阿尔法型斯特林发动机的制作方法

1.本发明涉及阿尔法型斯特林发动机，该阿尔法型斯特林发动机包括膨胀气缸、压缩气缸、回热器、冷却器和加热器。


背景技术：

2.热能可以通过几种方式转化成电能。一些系统使用斯特林发动机作为发电机，以由热能产生电能。斯特林发动机是外燃式封闭循环发动机，其使用外部热源来使工作气体膨胀，该工作气体驱动一个或更多个活塞。
3.此外，斯特林发动机结合热能储存可以用于利用来自例如光伏发电厂和风力涡轮机的多余的电力。当这种发电厂的输出超过电能需求时，代替于减少电力，将多余的电力用于例如给热能存储器充电，从而使得以后当电能需求超过来自这些间歇性可再生源的可用输出时可以从所述存储器汲取能量。这样则有可能使用斯特林发动机将热能转化为电能。
4.阿尔法布置式斯特林发动机具有两个单独的气缸，这两个气缸可以是直列的、平行的或呈v形布置。在这两个气缸中，一个气缸是热的，而另一气缸是冷的。热的气缸位于高温热交换器内部或者连接至高温热交换器，并且冷的气缸位于低温热交换器内部或者连接至低温热交换器。
5.斯特林发动机的效率取决于许多因素，比如发动机的类型、发动机中所使用的工作气体以及斯特林发动机中各种部件比如回热器的效率。
6.通常来说，斯特林发动机越大，斯特林发动机可以产生的功率就越大。一些设计导致气缸中具有高的工作压力。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种具有提高的耐用性的阿尔法型斯特林发动机。这通过如所附权利要求中描述的斯特林发动机来实现。
8.本发明基于这样的认识，即通过增加将压缩气缸与膨胀气缸流体互连的气体通道的端部处的气缸数量，但是减少这些增加数量的气缸中的活塞面积，可以在不影响功率输出的情况下减小每个活塞上的力。因此，可以减小连接至活塞的部件上的应变及活塞自身上的应变。
9.根据本公开的第一方面，阿尔法型斯特林发动机包括膨胀气缸和压缩气缸，该斯特林发动机还包括回热器、冷却器、加热器和气体通道，该气体通道使膨胀气缸与压缩气缸流体连通。膨胀气缸和压缩气缸中的至少一者具有分别用作附加膨胀气缸或附加压缩气缸的相联气缸。膨胀气缸和压缩气缸中的具有相联气缸的一者与所述相联气缸一起连接至气体通道的第一部分，气体通道从该第一部分经由回热器延伸至第二部分，膨胀气缸和压缩气缸中的另一者连接至该第二部分。例如，通过将单个气缸的活塞面积划分为两个同样大小的气缸，这两个同样大小的气缸的总活塞面积等于第一单个气缸的活塞面积，这保持了来自斯特林发动机的功率输出，但是活塞中的每个活塞上的力减小到50％。因此，活塞上的
应变减小，并且可能更重要的是，连接至活塞的部件上的应变减小。因此，增加了耐用性。
10.应当理解的是，在本公开中，术语“相联气缸(twin cylinder)”是指该相联气缸与其相联的气缸具有相同的功能。因此，膨胀气缸的相联气缸也是膨胀气缸。压缩气缸的相联气缸也是压缩气缸。应当理解的是，对完全同步的运动没有严格的要求。本发明构思的要点，即对将气体推动到气体通道所需的力进行分配，也可以用一对不完全同步的气缸来实现。
11.从上文应当理解，在一些示例性实施方式中，膨胀气缸具有相联气缸，即有一对膨胀气缸连接至气体通道的第一部分。膨胀气缸中的活塞将借助于活塞的冲程将气体压至第一部分，并且经由回热器压至压缩气缸(和可选的附加压缩气缸)。
12.类似地，在其他示例性实施方式中，压缩气缸具有相联气缸，即有一对压缩气缸连接至气体通道的第一部分。压缩气缸中的活塞将通过活塞的冲程将气体压至第一部分，并且经由回热器压至膨胀气缸(和可选的附加膨胀气缸)。
13.此外，在一些示例性实施方式中，膨胀气缸具有相联气缸，即附加膨胀气缸，从而存在一对膨胀气缸，并且压缩气缸也具有相联气缸，从而还存在一对压缩气缸。所述一对膨胀气缸可以连接至气体通道的第一部分，而所述一对压缩气缸可以连接至第二气体通道。回热器将位于第一部分与第二部分之间，因此从流体流动的角度来看，所述一对压缩气缸通常位于回热器的一侧，而所述一对膨胀气缸通常位于回热器的另一侧。
14.通过针对两个相对小的气缸使用相同的气体通道部分，仍可获得高的功率输出，但敏感部件上的应变较小。
15.因此，从上文可以理解，根据本公开的另一方面，膨胀气缸和压缩气缸两者分别具有相联气缸，其中，膨胀气缸及其相联气缸连接至气体通道的第一部分，而压缩气缸及其相联气缸连接至气体通道的第二部分。
16.此外，根据本公开的一方面，相联气缸分别平行于膨胀气缸和/或压缩气缸布置。因此，在膨胀侧和/或压缩侧的气缸中的一对活塞可以布置成以同步的方式移动。然而，活塞中的一个活塞的轻微拖尾是可以想象的。
17.根据至少一个示例性实施方式，膨胀气缸和压缩气缸中的具有相联气缸的一者包括构造成沿着第一几何轴线移动的活塞，其中，所述一者的相联气缸包括构造成沿着单独的第二几何轴线移动的活塞，其中，第一几何轴线和第二几何轴线彼此平行。通过使活塞以这种方式平行布置，可以便于冲程控制机构。
18.根据替代性方面，相联气缸替代地分别与膨胀气缸和/或压缩气缸以气缸盖彼此面对的方式成直线地布置。这种设定对于某些解决方案可以是有利的。
19.根据本公开的又一方面，膨胀气缸和压缩气缸构造成呈v形布置。在带有曲轴的完全机械布置中，v形布置通常是实用的(活塞可以指向共同轴)。
20.当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和利用本发明的优点将变得明显。技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的不同特征进行组合以产生除了下文中描述的那些实施方式之外的实施方式。
附图说明
21.通过以下对本发明示例性实施方式的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理
解本发明的上述以及其他目的、特征和优点，在附图中：
22.图1是根据本公开的斯特林发动机的示意图，
23.图2是根据本公开的相联气缸的替代性设定的示意图，以及
24.图3是根据本公开的另一示例性实施方式的v型斯特林发动机的示意图。
具体实施方式
25.现在将在下文中参照附图对本发明进行更充分地描述，在附图中示出了本发明的示例性实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应当被解释为限于本文中所阐述的实施方式；相反，这些实施方式是为了透彻性和完整性而提供的。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
26.参照图1，阿尔法型斯特林发动机1包括膨胀气缸2和压缩气缸3。阿尔法型斯特林发动机1还包括回热器4、冷却器5和加热器6。膨胀气缸2。此外，斯特林发动机包括气体通道7，气体通道7使膨胀气缸(2)与压缩气缸(3)流体连通。如图1中所示出的，膨胀气缸2和压缩气缸3两者分别具有相联气缸2’、3’。然而，在其他示例性实施方式中，可以想象的是，膨胀气缸2和压缩气缸3中的仅一者具有相联气缸。与在回热器4的压缩侧和膨胀侧都使用单个气缸的解决方案相比，这将至少减少气缸中的一个气缸上的应变。
27.从流体路径的角度来看，膨胀气缸2、膨胀气缸2的相联气缸2’和加热器6设置在回热器4的一侧。压缩气缸3、压缩气缸3的相联气缸3’和冷却器5设置在回热器的另一侧。
28.相联气缸2’、3’分别用作附加膨胀气缸2和附加压缩气缸3。膨胀气缸2及其相联气缸2’两者都连接至气体通道7的第一部分7a。压缩气缸3及其相联气缸3’两者都连接至气体通道7的第二部分7b。气缸2、2’、3、3’中的每个气缸分别具有往复式活塞8、8’、9、9’。由一对膨胀气缸2、2’的活塞8、8’推动的气体在气体通道7的第一部分7a中汇合，并且经由回热器输送至气体通道7的第二部分7a，并且然后被分配至压缩气缸3、3’，由此压缩气缸的活塞9、9’将执行活塞的冲程的缩回运动。相应地，当活塞9、9’被推进以推动气体时，流动将沿相反的方向。
29.一对压缩气缸3、3’和一对膨胀气缸2、2’通过共同的气体通道7而相互作用，通过具有该共同的气体通道7，对活塞8、8’、9、9’进行驱动以在气体通道7中实现期望的气体流动所需的力对于各个活塞来说可以减小，而不会有损功率输出。
30.如在图1中还可以看出，相联气缸2’、3’，膨胀气缸2和压缩气缸3分别成对地彼此平行布置。特别地，该对膨胀气缸2、2’沿着分开但平行的几何轴线布置，相应的活塞8、8’沿着所述几何轴线移动。类似地，该对压缩气缸3、3’沿着分开但平行的几何轴线布置，相应的活塞9、9’沿着所述几何轴线移动。
31.转到图2，相联气缸2’、3’分别与膨胀气缸2和/或压缩气缸3以气缸盖10彼此面对的方式成直线地布置。一个优点是，各气缸将在整个冲程中彼此平衡，或者更确切地，各活塞将在整个冲程中彼此平衡。
32.在图3中，示意性地示出了气缸2、2’、3、3’如何布置成或构造成呈v形布置。为了便于理解，两对气缸转动了90度。从可以看出v形的一侧观察，对于v形的每个“腿部”仅可以看到一个气缸。同样在这种构型中，膨胀气缸2及其相联气缸2’中的活塞的运动沿着平行的几何轴线。类似地，压缩气缸3及其相联气缸3’的活塞的运动沿着平行的几何轴线。
33.应当理解，本发明不限于上文中所描述的实施方式和在附图中所图示的实施方式；相反，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求的范围内可以进行许多变化和修改。例如，图2中所示出的气缸盖10彼此面对的布置可以应用于图3的v形布置。