專利名稱：一種手溫供能的熱動力裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種熱動力裝置，特別涉及一種以體溫熱能為動力的熱動力裝
置。
背景技術：
目前，市場上的微型動力裝置有電動裝置、聲控裝置、磁動裝置，這些裝置都需要電池提供動力。所謂聲控和磁動，是靠聲音和磁性進行控制，動力還是來源于電池，電池對環(huán)境有污染。市場上雖然有采用斯特林發(fā)動機原理設計的無污染的熱動力裝置，但其工作溫度都比較高，比如用酒精燈、熱水或者非聚焦的太陽熱能供熱。專利CN2926522Y的實用新型專利《熱動力裝置》就采用熱管給加熱板供熱，結構較復雜、成本高、供熱溫度較高，不易于給玩具或演示裝置提供熱動力。WWW, ebay, com提供的美國產(chǎn)品” New Brand LowTemperate Stirling Engine Education Toy”啟動溫差為20°C,也不便于給玩具提供動力。

實用新型內容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有的熱動力裝置對環(huán)境污染的缺點，并降低供熱溫度使之便于用于玩具或演示裝置，提供一種借助于手溫使斯特林發(fā)動機原理應用于低溫差熱動力裝置。本實用新型基于斯特林機原理設計，依據(jù)斯特林機原理運行，其組成結構如下本實用新型包括加熱板、冷卻板、配氣活塞、配氣活塞缸、動力活塞、動力活塞缸、主軸、飛輪、連桿等部件。所述的加熱板I和冷卻板3均為圓形平板。所述的加熱板、冷卻板，以及配氣活塞缸和動力活塞缸組成一個圓柱體形的封閉腔體，此腔體以配氣活塞分為兩個腔室，配氣活塞的上方是壓縮腔，配氣活塞的下方為膨脹腔。加熱板位于腔體的下方，冷卻板位于腔體的上方，配氣活塞缸夾在加熱板和冷卻板中間。在冷卻板上裝有動力活塞缸、配氣活塞導座和支架，配氣活塞導座位于圓形的冷卻板的中心位置，由此冷卻板的中心向外圓依次布置有機架和動力活塞缸。配氣活塞桿通過配氣活塞導座伸出，并用配氣活塞連桿下端鉤住。主軸通過軸襯裝在機架上方，飛輪通過輪轂裝在主軸上。主軸靠動力活塞缸側裝有偏心輪，而另一側裝有輪轂。動力活塞連桿將動力活塞與該側的偏心輪連接，配氣活塞連桿連接配氣活塞桿與輪轂的偏心軸。安裝時調整偏心輪的位置，使動力活塞超前配氣活塞90°。本實用新型的配氣活塞缸外徑與加熱板和冷卻板外徑相同。本實用新型的回熱器采用雙重結構第一，配氣活塞兼做回熱器，采用泡沫塑料與鋁毛形成的三明治結構，達到質輕、透氣和熱容量高的效果。也可采用繞制的鋁箔嵌于泡沫塑料制成的骨架中間；配氣活塞采用輕質、透氣、熱容量高的材料制作。第二，同時采用一種固定回熱器結構，即在配氣活塞缸內襯上鋁環(huán)，當氣體通過時實現(xiàn)回熱，鋁環(huán)可由鋁箔繞制。[0008]本實用新型由加熱板、冷卻板和回熱器產(chǎn)生動力。本實用新型采用刀口軸襯，用來代替主軸軸承。本實用新型采用鋁絲作為配氣活塞連桿，以便降低自身能耗。本實用新型熱動力裝置的工作過程如下當本實用新型裝置放在手上，加熱板從手心獲得熱量使工作腔空氣加熱膨脹，推動動力活塞上行。與此同時配氣活塞下行，使全部氣體都被加熱，進一步提高了腔內壓力，使動力活塞達到上止點；這時配氣活塞上行，使腔內氣體被冷卻，腔內壓力降低，使動力活塞立即下行；隨著配氣活塞繼續(xù)上行，腔內壓力進一步下降，使動力活塞達到達下止點，完成一個循環(huán)。如此周而復始，由熱能轉換成機械能。本實用新型具有以下優(yōu)點I、增加了加熱板和冷卻板的面積與前述美國產(chǎn)品比較，它的加熱板和冷卻板與配氣活塞缸的裝配是采用螺栓夾緊的辦法，這有兩個問題第一減小了加熱和冷卻面積；第二在加熱板和冷卻板之間形成了熱短路，降低了熱機的效率。本實用新型將汽缸缸徑擴·大至與加熱板和冷卻板外徑相同，氣缸內徑作相應擴大，三者以雙面不干膠或硅膠粘接和密封。就本實施例而言，加熱面積和冷卻面積各提高22. 8%。2、提高了回熱器的效率本實用新型采用雙重回熱器。第一，本實用新型中的配氣活塞起到回熱器的作用，當配氣活塞上行時，冷卻氣體通過配氣活塞，吸收一部分回熱器的蓄熱，進入加熱腔。同等受熱的條件下，提高了加熱腔的溫度當配氣活塞下行時，熱氣體通過配氣活塞，將一部分熱量存入回熱器中，進入冷卻腔。同等冷卻的條件下，降低了冷卻腔的溫度T2。根據(jù)卡諾熱機的效率公式n= (T1-T2VT1,改進的回熱器可以提高熱機的效率。由于配氣活塞要求質輕，而回熱器要求透氣和熱容量高。本實用新型采用泡沫塑料與鋁毛形成的三明治結構或者采用繞制的鋁箔嵌于泡沫塑料制成的骨架中間，達到質輕、透氣和熱容量高的效果，要求配氣活塞裝配的整體重量小于2. 5克；第二，本實用新型同時采用一種固定回熱器結構，即在配氣活塞缸內襯上總厚度0. 3 0. 5毫米的鋁環(huán)，當氣體通過時實現(xiàn)回熱，鋁環(huán)可由鋁箔繞制。3、減小主軸的轉動摩擦，降低成本目前的模型機都采用滾珠軸承，由于本實用新型供熱量極低，克服不了軸承油的黏度，本實用新型采用刀口軸襯代替主軸軸承，既降低了摩擦，也降低了成本，這是開發(fā)玩具動力裝置所必需的。4、減小配氣活塞連桿的重量由于配氣活塞重量極輕并且靠氣動力學關系運動，配氣活塞連桿并不承受實質性負荷。因此，本實用新型采用￠0.5的鋁絲作為配氣活塞連桿，以便降低自身能耗。本實用新型的有益效果是使斯特林熱動力裝置的運行溫差降到8°C以下，在一般人的手心溫度下可以正常啟動，工作I分鐘后飛輪轉速超過60轉/分，工作5分鐘后轉速上升到120-150轉/分。由于本實用新型結構簡單，依飛輪及曲柄、連桿設計的不同，可以構成不同的玩具或模型。本實用新型的動力借助于斯特林發(fā)動機原理運行，是靠加熱器和冷卻器之間的溫差工作的熱動力裝置。目前這種斯特林原理的熱動力裝置最低的工作溫度是從酒精燈或者從40°C以上的熱水取得的，還沒有借助于手溫能連續(xù)運行的，本實用新型的結構解決了這一不足，使斯特林熱動力裝置的啟動溫差降至8°C以下，且結構簡單，成本降低，可作為一種熱動玩具的動力裝置來開發(fā)。[0019]這種靠人手溫度提供熱量的熱動力裝置是綠色能源裝置，它的能源是取之不盡、用之不竭的。
以下結合附圖
和實施例對本實用新型進一步說明。圖I本實用新型的結構總圖；圖2本實用新型配氣活塞缸的裝配圖；圖3兩種配氣活塞的結構圖；圖4主軸與軸襯裝配圖；圖中1加熱板，2配氣活塞缸，3冷卻板，4配氣活塞，5配氣活塞導座，6.配氣活塞桿，7機架螺釘，8配氣活塞連桿，9配氣偏心軸，10擋圈，11輪轂，12飛輪，13機架，14軸襯，15主軸，16偏心輪，17動力偏心軸，18擋圈，19動力活塞連桿，20動力活塞，21動力活塞缸，22固定回熱器。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本實用新型。如圖I所示，本實用新型包括加熱板I、冷卻板3、配氣活塞4、動力活塞20、配氣活塞缸2、軸襯14、主軸15、飛輪12、配氣活塞連桿8、固定回熱器22等部件。所述的加熱板I和冷卻板3均為圓形，采用導熱性能好的金屬制作。所述的加熱板I、冷卻板3和配氣活塞缸2外徑相同并粘接在一起。動力活塞缸21安裝在冷卻板3上，插入動力活塞20后，動力活塞缸21與加熱板I、冷卻板3、配氣活塞缸2和配氣活塞桿6組成一個圓柱體形的密閉腔體。加熱板I位于所述腔體的下方，冷卻板3位于所述腔體的上方，配氣活塞缸2夾在加熱板I和冷卻板3中間。配氣活塞缸2采用絕熱性能好的材料制作，本實用新型采用塑料。在冷卻板3上還裝有配氣活塞導座5和機架13，配氣活塞導座5位于圓形的冷卻板3的中心位置，由此冷卻板3的中心向外圓依次布置有機架13和動力活塞缸21。配氣活塞4置于配氣活塞缸2內，配氣活塞桿6的下端旋入配氣活塞4的中心孔并與配氣活塞4上下表面垂直。配氣活塞桿6的上端伸出配氣活塞導座5，配氣活塞連桿8下端鉤住配氣活塞桿6。配氣活塞采用輕質、透氣、熱容量高的材料制作。在配氣活塞缸2內側襯有固定回熱器22，固定回熱器22由鋁箔纏繞而成，固定回熱器22與加熱板I和冷卻板3之間留有I 2mm的間距。主軸15通過軸襯14裝在機架13的上方，飛輪12通過輪轂11安裝在主軸15上。本實用新型以軸襯代替軸承。主軸15靠近動力活塞缸21的一端裝有偏心輪16，主軸15的另一端裝有輪轂11。動力活塞連桿19連接動力活塞20與所述的偏心輪16。配氣活塞連桿8連接配氣活塞桿6與輪轂的配氣偏心軸9。配氣活塞4與動力活塞20依氣動力學關系而運動，因此對配氣活塞連桿8的強度沒有要求，本實用新型選用鋁絲。安裝主軸15時注意調整偏心輪16的位置，使動力活塞20超前配氣活塞90°。本實用新型的配氣活塞缸2的外徑與加熱板I和冷卻板3的外徑相等。本實用新型的回熱器采用雙重結構第一，配氣活塞4兼做回熱器，采用泡沫聚苯乙烯與鋁毛形成的三明治結構或者采用繞制的鋁箔嵌于泡沫塑料制成的骨架中間，達到質輕、透氣和熱容量高的效果；第二，采用一種固定回熱器22，即在配氣活塞缸2內襯上鋁環(huán)，它由鋁箔纏繞而成，當氣體通過時實現(xiàn)回熱。本實用新型采用刀口軸襯14代替主軸軸承。本實用新型采用輕質金屬絲作為配氣活塞連桿8，以便降低自身能耗。采用不同形狀的本實用新型的飛輪可以制出不同的模型或玩具。如可采用風機葉輪代替飛輪12，制作出熱動風機模型。眾所周知，目前的風力發(fā)電機的演示模型是靠光電池供電的。所述的風機模型放在手心上，借助于手心溫度就可在正常環(huán)境下運行，達到方便、安全、節(jié)能的效果。如圖2所示，加熱板I和冷卻板3與配氣活塞缸2用密封膠粘接在一起。這樣，不僅省去了金屬螺栓和“0”型密封圈，消除了加熱板I與冷卻板3之間的熱短路，而且擴大了加熱面和冷卻面。同時擴大了配氣活塞4和固定回熱器22的容積，強化了回熱功能，提高了整機效率。經(jīng)計算，整機效率可提高15%左右。 圖3所示為配氣活塞4的回熱器的結構。如圖3所示有兩種方案在圖3a中，采用三明治結構，上下為輕質、透氣的泡沫聚苯乙烯板材4-1，中間夾有金屬毛或絲制成的金屬圓餅4-2 ;在圖3b中，由泡沫塑料板材制成的骨架4-1中間填充金屬毛或金屬箔卷4-2。本實用新型中，零件4-2采用鋁材。無論哪種結構制成的配氣活塞4，其重量均應小于2. 5克。配氣活塞4的新型回熱器使本動力裝置的熱效率提高25%。圖4給出了主軸15支撐的結構，即以軸襯14代替通常采用的軸承，降低成本。如圖4所示，將軸襯14的一側制成刀口狀，以便減小摩擦損失。主軸15中間具有凸臺，以便對軸的水平向限位。
權利要求1.一種手溫供能的熱動カ裝置，依據(jù)斯特林機原理運行，由加熱板(I)、冷卻板(3)和回熱器產(chǎn)生動力，其特征是所述的熱動カ裝置包括加熱板(I)、冷卻板(3)、配氣活塞(4)、動カ活塞(20)、配氣活塞缸(2)、軸襯(14)、主軸(15)、配氣活塞連桿(8)和固定回熱器(22);所述的加熱板(I)和冷卻板(3)為圓形；在冷卻板(3)上裝有配氣活塞導座(5)和機架(13);配氣活塞導座(5)位于冷卻板(3)的中心位置；所述的動力活塞缸(21)安裝在冷卻板(3)上，動カ活塞缸(21)內插入動カ活塞(20);動カ活塞缸(21)與加熱板(I )、冷卻板(3)、配氣活塞缸(2)和配氣活塞桿(6)組成圓柱體形的密閉腔體；所述的加熱板(I)位于所述腔體的下方，所述的冷卻板(3)位于所述腔體的上方，所述的配氣活塞缸(2)位于加熱板(I)和冷卻板(3)之間；配氣活塞(4)置于配氣活塞缸(2)內，配氣活塞桿(6)的下端旋入配氣活塞(4)的中心孔并與配氣活塞(4)的上下表面垂直；配氣活塞桿(6)伸出配氣活塞導座(5)，配氣活塞連桿(8)的下端鉤住配氣活塞桿(6);配氣活塞缸(2)的內側襯有固定回熱器(22);主軸(15)通過軸襯(14)裝在機架(13)上，飛輪(12)通過輪轂(11)安裝在主軸(15)上；主軸(15)靠近動力活塞缸(21)的一端裝有偏心輪(16)，主軸(15)的另一端裝有輪轂(11);動カ活塞連桿(19)連接動カ活塞(20)與所述的偏心輪(16)。
2.根據(jù)權利要求I所述的熱動カ裝置，其特征是所述的固定回熱器(22)由鋁箔繞制，固定回熱器(22)與加熱板(I)和冷卻板(3)之間留有I 2mm的間距。
3.根據(jù)權利要求I所述的熱動カ裝置，其特征是所述的配氣活塞連桿(8)采用輕質金屬絲制成；配氣活塞缸(2)采用絕熱材料制作；配氣活塞(4)采用輕質、透氣和熱容量高的材料制作。
4.根據(jù)權利要求I所述的熱動カ裝置，其特征是所述的軸襯(14)的一側制成刀ロ狀；主軸(15)中間具有凸臺。
專利摘要一種手溫供能的熱動力裝置，它依據(jù)斯特林原理運行，由加熱板、冷卻板和回熱器產(chǎn)生動力。加熱板與冷卻板位于配氣活塞缸的兩端。配氣活塞同時起回熱器的作用，另有固定式回熱器輔助。本實用新型以軸襯代替軸承，主軸在軸襯上旋轉。配氣活塞桿以輕質金屬絲制成。本實用新型提高了熱效率，降低了損耗，從而使啟動溫差降到8℃以下，在人手心上即可運行。
文檔編號F02G1/055GK202578939SQ20122012987
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權日2012年3月30日
發(fā)明者呂芳, 陳振斌, 張嘉, 王潔璐 申請人:中國科學院電工研究所