[发明专利]紧凑型斯特林发动机

权利要求书

1.紧凑型斯特林发动机是一种基于斯特林循环的外燃式发动机，由热腔体(101)、冷腔体(102)、动力气缸(118)、配气活塞(117)、动力活塞(116)、回热器(120)组成，其中的热腔体(101)、冷腔体(102)、动力气缸(118)和动力活塞(116)形成一个封闭空间；在圆形的热腔体(101)与圆形的冷腔体(102)组成的空间中同心安装有配气活塞(117)，配气活塞(117)将上述的空间分隔成热腔(119)和冷腔(114)，动力活塞(116)安装在动力气缸(118)中并能沿其轴线自由运动，动力活塞(116)与动力气缸(118)的接触面有较好的气密性能，配气活塞(117)的往复运动能使工质气体在热腔(119)和冷腔(114)间往复流动并周期性地被加热和冷却，其特征是：外部热量通过热腔体(101)加热热腔(119)中的工质气体，在冷腔(114)中的工质气体的热量通过冷腔体(102)被冷却；动力气缸进气端(203)直接与热腔(119)连通，热腔(119)中的高温工质气体能以最短距离进入动力气缸(118)中；回热器(120)安装在热腔体(101)和冷腔体(102)与配气活塞(117)之间的环形空间中，在热腔(119)与冷腔(114)之间，回热器(120)与配气活塞(117)并列布置并可同步往复运动，回热器(120)是工质气体在热腔(119)和冷腔(114)之间流动的唯一通道，回热器(120)能使工质气体在流过回热器(120)时产生强烈地旋转，旋转的工质气体与热腔体(101)和冷腔体(102)进行热交换；采用由齿轮、齿条、超越离合器(202)、输出轴(105)和缓冲弹簧(108)组成的齿轮齿条传动机构，动力活塞(116)与齿条连接，齿条与齿轮啮合，齿轮通过超越离合器(202)与输出轴(105)连接，超越离合器(202)的传动方向是使齿轮为主动元件，输出轴(105)为从动元件，缓冲弹簧(108)的一端与齿条接触并可推动齿条和动力活塞(116)作返向直线运动，当齿条返向直线运动时超越离合器(202)确保齿轮与输出轴(105)能差动转动；采用由凸轮(111a、111b)、配气导杆(115a、115b)和复位弹簧(112a、112b)组成的凸轮机构来实现配气活塞(117)的往复运动，配气导杆(115a、115b)的一端在上述封闭空间中与配气活塞(117)连接，另一端与凸轮(111a、111b)接触，凸轮(111a、111b)转动使配气导杆(115a、115b)作往复直线运动，配气导杆(115a、115b)再带动配气活塞(117)在热腔(119)和冷腔(114)之间做往复运动；上述凸轮(111a、111b)的轮廓尺寸使配气活塞(117)与动力活塞(116)在运动时有合理的相位差且该相位差在一个运动周期内不是恒定为90°而是成周期性变化；上述的齿轮齿条传动机构和凸轮机构安装在由传动箱体(106)形成的与外界环境有一定气密性的隔离空间(107)中，隔离空间(107)与上述的封闭空间之间是气密的，只有配气导杆(115a、115b)可在隔离空间(107)和上述封闭空间中移动，在隔离空间(107)和上述封闭空间中都充有压强相等的工质气体。

2.根据权利要求1所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述热腔体(101)的一端封闭，另一端与冷腔体(102)的一端密封连接，冷腔体(102)另一端封闭成冷腔体端面(104)，冷腔体端面(104)垂直于动力气缸(118)的轴线；动力气缸(118)在热腔体(101)、冷腔体(102)的中心并垂直同心固定安装在冷腔体端面(104)上；在冷腔体端面(104)的中心开有可使齿条穿过的中心孔(103)；在热腔(119)与冷腔(114)之间安装的配气活塞(117)为圆筒状，动力气缸(118)从配气活塞(117)中心穿过，配气活塞(117)能沿动力气缸(118)外壁自由移动。

3.根据权利要求1所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述回热器(120)是由固定安装在配气活塞(117)的外圆周面上均匀分布的若干肋片(502)组成；肋片(502)沿配气活塞(117)径向垂直安装而成圆环形结构，肋片(502)的长度方向是与配气活塞(117)的运动轴线成一定夹角螺旋式安装，肋片(502)的长度与配气活塞(117)的长度相当，每片肋片(502)的厚度为0.2至0.5mm，肋片(502)之间是平行安装且间距为1至5mm，回热器(120)的外径略小于热腔体(101)和冷腔体(102)的内径。