[其他]以空氣為工作流體的斯特林發動機

無效

• 申請號: 85104960
• 申請日: 1985-06-29
• 公開（公告）號: CN85104960A
• 公開（公告）日: 1987-01-07
• 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: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉征,曹廣生

隨著斯特林發動機的重新受到關注，人們對它的興趣日益濃厚，并已經作出了大量努力以改善其設計，在一部題為《斯特林發動機》的專著中，對斯特林發動機的基本工作原理作了闡述，這部專著的作者是吉·沃爾克（G.Walker），1980年出第一版。就其原理來說，斯特林發動機基本上是靠工作流體（氣體）的加熱與冷卻來工作的，即借助該氣體工質的膨脹與壓縮來做有用功，在上面提到的專著中列舉了多種斯特林機設計，以及它們各自的優點。

眾多的斯特林發動機設計方案，都以比空氣輕的氣體來作工作流體，如采用氫氣或氦氣，因為這些氣體的導熱系數較高，比熱較小，粘度較低。盡管使用這類氣體有許多優點，但由于有一個十分重要的要求，即工作氣體的總質量必須保持不變，因此就要求工作氣體的循環在密封條件下進行。

以空氣作為循環工質來取代較輕氣體的斯特林機設計方案已經問世。與工質輕于空氣而且其總質量固定的發動機相比較，以空氣為循環工質的斯特林發動機有一個顯著的優點，即對其工作空間與環境大氣之間密封的要求可以降低。現行的以氫氣和氦氣為工質的發動機，在活塞與十字頭銷之間的連桿上采用滑動密封。因為這種設計要求有一定的容隙，為了提供這樣的容隙，勢必要增加發動機的高度，犧牲一部分容積。而對于在空氣環境中工作的以空氣為循環工質的發動機，如有任何泄漏，可以很容易地從周圍環境得到補充，因此不必密封得十分嚴密，從而不僅可以避免采用復雜精細的密封措施，而且可以對簡化了密封措施后節省下的容積和重量加以利用。

然而由于空氣的傳遞性能與流體性能很差（就是說，導熱率較低，比熱較小，粘性較大），迄今為止已設計出來的以空氣作循環工質的斯特林發動機尚未令人十分滿意。為彌補空氣較差的流體性質所作的各種嘗試，得到的一般都是非常笨重而效率很差的發動機，其功率與重量之比低。到目前為止，只有在速度較低，比功率也較小的條件下空氣循環發動機的效率才有可能與采用較輕氣體作循環工質的發動機相比較，因此，它們的應用受到了限制。

針對上述問題，本發明的主要目的就是提供一種以空氣為循環工質的斯特林發動機，這種發動機效率較高，并且在高轉速，高輸出功率的運行條件下，可以同以比空氣輕的氣體為循環工質的發動機相比美，從而能夠廣泛應用。

本發明進一步的目的，就是要使所提供的這種以空氣為循環工質的斯特林發動機具有比較簡單的結構，造價比較便宜。

本發明的另一個目的，就是要在所提供的斯特林發動機中，消除以比空氣輕的氣體為循環工質的發動機的某些缺點，特別是其苛刻的密封要求。

本發明提出一種空氣循環斯特林發動機，這種發動機對于諸如氫氣循環或氦氣循環之類的斯特林發動機而言，是一種有生命力的替代型，在這方面，以空氣作為循環工質的一些原有缺陷，通過采用一種改進的換熱器設計，已經克服了。不僅如此，本發明所提出的這種熱交換器設計，還使得與諸如氫氣循環發動機的重量及體積相當的空氣循環發動機，具有更簡單，更便宜，可靠性更高的結構。

就這方面來說，本發明提出一種熱交換器組件，這種組件把加熱器蓄熱器和冷卻器以分層疊置的方式集中裝在燃燒室的周圍，形成一個結構緊湊，造價低廉的部件。對換熱器管路結構，蓄熱器以及冷卻器的特殊設計，既保證了空氣循環發動機所必要的緊湊的結構情況下有效的熱傳遞，也作到了結構簡單，造價低廉。

上述的各項目標以及各種優點，都將通過本發明而得以實現。對此之描述應參照下列附圖，其中：

圖1是表示采用本發明特點的斯特林發動機的局部剖開的側視圖;

圖2是采用本發明技術內容的斯特林發動機的局部剖開的俯視圖;

圖3是一示意圖，表示熱交換器組件與膨脹和壓縮活塞之間的相互關系;

圖4是采用本發明技術內容的換熱器組件的局部剖開的分解部件圖;

圖4a是采用本發明技術內容的加熱管件組裝后的剖視圖;

圖5是放大的局部剖開俯視圖，表示安裝在斯特林發動機內的換熱器組件的一部分;

圖6是沿斯特林發動機中膨脹活塞軸向觀察的局部剖視圖;

圖7是裝在如圖6所示的斯特林發動機內的換熱器組件的放大了的側向剖視圖。

更具體地看，附圖中基本表示出了以空氣作為循環工質的斯特林發動機10，此發動機有外殼12，殼內裝著熱交換器14，這個交換器包括一組由單根加熱管18排成的加熱管陣列16，一個蓄熱器20和一個冷卻器22，這些部件一層壓一層地安裝在燃燒室24周圍，如圖1和圖2中所示。