CN108374690A - 一种内嵌遮热板的配气活塞及其遮热板布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌遮热板的配气活塞，包括配气活塞壳体和嵌设于所述配气活塞壳体内的数个缓冲片，所述配气活塞壳体包括上壳体和下壳体，圆桶状结构的上壳体的开口端与所述下壳体固定连接，所述缓冲片为向所述上壳体闭口端凸起的呈圆锥结构的遮热板，数个所述遮热板依次沿所述上壳体轴向间隔排列嵌设于所述上壳体内，数个所述遮热板和所述下壳体上均设有均压通气孔；本发明所述内嵌遮热板的配气活塞通过在内部嵌设数个带有均压通气孔的呈锥形结构的遮热板，用于减小配气活塞两端的辐射传热，提升了声能自由活塞发电机的工作效率，另外，本发明还具有结构简单，加工制造便利等优点。

Description

一种内嵌遮热板的配气活塞及其遮热板布置方法

技术领域

本发明是涉及一种配气活塞，具体说，是涉及一种内嵌遮热板的配气活塞及其遮热板布置方法，特别适用于声能自由活塞发电机。

背景技术

声能自由活塞发电机是由声能自由活塞发动机和直线发电机耦合而成的高效发电装置，它没有传统动力装置所必需的曲柄、连杆等传动机构。与内燃机相比，具有热效率高、寿命长、结构简单、振动和噪声低和燃料来源广等优点，在空间和军用电源、太阳能利用及余热回收等领域具有巨大应用潜力。

在声能自由活塞发电机中，配气活塞在气体作用力下做往复运动，推动工质在气缸冷、热端置换，通常配气活塞体积较大，体现为配气活塞的轴向长度比动力活塞长很多，并设有缓冲片最大限度地减小活塞热端和冷端的热量传递，从而使配气活塞能够在气缸冷端和热端起到隔热作用，置换一定数量的气体，在声能自由活塞发电机的热端温度最高可达900℃，冷端温度一般为40℃～80℃。显然，在配气活塞的两端存在着较大的轴向温度梯度，因此，设计一种减小辐射热损失的内嵌遮热板的配气活塞，以提高发电机工作效率，将具有重要意义和应用推广价值。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种用于声能自由活塞式发电机的内嵌遮热板的配气活塞，可减小配气活塞辐的射热损失，以提高发电机工作效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种内嵌遮热板的配气活塞，包括配气活塞壳体和嵌设于所述配气活塞壳体内的数个缓冲片，其特征在于：所述配气活塞壳体包括上壳体和下壳体，圆桶状结构的上壳体的开口端与所述下壳体固定连接，所述缓冲片为向所述上壳体闭口端凸起的呈圆锥结构的遮热板，数个所述遮热板依次沿所述上壳体轴向间隔排列嵌设于所述上壳体内，数个所述遮热板和所述下壳体上均设有均压通气孔；遮热板采用圆锥形结构可有效增大表面积，增强遮热板的反射能力；开设均压通气孔的目的在于，当整机抽真空时，配气活塞内部空间可迅速被抽至真空；当整机充气时，配气活塞内部空间可迅速达到充气压力，均压通气孔的存在可有效避免整机在充气和抽真空时由配气活塞内部空间所造成的不确定性。

作为优选方案，所述遮热板包括外表面的高反射能力的辐射屏层，或者，包括内部的低热导率的间隔物层和外表面的高反射能力的辐射屏层。

作为进一步优选方案，所述间隔物层的材质包括但不限于玻璃纤维纸、尼龙布或涤纶膜，其导热系数远小于金属材质的辐射屏，可有效减小轴向导热损失；所述辐射屏层的材质包括但不限于铝箔、铜箔或喷铝涤纶薄膜，所述遮热板的表面光滑，可有效增大反射比、削弱冷热端的辐射热损失。

作为进一步优选方案，所述辐射屏层的厚度δ₁为0.05mm～0.1mm，所述间隔物层的厚度δ₂为0.5mm～1.5mm。

作为优选方案，所述遮热板的安装个数为2～4个，所述遮热板的轴向高度h为3mm～6mm，所述遮热板的厚度δ为0.5mm～2mm，所述遮热板的张角为100°～160°，所述遮热板的发射率ε为0.03～0.08，较小的发射率ε可使遮热板有较大的热阻。

作为优选方案，所述上壳体的外径D为30mm，所述上壳体的轴向长度L为40mm～50mm，所述上壳体内壁面上的所述安装槽或所述安装斜槽的间距为5mm～8mm。

作为优选方案，所述均压通气孔的孔径φ为0.5mm～1mm。

作为优选方案，所述上壳体内壁面上设有与所述遮热板边缘相适配的数个安装斜槽，所述遮热板边缘嵌设安装于所述安装斜槽内并通过焊接固定。

作为进一步优选方案，所述安装斜槽的倾斜角α为50°～80°。

作为优选方案，所述遮热板边缘设有沿水平方向延伸的环形连接端，所述上壳体内壁面上设有与所述环形连接端相适配的安装槽，所述环形连接端的外径D大于所述上壳体内径，所述遮热板通过所述环形连接端卡接于所述安装槽内。

作为进一步优选方案，所述环形连接端的高度大于所述安装槽的深度。配气活塞在工作时做往复直线运动，在其内部的遮热板也会受到轴向的惯性力作用，若所述环形连接端的高度a小于所述安装槽的深度b，则所述安装槽的尖端边缘会与所述遮热板的拐角处直接接触磨损，使圆锥形结构的遮热板发生断裂。

作为进一步优选方案，所述遮热板边缘延伸的所述环形连接端的高度a为0.5mm～4mm，所述安装槽为矩形凹槽，所述安装槽的深度b为0.5mm～1mm。

一种实施方案，所述上壳体与所述下壳体采用螺纹连接或焊接连接。

本发明还提供一种上述配气活塞的遮热板布置方法，其特征在于：所述遮热板采用以下方式中任意一种进行布置：

(1)当配气活塞热端温度与冷端温度相差200℃～400℃时，安装2片遮热板，因为此时热端温度一般低于间隔物层的熔点，所以2片遮热板均采用在间隔物层表面加设辐射屏层的结构；

(2)当配气活塞热端温度与冷端温度相差400℃～600℃时，安装3片遮热板，为了防止间隔物层因热端温度过高而熔化，在靠近热端的前两片遮热板不设置间隔物层，遮热板仅由辐射屏层组成，靠近冷端的1片遮热板采用在间隔物层表面加设辐射屏层的结构；

(3)当配气活塞热端温度与冷端温度相差大于600℃时，安装4片遮热板，其中在靠近热端的前3片遮热板仅由辐射屏层组成，靠近冷端的1片遮热板采用在间隔物层表面加设辐射屏层的结构。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明所述内嵌遮热板的配气活塞通过在内部嵌设数个带有均压通气孔的呈锥形结构的遮热板，用于减小配气活塞两端的辐射传热，提升了声能自由活塞发电机的工作效率，另外，本发明还具有结构简单，加工制造便利等优点，具有明显的进步性和应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种内嵌遮热板的配气活塞的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种内嵌遮热板的配气活塞分解状态的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的遮热板的结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的一种内嵌遮热板的配气活塞的结构示意图；

图5为本发明实施例2提供的遮热板的结构示意图；

图6为本发明实施例2提供环形连接端高度大于安装槽深度的结构示意图；

图7为本发明实施例2提供环形连接端高度不大于安装槽深度的结构示意图。

图中标号示意如下：1、上壳体；11、安装斜槽；12、安装槽；2、下壳体；3、遮热板；31、间隔物层；32、辐射屏层；33、环形连接端；34、拐角；4、均压通气孔；5、热端；6、冷端。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。

实施例1

结合图1至图3所示，本实施例提供的一种内嵌遮热板的配气活塞，包括上壳体1、下壳体2和数个呈圆锥形结构的遮热板3，圆桶状结构的上壳体1的开口端与所述下壳体2固定连接，所述遮热板3置于所述上壳体1内壁面上设有的安装斜槽11内，所述安装斜槽11与所述遮热板3边缘的坡度和尺寸相适配相适配，并通过在所述安装斜槽11内填加焊料的方式，使所述遮热板3与所述上壳体焊1接连接，数个所述遮热板3依次沿所述上壳体1轴向间隔排列嵌设于所述上壳体1内，即为呈圆锥结构的所述遮热板3的凸起方向朝向配气活塞的热端5，数个所述遮热板3和所述下壳体2上均设有均压通气孔4，所述遮热板3采用圆锥形结构可有效增大表面积，增强所述遮热板3的反射能力，开设所述均压通气孔4的目的在于，当整机抽真空时，配气活塞内部空间可迅速被抽至真空；当整机充气时，配气活塞内部空间可迅速达到充气压力，所述均压通气孔4的存在可有效避免整机在充气和抽真空时由配气活塞内部空间所造成的不确定性。

在本实施例中，为了优化所述遮热板3的，如图3所示，所述遮热板3是由内部的低热导率的间隔物层31和外表面的高反射能力的辐射屏层32交替组成，或者，所述遮热板3仅包括外表面的高反射能力的辐射屏层32，辐射屏层32的材质常有铝箔、铜箔或喷铝涤纶薄膜等，所述遮热板3的表面光滑，可有效增大反射比、削弱冷热端的辐射热损失；所述间隔物层31的材质常有玻璃纤维纸、尼龙布、涤纶膜等，其导热系数远小于金属材质的辐射屏，可有效减小轴向导热损失。

在本实施例中，所述辐射屏层32的厚度δ₁为0.05mm～0.1mm；所述间隔物层31的厚度δ₂为0.5mm～1.5mm。

在本实施例中，所述均压通气孔4的孔径φ＝0.5mm～1mm。

在本实施例中，所述安装斜槽11的倾斜角α为50°～80°，每个安装斜槽11的间距x为5mm～8mm。

在本实施例中，所述遮热板3的安装个数为2～4个，所述遮热板3的轴向高度h为3mm～6mm，所述遮热板3的厚度δ为所述辐射屏层32的厚度δ₁与所述间隔物层31的厚度δ₂之和，即为0.5mm～2mm，所述遮热板3的张角为2α，即为100°～160°，所述遮热板3的发射率ε为0.03～0.08，较小的发射率ε可使遮热板3有较大的热阻。

在本实施例中，所述上壳体1的外径D为30mm，所述上壳体1的轴向长度L为40mm～50mm，所述上壳体1内壁面上的所述安装斜槽11的间距x为5mm～8mm。

在本实施例中，所述均压通气孔4的孔径φ为0.5mm～1mm。

在本实施例中，所述上壳体1与所述下壳体2采用螺纹连接或焊接连接。

在本实施例中，在焊接遮热板3与上壳体1时，先将各个遮热板3分别内嵌于配气活塞上壳体的安装斜槽11内，并在安装斜槽11内填加焊料，然后将上壳体1与其内部的遮热板3置于高温炉中加热使焊料熔化，待冷却后遮热板3便与上壳体1紧密的连接在一起，完成了焊接。

本发明还提供一种上述配气活塞的遮热板布置方法，所述遮热板采用以下方式中任意一种进行布置：

(1)当配气活塞热端5温度与冷端6温度相差200℃～400℃时，安装2片遮热板3，因为此时热端5温度一般低于间隔物层31的熔点，所以2片遮热板3均采用在间隔物层31表面加设辐射屏层32的结构；

(2)当配气活塞热端温度与冷端温度相差400℃～600℃时，安装3片遮热板3，为了防止间隔物层31因热端5温度过高而熔化，在靠近热端5的前两片遮热板3不设置间隔物层31，遮热板3仅由辐射屏层32组成，靠近冷端6的1片遮热板3采用在间隔物层31表面加设辐射屏层32的结构；

(3)当配气活塞热端温度与冷端温度相差大于600℃时，安装4片遮热板3，其中在靠近热端5的前3片遮热板3仅由辐射屏层32组成，靠近冷端6的1片遮热板3采用在间隔物层31表面加设辐射屏层32的结构。

实施例2

结合图4和图7所示，本实施例提供的一种内嵌遮热板的配气活塞，与实施例1的不同之处仅在于：所述遮热板3边缘设有沿水平方向延伸的环形连接端33，所述上壳体1内壁面上设有与所述环形连接端33相适配的安装槽12，所述环形连接端33的外径D大于所述上壳体1内径，所述遮热板3通过所述环形连接端33卡接于所述安装槽12内。

作为优选方案，在本实施例中，如图6和图7所示，所述环形连接端33的高度大于所述安装槽12的深度，配气活塞在工作时做往复直线运动，在其内部的遮热板3也会受到轴向的惯性力作用，若所述环形连接端33的高度a小于所述安装槽12的深度b，如图7所示，则所述安装槽12的尖端边缘会与所述遮热板3的拐角34处直接接触磨损，使圆锥形结构的遮热板3发生断裂。

作为进一步优选方案，在本实施例中，如图6所示，所述遮热板3边缘延伸的所述环形连接端33的高度a为0.5mm～4mm，所述安装槽12为矩形凹槽，所述安装槽12的深度b为0.5mm～1mm，所述上壳体1内壁面上的所述安装槽12的间距5mm～8mm。

本实施例所述遮热板1在安装时，如图4所示，由于遮热板3的厚度δ较小，易产生适量形变，可将遮热板3由配气活塞上壳体1的开口端推入，遮热板3的环形连接端33抵住配气活塞上壳体1的内侧表面，此时遮热板3沿径向有略微的压缩，沿轴向有略微伸长，待其到达安装槽12处时，遮热板3恢复为变形前的形状，环形连接端33卡在安装槽12内，直至将遮热板3推至对应的安装槽12内，完成该遮热板3在上壳体1内的固定。

综上所述可见：本发明所述内嵌遮热板的配气活塞通过在内部嵌设数个带有均压通气孔4的呈锥形结构的遮热板3，用于减小配气活塞两端的辐射传热，提升了声能自由活塞发电机的工作效率，还通过进一步优化遮热板3材质和尺寸结构，降低辐射传热效果好，还提供遮热板3在配气活塞内不同连接和布置方案，配气活塞适用性广，另外，本发明还具有结构简单，加工制造便利等优点，具有明显的进步性和应用价值。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内嵌遮热板的配气活塞，包括配气活塞壳体和嵌设于所述配气活塞壳体内的数个缓冲片，其特征在于：所述配气活塞壳体包括上壳体和下壳体，圆桶状结构的上壳体的开口端与所述下壳体固定连接，所述缓冲片为向所述上壳体闭口端凸起的呈圆锥结构的遮热板，数个所述遮热板依次沿所述上壳体轴向间隔排列嵌设于所述上壳体内，数个所述遮热板和所述下壳体上均设有均压通气孔。

2.根据权利要求1所述的配气活塞，其特征在于：所述遮热板包括外表面的高反射能力的辐射屏层，或者，包括内部的低热导率的间隔物层和外表面的高反射能力的辐射屏层。

3.根据权利要求2所述的配气活塞，其特征在于：所述间隔物层的材质包括但不限于玻璃纤维纸、尼龙布或涤纶膜，所述辐射屏层的材质包括但不限于铝箔、铜箔或喷铝涤纶薄膜。

4.根据权利要求2所述的配气活塞，其特征在于：所述辐射屏层的厚度δ₁为0.05mm～0.1mm，所述间隔物层的厚度δ₂为0.5mm～1.5mm。

5.根据权利要求1所述的配气活塞，其特征在于：所述上壳体内壁面上设有与所述遮热板边缘相适配的数个安装斜槽，所述遮热板边缘嵌设安装于所述安装斜槽内并通过焊接固定,所述上壳体内壁面上的所述安装斜槽的间距为5mm～8mm。

6.根据权利要求1所述的配气活塞，其特征在于：所述遮热板边缘设有沿水平方向延伸的环形连接端，所述上壳体内壁面上设有与所述环形连接端相适配的安装槽，所述环形连接端的外径D大于所述上壳体内径，所述遮热板通过所述环形连接端卡接于所述安装槽内。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的配气活塞，其特征在于：所述遮热板的安装个数为2个～4个，所述遮热板的轴向高度h为3mm～6mm，所述遮热板的厚度δ为0.5mm～2mm，所述遮热板的张角为100°～160°，所述遮热板的发射率ε为0.03～0.08。

8.根据权利要求1-6任一权利要求所述的配气活塞，其特征在于：所述上壳体的外径D为30mm，所述上壳体的轴向长度L为40mm～50mm。

9.根据权利要求1-6任一权利要求所述的配气活塞，其特征在于：所述均压通气孔的孔径φ为0.5mm～1mm。

10.一种权利要求3所述的配气活塞的遮热板布置方法，其特征在于：所述遮热板采用以下方式中任意一种进行布置：

(1)当配气活塞热端温度与冷端温度相差200℃～400℃时，安装2片遮热板，因为此时热端温度一般低于间隔物层的熔点，所以2片遮热板均采用在间隔物层表面加设辐射屏层的结构；

(2)当配气活塞热端温度与冷端温度相差400℃～600℃时，安装3片遮热板，为了防止间隔物层因热端温度过高而熔化，在靠近热端的前两片遮热板不设置间隔物层，遮热板仅由辐射屏层组成，靠近冷端的1片遮热板采用在间隔物层表面加设辐射屏层的结构；

(3)当配气活塞热端温度与冷端温度相差大于600℃时，安装4片遮热板，其中在靠近热端的前3片遮热板仅由辐射屏层组成，靠近冷端的1片遮热板采用在间隔物层表面加设辐射屏层的结构。