CN203515854U - 一种热声驱动的斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热声驱动的斯特林发动机，它属于热气机利用领域。它是由高压贮气瓶、热室、动力气缸、电机这四大核心构件组成，通过设置一下气道，使动力气缸与热室相连通，通过设置一上气道，使热室与高压贮气瓶相连通，在上气道的中部设有气阀，除电机外，以上各构件组成的整套结构是全封闭的，其内部充满了高压的工质气体，工质气体可以是氢气、氦气、氮气或空气等。本实用新型与传统的斯特林发动机不同，它没有采用配气活塞或移气器这类易磨损的运动部件，取而代之的是采用高压贮气瓶与热室所组成的冷、热区间来移气，因此，发动机的可靠性得到大幅提高，本实用新型可以应用于温差余热发电的系统中及太阳能光热发电的系统中。

Description

一种热声驱动的斯特林发动机

技术领域

本实用新型涉及一种能应用于温差余热发电及太阳能光热发电CSP技术中的发动机，具体涉及一种热声驱动的斯特林发动机，属于热气机利用领域。

背景技术

斯特林发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”。斯特林发动机是外燃式热气机，其内部有密闭的工质气体(可用氢、氮、氦或空气等作为工质)，按斯特林循环工作。其理论上的效率几乎等于理论最大效率，称之为卡诺循环效率。

斯特林发动机的优点是：它没有传统内燃机的震爆做功问题，是高效率、低噪音、低污染和低运行成本的发动机，能利用太阳能、地热、化学能、核能等能源使其运行。

斯特林发动机的缺点是：传统的斯特林发动机通常设有配气活塞或移气器这类易磨损的运动部件，它在运动过程中需要耗能及增加了一个潜在的故障源，从而，降低了发动机的可靠性及缩短了发动机的使用寿命。

发明内容

本实用新型的目的，在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、科学，构造合理，没有设置配气活塞或移气器这类易磨损的运动部件，取而代之的是采用高压贮气瓶与热室所组成的冷、热区间来移气，可靠性高，制造成本及运行成本都非常低的普及型热声斯特林发动机。

为了实现上述目的，本实用新型提供的“一种热声驱动的斯特林发动机”是由高压贮气瓶、热室、动力气缸、电机(集电动和发电功能于一体的电机)这四大核心构件组成，通过设置一下气道，使动力气缸与热室相连通，通过设置一上气道，使热室与高压贮气瓶相连通，上气道的中部设有气阀，除电机外，以上各构件组成的整套结构是全封闭的，与外界隔绝的，其内部充满了高压的工质气体，工质气体可以是氢气、氮气、氦气或空气等。

所述的动力气缸是由其内部的动力活塞、连杆、飞轮及支承起飞轮的发动机轴组成的，发动机轴的另一端上设有大皮带轮。

所述的电机，其中心轴为电机轴，电机轴的一端上支承起小皮带轮。

所述的发动机轴与电机轴的联动为：在大皮带轮与小皮带轮上，设置一条与它们相匹配的传动皮带，使其两轴可以联动。

所述的热室是一个密闭的构件，其前部为受热板，该受热板的外围是热源，热源通过夹在中间的受热板向热室内的工质气体传递热能，该热室其实就是一个高温的热区间，其温度为600℃～800℃。

所述的高压贮气瓶其后部设有充气阀，该整体的高压贮气瓶其实就是一个高压的贮气冷区间，其内部工质气体的压力为1.5Mpa～20Mpa。

与现有技术的斯特林发动机不同，本实用新型“一种热声驱动的斯特林发动机”没有设置配气活塞或移气器等耗能及易磨损的运动部件，取而代之的是设置了冷、热区间，以其组合来移气，当中，高压贮气瓶为冷区间，热室为热区间，另外，保留了传统斯特林式发动机的动力气缸构造，通过设置上气道和下气道使三者贯通，工作时，高压的工质气体在全封闭的三个区间内作受热膨胀，遇冷压缩的运动，就这样周而复始地来回振荡，工质气体的压力波对动力气缸内的动力活塞做功，使其运动，该动能再通过发动机内部的传动装置使电机转动，发出电来。采用本实用新型，减少了故障源，使发动机的构造更简单、合理和科学，其可靠性高于自由活塞式斯特林直线发电机(它经常出现因漏气而停机的现象)，其制造成本及运行成本远低于光伏发电，其每千瓦的制造成本是光伏単晶硅电池的1／4，其运行成本是光伏发电的1／7左右(能实现低电价联网)，而且，纯转化效率比光伏发电高一倍以上。

附图说明

图1是本实用新型“一种热声驱动的斯特林发动机”的一个具体实施方式的原理示意图；

图1中，1——热室、2——高压贮气瓶、3——动力气缸、4——电机、5——下气道、6——上气道、11——受热板、21——充气阀、31——动力活塞、32——连杆、33——发动机轴、34——飞轮、35——大皮带轮、41——电机轴、42——小皮带轮、43——传动皮带、61——气阀。

具体实施方式

图1所示“一种热声驱动的斯特林发动机”是由热室1、高压贮气瓶2、动力气缸3、电机4(集电动和发电功能于一体的电机)、这四大核心构件组成，通过设置一下气道5，使动力气缸3与热室1相连通，通过设置一上气道6，使热室1与高压贮气瓶2相连通，上气道6的中部设有气阀61，除电机4外，以上各构件的整套结构是全封闭的，与外界隔绝的，其内部充满了高压的工质气体，工质气体是氦气。

所述的动力气缸3是由其内部的动力活塞31、连杆32、飞轮34及支承起飞轮34的发动机轴33组成的，发动机轴33的另一端上还设有大皮带轮35。

所述的电机4，其中心轴为电机轴41，电机轴41的一端上支承起小皮带轮42。

所述的发动机轴33与电机轴41的联动为：在大皮带轮35与小皮带轮42上，设置一条与它们相匹配的传动皮带43，使其两轴可以联动。

所述的热室1是一个密闭的构件，其前部为受热板11，该受热板11的外围是热源，热源通过夹在中间的受热板11向热室1内的工质气体传递热能，该热室1其实就是一个高温的热区间，其温度为600℃～800℃。

所述的高压贮气瓶2其后部设有充气阀21，该整体的高压贮气瓶2其实就是一个高压的贮气冷区间，其内部的工质气体为氦气，压力为3Mpa。

工作原理简述：

工作时，先打开气阀61，接着向充气阀21充入3Mpa压力的氦气，再加热受热板11，使热室1内的温度上升至600℃～800℃之间，开启电机4，启动的动力通过发动机的皮带轮式传动机构推动动力活塞31向上运动，这时，热室1内高温的氦气被迫流向冷区间的高压贮气瓶2中，工质的氦气处于遇冷压缩行程；当动力活塞31经过了上止点并作反向的向下运动时，冷区间高压贮气瓶2中的高压氦气流入热室1内，工质的氦气处于受热膨胀行程，气体快速膨胀时的压力波强竞地推动动力活塞31向下运动做功，反过来驱使电机4发电；当动力活塞31经过了下止点作反向的向上运动时，发动机里面的工质氦气又回复到遇冷压缩行程，就这样，周而复始地运行下去。

本实施例中选用了集电动和发电功能于一体的电机4，也可选用其它构造的起动马达及各类交、直流发电机；本实用新型“一种热声驱动的斯特林发动机”的传动方式不局限于附图1的结构特征，因为，除了皮带轮传动外，还可以齿轮传动、链轮传动、曲柄连杆式传动、凸轮推杆式传动、蜗杆式传动等等，这些变换均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种热声驱动的斯特林发动机，是由高压贮气瓶(2)、热室(1)、动力气缸(3)、电机(4)这四大核心构件组成，其特征在于：通过设置一下气道(5)，使动力气缸(3)与热室(1)相连通，通过设置一上气道(6)，使热室(1)与高压贮气瓶(2)相连通，上气道(6)的中部设有气阀(61)，除电机(4)外，以上各构件的整套结构是全封闭的，与外界隔绝的，其内部充满了高压的工质气体。

2.根据权利要求1所述的一种热声驱动的斯特林发动机，其特征为：热室(1)是一个密闭的构件，其前部为受热板(11)，该受热板(11)的外围是热源，热源通过夹在中间的受热板(11)向热室(1)内的工质气体传递热能，该热室(1)其实就是一个高温的热区间，其温度为600℃～800℃。

3.根据权利要求1所述的一种热声驱动的斯特林发动机，其特征为：高压贮气瓶(2)其后部设有充气阀(21)，该整体的高压贮气瓶(2)其实就是一个高压的贮气冷区间，其内部工质气体的压力为1.5Mpa～20Mpa。

4.根据权利要求1所述的一种热声驱动的斯特林发动机，其特征为：动力气缸(3)是由其内部的动力活塞(31)、连杆(32)、飞轮(34)及支承起飞轮(34)的发动机轴(33)组成的，发动机轴(33)的另一端上还设有大皮带轮(35)。

5.根据权利要求1所述的一种热声驱动的斯特林发动机，其特征为：电机(4)的中心轴为电机轴(41)，电机轴(41)的一端支承起小皮带轮(42)。

6.根据权利要求4或5所述的一种热声驱动的斯特林发动机，其特征为：发动机轴(33)与电机轴(41)的联动，可以是皮带轮式传动、链轮传动、曲柄连杆式传动、凸轮推杆式传动、蜗杆式传动、齿轮传动。

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