一种用于斯特林热机的回热器的制作方法

本实用新型涉及一种斯特林热机，特别是涉及一种用于斯特林热机的回热器。

背景技术：

回热器串联在加热器和冷却器之间，其功能是当工质膨胀后从热区返回冷区的工程中，在流经回热器时，回热器吸收了工质的部分热量，使工质的温度从循环的最高温度下降到循环的最低温度；相反，当工质在压缩后从冷区流向热区时，在刘家回热器的过程中，工质才回热器获得热量，工质温度从循环的最低温度升高到循环的最最高温度。所以，回热器不仅是斯特林热机的一种节能装置，而且由于回热器的存在，可使加热器和冷却器的工作容量大大下降。其次，回热器是斯特林热机的一个及其重要的部件。

回热器的有效性对热机性能的影响很大。例如，如果一台的斯特林热机压缩比，即最大工作腔容积/最小工作腔容积为2，热腔温度为1000K（727℃），冷腔温度为350K（77℃），用空气做工质（等容比热= 0.718kJ/kg•K，气体常数 R= 0.287 J/kg•K），在理想循环状态下，利用公式算得回热器的回热量与加热器的供热量之比为2.3，这意味着如果回热器的回热量回热过程是不完美的，当回热器能量损失1%时，则加热器的供热量比原来的应增大2.3%，才能保证工质在1000K的温度下膨胀，维持循环功不变。如果没有回热器，则加热器的热量应扩大到原来的3.3倍，冷却器的容量扩大到原来的7.6倍,才能保证循环功不变。

现有的回热器通常采用200到250目的不锈钢丝网制造，换热表面积与单位容积的比值高达300。将直径35到50µm的不锈钢丝编织成一定直径的圆片，错开角度，例如5°，然后堆叠。压缩一下，将边缘烧结，形成饼状整体。这样，在气流的冲刷下各网片间不会产生位移，否则会影响基体的透孔率和换热面积。将烧结好的饼状基体装入一个薄壁套筒内，在基体套筒的两端各有一块孔挡板，以避免高速气体直接冲击脆弱的基体。基体与其安装套筒间的配合是很紧密的，以防工质从它们的配合面处泄露，造成“短路”，影响回热效果。将饼状基体装入薄壁套筒。套筒装入回热器的壳体中，上下两端各设一个“O”形密封环。也有不采用不锈钢丝网的回热器，通过填充金属球和放置波纹板来替代不锈钢丝网，但是这种结构存在以下缺点：

1.整个回热器基体是丝网组件，丝网与气体的接触面积小，热机换面积小，换热效率不高，并且丝网与套筒之间是通过焊接的方式连接，存在边缘效应。

2.丝网与丝网之间的孔位需要一一对应，延长了回热器的制造时间，从而增加了回热器的制造成本。

3.丝网组件与套筒之间焊接不牢，抗冲击能力差，长期使用会出现变形和脱落的现象。

4.整体的丝网组件基体，回热器的通流面积较小，流阻大，气体的压降损失增加，使得发动机的功率和效率都可能下降，而且丝网目数越大，制作费用越高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种换热面积大，换热效率高，制造成本低，抗冲击能力强，通流面积小大的用于斯特林热机的回热器。

本实用新型采用的技术方案是：一种用于斯特林热机的回热器，包括外套筒、两个丝网组件及金属球状体，所述的两个丝网组件分别安装在外套筒的两端，金属球状体内置于外套筒内，位于两个丝网组件之间；金属球状体分层布置。

上述的用于斯特林热机的回热器中，所述的丝网组件是采用250目的多个不锈钢丝网焊接而成的，各不锈钢丝网的孔位一一对应，相邻的两不锈钢丝网之间采用扩散焊的方式连接。

上述的用于斯特林热机的回热器中，所述的金属球状体上方的丝网组件与外套筒的上端之间具有2mm的空隙；下方的丝网组件与外套筒的下端之间具有2mm的空隙。

上述的用于斯特林热机的回热器中，所述的外套筒上下两端分别设有翻边，翻边向内。

上述的用于斯特林热机的回热器中，所述的金属球状体包括三种不同直径大小的球状体，分别为第一球状体，第二球状体和第三球状体；第一球状体半径大于第二球状体半径，第二球状体半径大于第三球状体半径；第二球状体和第三球状体成组设置在每层金属球状体的外缘处，每层金属球状体包括六组第二球状体和第三球状体，六组第二球状体和第三球状体沿圆周方向均匀布置。

上述的用于斯特林热机的回热器中，每组第二球状体和第三球状体包括两个第二球状体和四个第三球状体。

上述的用于斯特林热机的回热器中，所述的第一球状体，第二球状体，第三球状体采用不锈钢材料制成。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型采用球状体的填充介质，与传统丝网回热器相比，球状体加工简单，加工成本低，从而使得回热器整体加工成本降低。

2.本实用新型采用丝网和球状体结合的填充介质，增强了回热器整体的抗冲击能力，因此，延长了本实用新型的使用寿命，降低了本实用新型的使用成本。

3.本实用新型采用金属球状体作为填充介质，增大了气体与填充介质之间的接触表面积，从而增大了换热面积，进而提高了回热器的换热效率。

4.本实用新型使用时，气体经丝网组件后，流速变缓，因而与球状体接触时间长，气体与球状体表面积充分接触，提高了换热效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构剖视图。

图2为图1的横剖图。

图3为图2中的C-C剖视图。

图4为本实用新型的俯视图。

图5为图3中I的局部放大图。

图6为图1中的A-A剖视图。

图中：1：丝网组件；2：金属球状体； 3：外套筒；4：丝网组件；5：第一球状体；6：第二球状体；7：第三球状体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1-6所示，本实用新型包括金丝网组件1、属球状体2、外套筒3和丝网组件4，外套筒3为圆柱状筒体结构。外套筒3内设有丝网组件1、丝网组件4和金属球状体2，丝网组件1和丝网组件4置于回热器外套筒的两端，金属球状体2填充在丝网组件1和丝网组件4之间，作为填充介质，金属球状体2在外套筒3内分层设置。丝网组件1和丝网组件4采用多层金属丝网堆叠，然后再用扩散焊的方式烧结定型。层金丝网采用不锈钢材料制成，具有加工简单，制造成本低，耐高温的特点。

丝网组件1和丝网组件4的金属丝网目数选用的是200-250目的不锈钢丝网，各不锈钢丝网的孔位一一对应。用金属丝网作回热器基体时，网片应紧密排列，间隔越小越好，丝网目数越大，换热面积比就越大，但回热器的压力损失也越大，因此设计时，要通过综合的考虑选用合适的丝网目数进行安装。

外套筒3内壁和丝网组件1及丝网组件4之间分别采用扩散焊的方式焊接，这样丝网组件和外套筒之间紧密连接，防止了工质从两者之间的配合面处泄漏，造成工质未经换热，就已经流出的“短路”，影响回热器的回热效果。

丝网组件1与外套筒3的上端之间具有2mm的空隙，丝网组件4和外套筒3的下端之间具有2mm的空隙，预留空隙便于安装填充介质的拆装工具，能更方便的拆卸和安装回热器填充介质。

外套筒3上下两端设有以半径为2mm的圆角过渡的翻边，翻边向内。在回热器组装焊接安装完成后，进行再加工，翻边可以方便的精确控制回热器在长度方向上的尺寸，提高整体工艺性。

金属球状体2包括三种不同直径大小的球状体，分别为第一球状体5，第二球状体6和第三球状体7，第一球状体5半径大于第二球状体6半径，第二球状体6半径大于第三球状体7半径。金属球状体按层排列，每一层金属球状体以第一球状体5为主体，第二球状体6和第三球状体7成组设置在每一层金属球状体的外缘处，每层金属球状体2包括六组第二球状6体和第三球状体7，六组第二球状体2和第三球状体7沿圆周方向均匀布置。每组第二球状6体和第三球状体7中包括两个第二球状体和四个第三球状体。第一球状体5，第二球状体6和第三球状体7都采用不锈钢材料制成，通过热压成型制成，在外套筒3中塞上球状体后，然后通过压板压紧一起放入高温炉中，高温炉在1000摄氏度左右，此时相邻的两颗不锈钢制成的球状体接触点在压力作用下会熔融变形，外套筒3以及金属球状体2冷却后就会固定连接成为一体，整体的连接强度非常稳定。