CN112204241B - 包括工作缸体上的冷却管的斯特林发动机 - Google Patents

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Abstract

一种斯特林发动机，包括：曲轴箱(1)，其中布置有曲轴(2)；置换器缸体(3)，其中具有往复布置的置换器活塞(4)，所述置换器活塞(4)通过延伸穿过所述置换器缸体(3)的第一端的连杆(5)连接到所述曲轴(2)，并且其中置换器缸体(3)限定由置换器活塞(4)分隔的热室(6)和冷室(7)；限定工作缸体室(11)的工作缸体(8)，其中具有往复布置的工作活塞(9)，所述工作活塞(9)通过延伸穿过工作缸体(8)的第一端的连杆(10)连接到所述曲轴(2)；加热器装置(14)，布置在所述置换器缸体(3)的与所述第一端相对的第二端，并且被配置为加热存在于置换器缸体(3)的热室(6)中并且通过工作气体通道与工作缸体室(11)流体连通的工作气体，该工作气体通道包括从置换器缸体(3)的缸体头部(19)延伸到加热器装置(14)中的第一热交换器(16)、由布置在加热器装置(14)外侧的再生器形成的第二热交换器(17)、以及提供在所述第二热交换器(17)与工作缸体(8)之间的过渡流动元件(22)，其中斯特林发动机还包括用于冷却置换器缸体、工作缸体和管状过渡流动元件的冷却系统。斯特林发动机包括布置在工作缸体(8)外侧并包围工作缸体(8)的第一外管(30)，并且冷却系统包括构造成接收冷却流体并且由工作缸体(8)的外周和所述第一外管(30)的内周限定的第一通道(31)，并且所述通道(31)覆盖工作缸体(8)的外周表面的至少50％。

Description

包括工作缸体上的冷却管的斯特林发动机
技术领域
本发明涉及一种斯特林发动机，包括用于冷却置换器缸体的冷却系统。
背景技术
斯特林型外燃发动机是众所周知的。其可以是三种不同的类型，命名为阿尔法、贝塔和伽马，并且在置换器缸体、工作缸体和置换器活塞以及工作活塞如何相对于彼此以及相对于由工作活塞驱动的曲轴布置方面彼此不同。
对斯特林发动机的功能来说重要的是工作介质被加热，通常是通过燃烧室中的燃烧器火焰。在其加热期间，工作气体被引导通过热交换器，该热交换器可以包括的一个或多个管，该一个或多个管从置换器缸体的热室延伸到燃烧室中，并且进一步朝向再生器延伸出燃烧室。再生器位于燃烧室外侧，是斯特林发动机区别于其他类型外燃发动机的独立部件。在再生器之后，从工作气体从置换器缸体的热室到工作缸体的流动方向看，还可以提供有被构造成冷却工作流体的冷却器。
典型地，发动机，至少是伽马型，包括在以下成对部件中的一对或多对之间的密封元件：曲轴箱和工作缸体，工作缸体和设置在其顶部上的缸体头部，所述缸体头部和管状过渡流动元件，置换器缸体和曲轴箱，工作活塞和工作缸体，以及置换器活塞和置换器缸体。在发动机运行期间，这些密封元件需要被润滑，并且其所属的部件需要被冷却，以便保持良好的密封并防止工作气体泄漏到工作气体通道外。斯特林发动机通常通过曲轴箱中存在的润滑油进行润滑和冷却。本申请人将不含润滑和冷却液的曲轴箱内的干燥的内部气氛视为更传统的润滑和冷却解决方案的替代方案。如果应用这种手段，斯特林发动机的冷却变得更加关键，以便实现发动机的功能性和可靠性，而没有或几乎没有工作气体从工作气体通道泄漏。
发明内容
本发明的目的是提出一种斯特林发动机设计，其能够采用干式曲轴箱，即不含润滑和冷却液的曲轴箱，并具有对应其设计的冷却系统。因此，本发明的目的是提供一种冷却系统，该冷却系统促进斯特林发动机的工作气体通道的持久和可靠的密封。
本发明的目的是通过最初限定的斯特林发动机来实现的，其特征在于，该斯特林发动机包括布置在工作缸体外侧并包围该工作缸体的第一外管，并且该冷却系统包括构造成接收冷却流体并且由工作通道的外周和所述第一外管的内周限定的第一通道，并且所述第一通道覆盖工作缸体的外周表面的至少50％。根据一个方面，第一通道沿着工作缸体的长度的至少50％，优选沿着工作缸体的长度的至少75％延伸。通过冷却通道对工作缸体的外周表面的大面积覆盖，可以增加工作活塞密封件的持续时间。因此，第一通道应该被构造成使得冷却流体能够在工作缸体的第一端的区域中从冷却流体入口流到所述第一通道，并在工作缸体的相对的第二端中从第一通道流到冷却流体出口。由于第一通道覆盖了工作缸体的外周的大部分，可以获得工作活塞与工作活塞之间的密封元件的充分冷却。工作缸体周边的大面积覆盖还能够实现有效的冷却，这抑制了工作缸体的热膨胀，该热膨胀可能对提供在工作缸体与曲轴箱之间的密封元件以及提供在工作缸体与布置在工作缸体的顶部上的缸体头部之间的密封元件产生有害影响。
根据一方面，所述第一通道覆盖工作缸体的外周表面的至少75％。
根据一方面，斯特林发动机包括布置在管状过渡流动元件外侧并包围管状过渡流动元件的第二外管，并且冷却系统包括构造成接收冷却流体并且由管状过渡流动元件的外周和所述第二外管的内周限定的第二通道，并且所述第二通道覆盖管状过渡元件的外周表面的至少50％。过渡流动元件是形成限定工作气体通道的部件的一部分并且连接到这些部件的部件。根据一方面，过渡流动元件包括管，该管在一端连接到提供在工作缸体顶部上的缸体头部，并且该管在相对端通过曲轴箱的管限定部分连接到由冷却器形成的第三热交换器，所述相对端插入该管限定部分中，并且所述相对端连接到该管限定部分。过渡流动元件的有效冷却是至关重要的，以便使提供在过渡流动元件和与其连接的部件之间的密封元件免受由过渡流动元件的热膨胀引起的应力，从而防止工作气体泄漏。过渡流动元件的外周表面的大面积覆盖也有助于过渡流动元件本身上较小的热应力。第二通道应当被构造成使得冷却流体能够在管状过渡流动元件的第一端的区域中从冷却流体入口流到所述第二通道，在过渡流动元件的相对的第二端中从第二通道流到冷却流体出口。根据一方面，所述第二通道覆盖管状过渡元件的外周表面的至少80％。
根据一方面，第二外管的至少一部分由曲轴箱的管限定部分形成，该管限定部分远离管状过渡元件的与工作缸体的顶部上提供的缸体头部相连的端部。
根据一方面，斯特林发动机包括连接到工作缸体的顶部并布置在工作缸体的顶部上的缸体头部，其中管状过渡流动元件连接到缸体头部，其中冷却系统包括提供在缸体头部中的第三通道，并且其中所述第三通道将所述第一通道与所述第二通道互连。冷却系统因此限定了冷却回路，该冷却回路集成了工作缸体、工作缸体头部和过渡流动元件的冷却。根据一方面，发动机是伽马型发动机，其中工作缸体和置换器缸体具有彼此垂直的纵向轴线。根据一方面，过渡流动元件可以是管状元件，其纵向轴线与工作缸体顶部成20-40°的角度延伸到限定工作气体通道的另一部件，并且其具有的纵向轴线平行于置换器缸体的纵向轴线。根据一方面，该另一部件包括冷却器，该冷却器被配置为在发动机运行期间主动冷却流过冷却器的工作气体。
根据一方面，工作气体通道包括由冷却器形成的第三热交换器，冷却器是管状的并且围绕置换器缸体周向布置，所述冷却器在一端连接到管状过渡流动元件并在另一端连接到再生器，并且该冷却器包括第三外管，该第三外管布置在置换器缸体的一部分的外侧并包围置换器缸体的一部分，置换器缸体的该一部分邻近置换器缸体与曲轴箱相连处，并且冷却系统包括构造成接收冷却流体并且由置换器缸体的外周和所述第三外管的内周限定的第四通道。根据一方面，密封元件提供在曲轴箱和置换器缸体之间的连接处。在限定区域中对置换器缸体的冷却有助于确保密封元件上的应力较小。第四通道围绕置换器缸体的外周周向延伸，并且从置换器缸体的纵向方向看，在对应于冷却器的长度的置换器缸体的长度上延伸。根据一方面，在其自身和置换器缸体之间承载密封元件的置换器缸体被布置成移动通过一区域，在该区域中置换器缸被第四通道覆盖，并且由此在发动机运行期间被第四通道中存在冷却流体冷却。
根据一方面，冷却器包括被配置为引导工作气体的多个分立的管，这些管布置在所述第四通道中并且在置换器缸体的纵向方向上延伸。因此，用于冷却工作气体的冷却流体也将用于冷却置换器缸体。冷却器的所述管之间有间距，使得冷却流体能够在管之间流动。在管和置换器缸体的外周表面之间也有间距，使得冷却流体能够在管组和置换器缸体的外周表面之间流动。
根据一方面，冷却系统包括第一冷却回路和第二冷却回路，括第一冷却回路包含所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道，第二冷却回路包含所述第四通道。第一回路主要用于冷却部件的目的，以减小其上的热应力并减小这些部件之间的密封元件上的应力，而第二回路具有冷却置换器缸体这种部件和冷却工作气体的双重功能。
根据一方面，冷却系统包括布置在所述第三外管上的冷却流体入口和冷却流体出口，用于将冷却流体分别输入和输出所述第四通道。
根据一方面，冷却系统包括在所述第一外管的端部处布置在所述第一外管上的冷却流体入口，所述第一外管的该端部对应于工作缸体与曲轴箱相连处的工作缸体的端部。
根据一方面，冷却系统包括布置在与所述第二通道连通并形成所述第二通道的延伸部的另一通道处的冷却流体出口，该另一通道与所述第二通道连通并形成所述第二通道的延伸部，并且该另一通道形成在曲轴箱与置换器缸体相连处的曲轴箱的端部中。
根据一方面，曲轴箱包括开口，置换器缸体延伸到该开口中，并且将置换器缸体连接到曲轴的连杆延伸穿过该开口，其中另一通道围绕所述开口。
因此，在发动机运行期间，冷却流体沿从工作缸体的最靠近曲轴的端部朝向并穿过缸体顶部的方向流动，并进一步穿过过渡流动元件中的第二通道朝向其远离缸体头部的端部，进入另一通道并通过冷却流体出口流出。根据一方面，提供了用于测量进入第一通道的冷却流体的热量并用于测量离开所述另一通道的冷却流体的温度的温度传感器。基于测量的温度来控制流速，由此将温差控制在预定范围内。
根据一方面，曲轴箱不含润滑液，并且发动机包括以下成对部件中的一对或多对之间的密封元件：曲轴箱和工作缸体，工作缸体和布置在其顶部上的缸体头部，所述缸体头部和管状过渡流动元件，置换器缸体和曲轴箱，工作活塞和工作缸体，以及置换器活塞和置换器缸体。
本发明的其他目的、优点和新颖特征将从以下细节并通过实施本发明而对于本领域技术人员来说是显而易见的。虽然下面描述了本发明，但是显然本发明可不限于具体描述的细节。本领域的技术人员在接触到这里的教导后，将会认识到在本发明范围内的附加应用、修改和其他领域中的合并。
附图说明
为了更全面地理解本公开及其进一步的目的和优点，下面给出的详细描述应该与附图一起阅读，在附图中，相同的附图标记表示各图中相似的项目，其中：
图1是根据提供有示意性示出的加热器装置的示例的斯特林发动机的俯视图；
图2是对应于图1的视图，但是加热器装置从发动机的其余部分移除；
图3是根据图1中的I-I的截面图，仍然示意性地示出了加热器装置；
图4是图1-3所示斯特林发动机的曲轴箱的透视图；
图5是图4所示曲轴箱的俯视图；
图6是根据图5中的I-I的截面图；
图7是根据图6中的I-I的截面图；
图8是图1-3所示斯特林发动机的工作缸体头部的侧视图；
图9是根据图8中的I-I的截面图；
图10是图8所示的工作缸体头部的俯视图，其中顶部被移除；
图11是与图8相比转动了90°的工作缸体头部的侧视图；
图12是根据图11中的I-I的截面图；
图13是图1-3所示斯特林发动机的工作缸体的透视图；
图14是图13所示工作缸体在第一方向的侧视图；
图15是图13所示工作缸体在与第一方向成90°的第二方向的侧视图；
图16是图13所示工作缸体在与第一方向成180°的第三方向的侧视图；和
图17是根据图3中的I-I的横截面。
具体实施方式
图1-3示出了根据本公开的斯特林发动机的示例。所示的斯特林发动机是伽玛型的，并且包括其中布置有曲轴2的曲轴箱1、以及其中具有往复布置的置换器活塞4的置换器缸体3。置换器活塞4通过延伸穿过所述置换器缸体3的第一端的连杆5连接到曲轴2。在斯特林发动机的运行过程中，置换器缸体3限定由置换器活塞4分隔的热室6和冷室7。
斯特林发动机进一步包括其中具有往复布置的工作活塞9的工作缸体8，所述工作活塞9通过延伸穿过工作缸体8的第一端的连杆10连接到曲轴2。由工作缸体8限定的工作缸体室11被工作活塞9分成所述连杆10延伸穿过的第一部分12和构造成在斯特林发动机运行期间容纳工作气体的第二部分13。工作缸体室11的第二部分13与置换器缸体3的热室6流体连通，用于在发动机运行期间在工作缸体室11的所述第二部分13和置换器缸体3的热室6之间输送工作气体。
加热器装置14布置在置换器缸体的与所述第一端相对的第二端，并且被配置成加热存在于置换器缸体3的热室6中并且与工作缸体室11的第二部分13流体连通的工作气体。在所示的例子中，加热器装置14包括布置在所述置换器缸体3的与所述第一端相对的第二端的燃烧室15。
此外，斯特林发动机包括第一热交换器16和第二热交换器17。第一热交换器16包括多个管18，管18从设置在置换器缸体3的所述第二端的置换器缸体头部19延伸到燃烧室15中，并延伸出燃烧室15至第二热交换器17。第二热交换器17由设置在燃烧室15外侧和置换器缸体3外侧的再生器构成。在所示的例子中，发动机还包括由布置在再生器与工作缸体室11之间的冷却器形成的第三热交换器20、设置在所述第一热交换器16与所述第二热交换器17之间的过渡流动元件21、以及设置在第三热交换器20与工作缸体8之间的管状元件。冷却器包括主体，该主体具有由管47限定的通道46，用于引导工作气体通过所述主体。
发电机48连接到曲轴2，借此可以从斯特林发动机传递电能。
由置换器缸体3限定的热室6通过包括第一热交换器16、第二热交换器17、第三热交换器20、第一过渡流动元件21和管状元件的通道与工作缸体室11的第二端(即上述限定的第二部分13)流体连通。
曲轴箱1不含润滑液，并且发动机包括曲轴箱1和工作缸体8之间的密封元件23、工作缸体8和设置在其顶部上的缸体头部25之间的密封元件24、所述缸体头部25和管状过渡流动元件22之间的密封元件26、置换器缸体3和曲轴箱1之间的密封元件27、工作活塞9和工作缸体8之间的密封元件28、以及置换器活塞4和置换器缸体3之间的密封元件29。密封元件23-29被构造成防止或至少控制工作气体在密封元件23-29在其间形成密封的部件之间的泄漏。密封元件23-29包括的材料体将受到发动机中的热波动的物理影响以及密封元件23-29在其间形成所述密封的部件的热膨胀的机械影响。
斯特林发动机进一步包括用于冷却置换器缸体3、工作缸体8和管状过渡流动元件22的冷却系统。冷却系统包括布置在工作缸体8外侧并包围工作缸体8的第一外管30。构造成接收冷却流体的第一通道31由工作缸体8的外周和所述第一外管30的内周限定，其中所述通道31覆盖工作缸体8的外周表面的75％以上。在曲轴箱1中提供有冷却流体入口32，其与所述第一通道31连通，并且在发动机运行期间，优选为水的冷却流体通过冷却流体入口32被引入(优选通过泵来泵送)到所述第一通道31中。
参照图13-16，进一步详细示出了工作缸体8。工作缸体8在其外周包括周向脊33、34、35。每个脊33、34、35的外边缘与第一外管30(见图3)接触，使得第一外管30将有助于工作缸体8的机械强度，并提高工作缸体8承受其在发动机运行期间受到的机械应力的能力，从而将间接地有助于本公开的总体目的，以确保工作气体通道的良好密封。每个脊33、34、35在其中具有开口36、37、38，开口36、37、38使得冷却流体能够沿纵向方向从工作缸体8的底部区域经过开口36、37、38至工作缸体8的顶部区域，在该顶部区域处工作缸体8与缸体头部25相连。
工作缸体8的上端连接到缸体头部25，其中工作缸体8的端部突出到缸体头部25中的开口中。工作缸体室11的第二部分13通过提供在缸体头部25中的通道40与由管状过渡流动元件22限定的通道39连通。
冷却系统还包括布置在管状过渡流动元件22外侧并包围管状过渡流动元件22的第二外管41，从而限定冷却系统的第二通道42，第二通道42被构造成接收冷却流体，并由管状过渡流动元件22的外周和所述第二外管41的内周限定。第二通道42覆盖管状过渡元件22的外周表面的至少75％。
管状过渡流动元件连接到缸体头部，并且冷却系统包括提供在缸体头部25中的第三通道43，其中所述第三通道43将所述第一通道31和所述第二通道42互连。参照图3和图8-12，现在将描述冷却系统的所述第三通道43的设计。从图3和图9中可以看出，第三通道43包括第一部分44，该第一部分44提供在与缸体头部连接到管状过渡流动元件22的端部相对的缸体头部25的端部中。第三通道的第一部分44从所述第一通道31沿工作缸体8的纵向延伸到缸体头部25的上部，在缸体头部25的上部处其扩展成第三通道43的第二部分45。第三通道43的第二部分45由缸体头部25的上部中的空腔形成，该空腔从缸体头部25的第一端(第三通道43的第一部分44位于此处)延伸至其中缸体头部25连接至管状过渡流动元件22的其相对的第二端。在缸体头部25的所述第二端中，第三通道43的第三部分49、50由两个子通道46形成，子通道46在延伸穿过缸体头部25至由管状过渡流动元件22限定的通道39的工作气体通道40的相对侧上从所述空腔延伸。子通道49、50终止于环绕管状过渡流动元件22的端部并由此转变成冷却系统的上述第二通道42的环形通道。在图8-12中，缸体头部25显示为没有顶部59，当安装时，顶部59在缸体头部的顶部形成将所述空腔与周围环境隔开的盖子，参见图3。
冷却系统的第二通道42延伸到管状过渡流动元件22的端部，在该端部中管状过渡流动元件22连接到曲轴箱1的管限定部分51并被管限定部分51环绕。曲轴箱的管限定部分51可被视为包围管状过渡流动元件22的第二外管41的一部分，并由此限定第二通道42。因此，第二通道42也由管状过渡流动元件22的外周和曲轴箱1的管状过渡流动元件的端部延伸到其中的所述管限定部分51的内周限定。
现在将参照图3和图4-7更详细地描述曲轴箱1。曲轴箱1是中空体，具有曲轴2通过其连接到发电机48的第一开口52、工作缸体8的一端延伸到其中并且工作活塞9的连杆10通过其连接到曲轴2的第二开口53、以及置换器缸体3延伸到其中并且置换器活塞的连杆5通过其连接到曲轴2的第三开口54。第一、第二和第三开口52、53和54分别具有彼此垂直的中心轴线。第三开口54还接收冷却器的端部，并且含工作气体的通道46终止于在第三开口54的区域中的曲轴箱1中的圆形凹部55中，该圆形凹部与管状过渡流动元件22内的通道39连通(见图3)，从而使得工作气体能够从冷却器流入由管状过渡流动元件22限定的通道39中以及沿相反的方向流动。
从图6和7中可以看出，曲轴箱1包括通道56，该通道56与所述第二通道42连通并形成所述第二通道42的延伸部，并且该通道56形成在所述第三开口54的区域中的曲轴箱1的端部中。通道56是在其上部区域具有入口的环形通道，在该入口处通道56与由曲轴箱1的供管状过渡流动元件22布置在其内的管限定部分51限定的通道57连通。因此，环形通道56形成所述第二通道42的延伸部，其形成在曲轴箱1的管限定部分51的内周和管状过渡流动元件22的外周之间，并且围绕曲轴箱1的所述第三开口54。在曲轴箱1的底部区域，与环形通道56与所述第二通道42相遇的位置相对，提供有冷却流体出口58，冷却流体能够通过该冷却流体出口58从环形通道56离开。
第一通道31、第二通道42、第三通道43和由环形通道56形成的第二通道42的延伸部形成了单独的冷却回路，其中冷却流体被引入到冷却流体入口32中，以上述顺序引导通过所述通道，并通过冷却流体出口58排出。优选地，泵(未示出)用于泵送冷却流体通过所述冷却回路，所述冷却回路优选为闭合回路。冷却流体的流速，即泵的输出，根据在冷却流体入口32处引入的冷却流体与通过冷却流体出口离开的冷却流体之间的温度差和/或通过冷却流体出口58离开的冷却流体的温度来控制。在图3中，塞子插入冷却流体入口32和冷却流体出口58中。然而，应该理解，当发动机被提供有所述泵和从入口和出口通向所述泵的软管时，这种塞子被移除。
参照图3和图17，现在将更详细地描述冷却器和与其相关的冷却系统的一部分。冷却器是管状的并且围绕置换器缸体3周向布置，所述冷却器在一端通过其中提供有圆形凹部55的曲轴箱1的一部分连接到管状过渡流动元件22，并且在另一端连接到再生器。冷却器包括形成置换器缸体3的一部分的内管60和冷却系统的第三外管61，第三外管61布置在置换器缸体3的一部分的外侧并包围置换器缸体3的一部分，置换器缸体3的该一部分邻近置换器缸体3与曲轴箱1相连处。作为其结果，冷却系统包括构造成接收冷却流体并且由置换器缸体3的外周和所述第三外管61的内周限定的第四通道62。
冷却器进一步包括提供在外管61中的冷却流体入口63和冷却流体出口64。在所示的示例中，入口63布置在冷却器的顶侧，如当发动机在操作位置立在水平面上时所见，并且冷却流体出口64布置在冷却器的相对的底侧。入口63和出口64优选连接到冷却流体泵，该冷却流体泵布置成将流体经由所述入口63泵入第四通道62，通过第四通道62，并经由出口64泵出第四通道。因此，发动机包括单独的闭合冷却回路，从而提供用于冷却流过由管47形成的通道46的工作气体并用于同时冷却形成置换器缸体的一部分的冷却器的内管60。
根据一示例，斯特林发动机包括：其中布置有曲轴的曲轴箱；其中具有往复布置的置换器活塞的置换器缸体，所述置换器活塞通过延伸穿过所述置换器缸体的第一端的连杆连接到所述曲轴，并且其中置换器缸体限定由置换器活塞分隔开的热室和冷室；限定工作缸体室的工作缸体，其中具有往复布置的工作活塞，所述工作活塞通过延伸穿过工作缸体的第一端的连杆连接到所述曲轴；加热器装置，布置在所述置换器缸体的与所述第一端相对的第二端，并被配置为加热存在于置换器缸体的热室中并通过工作气体通道与工作缸体室流体连通的工作气体，该工作气体通道包括从置换器缸体的缸体头部延伸到加热器装置中的第一热交换器、由布置在加热器装置外侧的再生器形成的第二热交换器、以及设置在所述第二热交换器与工作缸体之间的管状过渡流动元件，其中斯特林发动机还包括用于冷却置换器缸体、工作缸体和管状过渡流动元件的冷却系统，所述斯特林发动机包括布置在工作缸体外侧并包围工作缸体的第一外管，并且冷却系统包括构造成接收冷却流体并且由工作缸体的外周和所述第一外管的内周限定的第一通道，并且所述通道覆盖工作缸体的外周表面的至少50％。
根据该示例，过渡流动元件被提供在第二热交换器与工作缸体之间。根据该示例，管状过渡流动元件是管状元件，其包括过渡流。管状过渡流动元件是工作气体通道的一部分。工作气体在提供在第二热交换器与工作缸体之间的管状过渡流动元件中过渡。
已经出于说明和描述的目的提供了示例的前述描述。其并不旨在穷举或者将示例限制于所描述的变型。许多修改和变型对本领域技术人员来说显然是显而易见的。选择和描述这些示例是为了最好地解释原理和实际应用，从而使本领域技术人员能够根据其各种示例以及适用于其预期用途的各种修改来理解这些示例。在示例的框架内，以上特定的部件和特征可以在特定的不同示例之间组合。

Claims (14)

1.一种斯特林发动机，包括：
曲轴箱(1)，其中布置有曲轴(2)；
置换器缸体(3)，其中具有往复布置的置换器活塞(4)，所述置换器活塞(4)通过延伸穿过所述置换器缸体(3)的第一端的连杆(5)被连接到所述曲轴(2)，并且其中所述置换器缸体(3)限定由所述置换器活塞(4)分隔的热室(6)和冷室(7)；
限定工作缸体室(11)的工作缸体(8)，其中具有往复布置的工作活塞(9)，所述工作活塞(9)通过延伸穿过所述工作缸体(8)的第一端的连杆(10)连接到所述曲轴(2)；
加热器装置(14)，布置在所述置换器缸体(3)的与所述第一端相对的第二端，并且被配置为加热存在于所述置换器缸体(3)的所述热室(6)中并且通过工作气体通道与所述工作缸体室(11)流体连通的工作气体，所述工作气体通道包括：
第一热交换器(16)，从所述置换器缸体(3)的缸体头部(19)延伸到所述加热器装置(14)中；
第二热交换器(17)，由布置在所述加热器装置(14)外侧的再生器形成；和
管状过渡流动元件(22)，提供在所述第二热交换器(17)与所述工作缸体(8)之间，
其中所述斯特林发动机还包括用于冷却所述置换器缸体(3)、所述工作缸体(8)和所述管状过渡流动元件(22)的冷却系统，
所述斯特林发动机的特征在于，所述斯特林发动机包括布置在所述工作缸体(8)外侧并包围所述工作缸体(8)的第一外管(30)，并且所述冷却系统包括构造成接收冷却流体并且由所述工作缸体(8)的外周和所述第一外管(30)的内周限定的第一通道(31)，并且所述第一通道(31)覆盖所述工作缸体(8)的外周表面的至少50％；并且其中所述斯特林发动机包括在所述工作活塞(9)与所述工作缸体(8)之间的密封元件(28)。
2.根据权利要求1所述的斯特林发动机，其特征在于所述第一通道(31)覆盖所述工作缸体(8)的外周表面的至少75％。
3.根据权利要求1所述的斯特林发动机，其特征在于所述斯特林发动机包括布置在所述管状过渡流动元件(22)外侧并包围所述管状过渡流动元件(22)的第二外管(41，51)，并且所述冷却系统包括构造成接收冷却流体并且由所述管状过渡流动元件(22)的外周和所述第二外管(41，51)的内周限定的第二通道(42)，并且所述第二通道(42)覆盖所述管状过渡流动元件(22)的外周表面的至少50％。
4.根据权利要求3所述的斯特林发动机，其特征在于所述第二通道(42)覆盖所述管状过渡流动元件(22)的外周表面的至少80％。
5.根据权利要求3或4所述的斯特林发动机，其特征在于所述第二外管(41，51)的至少一部分由所述曲轴箱(1)的管限定部分形成，所述管限定部分远离所述管状过渡流动元件(22)的与工作缸体(8)的顶部上提供的缸体头部(25)相连的端部。
6.根据权利要求3或4所述的斯特林发动机，其特征在于所述斯特林发动机包括连接到所述工作缸体(8)的顶部并布置在所述工作缸体(8)的顶部上的缸体头部(25)，所述管状过渡流动元件(22)连接到布置在所述工作缸体(8)的顶部上的所述缸体头部(25)，并且所述冷却系统包括提供在布置在所述工作缸体(8)的顶部上的所述缸体头部(25)中的第三通道(43)，其中所述第三通道(43)将所述第一通道(31)与所述第二通道(42)互连。
7.根据权利要求6所述的斯特林发动机，其特征在于所述工作气体通道包括由冷却器形成的第三热交换器(20)，所述冷却器是管状的并且围绕所述置换器缸体(3)周向布置，所述冷却器在一端连接到所述管状过渡流动元件(22)并在另一端连接到所述再生器，并且所述冷却器包括第三外管(61)，该第三外管布置在所述置换器缸体(3)的一部分的外侧并包围所述置换器缸体(3)的一部分，所述置换器缸体(3)的该一部分邻近所述置换器缸体(3)与所述曲轴箱(1)相连处，并且冷却系统包括构造成接收冷却流体并且由所述置换器缸体(3)的外周和所述第三外管(61)的内周限定的第四通道(62)。
8.根据权利要求7所述的斯特林发动机，其特征在于所述冷却器包括构造成引导工作气体的多个分立的管(47)，所述多个分立的管(47)布置在所述第四通道(62)中并且在所述置换器缸体(3)的纵向方向上延伸。
9.根据权利要求7所述的斯特林发动机，其特征在于所述冷却系统包括第一冷却回路和第二冷却回路，该第一冷却回路包括所述第一通道(31)、所述第二通道(42)和所述第三通道(43)，该第二冷却回路包括第四通道(62)。
10.根据权利要求7或9所述的斯特林发动机，其特征在于所述冷却系统包括布置在所述第三外管(61)上的冷却流体入口和冷却流体出口，用于将冷却流体分别输入和输出所述第四通道(62)。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的斯特林发动机，其特征在于所述冷却系统包括在所述第一外管(30)的端部处布置在所述第一外管(30)上的冷却流体入口(32)，所述第一外管(30)的该端部对应于所述工作缸体(8)与所述曲轴箱(1)相连处的所述工作缸体(8)的端部。
12.根据权利要求6所述的斯特林发动机，其特征在于所述斯特林发动机包括布置在通道(56)处的冷却流体出口(58)，该通道(56)与所述第二通道(42)连通并形成所述第二通道(42)的延伸部，并且所述通道(56)形成在所述曲轴箱(1)与所述置换器缸体(3)相连处的所述曲轴箱(1)的端部中。
13.根据权利要求12所述的斯特林发动机，其特征在于所述曲轴箱(1)包括开口(54)，所述置换器缸体(3)延伸到所述开口(54)中，并且将所述置换器活塞(4)连接到所述曲轴(2)的所述连杆(5)延伸穿过所述开口(54)，并且所述通道(56)围绕所述开口(54)。
14.根据权利要求1-2中任一项所述的斯特林发动机，其特征在于所述曲轴箱(1)不含润滑液，并且所述发动机包括在以下成对部件中的一对或多对之间的密封元件：所述曲轴箱(1)和所述工作缸体(8)、所述工作缸体(8)和布置在所述工作缸体(8)的顶部上的缸体头部(25)、布置在所述工作缸体(8)的顶部上的所述缸体头部(25)和所述管状过渡流动元件(22)、所述置换器缸体(3)和所述曲轴箱(1)、所述工作活塞(9)和所述工作缸体(8)、以及所述置换器活塞(4)和所述置换器缸体(3)。
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