[其他]熱氣發動機

無效

• 申請號: 86100467
• 申請日: 1986-01-21
• 公開（公告）號: CN86100467A
• 公開（公告）日: 1986-07-23
• 發明（設計）人: 朱根·克雷恩瓦克特;翰斯·克雷恩瓦克特;奧托·克拉斯
• 申請（專利權）人: 伯明·索拉有限公司
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02B75/32
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉征

本發明是有關熱氣發動機的，更具體地說就是斯特林發動機。它包括一個排流活塞和一個工作活塞，這兩個活塞共同置于一個對外部來說防漏的密封殼體內，它們連接在一起能作往復直線運動。在這種情況下，排流活塞和工作活塞之間形成的氣體空間，通過一個與外部熱源相連的加熱器，一個冷卻器和一個回熱器與排流活塞和殼體之間的氣體空間相連通。

外部加熱的回熱式發動機、具有廣泛的前景，因為它排氣污染物少，熱效率高，并且對多種燃料具有良好的適應性。斯特林發動機就屬于這種發動機。

傳統上，這種熱氣機是由兩個等溫和兩個等容過程組成的可逆循環來工作的。所以比起大量廣泛應用的內燃機，它具有較高的卡諾循環效率。但是，由于各種不同的原因，這種熱發動機至今沒有被廣泛的應用。問題的關鍵在于，為了達到高的熱效率，加熱器的溫度必須很高，而只有在最近才發展了能滿足這種要求的材料。此外，還有一個十分重要的問題，是由于要使緊湊而體積小的發動機得到良好的功率密度，發動機必須使用高壓的氫和氦，這就導致在現有的曲軸式斯特林發動機上很值得注意的困難。因為，曲軸式斯特林發動機一方面要避免工質的泄漏損失，另一方面又要防止燃料和潤滑油從曲軸箱進入發動機內部。而自由活塞式斯特林發動機的發明（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動機不需要曲軸，因為不僅工作活塞，而且排流活塞都借助氣體或機械方式彈性自由支承，它們都在一個密封殼體內進行往復直線運動，這就產生了一個彈簧振子共振系統。這個系統通過（或應當通過）選擇彈性常數、質量和流動橫截面的大小而協調，使之盡可能接近理想的斯特林循環運動學過程。

自由活塞式斯特林發動機與曲軸式結構相比較，其優點在于可獲得完全的氣體密封，氣體不會從發動機向外泄漏，也沒有油從外部向發動機內滲透。除此之外，就另件的組成而言，它結構簡單，并且可能具有相當長的壽命。由于沒有曲軸運轉帶來的損失，最終將獲得高的效率。

然而，在這種發動機的使用中還存在問題，因為它的全部機械運動，都在發動機內部進行而與外部沒有任何機械連接，因此，必須用額外的輔助設備，甚至在發動機本身內部，使工作活塞的往復運動轉換成有用的熱能或電能。這就導致這樣的情況，例如必須配用相當昂貴的直線型發電機，而不能用市場上一般能買到的旋轉式發電機。如果要從這樣的發動機中獲得機械能，還有更大的問題。為此，已經進行了在發動機內部通過一個膜片液壓傳動系統來傳遞周期性的壓力波動的實驗。另一個解決辦法，在結構上包括一個足夠重量的工作活塞，使它的直接往復運動能量能通過安裝在彈性支承上的殼體的相關運動發揮出來。為了解決問題提出來的這兩種嘗試都導致非常大的困難，例如，膜片使用什么材料才好，以及發動機殼體的直線往復運動轉換為旋轉運動所出現的困難。

實踐上已發現，使用自由活塞機構存在一個十分重要的問題，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中問題，帶來了困難。由于改變了假設條件，例如：提供氣體旁路、氣體中間貯存，機械對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，結果導致與理想斯特林循環的偏差。

在上述研究的基礎上，由本發明所解決的問題是提出一個外部加熱的回熱式熱氣發動機，它既具有自由活塞式和曲軸式發動機的優點，而又盡可能避免了它們兩者普遍存在的缺點。除此之外，本發明對所研究的上述發動機，能夠提供一種簡單的外部機械連接，使能量的利用成為可能。

現在已經找到了這個問題的解決辦法，即用一個在殼體內部的至少與工作活塞連接的磁性或能磁化的耦合器，并且與之對應在殼體外部也安裝一個與活塞位移一致，活動的磁性或能磁化的耦合器。通過外部磁性耦合的方法從直線往復運動的工作活塞得到機械能，因而既可獲得最佳的自由活塞發動機構形，又不需要在結構上，如安裝的方式和所用材料的特性等采取特別的措施。經磁耦合器傳出的運動可以根據需要傳遞給各種型式的機械能轉換系統，以作為對外輸出功，用于任何外接設備。對于不需要旋轉運動，只利用直線運動的外接設備來說，振動能量就能夠通過直接外部耦合加以利用。這種磁性耦合器，具有附加的優點，就是在超負荷情況下，它能起滑動離合器的作用。