[发明专利]斯特林发动机和使用斯特林发动机的方法

说明书

本发明涉及一种低温、低频斯特林发动机。其特殊几何形状使得可以允许较大的热交换器表面和较大的回热器，以达到良好的“Carnoization”效率因子。移位器和动力活塞可以与圆形的聚合物基膜密封件连接到缸壁。斯特林发动机的冷空间可以圆柱地围绕工作缸的外周，使得热隔离作废。斯特林发动机例如适合作为使用热太阳能收集器的基本原动机来运行，并且可以与热油或加压水热存储器相耦接。在逆向模式下，斯特林发动机可以作为有效的热泵/冷却发动机。

技术领域

本发明涉及一种低温斯特林发动机，涉及与包括膜的该斯特林发动机相关的具体拓扑结构并涉及使用该斯特林发动机的不同方法。

背景技术

斯特林发动机自19世纪初被发现以来便被描述在本领域中。这种封闭式循环发动机通过在不同温度下工作介质的压缩和膨胀而得以运行，通过温度差产生机械能，或反之亦然(即，通过机械能产生温度差)。

相比于内燃机，密封的工作介质的加热和冷却是通过热交换器在热侧和冷侧而进行的。这使得实际上可以使用所有可用的热源来操作发动机。

热力学上，理想的斯特林循环的特征在于效率公式：Eta＝1-Tu/To，其中：

To＝热侧温度(K)

Tu＝冷侧温度(K)

这等效于卡诺效率。

附图7示出了根据热气体和冷气体之间的ΔT的效率。为了实现高效率，逻辑上首先需要考虑循环热侧的较高温度(通常800℃)。如图所示，理想的斯特林发动机在这种情况下将70％的输入热量转化为机械能。然而，现有技术中实际的高温发动机只能达到理想值的约50％，从而达到的效率为35％(换句话说，“Carnoization因子”为50％)。

造成这些损失的主要原因是：

a)紧凑型发动机的高工作频率，导致了工作气体较大的流体动力摩擦损失；

b)由于加热和冷却时间短而导致回热器损失；因此“热浪”没有完全贯穿回热器矩阵(加热循环)并将其热含量归还给工作气体(冷却循环)；

c)较小的热交换器表面，导致了对于工作气体而言较大的DT(DT表示热交换器中的流体与工作气体之间的温差)；

d)如图8所示，理想的斯特林循环由4个步骤组成(即，在体积-压力图中，依照从1到2，从2到3，从3到4，再从4到1的顺序)：

·1-2：工作气体的等温压缩；

·2-3：气体(通过回热器)从冷到热的等体积位移；

·3-4：工作气体的等温膨胀；以及

·4-1：气体(通过回热器)从热到冷的等体积位移。

迄今为止所描述的快速移动的、紧凑的高温斯特林发动机不能以良好的等温过程而实现气体的膨胀和压缩；这导致了进一步的损失。

发明内容

为了克服上述问题中的一个或多个，本发明涉及一种低温斯特林发动机(发明人的工作名称：“SunPulse”)，通过其特定的构造和拓扑结构，避免了现有技术中经典高温斯特林发动机的一种或多种劣势。

根据本发明的主要方面，本发明涉及一种斯特林发动机，其包括具有膨胀腔室和压缩腔室的至少一个缸体，以及位于所述至少一个缸体内的动力活塞和移位活塞；

其中所述缸体还包括连接所述膨胀腔室和所述压缩腔室的至少一个回热器；

其中所述缸体包括至少一个热交换器和至少一个散热器；以及

其中工作介质存在于所述膨胀腔室、所述压缩腔室和所述回热器内，