CN103382902A - 一种用于发电的集成式斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发电的集成式斯特林发动机，包括封闭的气缸、设在气缸内的活塞，活塞的下端连接有活塞杆，气缸的两端通过管路连通，气缸上端的管路外设有加热器，气缸下端的管路外设有冷却器，位于加热器和冷却器之间的管路上设有换热器，气缸的下端设有发动机座，发动机座的下端连接有飞轮座，飞轮座内设有飞轮，发动机座的中心设有柱状腔，活塞杆的下端沿着柱状腔的轴线穿过并通过连杆与飞轮连接，柱状腔的内壁上设有与柱状腔同轴的环形线圈，活塞杆上设有与环形线圈对应的磁芯。因此，本发明具有结构简单，安装方便，整体结构更加紧凑、性能更加稳定的有益效果。

Description

一种用于发电的集成式斯特林发动机

技术领域

本发明涉及斯特林发动机技术领域，尤其涉及一种用于发电的集成式斯特林发动机。 

背景技术

斯特林发动机是独特的热机，因为理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率，因此斯特林发动机在新能源发电以及军工方面具有广泛的应用。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的，这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程，活塞柄的外端连接曲柄连杆机构，从而带动三相发电机转动，把机械能转化为电能。然而该种结构的斯特林发动机整体结构复杂、装配复杂、体积庞大，给安装也带来很多不便。 

中国专利申请公布号：CN103184952A，授权公告日2013年7月3日，公开了一种紧凑型斯特林发动机，包括热腔体、冷腔体、动力气缸、配气活塞、动力活塞、回热器、齿轮齿条传动机构、凸轮机构等，动力气缸安装在热腔体和冷腔体形成的空间中同心安装，动力气缸进气端是直接与热腔连通，配气活塞在热腔体和冷腔体中，动力气缸从配气活塞中穿过，回热器是由若干在配气活塞的外圆周面上成螺旋状安装的肋片组成，可使工质气体在流过肋片时产生旋转，齿轮齿条传动机构来实现动力的输出，凸轮机构来实现配气活塞的往复运动。其不足之处是该种斯特林发动机内仍然设有齿轮齿条传动机构、凸轮机构，当需要把机械能转换为电能时，外界还需要接三相电机，因此整体结构仍然复杂、庞大，安装不便。 

发明内容

本发明为了克服现有技术中的斯特林发动机结构复杂、体积庞大，安装不便的不足，提供了一种结构简单，安装方便，整体结构更加紧凑、性能更加稳定的用于发电的集成式斯特林发动机。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种用于发电的集成式斯特林发动机，包括封闭的气缸、设在气缸内的活塞，活塞的下端连接有活塞杆，气缸的两端通过管路连通，气缸上端的管路外设有加热器，气缸下端的管路外设有冷却器，位于加热器和冷却器之间的管路上设有换热器，所述的气缸的下端设有发动机座，发动机座的下端连接有飞轮座，飞轮座内设有飞轮，发动机座的中心设有柱状腔，所述的活塞杆的下端沿着柱状腔的轴线穿过并通过连杆与飞轮连接，所述的柱状腔的内壁上设有与柱状腔同轴的环形线圈，所述的活塞杆上设有与环形线圈对应的磁芯。气缸内充满氢气，加热器吸收太阳光，使得气缸两端的气体产生温度差，从而使得活塞在气缸内上下往复运功，气缸柄上磁芯在环形线圈内上下往复运动切割磁感线，从而在环形线圈内产生电流，产生的电流从三相接头处与外界电路连接，该种斯特林发动机整体结构紧凑，体积小，结构简单，制造成本低，同时安装非常方便。

作为优选，所述的发动机座上的柱状腔的两端分别设有上密封板、下密封板，上密封板、下密封板的中心设有活塞杆孔，活塞杆孔内设有滑动轴承，所述的活塞杆从滑动轴承中穿过。上密封板、下密封板和柱状腔的侧壁共同构成一个相对封闭的空间，环形线圈、磁芯都设置在该封闭的空间内，性能更加稳定，滑动轴承能有效的减小活塞杆与活塞孔之间的摩擦力，运动阻力小。 

作为优选，位于上密封板、下密封板之间部位的柱状腔的内壁上设有若干线圈定位槽，环形线圈安装在线圈定位槽内。线圈定位槽用于线圈的定位。 

作为优选，磁芯包括磁体固定座、设在磁体固定座内的若干磁体，所述的磁体的S极、N极之间的连线与柱状腔的横截面平行。磁体的这种分布，使得磁体S极、N极的磁场密度大的磁感线与环形线圈垂直，保证磁芯运动时，磁感线与环形线圈垂直相互运动，从而在环形线圈内产生大电流，发电效率高。 

作为优选，所述的发动机座的上端外侧面上设有环形缺口，环形缺口的侧面设有冷却槽，环形缺口的外侧设有密封套，密封套与冷却槽构成密封的冷却腔，密封套的下端设有与冷却腔连通的进液孔，密封套的上端设有与冷却腔连通的出液孔，进液孔、出液孔分别与所述的冷却器连通。由于磁芯与环形线圈之间的相对运动会产生热量，热量积聚在柱状腔内会产生高温区域，而温度较高时会严重影响磁芯的磁场，为了保持柱状腔内的合适的温度，把冷却器与冷却腔连通，冷却器内的冷却液源源不断的从进液孔进入冷却腔，对柱状腔内的环形线圈、磁芯冷却，从而保持良好的性能。 

作为优选，所述的冷却槽的底部设有若干环形槽，所述的环形槽的截面呈半圆形。环形槽能增加冷却液与冷却槽底部的接触面积，冷却效果更加好。 

作为优选，环形缺口的底部的环形平面上设有密封凹槽，所述的密封凹底部设有密封圈，密封套的下端端部设有与密封凹槽配合的密封凸台。密封凸台、密封圈、密封凹槽共同起到密封的作用，防止冷却液从冷却腔内渗漏出来。 

因此，本发明具有结构简单，安装方便，整体结构更加紧凑、性能更加稳定的有益效果。 

同时，本发明还能稳定的控制状腔内的温度，从而保持斯特林发动机稳定的发电，使用效果好，使用寿命长。 

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。 

图2为本发明中磁芯和线圈的结构示意图。 

图3为图2中A-A处剖视图。 

图4为本发明中发动机座的结构示意图。 

图中：气缸1  活塞2  活塞杆3  管路4  加热器5  冷却器6  换热器7  发动机座8  飞轮座9  飞轮10  柱状腔11  环形线圈12  磁芯13  上密封板14  下密封板15  滑动轴承16  线圈定位槽17  磁体固定座18  磁体19  环形缺口20  冷却槽21  密封套22  进液孔23  出液孔24  环形槽25  密封凹槽26  密封圈27  密封凸台28 。 

具体实施方式

    下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述： 

如图1所示的一种用于发电的集成式斯特林发动机，包括封闭的气缸1、设在气缸内的活塞2，活塞的下端连接有活塞杆3，气缸1的两端通过管路4连通，气缸上端的管路外设有加热器5，气缸下端的管路外设有冷却器6，位于加热器5和冷却器6之间的管路上设有换热器7，气缸1的下端设有发动机座8，发动机座8的下端连接有飞轮座9，飞轮座9内设有飞轮10，飞轮10与活塞连动起到惯量平衡的作用，便于活塞的往复循环，无需润滑，活塞运行更加整体稳定、可靠，发动机座8的中心设有柱状腔11，发动机座8内的柱状腔11的两端分别设有上密封板14、下密封板15，上密封板、下密封板的中心设有活塞杆孔，活塞杆孔内设有滑动轴承16，活塞杆3从上到下依次穿过上密封板上的滑动轴承、柱状腔、下密封板上的滑动轴承并通过连杆与飞轮10连接，活塞杆与柱状腔同轴分布，如图2和体3所示，位于上密封板14、下密封板15之间部位的柱状腔11的内壁上设有若干线圈定位槽17，环形线圈12安装在线圈定位槽17内，每个线圈定位槽内的线圈之间相互串联在一起，活塞杆3上设有与环形线圈12对应的磁芯13，发动机座的外侧面上还设有电流输出接头，电流输出接头与环形线圈电连接。斯特林发动机的气缸内充满气体，本实施例中的气体采用氢气，加热器吸收外界热量后（比如太阳光等）导致气缸上端的气体温度升高，而气缸下端的气体收到冷却器的冷却后温度降低，从而形成温度差，当给飞轮一个初始的转动后使得活塞上下运动，热气体、冷气体经过换热器后交换，从而使得气缸上端与气缸下端的氢气交替膨胀、收缩，从而带动活塞在气缸内往复循环，此时活塞缸的磁芯也在环形线圈内上下运动，磁芯产生的磁场与环形线圈之间相对运动，相当于环形线圈不断的切割磁感线，根据电磁感应现象并结合楞次定律，环形线圈中会产生定向电流，环形线圈与发动机做外侧的电流输出接头连接，从而把电流输出。本实施例中，磁芯13包括磁体固定座18、设在磁体固定座内的若干磁体19，磁体的S极、N极之间的连线与柱状腔的横截面平行，磁体固定座上固定有两排条形磁体，每块条形磁体的S极、N极的方向都相同，从而在磁芯的S极、N极之间形成磁感线密集、强度大且均匀的磁场，磁芯随着活塞杆运动时使得环形线圈与磁感线之间相互切割，产生强度大的电流，发电效率高。该种集成式斯特林发动机具有整体结构简单、体积小，安装方便，性能稳定的有益效果。

如图1和图4所示，发动机座8的上端外侧面上设有环形缺口20，环形缺口20的侧面设有冷却槽21，环形缺口20的外侧设有密封套22，密封套的上端与发动机座之间螺纹连接，密封套22与冷却槽21构成密封的冷却腔，密封套22的下端设有与冷却腔连通的进液孔23，密封套的上端设有与冷却腔连通的出液孔24，进液孔、出液孔通过连接管分别与冷却器连通，与进液孔连通的连接管上设有自动调节阀门，冷却腔内设有温度传感器，温度传感器和自动调节阀门同时与控制器连接，当冷却腔内的温度升高时，温度传感器把信号传递给控制器，通过控制器控制自动调节阀门增大冷却液的流量，从而保持冷却腔的良好的冷却效果；冷却器内的冷却液从进液孔处进入冷却腔内，冷却腔内充满冷却液后又从出液孔处回到冷却器内，冷却器在给气缸内的气体冷却时，同时给柱状腔内的磁芯、环形线圈进行冷却，保持柱状腔内的温度，防止温度过高影响磁芯的磁场，从而保持良好的发电能力；冷却槽21的底部设有若干环形槽25，环形槽25的截面呈半圆形，环形槽能增加冷却液与冷却槽底部的接触面积，冷却效果更加好；环形缺口20的底部的环形平面上设有密封凹槽26，密封凹底26部设有密封圈27，密封套22的下端端部设有与密封凹槽配合的密封凸台28，当密封套拧入发动机座上的时候，密封凸台伸入密封凹槽内，随着螺纹的拧紧，密封凸台的端部压紧密封圈，从而实现密封，防止冷却液泄漏出来，冷却腔内的冷却液能稳定控制柱状腔内的温度，从而保持斯特林发动机稳定的发电，使用效果好，使用寿命长。 

该种用于发电的集成式斯特林发动机中，气缸、活塞、活塞杆、磁芯、环形线圈以及冷却结构等都充分、合理的集成在发动机座内，结构非常紧凑，体积非常小，发动机座的下端与飞轮座连接，发动机座、飞轮座的内部空间相对密封并与外界环境完全隔离开，内部性能非常稳定，收到外界的干扰小，安装非常便利，同时使用寿命长，同时直接利用斯特林发动机气缸上的冷却器对环形线圈、磁芯、柱状腔进行冷却，冷却效果非常好，又没有增加成本。因此该种集成式斯特林发动机具有整体体积小、安装方便、成本低，性能稳定，使用寿命长的有益效果。 

    

Claims (7)

1.一种用于发电的集成式斯特林发动机，包括封闭的气缸（1）、设在气缸内的活塞（2），活塞的下端连接有活塞杆（3），气缸（1）的两端通过管路（4）连通，气缸上端的管路外设有加热器（5），气缸下端的管路外设有冷却器（6），位于加热器（5）和冷却器（6）之间的管路上设有换热器（7），其特征是，所述的气缸（1）的下端设有发动机座（8），发动机座（8）的下端连接有飞轮座（9），飞轮座（9）内设有飞轮（10），发动机座（8）的中心设有柱状腔（11），所述的活塞杆（3）的下端沿着柱状腔（11）的轴线穿过并通过连杆与飞轮（10）连接，所述的柱状腔（11）的内壁上设有与柱状腔同轴的环形线圈（12），所述的活塞杆（3）上设有与环形线圈（12）对应的磁芯（13）。

2.根据权利要求1所述的一种用于发电的集成式斯特林发动机，其特征是，所述的发动机座（8）内的柱状腔（11）的两端分别设有上密封板（14）、下密封板（15），上密封板、下密封板的中心设有活塞杆孔，活塞杆孔内设有滑动轴承（16），所述的活塞杆（3）从滑动轴承（16）中穿过。

3.根据权利要求2所述的一种用于发电的集成式斯特林发动机，其特征是，位于上密封板（14）、下密封板（15）之间部位的柱状腔（11）的内壁上设有若干线圈定位槽（17），环形线圈（12）安装在线圈定位槽（17）内。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种用于发电的集成式斯特林发动机，其特征是，磁芯（13）包括磁体固定座（18）、设在磁体固定座内的若干磁体（19），所述的磁体的S极、N极之间的连线与柱状腔的横截面平行。

5.根据权利要求1所述的一种用于发电的集成式斯特林发动机，其特征是，所述的发动机座（8）的上端外侧面上设有环形缺口（20），环形缺口（20）的侧面设有冷却槽（21），环形缺口（20）的外侧设有密封套（22），密封套与冷却槽构成密封的冷却腔，密封套（22）的下端设有与冷却腔连通的进液孔（23），密封套的上端设有与冷却腔连通的出液孔（24），进液孔、出液孔分别与所述的冷却器连通。

6.根据权利要求5所述的一种用于发电的集成式斯特林发动机，其特征是，所述的冷却槽（21）的底部设有若干环形槽（25），所述的环形槽（25）的截面呈半圆形。

7.根据权利要求5或6所述的一种用于发电的集成式斯特林发动机，其特征是，环形缺口（20）的底部的环形平面上设有密封凹槽（26），所述的密封凹底（26）部设有密封圈（27），密封套（22）的下端端部设有与密封凹槽配合的密封凸台（28）。

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