专利名称：斯特林发动机组件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种斯特林发动机组件。具体地，该发明涉及一种适于用在热电联产(chp)单元中的组件。
背景技术：
当例如热电联产单元的器具安装在家用环境中时，重要的是将能够产生相当大损害的噪音和振动保持在非常低的水平。由于该器具包括结合有交流发电机的斯特林发动机，因此它产生了大大高于可接受的噪音和振动。因此必须使得通过热电联产单元的壳体和支撑架传到家用环境的噪音和振动最小化。
斯特林发动机燃烧器设在环绕发动机顶部的加热器头部的位置。该基于斯特林发动机的热电联产系统的问题是需要确保燃气不会向下流入空间密封的单元罩而导致潜在有害气体的积累。因此在斯特林发动机和燃烧器壳体之间需要某种形式的密封件。
在工作时，斯特林发动机由于其往复运动元件而产生振动。包括各种阻尼和吸收元件的减震系统能够将振动的残留水平减到很低的级别，但剩余的振动仍足以对位于振动着的发动机和固定的燃烧器壳体之间的任何密封件造成问题。如燃气用具认证程序所规定的，该密封件设计需要非常坚固、在高温下工作并能够在各种工作条件下保持充分的密封件。某些普通的密封件设计通常比发动机悬挂系统硬得多，若得以应用，在使用中会导致在振动着的发动机和静止的燃烧器元件之间不可接受的力传递。
这样的密封件的过度磨损、疲劳或劣化会使燃气泄漏到单元罩内，从而导致危险，并增加了噪音级。
US5,918,463公开了一种斯特林发动机，其在燃烧器壳体和斯特林发动机之间设有柔性、半刚性或刚性陶瓷纤维隔热材料的垫圈形件。
通常的做法是通过将发动机安装到弹簧顶部而支撑发动机，其隔离了大部分在通常的发动机工作期间产生的振动。具有该布置的斯特林发动机的实例是US4,400,941。为了使隔离程度最大化，需要安装系统具有低刚度。用压缩弹簧实现这一点会导致不稳定性，特别是所包括的力除了垂直振动外为实质上的横向时尤其如此。因此必需要有一种替代的支撑布置。我们的早期专利申请PCT/GB02/05111详细描述了该问题的解决方案，其中弹簧设置为围绕斯特林发动机的外表面，以将发动机悬挂在安装凸缘下。
发明内容
根据本发明，提供了一种斯特林发动机组件，包括带有热头部和冷区域的斯特林发动机，围绕该头部并设置成给头部提供热量的环形燃烧器，以及在斯特林发动机和燃烧器之间用于防止燃气从头部流入周围环境的波形密封件，其中该斯特林发动机至少部分通过该密封件由安装框架支撑。
因此该密封件设计足够柔性以应付发动机和燃烧器之间的相对运动(实际上的垂直、水平和旋转运动)。另外，可以得到用于该密封件的合适材料，其能够承受与燃烧器气体相关的高温，且不能被其中的气体腐蚀。
通过至少部分通过该密封件由安装框架支撑，提供了一种支撑发动机的布置，其隔离了大部分振动，同时提供了防止燃气逃逸进入热电联产单元壳体的有效密封件。
由于斯特林发动机的部分重量由密封件支撑斯特林发动机，因此该悬挂系统可以因其支撑较少重量而做得较轻，或甚至可以完全不用从而带来明显的成本优势。
优选是在密封件和发动机之间设置隔热件以充分减少从燃烧器到波纹管的热燃气的通过。
该密封件可以是例如波纹管。
该波纹管可设置为从燃烧器附近的位置沿斯特林发动机长度的主要部分延伸。在这种情况下，设置用于使冷却剂通过波纹管以提供流出和流入发动机冷却器的冷却剂液体的装置。优选是需要冷却剂入口和冷却剂出口管，其延伸通过波纹管并由柔性密封件密封。该波纹管优选地以圆柱部分设在该区域中。该细长的波纹管设计通过在发动机体周围设置密封件的气垫而降低了从斯特林发动机的噪音传递水平。但是以这种方式，该气垫可以对发动机隔热并降低从壳体的热量损失。由于(特别是)交流发电机依赖于冷却下部发动机/减震器周围的空气，以将磁铁的温度保持在工作水平，因此这可能是不利的。为了克服这一点，可以在发动机暴露的底端添加冷却翅片以辅助散热，从而补偿了波纹管的加热效应。
作为波纹管沿发动机基本长度延伸的代替方案，该波纹管可以终止于发动机冷却器。在这种情况下，不需要冷却剂通过波纹管。
如果将波纹管设为垂直延伸，则斯特林发动机的重量沿着波纹管的长度被承受。然而，波纹管可以设置为相对于垂直方向成一角度。
斯特林发动机的重量可以完全由波纹管承受。或者，斯特林发动机的重量部分由波纹管承受，部分由一个或多个另外的弹性元件承受。例如悬挂发动机的弹簧。
下面参考附图来描述本发明的斯特林发动机组件的示例，在附图中图1是第一实例的示意图；图1A更详细显示了图1的一部分；图2是类似于图1的视图，显示了第二实例；图3A和图3B是替换的波纹管部分的截面图；图4是斯特林发动机一部分的截面图，显示了替换的不是根据本发明的密封件结构；图5是类似于图4的视图，显示了另一个波纹管布置；图6是类似于图2的视图，显示了第三实例；图7是类似于图2的视图，显示了不是根据本发明的实例；以及图8是沿图7中线VIII-VIII的截面图。
具体实施例方式
斯特林发动机组件包括容置于壳体2中的斯特林发动机1。斯特林发动机1的设计是现有技术公知的。该发动机大体分为三个部分，加热器头部3，冷却器4和交流发电机5。该发动机具有排气活塞和动力活塞，它们都设置为沿垂直方向往复运动。这产生了斯特林发动机本身的完全的垂直振动。为了降低该振动，环形减震器块6由多个压缩弹簧7在该减震器块的上方和下方支撑。
为了将热量传递到加热器头部3，沿入口通道8将气体/空气混合物供给到燃烧器元件9并在那里点燃。产生的热量通过多个环形翅片10被传递到加热器头部3。燃气通过翅片10在加热器头部周围向上流动并流入换热器11，在该换热器11中其将气体/空气混合物预热且随后加热家用水。陶瓷纤维隔热件12增加了向下气流的隔热，从而几乎不产生向下的气流。
通过在斯特林发动机1周围的波纹管20形式的环形密封件，阻止了燃气逃逸进入到内部环境。在其顶端，波纹管具有环形凸缘21，该凸缘被螺栓固定到燃烧器/换热器组件22的下表面。该凸缘21坐在单元框架23上。该框架23是连接到居室墙壁上的刚性盒形框架。在其底端，波纹管20终止于下部环形凸缘24，该凸缘24被螺栓固定或通过压圈连接到安装环25，该安装环25焊接在交流发电机5附近的、斯特林发动机1的壳体2下部周围。以这种方式，包括翅片10、减震器6及其相关安装结构的斯特林发动机1的重量全部通过波纹管20支撑在单元框架23上。
为了使冷却液体绕冷却器4循环，必须提供流入和流出冷却器的冷却剂流。环形冷却剂管30围绕在冷却器4附近的壳体2。来自入口管31的冷却剂液体被供给到该环形管，同时从管30的出口通过出口管32。该入口管31和出口管32如图1A更详细所示延伸通过波纹管20的壁。在该位置，波纹管20的壁为圆柱形并设有一对圆形开口33。螺纹连接到环形管30的刚性管延伸部34穿过开口33。入口管31/出口管32(根据具体情况而定)用带有压圈35的联接螺旋夹固定到刚性管延伸部34。在每个开口33，用柔性橡胶密封件圈36制成密封件。该密封件压靠刚性管延伸部34。该布置允许管31/32以不产生损害的方式振动。由于密封件圈36与制冷剂管接触，因此该区域的温度足够低，以允许使用商业可获得的橡胶密封件，在该区域元件的磨损率很低。
由于不需要该斯特林发动机在现场使用，因此不需要接近将要密封件在波纹管20中的元件。如果发生了发动机失效，则发动机将被移走、修理并作为单个模块(包括波纹管)加以替换。但是该刚性管延伸部34和密封件圈33可以在工作间隔中被替换。
根据本发明斯特林发动机组件的第二实例示于图2。其与图1所示的实例大部分相同，相同的附图标记表示相同的元件。对于这些共同元件的进一步描述在此不再重复。
第二实例不同于第一实例之处在于波纹管20’在冷却器4上方终止。在这种情况下，上部安装与第一实例相同，但下部安装通过焊接在冷却器4上方的壳体2周围的安装板24’实现。在这种情况下，在波纹管中既没有环形减震器块6，也没有环形冷却剂管30。因此不必设置在冷却剂入口管31/出口管32之间的界面和波纹管。
在这种布置中，包括翅片10的斯特林发动机1和减震器6通过波纹管20’悬挂在单元框架23上。
波纹管20包括环形波纹弯曲的柔性不锈钢(AISI32或AISI316Ti)管。成本最优的波纹管截面形状是如图1和图2所示且在图3a更详细所示的圆端截面。它们通过液压成形加工制成。或者，该截面可具有相互焊接的尖锐边缘40。该圆角截面波纹管在允许在其端部之间的相对横向运动方面具有更有利的特性。这在由斯特林发动机产生的振动力可以为水平以及垂直的、且降低系统内力的传递方面是很重要的。
通常，斯特林发动机1和减震器块6的重量为20至100公斤。波纹管的刚度调整为与发动机重量以及对于可允许的延伸可用空间匹配。
通常，对于图1的发动机，在冷却器4上有3到4匝，而在冷却器4下有12到18匝。在图2的短波纹管中，有3到4匝。对于60公斤的发动机，每匝的刚度为380N/mm到50N/mm。每匝刚度通过改变波纹管的外径同时保持内径不变而改变。低刚度具有降低振动级别的优点，但需要对于额外的重量进行平衡并需要在发动机周围额外的空间。
图4和图5示出了对于垂直延伸的波纹管的替换方式。这些实例在其它所有方面与图2类似。
图4示出了具有同心环形螺旋的环形盘20”，该螺旋沿盘表面垂直的方向环绕。在这种情况下，安装板24”具有向上延伸的环形凸缘50，同时向下的环形凸缘51从燃烧器9的壳体向下悬挂。密封件20”安装在两个凸缘之间并通过环形夹51保持就位。但是这样的布置不能支撑发动机的任何重量，因此不是本发明的一部分。
图5示出了类似的布置，但在这种情况下密封件是与水平成45°的波纹管20。
在现有描述的实例中，斯特林发动机1和减震器块6的全部重量通过密封件20悬挂。作为替换方式，如图6所示，密封件承受了斯特林发动机1和减震器块6的一些重量，同时对于斯特林发动机1和减震器块6设置了其它一些悬挂装置。其可以是在单元框架23和下部凸缘24之间连接的在发动机周围设置的多个弹簧60的形式。这可以降低波纹管的尺寸、重量和成本。在这种情况下，弹簧失效并不象波纹管悬挂失效那样严重，从而该布置减少了造成高成本的热电联产单元故障时间的危险。然而，密封件重量和成本的降低必须与该布置所需的其它元件以及与之相关的额外的重量和成本相平衡。尽管图6中所示的波纹管与图2中所示的波纹管类似，但还可以使用图1和图3到图5所示的替换布置。
图7示出了斯特林发动机组件，其中斯特林发动机水平安装。该斯特林发动机组件的大多数方面与图2所示的相似，因此这里不作更详细的说明。在这种情况下，波纹管20仅作为密封件而不承受斯特林发动机组件任何重量。因此该实例并不是本发明的一部分。图4中的环形盘20”特别适合于该型的水平安装。
取而代之的是该组件的重量通过支撑件70支撑。其包括两个弓形支架71、72，其分别连接到邻近冷却器4的发动机1和交流发电机5的端部。在支架71、72中的冷却通道73允许空气流动并防止交流发电机附近的壳体2的温度升高到不可接受的程度。腿74从每个弓形支架延伸到基座75以降低传递到基座75的振动，腿74通过橡胶座76保持在基座75中。
权利要求
1.一种斯特林发动机组件，包括具有热头部和冷区域的斯特林发动机，围绕该头部并设置成给头部提供热量的环形燃烧器，以及在斯特林发动机和燃烧器之间用于防止燃气从头部流入周围环境的波形密封件，其中该斯特林发动机至少部分通过该密封件由安装框架支撑。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，在波纹管和发动机之间设置隔热件以充分减少从燃烧器向密封件的热燃气通过。
3.根据上述任一项权利要求所述的斯特林发动机组件，其特征在于，该密封件是波纹管。
4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，该波纹管从燃烧器附近的位置沿该斯特林发动机长度的主要部分延伸。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，设置使得冷却剂穿过波纹管以使得冷却剂流出和流入发动机冷却器的装置。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，还包括冷却剂入口和出口管，其通过波纹管延伸并被柔性密封件密封。
7.根据权利要求4或5所述的组件，其特征在于，所述波纹管在发动机冷却器的区域为圆柱体。
8.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述波纹管在发动机冷却器上方终止。
9.根据权利要求3到8中任一项所述的组件，其特征在于，所述波纹管设置为垂直延伸，从而斯特林发动机的重量沿波纹管的长度被承受。
10.根据权利要求3到8中任一项所述的组件，其特征在于，所述波纹管设置为与垂直方向成一角度。
11.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述斯特林发动机的重量完全由波纹管承受。
12.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述斯特林发动机的重量部分由波纹管承受，部分由一个或多个另外的弹性元件承受。
13.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述另外的弹性元件是悬挂发动机的弹簧。
全文摘要
一种斯特林发动机组件，包括具有热头部(3)和冷区域(4)的斯特林发动机(1)。环形燃烧器(9)围绕该头部并设置成给头部提供热量。波形密封件(2)在斯特林发动机和燃烧器之间防止燃气从头部流入周围环境。该斯特林发动机至少部分通过该密封件由安装框架(23)支撑。
文档编号F16J15/52GK1653257SQ03811003
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月13日 优先权日2002年5月13日
发明者约翰·霍华德·奥尔德森, 詹尼弗·简·拉姆, 朱莉·帕特丽夏·海德, 希瑟·奥德瑞蒂, 大卫·安东尼·克拉克 申请人:麦克罗金能源有限公司