Stirling Engine 斯特林引擎實測
2006/07/17 11:41 am Rios Chen

話說七○年代工業革命時期,人類發明了蒸汽發動機,取代了大量人工,卻也因蒸汽鍋爐爆炸事故頻傳,致使人員嚴重傷亡。當時出生於英國蘇格蘭既是牧師又兼具工程師身分的羅伯特.斯特林(Robert Stirling, 1790-1878AD),為了減少這類悲劇的發生,經過一番努力後,終於發明了斯特林引擎,造福無數世人。

1973 年世界能源危機,人們再度想起斯特林引擎的光輝歷史。直至今日,人類仍繼續研究,也許日後這款發動機的熱源將會被太陽能所取代,並把人類領航至未知的宇宙深處。

現在就讓我們來實測這款成人的科學-斯特林引擎!在自己動手組裝的同時,同時可以複習學生時代學習過的熱學基礎。說明書上說組裝大約需要 3 小時。

首先來看看它的包裝,外盒上有實際組裝完成的照片以及發明人的英姿,左下角也清楚的說明,這款可以同時進行三種實驗,分別為 1. 發電機實驗、 2. 風機實驗,與 3. 車輛行駛實驗。





這麼複雜的組裝程序,當然需要標示清楚的說明書,對於曾經組裝過模型的人應該相當熟悉,原廠說明書為日文,而台灣代理商也很貼心的翻譯為全中文說明書。左圖為原廠的客戶意見回覆卡,如對這款引擎有任何的想法或建議,可填寫完畢之後再寄至日本。





把說明書先放一旁,來看看這款引擎的零組件,在外盒之內分為上下兩層;上層主要為活塞缸與工具類,還有風扇、馬達以及酒精燈組;下層主要為車體部份以及組裝所需要的螺絲、套筒、墊圈、螺帽等小零件,附帶一提的是,所有的小零件都分門別類用小塑膠袋包好,容易掉出的零件也會用小膠帶固定。







開始進行組裝吧!先攤開中文說明書…





進行第一步驟的組裝,想不到一開始就碰到困難,在開閉臂的固定座因角度歪斜,致使螺絲無法固定…







要怎麼辦?沒關係,拿出維修法寶-尖嘴鉗…





將固定座調整為正常的角度,雖然此部份的螺絲無法完全裝上,但尚可接受…





瞧瞧這個第一步驟組裝放置裝飾座與安全拉桿的完成圖吧!









如果覺得盒內所附的十字螺絲刀不夠合手的話,可以拿出台製的全套螺絲工具,尺寸齊全、方便好用。





下一個步驟為安裝車體與活塞缸,必須注意的部份是安裝的小零件相當繁複,但在說明書裡面有詳細的圖示與說明,請確實照著圖說進行組裝。







再來我們將活塞缸安裝在車體上,此部份關係到組裝完成之後的測試成敗,因此必須照說明書上的步驟仔細組裝。而缸體在組裝時也必須注意一點,螺絲要與車體平行,而且缸體旁的彈簧也必須確實組裝。







這個步驟為拉桿的組裝,其中又分為控制拉桿、風扇夜拉桿與發電機(馬達),組裝時也有許多彈簧與墊圈,必須照著說明書上仔細組裝。





安裝過程中,桌面上零散的工具與零件。家中有小孩或寵物的朋友,要注意安全與零件完整性方面的問題。





玻璃缸體與車體安裝完成!





到此階段已經接近組裝完成,再來我們進行最後的步驟-組裝活塞與拉桿,拉桿是由兩組連桿所組成,將置換器與連桿結合,連桿再固定在飛輪上,而連桿與飛輪的安裝需要小心,此時需要用到兩個組裝工具-扳手與螺絲刀。





接著再安裝安全蓋。這安全蓋的外型很像汽缸,安全蓋裡面的隔熱材具有保溫的效果(注一),然後再把安全蓋與車體組裝在一起。









組裝終於到最後的步驟,把已經完成的車體小心的安裝在置裝飾座上面…





如果安裝正確,扳下此安全桿之後…





車體前方的安全蓋會打開!




終於全部組裝完成,不過別高興的太早,這才要進入實驗的階段,先把安全蓋打開,然後把酒精燈座開啟,還要準備燃料用酒精(此為藥用酒精,一般的工業用酒精也可以)、濕毛巾(緊急時使用)還有打火機。




然後就……燃燒吧!火鳥!!





第一次使用酒精燈啟動,卻發現引擎的活塞無法正常動作,怎麼燒就是不動,於是先把酒精燈熄滅,進行細部調整,依照說明書上第 19 頁…





…說明的方式進行調整,在調整活塞螺絲的同時也一邊用手撥動飛輪,如活塞缸調整適當,飛輪的轉動應當相當順暢。





細部仔細調整之後,再次點燃酒精燈…





先靜待活塞缸的溫度提升,接著再用手輕輕撥動飛輪,終於-引擎順利啟動。





飛輪急速運轉中…





活塞運動…






注一】當引擎啟動之後,雖然酒精燈已經熄滅,此時將安全蓋關閉,活塞的溫度仍會繼續保持高溫,引擎會持續運轉 2 至 4 分鐘。


注二】整個實驗過程都需要注意安全:

在實驗的同時也要注意安全,如家中有幼童須阻止其接近以防止燙傷,因燃燒之後的活塞溫度相當高,圖中可看見置換器燃燒之後變黑的樣子…




酒精燈芯可調整,建議熄滅時用吹熄的方式即可。






在此提供兩段組裝完畢後的運作視訊影片,讓大家參考…

(格式:.mov 大小:2.4MB 長度:10 秒)

(格式:.mov 大小:2.5MB 長度:10 秒)




■ 測試心得


就如同包裝外盒左下角所寫的--大人的科學,此款 STIRLING ENGINE 斯特林引擎,組裝與實驗的過程頗具難度與危險,相當適合喜愛機械的成年人操作。筆者不建議國小以下的小朋友單獨測試,但可以挑組裝部份以親子活動方式一起動手,寓教於樂;國中以上學生應由成年人陪伴進行實驗。

組裝的過程相當繁瑣,需要細心與耐心;雖說組裝難度頗高,過程繁複,但照著解釋十分詳盡的說明書一步步組裝,即可順利完成。當引擎發動的那一瞬間,內心的喜悅不可言喻!

此次測試的時間總計將近 4 小時,不過其中也包括了各個步驟的拍照程序,與最後的細部調校在內。筆者認為此款引擎除了能讓對機械原理有興趣的朋友充分享受到親手做實驗的樂趣外,也是個相當具有品味的藝術擺飾。喜愛自己動手做的您,不妨趁著假日與家人或朋友一起體驗--大人的科學 STITLING ENGINE 斯特林引擎 隆隆轉動的樂趣吧!



敗家四人組對此項產品的總評
Robert Stirling 在機械與動力科學方面的貢獻十分卓著,而這個科學套件看起來十分有趣!我也想要買一台當耶誕禮物。
原本是我自告奮勇要測試這個引擎的,現在看來還好當時老蔡「所託是人」,否則可能很快的就「二二六六」!
看了 Rios Chen 兄的組裝成果影片,老夫呆若木雞,不敢置信!只有三個字:好樣的!
個人覺得只要充分地注意安全,這些科學玩具套件真的是充分地寓教於樂,絕對可以激發青年學子對相關科學與原理的興趣,同時也訓練了專心、耐心與信心……
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