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专利号: 2020100199398
申请人: 北京福典工程技术有限责任公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种斯特林发动机,其特征在于,包括:

曲轴;

膨胀缸,包括第一缸体、设置在第一缸体内的第一活塞、一端铰接于第一活塞且另一端铰接于曲轴的第一连杆、由第一缸体的内壁和第一活塞的一个端面围合出的第一膨胀缸以及由第一活塞的另一端面与第一缸体的内壁围合出的第二膨胀缸;

压缩缸,包括第二缸体、设置在第二缸体内的第二活塞、一端铰接于第二活塞而另一端铰接于曲轴的第二连杆、由第二缸体的内壁和第二活塞的一个端面围合出的第一压缩缸以及由第二活塞的另一端面与第二缸体的内壁围合出的第二压缩缸;

换热器,包括热腔、第一工质腔、第二工质腔以及转动柱体,第一工质腔、第二工质腔分别与热腔至少共用同一个转动柱体的外侧壁作为各自的内壁;

空气冷却器,包括第一冷却通道和第二冷却通道;

其中,第一工质腔的两端分别连通第一膨胀缸和第一冷却通道的一端,第一冷却通道的另一端连通于第一压缩缸;第二工质腔的两端分别连通第二膨胀缸和第二冷却通道的一端,第二冷却通道的另一端连通于第二压缩缸;热腔的一端用于输入加热工质,热腔的另一端用于排出加热工质,在曲轴转动时第一膨胀缸与第一压缩缸能交替地被压缩。

2.根据权利要求1所述的斯特林发动机,其特征在于,膨胀缸前置90°150°,膨胀缸的~第一缸体的容积大于压缩缸的第二缸体的容积的1至3倍。

3.根据权利要求1所述的斯特林发动机,其特征在于,第二膨胀缸所对应的曲轴转角相对于第一膨胀缸所对应的曲轴转角为180 ° ,第二压缩缸所对应的曲轴转角相对于第一压缩缸所对应的曲轴转角为180°。

4.根据权利要求1所述的斯特林发动机,其特征在于,换热器还包括预热腔,预热腔与工质腔至少共用同一个转动柱体的外侧壁作为各自的内壁;

所述斯特林发动机还包括

鼓风压缩机,设置有出风口;以及

送风管,一端连通于鼓风压缩机的出风口、另一端连通于预热腔的一端;以及设置有出气口和进气口的燃烧加热炉,该出气口连通于热腔的一端且用于向所述热腔输送加热工质,该进气口连通于预热腔的另一端。

5.根据权利要求4所述的斯特林发动机,其特征在于,斯特林发动机还包括旁通管、设置在旁通管上的第一阀门以及设置在送风管上的第二阀门;

其中,该旁通管的两端分别连通于燃烧加热炉的进气口和鼓风压缩机的出风口。

6.如权利要求1所述的斯特林发动机,其特征在于,所述转动柱体包括金属筒体、覆盖在所述金属筒体的外侧壁上的隔热层以及覆盖在所述隔热层上的耐热层。

7.如权利要求6所述的斯特林发动机,其特征在于,所述耐热层的表面粗糙。

8.如权利要求1所述的斯特林发动机,其特征在于,所述转动柱体采用耐高温的非金属材料制成。

9.如权利要求8所述的斯特林发动机,其特征在于,该非金属材料为碳化硅或钢玉。

10.如权利要求4或5所述的斯特林发动机,其特征在于,所述转动柱体的外轮廓构造为圆柱形,且能绕自身轴线转动;

所述转动柱体设置有多个,多个所述转动柱体的轴线相互平行,多个所述转动柱体呈矩阵状排列且相邻两个所述转动柱体的外侧壁相互抵接,相互抵接的两个所述转动柱体在转动时相互接触部分的运动方向相同、线速度相等,相互接触的转动柱体间没有滑动摩擦;

所述热腔、第一工质腔、第二工质腔和预热腔在多个所述转动柱体之间交替排列,热腔与第一工质腔、第二工质腔相邻排列,热腔与预热腔对角排列,第一工质腔与第二工质腔对角排列,预热腔与第一工质腔、第二工质腔相邻排列。

11.根据权利要求10所述的斯特林发动机,其特征在于,第一工质腔和第二工质腔内均设置有填充物,填充物的外壁与该填充物所在的工质腔的内壁之间具有间隙。

12.根据权利要求11所述的斯特林发动机,其特征在于,填充物由实心耐高温非金属材料制成。

13.根据权利要求12所述的斯特林发动机,其特征在于,该间隙为环绕填充物的环形间隙。

14.如权利要求11所述的斯特林发动机,其特征在于,所述换热器还包括直筒形且横截面为矩形的外壳、设置在所述外壳上的多个轮架以及设置在所述轮架上且轴线与所述转动柱体的轴线相互平行的滚轮;

每一排所述转动柱体设置在每两个滚轮之间,两个所述滚轮分别抵接于位于最外侧的两个所述转动柱体的外侧壁;每一列所述转动柱体设置在每两个滚轮之间,两个所述滚轮分别抵接于位于最外侧的两个转动柱体的外侧壁。

15.如权利要求14所述的斯特林发动机,其特征在于,所述换热器还包括多个调整器,所述轮架通过所述调整器安装在所述外壳上;

所述调整器用于调整所述滚轮与所述外壳之间的距离。

16.如权利要求15所述的斯特林发动机,其特征在于,所述外壳上设置有多个通孔;

所述调整器包括:

固定在外壳上的安装筒,安装筒的内孔为螺孔;

与该安装筒螺纹配合的螺杆,该螺杆贯穿安装筒和外壳;

手柄,设置在螺杆朝外的一端;

其中,所述轮架设置在所述螺杆朝内的一端。

17.如权利要求14所述的斯特林发动机,其特征在于,换热器还包括设置在所述外壳两端的两个端盖;

转动柱体的两端分别与两个端盖进行带润滑的弹性接触密封连接。

18.如权利要求17所述的斯特林发动机,其特征在于,转动柱体设置成筒形,其内设置有轴向延伸的冷却流道,转动柱体的每一端均设置有一连接块,连接块的顶端设置有向内凹陷的键槽,键槽的底端设置有阶梯孔,阶梯孔的大直径端朝外、小直径端连通于转动柱体的冷却流道;

换热器还包括多个连接器,每个端盖与连接块之间通过连接器连接;

连接器包括:

安装座,包括

第一座体,连接于端盖;

芯轴,从第一座体向背离端盖的方向伸出,以及

第一过孔,与芯轴同轴设置且贯穿安装座;

转动块,包括

第二座体,设置有套装在芯轴上的圆孔;

条形键,从第二座体伸入到所述键槽内且能相对于所述键槽滑动,条形键设置有一端连通第二座体的圆孔的第二过孔,以及限位筒,从条形键伸入到所述阶梯孔的大直径端内且与第二座体同轴的,限位筒的内孔连通于第二过孔的另一端;

弹性件,套装在限位筒上且两端分别与抵接于所述阶梯孔的大直径端的底壁和条形键的顶端;

冷却管,贯穿端盖并依次穿过第一过孔、第二座体的圆孔、限位筒的内孔而伸入到转动柱体内与冷却流道相接通。

19.如权利要求17所述的斯特林发动机,其特征在于,所述换热器还包括驱动机构,所述驱动机构用于驱动转动柱体转动。

20.如权利要求19所述的斯特林发动机,其特征在于,所述驱动机构包括:多个链轮组件,每个链轮组件包括

转轴,贯穿端盖且与转动柱体相连;以及

两个第一链轮,均设置在端盖外侧且均套装在所述转轴上;

多根第一链条,依次将多组链轮组件中的第一链轮连接起来;

电机,固定在所述外壳上;

减速器,其输入轴连接于电机的主轴;

第二链轮,套装于减速器的输出轴;

第二链条,将第二链轮与一个第一链轮连接起来。

21.如权利要求20所述的斯特林发动机,其特征在于,所述链轮组件设置有四个,四个链轮组件中的转轴分别连接于位于四个角上的转动柱体。

22.如权利要求1所述的斯特林发动机,其特征在于,做功工质在第一工质腔和第二工质腔中互为逆流状态。

23.一种斯特林发动机的热交换方法,其特征在于,包括:转动柱体转动以使得转动柱体表面通过辐射换热和强对流换热将加热工质的热量带给做功工质、冷却工质,从而实现加热工质和冷却工质、做功工质之间的换热;让转动柱体表面与加热工质、冷却工质和做功工质密封接触;

使做功工质被两个活塞缸交替地推动而反复地被加热和被冷却以驱动其中一个活塞缸对外做功。

24.根据权利要求23所述的热交换方法,其特征在于,使多个转动柱体的表面相互接触以密封加热工质和冷却工质、做功工质,转动柱体表面的相互接触部分的运动方向相同、线速度相等、相互间无滑动摩擦。

25.根据权利要求23或24所述的热交换方法,其特征在于,转动柱体表面的运动线速度为5-15米/秒。