振動式史特林引擎製作方法

一、史特林引擎簡介:

 

在能源動力的學習範疇中,能源的再循環再利用,及各種動力機械,都是無可避免的學習要項,而引擎是目前我們廣泛利用的動力機械之ㄧ,其中燃油引擎(包括汽油引擎、柴油引擎等)是在汽缸中急速燃燒汽油或柴油,產生爆炸使氣體膨脹而推動活塞輸出動力,然後排出廢氣,而史特林引擎則是利用汽缸中氣體之熱漲冷縮,而推動活塞輸出動力,氣體在汽缸中由外部熱源加熱而熱漲冷縮,並無爆炸之產生,且不排出汽缸外,因此運作起來非常安靜,且無廢氣排放之污染,效率也比燃油引擎高,熱源又不限於燃油,因此雖然目前應用尚不普及,卻是很有潛力的動力機械。

二、            原理簡介

如圖1移位器式史特林引擎,有一動力汽缸及動力活塞,另有容器及一個移位器,移位器直徑略小於容器內徑,當移位器在容器內上部時,容器內下部的氣體被加熱而膨脹,並經由移位器與容器內壁間的空隙,推動動力活塞往上,如圖2當移位器下移至容器內下部時,容器內上部的氣體被冷卻而收縮,並經由移位器與容器內壁間的空隙,吸引動力活塞往下,如此往復的動作如圖3是經由一曲軸及飛輪的慣性而完成,曲軸上連結移位器和動力活塞的相位角差90度。

 

圖取材自http://members.jcom.home.ne.jp/kobysh/stirling/stirlingIntro.html

 

三、振動式史特林引擎簡介:

本製作之振動式史特林引擎,如圖所示為利用一小段塑膠手套之手指為動力汽缸和活塞(可熱漲冷縮,如活塞和汽缸之動作),鋼絲絨搓成移位器,當移位器在試管內移動時,使氣體被移到熱端膨脹,或移到冷端收縮,造成塑膠手指套收縮或膨脹的彈力,配合寶特瓶剪成的彈簧片,而使試管上下擺動敲擊,而移動引擎本體。

 

四、製作使用材料

      

編號

    

  

備註欄

1

試管

Φ20×60 mm

1

 

2

鋼絲絨

細級

少許

 

3

巴沙木

100×200 ×2mm

1

 

4

水管

Φ18×2 mm

1

 

 

鋁片

40×200×0.5 mm

1

 

 

電工膠布

 

 

 

 

冰棒棍

 

 

 

 

五、工具及設備

       

編號

    

      

備註欄

1

手工具

少許

一般手工具如起子、尖嘴鉗斜口鉗、剪刀、鐵鎚等

2

熱熔膠槍

1

 

3

酒精燈

 

 

 

六、安全注意事項

 

1. 酒精燈酒精不可裝得太滿,也不能太少。

2. 酒精燈點火之前,須先檢查酒精是否有外漏的現象,如果有外漏的現象,須將它擦拭乾淨再點火。

3. 酒精燈點火時,須用火柴或打火機用側面靠近燈蕊,不可用另一個酒精燈來點火,容易引起酒精溢出而發生危險。

4. 酒精燈熄火時,不可用嘴吹,必須用蓋子蓋上熄火。

5.易燃物不要放置在酒精燈附近。

6.小心避免燒燙傷。

7.玻璃試管小心放置避免打破及割傷刺傷。

 

七、製作步驟

1.剪一小段鋼絲絨,以平板搓成直徑略小於試管內徑之小捲,並以剪刀剪成長度3公分

2.將讓鋼絲絨移位器裝入試管中,反覆修正到鋼絲絨移位器可以在試管中順暢滑動,且長度為3公分。

3. 將讓鋼絲絨移位器外為毛毛的部分燒掉,以利在試管中之滑動,修整後再裝回試管中。

4.剪一小圈水管(長度2mm),和一小段單心的電線(長度80mm並去除塑膠外皮)。

5.將電線橫跨在試管口之中央,壓住電線兩端,

6.以準備好之水管將電線壓入試管中,使試管口與電線成Φ形。

7.以斜口鉗剪掉凸出多餘之電線。

8.選乳膠手套剪下28mm長之手指。

9.將剪下之手指套上試管口。

10.壓除手指套中的空氣。

11.將電工膠布寬度剪成一半。

12.以剪下之膠布將手指套密封,以免漏氣。

13.將鋁片畫線如上圖,中間長條寬20mm,並從距一端40mm處劃斜線如上圖。

14.依畫線以鈑金剪刀剪下如步驟16所示之擺臂。

15.將擺臂前端繞試管一圈,並預留10mm長度,以便打孔穿線固定試管。

16.將擺臂墊在木頭上,於重疊部份以鐵釘和鐵鎚打孔(如上面之圖示)。

17.擺臂再裝上試管,並用綁線穿過打好的孔,將是管綁緊(如上面之圖示)。

18.將擺臂放平在底板上,壓住梯形那一端,然後扭轉擺臂使試管立起來如上圖所示。

19.將擺臂安放在底板上,並用膠帶將梯形那一端貼在底板上。

20.從大型的寶特瓶上剪下一條寬13mm60mm的長條當做彈簧。

21.以熱熔膠將冰棒棍如上圖般黏在底板上,緊鄰著擺臂梯形之下緣,黏好後擺臂仍須能上下擺動,且兩段冰棒棍之距離,需能容納保特平剪下之彈簧。

22.在兩段冰棒棍上,再橫跨黏上一段冰棒棍,使形成一凸字型空間,可插入彈簧片。

23.在黏好之凸字型冰棒棍後面,再黏上一小段冰棒棍如圖所示。

24.從後端小冰棒棍上面,將彈簧片穿過小孔約25mm,壓在擺臂梯形端。

25.以鋸條切割保麗龍,製作一個試管敲擊之斜面,並固定在底板上。

26.試著加熱試管上端(加熱時鋼絲絨移位器需位在下端),使手指套膨脹,再試著讓擺臂敲擊,看是否能連續敲擊,若否則檢查移位器是否卡住,或彈簧片太鬆或太緊。

27.檢修調整後再加熱後,按住底板再試是否能連續彈跳敲擊。

28. 能連續彈跳敲擊後,在敲擊斜面後端配重,使引擎在敲擊時能前進

29.完成參加比賽。

 

 

 

製作方法教學影片約300M