專(zhuān)利名稱(chēng)：配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，屬于外燃式閉循環(huán)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)。
技術(shù)背景斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)有許多優(yōu)異的性能和特點(diǎn)，在錢(qián)國(guó)柱編的《熱氣機(jī)》(國(guó)防工業(yè)出版社版 社1982年10月第一版第一次印刷)和錢(qián)國(guó)柱周增新嚴(yán)善慶編著的《熱氣機(jī)原理與設(shè) 計(jì)》(國(guó)防工業(yè)出版社版社1987年11月第一版第一次印刷)二書(shū)中有詳細(xì)說(shuō)明，引入本 文作為參考。配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)原理是斯特林熱力循環(huán)的機(jī)械構(gòu)造，因其機(jī) 械構(gòu)造還存在一些工程技術(shù)難題，因此配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)還未能得到廣泛的應(yīng)用。 這些難題包括對(duì)效率、壽命和成本的考慮。提高效率、壽命和降低成本一直是人們追求的 目標(biāo)，本發(fā)明致力于解決這些難題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提出一種配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。它與現(xiàn)有技術(shù)相比，是優(yōu)化 了配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械構(gòu)造。因此，減少了高級(jí)耐熱合金的用量并從整體上降 低了配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)體積、重量和制造成本，又縮小了無(wú)益容積和增大了循環(huán)功。 同時(shí)，還減少了熱損失、降低并穩(wěn)定了動(dòng)力活塞與氣缸及配氣活塞稈滑動(dòng)面上的溫度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，它包括加熱管、熱腔 氣缸、配氣活塞、回?zé)崞?、冷腔氣缸、冷卻器，其中如圖l所示加熱管由管和套管構(gòu)成，多根相同的加熱管組成加熱器管組。如圖3所示，管和套管 的一端氣密聯(lián)通，套管另一端垂直地氣密連接在小于熱腔氣缸缸徑截面所對(duì)映的熱腔氣缸 外的頂部上、并且和熱腔氣缸內(nèi)相聯(lián)通，管另一端垂直地氣密連接在小于熱腔氣缸缸徑截 面所對(duì)映的熱腔氣缸外的頂部上、并且和熱腔氣缸內(nèi)相聯(lián)通。套管內(nèi)徑等于導(dǎo)流管外徑加上套管與導(dǎo)流管之間的徑向間隙的和、其長(zhǎng)度大于導(dǎo)流管 長(zhǎng)度減去熱腔氣缸頂部厚度之差、其外徑等于套管內(nèi)徑加上二倍套管壁厚的和。連接在熱 腔氣缸頂部上的加熱器管組的套管均勻、等距地分布在小于熱腔氣缸缸徑所對(duì)映頂部的同 心圓周線上；連接在熱腔氣缸頂部上的加熱器管組的管均勻、等距地分布在小于熱腔氣缸 缸徑所對(duì)映頂部的另一同心圓周線上，并且從同心圓的徑向上看，管位于兩根套管之間。配氣活塞由導(dǎo)流管、回?zé)崞?、配氣活塞筒體、配氣活塞桿構(gòu)成。導(dǎo)流管的軸心線和套 管的軸心延長(zhǎng)線重合，導(dǎo)流管的一端垂直地氣密連接在配氣活塞筒體的頂部上、并且和配 氣活塞內(nèi)聯(lián)通，如圖4所示。導(dǎo)流管內(nèi)徑略大于管內(nèi)徑、其壁厚為0.2 1毫米、其長(zhǎng)度大 于配氣活塞行程加上熱腔氣缸頂部厚度之和；導(dǎo)流管的另一端插入套管內(nèi)，它們之間的徑 向間隙為O.l毫米左右。在小于配氣活塞筒體內(nèi)徑、大于配氣活塞桿直徑的配氣活塞筒體底部上均勻、等距地 分布有通孔，使配氣活塞通過(guò)底部上的通孔內(nèi)外相通，如圖5所示?；?zé)崞靼惭b在配氣活塞筒體內(nèi)、其軸心線和配氣活塞筒體的軸心線重合。導(dǎo)流管的數(shù) 量等于加熱器管組中套管的數(shù)量，并且每一根導(dǎo)流管的軸心線和它所對(duì)應(yīng)的那根套管的軸 心延長(zhǎng)線重合。冷卻器由上部冷腔氣缸、中部的配氣活塞桿導(dǎo)向管和冷卻管的管組、第一片冷卻水密 封瓦及其上的冷卻水進(jìn)口、第二片冷卻水密封瓦及其上的冷卻水出口、下部冷腔氣缸構(gòu)成。
如圖6所示，上部冷腔氣缸底部和配氣活塞桿導(dǎo)向管一端氣密聯(lián)通，配氣活塞桿導(dǎo)向 管另一端和下部冷腔氣缸頂部氣密聯(lián)通，上部冷腔氣缸和下部冷腔氣缸通過(guò)配氣活塞桿導(dǎo) 向管相通；上部冷腔氣缸的軸心線、下部冷腔氣缸的軸心線和配氣活塞桿導(dǎo)向管的軸心延 長(zhǎng)線重合，上部冷腔氣缸和配氣活塞桿導(dǎo)向管及下部冷腔氣缸聯(lián)接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。配氣 活塞桿導(dǎo)向管的內(nèi)徑大于配氣活塞桿的外徑0.1 0.3毫米；冷卻管為直管，多根相同的冷 卻管組成冷卻管管組。冷卻管均勻地分布在，大于配氣活塞桿導(dǎo)向管外直徑、小于上部冷 腔氣缸缸徑的底部和大于配氣活塞桿導(dǎo)向管外直徑、小于下部冷腔氣缸缸徑的頂部之間的 空間內(nèi)；冷卻管之間相距一定間距，并且每一根冷卻管和配氣活塞桿導(dǎo)向管的軸心線相互 水平平行；冷卻管一端穿過(guò)上部冷腔氣缸的底部和上部冷腔氣缸氣密聯(lián)通，冷卻管的管口 不超過(guò)上部冷腔氣缸底部的上表面；冷卻管另外一端穿過(guò)下部冷腔氣缸頂部和下部冷腔氣 缸氣密聯(lián)通、冷卻管的管口不超過(guò)下部冷腔氣缸頂部的下表面；上部冷腔氣缸和下部冷腔 氣缸通過(guò)冷卻管相通；上部冷腔氣缸底部上設(shè)置一個(gè)臺(tái)階、下部冷腔氣缸頂部上設(shè)置一個(gè) 臺(tái)階。
第一片冷卻水密封瓦和第二片冷卻水密封瓦的凹面相對(duì)地合在上部冷腔氣缸及下部冷 腔氣缸的臺(tái)階上，并水密密封其接合面，并由螺栓緊固。冷卻水進(jìn)口設(shè)置在第一片冷卻水 密封瓦的凸面上，并和其凹面相通；冷卻水出口設(shè)置在第二片冷卻水密封瓦的凸面上，并 和其凹面相通，如圖7所示和圖8所示。
熱腔氣缸和冷卻器上部冷腔氣缸對(duì)接、密封圈密封對(duì)接口，并由數(shù)個(gè)螺栓緊固；冷卻 器下部冷腔氣缸和能量輸出系統(tǒng)的箱體氣密密封對(duì)接，并由數(shù)個(gè)螺栓緊固，如圖2所示。
套管和導(dǎo)流管構(gòu)成一個(gè)伸縮管，其伸縮長(zhǎng)度大于配氣活塞的行程；導(dǎo)流管在套管中作 往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)流管和套管之間形成相對(duì)的密封。設(shè)置在配氣活塞內(nèi)的回?zé)崞骺s小了總 的無(wú)益容積，并且同步跟隨配氣活塞運(yùn)動(dòng)。配氣活塞桿穿過(guò)冷卻器上的配氣活塞桿導(dǎo)向管 和動(dòng)力活塞上的配氣活塞桿導(dǎo)向孔，并可在配氣活塞桿導(dǎo)向管和動(dòng)力活塞上的配氣活塞桿 導(dǎo)向孔中滑動(dòng)。上部冷腔氣缸的深度加上熱腔氣缸的深度大于配氣活塞筒體的長(zhǎng)度加上配 氣活塞行程的長(zhǎng)度，下部冷腔氣缸的深度大于動(dòng)力活塞行程的長(zhǎng)度加上動(dòng)力活塞的長(zhǎng)度。 靠近熱腔氣缸頂部的下表面為配氣活塞運(yùn)動(dòng)的上止點(diǎn)，靠近上部冷腔氣缸底部的上表面為 配氣活塞運(yùn)動(dòng)的下止點(diǎn)，靠近下部冷腔氣缸頂部的下表面為動(dòng)力活塞運(yùn)動(dòng)的上止點(diǎn)。
部分氣體工質(zhì)在套管、導(dǎo)流管的引導(dǎo)下，跟隨配氣活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在熱腔氣缸、管、 套管、導(dǎo)流管、回?zé)崞髦凶魍鶑?fù)流動(dòng)；另一部分氣體工質(zhì)跟隨配氣活塞、動(dòng)力活塞的往復(fù) 運(yùn)動(dòng)，在回?zé)崞?、配氣活塞筒體底部上的通孔、上部冷腔氣缸、冷卻管管組、下部冷腔氣 缸中作往復(fù)流動(dòng)。這里的氣體工質(zhì)可選用氫氣、氦氣、氮?dú)獾葰怏w。冷卻水從冷卻水進(jìn)口 進(jìn)入冷卻器、經(jīng)過(guò)冷卻管的外表面，吸收壓縮熱后由冷卻水出口排出。
如圖9所示
套管內(nèi)設(shè)置一根和套管同心的內(nèi)管，內(nèi)管的一端氣密連接在套管和管的內(nèi)接合面上， 內(nèi)管的另一端和熱腔氣缸頂部的底面齊平。內(nèi)管的壁厚為0.2 1毫米、內(nèi)徑約等于管的內(nèi) 徑、外徑小于導(dǎo)流管內(nèi)徑0.2毫米左右。導(dǎo)流管插在套管和內(nèi)管之間的管狀空間內(nèi)，管狀 空間深度大于配氣活塞行程1 2毫米；導(dǎo)流管在管狀空間內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)流管內(nèi)壁 與外壁在某一相同位置上的氣壓壓差較小，從而減小了氣體工質(zhì)在導(dǎo)流管內(nèi)壁與外壁之間 的單向流出量。這里的單向流動(dòng)量是指氣體工質(zhì)沿著內(nèi)壁的間隙進(jìn)入，經(jīng)過(guò)外壁的間隙流出的量或氣體工質(zhì)沿著外壁的間隙進(jìn)入，經(jīng)過(guò)內(nèi)壁的間隙流出的量。 如圖1所示
回?zé)崞髟谳S向上分割成兩個(gè)或兩個(gè)以上的子回?zé)崞?，子回?zé)崞髦g及設(shè)置隔熱環(huán)墊而 構(gòu)成多級(jí)串聯(lián)回?zé)崞鳌６嗉?jí)串聯(lián)回?zé)崞鳒p小了回?zé)崞髟谳S向上的熱量損失，加大了回?zé)崞?在軸向上的溫度梯度，從而增加了回?zé)崞鞯男?。隔熱環(huán)墊也可是片狀的篩孔結(jié)構(gòu)，可選 用低熱導(dǎo)率的材料制作如陶瓷等。
如圖1所示
回?zé)崞髟O(shè)置在絕熱的管內(nèi)，并一起安裝在配氣活塞筒體內(nèi)。管減少了回?zé)崞髟趶较虻?熱量損失，加大了回?zé)崞鬏S向的溫度梯度，從而增加了回?zé)崞鞯男省９芸蛇x用低熱導(dǎo)率 的材料制作如陶瓷等。
如圖IO所示
冷卻管的管道是多頭螺旋管，它由多頭內(nèi)螺旋槽和插入并固定在多頭內(nèi)螺旋槽螺旋內(nèi) 徑上的圓柱體構(gòu)成。多頭螺旋管的一端和上部冷腔氣缸底部氣密連接、并且和上部冷腔氣 缸相通，多頭螺旋管的另一端和下部冷腔氣缸頂部氣密連接、并且和下部冷腔氣缸相通。 多頭螺旋管擴(kuò)大了氣體工質(zhì)流過(guò)的散熱面，增加了冷卻管的強(qiáng)度。螺旋槽的深度為1 2
毫米左右，其寬度0.4 1毫米左右，螺旋槽間距0.5 1毫米左右，螺距等于螺旋槽頭數(shù)
乘以螺旋槽寬度和螺旋槽間距。圓柱體的二端，可用鉚接方法固定在冷卻管的多頭內(nèi)螺旋 槽螺旋內(nèi)徑上。
如圖IO所示
冷卻管的外園周上，分布有相距一定間距的、多層平行的槽，凸出部分構(gòu)成冷卻管的 散熱片。散熱片擴(kuò)大了冷卻管的散熱面積、增加了冷卻管的徑向強(qiáng)度。
上述配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的回?zé)崞髦糜谂錃饣钊搀w內(nèi)，省去了回?zé)崞鳉んw、減 少了高級(jí)耐熱合金的用量并從整體上減少了配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的體積、重量和制造 成本，又縮小了無(wú)益容積和增大了循環(huán)功，還減少了回?zé)崞鳉んw上的熱損失。冷卻管管組 把冷腔氣缸分隔為上下冷腔氣缸，它降低并穩(wěn)定了動(dòng)力活塞與氣缸及配氣活塞稈滑動(dòng)面上 的溫度，有利于提高配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。多級(jí)串聯(lián)回?zé)崞鳒p少了回?zé)崞髟谄?軸向上的熱損失，套在回?zé)崞鲝较蛏系慕^熱管減少了回?zé)崞髟谄鋸较蛏系臒釗p失；它們都 對(duì)提高回?zé)崞鞯男视胸暙I(xiàn)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理剖視圖。
圖2是本發(fā)明配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的局部剖視圖。 圖3是圖2中I部份的放大圖。
圖4是本發(fā)明配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，導(dǎo)流管、配氣活塞筒體和局部的配氣活塞 桿剖視圖。
圖5是圖4中A—A向的剖視圖。
圖6是本發(fā)明配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，不含冷卻水密封瓦的冷卻器剖視圖。
圖7是本發(fā)明配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，冷卻器的第一片冷卻水密封瓦和第二片冷卻水密封瓦凹面相對(duì)地、對(duì)合后的俯視圖。 圖8是圖7中B—B向的剖視圖。
圖9是本發(fā)明配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，又一方案的套管和局部的導(dǎo)流管剖視圖。 圖IO是本發(fā)明配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中，冷卻管的又一方案剖視圖。 圖11是圖10中C—C向的剖視圖。 在附圖中相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示同一部件。
具體實(shí)施方案
具體實(shí)施方案一 在圖l所示實(shí)施例中
配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，它包括加熱管l、熱腔氣缸9、配氣活塞5、回?zé)崞?、冷 腔氣缸23及19、冷卻器12，其中
加熱管1由管2和套管3構(gòu)成，多根相同的加熱管1組成加熱器管組；管2和套管3 的一端氣密聯(lián)通，套管3另一端垂直地氣密連接在小于熱腔氣缸9缸徑截面所對(duì)映的熱腔 氣缸9外的頂部4上、并且和熱腔氣缸9內(nèi)相聯(lián)通，管2另一端垂直地氣密連接在小于熱 腔氣缸9缸徑截面所對(duì)映的熱腔氣缸9外的頂部4上、并且和熱腔氣缸9內(nèi)相聯(lián)通，如圖 3所示。套管3內(nèi)徑等于導(dǎo)流管7外徑加上套管3與導(dǎo)流管7之間的徑向間隙的和、其長(zhǎng) 度大于導(dǎo)流管7長(zhǎng)度減去熱腔氣缸9頂部4厚度之差、其外徑等于套管3內(nèi)徑加上二倍套 管3壁厚的和。連接在熱腔氣缸9頂部4上的加熱器管組的套管3均勻、等距地分布在小 于熱腔氣缸9缸徑所對(duì)映頂部4的同心圓周線上；連接在熱腔氣缸9頂部4上的加熱器管 組的管2均勻、等距地分布在小于熱腔氣缸9缸徑所對(duì)映頂部4的另一同心圓周線上，并 且從同心圓的徑向上看，管2位于兩根套管3之間。
配氣活塞5由導(dǎo)流管7、回?zé)崞?、配氣活塞筒體5a、配氣活塞桿18構(gòu)成。導(dǎo)流管7 的軸心線和套管3的軸心延長(zhǎng)線重合，導(dǎo)流管7的一端垂直地氣密連接在配氣活塞筒體5a 的頂部5c上、并且和配氣活塞5內(nèi)聯(lián)通，如圖4所示。導(dǎo)流管7內(nèi)徑略大于管2內(nèi)徑、其 壁厚為0.2 1毫米、其長(zhǎng)度大于配氣活塞5行程加上熱腔氣缸9頂部4厚度之和；導(dǎo)流管 7的另一端插入套管3內(nèi)，它們之間的徑向間隙為0.1毫米左右。在小于配氣活塞筒體5a 內(nèi)徑、大于配氣活塞桿18直徑的配氣活塞筒體5a底部5b上均勻、等距地分布有通孔ll， 使配氣活塞5通過(guò)底部5b上的通孔11內(nèi)外相通，如圖5所示。回?zé)崞?安裝在配氣活塞 筒體5a內(nèi)、其軸心線和配氣活塞筒體5a的軸心線重合。導(dǎo)流管7的數(shù)量等于加熱器管組 中套管3的數(shù)量，并且每一根導(dǎo)流管7的軸心線和它所對(duì)應(yīng)的那根套管3的軸心延長(zhǎng)線重合。
冷卻器12由上部冷腔氣缸23、中部的配氣活塞桿導(dǎo)向管12a和冷卻管17的管組、第 一片冷卻水密封瓦13及其上的冷卻水進(jìn)口 14、第二片冷卻水密封瓦15及其上的冷卻水出 口 16、下部冷腔氣缸19構(gòu)成。上部冷腔氣缸23底部12d和配氣活塞桿導(dǎo)向管12a —端氣 密聯(lián)通，配氣活塞桿導(dǎo)向管12a另一端和下部冷腔氣缸19頂部12e氣密聯(lián)通，上部冷腔氣 缸23和下部冷腔氣缸19通過(guò)配氣活塞桿導(dǎo)向管12a相通；上部冷腔氣缸23的軸心線、下 部冷腔氣缸19的軸心線和配氣活塞桿導(dǎo)向管12a的軸心延長(zhǎng)線重合，上部冷腔氣缸23和 配氣活塞桿導(dǎo)向管12a及下部冷腔氣缸19聯(lián)接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。配氣活塞桿導(dǎo)向管12a 的內(nèi)徑大于配氣活塞桿18的外徑0.1 0.3毫米；冷卻管17為直管，多根相同的冷卻管17 組成冷卻管17管組。冷卻管17均勻地分布在，大于配氣活塞桿導(dǎo)向管12a外直徑、小于 上部冷腔氣缸23缸徑的底部12d和大于配氣活塞桿導(dǎo)向管12a外直徑、小于下部冷腔氣缸 19缸徑的頂部12e之間的空間內(nèi)；冷卻管17之間相距一定間距，并且每一根冷卻管17和 配氣活塞桿導(dǎo)向管12a的軸心線相互水平平行；冷卻管17 —端穿過(guò)上部冷腔氣缸23的底部12d和上部冷腔氣缸23氣密聯(lián)通，冷卻管17的管口不超過(guò)上部冷腔氣缸23底部12d 的上表面；冷卻管17另外一端穿過(guò)下部冷腔氣缸19頂部12e和下部冷腔氣缸19氣密聯(lián)通、 冷卻管17的管口不超過(guò)下部冷腔氣缸19頂部12e的下表面；上部冷腔氣缸23和下部冷腔 氣缸19通過(guò)冷卻管17相通；上部冷腔氣缸23底部12d上設(shè)置一個(gè)臺(tái)階12b、下部冷腔氣 缸19頂部12e上設(shè)置一個(gè)臺(tái)階12c，如圖6所示。第一片冷卻水密封瓦13和第二片冷卻 水密封瓦15的凹面相對(duì)地合在上部冷腔氣缸23及下部冷腔氣缸19的臺(tái)階12b及12c上， 并水密密封其接合面，并由螺栓26a、 26b、 26c、 26d緊固。冷卻水進(jìn)口 14設(shè)置在第一片 冷卻水密封瓦13的凸面上，并和其凹面相通；冷卻水出口 16設(shè)置在第二片冷卻水密封瓦 15的凸面上，并和其凹面相通，如圖7所示和圖8所示。
熱腔氣缸9和冷卻器12上部冷腔氣缸23對(duì)接、密封圈20密封對(duì)接口，并由數(shù)個(gè)螺栓 24緊固；冷卻器12下部冷腔氣缸19和能量輸出系統(tǒng)的箱體22氣密密封對(duì)接，并由數(shù)個(gè) 螺栓25緊固，如圖2所示。
套管3和導(dǎo)流管7構(gòu)成一個(gè)伸縮管，其伸縮長(zhǎng)度大于配氣活塞5的行程；導(dǎo)流管7在 套管3中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)流管7和套管3之間形成相對(duì)的密封。設(shè)置在配氣活塞5內(nèi) 的回?zé)崞?縮小了總的無(wú)益容積，并且同步跟隨配氣活塞5運(yùn)動(dòng)。配氣活塞桿18穿過(guò)冷 卻器12上的配氣活塞桿導(dǎo)向管12a和動(dòng)力活塞21上的配氣活塞桿導(dǎo)向孔21a，并可在配 氣活塞桿導(dǎo)向管12a和動(dòng)力活塞21上的配氣活塞桿導(dǎo)向孔21a中滑動(dòng)。上部冷腔氣缸23 的深度加上熱腔氣缸9的深度大于配氣活塞筒體5a的長(zhǎng)度加上配氣活塞5行程的長(zhǎng)度，下 部冷腔氣缸19的深度大于動(dòng)力活塞21行程的長(zhǎng)度加上動(dòng)力活塞21的長(zhǎng)度。靠近熱腔氣 缸9頂部4的下表面為配氣活塞5運(yùn)動(dòng)的上止點(diǎn)，靠近上部冷腔氣缸23底部12d的上表 面為配氣活塞5運(yùn)動(dòng)的下止點(diǎn)，靠近下部冷腔氣缸19頂部12e的下表面為動(dòng)力活塞21運(yùn) 動(dòng)的上止點(diǎn)。
部分氣體工質(zhì)在套管3、導(dǎo)流管7的引導(dǎo)下，跟隨配氣活塞5的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在熱腔氣 缸9、管2、套管3、導(dǎo)流管7、回?zé)崞?中作往復(fù)流動(dòng)；另一部分氣體工質(zhì)跟隨配氣活塞 5、動(dòng)力活塞21的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在回?zé)崞?、配氣活塞筒體底部5b上的通孔11、上部冷腔氣 缸23、冷卻管17、下部冷腔氣缸19中作往復(fù)流動(dòng)。這里的氣體工質(zhì)可選用氫氣、氦氣、 氮?dú)獾葰怏w。冷卻水從冷卻水進(jìn)口 14進(jìn)入冷卻器12、經(jīng)過(guò)冷卻管17的外表面，吸收壓縮 熱后由冷卻水出口 16排出。 具體實(shí)施方案二 在圖9所示實(shí)施例中
套管3內(nèi)設(shè)置一根和套管3同心的內(nèi)管27，內(nèi)管27的一端氣密連接在套管3和管2的 內(nèi)接合面上，內(nèi)管27的另一端和熱腔氣缸9頂部4的底面齊平。內(nèi)管27的壁厚為0.2 1 毫米、內(nèi)徑約等于管2的內(nèi)徑、外徑小于導(dǎo)流管7內(nèi)徑0.2毫米左右。導(dǎo)流管7插在套管 3和內(nèi)管27之間的管狀空間30內(nèi)，管狀空間30深度大于配氣活塞5行程1 2毫米；導(dǎo) 流管7在管狀空間30內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)流管7內(nèi)壁29與外壁28在某一相同位置上的 氣壓壓差較小，從而減小了氣體工質(zhì)在導(dǎo)流管7內(nèi)壁29與外壁28之間的單向流出量。這 里的單向流動(dòng)量是指氣體工質(zhì)沿著內(nèi)壁29的間隙進(jìn)入，經(jīng)過(guò)外壁28的間隙流出的量或氣 體工質(zhì)沿著外壁28的間隙進(jìn)入，經(jīng)過(guò)內(nèi)壁29的間隙流出的量。 具體實(shí)施方案三 在圖l所示實(shí)施例中
回?zé)崞?在軸向上分割成兩個(gè)或兩個(gè)以上的子回?zé)崞?a、 6b、 6c，子回?zé)崞?a、 6b、 6c之間及設(shè)置隔熱環(huán)墊10而構(gòu)成多級(jí)串聯(lián)回?zé)崞鳌６嗉?jí)串聯(lián)回?zé)崞鳒p小了回?zé)崞?在軸 向上的熱量損失，加大了回?zé)崞?在軸向上的溫度梯度，從而增加了回?zé)崞?的效率。隔 熱環(huán)墊10也可是片狀的篩孔結(jié)構(gòu)，可選用低熱導(dǎo)率的材料制作如陶瓷等。具體實(shí)施方案四-在圖l所示實(shí)施例中
回?zé)崞?設(shè)置在絕熱的管8內(nèi)，并一起安裝在配氣活塞筒體5a內(nèi)。管8減少了回?zé)崞?6在徑向的熱量損失，加大了回?zé)崞?軸向的溫度梯度，從而增加了回?zé)崞?的效率。管
8可選用低熱導(dǎo)率的材料制作如陶瓷等。 具體實(shí)施方案五
在圖IO所示實(shí)施例中-
冷卻管17的管道是多頭螺旋管17b，它由多頭內(nèi)螺旋槽和插入并固定在多頭內(nèi)螺旋槽 螺旋內(nèi)徑上的圓柱體17a構(gòu)成。多頭螺旋管17b的一端17e和上部冷腔氣缸23底部12d 氣密連接、并且和上部冷腔氣缸23相通，多頭螺旋管17b的另一端17d和下部冷腔氣缸 19頂部12e氣密連接、并且和下部冷腔氣缸19相通。多頭螺旋管17b擴(kuò)大了氣體工質(zhì)流 過(guò)的散熱面，增加了冷卻管17的強(qiáng)度。螺旋槽的深度為1 2毫米左右，其寬度0.4 1毫 米左右，螺旋槽間距0.5 1毫米左右，螺距等于螺旋槽頭數(shù)乘以螺旋槽寬度和螺旋槽間距。 圓柱體17a的二端，可用鉚接方法固定在冷卻管17的多頭內(nèi)螺旋槽螺旋內(nèi)徑上。 具體實(shí)施方案六 在圖IO所示實(shí)施例中
冷卻管17的外園周上，分布有相距一定間距的、多層平行的槽17f，凸出部分構(gòu)成冷 卻管17的散熱片17c。散熱片17c擴(kuò)大了冷卻管17的散熱面積、增加了冷卻管17的徑向 強(qiáng)度。
本發(fā)明所述配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施例僅是示例性的，但本發(fā)明并不限于此。在 本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)，做出的改變和修正都將落入本發(fā)明的范圍。
說(shuō)明書(shū)摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。它的回?zé)崞?置于配氣活塞筒體5a內(nèi)并 跟隨配氣活塞5 —起運(yùn)動(dòng)，冷卻管17管組把冷腔氣缸分隔為上部冷腔氣缸23和下部冷腔 氣缸19。配氣活塞桿18穿過(guò)冷卻器12上的配氣活塞桿導(dǎo)向管12a和動(dòng)力活塞21上的配 氣活塞桿導(dǎo)向孔21a，并可在配氣活塞桿導(dǎo)向管12a和動(dòng)力活塞21上的配氣活塞桿導(dǎo)向孔 21a中滑動(dòng)。上述機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)減少了配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的體積、重量和制造成 本，提高了配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和壽命。配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可使用固態(tài)、 液態(tài)、氣態(tài)燃料和可再生的生物質(zhì)燃料以及太陽(yáng)能等熱源，具有燃料和熱源來(lái)源范圍廣、 熱效率高和環(huán)境友好型的特點(diǎn)。它將在未來(lái)的社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，它包括加熱管(1)、熱腔氣缸(9)、配氣活塞(5)、回?zé)崞?6)、冷腔氣缸(23)及(19)、冷卻器(12)，其特征在于——加熱管(1)由管(2)和套管(3)構(gòu)成，多根相同的加熱管(1)組成加熱器管組(說(shuō)明書(shū)中再說(shuō)明)；管(2)和套管(3)的一端氣密聯(lián)通，套管(3)另一端垂直地氣密連接在小于熱腔氣缸(9)缸徑截面所對(duì)映的熱腔氣缸(9)外的頂部(4)上、并且和熱腔氣缸(9)內(nèi)相聯(lián)通，管(2)另一端垂直地氣密連接在小于熱腔氣缸(9)缸徑截面所對(duì)映的熱腔氣缸(9)外的頂部(4)上、并且和熱腔氣缸(9)內(nèi)相聯(lián)通；套管(3)內(nèi)徑等于導(dǎo)流管(7)外徑加上套管(3)與導(dǎo)流管(7)之間的徑向間隙的和、其長(zhǎng)度大于導(dǎo)流管(7)長(zhǎng)度減去熱腔氣缸(9)頂部(4)厚度之差、其外徑等于套管(3)內(nèi)徑加上二倍套管(3)壁厚的和；——配氣活塞(5)由導(dǎo)流管(7)、回?zé)崞?6)、配氣活塞筒體(5a)、配氣活塞桿(18)構(gòu)成；導(dǎo)流管(7)的軸心線和套管(3)的軸心延長(zhǎng)線重合，導(dǎo)流管(7)的一端垂直地氣密連接在配氣活塞筒體(5a)的頂部(5c)上、并且和配氣活塞(5)內(nèi)聯(lián)通；導(dǎo)流管(7)內(nèi)徑略大于管(2)內(nèi)徑、其壁厚為0.2～1毫米、其長(zhǎng)度大于配氣活塞(5)行程加上熱腔氣缸(9)頂部(4)厚度之和；導(dǎo)流管(7)的另一端插入套管(3)內(nèi)，它們之間的徑向間隙為0.1毫米左右；在小于配氣活塞筒體(5a)內(nèi)徑、大于配氣活塞桿(18)直徑的配氣活塞筒體(5a)底部(5b)上分布有通孔(11)，使配氣活塞(5)通過(guò)底部(5b)上的通孔(11)內(nèi)外相通；回?zé)崞?6)安裝在配氣活塞筒體(5a)內(nèi)、其軸心線和配氣活塞筒體(5a)的軸心線重合；——冷卻器(12)由上部冷腔氣缸(23)、中部的配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)和冷卻管(17)的管組、第一片冷卻水密封瓦(13)及其上的冷卻水進(jìn)口(14)、第二片冷卻水密封瓦(15)及其上的冷卻水出口(16)、下部冷腔氣缸(19)構(gòu)成；上部冷腔氣缸(23)底部(12d)和配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)一端氣密聯(lián)通，配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)另一端和下部冷腔氣缸(19)頂部(12e)氣密聯(lián)通，上部冷腔氣缸(23)和下部冷腔氣缸(19)通過(guò)配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)相通；上部冷腔氣缸(23)的軸心線、下部冷腔氣缸(19)的軸心線和配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)的軸心延長(zhǎng)線重合，上部冷腔氣缸(23)和配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)及下部冷腔氣缸(19)聯(lián)接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)；多根相同的冷卻管(17)均勻地分布在，大于配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)外直徑、小于上部冷腔氣缸(23)缸徑的底部(12d)和大于配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)外直徑、小于下部冷腔氣缸(19)缸徑的頂部(12e)之間的空間內(nèi)；冷卻管(17)之間相距一定間距，并且每一根冷卻管(17)和配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)的軸心線相互水平平行；冷卻管(17)一端穿過(guò)上部冷腔氣缸(23)的底部(12d)和上部冷腔氣缸(23)氣密聯(lián)通、冷卻管(17)的管口不超過(guò)上部冷腔氣缸(23)底部(12d)的上表面，冷卻管(17)另外一端穿過(guò)下部冷腔氣缸(19)頂部(12e)和下部冷腔氣缸(19)氣密聯(lián)通、冷卻管(17)的管口不超過(guò)下部冷腔氣缸(19)頂部(12e)的下表面，上部冷腔氣缸(23)和下部冷腔氣缸(19)通過(guò)冷卻管(17)相通；上部冷腔氣缸(23)底部(12d)上設(shè)置一個(gè)臺(tái)階(12b)、下部冷腔氣缸(19)頂部(12e)上設(shè)置一個(gè)臺(tái)階(12c)，第一片冷卻水密封瓦(13)和第二片冷卻水密封瓦(15)的凹面相對(duì)地合在上部冷腔氣缸(23)及下部冷腔氣缸(19)的臺(tái)階(12b)及(12c)上，并水密密封其接合面；冷卻水進(jìn)口(14)設(shè)置在第一片冷卻水密封瓦(13)的凸面上，并和其凹面相通；冷卻水出口(16)設(shè)置在第二片冷卻水密封瓦(15)的凸面上，并和其凹面相通；——熱腔氣缸(9)和冷卻器(12)上部冷腔氣缸(23)對(duì)接、密封圈(20)密封對(duì)接口，并由數(shù)個(gè)螺栓(24)緊固；冷卻器(12)下部冷腔氣缸(19)和能量輸出系統(tǒng)的箱體(22)氣密密封對(duì)接，并由數(shù)個(gè)螺栓(25)緊固；——套管(3)和導(dǎo)流管(7)構(gòu)成一個(gè)伸縮管，其伸縮長(zhǎng)度大于配氣活塞(5)的行程；導(dǎo)流管(7)在套管(3)中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)流管(7)和套管(3)之間形成相對(duì)的密封；設(shè)置在配氣活塞(5)內(nèi)的回?zé)崞?6)縮小了總的無(wú)益容積，并且同步跟隨配氣活塞(5)運(yùn)動(dòng)；配氣活塞桿(18)穿過(guò)冷卻器(12)上的配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)和動(dòng)力活塞(21)上的配氣活塞桿導(dǎo)向孔(21a)，并可在配氣活塞桿導(dǎo)向管(12a)和動(dòng)力活塞(21)上的配氣活塞桿導(dǎo)向孔(21a)中滑動(dòng)；上部冷腔氣缸(23)的深度加上熱腔氣缸(9)的深度大于配氣活塞筒體(5a)的長(zhǎng)度加上配氣活塞(5)行程的長(zhǎng)度，下部冷腔氣缸(19)的深度大于動(dòng)力活塞(21)行程的長(zhǎng)度加上動(dòng)力活塞(21)的長(zhǎng)度；——部分氣體工質(zhì)在套管(3)、導(dǎo)流管(7)的引導(dǎo)下，跟隨配氣活塞(5)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在熱腔氣缸(9)、管(2)、套管(3)、導(dǎo)流管(7)、回?zé)崞?6)中作往復(fù)流動(dòng)；另一部分氣體工質(zhì)跟隨配氣活塞(5)、動(dòng)力活塞(21)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在回?zé)崞?6)、配氣活塞筒體底部(5b)上的通孔(11)、上部冷腔氣缸(23)、冷卻管(17)、下部冷腔氣缸(19)中作往復(fù)流動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述套管(3)內(nèi)設(shè)置一 根和套管(3)同心的內(nèi)管(27)，內(nèi)管(27)的一端氣密連接在套管(3)和管(2)的內(nèi) 接合面上，內(nèi)管(27)的另一端和熱腔氣缸(9)頂部(4)的底面齊平；內(nèi)管(27)的壁 厚為0.2 1毫米、內(nèi)徑約等于管(2)的內(nèi)徑、外徑小于導(dǎo)流管(7)內(nèi)徑0,2毫米左右； 導(dǎo)流管(7)插在套管(3)和內(nèi)管(27)之間的管狀空間(30)內(nèi)，管狀空間(30)深度 大于配氣活塞(5)行程(1 2毫米)；導(dǎo)流管(7)在管狀空間(30)內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)， 導(dǎo)流管(7)內(nèi)壁(29)與外壁(28)在某一相同位置上的氣壓壓差較小，從而減小了氣 體工質(zhì)在導(dǎo)流管(7)內(nèi)壁(29)與外壁(28)之間的單向流出量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述回?zé)崞?6)在 軸向上分割成兩個(gè)或兩個(gè)以上的子回?zé)崞?6a)、 (6b)、 (6c)，子回?zé)崞?6a)、 (6b)、 (6c) 之間及設(shè)置隔熱環(huán)墊(10)而構(gòu)成多級(jí)串聯(lián)回?zé)崞鳌?br> 4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述回?zé)崞?6)設(shè) 置在絕熱的管(8)內(nèi)，并一起安裝在配氣活塞筒體(5a)內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于所述冷卻管(17)的 管道是多頭螺旋管(17b)，它由多頭內(nèi)螺旋槽和插入并固定在多頭內(nèi)螺旋槽螺旋內(nèi)徑上的 圓柱體(17a)構(gòu)成；多頭螺旋管(17b)的一端(17e)和上部冷腔氣缸(23)底部(12d) 氣密連接、并且和上部冷腔氣缸(23)相通，多頭螺旋管(17b)的另一端(17d)和下部 冷腔氣缸(19)頂部(12e)氣密連接、并且和下部冷腔氣缸(19)相通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于在所述冷卻管(17)的外 園周上，分布有相距一定間距的、多層平行的槽(17f)，凸出部分構(gòu)成冷卻管(17)的散 熱片(17c)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。它的回?zé)崞?置于配氣活塞筒體5a內(nèi)并跟隨配氣活塞5一起運(yùn)動(dòng)，冷卻管17管組把冷腔氣缸分隔為上部冷腔氣缸23和下部冷腔氣缸19。配氣活塞桿18穿過(guò)冷卻器12上的配氣活塞桿導(dǎo)向管12a和動(dòng)力活塞21上的配氣活塞桿導(dǎo)向孔21a，并可在配氣活塞桿導(dǎo)向管12a和動(dòng)力活塞21上的配氣活塞桿導(dǎo)向孔21a中滑動(dòng)。上述機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)減少了配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的體積、重量和制造成本，提高了配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和壽命。配氣活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可使用固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)燃料和可再生的生物質(zhì)燃料以及太陽(yáng)能等熱源，具有燃料和熱源來(lái)源范圍廣、熱效率高和環(huán)境友好型的特點(diǎn)。它將在未來(lái)的社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。
文檔編號(hào)F02G1/057GK101280737SQ200810058389
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者白坤生 申請(qǐng)人:白坤生