[其他]雙活塞V型斯特林發動機

無效

• 申請號: 85104323
• 申請日: 1985-06-07
• 公開（公告）號: CN85104323A
• 公開（公告）日: 1986-12-03
• 發明（設計）人: 瓊·A·科里
• 申請（專利權）人: 機械技術有限公司
• 主分類號: F02G1/044
• 分類號: F02G1/044
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 李毅,孫蜀宗

本發明是提供一個斯特林發動機，特別是雙活塞V型斯特林發動機。

隨著斯特林發動機效益的恢復和進一步地擴大，人們在盡力不斷地改善他們的設計，G·Walker在《斯特林發動機》（1980第一版，一書中闡述了基本斯殊林發動機的工作原理。其要點是：斯特林發動機是根據加熱和冷卻工作流體（氣體）的原理來工作的，通過氣體的膨脹和壓縮來做有用功。該書圖解地說明了各種各樣的斯特林發動機的設計，并附加說明了它們各自的優點。

一個典型的斯特林循環，由一個受控容積組成，而該受控容積分為下面毗鄰的幾部分，壓縮腔（或冷腔）、冷卻器、加熱器和膨脹腔（或熱腔）。在實際的結構中，這些腔往往要通過無效容腔或連接管道連接起來。由熱力學原理可知，當這些無用空腔或連接窄道處于工作流體密度較大的冷空腔時，其結構要比這些無效空腔或連接管道處于工作流體受熱且密度較小的熱空腔時緊湊。在大多數情況下，最大的連接容積是在加熱器與膨脹腔以及冷卻器與冷空腔之間，這兩部分之間的冷卻管道對功率密度和效率最無益處，所以，本設計的目的之一就是要減小這部分的容積。

此外，這種發動機大多使用比空氣輕的氣體，如氫氣，氦氣作為工作流體。因為這些氣體的導熱性好，比熱大而且粘度小，但是，輕于空氣的氣體的發動機的缺點之一是需要一固定的氣體存貯量，因此在工作氣體和周圍空間之間的密封就變得相當復雜。常見的氫氣和氦氣發動機在活塞和滑塊（吸收側壁截荷）之間的桿上來用滑動密封，其目的是防止油液從曲柄軸箱泄漏進入工作腔，以及工作流體從工作腔泄漏進入曲柄軸箱，這樣的結構增加了發動機的復雜性，且使重量和體積增大。

其它的設計設想采用空氣作為工作流體，由于這些空氣循環發動機避免了輕于空氣的氣體的發動機所需要的一些密封要求，有補償空氣相對惡劣的流體特性的優點。因為許多空氣循環發動機相對地要重一些，有必要改善這一點且使其簡化。為此必須克服各種設計上的困難，特別是要提供一個有效的功率重量比。

無論是空氣循環發動機還是輕于空氣的氣體循環發動機，都希望使其趨于合理化，同時，簡化其設計，減少它們的重量，還要保持或者提高它們的效率。

由于在一些應用中，原先的斯特林發動機設計已經被實踐所認可，所以現在的問題是基于這種設計盡可能提高其效率和降低其成本。

本發明的主要目的之一是提供一個結構比較簡單，成本低且效率高的斯特林發動機。

本發明的另一個目的是減少斯特林發動機中的無效容積借以改善和提高它們的熱力學效率。

本發明還有一個目的是消除以前所采用的活塞密封設計的復雜性和一些伴隨問題。

本發明的另一目的是簡化發動機的控制系統，從而使其更加簡易并降低它的成本。

本發明所設計的斯特林發動機，特別適用于單動式兩活塞90°V型結構，把冷卻器和回熱器直接在靠近壓縮腔處圍在冷活塞上從而減少了冷卻壓縮管道的容積，同時提供了一個對曲柄軸箱實現密封的密封結構，從而省去了活塞密封，滑塊或活塞桿。此外，也包含一個簡化的功率控制系統。

所提出的設計是比較簡單而且有效的，在工作中可以使用空氣或輕于空氣的氣體作為工作流體。此外，由于設計的本質是模塊化設計，很容易成組使用以產生一個較大的功率發動機。

這里通過結合幾個視圖對本發明所做的說明，上述斯特林發動機的設計意圖，優點以及其它的特點將顯而易見。

圖1，是單動式雙活塞V型斯特林發動機的簡圖。

圖2、是斯特林循環發動機主要部分的部件分解圖。

圖3、壓縮控制的簡圖。

參照視圖，圖1表示雙活塞發動機或工作循環10的基本布局，可以看出，為了在工作循環過程中得到最大的體積變化，沒有使用驅氣活塞而使用雙活塞結構。該活塞發動機包含一個平頭壓縮活塞12和一個園頂形膨脹活塞14，兩活塞由一對連桿16和18驅動，連桿16和18與同一曲軸20相連，兩活塞軸線按曲柄轉角分離排列，曲柄轉角等于兩活塞間的理想分離角。典型的理想角度大約為90°，使得膨脹腔壁容易加工且提高了平衡性。

如圖所示，壓縮活塞12設置在園柱形壓力腔22中腔24形成膨脹腔，每一個活塞都裝有活塞環25，該環用來在工作循環和曲柄軸箱間起密封作用。緊挨著壓縮腔22，有一個冷卻器26，和一個回熱器28，這兩個部分都按標準工序制造。此外，盡管可以使用各種各樣的冷卻器以滿是不同的要求，但這里一般選用根據我1984年4月30日遞交的題為“斯特林發動機熱交換器”的美國相關專利（605，473號）制造出的冷卻器為合適。回熱器28裝在腔30中，而冷卻器26大多具有它自己的空腔32。