两级密封式斯特林可逆热机

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1、http://www.paper.edu.cn1两级密封式斯特林可逆热机孔令斌四川泸州（646000）E-mail：klb212817@163.com摘要：本文介绍一种两级密封式斯特林可逆热机。该机按斯特林循环正向运行，将热能转变成电能；按斯特林循环逆向运行，将电能转变成热能。突破了现代斯特林发动机、斯特林制冷机都不能逆向运行的技术难关。通过两级密封技术、工质自动均衡技术、螺旋逆流换热技术的综合应用，彻底清除了斯特林热机发展的两大障碍：一是结构复杂，二是密封困难。提供一种结构简单、密封可靠、使用方便、运行平稳、节能环保、造价低廉的斯特林可逆热机。可广泛应用于发动机、制冷机、热泵等三大技术领

2、域。尤其是在低温制冷和高温制热这两方面，较现有技术更具优势。关键词：斯特林可逆热机；两级密封；工质均衡1.引言本文介绍的两级密封式斯特林可逆热机。按斯特林循环正向运行，将热能转变成电能，为斯特林发动机；按斯特林循环逆向运行，将电能转变成热能，为斯特林制冷机或斯特林热泵。早在1816年，荷兰人R..斯特林就提出了斯特林循环，为斯特林热机的诞生提供了理论[１]依据。斯特林热机最初是以斯特林发动机的型式出现。若干年后，斯特林制冷机也被研制成功。但是，斯特林热泵至今没有技术突破。当今世界，瑞典考库姆公司在斯特林发动机技术领域居领先地位；英国牛津型斯特林制冷机代表斯特林制冷机的国际水平；斯特林热泵技

3、术仍是空白。现代斯特林发动机和斯特林制冷机的结构完全不一样，而且都不能按所定热力学循环逆向运行。也就是说，两者都是不可逆热机！而且结构都相当复杂，制造困难，成本较高。因此，斯特林发动机和斯特林制冷机都主要用于潜艇、航空航天、武器控制系统等特殊领域。斯特林热泵具有数倍于电阻发热的热效应，是最佳节能环保技术。斯特林发动机的热量流入端气缸温度高，热量自发流向热量流出端，驱动电机发电；斯特林制冷机和热泵的热量流入端气缸温度低，热量流向热量流出端，需要电机驱动。近200年来，斯特林发动机和斯特林制冷机的发展是两条完全不同的技术路线，却存在着相同的两大障碍：一是结构复杂，二是密封困难。两级密封式斯特林

4、可逆热机综合运用独创的两级密封技术、工质均衡技术、螺旋逆流换热技术彻底清除了这两大障碍。2.两级密封式斯特林可逆热机结构该斯特林热机包括机体、活塞组、热机转子、热量流入端、热量流出端、回热器、电机、联轴器、润滑油箱、工质均衡器、废气余热交换器等部件。根据斯特林热机热流向和功输出[]2的关系和具体用途，确定电机布置在热量流入端还是热量流出端。一般而言，电机布置在温度接近常温一端，也就是布置在斯特林发动机、斯特林制冷机的热量流出端，斯特林热泵的热量流入端。1本项目已申报两项发明专利：１、斯特林可逆热机，申请号200710050949.2（尚未公开）；２、一种弹性联轴器，申请号200710049

5、678.9（尚未公开）。-1-http://www.paper.edu.cn2.1机体机体（图1）呈园管状，内壁均匀对称分布4条平行于机体轴线、开口为径向向内的梯形导向槽。外壁靠两端各设一支撑板，两支撑板之间是润滑油箱安装位置。两端外沿有用于连接热量流入端和热量流出端端盖的螺孔。壁上开一个工质灌注孔。2.2活塞组活塞组（图2）由一根中部有一梯形导向块和两个锥状滚子的活塞杆，两端各连一个带活塞环的活塞而成。梯形导向块与机体（图1）的梯形导向槽吻合。锥状滚子的外表面锥角大于内表面锥角，离活塞杆越近的部分，其壁越厚。这样才能保证在工作过程中不脱离活塞杆。2.3热机转子热机转子（图3）主体是两腰分

6、别与活塞杆上两锥状滚子母线重合的梯形，绕下底边旋转，同时沿轴向位移，旋转一周，轴向位移回复至零的旋转体。轴向位移随转角变化的规律根据需要设置。在轴上有主轴承和止推轴承安装台阶，输出端有涡轮装配位置和联轴器装配槽。2.4热量流入端热量流入端（图4）就是热机从外界环境吸收热量的部件。相当于现代斯特林发动机的热区或斯特林制冷机的冷头。4个热量流入端气缸均匀对称分布在热量流入端端盖上，气缸壁内设数道螺旋状换热通道。端盖中央的轴端封一端固定在端盖上，另一端固定热交换室底板。在热交换室底板上固定热交换室盖板。热交换室盖板和热交换室底板之间的空间称为热交换室。热交换室盖板中央是载热流体入口。如果进入的是

7、燃料和空气，还需在该处增设具有燃料进入口、空气进入口、火花塞插孔的燃烧室。流入端气缸经流入端连接管与回热器（图6）连通。2.5热量流出端热量流出端（图5）就是热机向外界环境散发热量的部件。相当于现代斯特林发动机的冷区或斯特林制冷机的散热头。4个热量流出端气缸均匀对称分布在热量流出端端盖上。热交换器直接固定在机体（图1）上，其外壁与热交换器外罩构成数道螺旋状空气散热通道，其内壁与风道隔墙之间构成数道螺旋状工质换热通道。流出