|
เครื่องจักรเสตอริ่ง เครื่องจักรสเตอริ่ง เป็นเครื่องจักรความร้อนชนิดหนึ่ง ที่แตกต่างจากเครื่องจักรสันดาปภายใน ซึ่งใช้อยู่ในรถยนต์ทั่วๆไป นายโรเบิร์ต สเตอริ่งเป็นผู้ประดิษฐ์เครื่องจักรสเตอริ่งได้เป็นคนแรก เมื่อปี ค.ศ. 1816 น่าแปลกใจที่ว่า เครื่องจักรสเตอริ่งนี้มีประสิทธิภาพสูงกว่า เครื่องจักรก๊าซโซลีนหรือดีเซล และยังไม่มีเสียงอีกด้วย เครื่องจักรสเตอริ่งมีการทำงานเป็นลักษณะวนไปมา ที่เรียกว่า วัฏจักรสเตอริ่ง ซึ่งมีความแตกต่างจากเครื่องจักรสันดาปภายใน ดังต่อไปนี้
วัฏจักรสเตอริ่ง หลักการสำคัญของเครื่องจักรสเตอริ่ง อาศัยการเปลี่ยนแปลงความดันของก๊าซที่อยู่ภายในกระบอกสูบ ดันลูกสูบให้เคลื่อนที่ ไปหมุนเพลาของเครื่องจักร เกิดงานทางกลศาสตร์ขึ้น คุณสมบัติของก๊าซที่ทำให้เกิดงานทางกลศาสตร์ขึ้นคือ
ทดลองสร้างแบบจำลองเครื่องจักรสเตอริ่ง ที่ประกอบด้วยลูกสูบจำนวน 2 อัน ลูกสูบอันแรก เรียกว่าลูกสูบร้อน ได้รับความร้อนจากแหล่งความร้อนภายนอก เช่น เผาด้วยไฟ เป็นต้น ส่วนลูกสูบอันที่สอง เรียกว่า ลูกสูบเย็น โดยความร้อนถูกระบายออกจากลูกสูบเย็น ด้วย น้ำแข็ง หรืออากาศก็ได้ ลูกสูบทั้งสองไปต่อเข้าเพลาข้อเหวี่ยง เพื่อจะไปหมุนเครื่องจักรอีกทีหนึ่ง
วัฏจักรสเตอริ่งแบ่งการทำงานออกเป็น 4 ขั้นตอน ดังต่อไปนี้ ขั้นตอนที่ 1 ให้ความร้อนกับลูกสูบทางซ้าย ทำให้ความดันของก๊าซเพิ่มขึ้น ดันลูกสูบเคลื่อนที่ลง ขั้นตอนที่ 2 ลูกสูบซ้ายเคลื่อนที่ขึ้นขณะที่ลูกสูบขวาเคลื่อนที่ลง ทำให้ก๊าซร้อนไหลเข้าไปในกระบอกสูบขวา ซึ่งจะถูกทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วโดยน้ำแข็ง ทำให้ความดันลดลง ง่ายต่อการอัดตัวในขั้นตอนต่อไป ขั้นตอนที่ 3 ลูกสูบเย็นจะเริ่มเคลื่อนที่ขึ้นอัดก๊าซ ความร้อนที่เกิดจากการอัดตัวจะระบายออกสู่ภายนอกกระบอกสูบซึ่งเย็นกว่า ขั้นตอนที่ 4 ขณะที่ลูกสูบขวาเลื่อนขึ้น ลูกสูบทางซ้ายก็เลื่อนลง ดันก๊าซให้เข้าไปที่ลูกสูบร้อน วัฏจักรเข้าสู่ขั้นตอนที่ 1 กำลังของเครื่องจักรสเตอริ่งได้ใน ขั้นตอนที่ 1 กับขั้นตอนที่ 3 ซึ่งเราสามารถเพิ่มกำลังของเครื่องจักรสเตอริ่งได้ใน 2 ขั้นตอนดังต่อไปนี้
การทำงาน 4 ขั้นตอนข้างต้น เป็นเครื่องจักรสเตอริ่งในอุดมคติ ซึ่งการทำงานจริงของเครื่องจักร แตกต่างจากรูปบนไปเพียงเล็กน้อย ดังที่จะได้อธิบายต่อไป เครื่องจักรสเตอริ่งแบบลูกสูบดิสเพลสเซอร์ ( Displacer type stirling engine) เครื่องจักรแบบนี้จะมีลูกสูบแตกต่างกัน 2 อัน โดยทำหน้าที่แตกต่างกัน ลูกสูบตัวแรกมีขนาดเล็กการขึ้นลงของลูกสูบนำไปหมุนเครื่องจักร ส่วนลูกสูบตัวที่สอง เป็นลูกสูบตัวใหญ่ เรียกว่า ลูกสูบดิสเพลสเซอร์ ดังรูปข้างล่างเป็นแบบจำลองของเครื่องจักรขนาดเล็ก
เครื่องจักรสเตอริ่งดังรูป สามารถหมุนได้ โดยอาศัยความร้อนที่ได้จากมือ และความเย็นจากอากาศรอบนอกระบายความร้อนเท่านั้น ถ้าจะให้เครื่องจักรสเตอริ่งแบบดิสเพลสเซอร์หมุน จะต้องมีความแตกต่างของอุณหภูมิ ซึ่งเกิดอยู่ที่ด้านบนและล่างของลูกสูบดิสเพลสเซอร์
เครื่องจักรสเตอริ่ง 2 ลูกสูบ เครื่องจักรแบบนี้ ลูกสูบร้อนจะถูกเผาด้วยไฟ ส่วนลูกสูบเย็นจะระบายความร้อนออกด้านนอก โดยอาศัยครีบที่ทำไว้อยู่รอบกระบอกสูบเพื่อเพิ่มพื้นที่ระบายความร้อน และลูกสูบทั้งสองจะต่อเข้ากับเพลาข้อเหวี่ยง นำไปหมุนเครื่องจักร ขั้นตอนที่ 1 ให้ความร้อนกับลูกสูบตัวล่าง ความดันของก๊าซจะเพิ่มขึ้น ดันให้ลูกสูบร้อนเคลื่อนที่ไปทางซ้าย ส่วนลูกสูบเย็นยังคงหยุดนิ่ง เพราะเพลาข้อเหวี่ยงยังอยู่ในช่วงการหมุนเปลี่ยนทิศทาง ขั้นตอนที่ 2 ลูกสูบทั้งคู่เคลื่อนที่ โดยลูกสูบร้อนจะเคลื่อนที่ไปทางขวา และลูกสูบเย็นจะเคลื่อนทีขึ้น ก๊าซจะถูกลูกสูบร้อนดันผ่านห้องรีเจนเนอร์เรเตอร์ (regenerator) ไปยังลูกสูบเย็น ห้องรีเจนเนอร์เรเตอร์ คือ ห้องที่สามารถเก็บกักความร้อนไว้ได้ชั่วคราว ซึ่งภายในทำด้วยเส้นลวดมากมาย เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัส ขณะที่ก๊าซร้อนพุ่งผ่าน เส้นลวดเหล่านี้จะดูดกลืนความร้อนอย่างรวดเร็ว และระบายความร้อนออกทางครีบด้านบนของกระบอกสูบเย็น ขั้นตอนที่ 3 ลูกสูบเย็นจะเคลื่อนที่อัดก๊าซ ความร้อนของก๊าซที่เกิดจากการอัดตัวจะถูกถ่ายเทออกทางครีบ ขั้นตอนที่ 4 ซึ่งเป็นขั้นตอนสุดท้ายของวัฏจักร ลูกสูบเย็นจะเคลื่อนที่ลง ขณะที่ลูกสูบร้อนจะเคลื่อนที่ไปทางซ้าย ดูดก๊าซจากห้องรีเจนเนอร์เรเตอร์เข้าไปในกระบอกสูบของลูกสูบร้อน วัฏจักรเข้าสู่ขั้นตอนแรก สุดท้ายนี้มีคำถามว่า ทำไมเครื่องจักรสเตอริ่งจึงไม่เป็นที่นิยมมากนัก ดังเช่น รถยนต์เก๋งทุกประเภท ไม่มีคันไหนนำไปใช้เลย ทั้งข้อดีคือเสียงเงียบ และไม่ก่อให้เกิดมลพิษ เหตุผลนั้นเกิดจาก
ฉะนั้นอนาคตอันใกล้นี้ เครื่องจักรสเตอรริ่งยังแทนเครื่องจักรสันดาปภายในยังไม่ได้ แต่ใช้ในรถยนต์พวกไฮบริด ซึ่งเป็นเครื่องจักรผสมผสานได้ แต่ก็ไม่แน่ในประเทศไทยที่มีอากาศค่อนข้างร้อนอาจจะนำเครื่องจักรนี้มาใช้ได้ น่าที่จะมีการวิจัยทดลองดู
|
|
|
|
