【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及一种转换器，尤其涉及一种斯特林循环(Stirling Cycle)转换器，用于将热能转换为机械能，或用于将机械能转换为热能。
技术介绍
斯特林循环热机和热泵可追溯到1816年，已经有许多不同的结构。这种斯特林循环设备的潜在优点包括高效率和高可靠性。采用斯特林机的困难部分是由于高温材料的成本以及将高压与高温进行互换或者旋转气密的难度。进一步地，与内燃机相比，对于较大的热交换机的需求以及低比功率也阻碍了斯特林机的广泛应用。比功率是指每单位质量、体积或面积的输出功率，低比功率使热机在给定输出功率条件下需要更高的材料成本。最近就开发出了热声热机，其中不能忽略工作气体的惰性，而在斯特林机分析时经常忽略工作气体的惰性。在热声引擎的设计中应当考虑气体的惰性并可以在引擎中限定使用已调谐的谐振器。不幸的是，在合理的运行频率下，过长的声波波长无法实现小型化的引擎，从而导致较低的比功率。然而，热声引擎比传统斯特林机的机构结构简单，不需要滑动或旋转高压密封。所述斯特林机的一种改进方案是膜片引擎，膜片的弯曲部代替了传统斯特林机中的滑动活塞，从而减小了摩擦和磨损。虽然已经提出并制成了许多膜片引擎，但通常的比功率仍然很低(即每单位体积产生的功率较低)。因此还需要改进的热机和热泵，具体是需要改进的膜片热机和热泵。
技术实现思路
本专利技术一方面提供一种斯特林循环转换器装置，用于在热能与机械能之间进行转换。该装置包括壳体；压缩室，设置于所述壳体中，具有至少一个第一接口，用于改变所述压缩室的容积；膨胀室，设置于所述壳体中，具有第二接口用于改变至少所述膨胀室的容积；以及热再生...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.07.10 US 61/213,7601.一种斯特林循环转换器装置，用于在热能和机械能之间进行转换，所述装置包括壳体；压缩室，设置于所述壳体中，具有至少一个第一接口，用于改变所述压缩室的容积；膨胀室，设置于所述壳体中，具有第二接口用于改变至少所述膨胀室的容积；热再生器，与各个所述压缩室及所述膨胀室液体连通，所述热再生器用于交替地从沿第一方向流经所述再生器的气体接收热能，并将所述热能传递给沿第一方向的相反方向流经所述再生器的气体；所述压缩室、所述膨胀室及所述再生器共同限定了用于限制被加压的工作气体的工作容积，每个所述第一接口和所述第二接口设置用于沿转换器轴的方向往复运动，所述往复运动用于在所述膨胀室与所述压缩室之间引起工作气体的周期性交换；其中，所述第一接口及所述第二接口中的至少一个包括弹性膜片；以及圆柱形的管弹簧，连接于所述膜片与所述壳体之间，所述管弹簧设置用于响应由所述膜片施加于所述管弹簧上的力而一般地沿所述转换器轴的方向发生弹性形变，以使所述第一接口及所述第二接口中的至少一个具有期望的自然频率。2.根据权利要求1所述的装置，其中，每个所述第一接口及所述第二接口包括所述弹性膜片。3.根据权利要求1所述的装置，其中，每个所述第一接口及所述第二接口设置用于以至少约250Hz的自然频率往复运动。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述被加压的工作气体的静态压力至少为约 3MPa。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一接口包括所述弹性膜片；所述第二接口包括置换器，设置于所述膨胀室与所述压缩室之间；所述第二接口的往复运动用于改变所述膨胀室及所述压缩室的容积。6.根据权利要求5所述的装置，进一步包括用于装设所述转换器装置的底座，所述底座设置用于使所述装置沿所述转换器轴的方向进行往复互补振动，从而在期望的相位角为所述置换器施加往复运动。7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述膨胀室限定在所述置换器的第一表面与所述壳体的壁之间，所述置换器的所述第一表面包括用于允许所述置换器进行往复运动的弯曲部；所述壁的中央部沿所述转换器轴相对于所述壁的外围部从所述置换器偏移，以适应所述置换器的往复运动。8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述压缩室限定在所述置换器的第二表面与所述膜片之间，所述置换器的所述第二表面包括允许所述置换器进行往复运动的弯曲部；所述膜片的中央部沿所述转换器轴相对于所述膜片的外围部偏移，以适应所述置换器的往复运动。9.根据权利要求5所述的装置，其中，所述置换器包括弯曲部，该弯曲部包括外围部；中央部；以及中间挠曲部，延伸于所述外围部与所述中央部之间，所述挠曲部被设置为在所述置换器的往复运动过程中，所述中间挠曲部发生明显挠曲。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述弯曲部的中间挠曲部在所述中央部附近具有增加的厚度，并且随着远离所述中央部，厚度逐渐变小。11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述外围部、所述中间挠曲部及所述中央部共同限定了所述弯曲部的厚度尺寸，对该厚度尺寸进行选择，以使得所述挠曲具有有效面积， 从而引起所述置换器往复运动的相位与所述第一接口的往复运动相差期望的相位角，由于所述弯曲部在往复运动期间的变形，使所述有效面积小于所述弯曲部的物理面积。12.根据权利要求11所述的装置，其中，对所述弯曲部的厚度尺寸进行选择以使所述弯曲部具有有效面积，在不存在所述装置的往复互补振动时以所述期望的相位角使所述置换器往复运动。13.根据权利要求9所述的装置，其中，所述弯曲部包括第一弯曲部，用于改变所述膨胀室的容积；所述置换器进一步包括第二弯曲部，用于改变所述压缩室的容积，所述第一弯曲部与所述第二弯曲部空间被分离并设置成实现相应的往复运动；所述第二弯曲部包括外围部；中央部；以及中间挠曲部，延伸于所述外围部与所述中央部之间，所述中间挠曲部被设置为在所述往复运动过程中，所述中间挠曲部发生明显挠曲。14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一弯曲部及所述第二弯曲部中至少一个的所述中间挠曲部在所述中央部附近具有增加的厚度，并且随着远离所述中央部，厚度逐渐变小。15.根据权利要求13所述的装置，进一步包括隔热材料，设置于所述第一弯曲部与所述第二弯曲部之间，所述隔热材料用于在所述膨胀室与所述压缩室之间实现隔热。16.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一弯曲部与所述第二弯曲部之间限定了隔热容积，所述隔热容积用于容纳导热性低于所述工作气体的隔热气体。17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述隔热气体包括从氩气、氪气和氙气气体构成的组中选择的气体。18.根据权利要求13所述的装置，其中，所述外围部、所述中间挠曲部及所述中央部共同限定了所述第一弯曲部与所述第二弯曲部各自的厚度尺寸；对所述第一弯曲部与所述第二弯曲部中至少一个的所述厚度尺寸进行选择，以使得所述弯曲部具有有效面积，从而引起所述置换器往复运动的相位与所述第一接口的往复运动相差期望的相位角，由于所述弯曲部在往复运动期间的变形，所述有效面积小于所述第一弯曲部与所述第二弯曲部的物理面积。19.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一弯曲部及所述第二弯曲部中至少一个进一步包括附加弯曲部，至少延伸于所述外围部与所述中央部之间，所述附加弯曲部设置于所述第一弯曲部与所述第二弯曲部之间，用于提高与所述第一弯曲部与所述第二弯曲部中至少一个相关的刚性。20.根据权利要求13所述的装置，进一步包括支撑物，延伸于所述第一弯曲部与所述第二弯曲部之间，所述支撑物用于连接所述第一弯曲部与所述第二弯曲部。21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述支持物包括多个支撑件。22.根据权利要求20所述的装置，其中，所述支撑物包括环形肋。23.根据权利要求20所述的装置，其中，所述支撑物设置于至少一个如下部件之中所述第一弯曲部与所述第二弯曲部的各个所述中央部；以及所述第一弯曲部与所述第二弯曲部的各个所述中间挠曲部。24.根据权利要求13所述的装置，其中，每个所述第一弯曲部及所述第二弯曲部包括能够以无限疲劳寿命运行的材料。25.根据权利要求5所述的装置，进一步包括电-机械转换器，连接所述置换器，所述电-机械转换器用于以下之一将机械能耦合到所述置换器，以在所述膨胀室与所述压缩室之间引起所述工作气体的周期性交换；以及从所述置换器耦合得到机械能，以抑制所述置换器的往复运动。26.根据权利要求1所述的装置，其中，所述管弹簧包括限制所述被加压的工作气体的至少一部分。27.根据权利要求1所述的装置，其中，所述管弹簧设置用于沿所述转换器轴的方向提供足够的刚性，使所述第一接口及所述第二接口中至少一个具有至少为约250Hz的自然频率。28.根据权利要求1所述的装置，其中，所述管弹簧包括外圆柱形壁，具有第一端和第二端，所述第一端连接于所述壳体；以及内圆柱形壁，与所述外圆柱形壁同轴设置，并连接于所述外圆柱形壁的第二端与所述膜片之间。29.根据权利要求1所述的装置，其中，所述工作气体施加于所述膜片的第一表面上； 所述管弹簧连接于所述膜片的第二表面与所述壳体之间，以便在所述膜片的第二表面、所述壳体及所述管弹簧之间限定反弹室，所述反弹室用于限制施加于所述膜片的第二表面上的气体容积。30.根据权利要求1所述的装置，其中，所述管弹簧包括内膛，并进一步包括杆体，与所述膜片机械连接并在所述管弹簧的所述内膛内向外延伸，所述杆体用于将所述转换器连接到所述电-机械转换器。31.根据权利要求1所述的装置，进一步包括应变计，设置于所述管弹簧的壁上，所述应变计设置用于产生时变的应变信号，表示在往复运动过程中，所述管弹簧的所述壁中的瞬时应变，时变的应变与所述膜片的所述往复运动的幅度成比例，且所述时变的应变信号平均值进一步与平均静态的工作气体压力成比例。32.根据权利要求1所述的装置，其中，所述膜片包括能够以无限疲劳寿命运行的材料；所述膜片具有横跨所述膜片的厚度尺寸，对该厚度尺寸进行选择，使整个所述膜片上的应力集中减小到所述材料的疲劳阈值极限以下。33.根据权利要求1所述的装置，其中，所述膜片包括外围部；中央部，其厚度大于所述外围部的厚度；以及过渡部，延伸于所述外围部与所述中央部之间，所述过渡部在所述外围部与所述中央部之间具有一般递增的厚度。34.根据权利要求1所述的装置，其中，所述工作气体施加于所述膜片的第一表面上，并进一步包括反弹室，用于限制施加于所述膜片的第二表面上的被加压的气体容积。35.根据权利要求34所述的装置，其中，所述反弹室的容积被选择为比所述膜片在所述往复运动过程中的排量足够大，以减少所述反弹室中的压力振荡，从而减少所述反弹室中与所述气体容积相关的磁滞损失。36.根据权利要求34所述的装置，还包括平衡导管，用于实现所述膨胀室及所述压缩室中的所述工作气体与所述反弹室中的气体容积之间的气体连通，所述平衡导管的尺寸被设计为允许所述工作气体与所述反弹室中的气体容积之间实现静态压力平衡并且足够窄， 以防止在与所述转换器装置的运行频率相应的时段中发生大量的气体连通。37.根据权利要求1所述的装置，其中，所述膨胀室配置用于从外部源接收热能，以提高所述膨胀室中的所述工作气体的温度，并且其中所述第一接口及所述第二接口中至少一个的所述往复运动交替引起使所述膨胀室中的被升温的...
【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·沃尔特·斯坦纳，布里亚克·梅达尔·德沙尔东，金丸高尾，
申请(专利权)人：埃塔里姆有限公司，
类型：发明
国别省市：
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