主动隔离式燃烧器，特别地用于外燃发动机的制作方法
【专利说明】主动隔离式燃烧器，特别地用于外燃发动机
[0001]本发明涉及一种用于外燃发动机(external combust1n engine，外燃机)，特别地用于斯特林发动机或朗肯循环发动机的气体燃烧器。
[0002]众所周知，斯特林发动机实现了所谓的斯特林循环，斯特林循环通过使用气体(通常为空气或氮气，或在高性能类型中为氦气或氢气)作为热动力流体的闭式循环，用于将热能(特别地，热梯度)转变为功(特别地，转变为循环运动学运动)或反之亦然。当在斯特林循环的热点与冷点之间达到适宜温度差时，触发了周期性脉动，该周期性脉动通常转变为活塞的往复运动。只要保持温度差，脉动就持续，从而将热提供给热点并且将热从冷点带走。
[0003]作为对斯特林发动机的替代物，朗肯发动机实现了所谓的朗肯循环，朗肯循环通过包括两个绝热变化和两个等压变化的可逆的热动力循环用于将热能转变为功(特别地，转变为循环运动学运动)。
[0004]对于外燃发动机，用作热源的燃烧器必须提供由热动力循环所需的热量，必须具有如下尺寸和形状:该尺寸和形状能够提高燃烧气体与热动力流体之间的有效且快速的热交换，适于发动机的空间条件，防止不希望有的发动机本身的部件的过热，能够经受高温和可能的“热堆积”，能够经受由于热膨胀的机械应力和由于外燃发动机的活塞的循环运动的机械应力(例如，振动)。
[0005]尽管参考一些特定需要而言，现有技术的燃烧器是令人满意的，然而现有技术的燃烧器不能以最优方式协调以上列出的所有需求的集合，特别地，有关热的和/或机械应力以及快速且有效的热交换方面。
[0006]因此，本发的目标是提供一种用于外燃发动机的气体燃烧器，该气体燃烧器具有的特征使得:能更好地协调以上列出的需求。
[0007]本发明的特定目标是提供一种气体燃烧器，该气体燃烧器具有的特征使得:能提高热交换率和效率，以及使燃烧器和外燃发动机的部件免受由于过热和过分热膨胀而导致的损害。
[0008]通过根据权利要求1的燃烧器实现了这些和其他目标。从属权利要求涉及有利的实施方式。
[0009 ]根据本发明的一方面，燃烧器包括:
[0010]-前壁，该前壁限定燃烧器的前侧并形成交换器通道开口，
[0011]-后壁，该后壁限定燃烧器的后侧并形成烟雾排放通道，
[0012]-管状的侧壁，该管状的侧壁在前壁与后壁之间延伸，
[0013]-管状的扩散器壁，该管状的扩散器壁布置在侧壁内并在前壁与后壁之间延伸，上述扩散器壁具有用作气体混合物从扩散器壁的外侧到扩散器壁的内侧的通道的穿孔，在此发生燃烧，
[0014]-环形分配室，该环形分配室形成在侧壁与扩散器壁之间，以用于在扩散器壁的外侧上的气体混合物的分配，
[0015]-燃烧室，该燃烧室形成在扩散器壁内，上述燃烧室通过后壁限定在后侧上，并且适于通过前壁的交换器通道开口从前侧插入热交换器，
[0016]-冷却空间，该冷却空间形成在后壁内，并且与气体进入开口和与分配室流动连通，使得气体混合物冷却后壁。
[0017 ]根据本发明的一方面，后壁包括:
[0018]-外层(外金属板)，该外层具有与侧壁的后边缘连接的外围边缘，以及
[0019]-内层(内金属板)，该内层布置在外层与燃烧室之间，并且具有与扩散器壁的后边缘连接的外围边缘，
[0020]其中，冷却空间形成在外层与内层之间，并且它与环形分配室一起形成杯形的分配腔。
[0021]由于分配室和燃烧室的构造以及冷却空间在后壁中的存在，燃烧可能出现在热交换器的全部周围。此外，防止了底壁和扩散器壁的不期望的热损失和过热，这是因此气体混合物的流动吸收这些区域中的热并将它带回燃烧室的实际情况。
[0022]这确保了具有减少的热损失的快速且有效的热交换，并且使后壁和邻近的部件免受过热。
[0023]为了更好理解本发明并领会其优点，在下文中将参考附图描述一些示例性的非限制性实施方式，附图中:
[0024]-图1是根据一实施方式的燃烧器的侧视图，
[0025]-图2是图1中的燃烧器的俯视图，
[0026]-图3是图1的燃烧器的纵向截面图，
[0027]-图4是图1中的燃烧器的分解立体图；
[0028]-图5、图6和图7示出了根据实施方式的燃烧器的一些放大细节；
[0029]-图8是根据又一实施方式的燃烧器的纵向截面图，
[0030]-图9是图8中的燃烧器的分解立体图:
[0031]-图10和图11示出了根据图8中的燃烧器的实施方式的放大细节。
[0032]参考附图，可用于外燃发动机(特别地，用于斯特林发动机)的气体燃烧器由参考标号I整体指出，该气体燃烧器通过一般燃料气体或特别地通过空气混合物的燃料气体的燃烧来产生热。
[0033]燃烧器I包括:前壁2，该前壁限定燃烧器I的前侧3并形成交换器通道开口4;后壁5，该后壁限定燃烧器I的后侧6并形成用于排放燃烧烟雾的开口 7;以及管状侧壁8，该管状侧壁在前壁2与后壁5之间延伸。
[0034]燃烧器I进一步包括:管状的扩散器壁9，该管状的扩散器壁布置在侧壁8的内部并在前壁2与后壁5之间延伸。扩散器壁9具有用于气体混合物从扩散器壁9的外侧10至扩散器壁9的内侧11所经过的穿孔，在此发生燃烧。
[0035]在侧壁8与扩散器壁9之间形成环形分配室12，以用于在扩散器壁9的外侧10上的气体混合物的分配。在扩散器壁9内，形成燃烧室13，该燃烧室由后壁5限定在后侧上，并且适于通过前壁2的交换器通道开口 4从前侧3插入第一热交换器14。
[0036]根据本发明的一方面，在后壁5中形成冷却空间16，该冷却空间与气体进入开口 23流动连通并与分配室12流动连通，这样使得气体混合物的流动能够冷却扩散器壁9以及后壁5。
[0037]在附图中示出的一实施方式中，后壁5包括:外层15(外金属板)，该外层具有与侧壁8的后边缘18连接的外围边缘17;以及内层20(内金属板)，该内层与外层15隔开并布置在外层15与燃烧室13之间，并且该内层具有与扩散器壁9的后边缘21连接的外围边缘19。冷却空间16形成在外层15与内层20之间，并且它与环形分配室12—起形成杯形分配腔。
[0038]由于分配室12和燃烧室13的构造以及在后壁5中存在冷却空间16，因此燃烧能围绕整个热交换器14出现。此外，防止了底壁和扩散器壁的不期望的热损失和过热，这是因此气体混合物的流动吸收这些区域中的热并将它带回燃烧室的实际情况。
[0039]这确保了具有减少的热损失的快速且有效的热交换，并且使后壁和邻近的部件免受过热。
[0040]根据一实施方式，冷却空间16是环形圆盘的形状，其外周边与环形分配室12的后面区域沿着整个周边以离散的方式连通，或优选地以连续不间断的方式连通。
[0041]有利地，气体进入开口23通向环形分配室12外部的冷却空间16，以使气体流首先进入冷却空间16，并且然后进入环形分配室12 ο根据一实施方式，气体进入开口 23形成在后壁5的外层15与内层20之间的区域中的侧壁8中。
[0042]根据一实施方式，外层15并且优选地而且内层20由金属板形成，特别地由钢形成，并且是基本上平坦或可替代凸起的圆盘的形状，外层和内层的外围边缘17、19能在后侧6(或前侧3)的方向上弯曲，以便限定座部(seat，支座)，该座部用于具有相互定位的确定性的侧壁8和散热器壁9的后边缘18、21的插入。
[0043]在外层15和内层20的中央开口 22、24处，例如以插入和可选择地焊接方式，而设置排放管25，该排放管形成了延伸穿过后壁5的烟雾排放开口 7的烟雾排放管道。冷却空间16围绕排放管25以环形形状延伸。
[0044]侧壁8和扩散器壁9优选是圆柱形的并且可能是同轴的。侧壁9有利地由钢制成，并且它形成能与用于供应燃料气体混合物(未在附图中示出)的管道相连接的混合物进入开□ 23。
[0045]众所周知，并且因此未在附图中示出，穿孔区域不必具有完全统一的模式，或换句话说，分布和形状。各个孔可具有不同形状，并且包括:例如圆孔，纵向定向的槽或长圆孔(oblong hole)，周向定向的槽或长圆孔，并且其距离可改变。特别地，各个孔可在通过薄壁板条彼此相互隔开的穿孔单元中聚集。
[0046]根据一实施方式，扩散器壁9包括钢板，其中，在不能渗透区域26、27中，该单层板没有通孔。
[0047]另外，或可替代地，扩散器壁9的穿孔钢板在内部衬有金属材料(例如，FeCr合金)或陶瓷材料或烧结材料的网状物或织物层28，该网状物或织物层形成扩散器壁9的内表面11，在内表面上发生燃烧，此外它执行进一步提高燃烧器I的耐热性的隔离功能。
[0048]根据一实施方式，侧壁8和扩散器壁9能通过压配合和/或焊接而连接至前壁2和后壁5。
[0049]前壁2优选由钢制成并且它能为环形形状，优选地圆盘形状，该环形形状具有:夕卜边缘，该外边缘能用于燃烧器I与斯特林发动机的连接冲间部分，侧壁8和扩散器壁9能连接至该中间部分；以及内边缘，该内边缘限定以上提到的用于第一热交换器14的通过的开口4。根据另一实施方式，面向燃烧室13的内层20的表面，以及可能的烟雾排放通道7(即，排放管25)的内表面，均能由与网状物或织物层28相同或类似的耐热网状物或织物涂覆，以便提供进一步的机械防护和热屏障。
[0050]实际上，第一热交换器14优选地设置在直接紧邻或直接接触内层20处，以便避免朝向烟雾排放通