[发明专利]转换能量的装置和方法

说明书

背景技术

在所谓的自由活塞机械装置中，这种机械组包括一些斯特林发动机和斯特林发电机，活塞通过弹簧元件与不移动的或者固定的环境部件连接。

在这种机械装置中，活塞的中心位置或者平衡位置是弹簧力和压力之间的平衡的结果。

在自由活塞斯特林机械装置中，例如，活塞相对于平均中心位置做振幅为A的周期运动，该平均中心位置可以不同于静态中心位置。在活塞两侧的压力值可以显示出相对于平均压力P_av振幅为ΔP的周期性波动。

在机械装置运行期间，当活塞前方的平均压力和汽缸后方的平均压力之间产生差值时，活塞的平均中心位置将不同于静态中心位置，这种现象也被称为轴向偏移。所述轴向偏移是不期望的。

在过去，已经有了克服这种轴向偏移的方案，设置一个或者多个端孔和/或通道，其在合适的时候打开，以此在机械装置的循环周期内平衡压力差。

发明内容

本发明的目的在于防止偏移，以及防止故障多发部件和高维修部件的使用。

本发明提供一种能量转换的装置，包括设有至少一个室的壳体，在所述室中活塞可自由移动，其中所述活塞能够从中心位置或者平衡位置往复运动，且其中在活塞和室壁之间的间隙具有这样的尺寸，当活塞进一步远离所述中心位置或者平衡位置移动时该尺寸减小。

这种装置适用于热电联产系统中-参见例如PCT/NL01/00399。

附图说明

本发明进一步的优点、特征和细节将参考附图在下面的描述中进行解释，其中：

图1是实施本发明的斯特林机械装置的截面示意图；

图2是本发明第一优选实旋例的截面图；和

图3是本发明另一个优选实施例的截面图。

具体实施方式

在公知的斯特林机械装置中，自由活塞10(图1)通过杆11和弹簧12弹簧安装在固定环境部件E上。自由活塞10能够在室13中往复运动，该室被壳体15的圆筒壁14围住。

在图示的实施例中，自由活塞10具有长度L和直径D，同时相对于静态中心位置的活塞冲程分别是+A和-A。关于活塞10和圆筒形壁14之间的环形间隙的高度h_o，适用下式：h_o＜＜D。自由活塞10的左手侧的压力和容积分别采用V_v和P_v表示，而V_a和P_a分别用于表示右手侧的压力和容积。在本发明中，L_c用于表示室的长度。

关于L_c，适用下式：

L_c≥L+2A

活塞的中心位置分别取决于自由活塞左手侧和右手侧的平均压力P_v和P_a。

这个轴向偏移在某些情况下会增大，这样的增大是不能允许的，它将导致自由活塞和气缸的一端碰撞，从而使得这种自由活塞机械装置的性能整体损坏。

在本发明的第一个优选实施例中，从截面图中可以看到，室内壁之间的间隙是楔形的，即，关于高度h适用下式：

1.0h_o≤h≤5.0h_o，优选≤2.0h_o。

对于值L_ccd适用下面公式：

0≤L_ccd≤L-2A_max-2x_d，max＝L_ccd，max

其中，关于x，轴向偏移的最大允许值x_d，max适用下式：

x_d，max＝1/2(L_c-L)-A。

对于以这种方式构造的室(或者活塞)，如果在活塞两侧具有不同的平均压力值，则经过活塞的回流将增加，因而轴向偏移的长度受到限制。

在根据本发明的另一个优选实施例中，在一侧或者两侧采用弧形，在这种情况下关于弧半径R，优选地适用下面的关系式：