專利名稱：斯特林發(fā)動機的傳熱頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
斯特林發(fā)動機(Stirling engine)是一種外部加熱的往復式發(fā)動機。它具有汽缸，一個活塞或多個活塞在汽缸中來回擺動而起作用，以便使工作液體在熱的和冷的熱交換器之間移動并輸出動力。
背景技術(shù)：
通常向斯特林發(fā)動機汽缸的一端供應熱量，為的是加熱內(nèi)部的氣體而驅(qū)動工作活塞。受熱的斯特林發(fā)動機端部稱為傳熱頭，通常由圓形加熱器或燃燒器圍繞，該加熱器或燃燒器向傳熱頭供熱。汽缸通常垂直設(shè)置，使燃燒器圍繞汽缸而進行供熱，使得從燃燒器中釋放的熱氣能夠向上排出。為了增強對斯特林發(fā)動機汽缸的傳熱以便提高其效率，傳熱頭可以具有葉片以便增大其表面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是增強對傳熱頭的熱傳遞。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種傳熱頭，該傳熱頭用于具有往復軸線的斯特林發(fā)動機，該傳熱頭包括多個外部葉片，形成有第一組葉片，第一組葉片的每個葉片由傳熱頭伸出并具有一長度、第一側(cè)部和第二側(cè)部，并且至少兩相鄰葉片設(shè)置成使其部分長度基本平行，且設(shè)置成使輻射在兩相鄰葉片之一的側(cè)部上的任意輻射熱的至少一部分被反射到另一葉片的側(cè)部上，其中，在第一組葉片的上方設(shè)置有第二組葉片，第二組葉片中的每個葉片具有一長度、第一側(cè)部和第二側(cè)部，在使用中，所述第二組葉片中每個葉片位于沿傳熱頭往復軸線方向延伸的平面內(nèi)。
每次反射中由第一組葉片吸收熱量，使得通過設(shè)置葉片而在兩大體平行的相鄰葉片之間反射輻射熱，由于進行提供更有效傳熱的多次反射，因而吸收了更多的熱能。第二組葉片的結(jié)構(gòu)使由燃燒器釋放的燃燒氣體在其間向上流動，而得以吸收燃燒氣體中的熱量。
反射到另一基本平行葉片的側(cè)部上的至少一部分輻射熱最好反射回到這一個葉片上，以便增強熱傳遞。
當兩相鄰葉片的鄰近側(cè)部遠離傳熱頭延伸時可以彼此岔開，以便形成大致鋸齒形橫截面，使每個葉片具有大體三角形或斜截三角形的橫截面。這減少了由葉片端部傳遞回到燃燒器、外壁和熱氣體的輻射熱。
葉片的長度可以圍繞斯特林發(fā)動機的圓周延伸，其增大了傳熱頭的實際長度。
至少一些外部葉片設(shè)置成彼此之間反射輻射熱，最好將其設(shè)置成基本與如加熱器或燃燒器的輻射熱源相對置。
為了改善傳熱，在使用中，第二組葉片中每個葉片連接斯特林發(fā)動機圓筒部，并且具有在圓筒部上方延伸但是不直接連接到斯特林發(fā)動機上的延伸部。為了改進該裝置和其它裝置的穩(wěn)定性，第二組葉片最好由圓周環(huán)連接。


下面參照

本發(fā)明的傳熱頭實施例，其中圖1是傳熱頭的立體圖；圖2是圖1所示傳熱頭葉片的橫截面視圖；圖3是傳熱頭的一組可供選擇葉片的橫截面視圖；圖4是傳熱頭的第二組可供選擇葉片的橫截面視圖。
具體實施例方式
圖1中所示的傳熱頭10構(gòu)成了斯特林發(fā)動機頂部。傳熱頭10呈一端具有圓頂部12的圓筒部11。以示意方式示出了環(huán)形燃燒器20。燃燒器20圍繞傳熱頭10并對其供熱，以便使斯特林發(fā)動機工作。在該實施例中，燃燒器20由天然氣供給動力。
傳熱頭10具有多個長的第一葉片30，每個葉片的長度圍繞傳熱頭10的圓筒部沿圓周方向延伸。第一葉片30的縱橫尺寸比(aspect ratio)使得相鄰葉片端部之間的間隙4小于葉片高度5。傳熱頭10還具有多個第二葉片40，每個葉片的長度沿縱向在傳熱頭的圓筒部11軸線方向上延伸。第二葉片40圍繞傳熱頭設(shè)置在徑向平面中。
如圖2所示，每個葉片30具有第一下側(cè)部31和第二上側(cè)部32，每個葉片的側(cè)部31、32基本為平的，并且當其從傳熱頭10向外延伸時彼此相向會聚。如圖5中所示，每個葉片30兩側(cè)部31、32所會聚的端部33的橫截面呈弧形，但是也可以是一個點或任何其它合適的橫截面。如圖2所示，兩相鄰葉片30底部與傳熱頭10連接的區(qū)域34的橫截面為弧形，但是也可以為任何合適的橫截面。在該實施例中，每個葉片30由傳熱頭2的壁至其端部33的高度5大約為25mm，而相鄰葉片30的端部33之間的間隙4約為5mm。每個葉片的高度5最好超過相鄰葉片30的端部33之間的距離的兩倍，以便促進葉片上輻射熱的反射。但是，每個葉片的高度5可以是相鄰葉片30的端部33之間間隙4的3倍、4倍或5倍。
在該實施例中，作為輻射熱源的燃燒器20與多個葉片30對置，使得輻射熱輻射到相鄰葉片30之間的空間內(nèi)。如圖2所示，輻射在葉片30的側(cè)部31、32之一上的輻射熱反射到相鄰葉片32、31的鄰近側(cè)。熱量在每次反射時由傳熱頭10的葉片30吸收并用于使斯特林發(fā)動機工作。每個葉片30的三角形結(jié)構(gòu)總體上呈鋸齒形，可以在每對葉片30之間形成多次輻射熱的反射，每次反射使傳熱頭10吸收更多的熱量。
當輻射熱到達兩相鄰葉片30匯合的點34時，輻射熱受到反射而遠離傳熱頭10，并且在其遠離使傳熱頭10吸收更多熱量的傳熱頭10的通道上受到葉片30的更多次反射。
如圖2所示，第二葉片40在第一葉片30上方，第二葉片40的橫截面處于沿傳熱頭10圓筒部軸線方向延伸的平面中。由燃燒器20釋放的熱燃燒氣體在相鄰第二葉片40之間向上傳遞，由燃燒氣體釋放的大量熱量被葉片40吸收。
將葉片40設(shè)置成可保持高的氣體流速，并具有大的對流傳熱系數(shù)。葉片40最好具有矩形橫截面以提高葉片效率。傳熱頭10相對于熱源20設(shè)置，使得輻射熱由熱源輻射到相鄰葉片30之間的空間內(nèi)。第二葉片最好設(shè)置在熱源20上方，以便從上升的燃燒氣體中吸收熱量。在該結(jié)構(gòu)中，來自熱源20的絕大部分熱量由傳熱頭10吸收，提高了效率。
圖3示出了傳熱頭10葉片的另一種可供選擇結(jié)構(gòu)。在圍繞傳熱頭10沿圓周方向隔開的點處，導槽沿橫向進入葉片30的側(cè)部，除了這一點外，圖3中所示葉片與圖2中所示的葉片相同。導槽沿傳熱頭10圓筒部軸線方向延伸。導槽還延伸到葉片30的側(cè)部，靠近傳熱頭10頂部以便適應增大的燃燒氣體流量?？墒褂脠A鋸在葉片30中切割出導槽。
可以用任何合適的導熱材料制成葉片，該導熱材料如金屬，通常為鋼材。傳熱頭10和葉片30、40可以為相同的一件整體材料構(gòu)成或由分離的多件材料構(gòu)成，以便增強由葉片30、40向傳熱頭10的熱傳導。
根據(jù)圓筒設(shè)計、工作壓力和溫度，可以在葉片部40上使用其它用于釋放應力的附加圓周槽。
圖4顯示了傳熱頭10的另一種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)大致與圖2所示結(jié)構(gòu)相同。此外，該結(jié)構(gòu)可以結(jié)合圖3所示的導槽。在該結(jié)構(gòu)中，葉片40具有在傳熱頭圓筒部上方延伸的延伸部40A。但是，葉片40僅連接傳熱頭圓筒部，圓頂部12和葉片40的延伸部40A之間形成間隙。
環(huán)41圍繞延伸部40A上表面的外圓周邊延伸，由此將葉片40連接在一起。具有三角形橫截面的第二圓周環(huán)42圍繞葉片40的下內(nèi)部延伸。這形成了使葉片得以作為單個部件制造和安裝的剛性結(jié)構(gòu)。延伸的葉片使燃燒氣體的進行較高程度的傳熱，通過連接于傳熱頭10的葉片下部而進行所有傳導。
權(quán)利要求
1.一種傳熱頭，所述傳熱頭用于具有往復軸線的斯特林發(fā)動機，該傳熱頭包括多個外部葉片，形成有第一組葉片，第一組葉片的每個葉片由傳熱頭伸出并具有一長度、第一側(cè)部和第二側(cè)部，并且至少兩相鄰葉片設(shè)置成使其部分長度基本平行，且設(shè)置成使輻射在兩相鄰葉片之一的側(cè)部上的任意輻射熱的至少一部分被反射到另一葉片的側(cè)部上，其中，在第一組葉片的上方設(shè)置有第二組葉片，第二組葉片中的每個葉片具有一長度、第一側(cè)部和第二側(cè)部，在使用中，所述第二組葉片中每個葉片位于沿傳熱頭往復軸線方向延伸的平面內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的傳熱頭，其特征在于，兩相鄰葉片的鄰近側(cè)在其遠離傳熱頭延伸時岔開。
3.如權(quán)利要求2所述的傳熱頭，其特征在于，每個葉片具有大體三角形或斜截三角形的橫截面。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭，其特征在于，所述第一組葉片的長度圍繞所述斯特林發(fā)動機的圓周延伸。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭，其特征在于，至少所述第一組葉片中的一些葉片設(shè)置成基本與輻射熱源對置，使得輻射熱能夠輻射到至少一些葉片的兩側(cè)部上。
6.如權(quán)利要求5所述的傳熱頭，其特征在于，所述第二組葉片中的至少一些葉片在輻射熱源上方垂直延伸。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭，其特征在于，在使用中，所述第二組葉片中的每個葉片連接斯特林發(fā)動機的圓筒部并且具有延伸部，所述延伸部在圓筒部上方延伸而不直接連接所述斯特林發(fā)動機。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭，其特征在于，所述第二組葉片通過至少一個圓周環(huán)連接在一起。
9.一種斯特林發(fā)動機，具有如前述任一權(quán)利要求所述的傳熱頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于斯特林發(fā)動機的傳熱頭(10)。傳熱頭(10)包括由傳熱頭(10)伸出的多個外圓周葉片(30)。至少兩個相鄰葉片(30)設(shè)置成基本平行，使得輻射到葉片之一上的一些輻射熱反射到另一葉片上。第二組葉片(40)設(shè)置在圓周葉片上方。設(shè)置第二組葉片而使由燃燒器釋放的燃燒氣體向上流動，以便從流過的燃燒氣體中吸收熱量。
文檔編號F02G1/055GK1446287SQ0181410
公開日2003年10月1日 申請日期2001年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月15日
發(fā)明者大衛(wèi)·安東尼·克拉克, 詹姆士·羅伯特·羅利 申請人:麥克羅金能源有限公司