CN102889152B - 采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机，它包括环型冷却器（1）、蓄热式加热器（2）、配气活塞（17）、直线驱动系统（3）、气压换能器（4）和控制器（5），蓄热式加热器（2）对工质气体进行加热，环型冷却器（1）对工质气体进行冷却，直线驱动系统（3）控制配气活塞（17）做往复运动，气压换能器（4）将变化的工质压力差转化为所需要的能量形式，控制器（5）对直线驱动系统（3）及其他部分进行控制，蓄热式加热器（2）包括加热元件（10）和蓄热体（11），蓄热体（11）内设置有温度传感器（12）。本发明具有热效率高、冷却效果好、能实现精确控制发动机输出功率等特点。

Description

采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机
技术领域
本发明涉及一种斯特林发动机，特别是一种采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机。
背景技术
随着全球能源与环保的形势日趋严峻，斯特林发动机由于其具有多种能源的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视，所以，在水下动力、太阳能动力、空间站动力、热泵空调动力、车用混合推进动力等方面得到了广泛的研究与重视，并且已得到了一些成功的应用。
斯特林发动机又称热气机，它是一种采用外部热源加热的外燃式发动机，因此具有对多种热源或燃料的适应性，如可采用传统的燃油、天然气、沼气、酒精等燃料，也可以采用太阳能、工业余热、固体燃料、生物质能等，范围十分广泛。斯特林发动机主要由加热系统、工质循环系统、传动系统等组成，加热系统产生的热量通过加热器传递给斯特林发动机的内部工质，通过斯特林循环，推动活塞做功，并通过传动系统的曲轴或输出轴对外输出。传统的斯特林发动机一般有两个活塞，即动力活塞和配气活塞，动力活塞和配气活塞之间有一个连接通道，即工质气体通道，配气活塞在加热器、回热器、冷却器内不断穿梭运动，起到配气的作用；动力活塞对工质气体进行压缩，同时在工质气体受热膨胀时，工质气体又推动动力活塞向外做功。
斯特林发动机尚存在的主要问题和缺点是制造成本较高，尤其是加热器、冷却器制造较为困难，工艺要求高。工质密封技术较难，密封件的可靠性和寿命还存在问题，功率调节控制系统较复杂，机器较为笨重。斯特林发动机的未来发展将更多的应用新材料(如陶瓷)和新工艺，以降低造价；对实际循环进行理论研究，完善结构，提高性能指标；在应用方面，正大力研究汽车用大功率燃煤斯特林发动机、太阳能斯特林发动机和特种用途斯特林发动机等。
斯特林发动机不排废气，除燃烧室需要的空气外，不需要其他空气，所以适用于都市环境和外层空间。如果采用蓄热式加热器，整个发动机将成为一个不需要空气，也完全没有污染物排放的清洁发动机，适合在室内或者环境要求较高的场合使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有较高热效率、冷却效果好、能实现精确控制发动机输出功率的一种采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机，它包括环型冷却器、蓄热式加热器、配气活塞、直线驱动系统、气压换能器和控制器，蓄热式加热器对工质气体进行加热，环型冷却器对工质气体进行冷却，直线驱动系统控制配气活塞做往复运动，气压换能器将变化的工质压力差转化为所需要的能量形式，控制器对直线驱动系统及其他部分进行控制；所述的环型冷却器由发动机壳体及冷却介质壳体构成，蓄热式加热器设置于内胆内，它包括加热元件和蓄热体，蓄热体内设置有温度传感器，温度传感器和加热元件分别与控制器相连，配气活塞位于内胆的下侧，与直线驱动系统相连，气压换能器与工质气体通道相连通，控制器与直线驱动系统相连。
本发明所述的环型冷却器包括冷却介质通道、冷却介质入口和冷却介质出口，冷却介质壳体设置于发动机壳体的内壁或者外壁的一侧。
本发明所述的冷却介质包括气体或液体。
本发明所述的蓄热式加热器的上下侧各设置有一个气体阀门，气体阀门与控制器相连，所述的气体阀门由耐高温、绝热材料制成。
本发明所述的发动机壳体与内胆之间还设有多个固定块，固定块将发动机壳体与内胆紧固在一起。
本发明所述的蓄热式加热器的外围填充满绝热材料，绝热材料对蓄热式加热器起保温作用。
本发明所述的斯特林发动机还包括回热器，回热器设置于蓄热式加热器的上方，构成工质气体在环型冷却器和蓄热式加热器间循环的通道。
本发明的有益效果是：
（1）采用新型的冷却结构，制造工艺简单，冷却速度快、效果好；
（2）采用蓄热式加热器，加热速度快、保温效果好，从而提高了发动机的热效率，并且不产生污染物；
（3）由控制器控制直线驱动系统，从而达到控制配气活塞的运动，能精确的控制发动机的输出功率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1-环型冷却器，2-蓄热式加热器，3-直线驱动系统，4-气压换能器，5-控制器，6-冷却介质通道，7-发动机壳体，8-内胆，9-回热器，10-加热元件，11-蓄热体，12-温度传感器，13-气体阀门，14-冷却介质入口，15-冷却介质出口，16-固定块，17-配气活塞。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机，它包括环型冷却器1、蓄热式加热器2、配气活塞17、直线驱动系统3、气压换能器4和控制器5，蓄热式加热器2对工质气体进行加热，环型冷却器1对工质气体进行冷却，直线驱动系统3控制配气活塞17做往复运动，气压换能器4将变化的工质压力差转化为所需要的能量形式，控制器5对直线驱动系统3及其他部分进行控制；所述的环型冷却器1由发动机壳体7及冷却介质壳体构成，蓄热式加热器2设置于内胆8内，它包括加热元件10和蓄热体11，蓄热体11内设置有温度传感器12，温度传感器12和加热元件10分别与控制器5相连，配气活塞17位于内胆的下侧，与直线驱动系统3相连，气压换能器4与工质气体通道相连通，控制器5与直线驱动系统3相连。
本发明所述的环型冷却器1包括冷却介质通道6、冷却介质入口14和冷却介质出口15，冷却介质壳体设置于发动机壳体7的内壁或者外壁的一侧。
本发明所述的冷却介质包括气体或液体。
本发明所述的蓄热式加热器2的上下侧各设置有一个气体阀门13，气体阀门13与控制器5相连，所述的气体阀门13由耐高温、绝热材料制成。
本发明所述的发动机壳体7与内胆8之间还设有多个固定块16，固定块16将发动机壳体7与内胆8紧固在一起。
本发明所述的蓄热式加热器2的外围填充满绝热材料，绝热材料对蓄热式加热器2起保温作用。
本发明所述的斯特林发动机还包括回热器9，回热器9设置于蓄热式加热器2的上方，构成工质气体在环型冷却器1和蓄热式加热器2间循环的通道。
本发明的加热元件10、温度传感器12、气体阀门13和直线驱动系统3分别与控制器5相连，控制器5根据温度传感器12的温度值选择开启还是关闭加热元件10的电源。当发动机处于工作状态时，控制器5将气体阀门13打开，便于工质气体在整个环形间隙和工质气体通道内流通，同时控制器5控制直线驱动系统3的转动，从而控制配气活塞17，实现控制发动机输出功率的目的；当发动机不处于工作状态时，控制器5将气体阀门13关闭，便于将热能储存在蓄热式加热器2内，蓄热式加热器2及其外的绝热层起到很好的保温作用。

Claims (4)

1.采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机，它包括环型冷却器（1）、蓄热式加热器（2）、配气活塞（17）、直线驱动系统（3）、气压换能器（4）、回热器（9）和控制器（5），蓄热式加热器（2）对工质气体进行加热，环型冷却器（1）对工质气体进行冷却，直线驱动系统（3）控制配气活塞（17）做往复运动，气压换能器（4）将变化的工质压力差转化为所需要的能量形式；其特征在于：
蓄热式加热器（2）设置于内胆（8）内，蓄热式加热器（2）包括加热元件（10）和蓄热体（11），蓄热体（11）内设置有温度传感器（12），蓄热式加热器（2）的外围填充满绝热材料，绝热材料对蓄热式加热器（2）起保温作用，蓄热式加热器（2）的上方设有回热器（9），构成工质气体在环型冷却器（1）和蓄热式加热器（2）间循环的通道，蓄热式加热器（2）的上下侧各设置有一个气体阀门（13），气体阀门（13）与控制器（5）相连，温度传感器（12）和加热元件（10）分别与控制器（5）相连；
所述的配气活塞（17）位于内胆的下侧并与直线驱动系统（3）相连；
所述的气压换能器（4）与工质气体通道相连通；
所述的控制器（5）与直线驱动系统（3）相连，控制器（5）对直线驱动系统（3）及其他部分进行控制；
所述的环型冷却器（1）由发动机壳体（7）、冷却介质壳体、冷却介质通道（6）、冷却介质入口（14）和冷却介质出口（15）组成，冷却介质壳体设置于发动机壳体（7）的内壁或者外壁的一侧 。
2.根据权利要求1所述的采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机，其特征在于：所述的冷却介质为气体或液体。
3.根据权利要求1所述的采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机，其特征在于：所述的气体阀门（13）由耐高温、绝热材料制成。
4.根据权利要求1所述的采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机，其特征在于：所述的发动机壳体（7）与内胆（8）之间设有多个固定块（16），固定块（16）将发动机壳体（7）与内胆（8）紧固在一起。
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