MXPA02008585A - Mejoramientos en el sistema termico de una maquina stirling. - Google Patents

Mejoramientos en el sistema termico de una maquina stirling.

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Abstract

Una maquina de ciclo termico que tiene un intercambiador de calor para transferir energia termica a traves del cabezal de calentamiento desde un fluido externo caliente al fluido operante; el intercambiador de calor tiene un conjunto de pasadores de transferencia de calor, cada uno teniendo un eje dirigido lejos de la pared cilindrica del cilindro de expansion, o, alternativamente, un conjunto de aletas substancialmente alineadas con el eje del cilindro de expansion; la altura y densidad de los pasadores de transferencia de calor puede variar con la distancia en la direccion de la trayectoria del flujo, y la estructura del pasador se puede fabricar al apilar los anillos perforados en contacto con el cabezal de calentamiento; un quemador anular complementa la camara de combustion principal para suministrar combustible adicional para provocar una combustion adicional del gas de escape; un regenerador para la maquina de ciclo termico, tiene una red irregular de fibras formadas para llenar un volumen especifico y un material para entrelazar las fibras en los puntos de contacto estrecho entre las fibras de la red.

Description

MEJORAMIENTOS EN EL SISTEMA TÉRMICO DE UNA MAQUINA STIRLING CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a los mejoramientos de los componentes térmicos de una máquina de calor de ciclo Stirling y más particularmente al cabezal de calentamiento y el montaje de la cámara de combustión y el regenerador.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las máquinas de ciclo Stirling, que incluyen motores y refrigeradores, tienen una gran herencia tecnológica, que se describen en detalle en Walker, Stirling Engines, Oxford University Press (1980), se incorpora aquí para referencia. El principio fundamental de la máquina de ciclo Stirling es la realización mecánica del ciclo termodinámico Stirling: el calentamiento isovolumétrico de un gas dentro de un cilindro, la expansión isotérmica del gas (durante la cual el trabajo se realiza por medio del accionamiento de un pistón), el enfriamiento isovolumétrico, y la compresión isotérmica. Un antecedente adicional con referencia a los aspectos de las máquinas de ciclo Stirling y los mejoramientos a éstas se menciona en "Bargre ves, The Phillips Stirling EngMe (Elsevier, Amsterdam, 1991) cuya referencia se incorpora aquí para referencia. El principio de operación de una máquina Stirling fácilmente se describe con referencia a las Figuras 1a-1e, en donde los números idénticos se usan para identificar las partes iguales o similares. Se conocen muchos arreglos mecánicos de las máquinas de ciclo Stirling en la técnica, y la máquina Stirling particular que se designa en general por el número 10 se muestra meramente para propósitos de ilustración. En las Figuras 1a a 1d, el pistón 12 y un flotador 14 se mueven en un movimiento alternativo fasado dentro de los cilindros 16 que, en algunas modalidades de la máquina Stirling, pueden ser un solo cilindro. Un fluido operante que se encuentra dentro de los cilindros 16 es restringido por medio de sellos, de que escape alrededor del pistón 12 y el flotador 14. El fluido operante se selecciona por sus propiedades termodinámicas, como se discutirá en la siguiente descripción, y típicamente es el helio a una presión de varias atmósferas. La posición del flotador 14 controla si el fluido operante está en contacto con la zona interfacial 18 caliente o la zona interfacial 20 fría, que corresponde, respectivamente, a la zona interfacial en la cual el calor se suministra a y se extrae del fluido operante. El suministro y extracción de calor se discute con mayor detalle posteriormente. El volumen del fluido operante que está controlado por la posición del pistón 12 se refiere como un espacio 22 de compresión. Durante la primera fase del ciclo de la máquina, la condición de inicio que se representa en la Figura 1a, el pistón 12 comprime el fluido en el y ' ^espacio 22 de compresión. La compresión ocurre a una temperatura sustancialmente constante debido a que el calor se extrae del fluido del medio ambiente. La condición de la máquina 10 después de la compresión se representa en la Figura 1b. Durante la segunda fase del ciclo, el flotador 14 se mueve en la dirección de la zona interfacial 20 fría, con el fluido operante desplazado de la región de la zona interfacial 20 fría a la región de la zona interfacial 18 caliente. Esta fase se puede referir como una fase de transferencia. Al final de la fase de transferencia, el fluido está a una presión más alta, ya que el fluido operante se ha calentado a volumen constante. La presión incrementada se representa de manera simbólica en la figura 1c por medio de la lectura de la indicación 24 de presión. Durante la tercera fase (la carrera de expansión) del ciclo de la máquina, el volumen del espacio 22 de compresión se incrementa conforme el calor se extrae de la máquina 10 exterior, con lo cual se convierte el calor en trabajo. En la práctica, se proporciona calor al fluido por medio de un cabezal de calentamiento 100 (que se muestra en la Figura 2) que se discute con mayor detalle en la descripción siguiente. Al final de la fase de expansión, el espacio 22 de compresión está lleno de fluido frío, como se representa en la Figura 1d. Durante la cuarta fase del ciclo de la máquina, el fluido se transfiere desde la región de la zona interfacial 18 caliente a la región de la zona interfacial 20 fría por el movimiento del flotador 14 en el sentido opuesto. Al final de esta segunda fase de transferencia, el fluido llena el espacio 22 de compresión y la zona interfacial 20 fría, como se representa en la Figura 1a, y ^éjájá^^^m^^j esta lista para una repetición de la fase de compresión. El ciclo Stirling se representa en un diagrama P-V (presión-volumen) como se muestra en la Figura 1e. Además, al pasar de la región de la zona interfacial 18 caliente a la región de la zona interfacial 20 fría, el fluido puede pasar a través de un regenerador 134 (mostrado en la Figura 2). El regenerador 134 es una matriz de material que tiene una proporción grande de área superficial con el volumen que sirve para absorber el calor del fluido cuando éste entra caliente de la región de la zona interfacial 18 caliente y para calentar el fluido cuando éste pasa de la región de la zona interfacial 20 fría. Las máquinas del ciclo Stirling en general no se han usado en aplicaciones prácticas debido a varios retos desalentadores de ingeniería para su desarrollo. Estos involucran consideraciones prácticas como la eficiencia, el tiempo de vida, y el costo. La presente invención aborda estas consideraciones.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION De acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención, se proporciona una máquina de ciclo térmico del tipo que tiene un pistón que experimenta un movimiento lineal alternativo dentro de un cilindro de expansión que contiene un fluido operante calentado por el calor de una fuente externa que se conduce a través de un cabezal de calentamiento. La áqüirta de ciclo térmico tiene un ¡ntercambiador de calor para transferir la energía térmica a través del cabezal de calentamiento de un fluido externo Galiente al fluido operante, el intercambiador de calor comprende un conjunto de pasadores de transferencia de calor, en donde cada pasador de transferencia de calor tiene un eje dirigido lejos de la pared cilindrica del cilindro de expansión. De acuerdo con modalidades alternas de la invención, el eje de cada pasador de transferencia de calor substancialmente puede ser perpendicular a la pared cilindrica del cilindro de expansión. De acuerdo con modalidades alternas adicionales de la invención, el intercambiador de calor puede comprender un conjunto de aletas sustancialmente alineadas con el eje del cilindro de expansión. La máquina de ciclo térmico puede incluir además una pluralidad de estructuras de división para separar espacialmente el conjunto de pasadores de transferencia de calor en subconjuntos de pasadores de transferencia de calor, y los pasadores de transferencia de calor de cada subconjunto de pasadores de transferencia de calor pueden tener ejes que son sustancialmente paralelos uno con otro. De acuerdo con otras modalidades de la invención, un subconjunto del conjunto de pasadores de transferencia de calor, hasta la totalidad de los mismos, puede incluir pasadores de transferencia de calor que se extienden desde el cabezal de calentamiento en el fluido extemo. Una pieza de apoyo del pasador se puede proporcionar para guiar el fluido extemo caliente al pasar ei conjunto de pasadores de transferencia de calor. Una dimensión de la pieza de apoyo del pasador pefendicular al cabezal de en atr en o, puede dism?í?uJr en la dirección de la trayectoria de flujo, y el área superficial efe los pasadores de transferencia de calor transversos a la trayectoria de flujo se pueden incrementar en la dirección de la trayectoria del Sujo. Los pasadores de transferencia de calor pueden tener una densidad de población que se incrementa en la dirección de la trayectoria del flujo, y la altura y densidad de los pasadores de transferencia de calor pueden variar con la distancia en la dirección de la trayectoria del flujo. De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para fabricar un intercambiador de calor para transferir energía térmica a través de un cabezal de calentamiento desde un fluido externo, caliente al fluido operante. El método tiene las etapas de fundición de al menos un arreglo de pasadores de transferencia de calor íntegramente fundidos sobre un panel, uniendo el arreglo de los pasadores de transferencia de calor al cabezal de calentamiento. La etapa de unión puede incluir juntar mecánicamente el panel al cabezal de calentamiento y puede también incluir la soldadura con suelda fuerte del panel del arreglo de los pasadores de transferencia de calor al cabezal de calentamiento. Un método para fabricar un intercambiador de calor de acuerdo con modalidades adicionales de la invención proporciona las etapas de la fabricación de una pluralidad de anillos perforados, el apilamiento de ios anillos perforados en contacto con un cabezal de calentamiento, y la unión de los anillos perforados al cabezal de calentamiento. La tapa de fabricación puede incluir el troquelado de los anillos fuera de una hoja de metal.
De acuerdo aún con otro aspecto adicional de la invención, un detector térmico se proporciona para medir una temperatura del cabezal de calentamiento de una máquina de ciclo térmico a un punto de temperatura máxima del cabezal de calentamiento. El detector térmico puede ser un termopar, y un regulador de combustible que puede regular el suministro de combustible en la base de al menos la temperatura del cabezal de calentamiento al punto de temperatura máxima. De acuerdo con otra modalidad de la invención, una máquina de ciclo térmico puede tener un quemador anular secundario suplementario a la cámara de combustión principal para suministrar combustible adicional para provocar la combustión adicional del gas de escape. De acuerdo todavía con otra modalidad de la invención, un regenerador para una máquina de ciclo térmico se proporciona teniendo una red irregular de fibras formadas para llenar un volumen específico y un material para entrelazar las fibras en los puntos de contacto estrecho entre las fibras de la red. Las fibras pueden ser un metal, incluyendo virutas de acero, y el materíal para entrelazar las fibras puede ser el níquel. Las fibras pueden ser de vidrio de sílice y el material para entrelazar las fibras puede ser el tetraetilortosilicato. Un regenerador para una máquina de ciclo térmico, de acuerdo con modalidades alternas de la invención, puede tener un volumen definido por un manguito interior y un manguito exterior, los manguitos interior y exterior son substancialmente concéntricos, y tienen dos planos paralelos, cada uno substancialmente perpendicular a cada uno de los manguitos interior y exterior. Una red irregular de fibras se encuentra dentro del volumen y dos protecciones paralelas acopladas a los manguitos interior y exterior contienen ta red irregular de fibras dentro del volumen. De acuerdo con otras modalidades de la invención, se proporcionan métodos para fabricar un regenerador para una máquina de ciclo térmico. El método tiene las etapas de llenar una forma con una red irregular de fibras eléctricamente conductoras, sumergiendo la forma en una solución galvanoplástica, y aplicar una corriente entre la solución y la red irregular de fibras de tal manera que se deposite un material para entrelazar las fibras eléctricamente conductoras en los puntos de contacto estrecho entre las fibras. Alternativamente, la forma se puede llenar con una red irregular de fibras y la red irregular de fibras se puede sintetizar de tal manera que se entrelazan las fibras en los puntos de contacto estrecho entre las fibras. Se proporciona aún otro método para fabricar un regenerador para una máquina de ciclo térmico, que tiene las etapas de formar una espuma reticulada en una forma específica, depositar una suspensión cerámica sobre la espuma reticulada, tratar con calor la suspensión de una manera que queme la espuma, y sinterizar la cerámica. Se proporciona un método para controlar una temperatura medida de una parte de un cabezal de calentamiento de una máquina ciclo térmico que tiene una cámara de combustión extema, el método comprende regular del flujo de combustible a la cámara de combustión extema. Y se Am? -áJÍ Afcí * • X 4 J*f- - j j&iti proporciona un método para distribuir calor de forma circunferencial alrededor de un cabezal de calentamiento de una máquina de ciclo térmico, el cabezal de calentamiento tiene una superficie interior, el método comprende la tapa de aplicar una capa de metal de conductividad térmica alta hacia al menos una superficie interior y exterior del cabezal de calentamiento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se entenderá más fácilmente con referencia a la siguiente descripción, tomada con los dibujos anexos, en donde: Las figuras 1a-1e representan el principio de operación de una máquina de ciclo Stirling de la técnica anterior; La figura 2 muestra una vista lateral en corte transversal del cabezal de calentamiento y una cámara de combustión de una máquina térmica de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La figura 3 muestra un corte transversal adicional del cabezal de calentamiento y la cámara de combustión de la figura 2 a lo largo de la dirección en donde son evidentes los pasadores térmicos que encaran el interior y el exterior, e incluyen pasadores de transferencia de calor que cubren las superficies interior y exterior de la parte superior del cabezal de calentamiento, de acuerdo con una modalidad alterna de la invención; La figura 4 es una vista en perspectiva de un arreglo de pasadores de transferencia de calor en forma separada fundidos para i-.¿ i?MúA r.M¿X.*-.- ...^i^. .. ?Jt.i ia^^=aái fribhtarlo a un cabezal de calentamiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La figura 5a muestra una vista superior en perspectiva de un cabezal de calentamiento para montar segmentos fundidos de los arreglos de pasadores de transferencia de calor tal como se muestra en la figura 4; La figura 5b muestra una vista superior en perspectiva de un cabezal de calentamiento con segmentos fundidos montados de los arreglos de pasadores de transferencia de calor, con la pieza de apoyo del pasador retirada para mostrar los pasadores de transferencia de calor; La figura 5c es una vista lateral en corte transversal del montaje del cabezal de calentamiento de la figura 3 que muestra la colocación del aislamiento cerámico entre los detectores de temperatura del cabezal de calentamiento y el gas de escape, de acuerdo con una modalidad en la invención; La figura 6a es una vista lateral en corte transversal del montaje del cabezal de calentamiento de la figura 3 (con varios pasadores de transferencia de calor que se muestran de manera esquemática para claridad) que muestra un gradiente típico de temperaturas conforme el fluido operante es impulsado al regenerador de una máquina de ciclo Stirling de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La figura 6b muestra la misma vista lateral en corte transversal de la figura 6a, con los pasadores de transferencia de calor adicionales mostrados, no a escala, y con la cubierta del canal de flujo de gas separada para claridad; Las figuras 7a-7d representan la aplicación de los anillos de los pasadores de transferencia de calor, para proporcionar una transferencia térmica entre los fluidos y un cabezal de calentamiento de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La figura 8a representa la fabricación de un regenerador a través de la galvanoplastia de un material de inicio fibrifado de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La figura 8b es un corte transversal de la cámara del regenerador de una máquina de ciclo Stiriing de acuerdo con la presente invención; La figura 9 es una vista lateral en corte transversal del quemador y el montaje de recuperación de calor, de acuerdo con una modalidad de la presente invención; La figura 10a muestra una vista en corte transversal del lado de un colector de admisión de combustible para una máquina de ciclo Stiriing de acuerdo con una modalidad preferida de la invención; La figura 10b muestra una vista en corte transversal de la parte superior del colector de admisión de combustible de la figura 10a tomada a través del corte BB; La figura 10c es una vista en corte transversal de la parte superior del colector de admisión de combustible de la figura 10a tomada a través del corte AA, que muestra la tobera de chorro de combustible; La figura 11 es una vista lateral en corte transversal del montaje del cabezal de calentamiento de la figura 3 (con varios pasadores de transferencia de calor mostrados de forma esquemática para claridad) con una segunda zona de combustión de acuerdo con una modalidad alterna de la presente invención; Las figuras 12a y 12b son vistas laterales en corte transversal de un quemador y un montaje de recuperación de calor para una máquina de ciclo térmico de acuerdo con una modalidad alterna de la presente invención; y Las figuras 13a-13c muestran configuraciones alternas de pasadores plegados para transferir calor entre el cabezal de calentamiento y los fluidos operantes o de escape.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Ahora con referencia a la figura 2, se muestra una vista en corte transversal del volumen de expansión 98 de una máquina del ciclo térmico, que se muestra para propósitos de ilustración, cuando se designa una máquina de ciclo Stirling, en general por el número 96, y de las estructuras de control térmico correspondientes. El cabezal 100 de calentamiento sustanciaímente es un cilindro que tiene un extremo cerrado 120 (de otra manera referido como cabezal del cilindro) y un extremo 118 abierto. El extremo 120 cerrado se coloca en una cámara de combustión 122 definida por una estructura 110 de la cámara de combustión interior. Los gases de combustión calientes en la cámara de combustión 122 se encuentran en contacto directo, térmico con el cabezal 100 de calentamiento y la energía térmica se transfiere por medio de la conducción desde los gases de combustión al cabezal de calentamiento y desde el cabezal de calentamiento al fluido operante de la máquina térmica, típicamente son el helio. Otros gases, tales como el nitrógeno, por ejemplo, se pueden usar dentro del campo de la presente invención, con un fluido operante preferible que tenga una conductividad térmica alta y una baja viscosidad. Los gases no combustibles también se prefieren. El calor se transfiere desde los gases de combustión al cabezal de calentamiento conforme de los gases de combustión fluyen a lo largo de la superficie exterior del extremo cerrado 120 dentro de un canal 113 de flujo de gas. El volumen 98 de expansión está rodeado en sus extremos por la camisa interior 115 del cilindro de expansión, colocada, a su vez, dentro del cabezal 100 de calentamiento y típicamente soportada por el cabezal de calentamiento. El pistón de expansión 121 viaja a lo largo del interior de la camisa interior 115 del cilindro de expansión. Conforme el pistón de expansión viaja hacia el extremo cerrado 120 del cabezal 100 de calentamiento, el fluido operante dentro del cabezal de calentamiento se desplaza y provoca que fluya ^tfavés de los canales de flujo definidos por la superficie exterior de la camisa interior 115 del cilindro de expansión y la superficie interior del cabezal 100 de calentamiento. La eficiencia total de una máquina térmica es dependiente en parte de la eficiencia de la transferencia de calor entre los gases de combustión y el fluido operante de la máquina. Un método conocido en la técnica para transferir calor de manera eficiente de los gases de combustión en la cámara 122 de combustión al fluido operante en el volumen 98 de expansión requiere una pluralidad de líneas de calentamiento (no mostradas en la figura 2, ya que no forman parte de la modalidad específica mostrada ahí) que se extienden más allá del cabezal de calentamiento y dentro de la cámara de combustión. El fluido operante se transporta a lo largo de las líneas de calentamiento y se calienta por los gases de combustión por medio de la conducción a través de las líneas de calentamiento. A fin de incrementar la transferencia de calor, las líneas de calentamiento típicamente tienen paredes delgadas. Además, las líneas de calentamiento típicamente tienen virajes en la vertical a fin de ajustarse en la cámara de combustión. La combinación de las paredes delgadas y los virajes en la vertical crean regiones locales de altos esfuerzos que tienden a estar en el sitio de ruptura del volumen del fluido operante, con lo cual se provoca una falla de la máquina. Alternativamente, las aletas o pasadores se pueden usar para incrementar el área interfacial entre los productos de combustión del fluido caliente y el cabezal de calentamiento sólido para transferir calor, a su vez, al fluido operante de la máquina. El cabezal 100 de calentamiento que puede tener pasadores 124 de transferencia de calor, aquí se muestra en la superficie interior del cabezal 100 de calentamiento, en el espacio entre el cabezal de calentamiento y la camisa interior 115 del cilindro de expansión. Además, como se muestra en la figura 3 en un corte transversal de la máquina de ciclo Stirling 96 tomado a lo largo de un diámetro diferente del volumen 98 de expansión de aquel de la figura 2, los pasadores 130 de transferencia de calor también se pueden colocar en la superficie exterior del cabezal 100 de calentamiento para proporcionar un área superficial grande para la transferencia de calor por medio de la conducción al cabezal 100 de calentamiento, y de ahí al fluido operante, de los gases de combustión que fluyen de la cámara de combustión 122 pasando los pasadores de transferencia de calor. La línea 131 de puntos representa el eje longitudinal del cilindro de expansión. La figura 3 también muestra los pasadores 133 de transferencia de calor que cubren las superficies interior y exterior de la parte superior del cabezal 100 de calentamiento, de acuerdo con una modalidad alterna de la invención. Los pasadores 124 de transferencia de calor que encaran hacia el interior, sirven para proporcionar un área superficial grande para la transferencia de calor por medio de la conducción del cabezal 100 de calentamiento al fluido operante desplazado del volumen 98 de expansión por medio del pistón de expansión y dirigido a través de la cámara 132 del regenerador.
Dependiendo del tamaño del cabezal 100 de calentamiento, puede ser deseable que existan cientos o miles de pasadores 124 de transferencia de calor interiores y pasadores 130 de transferencia de calor exteriores. Un método para la fabricación de un cabezal 100 de calentamiento con pasadores 124 y 130 de transferencia de calor incluye la fundición del cabezal de calentamiento y los pasadores como una unidad integral. Mientras típicamente sea más barato lo realizado que la maquinización o montaje de los arreglos de los pasadores, los arreglos de los pasadores de fundición seguirán teniendo dificultades concurrentes y costosos sustanciales. Además, el procedimiento de fundición puede resultar en un cabezal de calentamiento que no sea densamente poblado en su totalidad con (os pasadores, de esta manera se incrementa la fracción de gases que fallan al chocar con la superficie del cabezal de calentamiento y se reduce la eficiencia de la transferencia de calor. Un método para poblar las superficies del cabezal 100 de calentamiento con pasadores de transferencia de calor, de acuerdo con una modalidad de la invención, ocasiona la fabricación del calentador 100 y los arreglos de los pasadores de transferencia de calor en procedimientos de fundición separados. Un arreglo 150 de los pasadores 152 de transferencia de calor fundidos con el panel 154 se muestra en la figura 4. Los arreglos 150 de los pasadores, después de la fundición, se montan a la superficies interior y exterior del cabezal de calentamiento por medio de una soldadura con suelda *• -t* *xt fuerte a temperatura alta. De esta manera, un cabezal más densamente poblado con una proporción baja resultante de gas que escapa pasando los pasadores, se puede lograr de manera conveniente. En otras modalidades, los paneles 154 se pueden asegurar por 5 varios medios mecánicos al cabezal de calentamiento. Se pueden proporcionar ranuras en los separadores 506 (descritos en el siguiente párrafo) para sostener los paneles en su lugar contra el cabezal. Alternativamente, los paneles 154 pueden ser sinterizados al cabezal de calentamiento. 10 De acuerdo con ciertas modalidades de la invención, los arreglos 150 individuales, cada uno con su segmento 154 de panel asociado, comprenden fracciones arqueadas de la distancia circunferencial alrededor del cabezal de calentamiento. Esto es aparente en la vista superior del montaje del cabezal de calentamiento que se muestra en perspectiva en la figura 5a. 15 El cabezal 120 del cilindro se muestra, en la superficie 502 exterior del cabezal de calentamiento. Los segmentos de la pieza de apoyo que soportan los arreglos de los pasadores de transferencia de calor no se muestran pero se insertan, durante el montaje, en los espacios 504 que rodean la superficie exterior 502 del cabezal de calentamiento. Entre los segmentos del arreglo de 20 los pasadores de transferencia de calor sucesivos se encuentran los separadores 506 trapezoidales los cuales están desviados para bloquear el flujo de los gases de escape en una dirección hacia abajo a través de cualquiera de las trayectorias diferentes a las que pasan los pasadores de "Jransferencja de calor. La trayectoria 113 del flujo de gas caliente (también mostrada en la figura 2), se define como en el exterior, por medio de una cubierta 140 del canal de flujo de gas. Debido a que los gases de escape no fluyen a través de los separadores 506, un detector de temperatura, tal como un termopar 138 (mostrado en las figura 2 y 5c) se coloca de manera conveniente en el separador 506 a fin de vigilar la temperatura del cabezal 100 de calentamiento con el cual el detector de temperatura está en contacto térmico. La posición de los arreglos 150 de los pasadores y el detector 138 de temperatura montados dentro del separador 506 se muestra más claramente en la vista de la figura 5b en donde la pieza de apoyo del pasador se ha retirado. El dispositivo sensor 138 de temperatura preferiblemente se coloca dentro del separador 506 como se representa en la figura 5b. Más particularmente, la punta 139 del sensor de temperatura del detector 138 de temperatura preferiblemente se coloca en la ranura correspondiente al separador 506 tan cerca como sea posible al cabezal 120 del cilindro, ya que ésta área típicamente es la parte más caliente del cabezal de calentamiento. Alternativamente, los detectores 138 de temperatura se pueden montar directamente al cabezal 120 del cilindro, sin embargo la ubicación del detector en la ranura, como se describió, se prefiere. El desempeño de la máquina, en términos de potencia y eficiencia, es mucho mayor a una temperatura más alta posible, aún la temperatura máxima es típicamente limitada por las propiedades metalúrgicas. Por lo tanto, el detector 138 se debe colocar para medir la temperatura de la parte más caliente, y por tanto la parte limitante, del cabezal de calentamiento. Además, el detector 138 de temperatura se debe aislar de los gases de combustión y las paredes del separador 506 por medio de un aislamiento 142 de cerámica, como se muestra en la figura 5c. La cerámica también puede formar un enlace adhesivo con las paredes del separador para retener el detector de temperatura en su lugar. Los conductores 144 eléctricos del detector 138 de temperatura también se pueden aislar eléctricamente. Aunque el quemador se diseña para tener un simetría circunferencial, los sitios calientes se pueden desarrollar en el cabezal 120 de calentamiento. Además de este problema, las aleaciones típicamente empleadas para la fabricación del cabezal de calentamiento, a causa de su alto punto de fusión, tienen una conductividad térmica relativamente pobre. Una vez que los sitios calientes se forman, son aptos para durar debido a que el fiujo de gas fuera del cabezal es axial diferente al circunferencial, debido a que los separadores 506 (mostrados en la figura 5a), impiden cualquier flujo circunferencial. Además, el calentamiento puede incrementar la viscosidad del gas local con lo cual vuelve a dirigirse más fiujo a otros canales. A fin de equilibrar la distribución de temperatura en el cabezal de calentamiento, una capa de metal altamente conductor térmico, tal como el cobre de un grosor mayor a 0.001 pulgadas y preferiblemente cerca de 0.005 pulgadas se aplica a la superficie 148 interior del cabezal 120 de calentamiento, por medio de la deposición o la galvanoplastia, u otro método de aplicación. Alternativamente, *Tjh revestimiento similar se puede aplicar a la superficie exterior, de acuerdo con otra modalidad de la invención. A fin de mantener el tamaño pequeño de la máquina de ciclo Stirlíng, es importante maximizar el flujo de calor del gas de combustión a través del cabezal de calentamiento. En vista de que las líneas de tubería empleadas de la técnica anterior, en donde se alcanza una transferencia de calor al fluido operante, las líneas producen una baja fiabilidad (debido a que las líneas son vulnerables mecánicamente) y costos más altos, debido a la geometría de la línea más complicada y a los materiales extra. La restricción limitativa en el flujo de calor de acuerdo con modalidades de la presente invención son propiedades termomecánicas del material del cabezal de calentamiento que deben ser capaces de resistir las altas temperaturas de la cámara de combustión mientras se mantiene la integridad estructural del cabezal presurizado. La temperatura máxima de diseño se determina por el puntó más caliente en el cabezal de calentamiento que típicamente está en la parte superior de la pared. Idealmente, la sección total caliente de la pared del calentador se puede presentar en su temperatura máxima, cuando sea controlada, por ejemplo, al controlar el flujo de combustible. Como los gases de combustión viajan pasando el cabezal de calentamiento en los canales 113 de flujo de gas (mostrados en la figura 2) la temperatura del gas disminuye conforme el calor se transfiere del gas al cabezal de calentamiento. Como resultado, la temperatura del cabezal de calentamiento, máxima permitirá que en la parte superior del canal de flujo de jas se deba establecer por el material usado para el cabezal de calentamiento. El material preferiblemente se selecciona de la familia de las aleaciones de níquel altas, comúnmente conocidas como super-aleaciones, tal como Inconel 600 (que tiene una temperatura máxima Tmax= 800° C antes del ablandamiento), Inconel 625 (Tmax= 900° C), Inconel 754 (Tmax=1080°C), o Hastelloy GMR 235 (Tmax= 935° C). El gas en el canal 113 de gas puede estar tan fresco tanto como a 350° C en tránsito a través del canal, resultando en un calentamiento bajo del fondo de la zona caliente. De acuerdo con las modalidades preferidas de la presente invención, el perfil de temperatura de la pared más caliente se controla por medio de la geometría de transferencia de calor, como ahora se describe. Un método para controlar la geometría es el proporcionar un canal 113 de flujo de gas de sección transversal variable (que se muestra en las figuras 2 y 6a). La dimensión radial (pefendicular a la pared del cabezal de calentamiento), y por tanto la sección transversal del canal, es grande en la parte superior de la pared del calentador, con lo cual se permite que la mayoría del gas desvíe el arreglo de pasadores en la parte superior de la pared. La desviación permite que el gas más caliente alcance el arreglo de pasadores en el fondo de la pared con lo cual se permite que el arreglo de pasadores en el fondo opere más cerca de su temperatura máxima. El gradiente de temperatura de la parte superior del calentador al fondo de la sección caliente (antes del volumen 132 del regenerador, que se muestra en la figura 2) se ha reducido tanto como de ^60° C a 100° C usando un canal de flujo de gas de sección transversal variable. Un segundo método para controlar la geometría es al variar la densidad de población y la geometría del arreglo de pasadores como una función de la posición a lo largo del canal de flujo de gas. La geometría de los pasadores se puede ajustar al variar la proporción altura/diámetro (H/D) de los pasadores. Si se usa un procedimiento de fundición para formar un arreglo de pasadores, la escala de las proporciones de H/D puede ser limitada por el procedimiento. Si los anillos de los pasadores se usan, la escala de las proporciones de H/D se puede extender. Ahora con referencia a la figura 6a, la flecha 702 designa la trayectoria de los gases de escape calientes que pasan el cabezal 100 de calentamiento. Los pasadores 130 de transferencia de calor exteriores interceptan los gases de escape calientes y transfieren calor por medio del cabezal 100 de calentamiento y los pasadores 124 de transferencia de calor interiores al fluido operante que se impulsa desde el cilindro 115 de expansión a lo largo de la trayectoria 704. (Para claridad, los pasadores 130 y 124 de transferencia de calor se muestran de manera esquemática en la figura 6a. Los pasadores 130 y 124 de transferencia de calor adicionales se han representado, no a escala, en la vista de la figura 6b). Los pasadores 706, 708 y 710 de transferencia de calor sucesivos, por ejemplo, presentan una sección transversal más grande progresivamente con el flujo de gas de escape a lo largo de la trayectoria 702. De esta manera, mientras el gas de escape ha ^transferido parte de la fracción de su calor antes de arribar a los pasadores más inferiores, el calor se extrae de ahí con una proporción de conducción mucho mayor, con lo cual se reduce el gradiente de temperatura entre la parte superior 712 y el fondo 714 de la trayectoria del fluido operante entre el volumen 98 de expansión y el volumen 132 del regenerador. Las temperaturas típicas de la superficie del cilindro 115 de expansión se indican en la figura 6a: 850° C en la parte superior del cilindro, 750° C en el centro del cilindro, y 600° C en el extremo del cilindro más cerca al volumen del regenerador. Otro método para alcanzar una distribución más uniforme del calor de los gases de escape al cabezal de calentamiento, de acuerdo con una modalidad adicional de la invención, es crear un separador de sección decreciente en el diámetro exterior del cabezal de calentamiento por medio de una pieza de apoyo 146 del pasador de sección decreciente concéntrica, como se muestra en la figura 6a. La vista en corte transversal de la figura 6a muestra como la pieza de apoyo 146 del pasador de sección decreciente permite que parte del gas de escape más caliente desvíe los pasadores cerca de la parte superior del cabezal de calentamiento. La pieza de apoyo 146 del pasador crea una abertura anular más estrecha en el exterior de los pasadores que fuerzan progresivamente más y más los gases de escape en el pasador del intercambiador de calor. Otro método para incrementar el área superficial de la zona interfacial entre un sólido tal como el cabezal 100 de calentamiento y un fluido tal como los gases de combustión como se discutió anteriormente ahora se *.*¿-r*.'**l'tl? "describirá con referencia a las figuras 7a-7d. Un efecto análogo a aquel de la fabricación de los pasadores de transferencia de calor por medio de Ja fundición u otra diferente se pueden obtener al perforar hoyos 160 en un anillo 162 anular delgado, mostrado en la vista superior de la figura 7a y en la vista lateral de la figura 7b. El grosor del anillo 162, que puede ser referido como un "anillo de pasador de transferencia de calor" se compara al grosor de los pasadores de transferencia de calor discutidos anteriormente, y está controlado por la resistencia del material conductor de calor a una temperatura alta de los gases de combustión que pasan los hoyos 160. La forma y disposición de los hoyos 160 dentro de cada anillo es una materia de diseño para una aplicación particular, efectivamente, está dentro del campo de la presente invención y de cualquiera de las reivindicaciones anexas que los hoyos 160 no estén rodeados por un material sólido. El material de los anillos 162 preferiblemente es un metal resistente a la oxidación tal como Inconel 625 o Hastelloy GMR 235, aunque se pueden usar otros materiales que conducen el calor. Los anillos 162 pueden producirse de una manera poco costosa a través de un procedimiento de troquelado del metal. Los anillos 162 entonces se montan y soldán con suelda fuerte, o se unen de otra manera, a la superficie exterior del cabezal 100 de calentamiento, como se muestra con respecto a los anillos 164 del pasador exterior en la figura 7c, y con respecto a los anillos 166 del pasador interior en la figura 7d. Los anillos adicionales se pueden esparcir entre los anillos del pasador para controlar el espacio vertical entre los pasadores. La camisa interior 115 del cilindro de expansión se muestra en el interior de los anillos 166 del pasador interior. El área de sección transversal total de los anillos de transferencia de calor tomada en una rebanada perpendicular al eje 168 del cilindro no necesita ser constante, efectivamente, varía de una manera conveniente, como se discutirá con mayor detalle posteriormente, con referencia a la figura 6. Con referencia a las figuras 13a-13c, las superficies del íntercambiador de calor interior o exterior, también se pueden formar de varias estructuras 1200, 1202, o 1204 de aleta plegada. Las estructuras de aleta plegada pueden ser fabricadas de materiales similares a aquellos del domo de presión del cabezal de calentamiento o de materiales de conductividad térmica alta, tal como el cobre que puede proporcionar una eficiencia de la aleta mejorada. Las aletas que se fabrican de materiales de punto de fusión alto tal como aquellos del cabezal 100 de calentamiento (que se muestra en la figura 2) pueden ser continuas desde la parte superior hacia el fondo del cabezal de calentamiento. Las aletas plegadas se pueden fabricar de un metal laminado y soldadas con suelda fuerte a la superficie interior del cabezal de calentamiento. Se muestran tres configuraciones de aletas plegadas de manera de ejemplo: aletas onduladas 1200, aletas en forma de lanza 1202, y aletas salientes 1204. En cada caso, la dirección del fiujo de as se indica por una flecha designada por el número 1206. Las aletas formadas de un metal distinto al del cabezal 100 de calentamiento se unen, de acuerdo con una modalidad alterna de la invención, én los segmentos axiales para evitar la expansión térmica diferencial y de esta manera que se rompa la unión soldada entre las aletas y el cabezal. La configuración de aleta saliente de la figura 13c convenientemente proporciona un coeficiente de transferencia de calor superior a aquel de las aletas simples. El uso de un metal de conductividad térmica alta para las aletas plegadas convenientemente puede permitir que las aletas se fabriquen más grandes, con lo cual se mejorará la transferencia de calor y se reducirá la resistencia al flujo del gas, mejorando la eficiencia de la máquina. Con referencia otra vez a la figura 2, conforme el fluido operante se desplaza del cilindro 115 de expansión por medio del pistón de expansión, el fluido operante se caliente además cuando pasa sobre el arreglo 124 de pasadores interiores y se lleva a través de la cámara 132 del regenerador. Un regenerador 134 se usa en una máquina de ciclo Stiriing, como se discutió anteriormente, para añadir y eliminar calor del fluido operante durante las diferentes fases del ciclo Stirling. El regenerador usado en una máquina de ciclo Stirling debe ser capaz de tener proporciones de transferencia calor altas en lo que típicamente sugiere un área de transferencia de calor alta y una resistencia baja para el fluido operante. La resistencia baja al flujo también contribuye a la eficiencia total de la máquina al reducir la energía requerida para bombear el fluido operante. Además, el regenerador 134 se debe fabricar de una manera tal que resista la exfoliación o fragmentación ya que los fragmentos pueden entrar en el fluido operante y transportarse a los cilindros de compresión o expansión y resultar en un daño a los sellos del pistón.
Un diseño del regenerador usa varios cientos de protecciones metálicas apiladas. Mientras exhiben una superficie de transferencia de calor alta, una resistencia al flujo baja y una baja exfoliación, las protecciones metálicas pueden sufrir la desventaja de que cuando se cortan y manejan pueden generar pequeños fragmentos metálicos que deben ser eliminados antes de montar el regenerador. De acuerdo con una modalidad de la invención, una red de fibra irregular de tres dimensiones, tal como las virutas de acero inoxidable o fibra cerámica, por ejemplo, se puede usar como el regenerador, como se describe ahora con referencia a la figura 8a. El regenerador 200 de virutas de acero inoxidable convenientemente proporciona un área superficial mayor para la proporción de volumen, con lo cual se proporcionan proporciones de transferencia de calor favorables en una fricción del flujo de fluido baja en una forma compacta. Además, las etapas de fabricación problemáticas de cortado, limpieza y montaje de grandes números de protecciones convenientemente se eliminan. La resistencia mecánica baja de las virutas de acero y la tendencia de las virutas de acero a exfoliarse se pueden superar como se describe ahora. De acuerdo con una modalidad de la invención, los alambres de acero 202, 204 individuales se "entrelazan" en una matriz de alambre en tercer dimensión, unitaria. El material de inicio para el regenerador puede ser fibrilado y de forma de fibra irregular tal como las virutas de acero. La composición de la fibra puede ser un vidrio o una cerámica o un metal tal como el acero, el \-.?r ¿ ¿ cobre, u otros materiales de temperatura aita. El diámetro de la fibra preferiblemente está en la escala de 10 micrómetros a 1 milímetro dependiendo del tamaño del regenerador y las propiedades del metal. El material de inicio se coloca en una forma que corresponde a la forma final del regenerador que se representa en sección transversal en la figura 8b. La pared 220 cilindrica del bote interior, la pared 222 cilindrica del bote exterior, y la red 200 del regenerador se muestran. La densidad del regenerador se controla por la cantidad de material de inicio colocada en la forma. La forma puede ser porosa para permitir que los fluidos pasen a través de la forma. En una modalidad alterna de la invención, las virutas de acero no sinterizadas se emplean como la red 200 del regenerador. La red 200 del regenerador entonces se retiene dentro del bote del regenerador por medio de protecciones 224 que retienen el regenerador que convenientemente pueden capturar los fragmentos de virutas de acero. En una modalidad de la invención, que se aplica al material de inicio que es eléctricamente conductor, el material de inicio se coloca en una forma porosa y se coloca en un baño de electrolito. El material de inicio puede ser un metal, tal como el acero inoxidable, por ejemplo. Una conexión eléctrica se produce con el material de inicio con lo cual se forma un electrodo. El entrelazamiento de las fibras individuales en el material de inicio se realiza al depositar eléctricamente un segundo materíal 206 sobre el material de inicio. La selección del materíal de inicio dependerá de tales factores como la técnica de deposición particular seleccionada y la compatibilidad química del primer y éegundo í?taieriates, como se sabe por aquellos con la experiencia ordinaria en la técnica de la electroquímica. Durante la deposición, el segundo material aumentará el material de inicio y formará puentes 208 entre las fibras individuales del material de inicio en lugares donde las fibras individuales se encuentran en una proximidad cercana una con otra. La deposición continúa hasta que los puentes han crecido a un tamaño lo suficiente para mantener las dos fibras individuales de una forma rígida en su lugar. La duración de la deposición depende en particular del procedimiento de deposición y se determina fácilmente por aquellos con experiencia en la técnica. Después de que ha terminado la deposición, el regenerador se retira del baño y la forma se limpia. En otra modalidad de la invención, el material de inicio se coloca en una forma que puede o no puede ser porosa. La forma que contiene el material de inicio se coloca en un homo y parcialmente se sinteriza en una pieza unitaria. La selección de la temperatura de sinterización y el tiempo de sinterización fácilmente se determina por aquellos con experiencia en la técnica de la sinterización. En otra modalidad de la invención, el material de inicio se coloca en una forma porosa. La forma que contiene el material de inicio se coloca en un baño químico y un segundo material, tal como el níquel, se deposita químicamente para formar puentes entre las fibras individuales. En otra modalidad de la invención, el material de inicio es una fibra de vidrio de sílice que se coloca en una forma porosa. La fibra de vidrio y la forma se sumergen en una solución de tetraetilortosilicato (TEOS) y etanoi de manera que la fibra completamente se humedece por la solución. La fibra y la forma se retiran de la solución y se dejan escurrir en una atmósfera húmeda. La solución formará formas meniscoidales que tienden puentes en las fibras en una proximidad cercana una con otra. La humedad de la atmósfera iniciará la reacción de condensación e hidrólisis que convierte TEOS a sílice forma un entrelazamiento entre las dos fibras. La fibra y la forma se pueden calentar a una temperatura de menos de 1000° C, más preferiblemente menos de 600° C, para eliminar los productos -que reaccionan y formar un puente de sílice entre las fibras. En otra modalidad de la invención, una suspensión de cerámica se deposita sobre una espuma reticulada que tiene la forma del regenerador. La suspensión se seca en la espuma reticulada y se trata con calor para quemar la espuma y sinterizar la cerámica. La cerámica se puede componer de uña cerámica de óxido tal como el cordierita, alúmina o circonia. La composición de la suspensión de cerámica y el perfil de tratamiento con calor fácilmente se especifica por aquellos con experiencia en la técnica del procesamiento de la cerámica. En una modalidad de la invención representada en la figura 2, los gases de combustión de escape que salen del canal 113 de flujo de gas a través de un orificio 114 que lleva a una entrada del pre-calentador de aire de pre-combustión, ahora se comentan con referencia a la figura 9 que muestra una vista lateral, en corte transversal, de los montajes del pre-calentador y el cabezal de calentamiento. Mientras las máquinas de Stirling son capaces de proporcionar una alta eficiencia térmica y una baja emisión de contaminantes, estos objetivos imponen requerimientos de una eficiencia térmica, en particular, en un quemador empleado para calentar el cabezal 110 de calentamiento de la máquina de Stirling. Los componentes de tal eficiencia térmica incluyen el bombeo eficiente de oxidante (típicamente, el aire y, referido de aquí en adelante y en cualquiera de las reivindicaciones anexas, si ninguna limitación, como "aire") a través del quemador 122 para proporcionar una combustión, y la recuperación de la energía térmica contenida en el gas de escape que deja el cabezal de calentamiento. En muchas aplicaciones, el aire (u otro oxidante) se pre-calienta, antes de la combustión, casi a la temperatura del cabezal de calentamiento, para alcanzar los objetivos establecidos de la eficiencia térmica. A fin de lograr emisiones bajas, el combustible y el aire se deben mezclar bien con cantidades suficientes de oxígeno para limitar la emisión de monóxido de carbono (CO) y, adicionalmente, se debe quemar a una temperatura de llama lo suficientemente baja para limitar la formación de óxidos de nitrógeno (NOx). La temperatura alta del aire precalentado, que es deseable para alcanzar la eficiencia térmica alta, complica el alcanzar los objetivos de una emisión baja al hacer difícil el premezclado de aire y tomfo stífclfe el requerimiento de grandes cantidades de aire en exceso a fin de limitar la temperatura de la llama. Como se usa aquí y en cualquiera de las reivindicaciones anexas, el término "temperatura de auto-ignición" se define como la temperatura en la cual un combustible se encenderá sin un catalizador de disminución de temperatura bajo las condiciones existentes de presión de aire y de combustible. La temperatura típica del aire precalentado excede la temperatura de auto-ignición de la mayoría de los combustibles, potencialmente provocan que la mezcla combustible aire se encienda antes de que entre a la cámara de combustión. Una solución a este problema es el uso de una llama de difusión no pre-mezclada. Sin embargo, debido a que las llamas de difusión no están bien mezcladas, se obtienen emisiones más altas que las deseables de CO y NOx. Una discusión detallada de las dinámicas de la llama se proporciona por Tums, An Introd?ction to Combustión: Concepts and Applications, (McGraw-Hill, 1996), que se incofora aquí para referencia. Cualquier fiujo de aire incrementado que se proporciona para limitar las temperaturas de la llama típicamente incrementan el consumo de energía a través de una bomba de aire o un ventilador, con lo cual se degrada la eficiencia total de la máquina. Se pueden proporcionar emisiones bajas y una eficiencia alta al producir una llama pre-mezclada aun en presencia de aire caliente arriba de la temperatura de auto-ignición del combustible, y adicionalmente, al minimizar la caída de presión entre la entrada de aire y la región de la llama, con lo cual se minimiza el consumo de energía del ventilador, como se discute en las solicitudes E.U.A. co-pendientes de las cuales esta solicitud redama prioridad. El término "velocidad de la llama" se define como la velocidad en la cual un frente de la llama se propaga a través de una mezcla particular de combustible-aire. Dentro de la especificación y de las siguientes reivindicaciones, el término "eje de la combustión" se refiere a la dirección del flujo de fluido predominante en la combustión de fluido. Los componentes típicos de los montajes del quemador y del pre-calentador, de acuerdo con las modalidades de la presente invención, se describen con referencia a la figura 9. La escala objetivo para los gases de combustión es de 1427-2027°C (1700-2300 K), con una escala preferida de 1627-1677°C (1900-1950 K). Las temperaturas de operación se limitan por la resistencia de cabezal 110 de calentamiento que debe contener el fluido operante a una presión de operación de típicamente varias atmósferas. Debido a que la resistencia de los metales y la resistencia a la oxidación típicamente disminuye a temperaturas altas, es importante proteger los componentes metálicos de las temperaturas de combustión alta. Para este fin, el quemador 122 se rodea por una cámara 904 de combustión cerámica, introducida en una camisa interna 906 de la cámara de combustión metálica, metida térmicamente al cabezal 110 de calentamiento y enfriada por el aire que viene de la trayectoria del pre-calentador (por ejemplo, 1102, que se muestra en la figura 12) o por medio de los gases de escape 910. Además, el cabezal 110 de calentamiento se protege del calentamiento directo de la llama a través de una cubierta 902 de la llama del cabezal de calentamiento. La cámara 904 de combustión cerámica preferiblemente se fabrica usando un procedimiento de fundición cerámica. Los productos de escape del procedimiento de combustión siguen la trayectoria 908 pasando el cabezal 110 de calentamiento a través de un canal que se proporciona para transferir eficientemente el calor del cabezal de calentamiento y al gas operante que se encuentra dentro del cabezal de calentamiento, usando los pasadores de transferencia de calor u otros medios de transferencia de calor, como se discutió anteriormente. Entonces los gases de escapes son acanalados a lo largo de la trayectoria 910, entre la camisa interior 906 de la cámara y el aislamiento 912 interior, con lo cual se absorbe el calor adicional de la camisa interior 906 de la cámara, con la ventaja adicional de prevenir el sobre-calentamiento de la camisa interior de la cámara. Los gases de escape entonces se retornan hacia abajo a través del pre-calentador 914 y se expulsan alrededor de la circunferencia del cabezal 110 de calentamiento como se muestra por las flechas designadas por 916. El pre-calentador 914 permite el intercambio de calor de los gases de escape con el aire tomado del medio ambiente, típicamente por medio de una bomba de aire o un ventilador. El pre-calentador se puede fabricar de aletas plegadas corrugadas, típicamente Inconel. Sin embargo cualquier medio para intercambiar calor del escape al aire de entrada se encuentra dentro del campo de la invención. Usando un precalentador con una área de 2.5 pie2 es posible recuperar más del 80% del calor transportado por los gases de escape más allá del cabezal de calentamiento. Los pre-calentadores de otra extensión de área se encuentran dentro del campo de la presente invención como se describe y se reivindica. Ahora con referencia a las figuras 10a-10c, un colector 599 de admisión se muestra para la aplicación a una máquina de ciclo Stirling u otra aplicación de combustión de acuerdo con una modalidad de la presente invención. De acuerdo con una modalidad preferida de la invención, el combustible se pre-mezcla con aire que se puede calentar arriba ante la temperatura de auto-ignición del combustible y se previene una llama de que se forme hasta que el combustible y el aire estén bien mezclados. La figura 10a muestra una modalidad preferida del aparato que incluye un colector 599 de admisión y una cámara 610 de combustión. El colector 599 de admisión tiene un conducto 601 axisimétrico con una entrada 603 para recibir aire 600. El aire 600 se pre-calienta a una temperatura, típicamente arriba de 627°C (900 K), que puede estar arriba de la temperatura de auto-ignición del combustible. El conducto 601 transporta aire 600 que fluye hacia abajo en forma radial con respecto al eje 620 de combustión a un turbulenciador 602 dispuesto dentro del conducto 601. La figura 10b muestra una vista en corte transversal del conducto 601 que incluye un turbulenciador 602 de acuerdo con una modalidad de la invención. En la modalidad de la figura 10b, el turbulenciador 602 tiene varias alabes en forma de espiral 802 para dirigir el flujo de aire 600 en forma radial hacia abajo e impartiendo un componente rotatorio en el aire. El diámetro de líl i ÍAI Í la secoión del turbulencrador del conducto disminuye desde la entrada 804 a la salida 806 del turbulenciador 602 como se define por la longitud del conducto 601 de la sección del turbulenciador. La disminución en el diámetro de las alabes 802 del turbulenciador incrementa la proporción de flujo de aire 600 en una proporción sustancialmente inversa al diámetro. La proporción de flujo se incrementa de manera que este arriba de la velocidad de la llama del combustible. En la salida 806 del turbulenciador 602, el combustible 606, que en una modalidad preferida es el propano, se inyecta en el aire que fluye hacia adentro. En una modalidad preferida, el combustible 606 se inyecta por medio del inyector 604 del combustible a través de una serie de boquillas 800 como se muestra en la figura 10c. más particularmente, la figura 10c muestra una vista en corte transversal del conducto 601 e incluye las toberas de chorro 800 de combustible. Cada una de las boquillas 800 se coloca a la salida de las alabes 802 del turbulenciador y se centralizan entre las dos alabes adyacentes. Las boquillas 800 se colocan de esta manera para incrementar la eficiencia de mezclado de aire y combustible. Las boquillas 800 simultáneamente inyectan el combustible 606 a través del flujo 600 de aire. Debido a que el fiujo de aire es más rápido que la velocidad de la llama, una llama no se formará en aquel punto aunque la temperatura del aire y la mezcla de combustible estén arriba de la temperatura de auto-ignición del combustible. En una modalidad preferida, donde se usa el propano, la lempenaiúra de precatent rmento, es controlada por la temperatura del cabezal de calentamiento, qué? es aproximadamente de 627°C (900 K). Otra vez con referencia a la figura 10a, el aire y el combustible, ahora mezclados, referidos de aquí en adelante como "mezcla aire-combustible" 609, se transporta en una curva de transición en dirección a través de una garganta 608 que tiene una forma aerodinámica 622 contorneada y que se une a la salida 607 del conducto 601. El combustible 606 se suministra por medio del regulador 624 de combustible. La garganta 608 tiene un radio 614 interior y una dimensión 616 exterior. La transición de la mezcla aire-combustible es de una dirección que es sustancialmente transversa y radialmente hacia adentro con respecto al eje 620 de combustión a una dirección que es sustancialmente paralela al eje de combustión. El contorno de la forma aerodinámica 622 de la garganta 608 tiene la forma de una campa invertida de tal manera que el área de corte transversal de la garganta 608 con respecto al eje de combustión permanece constante desde la entrada 611 de la garganta a la salida 612 de la garganta. El contomo es uniforme sin resaltos y mantiene la velocidad del flujo desde la salida del turbulenciador a la salida de la garganta 608 para evitar la separación y la recirculación resultante a lo largo de cualquiera de las superficies. El área de sección transversal constante permite que el aire y combustible continúen mezclándose sin disminuir la velocidad del flujo y provocar una caída de presión. Una sección transversal constante y uniforme produce un turbulenciador eficiente, donde la eficiencia del turbulenciador se i ft¿ riá i^^---^á*^-^^^ refiere a la fracción de caída de presión estática a través del turbulenciador que se convierte a una presión dinámica de flujo turbulento. Las eficiencias de turbulencia mejores que el 80% típicamente se puede lograr poniendo en práctica la invención. De esta manera, la pérdida de energía parásita del ventilador de aire de combustión se pueden minimizar. La salida 612 de las llamaradas de la garganta que van hacia afuera permiten que la mezcla 609 aire-combustible se disperse en la cámara 610 retrasando la mezcla 609 aire-combustible con lo cual se localiza y contiene la llama provocando la formación de una llama toroidal. El momentum rotatorio generado por el turbulenciador 602 produce un vórtice anular estabilizador de la llama que es muy bien conocido en la técnica. Con referencia a la figura 11 , una sección transversal se muestra de la cámara de combustión 122 y la trayectoria 113 del flujo de gas de escape, como se describió anteriormente con referencia a las figuras iniciales. De acuerdo con una modalidad alterna de la presente invención, se reconoce que los gases de escape de combustión permanecen arriba de la temperatura de combustión del pozo de combustible más allá de la región de la cámara de combustión 122, y que, debido a que la mezcla combustible/aire típicamente *es sumamente pobre, un oxidante adecuado permanece para la recombustión de los gases de escape. La figura 11 además ilustra el uso de un detector 1002 de temperatura, típicamente un termopar, para vigilar la temperatura del cabezal 120 de calentamiento en la parte superior del arreglo 130 de pasadores externo y con lo cual se controla el flujo de combustible para mantener la temperatura en ef detector 1002 abajo de una temperatura a la cual el cabezal de calentamiento pierda de manera significante resistencia. La temperatura en el detector 1002 preferiblemente se mantiene a aproximadamente 50°C debajo de la temperatura de fusión del material del cabezal de calentamiento. En la configuración representada en la figura 11 , el uso de un canal 1004 de desviación de flujo de gas de corte transversal variable se ilustra como se describió anteriormente. La conicidad del canal de desviación se exagera grandemente para claridad de la descripción. Aun cuando un canal de desviación se emplea, el perfil de temperatura como una función de la distancia de la parte superior del cabezal de calentamiento no es plana, como se preferiría. Se muestran dos detectores 1006 y 1008 de temperatura adicionales a la mitad y al fondo, respectivamente, del arreglo 130 de pasadores extemo, con lo cual la temperatura del gas de escape se puede vigilar. De acuerdo con una modalidad alterna de la invención, el combustible adicional se añade a los gases de escape en la boquilla 1010 por medio de la línea 1012 de combustible del quemador trasero. La boquilla 1010 puede ser un quemador anular, circunferencialmente rodeando el cabezal 120 de calentamiento y encarando el arreglo 130 de pasadores extemo entre las posiciones designadas en la figura 11 a través de los detectores 1002 y 1006 de temperatura. El flujo de combustible a través de la línea 1012 de combustible del quemador trasero se puede controlar en la base de la temperatura de gas de escape que se mide por el detector 1008 de temperatura. La posición precisa de la temperatura 1008 preferiblemente es para medir la temperatura máxima del arreglo de pasadores extemo producido por la combustión del combustible que sale de la boquilla 1010 del quemador trasero. Con referencia a la figura 12a, una vista lateral se muestra en corte transversal de un quemador y un sistema de recuperación de calor, designado en general por el número 1100, para una máquina de ciclo térmico de acuerdo con una modalidad alterna de la invención. En la modalidad mostrada, el calor se intercambia entre los gases de escape calientes, que se calientan en la cámara 122 de combustión, y el aire extraído en la entrada 1104 de aire en un intercambiador 1106 de calor que es extemo al montaje del cabezal de calentamiento. Además se muestra una entrada 1108 de combustible y un dispositivo de encendido 1110 usado para iniciar la ignición en la cámara de combustión. La comente de escape 1112 cruza los pasadores 130 de transferencia de calor antes de que sean acanalados al intercambiador 1106 de calor. Un anillo de estancamiento 1114 de cobre, u otro metal de una temperatura de fusión lo suficientemente alta, forma un sello tipo barra en una pestaña 1116 del cabezal de calentamiento justo debajo de la hilera del fondo de los pasadores 130 de transferencia de calor. El anillo de cobre 1114 se ajusta firmemente sobre la pestaña 1116 del cabezal de calentamiento produciendo un sellado laberíntico. La porción de la derecha de la vista en corte transversal de la figura 12a, que muestra la región del sello, se muestra, alargada, en la figura 12b. El anillo de estancamiento 114 de cobre se ajusta firmemente en el cabezal 100 de calentamiento y tiene un ajuste cerrado dentro de la hendidura 1118 anular en la superficie del fondo de la cubierta 1120 del quemador. La configuración del anillo 1114 en la hendidura 1118 produce un sellado laberíntico que provoca que el gas de escape, en el recinto 1122 de escape viaje en una trayectoria en espiral alrededor del lado posterior del anillo 1114 de estancamiento con lo cual se limita la fuga del gas de escape. El ajuste firme del anillo 1114 sobre el cabezal 100 limita la fuga del gas de escape, de una manera axial fuera del 10 quemador. Los dispositivos y métodos descritos aquí se pueden aplicar en otras aplicaciones además de la máquina de Stirling en términos de cuales se ha descrito la invención. Las modalidades descritas de la invención tienen el propósito meramente de ser ejemplares y numerosas variaciones y 15 modificaciones serán aparentes para aquellos con experiencia en la técnica. Tales variaciones y modificaciones tienen el propósito de estar dentro del campo de la presente invención como se define en las reivindicaciones anexas. *~

Claims (31)

'J •> * NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES
1.- En una máquina de ciclo térmico del tipo que tiene un pistón que experimenta un movimiento lineal alternativo dentro de un cilindro de expansión, el cilindro de expansión tiene una pared cilindrica y contiene un Huido operante que se calienta por medio de la conducción a través de un cabezal de calentamiento, de calor de una fuente térmica externa, el mejoramiento comprende: un ¡ntercambiador de calor para transferir energía térmica a través del cabezal de calentamiento de un fluido extemo caliente, al fluido operante, el ¡ntercambiador de calor comprende un conjunto de pasadores de transferencia de calor, cada pasador de transferencia de calor tiene un eje que se dirige lejos de la pared cilindrica del cilindro de expansión.
2.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el eje de cada pasador de transferencia de calor es substancialmente pefßndícular a la pared cilindrica del cilindró de expansión.
3.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque incluye una pluralidad de estructuras de división para separar de forma espacial el conjunto de pasadores de transferencia de calor en subconjuntos de pasadores de transferencia de calor. * . *"3
~ ? 4.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque los pasadores de transferencia de calor de cada subconjunto de pasadores de transferencia de calor tienen ejes que son substancialmente paralelos uno con otro. 5
5.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque un subconjunto del conjunto de pasadores de transferencia de calor, hasta la totalidad de los mismos, incluye pasadores de transferencia de calor, cada pasador de transferencia de calor caracterizado por una altura y un diámetro, los pasadores de transferencia de 10 calor se extienden desde el cabezal de calentamiento en el fluido externo.
6.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque incluye una pieza de apoyo del pasador para guiar el fluido externo caliente en una trayectoria de flujo caracterizada por una dirección que pasa el conjunto de los pasadores de 15 transferencia de calor.
7.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque una dimensión de la pieza de apoyo del pasador pefendicular al cabezal de calentamiento disminuye en la dirección de la trayectoria del flujo. 20
8.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque los pasadores de transferencia de calor tienen un área superficial transversal a la trayectoria del flujo que se incrementa en la dirección de la trayectoria de flujo. * . *•<-&,-:
9.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque los pasadores de transferencia de calor tienen una densidad de población que se incrementa en la dirección de la trayectoria del flujo.
10.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque la altura y densidad de los pasadores de transferencia de calor varía con la distancia en la dirección de la trayectoria del flujo.
11.- Un método para fabricar un ¡ntercambiador de calor para transferir energía térmica a través de un cabezal de calentamiento de un fluido extemo caliente, al fluido operante, el método comprende: a. fundir al menos un arreglo de los pasadores de transferencia de calor íntegramente fundidos sobre un panel; y b. unir el arreglo de los pasadores de transferencia de calor al cabezal de calentamiento.
12.- El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque la etapa de unión incluye la unión mecánica del panel al cabezal de calentamiento.
13.- El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterízado además porque la etapa de unión incluye soldar con suelda fuerte el panel del arreglo de los pasadores de transferencia de calor al cabezal de calentamiento.
14.- Un método para fabricar un intercambiador de calor para transferir energía térmica a través de un cabezal de calentamiento desde un fluido extemo caliente al fluido operante, el método comprende; a. fabricar una pluralidad de anillos perforados: b. apilar los anillos perforados en contacto con el cabezal de calentamiento; y c. unir los anillos perforados al cabezal de calentamiento.
15.- El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque la tapa de fabricación incluye el troquelado de tos anillos fuera de la hoja de metal.
16.- En una máquina de ciclo térmico del tipo que tiene un pistón que experimenta un movimiento lineal alternativo dentro de un cilindro de expansión, el cilindro de expansión tiene una pared cilindrica y contiene un fluido operante que se calienta por la conducción, a través de un cabezal de calentamiento, de calor desde un gas de escape de una cámara de combustión externa que tiene un suministro de combustible, el mejoramiento comprende: a. un detector térmico para medir una temperatura del cabezal de calentamiento a un punto de temperatura máxima del cabezal de calentamiento.
17.- La máquina del ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada además porque el detector térmico es un termopar.
18.- La máquina de ciclo térmico de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada además porque comprende un regulador de combustible para regular el suministro de combustible en la base de al menos te temperatura del cabezal de calentamiento en el punto de temperatura máxima.
19.- En una máquina de ciclo térmico del tipo que tiene un pistón que experimenta un movimiento lineal alternativo dentro de un cilindro de expansión, el cilindro de expansión tiene una pared cilindrica y contiene un fluido operante caliente por medio de la conducción, a través del cabezal de calentamiento, de calor de un gas de escape de una cámara de combustión externa que tiene una fuente de combustible, el mejoramiento comprende: a. un quemador anular secundario para suministrar combustible adicional para provocar la combustión adicional del gas de escape.
20.- Un regenerador para una máquina de ciclo térmico, el regenerador comprende: a. una red irregular de fibras formadas para llenar un volumen específico; y b. un material para entrelazar las fibras en los puntos de contacto estrecho entre las fibras de la red.
21.- El regenerador de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque las fibras son metálicas.
22.- El regenerador de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque las fibras son virutas de acero.
23.- El regenerador de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque el material para entrelazar las fibras es el níquel. f ' ***
24.- €1 regenerador de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque las fibras son vidrios de sílice y el material para entrelazar las fibras es el tetraetilortosilicato.
25.- Un regenerador para una máquina de ciclo térmico, el regenerador comprende: a. un volumen definido por un manguito interior y un manguito exterior, los manguitos interior y exterior son substancialmente concéntricos, y dos planos paralelos, cada uno pefendicular substancialmente a cada manguito interior y exterior, b. una red irregular de fibras que se encuentran dentro del volumen; y c. una primer y segunda reja, cada reja acoplado a los manguitos interior y exterior y extendiendo estos en uno de los dos planos paralelos, para contener la red irregular de fibras dentro del volumen.
26.- El regenerador de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque las fibras son virutas de acero.
27.- Un método para fabricar un regenerador para una máquina de ciclo térmico, el método comprende: a. llenando una forma con una red irregular de fibras eléctricamente conductoras; b. sumergiendo la forma en una solución galvanoplástica; y c. aplicando una corriente entre la solución y la red irregular de fibras de una manera tal que se deposita un material para entrelazar las fibras eléctricamente conductoras en los puntos de contacto estrecho entre las fibras.
28.- Un método para fabricar un regenerador para una máquina de ciclo térmico, el método comprende: llenar una forma con una red irregular ie fibras; y b. sjnterizar la red irregular de fibras de una manera tal que se entrelacen las fibras en los puntos de contacto estrecho entre las fibras.
29.- Un método para fabricar un regenerador para una máquina de ciclo térmico, el método comprende a. formar una espuma reticulada en una forma específica; b. depositar una suspensión cerámica sobre la espuma reticulada; c. tratar con calor la suspensión de una manera tal que queme la espuma; y d. sinterizar la cerámica.
30.- Un método para controlar una temperatura medida de una parte de un cabezal de calentamiento de una máquina de ciclo térmico que tiene una cámara de combustión externa, el método comprende regular un flujo de combustible a la cámara de combustión externa.
31.- En una máquina de ciclo térmico del tipo que tiene un pistón que experimenta un movimiento lineal alternativo dentro de un cilindro de expansión, el cilindro de expansión tiene un eje longitudinal y una pared cilindrica que contiene un fluido operante que se calienta por medio de la conducción a través de un cabezal de calentamiento, de calor de una fuente extema térmica, el mejoramiento comprende: un intercambiador de calor para transferir energía térmica a través del cabezal de calentamiento de un fluido extemo caliente al fluido operante, el intercambiador de calor comprende un conjunto de pasadores plegados, cada aleta sustancialmente alineada en una dirección paralela con el eje dei cilindro de expansión. RESU DE LA INVENCIÓN Una máquina de ciclo térmico que tiene un intercambiador de calor para transferir energía térmica a través del cabezal de calentamiento desde un fluido externo caliente al fluido operante; el intercambiador de calor tiene un conjunto de pasadores de transferencia de calor, cada uno teniendo un eje dirigido lejos de la pared cilindrica del cilindro de expansión, o, alternativamente, un conjunto de aletas substancialmente alineadas con el eje del cilindro de expansión; la altura y densidad de los pasadores de transferencia de calor puede variar con la distancia en la dirección de la trayectoria del flujo, y la estructura del pasador se puede fabricar al apilar los anillos perforados en contacto con el cabezal de calentamiento; un quemador anular complementa la cámara de combustión principal para suministrar combustible adicional para provocar una combustión adicional del gas de escape; un regenerador para la máquina de ciclo térmico, tiene una red irregular de fibras formadas para llenar un volumen específico y un material para entrelazar las fibras en los puntos de contacto estrecho entre las fibras de la red PAtai 200 2 \ * *5" 7A P02/1275F
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Families Citing this family (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6705081B2 (en) * 1997-07-15 2004-03-16 New Power Concepts Llc System and method for sensor control of the fuel-air ratio in a burner
US6694731B2 (en) * 1997-07-15 2004-02-24 Deka Products Limited Partnership Stirling engine thermal system improvements
US7111460B2 (en) 2000-03-02 2006-09-26 New Power Concepts Llc Metering fuel pump
US6543215B2 (en) 2001-06-15 2003-04-08 New Power Concepts Llc Thermal improvements for an external combustion engine
US7469760B2 (en) * 2000-03-02 2008-12-30 Deka Products Limited Partnership Hybrid electric vehicles using a stirling engine
GB0020012D0 (en) * 2000-08-15 2000-10-04 Bg Intellectual Pty Ltd Heat transfer head for a stirling engine
US6701708B2 (en) 2001-05-03 2004-03-09 Pasadena Power Moveable regenerator for stirling engines
US7308787B2 (en) * 2001-06-15 2007-12-18 New Power Concepts Llc Thermal improvements for an external combustion engine
GB0123881D0 (en) * 2001-10-04 2001-11-28 Bg Intellectual Pty Ltd A stirling engine assembly
WO2004055437A1 (en) * 2002-03-19 2004-07-01 New Power Concepts Llc Fuel injector for a liquid fuel burner
US6739308B1 (en) * 2002-05-24 2004-05-25 Hatch & Kirk, Inc. Fuel igniter and head for use in diesel engines and related systems and methods
US8069676B2 (en) 2002-11-13 2011-12-06 Deka Products Limited Partnership Water vapor distillation apparatus, method and system
CA2506269C (en) 2002-11-13 2012-08-14 Deka Products Limited Partnership Pressurized vapor cycle liquid distillation
US8511105B2 (en) 2002-11-13 2013-08-20 Deka Products Limited Partnership Water vending apparatus
US6991023B2 (en) * 2003-04-24 2006-01-31 Sunpower, Inc. Involute foil regenerator
CN100406709C (zh) * 2003-07-01 2008-07-30 蒂艾克思股份有限公司 用于斯特林循环机的冲击式换热器
US20050008272A1 (en) * 2003-07-08 2005-01-13 Prashant Bhat Method and device for bearing seal pressure relief
GB0328292D0 (en) * 2003-12-05 2004-01-07 Microgen Energy Ltd A stirling engine assembly
US7007470B2 (en) * 2004-02-09 2006-03-07 New Power Concepts Llc Compression release valve
EP1756475B1 (en) * 2004-05-06 2012-11-14 New Power Concepts LLC Gaseous fuel burner
EP1772083A4 (en) * 2004-07-29 2008-05-14 Guangzhou Light Holdings Ltd ROTIR MULTIFUNCTION OVEN
US20060179834A1 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 Stirling Technology Company Channelized stratified heat exchangers system and method
US7677039B1 (en) * 2005-12-20 2010-03-16 Fleck Technologies, Inc. Stirling engine and associated methods
US8479508B2 (en) * 2006-02-28 2013-07-09 Precision Combustion, Inc. Catalytic burner apparatus for stirling engine
JP4897335B2 (ja) * 2006-03-31 2012-03-14 株式会社ｅスター スターリングエンジン
US11826681B2 (en) 2006-06-30 2023-11-28 Deka Products Limited Partneship Water vapor distillation apparatus, method and system
EP1925883A1 (de) * 2006-11-27 2008-05-28 Stirling Systems AG Wärmequelle mit regelbarer Ölzuführung und Verfahren zum Betrieb derselben
EP1925884A1 (de) * 2006-11-27 2008-05-28 Stirling Systems AG Wärmequelle
DE102006056349A1 (de) * 2006-11-29 2008-06-05 Gerhard Schilling Vorrichtung zur Umwandlung thermodynamischer Energie in elektrische Energie
WO2008131223A1 (en) 2007-04-23 2008-10-30 New Power Concepts, Llc Stirling cycle machine
US8763391B2 (en) 2007-04-23 2014-07-01 Deka Products Limited Partnership Stirling cycle machine
US8505323B2 (en) 2007-06-07 2013-08-13 Deka Products Limited Partnership Water vapor distillation apparatus, method and system
US11884555B2 (en) 2007-06-07 2024-01-30 Deka Products Limited Partnership Water vapor distillation apparatus, method and system
KR101967001B1 (ko) 2007-06-07 2019-04-08 데카 프로덕츠 리미티드 파트너쉽 증류 장치 및 압축기
MX2011001778A (es) 2008-08-15 2011-05-10 Deka Products Lp Aparato expendedor de agua.
US8096118B2 (en) * 2009-01-30 2012-01-17 Williams Jonathan H Engine for utilizing thermal energy to generate electricity
US20110314789A1 (en) 2009-03-24 2011-12-29 Nv Bekaert Sa Regenerator for a thermal cycle engine
US8782890B2 (en) 2009-03-24 2014-07-22 Nv Bekaert Sa Regenerator for a thermal cycle engine
CN101509437B (zh) * 2009-03-24 2011-10-05 哈尔滨翔凯科技发展有限公司 高效高温型外燃机
EP2449244B1 (en) 2009-07-01 2016-05-04 New Power Concepts LLC Stirling cycle machine
US9797341B2 (en) 2009-07-01 2017-10-24 New Power Concepts Llc Linear cross-head bearing for stirling engine
US9828940B2 (en) 2009-07-01 2017-11-28 New Power Concepts Llc Stirling cycle machine
US9822730B2 (en) 2009-07-01 2017-11-21 New Power Concepts, Llc Floating rod seal for a stirling cycle machine
FR2961266B1 (fr) * 2010-06-11 2015-07-17 Bernard Macarez Moteur thermique a culasse echangeur
CN102072044A (zh) * 2011-01-24 2011-05-25 新疆阳光动力能源科技有限公司 水冷装置及具有该水冷装置的外燃机
US20140034475A1 (en) 2012-04-06 2014-02-06 Deka Products Limited Partnership Water Vapor Distillation Apparatus, Method and System
WO2014018896A1 (en) 2012-07-27 2014-01-30 Deka Products Limited Partnership Control of conductivity in product water outlet for evaporation apparatus
CN102944027B (zh) * 2012-11-28 2014-12-24 中国科学院工程热物理研究所 一种斯特林发动机用燃气燃烧室
EP2971719B1 (en) 2013-03-15 2020-08-12 New Power Concepts LLC Stirling cycle machine
CN103257048B (zh) * 2013-05-10 2015-05-27 西安航空动力股份有限公司 斯特林发动机试验装置加热对流结构
GB201310449D0 (en) * 2013-06-12 2013-07-24 Microgen Engine Corp Holding Bv A Stirling Engine
CA2942884C (en) 2014-03-14 2020-11-03 New Power Concepts Llc Linear cross-head bearing for stirling engine
CN103993980B (zh) * 2014-04-30 2016-03-30 宁波华斯特林电机制造有限公司 一种斯特林电机的导热结构
ES2584389B1 (es) * 2014-08-04 2017-08-11 Idesa, Ingenieria Y Diseño Europeo S.A. Intercambiador de calor por convencción para conversión de energía térmica en energía mecánica o eléctrica
US20160252042A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 Avl Powertrain Engineering, Inc. Cylinder Liner
CN105756804B (zh) * 2016-02-26 2017-12-12 中国科学院理化技术研究所 一种用于自由活塞斯特林发动机的热端换热器
US20200256281A1 (en) * 2016-11-20 2020-08-13 Joshua M. Schmitt High Dynamic Density Range Thermal Cycle Engine
CN109948231B (zh) * 2019-03-14 2022-09-06 中国航发湖南动力机械研究所 发动机热力循环参数分析方法和装置
CN110700961B (zh) * 2019-10-11 2023-08-29 上海齐耀动力技术有限公司 一种基于铝粉燃烧的闭式斯特林机水下动力工艺及系统
RU2757746C1 (ru) * 2021-04-16 2021-10-21 Общество с ограниченной ответственностью "Текра" Тепловой блок двигателя Стирлинга
CN115467757A (zh) * 2022-11-04 2022-12-13 和能(海南)科技有限责任公司 内加热发动机

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB395374A (en) 1931-12-12 1933-07-12 Paul Kleinewefers Improvements in tubular heat exchange apparatus more particularly for heating air by flue gases
US2595457A (en) 1947-06-03 1952-05-06 Air Preheater Pin fin heat exchanger
US2688228A (en) 1947-06-06 1954-09-07 Hartford Nat Bank & Trust Co Heat exchanger for hot gas engines
US2564100A (en) * 1947-08-07 1951-08-14 Hartford Nat Bank & Trust Co Hot gas apparatus including a regenerator
GB689484A (en) 1949-08-17 1953-03-25 Philips Nv Improvements in or relating to heat exchangers
FR1063612A (fr) 1951-09-26 1954-05-05 Philips Nv Brûleur comportant une gaine entourant la chambre de combustion
IT500313A (es) 1952-03-08
NL7102861A (es) * 1971-03-04 1972-09-06
GB1332767A (en) 1972-05-05 1973-10-03 United Stirling Ab & Co Devices for governing the temperatures of heater heads of hog gas engines
NL7508053A (nl) * 1975-07-07 1977-01-11 Philips Nv Heetgaszuigermotor met een, met een motoras gekoppelde, ventilator voor verbrandingslucht.
US4067191A (en) * 1975-10-10 1978-01-10 Forenade Fabriksverken System for supplying fuel and combustion air to an external combustion engine
NL7705363A (nl) 1977-05-16 1978-11-20 Philips Nv Heetgasmotor.
US4231222A (en) 1978-09-18 1980-11-04 Ford Motor Company Air fuel control system for Stirling engine
JPS56133597A (en) 1980-03-25 1981-10-19 Nippon Radiator Co Ltd Heat transfer pipe
US4416114A (en) 1981-07-31 1983-11-22 Martini William R Thermal regenerative machine
JPS5825556A (ja) 1981-08-08 1983-02-15 Naoji Isshiki バヨネット形加熱器付きスタ−リングエンジン
JPS60122255A (ja) * 1983-12-07 1985-06-29 Aisin Seiki Co Ltd スタ−リング機関の温度制御方法
US4527394A (en) 1984-01-17 1985-07-09 Corey John A Heater head for stirling engine
DE8411960U1 (de) 1984-04-16 1988-07-14 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Wärmetauscherprofil
JPS6368759A (ja) * 1986-09-10 1988-03-28 Nippon Seisen Kk スタ−リングエンジン用の熱再生器
DE3734009A1 (de) 1987-10-08 1989-04-20 Oschatz Gmbh Waermetauscherrohr
US4881372A (en) * 1988-02-29 1989-11-21 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Stirling engine
JPH0291463A (ja) * 1988-09-29 1990-03-30 Aisin Seiki Co Ltd スターリングエンジン
JPH0571334A (ja) * 1991-09-13 1993-03-23 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 連続燃焼をおこなう燃焼装置における窒素酸化物低減方法およびその装置
DE4219583A1 (de) 1992-06-15 1993-12-16 Eder Franz X Vorrichtung zur Wärmeübertragung bei hoher Temperatur auf das Arbeitsmedium von Regenerativ-Arbeits- oder Wärmemaschinen
DE4414257A1 (de) 1994-04-23 1995-10-26 Klaus Reithofer Verfahren zur Steuerung des Verdrängekolbens einer Freikolben-stirling-Maschine
JPH07293334A (ja) * 1994-04-28 1995-11-07 Sanyo Electric Co Ltd 外燃機関
DE29520864U1 (de) * 1995-02-18 1996-05-23 Institut für Luft- und Kältetechnik Gemeinnützige Gesellschaft mbH, 01309 Dresden Regenerator
US5743091A (en) 1996-05-01 1998-04-28 Stirling Technology Company Heater head and regenerator assemblies for thermal regenerative machines
TW347464B (en) * 1996-11-15 1998-12-11 Sanyo Electric Co Stirling cycle machine
US5755100A (en) * 1997-03-24 1998-05-26 Stirling Marine Power Limited Hermetically sealed stirling engine generator
ZA99867B (en) 1998-02-05 1999-08-05 Whisper Tech Ltd Improvements in a Stirling engine burner.

Also Published As

Publication number Publication date
NZ520722A (en) 2003-07-25
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DE60129414D1 (de) 2007-08-30
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JP2003525385A (ja) 2003-08-26
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WO2001065099A3 (en) 2002-04-18

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