[其他]熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101986000000467
• 申請(qǐng)日: 1986-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN1005346B
• 公開（公告）日: 1989-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱根·克雷恩瓦克特;翰斯·克雷恩瓦克特;奧托·克拉斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 伯明·索拉有限公司
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 劉征

熱發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，在其密封殼體內(nèi)有相互連接并可往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的排流活塞和工作活塞，在殼體內(nèi)還設(shè)有至少與工作活塞相連的磁性或可磁化的耦合裝置，而與之相對(duì)應(yīng)，在殼體外設(shè)有可與活塞位移一致運(yùn)動(dòng)的耦合裝置。為控制循環(huán)過程中工作活塞與排流活塞的振動(dòng)，設(shè)立一套磁耦合機(jī)械傳動(dòng)裝置如曲軸，以確定兩活塞間相位關(guān)系。活塞的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可通過磁耦合裝置直接傳遞給其它機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)軸。

本發(fā)明是有關(guān)熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)的，更具體地說就是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。它包括一個(gè)排流活塞和一個(gè)工作活塞，這兩個(gè)活塞共同置于一個(gè)對(duì)外部來說防漏的密封殼體內(nèi)，它們連接在一起能作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，排流活塞和工作活塞之間形成的氣體空間，通過一個(gè)與外部熱源相連的加熱器，一個(gè)冷卻器和一個(gè)回?zé)崞髋c排流活塞和殼體之間的氣體空間相連通。

外部加熱的回?zé)崾桨l(fā)動(dòng)機(jī)、具有廣泛的發(fā)展前景，因?yàn)樗艢馕廴疚锷伲瑹嵝矢撸⑶覍?duì)多種燃料具有良好的適應(yīng)性。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)就屬于這種發(fā)動(dòng)機(jī)。

傳統(tǒng)上，這種熱氣機(jī)是由兩個(gè)等溫和兩個(gè)等容過程組成的可逆循環(huán)來工作的。所以比起大量廣泛應(yīng)用的內(nèi)燃機(jī)，它具有較高的卡諾循環(huán)效率。但是，由于各種不同的原因，這種熱發(fā)動(dòng)機(jī)至今沒有被廣泛的應(yīng)用。問題的關(guān)鍵在于，為了達(dá)到高的熱效率，加熱器的溫度必須很高，而只有在最近才發(fā)展了能滿足這種要求的材料。此外，還有一個(gè)十分重要的問題，是由于要使緊湊而體積小的發(fā)動(dòng)機(jī)得到良好的功率密度，發(fā)動(dòng)機(jī)必須使用高壓的氫和氦，這就導(dǎo)致在現(xiàn)有的曲軸式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)上很值得注意的困難。因?yàn)椋S式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)一方面要避免工質(zhì)的泄漏損失，另一方面又要防止燃料和潤(rùn)滑油從曲軸箱進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部。而自由活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明（US-PS Re30.176）提出了解決這些問題的措施。

這種型式的自由活塞斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)不需要曲軸，因?yàn)椴粌H工作活塞，而且排流活塞都借助氣體或機(jī)械方式彈性自由支承，它們都在一個(gè)密封殼體內(nèi)進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，這就產(chǎn)生了一個(gè)彈簧振子共振系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通過（或應(yīng)當(dāng)通過）選擇彈性常數(shù)、質(zhì)量和流動(dòng)橫截面的大小而協(xié)調(diào)，使之盡可能接近理想的斯特林循環(huán)運(yùn)動(dòng)學(xué)過程。

自由活塞式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)與曲軸式結(jié)構(gòu)相比較，其優(yōu)點(diǎn)在于可獲得完全的氣體密封，氣體不會(huì)從發(fā)動(dòng)機(jī)向外泄漏，也沒有油從外部向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)滲透。除此之外，就另件的組成而言，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且可能具有相當(dāng)長(zhǎng)的壽命。由于沒有曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的損失，最終將獲得高的效率。

然而，在這種發(fā)動(dòng)機(jī)的使用中還存在問題，因?yàn)樗娜繖C(jī)械運(yùn)動(dòng)，都在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行而與外部沒有任何機(jī)械連接，因此，必須用額外的輔助設(shè)備，甚至在發(fā)動(dòng)機(jī)本身內(nèi)部，使工作活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成有用的熱能或電能。這就導(dǎo)致這樣的情況，例如必須配用相當(dāng)昂貴的直線型發(fā)電機(jī)，而不能用市場(chǎng)上一般能買到的旋轉(zhuǎn)式發(fā)電機(jī)。如果要從這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)中獲得機(jī)械能，還有更大的問題。為此，已經(jīng)進(jìn)行了在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部通過一個(gè)膜片液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來傳遞周期性的壓力波動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。另一個(gè)解決辦法，在結(jié)構(gòu)上包括一個(gè)足夠重量的工作活塞，使它的直接往復(fù)運(yùn)動(dòng)能量能通過安裝在彈性支承上的殼體的相關(guān)運(yùn)動(dòng)發(fā)揮出來。為了解決問題提出來的這兩種嘗試都導(dǎo)致非常大的困難，例如，膜片使用什么材料才好，以及發(fā)動(dòng)機(jī)殼體的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所出現(xiàn)的困難。

實(shí)踐上已發(fā)現(xiàn)，使用自由活塞機(jī)構(gòu)存在一個(gè)十分重要的問題，即要處理分析這樣的彈簧一振子共振系統(tǒng)是特別困難的。在這方面，除了排流活塞和工作活塞兩者的相位角外，尤其是活塞圍繞中心位置的對(duì)中問題，帶來了困難。由于改變了假設(shè)條件，例如：提供氣體旁路、氣體中間貯存，機(jī)械對(duì)中用的彈簧等等措施已被用上。所有這一切措施，都降低了理想效率，并只能在極有限的范圍上起作用，結(jié)果導(dǎo)致與理想斯特林循環(huán)的偏差。

在上述研究的基礎(chǔ)上，由本發(fā)明所解決的問題是提出一個(gè)外部加熱的回?zé)崾綗釟獍l(fā)動(dòng)機(jī)，它既具有自由活塞式和曲軸式發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而又盡可能避免了它們兩者普遍存在的缺點(diǎn)。除此之外，本發(fā)明對(duì)所研究的上述發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠提供一種簡(jiǎn)單的外部機(jī)械連接，使能量的利用成為可能。