[发明专利]转子式斯特林发动机

说明书

技术领域

本发明属于能源动力领域 

背景技术

由于工业的发展，出现了各种发动机，在推进人类文明的同时也带来能源和环境问题。为了解决能源和环境问题，需要提高发动机效率，降低排放污染。 

实现没有往复机构的转子发动机是人们多年来的梦想，目前小批量投入使用的转子发动机是汪克尔发动机，但由于效率方面没有优势未得到广泛应用。有一种实用的转子发动机那就是燃气轮机，燃气轮机已经得到了广泛的应用，但燃气轮机制造成本较高，很难做到较小的功率，使用范围受到限制。 

1816年，罗伯特·斯特林(Robert Stirling)发明了热气机(斯特林发动机Stirling Engine)，但没有得到广泛应用。近年来由于人类对新能源的需求和科学技术的进步，使人们的注意力再次集中到斯特林发动机。斯特林发动机之所以引起人们的注意是因为斯特林发动机有一些独特的优点： 

1.可以使用多种燃料和热源，包括天然气、石油、煤炭等； 

2.热效率较高； 

3.排放污染较低； 

4.噪声较低； 

目前的斯特林发动机还没有大规模应用，主要是因为有一些技术问题未得到解决： 

1.活塞及活塞杆处密封寿命问题； 

2.制造成本较高； 

发明内容

为解决以上问题，提出了转子式斯特林发动机。该发动机由一个容积式气体压缩机和一个容积式膨胀机以及加热器和冷却器组成，还有相应的管路和工质。容积式压缩机的出气口同加热器的入口通过管道联接，加热器的出口同容积式膨胀机的进气口通过管道联接，容积式膨胀机的出气口同冷却器的入口通过管道联接，冷却器的出口同压缩机的进气口通过管道联接。容积式压缩机和容积式膨胀机的旋转轴联在一起。工质可以用氦、氢或其它气体。 

当燃烧器燃烧后，加热器吸收热量，工质被加热温度提高，加热后的高温工质进入容积膨胀机进行膨胀做功，做功后的工质温度降低。做功后的工质 进入冷却器冷却，冷却后的工质温度进一步降低，工质通过管道再进入容积式压缩机，容积式压缩机对工质压缩，压缩后的工质再进入加热器加热，如此不断循环，发动机可以连续工作对外输出动力。膨胀机的产生的旋转动力一部分输送到压缩机，一部分通过旋转轴输出。这样便实现了将热能转化为机械能。 

容积式压缩机有多种形式，例如叶片式、旋转斜盘活塞式压缩机、螺杆式压缩机、涡旋式压缩机等。这些形式的压缩机已经长期、广泛应用于空气压缩机、制冷压缩机，经多年使用技术成熟。对于回转式斯特林发动机有多种形式的容积泵-容积膨胀机可供选择，但以下2种优先考虑： 

1.涡旋式斯特林发动机 

2.螺杆式斯特林发动机 

螺杆式压缩机和涡旋式压缩机，运转过程中转子同其它零件不接触，转子不需要油润滑，可以做到无油化，非常适合作为转子式斯特林发动机的压缩机和膨胀机。 

转子式斯特林发动机的优点： 

1.对旋转轴采用机械密封或磁力联轴器输出动力，从根本上解决斯特林发动机密封问题； 

2.污染物排放水平低，噪声和振动小； 

3.可使用多种燃料或热能； 

4.结构简单，可靠性高； 

5.有自启动特点，不需要启动装置； 

6.从旋转轴输入旋转动力可以作为制冷压缩机和热泵； 

7.采用成熟的现有压缩机技术，有利于降低成本； 

附图说明

图1是转子斯特林发动机原理图 

转子式斯特林发动机结构见图1，其中1容积式压缩机、2加热器、3燃烧器、4容积式压缩机、5旋转动力输出轴、6联接容积式压缩机和容积式膨胀机的轴、7冷却器。 

具体实施方式

以下是一种转子斯特林发动机的实现方式： 

该发动机采用螺杆式压缩机和螺杆式膨胀机，发动机由一个螺杆式气体压缩机和一个螺杆式膨胀机以及加热器和冷却器组成，还有相应的管路和工质。螺杆式压缩机的出气口同加热器的入口通过管道联接，加热器的出口同螺杆式膨胀机的进气口通过管道联接，螺杆式膨胀机的出气口同冷却器的入口通过 管道联接，冷却器的出口同压缩机的进气口通过管道联接。螺杆式压缩机和螺杆式膨胀机的旋转轴联在一起。工质可以用氦、氢或其它气体。 

当加热器受热后工质膨胀、温度增加，高温工质驱动螺杆膨胀机旋转，由于螺杆膨胀机同螺杆压缩机同轴，螺杆压缩机被螺杆膨胀机带动旋转。工质从膨胀机排气口排出后，温度降低，工质进入冷却器后温度进一步降低，工质通过进气口进入螺杆压缩机，工质在螺杆压缩机内再次被压缩。压缩后的工质通过螺杆压缩机排气口排出，再次进入加热器，以此方式不断循环下去，机械能从旋转轴输出，实现了热能到机械能的转变。