CN101280737B - 配气活塞式斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配气活塞式斯特林发动机。它的回热器（6）置于配气活塞筒体（5a）内并跟随配气活塞（5）一起运动，冷却管（17）管组把冷腔气缸分隔为上部冷腔气缸（23）和下部冷腔气缸（19）。配气活塞杆（18）穿过冷却器（12）上的配气活塞杆导向管（12a）和动力活塞（21）上的配气活塞杆导向孔（21a），并可在配气活塞杆导向管（12a）和动力活塞（21）上的配气活塞杆导向孔（21a）中滑动。上述机械结构的改进减少了配气活塞式斯特林发动机的体积、重量和制造成本，提高了配气活塞式斯特林发动机的效率和寿命。配气活塞式斯特林发动机可使用固态、液态、气态燃料和可再生的生物质燃料以及太阳能等热源，具有燃料和热源来源范围广、热效率高和环境友好型的特点。它将在未来的社会生产实践中得到广泛的应用。

Description

配气活塞式斯特林发动机

技术领域

本发明涉及一种配气活塞式斯特林发动机，属于外燃式闭循环活塞发动机的技术。 

背景技术

斯特林发动机有许多优异的性能和特点，在钱国柱编的《热气机》(国防工业出版社版社1982年10月第一版第一次印刷)和钱国柱周增新严善庆合编的《热气机原理与设计》(国防工业出版社版社1987年11月第一版第一次印刷)二书中有详细说明，引入本文作为参考。配气活塞式斯特林发动机的基础原理是斯特林热力循环的机械构造，因其机械构造还存在一些工程技术难题，因此配气活塞式斯特林发动机还未能得到广泛的应用。这些难题包括对效率、寿命和成本的考虑。提高效率、寿命和降低成本一直是人们追求的目标，本发明致力于解决这些难题。 

发明内容

本发明的目的是为了提出一种配气活塞式斯特林发动机。它与现有技术相比，是优化了配气活塞式斯特林发动机的机械构造。因此，减少了高级耐热合金的用量并从整体上降低了配气活塞式斯特林发动机体积、重量和制造成本，又缩小了无益容积和增大了循环功。同时，还减少了热损失、降低并稳定了动力活塞与气缸及配气活塞杆滑动面上的温度。 

为了实现上述目的，本发明提出一种配气活塞式斯特林发动机，它包括加热管、热腔气缸、配气活塞、回热器、上部冷腔气缸、下部冷腔气缸、冷却器，其中如图1所示： 

加热管由管和套管构成，多根相同的加热管组成加热器管组。如图3所示，管和套管的一端气密联通，套管另一端垂直地气密连接在小于热腔气缸缸径截面所对映的热腔气缸外的顶部上、并且和热腔气缸内相联通，管另一端垂直地气密连接在小于热腔气缸缸径截面所对映的热腔气缸外的顶部上、并且和热腔气缸内相联通。 

套管内径等于导流管外径加上套管与导流管之间的径向间隙的和、其长度大于导流管长度减去热腔气缸顶部厚度之差、其外径等于套管内径加上二倍套管壁厚的和。连接在热腔气缸顶部上的加热器管组的套管均匀、等距地分布在小于热腔气缸缸径所对映顶部的同心圆周线上；连接在热腔气缸顶部上的加热器管组的管均匀、等距地分布在小于热腔气缸缸径所对映顶部的另一同心圆周线上，并且从同心圆的径向上看，管位于两根套管之间。 

配气活塞由导流管、回热器、配气活塞筒体、配气活塞杆构成。导流管的轴心线和套管的轴心延长线重合，导流管的一端垂直地气密连接在配气活塞筒体的顶部上、并且和配气活塞内联通，如图4所示。导流管内径略大于管內径、其壁厚为0.2～1毫米、其长度大于配气活塞行程加上热腔气缸顶部厚度之和；导流管的另一端插入套管内，它们之间的径向间隙为0.1毫米左右。 

在小于配气活塞筒体内径、大于配气活塞杆直径的配气活塞筒体底部上均匀、等距地分布有通孔，使配气活塞通过底部上的通孔内外相通，如图5所示。 

回热器安装在配气活塞筒体内、其轴心线和配气活塞筒体的轴心线重合。导流管的数量等于加热器管组中套管的数量，并且每一根导流管的轴心线和它所对应的那根套管的轴心延长线重合。 

冷却器由上部冷腔气缸、中部的配气活塞杆导向管和冷却管的管组、第一片冷却水密封瓦及其上的冷却水进口、第二片冷却水密封瓦及其上的冷却水出口、下部冷腔气缸构成。 

如图6所示，上部冷腔气缸底部和配气活塞杆导向管一端气密联通，配气活塞杆导向管另一端和下部冷腔气缸顶部气密联通，上部冷腔气缸和下部冷腔气缸通过配气活塞杆导向管相通；上部冷腔气缸的轴心线、下部冷腔气缸的轴心线和配气活塞杆导向管的轴心延长线重合，上部冷腔气缸和配气活塞杆导向管及下部冷腔气缸联接成一个整体结构。配气活塞杆导向管的内径大于配气活塞杆的外径0.1～0.3毫米；冷却管为直管，多根相同的冷却管组成冷却管管组。冷却管均匀地分布在，大于配气活塞杆导向管外直径、小于上部冷腔气缸缸径的底部和大于配气活塞杆导向管外直径、小于下部冷腔气缸缸径的顶部之间的空间内；冷却管之间相距一定间距，并且每一根冷却管和配气活塞杆导向管的轴心线相互水平平行；冷却管一端穿过上部冷腔气缸的底部和上部冷腔气缸气密联通，冷却管的管口不超过上部冷腔气缸底部的上表面；冷却管另外一端穿过下部冷腔气缸顶部和下部冷腔气缸气密联通、冷却管的管口不超过下部冷腔气缸顶部的下表面；上部冷腔气缸和下部冷腔气缸通过冷却管相通；上部冷腔气缸底部上设置一个台阶、下部冷腔气缸顶部上设置一个台阶。 

第一片冷却水密封瓦和第二片冷却水密封瓦的凹面相对地合在上部冷腔气缸及下部冷腔气缸的台阶上，并水密密封其接合面，并由螺栓紧固。冷却水进口设置在第一片冷却水密封瓦的凸面上，并和其凹面相通；冷却水出口设置在第二片冷却水密封瓦的凸面上，并和其凹面相通，如图7所示和图8所示。 

热腔气缸和冷却器上部冷腔气缸对接、密封圈密封对接口，并由数个螺栓紧固；冷却器下部冷腔气缸和能量输出系统的箱体气密密封对接，并由数个螺栓紧固，如图2所示。 

套管和导流管构成一个伸缩管，其伸缩长度大于配气活塞的行程；导流管在套管中作往复运动时，在导流管和套管之间形成相对的密封。设置在配气活塞内的回热器缩小了总的无益容积，并且同步跟随配气活塞运动。配气活塞杆穿过冷却器上的配气活塞杆导向管和动力活塞上的配气活塞杆导向孔，并可在配气活塞杆导向管和动力活塞上的配气活塞杆导向孔中滑动。上部冷腔气缸的深度加上热腔气缸的深度大于配气活塞筒体的长度加上配气活塞行程的长度，下部冷腔气缸的深度大于动力活塞行程的长度加上动力活塞的长度。靠近热腔气缸顶部的下表面为配气活塞运动的上止点，靠近上部冷腔气缸底部的上表面为配气活塞运动的下止点，靠近下部冷腔气缸顶部的下表面为动力活塞运动的上止点。 

部分气体工质在套管、导流管的引导下，跟随配气活塞的往复运动，在热腔气缸、管、套管、导流管、回热器中作往复流动；另一部分气体工质跟随配气活塞、动力活塞的往复运动，在回热器、配气活塞筒体底部上的通孔、上部冷腔气缸、冷却管管组、下部冷腔气缸中作往复流动。这里的气体工质可选用氢气、氦气、氮气等气体。冷却水从冷却水进口进入冷却器、经过冷却管的外表面，吸收压缩热后由冷却水出口排出。 

如图9所示： 

套管内设置一根和套管同心的内管，内管的一端气密连接在套管和管的内接合面上，内管的另一端和热腔气缸顶部的底面齐平。内管的壁厚为0.2～1毫米、内径约等于管的内径、外径小于导流管内径0.2毫米左右。导流管插在套管和内管之间的管状空间内，管状空间深度大于配气活塞行程1～2毫米；导流管在管状空间内作往复运动时，导流管内壁与外壁在某一相同位置上的气压压差较小，从而减小了气体工质在导流管内壁与外壁之间的单向流出量。这里的单向流出量是指气体工质沿着内壁的间隙进入，经过外壁的间隙流出的量或气体工质沿着外壁的间隙进入，经过内壁的间隙流出的量。

如图1所示： 

回热器在轴向上分割成两个或两个以上的子回热器，子回热器之间设置隔热环垫而构成多级串联回热器。多级串联回热器减小了回热器在轴向上的热量损失，加大了回热器在轴向上的温度梯度，从而增加了回热器的效率。隔热环垫也可是片状的筛孔结构，可选用低热导率的材料制作：如陶瓷等。 

如图1所示： 

回热器设置在绝热的管内，并一起安装在配气活塞筒体内。管减少了回热器在径向的热量损失，加大了回热器轴向的温度梯度，从而增加了回热器的效率。管可选用低热导率的材料制作：如陶瓷等。 

如图10所示： 

冷却管的管道是多头螺旋管道，它由多头内螺旋槽和插入并固定在多头内螺旋槽螺旋内径上的圆柱体构成。多头螺旋管道的一端和上部冷腔气缸底部气密连接、并且和上部冷腔气缸相通，多头螺旋管道的另一端和下部冷腔气缸顶部气密连接、并且和下部冷腔气缸相通。多头螺旋管道扩大了气体工质流过的散热面，增加了冷却管的强度。螺旋槽的深度为1～2毫米左右，其宽度0.4～1毫米左右，螺旋槽间距0.5～1毫米左右，螺距等于螺旋槽头数乘以螺旋槽宽度和螺旋槽间距。圆柱体的二端，可用铆接方法固定在冷却管的多头内螺旋槽螺旋内径上。 

如图10所示： 

冷却管的外圆周上，分布有相距一定间距的、多层平行的槽，凸出部分构成冷却管的散热片。散热片扩大了冷却管的散热面积、增加了冷却管的径向强度。 

上述配气活塞式斯特林发动机的回热器置于配气活塞筒体内，省去了回热器壳体、减少了高级耐热合金的用量并从整体上减少了配气活塞式斯特林发动机的体积、重量和制造成本，又缩小了无益容积和增大了循环功，还减少了回热器壳体上的热损失。冷却管管组把冷腔气缸分隔为上下冷腔气缸，它降低并稳定了动力活塞与气缸及配气活塞杆滑动面上的温度，有利于提高配气活塞式斯特林发动机的寿命。多级串联回热器减少了回热器在其轴向上的热损失，套在回热器径向上的绝热管减少了回热器在其径向上的热损失；它们都对提高回热器的效率有贡献。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明配气活塞式斯特林发动机的结构原理剖视图。 

图2是本发明配气活塞式斯特林发动机的局部剖视图。 

图3是图2中I部份的放大图。 

图4是本发明配气活塞式斯特林发动机中，导流管、配气活塞筒体和局部的配气活塞杆剖视图。 

图5是图4中A-A向的剖视图。 

图6是本发明配气活塞式斯特林发动机中，不含冷却水密封瓦的冷却器剖视图。 

图7是本发明配气活塞式斯特林发动机中，冷却器的第一片冷却水密封瓦和第二片冷却水密封瓦凹面相对地、对合后的俯视图。 

图8是图7中B-B向的剖视图。 

图9是本发明配气活塞式斯特林发动机中，又一方案的套管和局部的导流管剖视图。 

图10是本发明配气活塞式斯特林发动机中，冷却管的又一方案剖视图。 

图11是图10中C-C向的剖视图。 

在附图中相同的附图标记用来表示同一部件。 

具体实施方案

具体实施方案一： 

在图1所示实施例中： 

配气活塞式斯特林发动机，它包括加热管1、热腔气缸9、配气活塞5、回热器6、上部冷腔气缸23及下部冷腔气缸19、冷却器12，其中： 

加热管1由管2和套管3构成，多根相同的加热管1组成加热器管组；管2和套管3的一端气密联通，套管3另一端垂直地气密连接在小于热腔气缸9缸径截面所对映的热腔气缸9外的顶部4上、并且和热腔气缸9内相联通，管2另一端垂直地气密连接在小于热腔气缸9缸径截面所对映的热腔气缸9外的顶部4上、并且和热腔气缸9内相联通，如图3所示。套管3内径等于导流管7外径加上套管3与导流管7之间的径向间隙的和、其长度大于导流管7长度减去热腔气缸9顶部4厚度之差、其外径等于套管3内径加上二倍套管3壁厚的和。连接在热腔气缸9顶部4上的加热器管组的套管3均匀、等距地分布在小于热腔气缸9缸径所对映顶部4的同心圆周线上；连接在热腔气缸9顶部4上的加热器管组的管2均匀、等距地分布在小于热腔气缸9缸径所对映顶部4的另一同心圆周线上，并且从同心圆的径向上看，管2位于两根套管3之间。 

配气活塞5由导流管7、回热器6、配气活塞筒体5a、配气活塞杆18构成。导流管7的轴心线和套管3的轴心延长线重合，导流管7的一端垂直地气密连接在配气活塞筒体5a的顶部5c上、并且和配气活塞5内联通，如图4所示。导流管7内径略大于管2內径、其壁厚为0.2～1毫米、其长度大于配气活塞5行程加上热腔气缸9顶部4厚度之和；导流管7的另一端插入套管3内，它们之间的径向间隙为0.1毫米左右。在小于配气活塞筒体5a  内径、大于配气活塞杆18直径的配气活塞筒体5a底部5b上均匀、等距地分布有通孔11，使配气活塞5通过底部5b上的通孔11内外相通，如图5所示。回热器6安装在配气活塞筒体5a内、其轴心线和配气活塞筒体5a的轴心线重合。导流管7的数量等于加热器管组中套管3的数量，并且每一根导流管7的轴心线和它所对应的那根套管3的轴心延长线重合。 

冷却器12由上部冷腔气缸23、中部的配气活塞杆导向管12a和冷却管17的管组、第一片冷却水密封瓦13及其上的冷却水进口14、第二片冷却水密封瓦15及其上的冷却水出口16、下部冷腔气缸19构成。上部冷腔气缸23底部12d和配气活塞杆导向管12a一端气密联通，配气活塞杆导向管12a另一端和下部冷腔气缸19顶部12e气密联通，上部冷腔气缸23和下部冷腔气缸19通过配气活塞杆导向管12a相通；上部冷腔气缸23的轴心线、下部冷腔气缸19的轴心线和配气活塞杆导向管12a的轴心延长线重合，上部冷腔气缸23和配气活塞杆导向管12a及下部冷腔气缸19联接成一个整体结构。配气活塞杆导向管12a的内径大于配气活塞杆18的外径0.1～0.3毫米；冷却管17为直管，多根相同的冷却管17组成冷却管17管组。冷却管17均匀地分布在，大于配气活塞杆导向管12a外直径、小于上部冷腔气缸23缸径的底部12d和大于配气活塞杆导向管12a外直径、小于下部冷腔气缸19缸径的顶部12e之间的空间内；冷却管17之间相距一定间距，并且每一根冷却管17和配气活塞杆导向管12a的轴心线相互水平平行；冷却管17一端穿过上部冷腔气缸23的底 部12d和上部冷腔气缸23气密联通，冷却管17的管口不超过上部冷腔气缸23底部12d的上表面；冷却管17另外一端穿过下部冷腔气缸19顶部12e和下部冷腔气缸19气密联通、冷却管17的管口不超过下部冷腔气缸19顶部12e的下表面；上部冷腔气缸23和下部冷腔气缸19通过冷却管17相通；上部冷腔气缸23底部12d上设置一个台阶12b、下部冷腔气缸19顶部12e上设置一个台阶12c，如图6所示。第一片冷却水密封瓦13和第二片冷却水密封瓦15的凹面相对地合在上部冷腔气缸23及下部冷腔气缸19的台阶12b及12c上，并水密密封其接合面，并由螺栓26a、26b、26c、26d紧固。冷却水进口14设置在第一片冷却水密封瓦13的凸面上，并和其凹面相通；冷却水出口16设置在第二片冷却水密封瓦15的凸面上，并和其凹面相通，如图7所示和图8所示。 

热腔气缸9和冷却器12上部冷腔气缸23对接、密封圈20密封对接口，并由数个螺栓24紧固；冷却器12下部冷腔气缸19和能量输出系统的箱体22气密密封对接，并由数个螺栓25紧固，如图2所示。 

套管3和导流管7构成一个伸缩管，其伸缩长度大于配气活塞5的行程；导流管7在套管3中作往复运动时，在导流管7和套管3之间形成相对的密封。设置在配气活塞5内的回热器6缩小了总的无益容积，并且同步跟随配气活塞5运动。配气活塞杆18穿过冷却器12上的配气活塞杆导向管12a和动力活塞21上的配气活塞杆导向孔21a，并可在配气活塞杆导向管12a和动力活塞21上的配气活塞杆导向孔21a中滑动。上部冷腔气缸23的深度加上热腔气缸9的深度大于配气活塞筒体5a的长度加上配气活塞5行程的长度，下部冷腔气缸19的深度大于动力活塞21行程的长度加上动力活塞21的长度。靠近热腔气缸9顶部4的下表面为配气活塞5运动的上止点，靠近上部冷腔气缸23底部12d的上表面为配气活塞5运动的下止点，靠近下部冷腔气缸19顶部12e的下表面为动力活塞21运动的上止点。 

部分气体工质在套管3、导流管7的引导下，跟随配气活塞5的往复运动，在热腔气缸9、管2、套管3、导流管7、回热器6中作往复流动；另一部分气体工质跟随配气活塞5、动力活塞21的往复运动，在回热器6、配气活塞筒体底部5b上的通孔11、上部冷腔气缸23、冷却管17、下部冷腔气缸19中作往复流动。这里的气体工质可选用氢气、氦气、氮气等气体。冷却水从冷却水进口14进入冷却器12、经过冷却管17的外表面，吸收压缩热后由冷却水出口16排出。 

具体实施方案二： 

在图9所示实施例中： 

套管3内设置一根和套管3同心的内管27，内管27的一端气密连接在套管3和管2的内接合面上，内管27的另一端和热腔气缸9顶部4的底面齐平。内管27的壁厚为0.2～1毫米、内径约等于管2的内径、外径小于导流管7内径0.2毫米左右。导流管7插在套管3和内管27之间的管状空间30内，管状空间30深度大于配气活塞5行程1～2毫米；导流管7在管状空间30内作往复运动时，导流管7内壁29与外壁28在某一相同位置上的气压压差较小，从而减小了气体工质在导流管7内壁29与外壁28之间的单向流出量。这里的单向流出量是指气体工质沿着内壁29的间隙进入，经过外壁28的间隙流出的量或气体工质沿着外壁28的间隙进入，经过内壁29的间隙流出的量。 

具体实施方案三： 

在图1所示实施例中： 

回热器6在轴向上分割成两个或两个以上的子回热器6a、6b、6c，子回热器6a、6b、6c之间设置隔热环垫10而构成多级串联回热器。多级串联回热器减小了回热器6在轴向上的热量损失，加大了回热器6在轴向上的温度梯度，从而增加了回热器6的效率。隔热环垫10也可是片状的筛孔结构，可选用低热导率的材料制作：如陶瓷等。 

具体实施方案四： 

在图1所示实施例中： 

回热器6设置在绝热的管8内，并一起安装在配气活塞筒体5a内。管8减少了回热器6在径向的热量损失，加大了回热器6轴向的温度梯度，从而增加了回热器6的效率。管8可选用低热导率的材料制作：如陶瓷等。 

具体实施方案五： 

在图10所示实施例中： 

冷却管17的管道是多头螺旋管道17b，它由多头内螺旋槽和插入并固定在多头内螺旋槽螺旋内径上的圆柱体17a构成。多头螺旋管道17b的一端17e和上部冷腔气缸23底部12d气密连接、并且和上部冷腔气缸23相通，多头螺旋管道17b的另一端17d和下部冷腔气缸19顶部12e气密连接、并且和下部冷腔气缸19相通。多头螺旋管道17b扩大了气体工质流过的散热面，增加了冷却管17的强度。螺旋槽的深度为1～2毫米左右，其宽度0.4～1毫米左右，螺旋槽间距0.5～1毫米左右，螺距等于螺旋槽头数乘以螺旋槽宽度和螺旋槽间距。圆柱体17a的二端，可用铆接方法固定在冷却管17的多头内螺旋槽螺旋内径上。 

具体实施方案六： 

在图10所示实施例中： 

冷却管17的外圆周上，分布有相距一定间距的、多层平行的槽17f，凸出部分构成冷却管17的散热片17c。散热片17c扩大了冷却管17的散热面积、增加了冷却管17的径向强度。 

本发明所述配气活塞式斯特林发动机实施例仅是示例性的，但本发明并不限于此。在本发明权利要求所限定的范围内，做出的改变和修正都将落入本发明的范围。 

Claims (6)

1.一种配气活塞式斯特林发动机，它包括加热管(1)、热腔气缸(9)、配气活塞(5)、回热器(6)、上部冷腔气缸(23)及下部冷腔气缸(19)、冷却器(12)，其特征在于： 

——加热管(1)由管(2)和套管(3)构成，多根相同的加热管(1)组成加热器管组；管(2)和套管(3)的一端气密联通，套管(3)另一端垂直地气密连接在小于热腔气缸(9)缸径截面所对应的热腔气缸(9)外的顶部(4)上、并且和热腔气缸(9)内相联通，管(2)另一端垂直地气密连接在小于热腔气缸(9)缸径截面所对应的热腔气缸(9)外的顶部(4)上、并且和热腔气缸(9)内相联通；套管(3)内径等于导流管(7)外径加上套管(3)与导流管(7)之间的径向间隙的和、其长度大于导流管(7)长度减去热腔气缸(9)顶部(4)厚度之差、其外径等于套管(3)内径加上二倍套管(3)壁厚的和； 

——配气活塞(5)由导流管(7)、回热器(6)、配气活塞筒体(5a)、配气活塞杆(18)构成；导流管(7)的轴心线和套管(3)的轴心延长线重合，导流管(7)的一端垂直地气密连接在配气活塞筒体(5a)的顶部(5c)上、并且和配气活塞(5)内联通；导流管(7)内径略大于管(2)内径、其壁厚为0.2～1毫米、其长度大于配气活塞(5)行程加上热腔气缸(9)顶部(4)厚度之和；导流管(7)的另一端插入套管(3)内，它们之间的径向间隙为0.1毫米左右；在小于配气活塞筒体(5a)内径、大于配气活塞杆(18)直径的配气活塞筒体(5a)底部(5b)上分布有通孔(11)，使配气活塞(5)通过底部(5b)上的通孔(11)内外相通；回热器(6)安装在配气活塞筒体(5a)内、其轴心线和配气活塞筒体(5a)的轴心线重合； 

——冷却器(12)由上部冷腔气缸(23)、中部的配气活塞杆导向管(12a)和冷却管(17)的管组、第一片冷却水密封瓦(13)及其上的冷却水进口(14)、第二片冷却水密封瓦(15)及其上的冷却水出口(16)、下部冷腔气缸(19)构成；上部冷腔气缸(23)底部(12d)和配气活塞杆导向管(12a)一端气密联通，配气活塞杆导向管(12a)另一端和下部冷腔气缸(19)顶部(12e)气密联通，上部冷腔气缸(23)和下部冷腔气缸(19)通过配气活塞杆导向管(12a)相通；上部冷腔气缸(23)的轴心线、下部冷腔气缸(19)的轴心线和配气活塞杆导向管(12a)的轴心延长线重合，上部冷腔气缸(23)和配气活塞杆导向管(12a)及下部冷腔气缸(19)联接成一个整体结构；多根相同的冷却管(17)均匀地分布在，大于配气活塞杆导向管(12a)外直径、小于上部冷腔气缸(23)缸径的底部(12d)和大于配气活塞杆导向管(12a)外直径、小于下部冷腔气缸(19)缸径的顶部(12e)之间的空间内；冷却管(17)之间相距一定间距，并且每一根冷却管(17)和配气活塞杆导向管(12a)的轴心线相互水平平行；冷却管(17)一端穿过上部冷腔气缸(23)的底部(12d)和上部冷腔气缸(23)气密联通、冷却管(17)的管口不超过上部冷腔气缸(23)底部(12d)的上表面，冷却管(17)另外一端穿过下部冷腔气缸(19)顶部(12e)和下部冷腔气缸(19)气密联通、冷却管(17)的管口不超过下部冷腔气缸(19)顶部(12e)的下表面，上部冷腔气缸(23)和下部冷腔气缸(19)通过冷却管(17)相通；上部冷腔气缸(23)底部(12d)上设置一个台阶(12b)、下部冷腔气缸(19)顶部(12e)上设置一个台阶(12c)，第一片冷却水密封瓦(13)和第二片冷却水密封瓦(15)的凹面相对地合在上部冷腔气缸(23)及下部冷腔气缸(19)的台阶(12b及12c)上，并水密密封其接合面；冷却水进口(14)设置在第一片冷却水密封瓦(13)的凸面上，并和其凹面相通；冷却水出口(16)设置在第二片冷却水密封瓦(15)的凸面上，并和其凹面相通； 

——热腔气缸(9)和冷却器(12)上部冷腔气缸(23)对接、密封圈(20)密封对接口，并由数个螺栓(24)紧固；冷却器(12)下部冷腔气缸(19)和能量输出系统的箱体 (22)气密密封对接，并由数个螺栓(25)紧固； 

——套管(3)和导流管(7)构成一个伸缩管，其伸缩长度大于配气活塞(5)的行程；导流管(7)在套管(3)中作往复运动时，在导流管(7)和套管(3)之间形成相对的密封；设置在配气活塞(5)内的回热器(6)缩小了总的无益容积，并且同步跟随配气活塞(5)运动；配气活塞杆(18)穿过冷却器(12)上的配气活塞杆导向管(12a)和动力活塞(21)上的配气活塞杆导向孔(21a)，并可在配气活塞杆导向管(12a)和动力活塞(21)上的配气活塞杆导向孔(21a)中滑动；上部冷腔气缸(23)的深度加上热腔气缸(9)的深度大于配气活塞筒体(5a)的长度加上配气活塞(5)行程的长度，下部冷腔气缸(19)的深度大于动力活塞(21)行程的长度加上动力活塞(21)的长度； 

——部分气体工质在套管(3)、导流管(7)的引导下，跟随配气活塞(5)的往复运动，在热腔气缸(9)、管(2)、套管(3)、导流管(7)、回热器(6)中作往复流动；另一部分气体工质跟随配气活塞(5)、动力活塞(21)的往复运动，在回热器(6)、配气活塞筒体底部(5b)上的通孔(11)、上部冷腔气缸(23)、冷却管(17)、下部冷腔气缸(19)中作往复流动。 

2.根据权利要求1所述配气活塞式斯特林发动机，其特征在于：所述套管(3)内设置一根和套管(3)同心的内管(27)，内管(27)的一端气密连接在套管(3)和管(2)的内接合面上，内管(27)的另一端和热腔气缸(9)顶部(4)的底面齐平；内管(27)的壁厚为0.2～1毫米、内径约等于管(2)的内径、外径小于导流管(7)内径0.2毫米左右；导流管(7)插在套管(3)和内管(27)之间的管状空间(30)内，管状空间(30)深度大于配气活塞(5)行程1～2毫米；导流管(7)在管状空间(30)内作往复运动时，导流管(7)内壁(29)与外壁(28)在某一相同位置上的气压压差较小，从而减小了气体工质在导流管(7)内壁(29)与外壁(28)之间的单向流出量。 

3.根据权利要求1或2所述配气活塞式斯特林发动机，其特征在于：所述回热器(6)在轴向上分割成两个或两个以上的子回热器(6a、6b、6c)，子回热器(6a、6b、6c)之间设置隔热环垫(10)而构成多级串联回热器。 

4.根据权利要求1或2所述配气活塞式斯特林发动机，其特征在于：所述回热器(6)设置在绝热的管(8)内，并一起安装在配气活塞筒体(5a)内。 

5.根据权利要求1或2所述配气活塞式斯特林发动机，其特征在于：所述冷却管(17)的管道是多头螺旋管道(17b)，它由多头内螺旋槽和插入并固定在多头内螺旋槽螺旋内径上的圆柱体(17a)构成；多头螺旋管道(17b)的一端(17e)和上部冷腔气缸(23)底部(12d)气密连接、并且和上部冷腔气缸(23)相通，多头螺旋管道(17b)的另一端(17d)和下部冷腔气缸(19)顶部(12e)气密连接、并且和下部冷腔气缸(19)相通。 

6.根据权利要求5所述配气活塞式斯特林发动机，其特征在于：在所述冷却管(17)的外圆周上，分布有相距一定间距的、多层平行的槽(17f)，凸出部分构成冷却管(17)的散热片(17c)。 

Images