一種斯特林發動機的制作方法與工藝

一種斯特林發動機本發明是名稱為：一種基于反復活塞供熱的斯特林發動機、申請日為：2015年07月10日、申請號為：201510400918.X的發明專利的分案申請。技術領域本發明屬于斯特林發動機領域，公開了一種斯特林發動機。

背景技術：
目前斯特林發動機熱端多利用太陽能或者野外使用各種燃料燃燒，冷端一般采用空氣冷卻，往往研究重點在于熱端供熱的整個系統的高效和清潔，較少考慮熱端與冷端的綜合利用。對于斯特林發動機而言，冷端和熱端溫差越大，其發動機的功率和效率就越高，本發明意在綜合考慮熱端和冷端的溫差，設計出清潔的熱端供給系統，同時減低冷端的溫度，提高斯特林發動機的效率和功率，本發明結構簡單，具有很好的使用效果。

技術實現要素：
為解決以上技術缺陷，本發明揭示一種斯特林發動機發明，本發明是采用以下技術方案來實現的。一種斯特林發動機，它包括廢氣處理裝置、換熱器、制冷裝置、壓縮機、傳動軸、渦輪、斯特林熱端加熱腔、斯特林熱端、斯特林冷端制冷腔、斯特林冷端、飛輪、燃氣發生器，其中換熱器增溫一側進口為燃氣和空氣混合氣進口，換熱器增溫一側出口、壓縮機進口、壓縮機出口、燃氣發生器進口、燃氣發生器出口、渦輪進口、渦輪出口、斯特林熱端加熱腔進口、斯特林熱端加熱腔出口、換熱器降溫一側進口、換熱器降溫一側出口、廢氣處理裝置進口等進出口依次通過各自腔體或者導管連接；制冷裝置進口為空氣進口，制冷裝置出口、斯特林冷端制冷腔進口、通過導管連接，斯特林冷端制冷腔出口與空氣相通；斯特林熱端加熱腔安裝在斯特林熱端處，斯特林冷端制冷腔安裝在斯特林冷端處；渦輪固定在傳動軸上，壓縮機和制冷裝置的動力輸入軸與傳動軸連接。斯特林發動機是一種外燃機，熱端需要供熱，冷端需要制冷，兩端的溫度具有一定溫差，即可做功，如上整個循環均圍繞能源的充分利用考慮，燃氣經過渦輪做功，之后在熱端加熱腔中加熱熱端，然后在換熱器中加熱燃油和空氣的混合氣，整個過程充分利用了燃氣發生器輸出的燃氣的壓力和溫度能源，對斯特林發動機整體效率的提高具有重要的作用。作為本技術的進一步改進，上述燃氣發生器包括燃燒室圓柱面、燃燒室平面板、燃燒室蓋板、點火裝置、進出氣結構、活塞、燃燒室凸起導軌、活塞凹槽，其中燃燒室圓柱面、兩個燃燒室蓋板與燃燒室平面板組成燃燒室腔體，活塞安裝于腔體內部，將腔體分成兩個部分；點火裝置，進出氣結構安裝于燃燒室蓋板上，一側蓋板上安裝有兩個進出氣結構和一個點火裝置，活塞通過活塞凹槽與固定于燃燒室圓柱面內部的燃燒室凸起導軌配合滑動。本發明中的燃氣發生器采用反復活塞雙缸雙燃燒腔內燃機作為熱源供給設備，其活塞兩側均有燃燒做功，具有較高的功重比，能夠使整個斯特林發動機系統重量降低。另外，為了提高該內燃機的效率增加了壓縮機，將燃油和空氣混合氣增壓，高壓的進氣能夠提高內燃機的效率。壓縮機的動力源于內燃機燃氣推動渦輪做功，渦輪通過傳動軸帶動壓縮機增壓，這里和常規內燃機渦輪增壓一個原理；經過渦輪降壓的燃氣溫度依然可以加熱斯特林發動機的熱端，因為本發明中使用的反復活塞雙缸燃氣發生器，兩個燃燒腔交替供給燃氣，溫度能夠保證斯特林發動機熱端達到一個較高的溫度。渦輪帶動的傳動軸同時還帶動制冷裝置，將空氣制冷降溫，用來冷卻斯特林發動機的冷端，可以看到反復活塞雙缸燃氣發生器不僅加熱斯特林發動機熱端，而且還驅動制冷設備和驅動壓縮機，這均得益于反復活塞雙缸燃氣發生器的活塞兩側交替燃燒做功提供的較高的功率。作為本技術的進一步改進，所述的進出氣結構包括進出氣控制板、控制板拉桿、進出氣通道，其中進出氣通道安裝在燃燒室蓋板一側，且與燃氣發生器內腔相通，控制板拉桿末端固定有進出氣控制板，進出氣控制板安裝于燃氣發生器的內腔，且控制板拉桿豎直穿過進出氣通道，且穿出進出氣通道頂端與控制桿控制機構連接。控制桿在控制桿控制結構作用下，沿控制桿軸線移動，會使控制板對進出氣孔起到開關作用，這和現在內燃機進出氣控制一個原理，至于控制桿控制機構本發明不做設計，可借鑒內燃機轉軸凸輪控制，或者使用電控控制。作為本技術的進一步改進，所述的活塞包括活塞蓋板、傳熱棒、活塞圓柱面，其中兩個活塞蓋板安裝在活塞圓柱面上下端面上，兩個活塞蓋板和一個活塞圓柱面以及活塞往復運動時所對應的燃燒室平面板區域組成活塞內腔，一定數量的傳熱棒豎直安裝在活塞內腔中。因為活塞兩邊均有燃燒室，所以活塞冷卻是一個關鍵的問題，活塞中增加傳熱棒為了平衡兩個活塞蓋板的溫度，盡量減少活塞的熱損傷。作為本技術的進一步改進，活塞傳熱棒為圓柱體或者橢圓柱體，且并排安裝在活塞內部，圓柱體和橢圓柱體為常規傳熱體形狀，具有一定的工程實用性。同時傳熱棒橫截面可以為各種形狀，以及傳熱棒的布局可以根據傳熱需要設計，不同的燃燒室大小，不同的燃料對活塞的熱沖擊的量是不同的，這里就需要對傳熱棒進行針對的優化設計。作為本技術的進一步改進，燃氣發生器中的燃燒室中熱力循環可以為兩沖程也可以為四沖程循環。相比于傳統的斯特林供熱系統，本發明中供熱和制冷系統使用了單活塞雙缸的發動機，這種發動機因為活塞兩側均有燃燒做功，功重比很大，滿足了制熱和制冷的功率能量要求；本發明中內燃機活塞是封閉在燃燒室中的，是無法提供機械功的，本發明利用該內燃機提供熱燃氣用于斯特林發動機熱端加熱，這是一種對該內燃機結構的非常好利用實例。對于內燃機中的活塞使用了傳熱棒，能夠減少活塞受熱發生的損壞的可能性，使該內燃機具有一定的安全性的優點，渦輪增壓的轉軸連接制冷裝置，提供對空氣的制冷從而冷卻斯特林發動機的冷端，增加了斯特林發動機冷熱端的溫差，提高的斯特林發動機的功率。本設計在綜合考慮斯特林發動機的效率，供熱效率和熱源來源以及重量的各種情況下，設計出功重比較高清潔的熱端供給系統，同時減低了冷端的溫度，提高了斯特林發動機的效率和減低了排放，具有較好的市場前景。附圖說明圖1是斯特林冷熱源提供系統示意圖。圖2是燃氣發生器示意圖。圖3是無平面板的燃氣發生器示意圖。圖4是活塞內部示意圖。圖5是燃氣發生器剖視圖。圖6是燃氣發生器俯視圖。圖7是控制板示意圖。圖8是進出氣通道示意圖。圖9是活塞運動示意圖。圖中標號名稱：1、燃燒室圓柱面，2、燃燒室平面板，3、點火裝置，4、進出氣結構，5、進出氣通道，6、進出氣控制板，7、傳熱棒，8、活塞蓋板，9、活塞，10、燃燒室凸起導軌，11、活塞凹槽，12、控制板控制桿，13、廢氣處理裝置，14、換熱器，15、制冷裝置，16、壓縮機，17、傳動軸，18、渦輪，19、斯特林熱端加熱腔，20、斯特林熱端，21、斯特林冷端制冷腔，22、斯特林冷端，23、飛輪，24、燃氣發生器，25、活塞圓柱面，26、燃燒室蓋板。具體實施方式如圖1所示，一種斯特林發動機，它包括廢氣處理裝置、換熱器、制冷裝置、壓縮機、傳動軸、渦輪、斯特林熱端加熱腔、斯特林熱端、斯特林冷端制冷腔、斯特林冷端、飛輪、燃氣發生器，其中換熱器增溫一側進口為燃氣和空氣混合氣進口，換熱器增溫一側出口、壓縮機進口、壓縮機出口、燃氣發生器進口、燃氣發生器出口、渦輪進口、渦輪出口、斯特林熱端加熱腔進口、斯特林熱端加熱腔出口、換熱器降溫一側進口、換熱器降溫一側出口、廢氣處理裝置進口等進出口依次通過各自腔體或者導管連接；制冷裝置進口為空氣進口，制冷裝置出口、斯特林冷端制冷腔進口、通過導管連接，斯特林冷端制冷腔出口與空氣相通；斯特林熱端加熱腔安裝在斯特林熱端處，斯特林冷端制冷腔安裝在斯特林冷端處；渦輪固定在傳動軸上，壓縮機和制冷裝置的動力輸入軸與傳動軸連接。斯特林發動機是一種外燃機，熱端需要供熱，冷端需要制冷，兩端的溫度具有一定溫差，即可做功，如上整個循環均圍繞能源的充分利用考慮，燃氣經過渦輪做功，之后在熱端加熱腔中加熱熱端，然后在換熱器中加熱燃油和空氣的混合氣，整個過程充分利用了燃氣發生器輸出的燃氣的壓力和溫度能源，對斯特林發動機整體效率的提高具有重要的作用。如圖2、3、5、6所示，上述燃氣發生器包括燃燒室圓柱面、燃燒室平面板、燃燒室蓋板、點火裝置、進出氣結構、活塞、燃燒室凸起導軌、活塞凹槽，其中燃燒室圓柱面、兩個燃燒室蓋板與燃燒室平面板組成燃燒室腔體，活塞安裝于腔體內部，將腔體分成兩個部分；點火裝置，進出氣結構安裝于燃燒室蓋板上，一側蓋板上安裝有兩個進出氣結構和一個點火裝置，活塞通過活塞凹槽與固定于燃燒室圓柱面內部的燃燒室凸起導軌配合滑動。本發明中的燃氣發生器采用反復活塞雙缸雙燃燒腔內燃機作為熱源供給設備，其活塞兩側均有燃燒做功，具有較高的功重比，能夠使整個斯特林發動機系統重量降低。另外，為了提高該內燃機的效率增加了壓縮機，將燃油和空氣混合氣增壓，高壓的進氣能夠提高內燃機的效率。壓縮機的動力源于內燃機燃氣推動渦輪做功，渦輪通過傳動軸帶動壓縮機增壓，這里和常規內燃機渦輪增壓一個原理；經過渦輪降壓的燃氣溫度依然可以加熱斯特林發動機的熱端，因為本發明中使用的反復活塞雙缸燃氣發生器，兩個燃燒腔交替供給燃氣，溫度能夠保證斯特林發動機熱端達到一個較高的溫度。渦輪帶動的傳動軸同時還帶動制冷裝置，將空氣制冷降溫，用來冷卻斯特林發動機的冷端，可以看到反復活塞雙缸燃氣發生器不僅加熱斯特林發動機熱端，而且還驅動制冷設備和驅動壓縮機，這均得益于反復活塞雙缸燃氣發生器的活塞兩側交替燃燒做功提供的較高的功率。如圖7、8所示，所述的進出氣結構包括進出氣控制板、控制板拉桿、進出氣通道，其中進出氣通道安裝在燃燒室蓋板一側，且與燃氣發生器內腔相通，控制板拉桿末端固定有進出氣控制板，進出氣控制板安裝于燃氣發生器的內腔，且控制板拉桿豎直穿過進出氣通道，且穿出進出氣通道頂端與控制桿控制機構連接。控制桿在控制桿控制結構作用下，沿控制桿軸線移動，會使控制板對進出氣孔起到開關作用，這和現在內燃機進出氣控制一個原理，至于控制桿控制機構本發明不做設計，可借鑒內燃機轉軸凸輪控制，或者使用電控控制。如圖4所示，所述的活塞包括活塞蓋板、傳熱棒、活塞圓柱面，其中兩個活塞蓋板安裝在活塞圓柱面上下端面上，兩個活塞蓋板和一個活塞圓柱面以及活塞往復運動時所對應的燃燒室平面板區域組成活塞內腔，一定數量的傳熱棒豎直安裝在活塞內腔中。因為活塞兩邊均有燃燒室，所以活塞冷卻是一個關鍵的問題，活塞中增加傳熱棒為了平衡兩個活塞蓋板的溫度，盡量減少活塞的熱損傷。如圖4所示，活塞傳熱棒為圓柱體或者橢圓柱體，且并排安裝在活塞內部，圓柱體和橢圓柱體為常規傳熱體形狀，具有一定的工程實用性。同時傳熱棒橫截面可以為各種形狀，以及傳熱棒的布局可以根據傳熱需要設計，不同的燃燒室大小，不同的燃料對活塞的熱沖擊的量是不同的，這里就需要對傳熱棒進行針對的優化設計。如圖1、3所示，本發明中供熱和制冷系統使用了單活塞雙缸的發動機，這種發動機因為活塞兩側均有燃燒做功，功重比很大，滿足了制熱和制冷的功率能量要求；本發明中內燃機活塞是封閉在燃燒室中的，是無法提供機械功的，本發明利用該內燃機提供熱燃氣用于斯特林發動機熱端加熱，這是一種對該內燃機結構的非常好利用實例。對于內燃機中的活塞使用了傳熱棒，能夠減少活塞受熱發生的損壞的可能性，使該內燃機具有一定的安全性的優點，渦輪增壓的轉軸連接制冷裝置，提供對空氣的制冷從而冷卻斯特林發動機的冷端，增加了斯特林發動機冷熱端的溫差，提高的斯特林發動機的功率。燃氣發生器中的燃燒室中熱力循環可以為兩沖程也可以為四沖程循環。如圖9所示，以燃燒室中四沖程循環為例說明燃燒室燃氣做功循環，如圖a所示，活塞向右移動，過程中左邊空腔進氣，右邊排氣；如圖b所示，活塞向左移動，過程中左邊燃氣壓縮，右邊進氣；如圖c所示，活塞向右移動，過程中左邊燃氣點火燃燒膨脹做功，右邊燃氣壓縮；如圖d所示，活塞向左移動，左邊排氣，右邊點火燃燒膨脹做功，以四個循環做了燃氣兩次做功。