分析

与内燃机相比，斯特林发动机具有更容易使用可再生热源的潜力，并且更安静，更可靠且维护成本更低。它们是重视这些独特优势的应用的首选，特别是如果单位产生的能源成本比单位发电的资本成本更为重要的情况下。在此基础上，斯特林发动机的成本竞争力高达100 kW。

与相同额定功率的内燃机相比，斯特林发动机目前具有较高的投资成本，并且通常更大且更重。但是，它们比大多数内燃机更有效。较低的维护要求使整体能源成本具有可比性。热效率也可比（小型发动机），范围从15％至30％。对于诸如微型CHP的应用，斯特林发动机通常比内燃机更可取。其他应用包括抽水、航天，以及与内燃机不兼容的大量能源（例如太阳能）以及生物质（例如农业垃圾和其他垃圾）进行发电。然而，斯特林发动机由于每单位功率的高成本，低功率密度和高材料成本而通常不具有与汽车发动机相比的价格竞争力。

基本分析基于封闭式Schmidt分析。

• 斯特林发动机可以直接在任何可用的热源上运行，而不仅仅是燃烧产生的热源，因此它们可以在太阳能、地热、生物、核能或工业过程中产生的热量下运行。
• 可以使用连续燃烧过程来提供热量，因此可以减少与往复式内燃机的间歇燃烧过程相关的那些排放。
• 某些类型的斯特林发动机在发动机的冷侧具有轴承和密封件，与其他往复式发动机的同类产品相比，它们所需的润滑剂更少且使用寿命更长。
• 发动机机构在某种程度上比其他往复式发动机更简单。不需要阀门，并且燃烧器系统可以相对简单。粗斯特林发动机可以使用普通的家用材料制成。
• 斯特林发动机使用的单相工作流体可将内部压力保持在接近设计压力的水平，因此，对于设计合理的系统，爆炸的风险很低。相比之下，蒸汽机使用的是两相气/液工作流体，因此过压溢流阀出现故障会引起爆炸。
• 在某些情况下，较低的工作压力允许使用轻型气缸。
• 它们可以制造成安静运行而无需供气，用于潜艇中与空气无关的推进。
• 与内燃相比，它们在暖和的天气下很快启动（尽管预热后很慢），并且在寒冷的天气下更有效地运行，而内燃则在温暖的天气下迅速启动，而在寒冷的天气下则不然。
• 可以配置用于泵送水的斯特林发动机，以使水冷却压缩空间。这样可以在抽冷水时提高效率。
• 它们非常灵活。它们可以被用来作为热电联产（热电联产在冬季）和夏季冷却器。
• 废热易于收集（与内燃机废热相比），斯特林发动机可用于双输出热电系统。
• 1986年，美国宇航局制造了斯特林汽车发动机，并将其安装在雪佛兰名人汽车上。燃油经济性提高了45％，排放量xxx减少。加速（功率响应）等同于标准内燃机。该引擎被命名为Mod II，也消除了斯特林引擎笨重、昂贵、不可靠且性能不佳的说法。不需要催化转换器，消音器和频繁换油。

• 斯特林发动机的设计要求热交换器用于热量输入和热量输出，并且这些热交换器必须包含工作流体的压力，其中压力与发动机功率输出成比例。另外，膨胀侧热交换器通常处于很高的温度下，因此材料必须抵抗热源的腐蚀作用，并且蠕变低。通常，这些材料要求xxx增加了发动机的成本。高温热交换器的材料和组装成本通常占发动机总成本的40％。
• 所有热力循环都需要较大的温差才能有效运行。在外燃发动机中，加热器温度总是等于或超过膨胀温度。这意味着对加热器材料的冶金要求非常苛刻。这类似于燃气轮机，但与奥托发动机或柴油发动机相反，膨胀温度可能远远超过发动机材料的冶金极限，因为输入热源没有通过发动机传导，所以发动机材料的工作温度接近于工作气体的平均温度。斯特林循环实际上是无法实现的，斯特林机器的实际循环效率比理论斯特林循环低，在环境温度适中的情况下，斯特林循环的效率也较低，而在凉爽的环境下会达到最佳效果，例如北方国家的冬季。
• 废热的散发特别复杂，因为冷却剂温度保持尽可能低，以使热效率最大化。这增加了散热器的尺寸，这可能使包装困难。除了材料成本，这已经成为限制斯特林发动机作为汽车原动机采用的因素之一。对于其它应用，如船舶推进和固定微型发电用系统的热电联产（CHP）的高功率密度是不需要的。

• 斯特林发动机，特别是那些运行在温差较小的发动机上，其产生的功率很大（即，它们的比功率很低）。这主要是由于气体对流的传热系数，它限制了典型的冷热交换器中的热通量约为500 W /（m ² ·K），而热热交换器中的热通量约为500– 5000 W /（m ² ·K）。与内燃机相比，这对发动机设计者来说将热量传入和传出工作气体更具挑战性。由于热效率所需的传热随着温度差的降低而增长，并且输出功率为1 kW的换热器表面（和成本）以（1 /ΔT）²增长。因此，非常低的温差发动机的特定成本非常高。假设热交换器是为增加热负荷而设计的，那么增加温差和/或压力可使斯特林发动机产生更大的动力，并可以传递所需的对流热通量。
• 斯特林发动机无法立即启动；它实际上需要“热身”。对于所有外燃发动机都是如此，但是斯特林发动机的预热时间可能比其他此类发动机（例如蒸汽发动机）的预热时间更长。斯特林发动机最适合用作恒速发动机。
• 斯特林的功率输出趋于恒定，对其进行调整有时可能需要仔细的设计和其他机制。通常，通过改变发动机的排量（通常通过使用斜盘 曲轴装置），改变工作流体的量，改变活塞/活塞的相角或在某些情况下简单地通过改变输出功率来实现输出变化。改变发动机负荷。该特性在混合动力推进或“基本负载”公用事业发电中几乎没有缺点，在这种情况下，实际上需要恒定的功率输出。

所使用的气体应具有较低的热容量，因此，给定量的热传递会导致压力大幅增加。考虑到这个问题，由于氦的热容量非常低，因此它将是xxx的气体。空气是一种可行的工作流体，但高压航空发动机中的氧气可能会因润滑油爆炸而导致致命事故。发生此类事故后，飞利浦率先使用其他气体来避免发生爆炸的危险。

• 氢的低粘度和高导热性使其成为xxx大的工作气体，这主要是因为发动机比其他气体运行得更快。然而，由于氢的吸收，并且考虑到与该低分子量气体相关的高扩散速率，特别是在高温下，H ₂通过加热器的固体金属泄漏。碳钢的扩散太高，无法实际应用，但对于金属甚至不锈钢来说可能较低。某些陶瓷还可以xxx减少扩散。密闭压力容器密封件是维持发动机内部压力而不更换损失的气体所必需的。对于高温差动（HTD）发动机，可能需要辅助系统来维持高压工作流体。这些系统可以是储气瓶或气体发生器。氢可以通过水的电解，蒸汽对炽热的碳基燃料的作用，碳氢化合物燃料的气化或酸在金属上的反应而产生。氢也会导致金属脆化。氢气是易燃气体，如果从发动机中释放出来，这是一个安全隐患。
• 大多数技术先进的斯特林发动机，例如为美国政府实验室开发的发动机，都使用氦气作为工作气体，因为它的功能接近于氢气的效率和功率密度，而且几乎没有材料限制问题。氦是惰性气体，因此不易燃。氦气相对昂贵，必须以瓶装气形式提供。一项测试显示，在GPU-3斯特林引擎中，氢的效率比氦（相对的24％）高出5％（xxx）。研究人员艾伦·欧根（Allan Organ）证明，精心设计的空气发动机在理论上与氦或氢发动机一样高效，但是氦和氢发动机的单位体积功率要高出好几倍。
• 一些发动机使用空气或氮气作为工作流体。这些气体具有低得多的功率密度（这会增加发动机成本），但它们使用起来更方便，并且将气体封闭和供应的问题降到最低（从而降低了成本）。将压缩空气与易燃材料或诸如润滑油之类的物质接触会引起爆炸危险，因为压缩空气包含较高的氧气分压。但是，可以通过氧化反应从空气中除去氧气，也可以使用瓶装氮气，这几乎是惰性的并且非常安全。
• 其他可能比空气轻的气体包括：甲烷和氨。