[发明专利]一种斯特林热机换热式回热器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种回热器，具体为一种斯特林热机换热式回热器。

背景技术

现代斯特林热机都采用金属丝网蓄热式回热器，没有突破单个工作腔斯特林热机的传统设计理念。斯特林热机回热器传统设计理念就是重视热量的空间传导损失，忽视等待换热时间导致的热损失。论文《Redlich-K wong气体斯特林热机的输出功和效率》研究了换热等待时间与热损失的关系，得出缩短等待换热等待时间可减少热损失的结论。而斯特林热机最短的换热等待时间是处于等容吸热过程的工作腔与处于等容放热过程的工作腔逆流换热！其理论换热等待时间接近零。中国发明专利一种逆流换热式回热器(201110006278.6)就是基于这一原理。然而，该发明仍然保留着尽量减少热量纵向流动的传统思维，试图通过设置横向换热通道达到减少纵向热流失。其结果必然导致流动阻力大、设计制造难。

现代斯特林热机的功率小，基本上在100KW以下，金属丝网蓄热式回热器能满足其性能要求。在斯特林热机功率达数百KW、甚至超过一千KW的大功率斯特林热机上，金属丝网蓄热式回热器综合性能就不及换热式回热器。

而研发大功率的斯特林热机是太阳能热发电、混合动力汽车的必由之路！中国发明专利斯特林可逆热机(200710050949.2)已经妥善解决了大功率斯特林热机的主体结构问题。《新型斯特林发动机设计理论研究》和《斯特林发动机极限压力与平均温度关系探析》这两篇论文，提供了一套完整的斯特林可逆热机设计计算方法及公式。

斯特林热机换热式回热器换热模式的特点是双向换热、高频切换、压力急变。怎样针对以上特点，以简单可靠的结构实现逆流换热呢？目前这方面的研究还处于起步阶段，报道罕见。

发明内容

本发明的目的是解决在同一时间内，一个工作腔处于吸热过程，另一个工作腔处于放热过程的斯特林热机逆流换热问题。因为换热在两工作腔之间进行，斯特林热机必须具有偶数个工作腔。

为了实现上述目的，本发明的方案是：其结构包括一块横向芯板、一块纵向芯板、多层平行换热板、四块隔热块、四块外壳块、一个外包绝热层。横向芯板与纵向芯板垂直相交；平行的多层换热板分别与横向芯板、纵向芯板垂直相交；横向芯板和纵向芯板将平行的多层换热板分成四部份，最外层换热板的外表面和所有换热板的边都与横向芯板、纵向芯板相连接。垂直于横向芯板的两个面为两侧面，每一侧面被横向芯板分为两部分；垂直于纵向芯板的两个面为两端面，每一端面被纵向芯板分为两部分。封堵两侧面所有换热板间边缘间隙，隔层封堵纵向芯板异侧两端面的换热板间边缘间隙，形成两条多层相间、两端口在纵向芯板异侧的工质流动通道，两条换热通道空间交叉，对角连通。隔层封堵纵向芯板同侧两端面的换热板间边缘间隙，则形成两条多层相间、端口在纵向芯板同侧的工质流动通道，两条换热通道空间平行，同侧连通。四块隔热块分别紧贴四块外壳块内表面，四块外壳块包裹横向芯板纵向芯板间的四部份平行换热板，并与横向芯板纵向芯板相连接，形成封闭的外壳。外壳两端各有两个连接管，外壳表面外包绝热层。

所述横向芯板是中部贯通的框架，内空轮廓与多层平行换热板连接处截面轮廓吻合。

所述纵向芯板是中部贯通的框架，内空轮廓与多层平行换热板连接处剖面轮廓吻合。

所述换热板为任意曲面的薄板。

所述换热通道各层两端端口都与两端连接管连通，两条换热通道分别与各自工作腔加热器和散热器连通。

所述工质流动通道端口在纵向芯板同侧，横向芯板不必设置。因为横向芯板的作用是封隔纵向芯板同侧两工质流动通道。

本发明的优点在于：一是两工作腔的工质在换热板两面逆向流动，流向高频切换，热量在换热板两面相应双向传递，换热板不需要很大的蓄热能力，换热效果好。二是换热板取代金属丝网，制造工艺简单，降低了成本，可靠性更高。三是尤其适用于大功率斯特林发动机。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明整体示意图；

图2是本发明内部结构示意图；

图1是除去绝热层的斯特林热机换热式回热器，四块外壳块分别与横向芯板纵向芯板相连，形成封闭外壳；壳内包容隔热块和平行换热板；两端各有两个连接管。