CN103161605A - 一种液体活塞斯特林发动机 - Google Patents

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高雪飞
朱华
李向阳
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一种液体活塞斯特林发动机，该机可与户用炊暖炉相结合，利用炊暖炉燃烧生物或矿物质燃料释放出的热量或者太阳能光热热量实现户用热电联产。整个斯特林发动机呈环形结构，加热区位于中心与炉膛相配合，冷却区设置在外围方便进行流体换热连接，这样的整机布置结构提高了热量利用效率。加热器为双面翅片式换热器，从炉膛中吸收热量并传递给热腔。冷却器采用水循环冷却工质，冷却水可作为生活热水。环U形液槽内注入液体作为斯特林机的配气及功率输出活塞，液槽底部开口并连接动力液输出通道，输出通道连接单向阀构成的泵系统及液力涡轮，将受压振荡的动力液流转换为单向液流推动液力涡轮做功发电。整套系统成本低，密封性好，免维护，生产使用环境友好。

Description

一种液体活塞斯特林发动机
技术领域
本发明涉及一种斯特林发动机。
背景技术
斯特林发动机以其外燃特性，在对各种燃料、热源的适应性以及节能减排上具有天然的优势。在各种斯特林发动机中，液体活塞斯特林发动机具有独特的结构形式及运行特点，它不需要传统的活塞连杆曲轴等机械式动力输出装置，也不需要特殊的密封结构防止工质从两个相对运动的机械结构之间的间隙中泄漏，因此液体活塞斯特林发动机具有结构简单，成本低廉，安全可靠，无需维护的特点。设计良好的液体活塞斯特林发动机可作为在边远地区，分散地区，游牧生产等缺乏供电基础设施的场合下解决生产生活中基本用电用热的廉价手段之一。特别是在类似藏区、牧区，将液体活塞式斯特林发动机和户用炊暖炉相结合，利用平时燃烧生物或矿物质燃料取暖做饭的生活余热驱动斯特林发动机发电，可在不改变原炊暖设备结构及不显著增加开支的前提下提高能源的使用效率，实现能量的综合利用，同时还解决了生产生活对多样的能源种类的需求。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提出了一种液体活塞斯特林发动机，该机的特点是：结构上可与现有的户用炊暖炉相结合，实现生产生活用热用电，同时具有造价低，高可靠，免维护的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将现有斯特林发动机的配气及做功活塞全部用液体代替，依靠液体在环U型液槽中的内外环之间来回振荡实现配气，环U型液槽底部开有动力液输出通道，发动机内由液体封闭的气体工质在收缩和膨胀的过程中，将热能转换为维持配气动力液来回振荡所需的能量以及输出动力液顺着输出通道来回振荡的输出动能。来回振荡的输出动力液再经过由单向阀构成的泵系统转换为单向流动的具有动能的动力液，并推动液力涡轮实现做功。
本发明的有益效果是：结构上可与户用炊暖炉相结合，低成本的实现户用热电联产。机内全部使用液体作为配气及功率输出活塞来解决润滑密封问题，同时具有安全可靠，无需维护的特点。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
图中：1. 环U形液槽，2. 动力液，3. 中空夹层，4. 封隔液，5. 冷腔，6. 冷却水进口，7. 冷却水套，8. 冷却器，9. 热腔，10. 炉膛区，11. 加热器，12. 回热器，13. 冷却水出口，14. 液槽底部开口，15. 倒U形输出通道，16. 三通，17. 单向阀，18. 液力涡轮，19. 飞轮，20. 发电机，21. 外部液槽。
具体实施方式
如附图中，环U形液槽（1）内注有动力液（2），在动力液（2）上方注入一段耐高温的并与动力液（2）不互溶的封隔液（4），避免动力液（2）直接与发动机热腔（9）中的高温气体接触。环U形液槽（1）被中空夹层（3）分隔成内外环，动力液（2）可在内外环之间来回流动从而引起内环液位与外环液位反相振荡，这样的液位振荡就推动了封闭在发动机内的气体工质在由冷腔（5）、冷却器（8）、回热器（12）、加热器（11）、热腔（9）构成的气体通路中来回流动，气体工质被交替加热膨胀和冷却收缩。环U形液槽（1）底部有开口（14），并连接有倒U形输出通道（15）。倒U形输出通道（15）的另一端接入三通（16）和两个单向阀（17）共同构成抽吸式泵系统，将外部液槽（21）中的液体泵送至液力涡轮（18）。液力涡轮（18）通过机械结构与飞轮（19）和发电机（20）连接。倒U形输出通道（15）的作用是分隔发动机内的动力液（2）和推动液力涡轮（18）做功的外部液槽（21）中的液体，避免了两部分液体之间可能发生的互相污染的问题。
当炉膛区（10）内被外部热源加热后，加热器（11）从炉膛区（10）中吸收热量并将热量传递给热腔（9）中的工作气体，工作气体膨胀后借助动力液（2）在环U形液槽（1）中内外环之间的振荡流过回热器（12），进入冷腔（5）并在冷腔（5）中冷却收缩，之后，再由于环U形液槽（1）中的动力液在内外环之间的振荡，冷却后的工作气体再次通过回热器（12）进入热腔（9）被加热，完成一个工作循环。发动机内的工作气体在膨胀与收缩的工作循环中，推动环U形液槽（1）中的动力液（2）从环U形液槽（1）底部的动力输出开口（14）流出并在倒U型输出通道（15）与环U形液槽（1）之间来回振荡。倒U型输出通道（15）通向由单向阀（14）构成的泵系统，将往复振荡的动力液（2）流转换为单向流动的脉动液流，推动液力涡轮（18）做功。液力涡轮（18）通过机械连接带动飞轮（19）和发电机（20）旋转发电。

Claims (5)

1.一种液体活塞斯特林发动机，包括加热器，回热器，冷却器，环U形液槽，动力液输出及循环做功系统；其特征为环U形液槽内注入液体作为斯特林发动机的配气及功率输出活塞，液槽底部输出的受压振荡的动力液通过单向阀构成的泵系统转换为单向动力液流推动液力涡轮做功发电；环状翅片式加热器可与户用炊暖炉结合，冷却器为水冷，冷却水可作为生活热水。
2.根据权利要求1所述的液体活塞斯特林发动机，其特征为环U形液槽及环形翅片式加热器，可与户用炊暖炉结合，利用炊暖炉燃烧生物或矿物质燃料为斯特林发动机提供热源。
3.根据权利要求1所述的液体活塞斯特林发动机，其特征为环U形液槽内注入液体作为斯特林机配气及功率输出活塞。
4.根据权利要求1所述的液体活塞斯特林发动机，其特征为冷却器为水冷，冷却水可作为生活热水。
5.根据权利要求1所述的液体活塞斯特林发动机，其特征为液槽底部输出的受压振荡的动力液通过单向阀构成的泵系统转换为单向动力液流推动液力涡轮做功发电。
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