[發明專利]一種斯特林發動機換熱器

有效

• 申請號: 201310170145.1
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103306850A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 萬斌
• 申請（專利權）人: 萬斌
• 主分類號: F02G1/055
• 分類號: F02G1/055;F02G1/057
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 林寶堂

技術領域

本發明涉及一種斯特林發動機，尤其涉及一種斯特林發動機換熱器。

背景技術

換熱器是斯特林發動機的重要部件，加熱、冷卻、回熱都需要經過換熱器，斯特林發動機具有較高的熱能與機械能之間轉換效率，而熱能與機械能之間的熱交換的效率最主要取決于換熱器的熱交換效率。目前，斯特林發動機加熱普遍采用管式換熱器、翅片式換熱器或者絲網結構換熱器，冷卻主要是用水冷換熱器，回熱都用蓄熱式換熱器。綜合平衡換熱器通流容積、工質流阻損失、熱交換能力三者的矛盾，是各類換熱器必須遵循的原則。常見的典型的斯特林發動機換熱器包括一個外筒，外筒內設置多層的金屬絲網，為了增大氣體與換熱器之間的換熱面積，金屬絲網上的孔目非常致密，而且多大數百層的金屬絲網通過焊接疊合在一起，然后與外筒焊接固定，同時由于換熱器內的氣體壓力很大，為了防止金屬絲網拱起變形，保證金屬絲網的使用壽命，每層金屬絲網當都緊密貼合后焊接成一體，并且為了減小氣體阻力，每層金屬絲網的孔位都一一對應，該種結構的換熱器內的金屬絲網的制造加工成本非常昂貴，焊接技術復雜，從而導致整個斯特林發動機的成本很高，不利于推廣使用；金屬絲網周圍與外筒焊接的縫隙遠大于孔目的間隙，當氣體經過金屬絲網的時候，金屬絲網中心的阻力較周圍的阻力大，因此有較多的氣體從周圍的間隙中通過換熱器，造成邊緣效應，導致熱交換效率低；由于每層金屬絲絲網的孔位一一對應，構成直孔通道，氣體從最上層的金屬絲網經過直孔通道后達到最下層的金屬絲網，整個過程中氣體與金屬絲網的接觸面積也較小，熱交換面積小，而且氣流不穩定，嚴重影響換熱器的熱交換效率。因此如何降低換熱器的制造成本，最大限度的增加換熱面積，提高熱交換效率是設計斯特林換熱器的一個重點、難點。

例如：中國專利申請公告號：CN102086820A，申請公布日2011年6月8日，公開了一種斯特林熱機環形換熱器，包括一個環形換熱器主體及其兩端各有的多個連接管；環形換熱器內呈中心對稱分布換熱通道兩條以上，對稱中心是中央通道中心，各換熱通道兩端各有一個連接管，換熱通道之間的換熱壁內有多個換熱孔，環形換熱器表面布滿換熱片。將多個工作腔斯特林熱機各自獨立的換熱器合為一體，滿足了處于各熱力學過程的工作腔的換熱需求；有效增大了換熱器與熱源間的換熱面積，增強了換熱能力，完全可以用風冷系統取代現有的水冷系統；尤其是用于斯特林可逆熱機，空間利用充分，整機體積更小。其不足之處是該種換熱器仍然是采用換熱片來實現增大換熱面積的效果，整個換熱器制造成本仍然很高，同時依靠增加換熱孔和換熱通道來提高熱交換效率，并沒有從根本上解決換熱器換熱效率低的難題，換熱效率仍然較低。

發明內容

本發明為了克服現有技術中的斯特林發動機換熱器制造成本高，換熱面積小，熱交換效率低的不足，提供了一種結構簡單、成本低，換熱面積顯著增加，換熱效率高的斯特林發動機換熱器。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種斯特林發動機換熱器，包括換熱器外殼，所述的換熱器外殼呈圓筒狀結構，所述的換熱器外殼內設有球狀體，所述的球狀體充滿整個換熱器外殼內部，所述的球狀體之間兩兩相互接觸連接形成換熱器本體，所述的換熱器外殼的內壁與換熱器本體外側面固定連接。球狀體兩兩相切連接組合成一個圓柱狀的空間結構，即為換熱器本體，與常見的翅片形換熱器比較，球狀體加工非常簡單、加工成本低，整體制造成本非常低，從而使得斯特林發動機便于推廣使用；氣體經過換熱器本體的時候與球狀體的外表面的接觸面積非常大，換熱面積非常大，換熱效率非常高；換熱器本體整體結構均勻，與換熱器外殼之間的連接也均勻，氣體經過換熱器本體一端的時候收到的阻力均勻，不存在邊緣效應，熱交換效率也提高了；氣體從換熱器本體的一端流向另一端的時候，氣體的路線不是直線，會在不同的球狀體表面多次反射，氣流均勻穩定，從而保證足夠的熱交換面積。總之，與現有技術中的各種換熱器比較，該種結構的換熱器極大的降低了整體成本，促進了斯特林發動機的推廣使用，并從根本上解決了換熱面積小，熱交換效率低的難題。