专利名称：双作用式斯特林发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双作用式斯特林发动机，属于外燃式闭循环活塞发动机的技术。
背景技术：
斯特林发动机有许多优异的性能和特点，在钱国柱编的《热气机》(国防工业出版社版 社1982年10月第一版第一次印刷)和钱国柱周增新严善庆合编的《热气机原理与设 计》(国防工业出版社版社1987年11月第一版第一次印刷)二书中有详细说明，可作为 本文参考。双作用式斯特林发动机的基础原理是斯特林热力循环的机械构造，因其机械构 造还存在一些工程技术难题，因此双作用式斯特林发动机还未能得到广泛的应用。这些难 题包括对效率、寿命和成本的考虑，本发明致力于解决这些难题。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种双作用式斯特林发动机。它与现有技术相比，是优化了 双作用式斯特林发动机的机械构造。因此，减少了高级耐热合金的用量并从整体上降低了 双作用式斯特林发动机体积、重量和制造成本，又缩小了无益容积和增大了循环功。同时， 还减少了回热器壳体的热损失、降低并稳定了活塞与气缸滑动面上的温度。
为了实现上述目的，本发明提出一种双作用式斯特林发动机，它由四个斯特林热力循 环系统的机械构造组成；第一个斯特林热力循环系统的机械构造包括加热器、热腔气缸、 活塞、回^器、冷腔气缸、冷却器，其中 如图1所示
四个相同的、斯特林热力循环系统的机械构造，按预定顺序排列组成四缸双作用式斯 特林发动机。第一个斯特林热力循环系统机械构造的、冷腔气缸上的通孔和第二个斯特林 热力循环系统机械构造中的冷却器下端凹陷的空腔上的通孔通过管道气密联通；第二个斯 特林热力循环系统机械构造的、冷腔气缸上的通孔和第三个斯特林热力循环系统机械构造 中的冷却器下端凹陷的空腔上的通孔通过管道气密联通；第三个斯特林热力循环系统机械 构造的、冷腔气缸上的通孔和第四个斯特林热力循环系统机械构造中的冷却器下端凹陷的 空腔上的通孔通过管道气密联通；第四个斯特林热力循环系统机械构造的、冷腔气缸上的 通孔和第一个斯特林热力循环系统机械构造中的冷却器下端凹陷的空腔上的通孔通过管 道气密联通；如图1和图4所示。
每个斯特林循热力环系统机械构造内的热腔气缸和其内的回热器上表面所围成的空 间，为这个斯特林热力循环系统机械构造内的热膨胀腔；冷腔气缸和其内的活塞下表面至 其下部的冷却器顶板的上表面所围成的空间，为这个斯特林热力循环系统机械构造内的冷 压縮腔。四个虚线方框内的加热管组件分别构成四个加热器。
第一个斯特林热力循环机械构造中的热膨胀腔、加热器、回热器和第二个斯特林热力 循环机械构造中的冷却器、冷压縮腔构成第一个斯特林热力循环系统，第二个斯特林热力 循环机械构造中的热膨胀腔、加热器、回热器和第三个斯特林热力循环机械构造中的冷却 器、冷压縮腔构成第二个斯特林热力循环系统，第三个斯特林热力循环机械构造中的热膨 胀腔、加热器、回热器和第四个斯特林热力循环机械构造中的冷却器、冷压縮腔构成第三 个斯特林热力循环系统，第四个斯特林热力循环机械构造中的热膨胀腔、加热器、回热器 和第一个斯特林热力循环机械构造中的冷却器、冷压縮腔构成第四个斯特林热力循环系 统；四个斯特林热力循环系统各自独立。每一个斯特林热力循环系统按预定顺序且以相差 90°的相位角差所完成的一次斯特林热力循环，构成一个完整的四缸双作用式斯特林发动 机热力循环。
第一个斯特林热力循环系统中的气体工质有一部分跟随活塞的往复运动，在回热器、 导流管、套管、热交换管、热膨胀腔中作往复流动；另一部分气体工质跟随活塞的往复运 动，在回热器、回热器侧面下部的通孔、管路、凹陷的空腔、冷却器中的冷却管、冷压縮 腔中作往复流动；每一个斯特林热力循环系统中的气体工质有一部分跟随其活塞的往复运 动，在这个斯特林热力循环系统中的回热器、导流管、套管、热交换管、热膨胀腔中作往 复流动；另一部分气体工质跟随其活塞的往复运动，在同一个斯特林热力循环系统中的回 热器、回热器侧面下部的通孔、管路、凹陷的空腔、冷却器中的冷却管、冷压縮腔中作往 复流动。
如图(图2)所示，在第一个斯特林热力循环系统的机械构造中
加热管由热交换管和套管构成，和加热管相同的多根加热管组成加热器；热交换管和 套管的一端气密联通，套管另一端垂直地气密连接在小于热腔气缸缸径截面所对映的、热 腔气缸外的顶部上，并且和热腔气缸内相联通；热交换管另一端垂直地气密连接在小于热 腔气缸缸径截面所对映的、热腔气缸外的顶部上，并且和热腔气缸内相联通；套管内径等 于导流管外径加上套管与导流管之间的径向间隙的和，其长度大于导流管长度减去热腔气 缸顶部厚度之差，其外径等于套管内径加上二倍套管壁厚的和；和所述套管相同的多根套 管分布在热腔气缸外的顶部上，并且和热腔气缸内气密联通。
双作用活塞由导流管、回热器的壳体、回热器芯、活塞、活塞杆构成；导流管的一端
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交换管內径，其壁厚为0.2 2毫米，其长度大于活塞的行程加上热腔气缸顶部的厚度之和； 导流管的另一端插入套管内，它们之间的径向间隙为0.1毫米左右，并且导流管的轴心线 和套管的轴心延长线重合；和所述导流管相同的多根导流管分布在回热器壳体顶部上，且
每根导流管的轴心线和其对应的套管的轴心延长线重合；回热器壳体上部外径小于热腔气 缸缸径0.1 0.2毫米，回热器壳体中下部外径小于回热器壳体上部外径2 10毫米，回热 器壳体中下部长度略大于活塞的行程；回热器壳体下端和活塞的顶部连接，回热器壳体轴 心线和活塞的轴心线重合；在回热器壳体下部的侧面壁上分布有贯通孔，使回热器壳体内 外相通；回热器芯安装在回热器壳体内，其轴心线和回热器壳体的轴心线重合；如图2和 图3所示。
冷腔气缸的下端和冷却器的顶板一端气密连接，活塞杆导向管一端和冷却器的顶板另 一端气密连接并和冷腔气缸联通，活塞杆导向管另一端和冷却器的底板气密连接并和冷却 器底板上的凹陷的空腔联通，冷腔气缸和凹陷的空腔通过活塞杆导向管相通，冷腔气缸的 轴心线、凹陷的空腔的轴心线和活塞杆导向管的轴心延长线重合，冷腔气缸和活塞杆导向 管及凹陷的空腔通过顶板及底板联接成一个整体结构；冷却管一端穿过冷却器顶板和冷腔 气缸气密联通且冷却管的管口不超过冷却器顶板的上表面，冷却管另外一端穿过冷却器底 板和凹陷的空腔气密联通且冷却管的管口不超过冷却器底板的下表面，冷腔气缸和凹陷的 空腔通过冷却管相通；和所述冷却管相同的多根冷却管均匀地分布在，大于活塞杆导向管 外直径、小于冷腔气缸缸径和大于活塞杆导向管外直径、小于凹陷的空腔内径及顶板、底 板之间所围的空间内；每根冷却管之间相距一定间距，并且每一根冷却管的轴心线和活塞 杆导向管的轴心线相互水平平行；贯通冷腔气缸的通孔位于活塞到达上止点时，活塞顶面 之上的冷腔气缸壁上，贯通凹陷的空腔的通孔位于凹陷的空腔的壁上。
沿冷腔气缸径向截面的内壁上开凿一个环形槽，槽位于活塞到达上止点时活塞顶面之
上，槽的开口和冷腔气缸相通，通孔通过槽的底部和冷腔气缸相通。
冷却器顶板的底部上设置一个台阶、冷却器下部底板的顶部上设置一个台阶，第一片 冷却水密封瓦和第二片冷却水密封瓦的凹面相对地合在顶板及底板的台阶及上，并水密密 封其接合面；冷却水进口设置在第一片冷却水密封瓦的凸面上，并和其凹面相通；冷却水 出口设置在第二片冷却水密封瓦的凸面上，并和其凹面相通；如图2和图4所示。
套管和导流管构成一个伸縮管，其伸縮长度大于活塞的行程；导流管在套管中作往复 运动时，在导流管和套管之间形成相对的密封；设置在活塞上的回热器缩小了双作用式斯 特林发动机总的无益容积，并且回热器同步跟随活塞的运动；活塞杆穿过冷却器上的活塞 杆导向管并可在活塞杆导向管中滑动；冷腔气缸的深度加上热腔气缸的深度略大于回热器 的长度加上活塞的长度再加上活塞行程的长度，凹陷的空腔的深度为数毫米。
双作用活塞置于冷腔气缸内，热腔气缸下端和冷腔气缸上端对接、密封圈气密密封其 对接口，并由数个螺栓紧固；冷却器上凹陷的空腔下端和能量输出系统的箱体气密密封对 接，并由数个螺栓紧固；这是本技术领域的工程技术人员熟悉的。
上述四个斯特林热力循环系统机械构造的四缸双作用式斯特林发动机，亦可由三个或 四个以上的斯特林热力循环机械构造，按预定顺序排列组成三缸或四缸以上的双作用式斯 特林发动机。其前一个斯特林热力循环机械构造中的、冷腔气缸上的通孔和后一个斯特林 热力循环机械构造中的冷却器下端凹陷的空腔上的通孔通过一根管道气密联通；最后一个 斯特林热力循环机械构造中的、冷腔气缸上的通孔和第一个斯特林热力循环机械构造中的 冷却器下端凹陷的空腔上的通孔通过一根管道气密联通。前一个斯特林热力循环机械构造 中的热膨胀腔、加热器、回热器和后一个斯特林热力循环机械构造中的冷却器、冷压縮腔 构成一个斯特林热力循环系统，最后一个斯特林热力循环机械构造中的热膨胀腔、加热器、 回热器和第一个斯特林热力循环机械构造中的冷却器、冷压縮腔构成最后一个斯特林热力 循环系统。这三个或四个以上的斯特林热力循环系统各自独立。由这三个或四个以上的斯 特林热力循环系统中的每一个斯特林热力循环，按预定顺序且相等的相位角差所完成的一 次斯特林热力循环，构成一个完整的三缸或四缸以上的双作用式斯特林发动机热力循环。
如图(图1)所示的双作用式斯特林发动机，热力循环的运行可以按斯特林热力循环 的逆循环来运行。
按斯特林热力循环的逆循环来运行的双作用式斯特林发动机，可构成双作用式斯特林 热泵。
按斯特林热力循环的逆循环来运行的双作用式斯特林发动机，可构成双作用式斯特林 致冷机。
上述双作用式斯特林发动机的回热器固定在活塞之上，省去了回热器壳体、减少了高 级耐热合金的用量并从整体上减少了双作用式斯特林发动机的体积、重量和制造成本，又 縮小了无益容积和增大了循环功，还减少了回热器壳体上的热损失。同时，还降低了活塞 与气缸滑动面上的温度。冷却器降低并稳定了活塞与气缸及活塞秆与活塞秆导向孔滑动面 上的温度，有利于提高双作用式斯特林发动机的寿命。回热器固定在活塞之上，减少了回 热器的热损失、提高了回热器的热效率。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明双作用式斯特林发动机的四个斯特林热力循环系统的机械构造及四个斯 特林热力循环系统结构原理剖视图。
图2是本发明双作用式斯特林发动机的四个斯特林热力循环系统的机械构造及第一个 斯特林热力循环系统的机械构造的原理剖视图。
图3是第一个斯特林热力循环系统的机械构造中的双作用活塞的构造原理放大剖视图。
图4是图1中四个斯特林热力循环系统的机械构造的冷腔气缸通过管道和冷却器下端 凹陷的空腔的连接图。
在附图中相同的附图标记用来表示同一部件。
具体实施 案一
如图1所示
双作用式斯特林发动机，它由四个斯特林热力循环系统的机械构造(100、 200、 300、 400)组成；第一个斯特林热力循环系统的机械构造(100)包括加热器(101)、热腔气缸
(111)、活塞(107)、回热器(106)、冷腔气缸(112)、冷却器(127)，其中
四个相同的、斯特林热力循环系统的机械构造(100、 200、 300、 400)，按预定顺序排 列组成四缸双作用式斯特林发动机。第一个斯特林热力循环系统机械构造(100)的、冷 腔气缸(112)上的通孔(115)和第二个斯特林热力循环系统机械构造(200)中的冷却器
(227)下端凹陷的空腔(221)上的通孔(220)通过管道(122)气密联通；第二个斯特 林热力循环系统机械构造(200)的、冷腔气缸(212)上的通孔(215)和第三个斯特林 热力循环系统机械构造(300)中的冷却器(327)下端凹陷的空腔(321)上的通孔(320) 通过管道(222)气密联通；第三个斯特林热力循环系统机械构造(300)的、冷腔气缸(312) 上的通孔(315)和第四个斯特林热力循环系统机械构造(400)中的冷却器(427)下端 凹陷的空腔(421)上的通孔(420)通过管道(322)气密联通；第四个斯特林热力循环 系统机械构造(400)的、冷腔气缸(412)上的通孔(415)和第一个斯特林热力循环系 统机械构造(100)中的冷却器(127)下端凹陷的空腔(121)上的通孔(120)通过管道
(422)气密联通；如图1和图4所示。
每个斯特林循热力环系统机械构造内的热腔气缸和其内的回热器上表面所围成的空 间，为这个斯特林热力循环系统机械构造内的热膨胀腔；冷腔气缸和其内的活塞下表面至 其下部的冷却器顶板的上表面所围成的空间，为这个斯特林热力循环系统机械构造内的冷 压缩腔。四个虚线方框内的加热管组件分别构成四个加热器(101、 201、 301、 401)。 第一个斯特林热力循环机械构造(100)中的热膨胀腔(113)、加热器(101)、回热器
(106)和第二个斯特林热力循环机械构造(200)中的冷却器(227)、冷压縮腔(214) 构成第一个斯特林热力循环系统，第二个斯特林热力循环机械构造(200)中的热膨胀腔
(213)、加热器(201)、回热器(206)和第三个斯特林热力循环机械构造(300)中的冷 却器(327)、冷压縮腔(314)构成第二个斯特林热力循环系统，第三个斯特林热力循环 机械构造(300)中的热膨胀腔(313)、加热器(301)、回热器(306)和第四个斯特林热 力循环机械构造(400)中的冷却器(427)、冷压縮腔(414)构成第三个斯特林热力循环 系统，第四个斯特林热力循环机械构造(400)中的热膨胀腔(413)、加热器(401)、回 热器(406)和第一个斯特林热力循环机械构造(100)中的冷却器(127)、冷压縮腔构(114) 成第四个斯特林热力循环系统；四个斯特林热力循环系统各自独立。每一个斯特林热力循 环系统按预定顺序且以相差卯。的相位角差所完成的一次斯特林热力循环，构成一个完整
的四缸双作用式斯特林发动机热力循环。
第一个斯特林热力循环系统中的气体工质有一部分跟随活塞(107)的往复运动，在回 热器(106)、导流管(105)、套管(103)、热交换管(104)、热膨胀腔(113)中作往复流 动；另一部分气体工质跟随活塞(107)的往复运动，在回热器(106)、回热器(106)侧 面下部的通孔(110)、管路(122)、凹陷的空腔(121)、冷却器(227)中的冷却管、冷压 縮腔(214)中作往复流动；每一个斯特林热力循环系统中的气体工质有一部分跟随其活 塞的往复运动，在这个斯特林热力循环系统中的回热器、导流管、套管、热交换管、热膨 胀腔中作往复流动；另一部分气体工质跟随其活塞的往复运动，在同一个斯特林热力循环 系统中的回热器、回热器侧面下部的通孔、管路、凹陷的空腔、冷却器中的冷却管、冷压 縮腔中作往复流动。
如图(图2)所示，在第一个斯特林热力循环系统的机械构造(100)中
加热管(102)由热交换管(104)和套管(103)构成，和加热管(102)相同的多根 加热管组成加热器(101);热交换管(104)和套管(103)的一端气密联通，套管(103) 另一端垂直地气密连接在小于热腔气缸(111)缸径截面所对映的、热腔气缸(111)外的 顶部上，并且和热腔气缸(111)内相联通；热交换管(104)另一端垂直地气密连接在小 于热腔气缸(111)缸径截面所对映的、热腔气缸(1U)外的顶部上，并且和热腔气缸(111) 内相联通；套管(103)内径等于导流管(105)外径加上套管(103)与导流管(105)之 间的径向间隙的和，其长度大于导流管(105)长度减去热腔气缸(111)顶部厚度之差， 其外径等于套管(103)内径加上二倍套管(103)壁厚的和；和所述套管(103)相同的 多根套管分布在热腔气缸(111)外的顶部上，并且和热腔气缸(111)内气密联通。
双作用活塞由导流管(105)、回热器(106)的壳体(131)、回热器芯(109)、活塞(107)、 活塞杆(108)构成；导流管(105)的一端垂直地气密连接在回热器壳体(131)的顶部 上，并且和回热器壳体(131)内联通；导流管(105)内径略大于热交换管(104)内径， 其壁厚为0.2 2毫米，其长度大于活塞(107)的行程加上热腔气缸(111)顶部的厚度之 和；导流管(105)的另一端插入套管(103)内，它们之间的径向间隙为0.1毫米左右， 并且导流管(105)的轴心线和套管(103)的轴心延长线重合；和所述导流管(105)相 同的多根导流管分布在回热器壳体(131)顶部上，且每根导流管的轴心线和其对应的套 管的轴心延长线重合；回热器壳体(131)上部外径小于热腔气缸(111)缸径0.1 0.2毫 米，回热器壳体(131)中下部外径小于回热器壳体(131)上部外径2 10毫米，回热器 壳体(131)中下部长度略大于活塞(107)的行程；回热器壳体(131)下端和活塞(107) 的顶部连接，回热器壳体(131)轴心线和活塞(107)的轴心线重合；在回热器壳体(131) 下部的侧面壁上分布有贯通孔(110)，使回热器壳体(131)内外相通；回热器芯(109) 安装在回热器壳体(131)内，其轴心线和回热器壳体(131)的轴心线重合；如图2和图 3所示。
冷腔气缸(112)的下端和冷却器(127)的顶板(116) —端气密连接，活塞杆导向管 (118) —端和冷却器(127)的顶板(116)另一端气密连接并和冷腔气缸(112)联通， 活塞杆导向管(118)另一端和冷却器(127)的底板(117)气密连接并和冷却器(127) 底板(117)上的凹陷的空腔(121)联通，冷腔气缸(112)和凹陷的空腔(121)通过活 塞杆导向管(118)相通，冷腔气缸(112)的轴心线、凹陷的空腔(121)的轴心线和活塞 杆导向管(118)的轴心延长线重合，冷腔气缸(112)和活塞杆导向管(118)及凹陷的空 腔(121)通过顶板(116)及底板(117)联接成一个整体结构；冷却管(119) 一端穿过 冷却器(127)顶板(116)和冷腔气缸(112)气密联通且冷却管(119)的管口不超过冷 却器(127)顶板(116)的上表面，冷却管(119)另外一端穿过冷却器(127)底板(117)
和凹陷的空腔(121)气密联通且冷却管(119)的管口不超过冷却器(127)底板(117) 的下表面，冷腔气缸(112)和凹陷的空腔(121)通过冷却管(119)相通；和所述冷却管 (119)相同的多根冷却管均匀地分布在，大于活塞杆导向管(118)外直径、小于冷腔气 缸(112)缸径和大于活塞杆导向管(118)外直径、小于凹陷的空腔(121)内径及顶板(116)、 底板(117)之间所围的空间内；每根冷却管之间相距一定间距，并且每一根冷却管的轴心 线和活塞杆导向管(118)的轴心线相互水平平行；贯通冷腔气缸(112)的通孔(115)位 于活塞(107)到达上止点时，活塞(107)顶面之上的冷腔气缸(112)壁上，贯通凹陷的 空腔(121)的通孔(120)位于凹陷的空腔(121)的壁上。
沿冷腔气缸(112)径向截面的内壁上开凿一个环形槽，槽位于活塞(107)到达上止点 时活塞(107)顶面之上，槽的开口和冷腔气缸(112)相通，通孔(115)通过槽的底部和 冷腔气缸(112)相通。
冷却器(127)顶板(116)的底部上设置一个台阶(132)、冷却器(127)下部底板(117) 的顶部上设置一个台阶(133),第一片冷却水密封瓦(124)和第二片冷却水密封瓦(123) 的凹面相对地合在顶板(116)及底板(117)的台阶(132)及(133)上，并水密密封其 接合面；冷却水进口 (126)设置在第一片冷却水密封瓦(124)的凸面上，并和其凹面相 通；冷却水出口 (125)设置在第二片冷却水密封瓦(123)的凸面上，并和其凹面相通； 如图2和图4所示。
套管(103)和导流管(105)构成一个伸縮管，其伸縮长度大于活塞(107)的行程； 导流管(105)在套管(103)中作往复运动时，在导流管(105)和套管(103)之间形成 相对的密封；设置在活塞(107)上的回热器(106)缩小了双作用式斯特林发动机总的无 益容积，并且回热器(106)同步跟随活塞(107)的运动；活塞杆(108)穿过冷却器(127) 上的活塞杆导向管(118)并可在活塞杆导向管(118)中滑动；冷腔气缸(112)的深度加 上热腔气缸(111)的深度略大于回热器(106)的长度加上活塞(107)的长度再加上活塞
(107)行程的长度，凹陷的空腔(121)的深度为数毫米。
双作用活塞置于冷腔气缸(112)内，热腔气缸(111)下端和冷腔气缸(112)上端对 接、密封圈(130)气密密封其对接口，并由数个螺栓紧固；冷却器(127)上凹陷的空腔
(121)下端和能量输出系统的箱体(129)气密密封对接，并由数个螺栓(128)紧固； 这是本技术领域的工程技术人员熟悉的。
上述四个斯特林热力循环系统机械构造的四缸双作用式斯特林发动机，亦可由三个或 四个以上的斯特林热力循环机械构造，按预定顺序排列组成三缸或四缸以上的双作用式斯 特林发动机。其前一个斯特林热力循环机械构造中的、冷腔气缸上的通孔和后一个斯特林 热力循环机械构造中的冷却器下端凹陷的空腔上的通孔通过一根管道气密联通；最后一个 斯特林热力循环机械构造中的、冷腔气缸上的通孔和第一个斯特林热力循环机械构造中的 冷却器下端凹陷的空腔上的通孔通过一根管道气密联通。前一个斯特林热力循环机械构造 中的热膨胀腔、加热器、回热器和后一个斯特林热力循环机械构造中的冷却器、冷压缩腔 构成一个斯特林热力循环系统，最后一个斯特林热力循环机械构造中的热膨胀腔、加热器、 回热器和第一个斯特林热力循环机械构造中的冷却器、冷压縮腔构成最后一个斯特林热力 循环系统。这三个或四个以上的斯特林热力循环系统各自独立。由这三个或四个以上的斯 特林热力循环系统中的每一个斯特林热力循环，按预定顺序且相等的相位角差所完成的一 次斯特林热力循环，构成一个完整的三缸或四缸以上的双作用式斯特林发动机热力循环。
具体实施方案二
如图(图1)所示的双作用式斯特林发动机，热力循环的运行可以按斯特林热力循环 的逆循环来运行。
具体实施方案三
按斯特林热力循环的逆循环来运行的双作用式斯特林发动机，可构成双作用式斯特林 热泵。
具体实施方案四
按斯特林热力循环的逆循环来运行的双作用式斯特林发动机，可构成双作用式斯特林 致冷机。
本发明所述双作用式斯特林发动机实施例仅是示例性的，但本发'明并不限于此。在本 发明权利要求所限定的范围内，做出的改变和修正都将落入本发明的范围。
说明书摘要
本发明公开了一种双作用式斯特林发动机。它由四个相同的、斯特林热力循环系统的 机械构造100、 200、 300、 400组成；第一个斯特林热力循环系统的机械构造100中的回 热器106安装在活塞107顶部并跟随活塞107 —起运动，冷却器127位于冷腔气缸112下 方，活塞杆108穿过冷却器127上的活塞杆导向管118，并可在配气活塞杆导向管118中 滑动。上述机械结构的改进减少了双作用式斯特林发动机的体积、重量和制造成本及回热 器106壳体131的热损失，提高了双作用式斯特林发动机的效率和寿命。双作用式斯特林 发动机可使用固态、液态、气态燃料和可再生的生物质燃料或垃圾中的燃料，以及太阳能 等热源，具有燃料和热源来源范围广、热效率高和环境友好型的特点。它将在未来的社会 生产实践中得到广泛的应用。
权利要求
1.一种双作用式斯特林发动机，它由四个斯特林热力循环系统的机械构造(100、200、300、400)组成；第一个斯特林热力循环系统的机械构造(100)包括加热器(101)、热腔气缸(111)、活塞(107)、回热器(106)、冷腔气缸(112)、冷却器(127)，其特征在于——第一个斯特林热力循环系统机械构造(100)的、冷腔气缸(112)上的通孔(115)和第二个斯特林热力循环系统机械构造(200)中的冷却器(227)下端凹陷的空腔(221)上的通孔(220)通过管道(122)气密联通；第二个斯特林热力循环系统机械构造(200)的、冷腔气缸(212)上的通孔(215)和第三个斯特林热力循环系统机械构造(300)中的冷却器(327)下端凹陷的空腔(321)上的通孔(320)通过管道(222)气密联通；第三个斯特林热力循环系统机械构造(300)的、冷腔气缸(312)上的通孔(315)和第四个斯特林循热力环系统机械构造(400)中的冷却器(427)下端凹陷的空腔(421)上的通孔(420)通过管道(322)气密联通；第四个斯特林热力循环系统机械构造(400)的、冷腔气缸(412)上的通孔(415)和第一个斯特林热力循环系统机械构造(100)中的冷却器(127)下端凹陷的空腔(121)上的通孔(120)通过管道(422)气密联通；——第一个斯特林热力循环机械构造(100)中的热膨胀腔(113)、加热器(101)、回热器(106)和第二个斯特林热力循环机械构造(200)中的冷却器(227)、冷压缩腔(214)构成第一个斯特林热力循环系统，第二个斯特林热力循环机械构造(200)中的热膨胀腔(213)、加热器(201)、回热器(206)和第三个斯特林热力循环机械构造(300)中的冷却器(327)、冷压缩腔(314)构成第二个斯特林热力循环系统，第三个斯特林热力循环机械构造(300)中的热膨胀腔(313)、加热器(301)、回热器(306)和第四个斯特林热力循环机械构造(400)中的冷却器(427)、冷压缩腔(414)构成第三个斯特林热力循环系统，第四个斯特林热力循环机械构造(400)中的热膨胀腔(413)、加热器(401)、回热器(406)和第一个斯特林热力循环机械构造(100)中的冷却器(127)、冷压缩腔构(114)成第四个斯特林热力循环系统；——第一个斯特林热力循环系统中的气体工质有一部分跟随活塞(107)的往复运动，在回热器(106)、导流管(105)、套管(103)、热交换管(104)、热膨胀腔(113)中作往复流动；另一部分气体工质跟随活塞(107)的往复运动，在回热器(106)、回热器(106)侧面下部的通孔(110)、管路(122)、凹陷的空腔(121)、冷却器(227)中的冷却管、冷压缩腔(214)中作往复流动；每一个斯特林热力循环系统中的气体工质有一部分跟随其活塞的往复运动，在这个斯特林热力循环系统中的回热器、导流管、套管、热交换管、热膨胀腔中作往复流动；另一部分气体工质跟随其活塞的往复运动，在同一个斯特林热力循环系统中的回热器、回热器侧面下部的通孔、管路、凹陷的空腔、冷却器中的冷却管、冷压缩腔中作往复流动；——双作用活塞由导流管(105)、回热器(106)的壳体(131)、回热器芯(109)、活塞(107)、活塞杆(108)构成；导流管(105)的一端垂直地气密连接在回热器壳体(131)的顶部上，并且和回热器壳体(131)内联通；导流管(105)内径略大于热交换管(104)内径，其壁厚为0.2～2毫米，其长度大于活塞(107)的行程加上热腔气缸(111)顶部的厚度之和；导流管(105)的另一端插入套管(103)内，它们之间的径向间隙为0.1毫米左右，并且导流管(105)的轴心线和套管(103)的轴心延长线重合；和导流管(105)相同的多根导流管分布在回热器壳体(131)顶部上，且每根导流管的轴心线和其对应的套管的轴心延长线重合；回热器壳体(131)上部外径小于热腔气缸(111)缸径0.1～0.2毫米，回热器壳体(131)中下部外径小于回热器壳体(131)上部外径2～10毫米，回热器壳体(131)中下部长度略大于活塞(107)的行程；回热器壳体(131)下端和活塞(107)的顶部连接，回热器壳体(131)轴心线和活塞(107)的轴心线重合；在回热器壳体(131)下部的侧面壁上分布有贯通孔(110)，使回热器壳体(131)内外相通；回热器芯(109)安装在回热器壳体(131)内，其轴心线和回热器壳体(131)的轴心线重合；——冷腔气缸(112)的下端和冷却器(127)的顶板(116)一端气密连接，活塞杆导向管(118)一端和冷却器(127)的顶板(116)另一端气密连接并和冷腔气缸(112)联通，活塞杆导向管(118)另一端和冷却器(127)的底板(117)气密连接并和冷却器(127)底板(117)上的凹陷的空腔(121)联通，冷腔气缸(112)和凹陷的空腔(121)通过活塞杆导向管(118)相通，冷腔气缸(112)的轴心线、凹陷的空腔(121)的轴心线和活塞杆导向管(118)的轴心延长线重合，冷腔气缸(112)和活塞杆导向管(118)及凹陷的空腔(121)通过顶板(116)及底板(117)联接成一个整体结构；冷却管(119)一端穿过冷却器(127)顶板(116)和冷腔气缸(112)气密联通且冷却管(119)的管口不超过冷却器(127)顶板(116)的上表面，冷却管(119)另外一端穿过冷却器(127)底板(117)和凹陷的空腔(121)气密联通且冷却管(119)的管口不超过冷却器(127)底板(117)的下表面，冷腔气缸(112)和凹陷的空腔(121)通过冷却管(119)相通；和冷却管(119)相同的多根冷却管均匀地分布在，大于活塞杆导向管(118)外直径、小于冷腔气缸(112)缸径和大于活塞杆导向管(118)外直径、小于凹陷的空腔(121)内径及顶板(116)、底板(117)之间所围的空间内；每根冷却管之间相距一定间距，并且每一根冷却管的轴心线和活塞杆导向管(118)的轴心线相互水平平行；贯通冷腔气缸(112)的通孔(115)位于活塞(107)到达上止点时，活塞(107)顶面之上的冷腔气缸(112)壁上，贯通凹陷的空腔(121)的通孔(120)位于凹陷的空腔(121)的壁上；——套管(103)和导流管(105)构成一个伸缩管，其伸缩长度大于活塞(107)的行程；设置在活塞(107)上的回热器(106)缩小了双作用式斯特林发动机总的无益容积，并且回热器(106)同步跟随活塞(107)的运动；活塞杆(108)穿过冷却器(127)上的活塞杆导向管(118)并可在活塞杆导向管(118)中滑动；冷腔气缸(112)的深度加上热腔气缸(111)的深度略大于回热器(106)的长度加上活塞(107)的长度再加上活塞(107)行程的长度，凹陷的空腔(121)的深度为数毫米；
2. 根据权利要求1所述双作用式斯特林发动机，其特征在于热力循环的运行可以按斯特 林热力循环的逆循环来运行。
3. 根据权利要求2所述双作用式斯特林发动机，其特征在于可以构成双作用式斯特林热泵。
4. 根据权利要求2所述双作用式斯特林发动机，其特征在于可以构成双作用式斯特林致冷机。
全文摘要
本发明公开了一种双作用式斯特林发动机。它由四个相同的、斯特林热力循环系统的机械构造100、200、300、400组成；第一个斯特林热力循环系统的机械构造100中的回热器106安装在活塞107顶部并跟随活塞107一起运动，冷却器127位于冷腔气缸112下方，活塞杆108穿过冷却器127上的活塞杆导向管118，并可在配气活塞杆导向管118中滑动。上述机械结构的改进减少了双作用式斯特林发动机的体积、重量和制造成本及回热器106壳体131的热损失，提高了双作用式斯特林发动机的效率和寿命。双作用式斯特林发动机可使用固态、液态、气态燃料和可再生的生物质燃料或垃圾中的燃料，以及太阳能等热源，具有燃料和热源来源范围广、热效率高和环境友好型的特点。它将在未来的社会生产实践中得到广泛的应用。
文档编号F02G1/00GK101349215SQ20081005886
公开日2009年1月21日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者白坤生 申请人:白坤生