專利名稱：斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)(Stirling engine)是一種外部加熱的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。它具有汽缸，一個(gè)活塞或多個(gè)活塞在汽缸中來回?cái)[動(dòng)而起作用，以便使工作液體在熱的和冷的熱交換器之間移動(dòng)并輸出動(dòng)力。
背景技術(shù)：
通常向斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的一端供應(yīng)熱量，為的是加熱內(nèi)部的氣體而驅(qū)動(dòng)工作活塞。受熱的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)端部稱為傳熱頭，通常由圓形加熱器或燃燒器圍繞，該加熱器或燃燒器向傳熱頭供熱。汽缸通常垂直設(shè)置，使燃燒器圍繞汽缸而進(jìn)行供熱，使得從燃燒器中釋放的熱氣能夠向上排出。為了增強(qiáng)對(duì)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的傳熱以便提高其效率，傳熱頭可以具有葉片以便增大其表面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是增強(qiáng)對(duì)傳熱頭的熱傳遞。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種傳熱頭，該傳熱頭用于具有往復(fù)軸線的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，該傳熱頭包括多個(gè)外部葉片，形成有第一組葉片，第一組葉片的每個(gè)葉片由傳熱頭伸出并具有一長(zhǎng)度、第一側(cè)部和第二側(cè)部，并且至少兩相鄰葉片設(shè)置成使其部分長(zhǎng)度基本平行，且設(shè)置成使輻射在兩相鄰葉片之一的側(cè)部上的任意輻射熱的至少一部分被反射到另一葉片的側(cè)部上，其中，在第一組葉片的上方設(shè)置有第二組葉片，第二組葉片中的每個(gè)葉片具有一長(zhǎng)度、第一側(cè)部和第二側(cè)部，在使用中，所述第二組葉片中每個(gè)葉片位于沿傳熱頭往復(fù)軸線方向延伸的平面內(nèi)。
每次反射中由第一組葉片吸收熱量，使得通過設(shè)置葉片而在兩大體平行的相鄰葉片之間反射輻射熱，由于進(jìn)行提供更有效傳熱的多次反射，因而吸收了更多的熱能。第二組葉片的結(jié)構(gòu)使由燃燒器釋放的燃燒氣體在其間向上流動(dòng)，而得以吸收燃燒氣體中的熱量。
反射到另一基本平行葉片的側(cè)部上的至少一部分輻射熱最好反射回到這一個(gè)葉片上，以便增強(qiáng)熱傳遞。
當(dāng)兩相鄰葉片的鄰近側(cè)部遠(yuǎn)離傳熱頭延伸時(shí)可以彼此岔開，以便形成大致鋸齒形橫截面，使每個(gè)葉片具有大體三角形或斜截三角形的橫截面。這減少了由葉片端部傳遞回到燃燒器、外壁和熱氣體的輻射熱。
葉片的長(zhǎng)度可以圍繞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的圓周延伸，其增大了傳熱頭的實(shí)際長(zhǎng)度。
至少一些外部葉片設(shè)置成彼此之間反射輻射熱，最好將其設(shè)置成基本與如加熱器或燃燒器的輻射熱源相對(duì)置。
為了改善傳熱，在使用中，第二組葉片中每個(gè)葉片連接斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)圓筒部，并且具有在圓筒部上方延伸但是不直接連接到斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)上的延伸部。為了改進(jìn)該裝置和其它裝置的穩(wěn)定性，第二組葉片最好由圓周環(huán)連接。


下面參照

本發(fā)明的傳熱頭實(shí)施例，其中圖1是傳熱頭的立體圖；圖2是圖1所示傳熱頭葉片的橫截面視圖；圖3是傳熱頭的一組可供選擇葉片的橫截面視圖；圖4是傳熱頭的第二組可供選擇葉片的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中所示的傳熱頭10構(gòu)成了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)頂部。傳熱頭10呈一端具有圓頂部12的圓筒部11。以示意方式示出了環(huán)形燃燒器20。燃燒器20圍繞傳熱頭10并對(duì)其供熱，以便使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)工作。在該實(shí)施例中，燃燒器20由天然氣供給動(dòng)力。
傳熱頭10具有多個(gè)長(zhǎng)的第一葉片30，每個(gè)葉片的長(zhǎng)度圍繞傳熱頭10的圓筒部沿圓周方向延伸。第一葉片30的縱橫尺寸比(aspect ratio)使得相鄰葉片端部之間的間隙4小于葉片高度5。傳熱頭10還具有多個(gè)第二葉片40，每個(gè)葉片的長(zhǎng)度沿縱向在傳熱頭的圓筒部11軸線方向上延伸。第二葉片40圍繞傳熱頭設(shè)置在徑向平面中。
如圖2所示，每個(gè)葉片30具有第一下側(cè)部31和第二上側(cè)部32，每個(gè)葉片的側(cè)部31、32基本為平的，并且當(dāng)其從傳熱頭10向外延伸時(shí)彼此相向會(huì)聚。如圖5中所示，每個(gè)葉片30兩側(cè)部31、32所會(huì)聚的端部33的橫截面呈弧形，但是也可以是一個(gè)點(diǎn)或任何其它合適的橫截面。如圖2所示，兩相鄰葉片30底部與傳熱頭10連接的區(qū)域34的橫截面為弧形，但是也可以為任何合適的橫截面。在該實(shí)施例中，每個(gè)葉片30由傳熱頭2的壁至其端部33的高度5大約為25mm，而相鄰葉片30的端部33之間的間隙4約為5mm。每個(gè)葉片的高度5最好超過相鄰葉片30的端部33之間的距離的兩倍，以便促進(jìn)葉片上輻射熱的反射。但是，每個(gè)葉片的高度5可以是相鄰葉片30的端部33之間間隙4的3倍、4倍或5倍。
在該實(shí)施例中，作為輻射熱源的燃燒器20與多個(gè)葉片30對(duì)置，使得輻射熱輻射到相鄰葉片30之間的空間內(nèi)。如圖2所示，輻射在葉片30的側(cè)部31、32之一上的輻射熱反射到相鄰葉片32、31的鄰近側(cè)。熱量在每次反射時(shí)由傳熱頭10的葉片30吸收并用于使斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)工作。每個(gè)葉片30的三角形結(jié)構(gòu)總體上呈鋸齒形，可以在每對(duì)葉片30之間形成多次輻射熱的反射，每次反射使傳熱頭10吸收更多的熱量。
當(dāng)輻射熱到達(dá)兩相鄰葉片30匯合的點(diǎn)34時(shí)，輻射熱受到反射而遠(yuǎn)離傳熱頭10，并且在其遠(yuǎn)離使傳熱頭10吸收更多熱量的傳熱頭10的通道上受到葉片30的更多次反射。
如圖2所示，第二葉片40在第一葉片30上方，第二葉片40的橫截面處于沿傳熱頭10圓筒部軸線方向延伸的平面中。由燃燒器20釋放的熱燃燒氣體在相鄰第二葉片40之間向上傳遞，由燃燒氣體釋放的大量熱量被葉片40吸收。
將葉片40設(shè)置成可保持高的氣體流速，并具有大的對(duì)流傳熱系數(shù)。葉片40最好具有矩形橫截面以提高葉片效率。傳熱頭10相對(duì)于熱源20設(shè)置，使得輻射熱由熱源輻射到相鄰葉片30之間的空間內(nèi)。第二葉片最好設(shè)置在熱源20上方，以便從上升的燃燒氣體中吸收熱量。在該結(jié)構(gòu)中，來自熱源20的絕大部分熱量由傳熱頭10吸收，提高了效率。
圖3示出了傳熱頭10葉片的另一種可供選擇結(jié)構(gòu)。在圍繞傳熱頭10沿圓周方向隔開的點(diǎn)處，導(dǎo)槽沿橫向進(jìn)入葉片30的側(cè)部，除了這一點(diǎn)外，圖3中所示葉片與圖2中所示的葉片相同。導(dǎo)槽沿傳熱頭10圓筒部軸線方向延伸。導(dǎo)槽還延伸到葉片30的側(cè)部，靠近傳熱頭10頂部以便適應(yīng)增大的燃燒氣體流量。可使用圓鋸在葉片30中切割出導(dǎo)槽。
可以用任何合適的導(dǎo)熱材料制成葉片，該導(dǎo)熱材料如金屬，通常為鋼材。傳熱頭10和葉片30、40可以為相同的一件整體材料構(gòu)成或由分離的多件材料構(gòu)成，以便增強(qiáng)由葉片30、40向傳熱頭10的熱傳導(dǎo)。
根據(jù)圓筒設(shè)計(jì)、工作壓力和溫度，可以在葉片部40上使用其它用于釋放應(yīng)力的附加圓周槽。
圖4顯示了傳熱頭10的另一種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)大致與圖2所示結(jié)構(gòu)相同。此外，該結(jié)構(gòu)可以結(jié)合圖3所示的導(dǎo)槽。在該結(jié)構(gòu)中，葉片40具有在傳熱頭圓筒部上方延伸的延伸部40A。但是，葉片40僅連接傳熱頭圓筒部，圓頂部12和葉片40的延伸部40A之間形成間隙。
環(huán)41圍繞延伸部40A上表面的外圓周邊延伸，由此將葉片40連接在一起。具有三角形橫截面的第二圓周環(huán)42圍繞葉片40的下內(nèi)部延伸。這形成了使葉片得以作為單個(gè)部件制造和安裝的剛性結(jié)構(gòu)。延伸的葉片使燃燒氣體的進(jìn)行較高程度的傳熱，通過連接于傳熱頭10的葉片下部而進(jìn)行所有傳導(dǎo)。
權(quán)利要求
1.一種傳熱頭，所述傳熱頭用于具有往復(fù)軸線的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，該傳熱頭包括多個(gè)外部葉片，形成有第一組葉片，第一組葉片的每個(gè)葉片由傳熱頭伸出并具有一長(zhǎng)度、第一側(cè)部和第二側(cè)部，并且至少兩相鄰葉片設(shè)置成使其部分長(zhǎng)度基本平行，且設(shè)置成使輻射在兩相鄰葉片之一的側(cè)部上的任意輻射熱的至少一部分被反射到另一葉片的側(cè)部上，其中，在第一組葉片的上方設(shè)置有第二組葉片，第二組葉片中的每個(gè)葉片具有一長(zhǎng)度、第一側(cè)部和第二側(cè)部，在使用中，所述第二組葉片中每個(gè)葉片位于沿傳熱頭往復(fù)軸線方向延伸的平面內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的傳熱頭，其特征在于，兩相鄰葉片的鄰近側(cè)在其遠(yuǎn)離傳熱頭延伸時(shí)岔開。
3.如權(quán)利要求2所述的傳熱頭，其特征在于，每個(gè)葉片具有大體三角形或斜截三角形的橫截面。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭，其特征在于，所述第一組葉片的長(zhǎng)度圍繞所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的圓周延伸。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭，其特征在于，至少所述第一組葉片中的一些葉片設(shè)置成基本與輻射熱源對(duì)置，使得輻射熱能夠輻射到至少一些葉片的兩側(cè)部上。
6.如權(quán)利要求5所述的傳熱頭，其特征在于，所述第二組葉片中的至少一些葉片在輻射熱源上方垂直延伸。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭，其特征在于，在使用中，所述第二組葉片中的每個(gè)葉片連接斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的圓筒部并且具有延伸部，所述延伸部在圓筒部上方延伸而不直接連接所述斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭，其特征在于，所述第二組葉片通過至少一個(gè)圓周環(huán)連接在一起。
9.一種斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，具有如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的傳熱頭(10)。傳熱頭(10)包括由傳熱頭(10)伸出的多個(gè)外圓周葉片(30)。至少兩個(gè)相鄰葉片(30)設(shè)置成基本平行，使得輻射到葉片之一上的一些輻射熱反射到另一葉片上。第二組葉片(40)設(shè)置在圓周葉片上方。設(shè)置第二組葉片而使由燃燒器釋放的燃燒氣體向上流動(dòng)，以便從流過的燃燒氣體中吸收熱量。
文檔編號(hào)F02G1/055GK1446287SQ0181410
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2001年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月15日
發(fā)明者大衛(wèi)·安東尼·克拉克, 詹姆士·羅伯特·羅利 申請(qǐng)人:麥克羅金能源有限公司