[发明专利]具有两个双活塞单元的4循环斯特林机器

说明书

背景技术

公知地，双动式斯特林发动机是西门子电机的不同变种。在这些发动机中，4个汽缸彼此接近地设置并且它们中的每一个都具有膨胀和压缩空间。

具体实施方式

本发明描述了一种阿尔法类型的4循环(4CS)斯特林式电动机，该发动机具有两个相互移动使其具有相移的双活塞单元。两个双活塞单元中的每一个都包括两个由活塞连杆3、8相互连接的活塞，以及包括通过齿轮相互机械地连接的活塞连杆延伸部分4、9。

双活塞单元可包括一个膨胀活塞、一个压缩活塞，两个膨胀活塞或两个压缩活塞。

根据图1的循环连接使每个循环都可以执行斯特林电动机处理。在图1中，随着第一双活塞单元向下运动并且尾随者第二双活塞单元的运动，在循环1中发生膨胀，压缩发生在循环2中，等容热量供给出现在循环3中，以及等容热量排除出现在循环4中。因此，曲柄轴的扭力在整个过程都是非常平衡和有效的。

在根据本发明图1所示的结构中，活塞1下方的汽缸空间经由第一加热器-换热器-冷却器(heater-regenerator-cooler)组件连接到活塞7下方的汽缸空间，活塞1上方的气缸空间和活塞7上方的气缸空间经由第二加热器-换热器-冷却器组件连接。另外，活塞6上方的汽缸空间与活塞2下方的汽缸空间经由第三加热器-换热器-冷却器组件连接，活塞6的下方的气缸空间和在活塞2的上方的气缸空间经由第四加热器-换热器-冷却器组件连接。

由于每个双活塞单元中的第一活塞都可以作为第二活塞的引导，因此无需活塞环也存在运行的可能，所述活塞环具有限定的环状间隙。

考虑到各自的温度和压力等级，双活塞单元的双动式活塞可以实现有膜或膜盒，其可以优选地在耐压的外围墙两侧使用。

活塞1、2、6和7的气缸直径尺寸可以相互不同。这样一来，例如膨胀空间可以被设计为比压缩空间大。近一步，通过变化气缸的直径，可以实现系统优化使其同时进行顺时针或逆时针运转(将在下面描述)。

可以应用这样的加热器，其中4个单管盘管(它们相互排列设置或成对地缠绕)被设置在空心的浇铸基体中。燃烧室也可以位于所述的基体中。

为了使得4-CS的细工作气体连接管的换热器矩阵具有均匀的流入，可以在换热器矩阵的前面安装流动体，该流动体在两侧具有低的流动阻抗并且均衡地分配气体，其优选地为球状。

为了允许在各自的气缸中心实现简单的密封交换，这可以通过在活塞连杆3和8上设计活塞环19的方式实现。

循环旁路阀27和28可用于对部分载荷运行中的循环进行闭环控制。

以下是本发明与4循环西门子-斯特林电动机相比较的优点

●齿轮传动装置更简单，机械摩擦更少

●工作气体的混合损失较少

●低的热导损失，特别是在气缸壁的区域

●更紧凑的结构

●相对于压缩空间，膨胀空间存在变化的可能

根据另一种结构，本发明提供了这样一种4循环通用电动机，该电动机具有两个能够相互移动使其具有相移的双活塞单元。其中，2个循环用于准备机械能，另外两个循环用于冷却热源和加热散热器。

为此，图1中的4个工作气体区域减少到两个，具体地是循环1和循环2中的工作气体区域。循环3和4中的、所保留的热量添加工作气体区域不处于加热器中(局部地热隔离)，并被热连接到一个或两个热源。循环3和4的热量排除区域(冷却区域)可以连接到一个或两个散热器。因此，例如可以实现这样的冷却器，其利用循环1和循环2中多余的机械能在另外两个循环中实现冷却过程。当然，作为一种选择，可使用循环3和4提供机械能，循环1和2用于进行冷却。显然，可以使用热泵来代替冷却器。还可以构建这样的一种机器，其例如可使用循环1和2作为热功率过程，循环3作为冷却器而循环4作为热泵。如此一来，考虑到不同的温度等级，循环3和4中热添加的工作气体区域必须是热隔开的。

该机器也可配置为：活塞1上方的汽缸空间与活塞6上方的汽缸空间经由第一加热器-换热器-冷却器组件连接，并且活塞1下方的汽缸空间与活塞6下方的气缸空间经由第二加热器-换热器-冷却器组件连接。另外，活塞2上方的汽缸空间与活塞7上方的汽缸空间可经由第一热源-换热器-散热器组件连接，活塞2下方的汽缸空间与活塞7下方的汽缸空间经由第二热源-换热器-散热器组件连接。