CN103047045B - 一种蓄热式斯特林发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄热式斯特林发动机，它包括冷却器（1）、蓄热式加热器（2）、回热器（9）、配气活塞（17）、运动控制器（3）、动力气缸（4）、飞轮（19）和控制器（5），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）位于内胆（8）内，回热器（9）位于蓄热式加热器（2）的上方，配气活塞（17）位于内胆的下侧，与运动控制器（3）相连，动力气缸（4）通过动力活塞（18）与飞轮（19）的转子相连，在飞轮（19）的转子上设有位置传感器（20），控制器（5）与位置传感器（20）和运动控制器（3）相连。本发明冷却及加热速度快、效果好，保温效果好，而且可以瞬间改变输出功率。

Description

一种蓄热式斯特林发动机
技术领域
本发明涉及一种斯特林发动机，特别是一种蓄热式斯特林发动机。
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，配气活塞与动力活塞被传动系统直接相连，两者之间具有固定的相位差，输出轴只能向一个方向旋转。
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。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用新型冷却结构和蓄热式加热器、发动机运转状态灵活多变、能够瞬间改变输出功率的一种蓄热式斯特林发动机。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种蓄热式斯特林发动机，它包括冷却器、蓄热式加热器、回热器、配气活塞、运动控制器、动力气缸、飞轮和控制器，蓄热式加热器对工质气体进行加热，冷却器对工质气体进行冷却，运动控制器控制配气活塞做往复运动，控制器对运动控制器及其他部分进行控制；所述的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，回热器设置于蓄热式加热器的上方，构成工质气体在冷却器和蓄热式加热器间循环的通道，配气活塞位于内胆的下侧，与运动控制器相连，内胆位于发动机壳体内部，动力气缸与工质气体通道相连通，动力气缸通过动力活塞与飞轮的转子相连接，在飞轮的转子上设置有位置传感器，控制器分别与位置传感器和运动控制器相连。
本发明所述的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。
本发明的有益效果是：本发明采用了新型的冷却结构——环形结构，制造工艺简单，冷却的速度快、效果好；采用蓄热式加热器，蓄热体由具有高的比热容的材料制成，保温效果好、加热速度快，从而提高了发动机的热效率，且工作时不产生污染物；特别是，由于配气活塞与动力活塞没有被传动系统直接相连，而是配气活塞与受控制器控制的运动控制器相连，发动机运转状态可以灵活的改变，输出功率能够瞬间改变，非常适合车载使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中，1-冷却器，2-蓄热式加热器，3-运动控制器，4-动力气缸，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，18-动力活塞，19-飞轮，20-位置传感器。
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，一种蓄热式斯特林发动机，它包括冷却器1、蓄热式加热器2、回热器9、配气活塞17、运动控制器3、动力气缸4、飞轮19和控制器5，蓄热式加热器2对工质气体进行加热，冷却器1对工质气体进行冷却，运动控制器3控制配气活塞17做往复运动，控制器5对运动控制器3及其他部分进行控制；所述的冷却器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，回热器9设置于蓄热式加热器2的上方，构成工质气体在冷却器1和蓄热式加热器2间循环的通道，配气活塞17位于内胆8的下侧，与运动控制器3相连，内胆8位于发动机壳体7内部，动力气缸4与工质气体通道相连通，动力气缸4通过动力活塞18与飞轮19的转子相连接，在飞轮19的转子上设置有位置传感器20，控制器5分别与位置传感器20和运动控制器3相连。
本发明所述的冷却器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。
本发明采用分离传动的方式，配气活塞17与动力活塞18没有被传动系统直接相连，控制器5通过设置在飞轮19的转子上的位置传感器20，得到转子所在的实时位置信息，控制器5根据输出要求向运动控制器3发出控制指令，由运动控制器3驱动配气活塞17进行相应的运动；由于配气活塞17与动力活塞18之间没有绝对的机械连接，两者之间的相位差是完全连续可变的，从而实现了发动机的正反转输出，使得输出功率也非常容易调节，能够使用在汽车等需要瞬间改变输出功率的场合。

Claims (6)

1.一种蓄热式斯特林发动机，其特征在于：它包括冷却器（1）、蓄热式加热器（2）、回热器（9）、配气活塞（17）、运动控制器（3）、动力气缸（4）、飞轮（19）和控制器（5），蓄热式加热器（2）对工质气体进行加热，冷却器（1）对工质气体进行冷却，运动控制器（3）控制配气活塞（17）做往复运动，控制器（5）对运动控制器（3）及其他部分进行控制；所述的冷却器（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，回热器（9）设置于蓄热式加热器（2）的上方，构成工质气体在冷却器（1）和蓄热式加热器（2）间循环的通道，配气活塞（17）位于内胆（8）的下侧，与运动控制器（3）相连，内胆（8）位于发动机壳体（7）内部，动力气缸（4）与工质气体通道相连通，动力气缸（4）通过动力活塞（18）与飞轮（19）的转子相连接，在飞轮（19）的转子上设置有位置传感器（20），控制器（5）分别与位置传感器（20）和运动控制器（3）相连。
2.根据权利要求1所述的一种蓄热式斯特林发动机，其特征在于：所述的冷却器（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。
3.根据权利要求1或2所述的一种蓄热式斯特林发动机，其特征在于：所述的冷却器（1）内的冷却介质包括气体或液体。
4.根据权利要求1所述的一种蓄热式斯特林发动机，其特征在于：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。
5.根据权利要求1所述的一种蓄热式斯特林发动机，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。
6.根据权利要求1所述的一种蓄热式斯特林发动机，其特征在于：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。
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