專利名稱：斯特林發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種斯特林發(fā)動機，具有一個機殼腔，該機殼腔被一個做往復運動的透氣蓄熱板隔成兩個分腔，其中一個可以加熱，第二個設有一個冷卻器并與一個工作缸相連通，工作缸則通過第一傳動裝置與工作軸相連接，并且通過第二傳動裝置與蓄熱板相連接。此外，本發(fā)明還涉及一種斯特林發(fā)動機的運行方法。
在一種類似的公知斯特林發(fā)動機中(見“國際能量交換工程協(xié)會第19屆大會”的論文集第1807-1812頁，1984年8月)，其散熱壁板和吸熱壁板均呈平板形。因為邊緣的連接是通過一道環(huán)繞的側壁完成的，所以構成了一個直角形機殼。蓄熱板為一剛體，其邊緣同樣在板壁之間做往復運動。工作缸與機殼腔的連接位于側壁區(qū)。這種公知的斯特林發(fā)動機系一種小型實驗模型。當其放大到可供實用的機型時，將會產(chǎn)生許多困難，因為當板壁尺寸為一平方米，壓縮比為1∶1.05時，便有500千克的力作用在板壁上，使其分離，這就要求在平板形剛性板壁上增加復雜的支撐結構。此外作為活塞的蓄熱板的導向也相當復雜，從而導致這種斯特林發(fā)動機的成本增加，而大量生產(chǎn)所要求的則是結構簡單，成本低。
本發(fā)明的任務是開發(fā)一種上述類型的斯特林發(fā)動機，其特點是具有較高的壓力穩(wěn)定性，作為活塞的蓄熱板的運動簡單，壽命長并且制造成本低。
上述任務的解決方案是，機殼腔設置成楔形，蓄熱板擺動地支承在機殼腔的尖角處。
本發(fā)明所述的機殼腔的幾何形狀以及將蓄熱板擺動地安裝在機殼腔尖角處的方案可以簡單而徹底地解決可動蓄熱板的導向和支承問題。蓄熱板以極小的磨損繞著唯一的一根轉動軸在兩個分腔之間往復擺動，此時根據(jù)相應的工作行程，使機殼腔內的工作氣體-通常是空氣-運動。
采用本發(fā)明的另一個特征可以實現(xiàn)極穩(wěn)定的機械配置，這對于較大的功率單元是很重要的，該特征是將蓄熱板本體和機殼腔的兩個蓄熱板相對的分隔壁設置成圓柱體扇形切塊形，其中，分隔壁與蓄熱板的曲率相吻合。這種幾何形狀如第一臺原型機所示，能夠以較少的材料消耗承受機殼腔和外界之間較大的壓力差。
本發(fā)明所述的斯特林發(fā)動機的特點是，易于制造，磨損低，并且和其所達到的功率相比材料消耗少。由于這種發(fā)動機運轉或者加熱其工作氣體所需的熱量可以直接或間接地導入機殼腔的相應分腔，所以它非常適用于未工業(yè)化但日照豐富的地區(qū)，可以用來驅動水泵，潛水員用的壓縮空氣發(fā)生器，壓力傳動的內河艇，或用于內湖中的氧氣輸送管。這種發(fā)動機例如也可以用于驅動小菜園的灌溉水泵或驅動噴水泉，還可以用于太陽能熱水系統(tǒng)中的驅動泵。
在太陽能的利用中，可以通過本發(fā)明的另一個特征顯著提高發(fā)動機的效率，即用透光材料制作可加熱分腔的分隔壁，并且在與該分隔壁相對的蓄熱板表面上設有一層透氣的光吸收體。這種結構可以直接使吸收的太陽熱能進入工作機殼的加熱分腔，由吸收體所接受的太陽熱能可直接傳遞給工作氣體。在此種結構上不再需要降低傳熱效率的表面。
采用本發(fā)明的另一個特征還可以再次提高該發(fā)動機的效率，即采用容積式光吸收體，它可在深層吸收能量，其結構例如可以是一種具有不同網(wǎng)目的多層編織物。
本發(fā)明所述斯特林發(fā)動機的機殼腔的第二個分腔的冷卻可以由一個冷卻系統(tǒng)簡單而有效地來完成。該系統(tǒng)直接設置在蓄熱板的對應表面上，并和蓄熱板一塊兒擺動。由于擺動頻率較低，所以這種結構絕不會發(fā)生問題。為了冷卻可以簡單地采用通水軟管或管道系統(tǒng)。
原則上該發(fā)動機的可用功率可以簡單地通過放大，例如加寬機殼腔實現(xiàn)。但最好將兩個或多個斯特林發(fā)動機模塊組成一個驅動單元，每個單元的所有模塊均作用于一根共用的工作軸。各個模塊的連接按2π/n(n＝模塊數(shù)量)的規(guī)律相對于在工作循環(huán)中在其先后作用的模塊有一個相位差，從而使工作軸均勻地轉動。每臺發(fā)動機所需要的平衡配重可以因此而取消或大大減少。
多個模塊在一根共用軸上工作時，各個模塊便可以公知的方式作為制冷機運行，此時要將加熱腔一側的分隔壁進行熱輻射或光輻射的屏蔽。
本發(fā)明的其它說明可見

圖1至圖6所示的實施例。
本發(fā)明所述斯特林發(fā)動機的結構見圖2所示。該發(fā)動機由一個具有分隔壁2和3的楔形機殼腔1構成，分隔壁制成圓柱體扇形切塊形以提高強度。在機殼腔1內部裝有一個同樣呈圓柱體扇形切塊形的蓄熱板4，它支承在位于機殼腔尖端處的一個轉動軸5上。蓄熱板4將機殼腔1隔成兩個分腔6和7，其中分腔6用于加熱，分腔7用于冷卻在蓄熱板4兩側往復流動的工作氣體，該氣體在本例中為空氣。分腔7與一個膜盒8構成的工作缸相連通，該工作缸又通過一個連桿9與一個工作軸14相連。而且工作軸14通過第二個連桿11與蓄熱板4相連。
在本例中，為了利用太陽熱能，分隔壁2由一種透光材料制成。為改善效率，可以采用雙層透明蓋板，使光輻射無阻礙地進入分腔6，并防止熱量傳到外界。透氣的光吸收體12平鋪在蓄熱板4上。冷卻由一個通水的軟管系統(tǒng)13完成，該系統(tǒng)固定在蓄熱板4的另一側，并在該發(fā)動機工作行程中與后者一起擺動。
該發(fā)動機的工作過程如下當分腔7的容積最小，即蓄熱板4擺動到緊靠分隔壁3之前時，全部工作空氣處在熱分腔6之內。這時發(fā)動機內的壓力增加，膜盒8膨脹，從而通過連桿9驅動工作軸14和飛輪10轉動(見圖1)。
當膜盒8達到其最大容積時，蓄熱板4開始朝分隔壁2的方向擺動。與此同時熱空氣穿過蓄熱板，將其熱量傳給板上的蓄熱介質，從而使發(fā)動機殼內的壓力下降(圖2)。
此時飛輪10通過連桿9壓縮膜盒8，從而壓縮機殼內的空氣。所產(chǎn)生的壓縮熱量傳給冷卻系統(tǒng)13。同時蓄熱板4通過連桿11朝著分隔壁2的方向擺動。
只要達到了膜盒8的下死點，蓄熱板4便朝著分隔壁3(圖3)的方向回擺。此時壓入的空氣中不僅含有蓄熱板4中儲存的熱量，而且還含有自外界傳入的太陽熱能。這便導致機殼內的壓力升高，從而重新使膜盒8膨脹(圖4)。
圖5為一個由4個單個模塊Ⅰ至Ⅳ組成的驅動單元的實例，在該例中模塊為臥式布置。當然各模塊也可以串聯(lián)布置，但本例中所示的由模塊成對布置構成一個驅動單元是有利的。
如圖6所示，各個模塊成對布置時，最好使蓄熱板(4)的轉動軸(5)相互平行，轉動軸(5)的旋轉運動通過位于轉動軸端部、機殼腔(1)之外的平行四邊形連桿(15、16、15′、16′)同步地由工作軸(14)驅動完成。在此例的臥式模塊結構中，當一個模塊的蓄熱板(4)下降時，第二個模塊的蓄熱板(4)則升起。這樣便可自動地形成每對模塊內的重量平衡，不再需要額外的配重。
在這種由多個模塊構成的驅動單元中，一個或每個模塊可以公知的方式作為制冷機運轉。為此只需將相應模塊的分腔6加以熱輻射或光輻射的屏蔽即可。
權利要求
1.斯特林發(fā)動機，具有一個機殼腔，該機殼腔被一個做往復運動的透氣蓄熱板隔成兩個分腔，其中一個可以加熱，第二個設有一個冷卻器并與一個工作缸相連通，工作缸則通過第一傳動裝置與工作軸相連接，并且通過第二傳動裝置與蓄熱板相連接。其特征是，機殼腔(1)設置成楔形，蓄熱板(4)擺動地支承在機殼腔尖角的一根轉動軸(5)上。
2.如權利要求1所述的斯特林發(fā)動機，其特征是，蓄熱板(4)和機殼腔(1)的兩個蓄熱板相對的分隔壁(2、3)設置成圓柱體扇形切塊形，其中，分隔壁(2、3)與蓄熱板(4)的曲率相吻合。
3.如權利要求1或2所述的斯特林發(fā)動機，其特征是，可加熱的分腔(6)用透光材料制成，與其相對的蓄熱板表面上設有一層透氣的光吸收體(12)。
4.如權利要求3所述的斯特林發(fā)動機，其特征是，光吸收體(12)容積式吸收體。
5.如權利要求1至4之中任何一項所述的斯特林發(fā)動機，其特征是，朝向第二個分腔的蓄熱板表面制成可冷卻的。
6.如權利要求1至5之中任何一項所述的斯特林發(fā)動機的運轉方法，其特征是，有多臺斯特林發(fā)動機(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)作用在一根共用工作軸(14)上。
7.如權利要求6所述的方法，其特征是，每兩臺斯特林發(fā)動機安裝在一起，其蓄熱板(4)的轉動軸(5)相互平行，轉動軸(5)的旋轉運動通過位于轉動軸端部、機殼腔(1)之外的平行四邊形連桿(15、16、15′、16′)同步地由工作軸(14)驅動完成。
8.如權利要求6或7所述的方法，其特征是，作用在共用工作軸(14)上的斯特林發(fā)動機(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)中至少有一臺作為制冷機運轉。
全文摘要
斯特林發(fā)動機具有一個機殼腔，該機殼腔被一個做往復運動的透氣蓄熱板隔成兩個分腔，其中一個可以加熱，第二個設有一個冷卻器并與一個工作缸相連通，工作缸則通過第一傳動裝置與工作軸相連接，并且通過第二傳動裝置與蓄熱板相連接，機殼腔(1)為楔形，蓄熱板擺動地支承在機殼腔尖角的一根轉動軸上。同時起活塞作用的蓄熱板由于采用了擺動的固定方式，其壓排功能通過繞轉動軸的低磨損擺動完全地得到實現(xiàn)。
文檔編號F02G1/055GK1064135SQ9110273
公開日1992年9月2日 申請日期1991年4月27日 優(yōu)先權日1990年4月27日
發(fā)明者于爾根·克萊恩瓦克特, 漢斯·克萊恩瓦克特, ?？斯亍ろf伯 申請人:博明太陽公司