本发明涉及一种发动机，特别是一种电加热斯特林发动机。
背景技术
斯特林发动机又名热气机，是外燃机的一种。通过工作气体的受热膨胀遇冷收缩而产生动力，其理论效率等于卡诺循环效率。斯特林发动机根据不同的结构形式，分为阿尔法(α)型斯特林发动机、贝塔(β)型斯特林发动机、伽马(γ)型斯特林发动机、曼森(manson)型斯特林发动机和热声式斯特林发动机，其共同特点是，存在相互连通的腔体，腔体的端处设置气缸，在气缸内设置往复运动的活塞，有加热装置和冷却装置，燃料是在腔体外燃烧，对加热装置进行加热，通过腔体壁把燃烧产生的热能传递到腔体内的工作气体，该工作气体在冷却装置处放出部分热量，另一部分热量用于推动气缸内的动力活塞做功，这种工作气体在腔体内受热膨胀遇冷收缩，带动动力活塞往复运动，实现热能到机械能的转换。加热腔体内工作气体的另一种方法是，通过腔体外的光，如太阳光等，照射到加热装置上，使光的辐射能转化成加热工作气体的热能，该热能的一部分加热腔体内的工作气体，另一部分在腔体外损失。这两种加热工作气体方式的特点是产生的热量不能全部传递到腔体内的工作气体，一部分热量在加热装置处向周围的空间散发热量而损失。特别是现有的斯特林发动机模型由于采用明火对气缸缸体进行加热，存在火灾隐患和对操作人员烧伤危险。
技术实现要素：
设计斯特林发动机主要考虑两个因素：第一提高燃料燃烧产生的热能进入腔体内加热工作气体的百分比；第二提高被加热的腔体内工作气体的热能转化为机械能的百分比，即提高有用功占进入腔体内能量的百分比。因此两个因素综合考虑时，提高转换成机械运动能量占总能量的百分比。进入腔体内的热能转化为机械能的有用功，所涉及的设计因素很多，由此通过测量进入腔体内的能量转化为机械能的有用功的实验，来改善设计方案，提高效率。但是进入腔体内的热能占总能量的百分比难以确定。目前采用的一般测量效率的方法是测量燃料燃烧而产生的机械能和燃料燃烧值比值，也就是产生机械能的有用功与燃料燃烧产生的热能的比值，即总效率，因此难以做到分解考虑两个因素，对改善设计方案所起的作用有限。
本设计方案是在腔体内部或者在腔体外部设置电加热装置，并设置起减少热能向外部散发作用的绝热保温材料，把电能全部转化为腔体内的工作气体热能。
本发明效果是，用电加热方式得知，进入腔体内部的热能，测量产生的机械能，便能测出有用功占进入腔体内部热能的百分比，进而能提出改善斯特林发动机效率方案，特别是可以在斯特林发动机模型或样品阶段阶段研究提高效率问题。由于采用电加热方式对腔体内部的气体进行加热，因此没有明火，不存在火灾隐患和对操作人员烧伤危险。
附图说明
图1为表示对斯特林发动机腔体内部的气体进行电加热的盘形电加热装置图。
图2为表示盘形电加热装置简图。
图3为表示对斯特林发动机腔体内部的气体进行电加热的环形电加热装置图。
图4为表示环形电加热装置简图。
图5为表示腔体内部设置盘形电加热装置的阿尔法(α)型斯特林发动机图。
图6为表示腔体外部设置环形电加热装置的阿尔法(α)型斯特林发动机图。
图7为表示腔体内部设置盘形电加热装置的贝塔(β)型斯特林发动机图。
图8为表示腔体外部设置环形电加热装置的贝塔(β)型斯特林发动机图。
图9为表示腔体内部设置盘形电加热装置的伽马(γ)型斯特林发动机图。
图10为表示腔体外部设置环形电加热装置的伽马(γ)型斯特林发动机图。
图11为表示腔体内部设置盘形电加热装置的曼森(manson)型斯特林发动机图。
图12为表示腔体外部设置环形电加热装置的曼森(manson)型斯特林发动机图。
图13为表示腔体外中上部设置环形电加热装置的热声式斯特林发动机图。
图14为表示腔体外中下部设置环形电加热装置的热声式斯特林发动机图。
图15为表示腔体内部设置环形电加热装置的伽马(γ)型斯特林发动机图。
图16为表示腔体外部设置盘形电加热装置的伽马(γ)型斯特林发动机图。
图17为表示腔体内部设置环形电加热装置的热声式斯特林发动机图。
具体实施方式
利用附图对本发明的实施例进行说明。下面结合附图和具体实施方式，对本发明的电加热斯特林发动机作进一步详细说明。
图1中所示盘形电加热装置5中，电阻丝1a设置在电绝缘材料的卡槽3a内并由与卡槽连接的两个卡槽孔4a引出电阻丝的两个端点2a。该结构的简图由图2表示。
图3中所示环形电加热装置6中，电阻丝1b设置在环形电绝缘材料的卡槽3b内并由与卡槽连接的两个卡槽孔4b引出电阻丝的两个端点2b。该结构的简图由图4表示。
实施例1
图5为表示腔体内部设置盘形电加热装置的阿尔法(α)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸20、气缸22和连孔24连通构成腔体。在气缸20内部设置气密滑动的活塞21，该活塞与曲轴9通过连杆10铰链连接。在气缸20的内底部设置盘形电加热装置5，并且电阻丝的两端通过电绝缘材料管13引出气缸外，该气缸底部是气密的。在气缸20的外底部设置绝热保温材料12，防止热量从气缸20底部向外散发。在气缸22的外部设置冷却器7。在气缸22内部设置气密滑动的活塞23，该活塞与曲轴9通过连杆11铰链连接。对应于连接连杆10和连接连杆11的曲轴9上的两曲柄的位相差为90度。对盘形电加热装置5通电加热气缸20内的工作气体，启动飞轮8，活塞21和活塞23沿着各自轴线上下滑动，整体连续运转。气密滑动的含义是，汽缸内壁与活塞有相对运动，但是汽缸内壁与活塞之间没有气体可以流动的间隙。
实施例2
图6为表示腔体外部设置环形电加热装置的阿尔法(α)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸20、气缸22和连孔24连通构成腔体。在气缸20内部设置气密滑动的活塞21，该活塞与曲轴9通过连杆10铰链连接。在气缸20的外底部设置环形电加热装置6。在环形电加热装置6外部设置绝热保温材料12，防止热量从气缸20底部向外散发。在气缸22内部设置气密滑动的活塞23，该活塞与曲轴9通过连杆11铰链连接。在气缸22的外部设置冷却器7。对应于连接连杆10和连接连杆11的曲轴9上的两曲柄的位相差为90度。对环形电加热装置6通电加热气缸20内的工作气体，启动飞轮8，活塞21和活塞23沿着各自轴线上下滑动，整体连续运转。
实施例3
图7为表示腔体内部设置盘形电加热装置的贝塔(β)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸34即为腔体，在气缸内上部设置带有滑道孔32的气密滑动的活塞30，该活塞与曲轴通过连杆10铰链连接。在气缸内的中下部设置配气活塞31，该配气活塞与气缸之间有气体润滑间隙，该活塞上部设置轴杆33，该轴杆通过活塞30的轴线方向上设置的滑道孔32与连杆11铰链连接，该连杆上部与曲轴9铰链连接，该轴杆与该滑道孔之间是气密滑动的。在气缸的内底部设置盘形电加热装置5，并且电阻丝的两端通过电绝缘材料管13引出气缸外，该气缸底部是气密的。在气缸的外底部设置绝热保温材料12，防止热量从气缸底部向外散发。对应于连接连杆10和连接连杆11的曲轴9上的两曲柄的位相差为90度。对盘形电加热装置5通电加热气缸内的工作气体，启动飞轮8，活塞30和配气活塞31沿着轴线上下滑动，整体连续运转。
实施例4
图8为表示腔体外部设置环形电加热装置的贝塔(β)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸34即为腔体，在气缸内上部设置带有滑道孔32的气密滑动的活塞30，该活塞与曲轴通过连杆10铰链连接。在气缸内的中下部设置配气活塞31，该配气活塞与气缸之间有气体润滑间隙，该活塞上部设置轴杆33，该轴杆通过活塞30的轴线方向上设置的滑道孔32与连杆11铰链连接，该连杆11上部与曲轴9铰链连接，该轴杆与该滑道孔之间是气密滑动的。在气缸的外底部设置环形电加热装置6。在该环形加热装置的外部设置绝热保温材料12，防止热量从气缸底部向外散发。对应于连接连杆10和连接连杆11的曲轴9上的两曲柄的位相差为90度。对环形电加热装置6通电加热气缸内的工作气体，启动飞轮8，活塞30和配气活塞31沿着轴线上下滑动，整体连续运转。
实施例5
图9为表示腔体内部设置盘形电加热装置的伽马(γ)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸40、气缸22和连孔24连通构成腔体。气缸40内设置配气活塞31，该配气活塞与气缸40之间有气体润滑间隙，该配气活塞上部设置轴杆33，该轴杆通过气缸盖43的滑道孔44与连杆10铰链连接，该连杆10上部与曲轴9铰链连接，该轴杆与该滑道孔之间是气密的。在气缸40的内底部设置盘形电加热装置5，并且电阻丝的两端通过电绝缘材料管13引出气缸外，该气缸底部是气密的。在气缸40的外底部设置绝热保温材料12，防止热量从气缸40底部向外散发。在气缸22内部设置气密滑动的活塞23，该活塞与曲轴9通过连杆11铰链连接。在气缸22的外部设置冷却器7。对应于连接连杆10和连接连杆11的曲轴9上的两曲柄的位相差为90度。对盘形电加热装置5通电加热气缸40内的工作气体，启动飞轮8，活塞35和活塞23沿着各自轴线上下滑动，整体连续运转。
实施例6
图10为表示腔体外部设置环形电加热装置的伽马(γ)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸40、气缸22和连孔24连通构成腔体。气缸40内设置配气活塞35，该配气活塞与气缸40之间有气体润滑间隙，该活塞上部设置轴杆33，该轴杆通过气缸盖43的滑道孔44与连杆10铰链连接，该连杆10上部与曲轴9铰链连接，该轴杆与该滑道孔之间是气密的。在气缸40的外底部设置环形电加热装置6。在环形电加热装置6的外底部设置绝热保温材料12，防止热量从气缸40底部向外散发。在气缸22内部设置气密滑动的活塞23，该活塞与曲轴9通过连杆11铰链连接。在气缸22的外部设置冷却器7。对应于连接连杆10和连接连杆11的曲轴9上的两曲柄的位相差为90度。对环形电加热装置6通电加热气缸40内的工作气体，启动飞轮8，活塞31和活塞23沿着各自轴线上下滑动，整体连续运转。
实施例7
图11为表示腔体内部设置盘形电加热装置的曼森(manson)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸51即为腔体。腔体分为互为连通的两部分，下部分59和向上开口的上部分52，上部分的内直径小于下部分的内直径，上部分的内部即是滑道孔58，在上部分的腔壁内设有气孔53，气孔的上部出口设置在滑道孔58内，气孔53下部分设置在腔体下部分的上端处。在腔体内设置活塞54，活塞54分为两部分上部端56和下部端55，上部端56在腔体上部分52的滑道孔58内做气密滑动运动，下部端55在腔体下部分59内与上部端56一起做轴向运动，下部端55与腔体下部分59之间有气体润滑间隙，上部端56内设有气孔57，该气孔的上部出口与外部大气相通，气孔57的下部出口设置在上部端56的侧部，当活塞54运行到上止点时，气孔57的下部出口与气孔53的上部出口对连，腔体外的大气与腔体下部分59可通气；当活塞54运行到下止点时，气孔57的下部出口与腔体下部分59相通，或者气孔53的上部出口通过滑道孔58与腔体外的大气相通，或者腔体下部分59都能通过气孔57和气孔53与大气相通，也就是活塞在上下两止点时，气缸下部分都能与大气相通，而在其他位置时，气缸下部分与大气隔绝。在腔体下部分的内底部设置盘形电加热装置5，并且电阻丝的两端通过电绝缘材料管13引出腔体外，该腔体底部是气密的。在腔体的外底部设置绝热保温材料12，防止热量从腔体底部向外散发。对盘形电加热装置5通电加热气缸51内的工作气体，启动飞轮8，活塞上端部56和活塞下端部55一起沿着轴线上下滑动，到达上止点时放出一部分气体，到达下止点时吸入一部分气体，整体连续运转。
实施例8
图12为表示腔体外部设置环形电加热装置的曼森(manson)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸51即为腔体。腔体分为互为连通的两部分，下部分59和上部分52，上部分的内直径小于下部分的内直径，上部分的内部即是滑道孔58，在上部分的腔壁内设有气孔53，气孔的上部出口设置在滑道孔58内，气孔53下部分设置在腔体下部分的上端处。在腔体内设置活塞54，活塞54分为两部分上部端56和下部端55，上部端56在腔体上部分52的滑道孔58内做气密滑动运动，下部端55在腔体下部分59内与上部端56一起做轴向运动，下部端55与腔体下部分59之间有气体润滑间隙，上部端56内设有气孔57，该气孔的上部出口与外部大气相通，气孔57的下部出口设置在上部端56的侧部，当活塞54运行到上止点时，气孔57的下部出口与气孔53的上部出口对连，腔体外的大气与腔体下部分59可通气；当活塞54运行到下止点时，气孔57的下部出口与腔体下部分59相通，或者气孔53的上部出口通过滑道孔58与腔体外的大气相通，或者腔体下部分59都能通过气孔57和气孔53与大气相通，也就是活塞在上下两止点时，气缸下部分都能与大气相通，而在其他位置时，气缸下部分与大气隔绝。在腔体下部分的外底部设置环形电加热装置6。在环形电加热装置6的外部设置绝热保温材料12，防止热量从腔体底部向外散发。对环形电加热装置6通电加热气缸51内的工作气体，启动飞轮8，活塞上端部56和活塞下端部55一起沿着轴线上下滑动，到达上止点时放出一部分气体，到达下止点时吸入一部分气体，整体连续运转。
实施例9
图13为表示腔体外中上部设置环形电加热装置的热声式斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸61、气缸62和分割体63上的气体导孔64相互连通，构成腔体。在气缸61内部设置气密滑动的活塞23，该活塞与曲轴9通过连杆10铰链连接。在气缸62的外侧中上部设置环形电加热装置6。在环形电加热装置6外部设置绝热保温材料12a，防止热量从环形电加热装置向外散发。在对应于电加热装置6的下部的气缸62外侧设置冷却器7。在气缸62的内部，对应于环形电加热装置处开始并延伸到底部设置热量交换材料65。对盘形电加热装置5通电加热气缸62内的热量交换材料65的上端，使热量交换材料的上下端形成温度梯度，启动飞轮8，活塞23的上下滑动。活塞23向下滑动时，迫使气缸62内上部的气体通过热量交换材料的上端进入内下部，在内下部受冷收缩，活塞23向上滑动时，带动进入热量交换材料内下部的气体通过热量交换材料上端引出，引出时气体被加热膨胀，因此气体在气缸62内不断遇冷收缩遇热膨胀，带动活塞23连续上下滑动，整体连续运转。
实施例10
图14为表示腔体外中下部设置环形电加热装置的热声式斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸61、气缸62和分割体63上的气体导孔64相互连通，构成腔体。在气缸61内部设置气密滑动的活塞23，该活塞与曲轴9通过连杆10铰链连接。在气缸62的外侧中下部位设置环形电加热装置6。在环形电加热装置6外侧部设置绝热保温材料12a，防止热量从对应于环形电加热装置部位向外散发。在对应于电加热装置6的上部的气缸62外侧设置冷却器7。在气缸62的内部，对应于环形电加热装置处开始并延伸到中上部位设置热量交换材料65。对盘形电加热装置5通电加热气缸62内的热量交换材料65的下端，使热量交换材料的上下端形成温度梯度，启动飞轮8，活塞23的上下滑动。活塞23向上滑动时，迫使气缸62内底部的气体通过热量交换材料的下端进入内上部，在内上部受冷收缩，活塞23向下滑动时，带动进入热量交换材料内上部的气体通过热量交换材料下端引出，引出时气体被加热膨胀，因此气体在气缸62内不断遇冷收缩遇热膨胀，带动活塞23连续上下滑动，整体连续运转。
对于在以上的电加热方式叙述中，腔体内电加热皆用了盘式电加热装置，也可以用环形电加热装置进行加热。以图15为例进行说明，其他类型斯特林发动机的腔体内电加热方式也可以用环式电加热装置进行加热。同样在以上的腔体外电加热方式使用环形电加热装置进行加热，也可以用盘式电加热装置进行加热。以图16为例进行说明，其他类型斯特林发动机的腔体外电加热方式也可以用盘式电加热装置进行加热。
实施例11
图15为表示腔体内部设置环形电加热装置的伽马(γ)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸46、气缸22和连孔24连通构成腔体。气缸40内设置配气活塞35，该配气活塞与气缸46之间有气体润滑间隙，该活塞上部设置轴杆33，该轴杆通过气缸盖43的滑道孔44与连杆10铰链连接，该连杆10上部与曲轴9铰链连接。在气缸46的内底部设置环形电加热装置6，并且电阻丝的两端通过电绝缘材料管13引出气缸外，该气缸底部是气密的。在气缸46的外底部设置绝热保温材料12，防止热量从气缸46底部向外散发。在气缸22内部设置气密滑动的活塞23，该活塞与曲轴9通过连杆11铰链连接。在气缸22的外部设置冷却器7。对应于连接连杆10和连接连杆11的曲轴9上的两曲柄的位相差为90度。对环形电加热装置6通电加热气缸46内的工作气体，启动飞轮8，活塞35和活塞23沿着各自轴线上下滑动，整体连续运转。
实施例12
图16为表示腔体外部设置盘形电加热装置的伽马(γ)型斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸40、气缸22和连孔24连通构成腔体。气缸40内设置配气活塞35，该配气活塞与气缸40之间有气体润滑间隙，该活塞上部设置轴杆33，该轴杆通过气缸盖43的滑道孔44与连杆10铰链连接，该连杆10上部与曲轴9铰链连接。在气缸40的外底部设置盘形电加热装置5。在盘形电加热装置6的外底部设置绝热保温材料12，防止热量从气缸40底部向外散发。在气缸22内部设置气密滑动的活塞23，该活塞与曲轴9通过连杆11铰链连接。在气缸22的外部设置冷却器7。对应于连接连杆10和连接连杆11的曲轴9上的两曲柄的位相差为90度。对盘形电加热装置5通电加热气缸40内的工作气体，启动飞轮8，活塞35和活塞23沿着各自轴线上下滑动，整体连续运转。
图17为表示腔体内部设置环形电加热装置的热声式斯特林发动机图。飞轮8与曲轴9固定连接，气缸61、气缸62和分割体63上的气体导孔64相互连通，构成腔体。在气缸61内部设置气密滑动的活塞23，该活塞与曲轴9通过连杆10铰链连接。在气缸62的内侧中上部设置环形电加热装置6，并且电阻丝的两端通过电绝缘材料管13引出气缸外，该电阻丝引出处的气缸壁是气密的。在气缸62外部与环形电加热装置6相对应的位置上设置绝热保温材料12a，防止热量从环形电加热装置6通过气缸62的腔壁向外散发。在气缸62外侧下部设置冷却器7。在气缸62的内部，对应于环形电加热装置处开始并延伸到底部设置热量交换材料65。对盘形电加热装置5通电加热气缸62内的热量交换材料65的上端，使热量交换材料的上下端形成温度梯度，启动飞轮8，活塞23的上下滑动。活塞23向下滑动时，迫使气缸62内上部的气体通过热量交换材料的上端进入内下部，在内下部受冷收缩，活塞23向上滑动时，带动进入热量交换材料内下部的气体通过热量交换材料上端引出，引出时气体被加热膨胀，因此气体在气缸62内不断遇冷收缩遇热膨胀，带动活塞23连续上下滑动，整体连续运转。
在盘形电加热装置和环形电加热装置中，采用了电绝缘材料作为电加热元件电阻丝的载体，这是由于加热腔体为导电材质时，为了防止电短路而设计的。当加热腔体为电绝缘材质时，电加热电阻丝可以直接设置在加热腔体内部，也可以直接设置在加热腔体的外部。因此，加热腔体是由导电材质制成时，所设置的点加热装置是具有电绝缘材料的盘形电加热装置或者是环形电加热装置，而加热腔体是由电绝缘材料制成时，电加热装置是有电阻丝构成，也可以是具有电绝缘材料的盘形电加热装置或环形电加热装置。