專利名稱：一種斯特林發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型自由活塞斯特林發(fā)動機，屬于熱氣機利用領域。
背景技術：
斯特林發(fā)動機(Stirling Engine),是一種外部加熱的閉式循環(huán)活塞式發(fā)動機。在這類機器中，工質(一般為氫氣、氦氣或空氣)被封閉在循環(huán)回路中，通過氣缸容積的變比控制工質在閉式循環(huán)回路中的流動方向；在較低的溫度和壓力下壓縮工質，在較高的溫度和壓力下膨脹，從而獲得正的循環(huán)功。其熱力過程是按斯特林循環(huán)進行的。自由活塞式斯特林發(fā)動機是斯特林發(fā)動機的一個重要分支，是一種靠活塞往復運動實現熱力循環(huán)的動力裝置。這種運動是由于氣體力以及部件間氣體力和動力的相互作用產生的。如圖5所示,現有的自由活塞式斯特林發(fā)動機包括動力活塞33、配氣活塞34、氣缸35、配氣活塞桿36、動力活 塞桿32、板簧30、31等，其中配氣活塞桿36長距離滑動穿過動力活塞33和動力活塞桿32，配氣活塞桿36依靠動力活塞33和動力活塞桿32的內孔導向進行往復運動，而動力活塞33和動力活塞桿32稍微出現加工誤差或裝配誤差，就會影響配氣活塞桿36的運動，容易卡死；而且動力活塞33和動力活塞桿32的內孔容易漏氣，影響發(fā)動機效率。所以這種斯特林發(fā)動機結構復雜，加工困難。傳統(tǒng)的自由活塞斯特林發(fā)動機采用氣體彈簧作為活塞的恢復力，但這氣體彈簧作用的活塞因沒有任何機械固定會產生飄移，使配氣活塞和動力活塞靠在一起或分別靠在兩端，從而失去動力。為克服這個問題，荷蘭的斯特林公司等采用了許多復雜的控制方法。Infinia公司采用板簧代替氣體彈簧的自由活塞式斯特林發(fā)動機的技術已較為成熟，第一臺原理樣機在2007年10月份開始試驗。Microgen公司以Sunpower公司IkW帶板簧自由活塞式斯特林發(fā)動機的技術為基礎，開發(fā)出微型家用熱電聯(lián)供系統(tǒng)(MCHP)。然而，這些傳統(tǒng)以氣體彈簧的自由活塞式斯特林發(fā)動機控制、結構復雜；采用配氣活塞桿穿過動力活塞的結構會降低壓縮腔內的密封性，且安裝復雜；Infinia公司為代表的板簧自由活塞式斯特林發(fā)動機板簧系統(tǒng)安裝復雜，活塞易側擺，無益容積大等；傳統(tǒng)絲網回熱器加工容易脫焊、傳熱系數不高等。這些問題都降低了自由活塞斯特林發(fā)動機的效率，增加了結構的復雜性。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、控制簡單的斯特林發(fā)動機。實現上述目的的技術方案是:一種斯特林發(fā)動機，包括動力活塞氣缸基座、氣缸、配氣活塞、加熱頭、回熱器和冷卻器，還包括兩個動力活塞、兩個直線發(fā)電機、第一板簧和第二板簧，所述回熱器是整體發(fā)泡金屬多孔介質回熱器，所述氣缸包括內氣缸和外氣缸，外氣缸套在內氣缸之外，內氣缸的前端開口與外氣缸的前端內腔空間貫通，內氣缸和外氣缸尾端均與動力活塞氣缸基座固定連接，所述加熱頭、整體發(fā)泡金屬多孔介質回熱器和冷卻器從氣缸前部到尾部依次安裝在內氣缸和外氣缸夾層之間，所述配氣活塞插在內氣缸中，且與內氣缸滑動配合，配氣活塞前端、內氣缸前端與外氣缸前端內壁之間形成膨脹腔，配氣活塞尾端具有配氣活塞桿，配氣活塞桿與第一板簧中部固定，第一板簧端部固定在動力活塞氣缸基座上，所述動力活塞氣缸基座與內氣缸、外氣缸及配氣活塞尾端之間構成壓縮腔，所述動力活塞氣缸基座內具有兩個動力氣缸缸孔，兩個動力氣缸缸孔前端均與壓縮腔相通，所述兩個動力氣缸缸孔內相應滑動配合有動力活塞，動力活塞尾端均具有各自的連桿，所述兩個直線發(fā)電機的動子與相應的動力活塞的連桿裝連，直線發(fā)電機的定子與動力活塞氣缸基座固定，動力活塞的連桿均與聯(lián)結軸相連接，聯(lián)結軸的軸身與第二板簧中部固定，第二板簧端部固定在動力活塞氣缸基座上。所述兩個動力活塞的連桿尾部連接有橫桿，聯(lián)結軸一端連接到橫桿上，另一端通過第一氣體軸承滑動支撐在動力活塞氣缸基座上，兩個動力活塞的連桿的桿身分別通過相應的第二氣體軸承滑動支撐在動力活塞氣缸基座上。所述配氣活塞的配氣活塞桿的前后端分別與活塞氣缸基座上相應的軸承滑動配合。所述內氣缸具有連接耳，連接耳與動力活塞氣缸基座固定，外氣缸具有法蘭，法蘭與動力活塞氣缸基座的法蘭以螺栓連接。采用上述技術方案后，由于采用整體發(fā)泡金屬多孔介質回熱器，高溫工作介質通過時，將熱能傳遞給多孔介質，溫度降低；而當低溫工作介質通過時，將吸收多孔介質中的熱能，升高溫度，克服了傳統(tǒng)的絲網回熱器加工容易脫焊、傳熱系數不高等問題；由于配氣活塞桿與兩個動力活塞的連桿、聯(lián)結軸不連接，因此配氣活塞和動力活塞的運動不相互影響，因此結構簡單，便于裝配；由于采用兩個動力活塞帶動兩個直線發(fā)電機及第二板簧，因此，動力活塞動作平穩(wěn)，動力活塞密封性好，克服了傳統(tǒng)自由活塞式斯特林發(fā)動機的氣體彈簧控制復雜、結構復雜等問題以及Infinia公司為代表的板簧系統(tǒng)安裝復雜，容積大等缺點；本實用新型不僅加工簡單，成本低，效率高，而且具有自啟動，不需要任何控制部件等優(yōu)點。
以下結合附圖給出的實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。


圖1是本實用新型的斯特林發(fā)動機的結構示意圖；圖2是
圖1的A-A剖視圖；圖3是
圖1在膨脹腔23膨脹時的狀態(tài)圖；圖4是
圖1在膨脹腔23壓縮時的狀態(tài)圖；圖5是現有的自由活塞式斯特林發(fā)動機的結構示意圖。
具體實施方式
如圖5所示，現有的自由活塞式斯特林發(fā)動機包括動力活塞33、配氣活塞34、氣缸35、配氣活塞桿36、動力活塞桿32、板簧30、31等，其中配氣活塞桿36長距離滑動穿過動力活塞33和動力活塞桿32，配氣活塞桿36依靠動力活塞33和動力活塞桿32的內孔導向進行往復運動，而動力活塞33和動力活塞桿32稍微出現加工誤差或裝配誤差，就會影響配氣活塞桿36的運動，容易卡死；而且動力活塞33和動力活塞桿32的內孔容易漏氣，影響發(fā)動機效率。如
圖1、2、3、4所示，本實用新型的斯特林發(fā)動機，包括動力活塞氣缸基座20、氣缸15、配氣活塞1、加熱頭14、回熱器和冷卻器13，還包括兩個動力活塞3、12、兩個直線發(fā)電機
5、11、第一板簧4和第二板簧7，所述回熱器是整體發(fā)泡金屬多孔介質回熱器2，所述氣缸15包括內氣缸16和外氣缸17，外氣缸17套在內氣缸16之外，內氣缸16的前端開口與外氣缸17的前端內腔空間貫通，內氣缸16和外氣缸17尾端均與動力活塞氣缸基座20固定連接，所述加熱頭14、整體發(fā)泡金屬多孔介質回熱器2和冷卻器13從氣缸15前部到尾部依次安裝在內氣缸16和外氣缸17夾層之間，所述配氣活塞I插在內氣缸16中，且與內氣缸16滑動配合，配氣活塞I前端、內氣缸16前端與外氣缸17前端內壁之間形成膨脹腔23，配氣活塞I尾端具有配氣活塞桿24,配氣活塞桿24與第一板簧4中部固定,第一板簧4端部固定在動力活塞氣缸基座20上，所述動力活塞氣缸基座20與內氣缸16、外氣缸17及配氣活塞I尾端之間構成壓縮腔22，所述動力活塞氣缸基座20內具有兩個動力氣缸缸孔25、26，兩個動力氣缸缸孔25、26前端均與壓縮腔22相通，所述兩個動力氣缸缸孔25、26內相應滑動配合有動力活塞3、12，動力活塞3、12尾端均具有各自的連桿(6、IO，所述兩個直線發(fā)電機5、11的動子與相應的動力活塞3、12的連桿6、10裝連，直線發(fā)電機5、11的定子與動力活塞氣缸基座20固定，動力活塞3、12的連桿6、10均與聯(lián)結軸8相連接，聯(lián)結軸8的軸身與第二板簧7中部固定，第二板簧7端部固定在動力活塞氣缸基座20上。所述整體發(fā)泡金 屬多孔介質回熱器一般采用不銹鋼、鎳或其他耐高溫金屬材料制成的多孔介質。如
圖1所示，為了使兩個動力活塞動作協(xié)調，并且使連桿和聯(lián)結軸移動平穩(wěn)，所述兩個動力活塞3、12的連桿6、10尾部連接有橫桿9，聯(lián)結軸8 一端連接到橫桿9上，另一端通過第一氣體軸承27滑動支撐在動力活塞氣缸基座20上，兩個動力活塞3、12的連桿6、10的桿身分別通過相應的第二氣體軸承28滑動支撐在動力活塞氣缸基座20上。如
圖1所示，為了使配氣活塞桿移動平穩(wěn)，所述配氣活塞I的配氣活塞桿24的前后端分別與活塞氣缸基座20上相應的軸承29滑動配合。如
圖1、2所示，為了便于安裝，所述內氣缸16具有連接耳18，連接耳18與動力活塞氣缸基座20固定，外氣缸17具有法蘭19，法蘭19與動力活塞氣缸基座20的法蘭21以螺栓連接。如
圖1、3、4所示，本實用新型工作原理如下，當氣體在加熱頭14內受熱在膨脹腔23內膨脹，驅動配氣活塞I向后移動，壓縮腔22內的氣體受到壓縮。配氣活塞I運動到底后，在第一板簧4的慣性作用下使配氣活塞桿24及配氣活塞I向加熱頭14方向運動到膨脹腔23端部。這樣,配氣活塞I在氣缸15內往復運動,使工作氣體在內氣缸16和外氣缸17夾層之間及氣缸15內來回加熱和膨脹、冷卻和壓縮。由于配氣活塞I與兩個動力活塞3、
12之間有壓縮腔22，因此，壓縮腔22內的氣體驅動動力兩個動力活塞3、12向左運動。當兩個動力活塞3、12運動到最左端后，由第二板簧7的慣性使其往回向壓縮腔22方向運動。當兩個動力活塞3、12運動到其行程的最右端時，受壓縮腔22內氣體作用，又向左運動。兩個動力活塞3、12與配氣活塞I的相位角差大約在60度左右。動力活塞3、12的往復運動，驅動連桿6、10上的動子(如:永久磁鐵)在定子中往復運動，產生電能。
權利要求1.一種斯特林發(fā)動機，包括動力活塞氣缸基座(20)、氣缸(15)、配氣活塞(I)、加熱頭(14)、回熱器和冷卻器(13)，其特征在于: a、還包括兩個動力活塞(3、12)、兩個直線發(fā)電機(5、11)、第一板簧(4)和第二板簧(7)， b、所述回熱器是整體發(fā)泡金屬多孔介質回熱器(2)， C、所述氣缸(15)包括內氣缸(16)和外氣缸(17)，外氣缸(17)套在內氣缸(16)之外，內氣缸(16)的前端開口與外氣缸(17)的前端內腔空間貫通，內氣缸(16)和外氣缸(17)尾端均與動力活塞氣缸基座(20)固定連接， d、所述加熱頭(14)、整體發(fā)泡金屬多孔介質回熱器(2)和冷卻器(13)從氣缸(15)前部到尾部依次安裝在內氣缸(16)和外氣缸(17)夾層之間， e、所述配氣活塞(I )插在內氣缸(16)中，且與內氣缸(16)滑動配合，配氣活塞(I)前端、內氣缸(16)前端與外氣缸(17)前端內壁之間形成膨脹腔(23)，配氣活塞(I)尾端具有配氣活塞桿(24),配氣活塞桿(24)與第一板簧(4)中部固定,第一板簧(4)端部固定在動力活塞氣缸基座(20)上， f、所述動力活塞氣缸基座(20)與內氣缸(16)、外氣缸(17)及配氣活塞(I)尾端之間構成壓縮腔(22)， g、所述動力活塞氣缸基座(20)內具有兩個動力氣缸缸孔(25、26)，兩個動力氣缸缸孔(25、26)前端均與壓縮腔(22)相通， h、所述兩個動力氣缸缸孔(25、26)內相應滑動配合有動力活塞(3、12)，動力活塞(3、12)尾端均具有各自的連桿(6、10)， 1、所述兩個直線發(fā)電機(5、11)的動子與相應的動力活塞(3、12)的連桿(6、10)裝連，直線發(fā)電機(5、11)的定子與動力活塞氣缸基座(20)固定，動力活塞(3、12)的連桿(6、10)均與聯(lián)結軸(8)相連接，聯(lián)結軸(8)的軸身與第二板簧(7)中部固定，第二板簧(7)端部固定在動力活塞氣缸基座(20)上。
2.根據權利要求1所述的斯特林發(fā)動機，其特在特征在于:所述兩個動力活塞(3、12)的連桿(6、10 )尾部連接有橫桿(9 )，聯(lián)結軸(8 ) —端連接到橫桿(9 )上，另一端通過第一氣體軸承(27 )滑動支撐在動力活塞氣缸基座(20 )上，兩個動力活塞(3、12 )的連桿(6、10 )的桿身分別通過相應的第二氣體軸承(28)滑動支撐在動力活塞氣缸基座(20)上。
3.根據權利要求1所述的斯特林發(fā)動機，其特在特征在于:所述配氣活塞(I)的配氣活塞桿(24)的前后端分別與活塞氣缸基座(20)上相應的軸承(29)滑動配合。
4.根據權利要求1所述的斯特林發(fā)動機，其特在特征在于:所述內氣缸(16)具有連接耳(18)，連接耳(18)與動力活塞氣缸基座(20)固定，外氣缸(17)具有法蘭(19)，法蘭(19)與動力活塞氣缸基座(20)的法蘭(21)以螺栓連接。
專利摘要本實用新型公開了一種斯特林發(fā)動機，包括動力活塞氣缸基座、氣缸、配氣活塞、加熱頭、整體發(fā)泡金屬多孔介質回熱器、冷卻器、兩個動力活塞、兩個直線發(fā)電機、第一板簧和第二板簧，氣缸包括內氣缸和外氣缸，內氣缸和外氣缸尾端均與動力活塞氣缸基座固定連接，加熱頭、多孔介質回熱器和冷卻器從氣缸前部到尾部依次安裝在內氣缸和外氣缸夾層之間，配氣活塞插在內氣缸中，外氣缸前部有膨脹腔，配氣活塞桿與第一板簧固定，動力活塞氣缸基座與配氣活塞尾端之間具有壓縮腔，動力活塞的連桿與直線發(fā)電機的動子裝連，連桿與聯(lián)結軸相連，聯(lián)結軸的軸身與第二板簧固定。本實用新型結構簡單、控制簡單。
文檔編號F02G1/057GK203114450SQ201220662580
公開日2013年8月7日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權日2012年12月5日
發(fā)明者黃護林, 孫忠偉 申請人:黃護林, 孫忠偉