
- ↑ Clifford.M.Hargreaves (1991). The Philips Stirling Engine. ISBN 0-444-88463-7.
