CN112211743A - 低温差新型斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温差新型斯特林发动机,这种低温差新型斯特林发动机是由一种半导体冷热片替代外部燃料燃烧作为该新型斯特林发动机的驱动动力；包括但不仅限于，气缸体、动力气缸、动力活塞、冷气缸、配气活塞、连杆、回热器；低温差新型斯特林发动机通过改良了集热排冷的驱动方法及措施，提高了循环热效率，使其做功动力大幅提升，具有无震动噪音、实时温度控制、可控温差范围等特点，无论是对环境保护还是节能减排，都有着非常重要的积极意义。

Description

低温差新型斯特林发动机

技术领域：

本发明涉及一种低温差斯特林发动机，尤其涉及一种采用半导体冷热片替代外部燃料燃烧作为动力，并以机械扭力摇臂带动旋转轴作为该动力输出的驱动方法。

背景技术：

当今世界石油资源日益短缺，传统内燃机，由于使用石油资源，加剧了能源问题，而能源是人类社会发展的重要基础资源。因此，节能减排就成为一个永久的话题。

随着科学技术的迅速发展，人们在不断完善现有内燃机的同时，还在努力探索开发新型的动力机，热气机也是在这样的背景下设计成功的。

斯特林发动机(Stifling engine，又名热气机)是一种外燃的闭式、循环往复活塞式热力发动机，由苏格兰牧师雷伯尔特·斯特林在1816年发明；它理想的热力循环称作斯特林循环(即：概括性卡诺循环)。

斯特林发动机是一种二行程发动机，是利用燃料的热能来工作的动力机。斯特林发动机工作时，里面有气体工质作功，用于作功的气体可采用具有比功率高，流阻损失小的特种气体，一般将导热率高的气体密封(如：氦气、氢气、空气等)，由活塞的运动来实现气体的流动，使气体在高温条件下膨胀，在较低湿度下压缩；膨胀后的气体被重新压回加热腔，使气体在气缸和加热装置内实施热力循环，不需换气，达到热能对机械能的连续转换；斯特林发动机做功气体温度比内燃机爆发2000℃以上的温度要低的多，一般在700℃以下，因此作功气体传给冷却介质被带出机外的热能相对很少，所以同温度下其理论效率最高。

近年来，比较热门的研究领域就是低温差斯特林发动机。最著名的当属美国威斯康辛大学Senft教授研制的Ringbom斯特林发动机，只需0.5℃的温差就能以60r/min的速度运转。低温差斯特林发动机由于工作参数低，因此结构简单、造价便宜、寿命长，也适合用作余热回收发电动力。

传统斯特林发动机的做功方式，一般都是采用对气缸外部进行加热和冷却，通过外部燃料燃烧对气缸内的气体释放热能，被压缩的气体接受热能后进入缸内膨胀，推动活塞式曲轴带动外界负荷而旋转；另外，现有的斯特林发动机，为避免加热制冷装置影响配气气缸做功，大多把加热制冷装置安装在气缸的外部两侧，这种结构大大制约和降低了斯特林发动机的有效做功效率。

本发明低温差新型斯特林发动机就是基于以上理论和客观存在的不足研发改进而来。

发明内容：

本发明目的是提供一种不用燃料燃烧、装置一种小功率的半导体冷热片直接对气缸内的工质进行加热制冷，以改进和优化动力传输方式，从而获得更高功率的低温差斯特林发动机。

本发明的技术方案为：

1、通过装置在回热器中间、以高质量铜管做导体，紧密包裹半导体冷热片左右两面，分别对回热器里的工质进行直接加热制冷，达到替代外部燃料燃烧的做功效果。

2、通过改进传统的曲轴带动外界负荷的动力输出方式，把曲轴换装成一种扭力摇臂带动一定倾斜角的旋转轴，优化了动力输出，节约了空间，使得动力传输方式科学合理。

3、通过对半导体冷热片的反向使用，取代传统的发电机对外发电，节约了成本以及空间。

由于采用了上述技术方案，本发明的优点在于：发动机做功效率更强劲、振动噪音低、无污染，传动方式科学合理，动力输出更均匀，制造工艺简单，是目前较为理想的动力机。

附图说明

图1为本发明低温差新型斯特林发动机的整体结构示意图；

图2为本发明低温差新型斯特林发动机的工作原理示意图；

图3为本发明低温差新型斯特林发动机的回热器的内部结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

低温差新型斯特林发动机，其特征在于，一种半导体冷热片(9-1)替代外部燃料燃烧作为该新型斯特林发动机的驱动动力；这种半导体冷热片(9-1)由温差调控器(6)控制，不但可以根据其联结数量的多少来控制发动机输出功率的大小，而且可以利用半导体冷热片(9-2)的反向使用，通过稳压调节器(11)控制中低温区进行温差发电；低温差新型斯特林发动机包括气缸体(1)、热气缸(2)、活塞杆(3)、动力活塞(4)、热气管(5)、温差调节器(6)、回热器(7)、热铜管导体(8)、半导体冷热片(9-1)(9- 2)、冷铜管(10)、稳压调节器(11)、蓄电池(12)、冷气管(13)、冷气缸(14)、散热片(15)、配气活塞(16)、活塞杆(17)，还包括设置在气缸体中部的扭力传导机构，扭力传导机构是由扭力摇臂(18)、平衡杆(19)、倾斜角转轴(20)、飞轮(21)组成，飞轮(21) 安装在气缸体底部，用于终端动力输出。

低温差新型斯特林发动机的驱动方法：蓄电池(12)首先对半导体冷热片(9-1)施加低压直流电，通过温差调节器(6)调节后，半导体热面开始对回热器里的热缸工质释放热能，冷面同时对另个配气气缸里的工质降温，工质在接受冷热能经回热器加强后，进入热缸内膨胀、冷缸压缩，形成热胀冷缩，继而带动动力活塞上下往复运动，强迫扭力摇臂 (18)定向驱使带有一定倾斜角的转轴(20)沿轴心旋转，从而经飞轮(21)输出连续惯性动力。当蓄电池(12)因连续工作缺少电量时，半导体冷热片(9-1)(9-2)受回热器 (7)高低温影响，经稳压调控器(11)调节，利用半导体冷热片的反向使用，对缺少电量的蓄电池进行及时补充电量。

Claims (5)

1.低温差新型斯特林发动机，其特征在于，一种半导体冷热片(9-1)替代外部燃料燃烧作为该新型斯特林发动机的驱动动力；这种半导体冷热片(9-1)由温差调控器(6)控制，不但可以根据其联结数量的多少来控制发动机输出功率的大小，而且可以利用半导体冷热片(9-2)的反向使用，通过稳压调控器(11)控制中低温区进行温差发电；低温差新型斯特林发动机包括但不仅限于，气缸体(1)、热气缸(2)、活塞杆(3)、动力活塞(4)、热气管(5)、温差调节器(6)、回热器(7)、热铜管(8)、半导体冷热片(9-1)(9-2)、冷铜管导体(10)、稳压调节器(11)、蓄电池(12)、冷气管(13)、冷气缸(14)、散热片(15)、配气活塞(16)、活塞杆(17)，还包括设置在气缸体中部的扭力传导机构，扭力传导机构是由扭力摇臂(18)、平衡杆(19)、倾斜角转轴(20)、飞轮(21)组成，飞轮(21)安装在气缸体底部，用于终端动力输出。

2.根据权利要求1所述的一种半导体冷热片，其特征在于，半导体冷热片是一个冷热传递元件，是由N型半导体材料和一块P型半导体材料联结构成的，当接通低压直流电，N型材料和P型材料联结成电偶对时，热量会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热两面。半导体冷热片装置在回热器(7)内部，左右两面分别被冷热铜管导体包裹，利于半导体冷热片对工质进行加热制冷；加热制冷后的冷热气流经回热器加强，进入热缸膨胀、冷缸压缩，产生往复动力，完成循环做功。

3.根据权利要求1所述的一种温差发电，其特征在于，低温差新型斯特林发动机工作后，半导体冷热片(9-2)和(9-1)被一起包裹在回热器(7)内部，因冷热片受到回热器高低温的影响，冷热片内部产生电势转移，便产生了电能输出，通过稳压调控器(11)调节，利用半导体冷热片的反向特性，对缺少电量的蓄电池进行及时补充电量。

4.根据权利要求1所述的一种扭力传导机构，其特征在于，置于气缸中部的平衡杆(19)两端分别与左边动力活塞(4)和右边配气活塞(16)底部相连，平衡杆(19)中间部分留有矩形镂空，用于连接扭力摇臂(18)，扭力摇臂呈半圆弧状，下端连接有固定倾斜角的转轴(20)，转轴底部连接飞轮(21)；当气缸活塞做功后，平衡杆两端上下往复运动，迫使旋转摇臂定向带动有一定倾斜角的转轴沿轴心旋转，从而带动飞轮作功输出连续动力。

5.低温差新型斯特林发动机驱动方法，根据权利要求1、权利要求2、权利要求3、权利要求4所述，其特征在于，蓄电池(12)首先对半导体冷热片(9-1)施加低压直流电，通过温差调节器(6)调节后，半导体热面开始对回热器(7)里的动力气缸工质释放热能，冷面同时对另个配气气缸里的工质降温，工质在接受冷热能经回热器加强后，进入热缸内膨胀、冷缸压缩，形成热胀冷缩，继而带动动力活塞上下往复运动，强迫扭力摇臂(18)定向驱使带有一定倾斜角的转轴(20)沿轴心旋转，从而经飞轮(21)输出连续惯性动力。当蓄电池因连续工作缺少电量时，半导体冷热片(9-2)受回热器高低温影响，经稳压调控器(11)调节，利用半导体冷热片的反向使用，对缺少电量的蓄电池进行及时补充电量。

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