[发明专利]V型布置的双作用式斯特林发动机

说明书

技术领域

本发明所述的V型布置的双作用式斯特林发动机，涉及一种斯特林发动机，具体为V型布置的双作用式光能、热能发动机。

背景技术

1816年英国的Robert Striling首先发明了外部燃烧闭式循环发动机，并制造了世界上第一台斯特林发动机，其后因燃气轮机和内燃机的相应出现，斯特林发动机并未得到广泛应用，随着近年可持续能源的快速发展，自1990年代，以美国SES公司为代表的新能源公司将研发重点放在了蝶式斯特林太阳能发电机组方向上，其直列式25kW机组在MARICOPA太阳能基地进行了样机运行试验。目前国际上正在研发的斯特林太阳能发动机，其最大功率25kw，发动机采用直列式布置，要达到25kw的输出功率，则需要4个活塞气缸循环做功，如采用单列布置，则体积过大；目前均采用气缸菱形布置，采用双曲轴，通过传动齿轮结构将输出功传递给输出轴的方式。

目前国际上均采用双曲轴的结构，延长了输出功传递过程，在设计结构上比较复杂，同时对摩擦副的润滑比较困难。四个气缸菱形布局，热端整体尺寸大。整机尺寸和重量都要大些，对太阳能发电机组来说，尺寸和重量是非常重要的两个因素，直接影响整个机组结构的设计。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的V型布置的双作用式斯特林发动机，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的V型布置的双作用式斯特林发动机。用以解决现有技术中存在的：整机尺寸及重量过大、结构复杂、输出功率小等问题。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

本发明所述的V型布置的双作用式斯特林发动机，是由机座、机体、缸套、曲轴及热腔气缸所组成；其特征在于机体装于机座上，机体上加工有两列腔体呈V字型布置，且中心线相交于机体下部安装的曲轴的曲拐轴心上；运动装置通过缸套装于机体的腔体上部，运动装置下部与曲轴相连接；在机体上部，运动装置上装有热腔气缸，在热腔气缸与机体上装有加热装置；在加热装置与运动装置之间还装有工质系统。

本发明所述的加热装置包括加热管及加热头；加热管整体布置于装于机体上部的加热头中，加热管的一端与热腔气缸相连接，另一端与工质系统相连接；加热头对加热管内的工作工质加热并将高温高压工质输送到热腔气缸内做工。

本发明所述的运动装置包括活塞、十字头及连杆；活塞通过缸套装于机体腔体的上部，活塞杆的下部通过十字头与连杆相连接，连杆与曲轴相连接；活塞的上部装有热腔气缸；热腔气缸内的高温高压工质气体膨胀做功推动活塞向下做功，活塞下移推动活塞杆下移，带动十字头下移推动连杆做摆动运动，连杆带动曲轴做旋转运动，曲轴传递扭矩输出给外界。

本发明所述的工质系统包括回热器、冷却器及冷腔；回热器与加热管相连接并装于机体的顶部，在回热器的下部装有冷却器，冷却器通过管路与活塞下部的冷腔相连通；工质在加热头中加热后，通过加热管进入热腔气缸膨胀做功，冷腔内工质被压缩后挤入冷却器，末端进入回热器吸热；当活塞上行时，热腔气缸内工质被压缩回加热管，继续下一个加热循环，此时工质末端进入回热器和冷却器，为放热过程。

本发明所述的机体上加工有两列腔体呈V字型布置，每列1-8个腔体。

本发明所述的冷却器与冷腔的链接方式为：每列的第一冷腔与第二冷却器相连通，第二冷腔与第三冷却器相连通，以此类推，到最后一冷腔回来与第一冷却器相连通，形成循环。

本发明所述的机体的下部两侧装有平衡轴。

V型布置双作用斯特林发动机的工作过程：

一、对于单个气缸的工作循环如下:

1、活塞下行做功行程：工质气体，如氢气或氦气等，通过加热头加热后，迅速膨胀，推动活塞向下运动，活塞传递做功力给活塞杆、十字头、连杆和曲轴，通过曲轴将机械功以扭矩形式输出；活塞下腔为冷腔，腔内的工质气体被活塞挤压到下一缸的冷却器冷却收缩，并进入回热器回热升温，末端进入下一缸的加热器，吸热膨胀。

2、活塞上行压缩行程：活塞达到下死点后，开始向上运动，活塞向上压缩热腔中的膨胀气体，返回加热器，进行加热，工质气体进入加热器，末端回到回热器和冷却器，回热器和冷却器中的工质被挤压到冷腔中，此时冷腔因活塞上行，空间放大。回热器和冷却器将热腔和冷腔隔离，工质在运动中通过回热和冷却，使热腔和冷腔之间的温差达到理想的温差。

二、多气缸的工作过程：

相邻气缸通过曲轴曲拐布局，依次按照曲拐角度，活塞到达上死点和下死点，实现各缸热腔膨胀做功和冷腔压缩冷却的工作过程。