用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置，冷卻器下底板和發動機氣缸外壁圍成的一個圓柱形空心通孔腔體，空心通孔腔體內充滿導熱油，從冷卻器圓筒壁外周面向空心通孔腔體內插有水平方向均勻間隔分布，豎直方向均勻排布的熱管管組。該裝置實現發動機壓縮熱由“冷卻管束、氣缸圓筒外壁→導熱油→熱管、冷卻器圓筒壁、冷卻器下底板→外界環境”的主動散熱過程。它解決了循環冷卻水系統的額外能耗問題，避免了冷卻水的流失浪費，提高了斯特林發動機發電的經濟效益；熱管冷卻裝置只包括熱管、導熱油、冷卻器殼體，沒有機械運動部件，使結構得到顯著簡化，體積明顯變小，噪音基本消失，并且能夠充分發揮小型斯特林發動機的靈活特性。
【專利說明】用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于斯特林發動機冷卻器的熱管冷卻裝置，尤其是能進行主動散熱的冷卻裝置。
【背景技術】
[0002]目前，傳統的斯特林發動機冷卻器通常采用給水泵提供循環水，風機以強制對流的方式對循環冷卻水箱進行換熱。
[0003]當循環冷卻水系統為封閉式時，循環水在給水泵的作用下壓力升高，對斯特林發動機冷卻系統的密封提出了高的要求，增加了制造難度同時，對設備材料也做出了承壓方面的限定；當循環冷卻水系統為開放式時，風機強制對流換熱不可避免地會造成循環水的流失浪費，而且水量減少到一定程度，需要增添補水系統，使循環冷卻水系統更加復雜。
[0004]斯特林發動機作為發電設備，而循環冷卻水系統中的給水泵與風機都是耗能設備，這就降低了斯特林發動機的發電效率，影響了斯特林發動機的運行經濟性。
[0005]循環冷卻水系統結構包括給水泵、風機、循環水箱、散熱翅片和連接管道，系統結構復雜，且各個設備的成本高昂，不利于斯特林發動機在實際應用中的廣泛推廣；循環冷卻水系統設備所占的體積與部分斯特林發動機機型的整機體積相仿，大大地降低了空間利用率，嚴重地影響了小型斯特林發動機發揮靈活的特性。
[0006]循環冷卻水系統中，當給水泵和風機出現緊急故障亦或是失去電力供應時，會導致斯特林發動機的冷卻器冷卻效果惡化，輕則影響效率與功率，重則損壞斯特林發動機主機設備，造成重大損失。
[0007]小型斯特林發動機旨在作為無電、缺電的偏遠地區使用，而循環冷卻水方法在這些地區應用受到限制。現用新型熱管冷卻裝置對斯特林發動機的冷卻器進行主動式冷卻，不需要額外電力供應，多根熱管的配合使用，保證了冷卻效果并使發動機運行穩定。
【發明內容】
[0008]為了克服現有斯特林發動機循環冷卻水系統存在的諸多弊端，本實用新型提出了一種用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置，該冷卻裝置不需要額外能耗，而且結構簡單、成本低廉，熱管和導熱油的組合使用，可以保證發動機冷卻器的冷卻效果。
[0009]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案為：一種用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置，包括冷卻器上蓋板、冷卻器圓筒壁、冷卻器下底板和發動機氣缸外壁圍成的一個圓柱形空心通孔腔體，其特點是：空心通孔腔體內充滿導熱油，從冷卻器圓筒壁外周面向空心通孔腔體內插有水平方向均勻間隔分布，豎直方向均勻排布的熱管管組。
[0010]熱管管組包括上部熱管管組和下部熱管管組，上部熱管管組中熱管長度小于下部熱管管組的長度。
[0011]冷卻器上蓋板上通過回熱器連接冷卻管束，冷卻管束插在空心通孔腔體內，并沿圓周均勻排布 。[0012]上部熱管管組與冷卻管束之間在水平方向的間距和下部熱管管組與氣缸壁之間在水平方向的間距相等。
[0013]冷卻管束分三層圓筒形布置，層與層之間的間距相等，同一層中的相鄰冷卻管束之間的間距相等。
[0014]本實用新型的有益效果在于：解決了循環冷卻水系統的額外能耗問題，避免了冷卻水的流失浪費，提高了斯特林發動機發電的經濟效益；新型熱管冷卻裝置只包括熱管、導熱油、冷卻器殼體，沒有機械運動部件，使結構得到顯著簡化，體積明顯變小，噪音基本消失，并且能夠充分發揮小型斯特林發動機的靈活特性；對于無電、缺電的偏遠地區來說，不需要額外電力供應的新型熱管裝置具有更加廣闊的推廣價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖I是本實用新型的結構示意圖；
[0016]圖2是圖I的俯視圖；
[0017]圖3是圖I的仰視圖；
[0018]圖4是本實用新型的殼體整體外觀示意圖；
[0019]圖5是本實用新型的殼體側視圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖與實施例對本實用`新型作進一步說明。
[0021]如圖I至圖5所示，本實用新型的用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置，包括上部熱管管組I、下部熱管管組2、發動機氣缸外壁3、冷卻器圓筒壁4、冷卻管束5、冷卻器上蓋板6、冷卻器下底板7、導熱油8、動力活塞9、配氣活塞10、回熱器11，空心通孔腔體12。
[0022]冷卻器下底板7和發動機氣缸外壁3圍成的一個圓柱形空心通孔腔體12。空心通孔腔體12內充滿導熱油8，從冷卻器圓筒壁4外周面向空心通孔腔體12內插有水平方向均勻間隔分布，豎直方向均勻排布的熱管管組。
[0023]熱管管組包括上部熱管管組I和下部熱管管組2，上部熱管管組I中熱管長度小于下部熱管管組2的長度。
[0024]冷卻器上蓋板6上通過回熱器11連接冷卻管束5，冷卻管束5插在空心通孔腔體12內，并沿圓周均勻排布。
[0025]上部熱管管組I與冷卻管束5之間在水平方向的間距和下部熱管管組2與氣缸壁3之間在水平方向的間距相等。
[0026]冷卻管束5分三層圓筒形布置，層與層之間的間距相等，同一層中的相鄰冷卻管束5之間的間距相等。
[0027]冷卻器圓筒壁4上，豎直方向均勻分層、水平方向間隔均勻、層與層之間順排布置多孔樣式，數根熱管穿過孔隙插入空心通孔腔體，熱管管組在空心通孔腔體12內部分與導熱油8接觸，熱管管組在空心通孔腔體12外部分置于外界環境中；發動機動力活塞9壓縮工質的壓縮熱通過氣缸壁和冷卻管束5散到空心通孔腔體內12的導熱油8中，導熱油8均勻吸熱升溫后，通過兩種渠道進行散熱：一種是熱量被上部熱管管組I與下部熱管管組2的蒸發段吸收，再通過上部熱管管組I與下部熱管管組2的冷凝段散到環境中去；另一種是通過金屬材質的冷卻器圓筒壁和冷卻器下底板7散到環境中去。最終實現壓縮熱由“冷卻管束5、發動機氣缸外壁3 —導熱油8 —熱管、冷卻器圓筒壁4、冷卻器下底板6 —外界環境”的主動散熱過程。
[0028]如圖I所示，導熱油8是一種熱量的傳遞介質，具有加熱均勻、傳熱效果好、輸送和操作方便等優點，導熱油8在常壓下工作，提高了系統和設備的可靠性；上部熱管管組I和下部熱管管組2是極高導熱性能的傳熱元件，通過在全封閉真空管內的工作液的蒸發與凝結來傳遞熱量，具有傳熱效率高、流體阻力損失小、管結構緊湊等優點。
[0029]如圖2、3所示，上部熱管管組I和下部熱管管組2穿過冷卻器圓筒壁4的表面孔隙水平插入導熱油8中，上部熱管管組I相對下部熱管管組2短一些，上部熱管管組I和冷卻管束5的間距與下部熱管管組2和氣缸壁3的間距相等；冷卻管束5分三層圓筒形布置，層與層之間插排設計且層層間距相等，同一層管束的管與管間距也是相等的。
[0030]如圖4、5所示，上部熱管管組I和下部熱管管組2沿冷卻器圓筒壁4分層布置，層與層之間順排設計且層層間距相等，同一層熱管管組的管與管間距也是相等的。
[0031]斯特林發動機動力活塞壓縮工質的壓縮熱通過氣缸壁3和冷卻管束5散到空心通孔腔體12內，在空心通孔腔體12中的導熱油8均勻地吸收熱量，本實用新型熱管冷卻裝置采用兩種方式對導熱油8進行散熱，一種是冷卻器圓筒壁4使用易導熱的金屬材質，且冷卻器圓筒壁4設計半徑很大，則導熱油8與冷卻器圓筒壁4有很大的接觸表面積，加強了換熱量；另一種是導熱油8熱量被上部熱管管組I與下部熱管管組2的蒸發段吸收，熱管蒸發段真空腔內工作液由液態變氣態的相變過程，然后工作液蒸氣到達上部熱管管組I與下部熱管管組2的冷凝段迅速凝結成液體，把熱量散到環境中去，最后工作液再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段，如此進行循環散熱。
[0032]為了保證斯特`林發動機高的功率和效率，斯特林發動機工作循環中，動力活塞壓縮工質過程應趨于等溫過程，這就要求壓縮熱能夠及時快速的傳遞出去，本實用新型熱管冷卻裝置能勝任此項任務，并相比循環冷卻水系統有以下明顯的優勢：
[0033](I)導熱油8在常壓的加熱系統中免去了安裝管道，節省了設備投資，且導熱油8不容易造成冷卻器殼體的腐蝕和結垢；導熱油適用溫度范圍寬，最低使用溫度_80°C，最高使用溫度為350°C，不受循環水系統的水凝固結冰的限制。
[0034](2)上部熱管管組I和下部熱管管組2工作性質為管內工作液的相變過程，沒有類似給水泵、風機等運動機械部件，這降低了噪音與振動，提高了發動機的運行穩定性。
[0035](3)新型熱管冷卻裝置與斯特林發動機結為一體，不用單獨組建輔助的循環冷卻水系統，使得冷卻結構簡單、體積減小，空間利用率升高，發動機靈活性加強。
[0036](4)導熱油8與熱管管組1、2工作性質都為自身的物理特性，都不需要額外的耗能，對于無電、缺電的偏遠地區來說，新型熱管冷卻裝置具有更加廣闊的推廣價值。
【權利要求】
1.一種用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置，包括冷卻器上蓋板（6)、冷卻器圓筒壁（4)、冷卻器下底板（7)和發動機氣缸外壁（3)圍成的一個圓柱形空心通孔腔體(12)，其特征在于：所述空心通孔腔體（12)內充滿導熱油（8)，從冷卻器圓筒壁（4)外周面向空心通孔腔體（12)內插有水平方向均勻間隔分布，豎直方向均勻排布的熱管管組。
2.根據權利要求1所述的用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置，其特征在于：所述熱管管組包括上部熱管管組（I)和下部熱管管組（2)，上部熱管管組（I)中熱管長度小于下部熱管管組（2)的長度；所述冷卻器上蓋板（6)上通過回熱器（11)連接冷卻管束(5)，冷卻管束（5)插在空心通孔腔體（12)內，并沿圓周均勻排布。
3.根據權利要求2所述的用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置，其特征在 于：所述上部熱管管組（I)與冷卻管束（5)之間在水平方向的間距和下部熱管管組（2)與氣缸壁（3)之間在水平方向的間距相等。
4.根據權利要求2所述的用于斯特林發動機冷卻器的主動式熱管冷卻裝置，其特征在于：所述冷卻管束（5)分三層圓筒形布置，層與層之間的間距相等，同一層中的相鄰冷卻管束（5)之間的間距相等。
【文檔編號】F01P9/00GK203374354SQ201320273497
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年5月20日 優先權日:2013年5月20日
【發明者】李琦芬, 孫偉東, 宋麗斐, 趙林輝 申請人:上海電力學院