[发明专利]带有热交换器的容积式机器

说明书

本发明涉及一种带有热交换器的容积式（Stirling）机器，该机器适于低温到中温的工作条件，即适于较小的压缩比、较大的排放体积的工作条件，其中，在一个壳体的两相互平行壳板之间，置有一个可往复移动的排放板，该板的周边与壳体的端壁之间无滑动磨擦，该板隔成两个气体工作室：即膨胀室与压缩室。为进行热交换，与气体工作室对应设有加热器和冷却器。两气体工作室通过一个交流换热器相互关联，排放板的往复运动与一个工作转子的循环运动相差一定的相位。

在已知的这类容积式机器（如DE-DS3015815）中，该两壳板仅仅由形成端侧的板壁来支撑，排放板的周缘与壳体的端壁之间留有一定的间隙。对于这种容积式机器，当人们为获得较大功率而希望将壳板和排放板表面制得较大时，会受到诸多的限制。其原因在于，只有用昂贵的构造才能使壳体具备承受高压的强度，因此，在已知的容积式机器中，为满足提高功率范围的需要，用几个相对较小的发动机模件组成一个组件。这种用几个较小的发动机模件连成一个发动机的制造成本昂贵，因为需要加工每一个模件，并需要用多个连杆将各模件与发动机轴连接。

因此，本发明的目的在于设置一种如本文开头就提到的那种容积式机器，以满足用较低的造价获得较大功率范围的需要，其中，在保证壳体具备承压强度的前提下，将壳板与排放板制得尽可能大。本发明容积式机器是通过如下技术方案实现该发明目的的，其特征是，用若干均布的支柱将两壳体固定在相隔一定距离的位置上，同时，支柱沿着垂直于排放板的方向穿过该板，并且该板沿其端边缘通过直线形卷动膜片而可相对于壳体侧边导行。

用本发明的容积式机器，壳板和排放板可以制得很大，因为壳板平面通过连在其上的支柱彼此很好地固定。用该容积式机器，功率范围可以达到诸如50-500W的范围，此时壳板为几平方米大，气体工作室内的工作压力为10，000P_a或更多。支柱应使排放板在其上尽可能密闭地滑动，以保证支柱在排放板上产生的通孔不会导致在膨胀室与压缩室之间产生过多的气体流通。因此，排放板必须准确地平行移动，而这种准确的平移是由卷动膜片来保证的。由于采用了卷动膜片，使得在壳板间设置支柱达到了实用的效果。排放板可按惯常方式，仅用连杆与发动机轴相连。但也可以根据目的采用另一种更适宜的连接方式，即为排放板往复运动，在排放板与一个壳板之间设置移动气箱，该气箱与一个控制气箱相连通作为进气通路和排气通路，并受该控制气箱的控制，控制气箱通过一个连杆受发动机轴控制而膨胀或收缩。通过均布在平面上的移动气箱来操作排放板，使滑板获得一个较好的平行导向性。而且，这种方案特别地避免了与连接杆相关的（相对）导行运动的滑动磨擦。在采用相当大的排放板的情况下，用移动气箱、进、排气管和控制气箱来连接排放板与发动机轴是十分重要的，因为它们对于壳板能精确地相对壳板平行导行和运动时极少（贫）摩擦是决定性的。移动气箱的容积是通过改变相位差即排放板的运动（亦即控制气箱的运动）与工作气箱的运动间的相位差来进行补偿的，该相位差一般为90°到大于90°。

支柱的构造应设计成可承受拉、压力的结构。发动机室与大气有一定（小）的连通，以保证工作箱中的平均气压与大气压力相同。

若采用如下方案则更有益于发明目的的实现，即：或将支柱总制成拉紧的拉杆，而设置在工作气箱上的单向阀调节工作气箱内的气压使其等于或大于大气压力;或将支柱都制成加固的撑杆，而设置在工作气箱上的单向阀则调节工作气箱内的气压等于或小于大气压力。在上述可选择的结构中，支柱的功能是单一的，因而制造简单。只要确定了压缩比例或真空比例，则可以确定其专门用途。

本发明一个特别有益的实施方案是，在排放滑板处设置交流换热器，该交流换热器延伸在排放滑板的全部表面上。这样就简化了排放滑板边缘与壳体端板之间的密封和导向条件。另外，交流换热器的尺寸要适应本发明热交换器表面增大的特点，这样交流换热器的流动阻力也会减小。

交流换热器可穿过排放滑板的体积而作用，该排放滑板的厚度为例如0.1m，其制造原料为诸如多孔的聚酯泡沫等。移动的交换换热器在其对着壳板的表面上形成热交换器，热交换器与平板一起移动，而且可以透过气流。热交换器的冷却器通常设置在水平放置的排放滑板的下方。

这种具有50-500W功率范围的容积式机器，特别适用于在阳光充足的地区供水、制冷、发电或研磨粮食。因为它可用简单的原料制作，不需要精密件，所以适于在工业不发达的国家制作。

在附图中描绘了本发明的几个最佳实施例和表示：

图1为第一种带热交换器的容积式机器的剖视示意图;