一种自由活塞斯特林发动机制造技术

本实用新型专利技术涉及发动机技术领域，尤其涉及一种自由活塞斯特林发动机。该自由活塞斯特林发动机包括两个对置设置的斯特林机构，两个斯特林机构之间设有热源，各斯特林机构均包括壳体和热管式加热器，两个斯特林机构之间连接有连通管道，连通管道分别连通两个膨胀腔，或连通管道分别连通两个压缩腔，或连通管道分别连通两个背腔，热管式加热器包括加热器本体和多个热管，各热管的冷凝端对应设置于各热管嵌入孔内部，各热管的蒸发端分别穿过壳体与热源相连。本实用新型专利技术所述的自由活塞斯特林发动机，结构紧凑，减小了发动机的振动，各斯特林机构均采用热管式加热器来实现热量的传输，有效减小了能量传输中的热量损耗，提高了发动机的工作效率。

A free piston Stirling engine

【技术实现步骤摘要】
一种自由活塞斯特林发动机
本技术涉及发动机
，尤其涉及一种自由活塞斯特林发动机。
技术介绍
自由活塞斯特林发动机是一种外部加热的闭式循环活塞式发动机，具有结构简单、效率高、寿命长等优点。加热器作为自由活塞斯特林发动机的关键部件，对发动机性能具有重要的影响。传统的加热器具体结构形式多种多样，其中以翅片式加热器和管壳式加热器应用比较广泛。对于翅片式加热器而言，加热器内部的工质通常为气体，加热器外侧的传热工质通常为载热流体。载热流体在热源中吸收热量，然后在换热器中将热量传递给待加热气体。由于翅片式加热器采用线切割方式加工，不仅加工成本高，并且随着尺寸的增大，翅片高度增加，导热温差将增大。对于管壳式加热器而言，工作气流在加热器内部的圆管内流动，载热流体在圆管外侧流动，由于载热流体与每根圆管都接触，因此每根圆管的外壁温度比较接近，不同圆管内的气体不会出现较大的温度差异。但是这种结构形式存在如下问题：由于交变流动换热跟气体的热穿透深度息息相关，为了保证较好的换热，各圆管之间需要进行非常紧密的排列。但是在实际加工过程中发现，即使各圆管之间非常紧密的排列，换热器的流通面积比也比较小，并且随着加热器的增大，圆管数量将达到数千以上，可靠性非常低。由此可知，传统的加热器利用载热流体加热气体过程中，存在能量传输复杂、能量传输中热量损耗大、载热流体对加热器的造成腐蚀等问题。而且，对于单个斯特林发动机而言，由于发动机内活塞的高频运动、气体的交变流动以及压力脉动，会造成整个装置具有较大的振动，进而影响发动机性能。r>
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术的目的是提供一种自由活塞斯特林发动机，解决现有发动机中的加热器存在的能量传输复杂、能量传输中热量损耗大的问题，以及单个斯特林发动机在工作时容易出现较大振动的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供了一种自由活塞斯特林发动机，包括两个对置设置的斯特林机构，在两个所述斯特林机构之间设有热源；各所述斯特林机构均包括壳体以及分别设置在所述壳体中的膨胀腔、压缩腔、背腔和热管式加热器，所述热管式加热器设置于所述膨胀腔中；两个所述斯特林机构之间连接有连通管道，所述连通管道分别连通两个所述膨胀腔，或所述连通管道分别连通两个所述压缩腔，或所述连通管道分别连通两个所述背腔；所述热管式加热器包括加热器本体以及多个热管，所述加热器本体的第一端面设有与所述热管一一对应的多个热管嵌入孔，在各所述热管嵌入孔之间交错布置有多个气体流道，各所述气体流道沿所述加热器本体的第一端面向第二端面贯通设置，各所述气体流道分别与所述膨胀腔相连通；所述热管包括蒸发端和冷凝端，各所述热管的冷凝端对应设置于各所述热管嵌入孔内部，各所述热管的蒸发端分别穿过所述壳体与所述热源相连。具体地，在所述加热器本体的中部设有第一中心通孔，所述第一中心通孔沿所述加热器本体的第一端面向第二端面贯通设置。具体地，各所述热管嵌入孔沿所述第一中心通孔的周向呈环形布置。具体地，各所述气体流道沿所述第一中心通孔的周向呈环形布置。具体地，各所述气体流道中分别设有换热翅片。进一步地，所述壳体中还设有回热器和冷却器，所述热管式加热器、回热器和冷却器依次连接。进一步地，所述回热器的中部设有第二中心通孔，所述冷却器的中部设有第三中心通孔；所述壳体中还设有排出器，所述排出器依次穿设在所述第一中心通孔、第二中心通孔和第三中心通孔中。进一步地，所述壳体靠近所述热源的一端为加热端，所述壳体远离所述热源的一端为冷却端；所述热管式加热器位于所述壳体的加热端。进一步地，所述壳体中还设有动力活塞，所述动力活塞位于所述壳体的冷却端。(三)有益效果本技术的上述技术方案具有如下优点：本技术提供的自由活塞斯特林发动机，采用两个对置设置的斯特林机构，不仅能够减小发动机的振动，而且使得结构更加紧凑，同时两个斯特林机构均采用热管式加热器来实现热量的传输，有效提高了发动机的工作效率。本技术提供的自由活塞斯特林发动机，将热源置于两个斯特林机构之间，使得各热管式加热器中的热管能够呈直线布置，无需设置成弯折结构，从而降低了热管的加工难度，进而降低了制造成本。本技术提供的自由活塞斯特林发动机，热管式加热器在工作过程中，热管的蒸发端受热时，热管中的液体工质迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向热管的冷凝端，冷凝端再通过热传导将热量传递给加热器本体。由于加热器本体上设有多个气体流道，气体工质在气体流道内的往复运动实现气体在气体流道中的对流，从而将热量从加热器本体上传递给气体工质。相比于传统的换热器，本技术所采用的热管式加热器，不需要载热流体来作为传热介质，不仅使加热过程更加简单，而且有效减小了能量传输中热量损耗，提高了加热器的加热效率，同时解决了载热流体对换热器的腐蚀问题，增加了换热器的寿命，进而提高了发动机的工作性能。附图说明图1是本技术实施例自由活塞斯特林发动机的结构示意图；图2是本技术实施例自由活塞斯特林发动机中斯特林机构的示意图；图3是本技术实施例自由活塞斯特林发动机中热管式加热器的结构示意图；图4是本技术实施例自由活塞斯特林发动机中加热器本体的结构示意图。图中：1：加热器本体；101：热管嵌入孔；102：气体流道；103：第一中心通孔；2：热管；201：蒸发端；202：冷凝端；3：壳体；301：加热端；302：冷却端；4：热管式加热器；5：回热器；6：冷却器；7：膨胀腔；8：动力活塞；9：排出器；10：热源；11：第一斯特林机构；12：第二斯特林机构；13：支撑架；14：连通管道；15：压缩腔；16：背腔。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1-4所示，本技术实施例提供一种自由活塞斯特林发动机，包括两个对置设置的斯特林机构，两个斯特林机构分别为第一斯特林机构11和第二斯特林机构12，在第一斯特林机构11与第二斯特林机构12之间设有热源10。各所述斯特林机构均包括壳体3以及分别设置在所述壳体3中的膨胀腔7、压缩腔15、背腔16和热管式加热器4，其中所述热管式加热器4设置于所述膨胀腔7中。所述第一斯特林机构11与所述第二斯特林机构12之间连接有连通管道14。其中所述连通管道14分别连通两个所述膨胀腔7，或所述连通管道14分别连通两个所述压缩腔15，或所述连通管道14分别连通两个所述背腔16。在本实施例中，所述连通管道14分别连通两个所述膨胀腔7。通过设置所述连通管道14，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自由活塞斯特林发动机，其特征在于：包括两个对置设置的斯特林机构，在两个所述斯特林机构之间设有热源；/n各所述斯特林机构均包括壳体以及分别设置在所述壳体中的膨胀腔、压缩腔、背腔和热管式加热器，所述热管式加热器设置于所述膨胀腔中；/n两个所述斯特林机构之间连接有连通管道，所述连通管道分别连通两个所述膨胀腔，或所述连通管道分别连通两个所述压缩腔，或所述连通管道分别连通两个所述背腔；/n所述热管式加热器包括加热器本体以及多个热管，所述加热器本体的第一端面设有与所述热管一一对应的多个热管嵌入孔，在各所述热管嵌入孔之间交错布置有多个气体流道，各所述气体流道沿所述加热器本体的第一端面向第二端面贯通设置，各所述气体流道分别与所述膨胀腔相连通；所述热管包括蒸发端和冷凝端，各所述热管的冷凝端对应设置于各所述热管嵌入孔内部，各所述热管的蒸发端分别穿过所述壳体与所述热源相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种自由活塞斯特林发动机，其特征在于：包括两个对置设置的斯特林机构，在两个所述斯特林机构之间设有热源；
各所述斯特林机构均包括壳体以及分别设置在所述壳体中的膨胀腔、压缩腔、背腔和热管式加热器，所述热管式加热器设置于所述膨胀腔中；
两个所述斯特林机构之间连接有连通管道，所述连通管道分别连通两个所述膨胀腔，或所述连通管道分别连通两个所述压缩腔，或所述连通管道分别连通两个所述背腔；
所述热管式加热器包括加热器本体以及多个热管，所述加热器本体的第一端面设有与所述热管一一对应的多个热管嵌入孔，在各所述热管嵌入孔之间交错布置有多个气体流道，各所述气体流道沿所述加热器本体的第一端面向第二端面贯通设置，各所述气体流道分别与所述膨胀腔相连通；所述热管包括蒸发端和冷凝端，各所述热管的冷凝端对应设置于各所述热管嵌入孔内部，各所述热管的蒸发端分别穿过所述壳体与所述热源相连。


2.根据权利要求1所述的自由活塞斯特林发动机，其特征在于：在所述加热器本体的中部设有第一中心通孔，所述第一中心通孔沿所述加热器本体的第一端面向第二端面贯通设置。


3.根据权利要求2所述的自由活塞斯特林发动机，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡剑英，罗二仓，刘贤贤，陈燕燕，张丽敏，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11