CN214787741U - 一种适应低温差的斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适应低温差的斯特林发动机，它属于斯特林发动机技术领域，包括配气气缸、动力气缸和循环换热组件；配气气缸内设有配气活塞，配气活塞将配气气缸分隔为第一配气腔室和第二配气腔室；动力气缸内设有动力活塞，动力活塞将动力气缸内分隔为第一动力腔室和第二动力腔室；配气气缸的外部设有加热组件；动力气缸的外部设有冷却组件；循环换热管道连接加热组件和冷却组件，循环换热管道内充满有换热介质；本实用新型可以以较低的温差即可实现本实用新型的正常运行，同时，利用循环换热管道内的换热介质可以有效的在加热组件与制冷组件之间回收能量，降低能量的消耗，提高能量利用率。

Description

一种适应低温差的斯特林发动机

技术领域

本实用新型涉及斯特林发动机技术领域，具体涉及一种适应低温差的斯特林发动机。

背景技术

斯特林发动机是利用气缸内的换热介质(氢气或氦气)经过冷却、压缩、吸热、膨胀为一个周期的循环来输出动力，又被称为热气机。斯特林发动机内的工作介质的循环为封闭式循环，能够采用远远大于大气压力的高压工作，可以提高发动机的单位重量的功率，减小发动机的体积和重量。

传统斯特林发动机的做功方式，一般都是采用对气缸外部进行加热和冷却，通过外部燃料燃烧对气缸内的气体释放热能，被压缩的气体接受热能后进入缸内膨胀，推动活塞曲轴旋转从而带动外界负荷。

现有的斯特林发动机，为提高冷、热量交换，提高效率，大多把加热器和冷却器安装在气缸外部，加热器和冷却器之间安装回热器。多数情形下，斯特林发动机正常工作需要将加热器加热到750℃左右，这样在高温高压的情况下对加热器使用材料的要求就比较严格，材料成本比较高。加热器、回热器和冷却器串联使用，使工作介质在每个工作循环中都要有直接从热源到冷源，从冷源到热源的过程，损失掉了一部分能量。回热器的使用又对工作介质的往复循环产生一定的阻力，阻碍了效率的进一步提高。

实用新型内容

对于现有技术中所存在的问题，本实用新型提供的一种适应低温差的斯特林发动机，可以以较低的温差即可实现本实用新型的正常运行；较低的加热温度可以降低换热器对耐高温材料的依赖；加热器与冷却器分开设置，不再串联，减少了热能损失，同时，由于工作介质仅能单向流动，所以也解决了普通斯特林发动机内部工作介质串扰引起的效率低下的问题；循环换热管道通过换热介质可以有效的在加热组件与制冷组件之间传递回收能量，降低能量的消耗，提高斯特林发动机的有效做功效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种适应低温差的斯特林发动机，包括配气气缸、动力气缸和循环换热管道；所述配气气缸内设有配气活塞，所述配气活塞将所述配气气缸内的腔室分隔为第一配气腔室和第二配气腔室；所述动力气缸内设有动力活塞，所述动力活塞将所述动力气缸内的腔室分隔为第一动力腔室和第二动力腔室；所述第一配气腔室与所述第一动力腔室之间设有第一气管路以连通；所述配气气缸的外部设有加热组件，所述加热组件的一端通过管道与所述第一配气腔室连通，所述加热组件的另一端通过管道与所述第二配气腔室连通；所述动力气缸的外部设有冷却组件，所述冷却组件的一端通过管道与所述第一动力腔室连通，所述冷却组件的另一端通过管道与所述第二配气腔室连通；所述循环换热管道连接所述加热组件和所述冷却组件，所述循环换热管道内充满有换热介质；所述加热组件由外部热源经换热介质提供热量；所述冷却组件中由外部冷源经换热介质提供冷量。

作为一种优选的技术方案，所述配气活塞连接有第一连杆，所述动力活塞连接有第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆均连接传动机构。

作为一种优选的技术方案，所述传动机构设为菱形传动机构。

作为一种优选的技术方案，所述传动机构外部包覆有密封壳体，所述密封壳体形成密封腔室。

作为一种优选的技术方案，所述传动机构的动力输出轴设为同步磁力联轴器。

作为一种优选的技术方案，所述密封腔室与所述第二动力腔室连通。

作为一种优选的技术方案，所述加热组件包括连通的预热器和加热器，所述预热器与所述第二配气腔室通过管道连通，所述加热器与所述第一配气腔室通过管道连通，连通所述预热器与所述第二配气腔室的管道上设有第一单向阀；所述循环换热管道与所述预热器连通。

作为一种优选的技术方案，所述冷却组件包括连通的预冷器和冷却器，所述预冷器与所述第一动力腔室通过管道连通，所述冷却器与所述第二配气腔室通过管道连通，连通所述冷却器与所述第二配气腔室的管道上设有第二单向阀；所述循环换热管道与所述预冷器连通。

作为一种优选的技术方案，所述换热介质设为氢气、氦气、导热油、蒸汽或者常温水。

作为一种优选的技术方案，所述循环换热管道上设有循环泵。

本实用新型的有益效果表现在：

1、本实用新型可以以较低的温差即可实现正常运行。

2、本实用新型取消现有斯特林发动机固有的回热器，可以最大限度的减小斯特林发动机内部换热介质往复循环的阻力，同时，换热介质可以有效的在加热组件与制冷组件之间传递回收能量，降低能量的消耗，提高斯特林发动机的有效做功效率。

3、本实用新型的加热组件不需要使用耐高温材料，可以有效地降低制造成本。

4、本实用新型的加热组件与冷却组件管路使用单向阀控制，使换热介质仅能单向流动，不存在热源与冷源的相互影响，减少热能损失，提高热能利用率。

附图说明

图1为本实用新型一种适应低温差的斯特林发动机的一种实施例的整体结构图。

图中：1-配气气缸、11-配气活塞、12-第一配气腔室、13-第二配气腔室、2-动力气缸、21-动力活塞、22-第一动力腔室、23-第二动力腔室、3-循环换热管道、31-循环泵、4-第一气管路、41-第一单向阀、42-第二单向阀、51-预热器、52-加热器、61-预冷器、62-冷却器、71-第一连杆、72-第二连杆、8-传动机构、9-密封壳体。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

请参照图1，为本实用新型一种适应低温差的斯特林发动机的一种实施例，包括配气气缸1、动力气缸2和循环换热管道3；配气气缸1内设有配气活塞11，配气活塞11将配气气缸1内的腔室分隔为第一配气腔室12和第二配气腔室13。传动机构带动配气活塞11自上止点往下移动，直至行程终了，将第二配气腔室13内的工作介质经过预热器、加热器加热后移动至第一配气腔室12；动力气缸2内设有动力活塞21，动力活塞21将动力气缸2内的腔室分隔为第一动力腔室22和第二动力腔室23，在第一配气腔室12进入吸收热量后的工作介质，内能增加体积膨胀，整个系统内部压力增加，推动动力活塞21往下移动来驱动传动机构，直至行程终了；配气活塞11在传动机构带动下自下止点向上移动，直至行程终了，将第一配气腔室12内的工作介质经过预冷器、冷却器冷却后移动至第二配气腔室13；第二配气腔室13进入放出热量后的工作介质，内能减小体积压缩，整个系统内部压力减小，动力活塞21在传动机构的带动下往上移动，直至行程终了。配气活塞11和动力活塞21往复一次，传动机构齿轮旋转一周，完成一个工作循环。

第一配气腔室12与第一动力腔室22之间设有第一气管路4以连通，第一配气腔室12与第一动力腔室22内的气压相同；配气气缸1的外部设有加热组件，加热组件的一端通过管道与第一配气腔室12连通，加热组件的另一端通过管道与第二配气腔室13连通，从第二配气腔室13流出的工作介质经加热组件加热后可以进入第一配气腔室12内；动力气缸2的外部设有冷却组件，冷却组件的一端通过管道与第一动力腔室22连通，冷却组件的另一端通过管道与第二配气腔室13连通，从第一动力腔室22流出的工作介质经冷却组件冷却后可以进入第二配气腔室13内；预热器51与加热器52互相连接，预冷器61与冷却器62互相连接；预冷器61与预热器51及循环换热管路3内充满有换热介质，换热介质可以在预冷器61处吸收工作介质做功后排出的热量，并通过循环换热管路3运送到预热器51将进入加热器52的工作介质预热到一定温度，充分利用热源的能量。

需要说明的，换热介质可以为导热油；第一配气腔室12、第一动力腔室22、冷却组件、第二配气腔室13、加热组件依次连通，使工作介质可以在其内部循环流动；具体的，本实用新型可以利用太阳能集热器、工业废能、垃圾焚烧、核电和火电冗余热能等作为热源，为加热器提供能量，可以以较低温差，驱动本实用新型运转。

在本实施例中，请参照图1，配气活塞11连接有第一连杆71，动力活塞21连接有第二连杆72，第一连杆71和第二连杆72均连接有传动机构8；配气活塞11移动，通过第一连杆71和传动机构8实现；动力活塞21移动时，通过第二连杆72和传动机构8实现动力输出；优选的，传动机构8可以设为菱形传动机构，菱形传动机构可以更好的保证配气活塞11和动力活塞21直线往复运动；传动机构8的动力输出轴(图中未示出)可采用同步磁力联轴器输出动力，同步磁力联轴器可以做静密封，更好地防止工作介质泄露。

在上述实施例的基础上，请参照图1，传动结构外部包覆有密封壳体9，密封壳体9形成密封腔室，防止工作介质泄露；优选的，密封腔室与第二动力腔室23连通，密封腔室内的气压与第二动力腔室23的气压相同。

在本实施例中，请参照图1，加热组件包括连通的预热器51和加热器52，预热器51与第二配气腔室13通过管道连通，加热器52与第一配气腔室12通过管道连通，从第二配气腔室13流出的工作介质经预热器51预热再经加热器52加热后可以进入第一配气腔室12内；连通预热器51与第二配气腔室13的管道上设有第一单向阀41，保证工作介质仅能沿一个方向流动；循环换热管道3连接在预热器51上，循环换热管内的换热介质可以在预热器51放出从预冷器61吸收的热量；优选的，加热器52的加热介质可以为导热油或者高温蒸汽，通过加热器52内的加热介质可以将工作介质加热。

在本实施例中，请参照图1，冷却组件包括连通的预冷器61和冷却器62，预冷器61与第一动力腔室22通过管道连通，冷却器62与第二配气腔室13通过管道连通，从第一动力腔室22流出的工作介质经预冷器61预冷却再经冷却器62冷却后可以进入第二配气腔室13内；连通冷却器62与第二配气腔室13的管道上设有第二单向阀42，保证工作介质仅能沿一个方向流动；循环换热管道3连接在预冷器61上，循环换热管内的换热介质可以运送从预冷器61吸收的做功后的热量；优选的，冷却器62的冷却介质可以为常温水，通过冷却器62内的冷却介质可以将工作介质冷却。

在本实施例中，请参照图1，循环换热管道3上设有循环泵31，保证换热介质可以在循环换热管道3内持续的匀速流动，在预冷器与预热器之间进行能量的交换。并且，循环换热管道3上可以设有一分支管路，与动力气缸2、配气气缸1的上盖串联，将此处的零散热量回收到预热器51再利用。

本实用新型的具体工作方式如下：

配气活塞11可以在传动机构8的带动下运动；当配气活塞11从上止点向下移动时，将第二配气腔室13内的工作介质依次经过第一单向阀41、预热器51和加热器52，流动至第一配气腔室12内，工作介质经预热器51和加热器52加热后温度升高，内部压力增大，工作介质膨胀对动力活塞21做功。当配气活塞11运动至下止点时，再由传动机构8(传动机构8中设有飞轮)带动向上移动，将第一动力腔室22内的工作介质依次经过预冷器61、冷却器62和第二单向阀42，流动至第二配气腔室13内，工作介质经预冷器61和冷却器62冷却后温度降低，内部压力减小，工作介质压缩，动力活塞21随之往上移动，完成一个循环。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，包括配气气缸、动力气缸和循环换热管道；所述配气气缸内设有配气活塞，所述配气活塞将所述配气气缸内的腔室分隔为第一配气腔室和第二配气腔室；所述动力气缸内设有动力活塞，所述动力活塞将所述动力气缸内的腔室分隔为第一动力腔室和第二动力腔室；所述第一配气腔室与所述第一动力腔室之间设有第一气管路以连通；所述配气气缸的外部设有加热组件，所述加热组件的一端通过管道与所述第一配气腔室连通，所述加热组件的另一端通过管道与所述第二配气腔室连通；所述动力气缸的外部设有冷却组件，所述冷却组件的一端通过管道与所述第一动力腔室连通，所述冷却组件的另一端通过管道与所述第二配气腔室连通；所述循环换热管道连接所述加热组件和所述冷却组件，所述循环换热管道内充满有换热介质。

2.根据权利要求1所述的一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，所述配气活塞连接有第一连杆，所述动力活塞连接有第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆均连接有传动机构。

3.根据权利要求2所述的一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，所述传动机构设为菱形传动机构。

4.根据权利要求2或3所述的一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，所述传动机构外部包覆有密封壳体，所述密封壳体形成密封腔室。

5.根据权利要求2或3所述的一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，所述传动机构的动力输出轴设为同步磁力联轴器。

6.根据权利要求4所述的一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，所述密封腔室与所述第二动力腔室连通。

7.根据权利要求1所述的一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，所述加热组件包括连通的预热器和加热器，所述预热器与所述第二配气腔室通过管道连通，所述加热器与所述第一配气腔室通过管道连通，连通所述预热器与所述第二配气腔室的管道上设有第一单向阀；所述循环换热管道与所述预热器连通。

8.根据权利要求1所述的一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，所述冷却组件包括连通的预冷器和冷却器，所述预冷器与所述第一动力腔室通过管道连通，所述冷却器与所述第二配气腔室通过管道连通，连通所述冷却器与所述第二配气腔室的管道上设有第二单向阀；所述循环换热管道与所述预冷器连通。

9.根据权利要求1所述的一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，所述换热介质设为氢气、氦气、导热油、蒸汽或者常温水。

10.根据权利要求1所述的一种适应低温差的斯特林发动机，其特征是，所述循环换热管道上设有循环泵。

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