内热式环形发动机的制作方法

本发明涉及发动机，尤其涉及一种内热式环形发动机。

背景技术：

斯特林发动机(stirlingengine)又名热空气引擎，一般被归为外燃机。在将热变成机械功的转换上，斯特林引擎在真实的热机中可达最高的热效率，至多80％，仅受工作气体和引擎材料的不理想性质限制，例如摩擦、热传导性、抗张强度、缓慢、熔点等。。

与传统内燃机相比，斯特林引擎往往维修需求较低，更高效、更安静、而且更可靠。它们倾向被应用于某些特殊用途以发扬其独特优点。特别是在首要目标为非减低每单位功率的投资成本(金钱/千瓦)，而是减低引擎产生每单位能量的成本(金钱/度)的时候。

在额定功率下，斯特林引擎的投资成本目前比内燃机引擎高，而且通常更大更重，因此这引擎科技很少单独以此作为竞争基准。然而在一些用途上(例如需要静音的潜艇)，适当的本益分析可令斯特林引擎优于内燃机引擎。

斯特林发动机通过气体吸收热源的内能，热胀冷缩做功，通常来说斯特林发动机具有以下几个部分，加热气缸，冷却气缸，热端活塞，冷端活塞，工质气体，储能设备，连通管等。工作流程如下：加热气缸受到外部热源的加热，使其内部的工质气体受热膨胀推动热端活塞运动，将能量储存在储能设备中。之后储能设备用储集的能量推动热端活塞将工质气体通过连通管压如冷却气缸中，并将冷端活塞推起，冷端活塞将能量传给储能设备或者负载。而后冷却气缸中的工质气体冷却收缩，将冷端活塞吸回至平衡点，此时储能设备用所储集的能量将收缩后的工质气体再次通过连通管全部压回加热气缸进行加热，开始进行下一个工作循环。

如上所述，斯特林发动机作为开放式热源外燃式热气机，对热源热量的利用不充分，热能利用率低；活塞结构往复运动会造成能量损耗和震动。储能设备的存在会造成整体质量和体积都较大，设备较复杂，故障率较高等问题。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述技术问题，提供一种内热式环形发动机，其可提高热源热量利用率，减小能量损耗和震动，减小整体质量和体积，简化整体结构，降低故障率。

本发明的技术解决方案是：

内热式环形发动机，其特殊之处在于：包括内热盘，所述内热盘是由中间隔板i、设于中间隔板i前后两侧的内热环构成，在内热盘中心设有贯穿中间隔板i和前后两侧内热环的热源孔，在每侧内热环外缘周向均匀布置偶数个齿牙i，前后两侧内热环上的齿牙i数量相等且错位布置，同侧相邻的二个齿牙i之间形成加热室；在加热盘外套有转子架，转子架前后两侧分别转动安装周向均匀布置的转子，每侧转子数量为同侧齿牙i数量一半，二组转子前后同轴且垂直交叉，转子上设有径向对称布置的齿槽，且在转子架上位于每个转子左右两侧分别设有内外相通的气道；在转子架外套有外冷环，在外冷环内壁设有中间隔板ii和设于中间隔板ii前后两侧周向均匀布置的齿牙ii每组齿牙ii与同侧齿牙i数量相等，二组齿牙ii错位布置，同侧相邻二个齿牙ii间形成冷却室，所述转子上二个径向布置的齿槽分别与对应侧的齿牙i和齿牙ii同时啮合。

进一步优选，在内热盘前后两端分别设置内热盘盖，在外冷环前后两端分别设置外冷环盖，所述内热盘盖外缘与外冷盘内缘紧密贴合，并将转子架及转子罩在其内。

进一步优选，所述中间隔板与其前后两侧的内热环和内热盘盖通过螺栓固定。

进一步优选，所述外冷环与其前后两侧的外冷环盖通过螺栓固定。

进一步优选，在所述中间隔板i外缘与转子架内壁分别设有气密沟槽，提高加热室气密性。

进一步优选，在转子架外缘与中间隔板ii内壁分别设有气密沟槽，提高冷却室气密性。

本发明的有益效果是：

1、由于采用中心热源方式，避免了斯特林发动机作为外燃机所造成的热量散失的问题，将热源的所有热量充分利用。

2、本发动机所有部件在工作中都是进行单向的圆周运动，避免了斯特林发动机中活塞往复运动中造成的速度及动能浪费，减少震动，提高效率的同时增加了自身转速，输出稳定性能好，重量更轻，平稳。

3、本发动机体积较小，可串联排布，通过简单的增加数量就能提高整机功率，同时由于每个单元彼此独立，维护更换都更加便捷。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中去掉内热盘盖和外冷环盖后的俯视图；

图3是图1中内热盘的结构示意图；

图4是图1中转子架的结构示意图；

图5是图1中外冷环的结构示意图；

图6是前侧加热室内热高压扩散到前侧冷却室状态图；

图7是前侧转子自转180°时前侧加热室前侧冷却室状态图；

图8是前侧加热室被前一个转子将空间挤压至最小时状态图；

图9是将冷却室中的冷却后气体压入加热室中的状态图；

图10是加热室及冷却室再次被内热环和外冷环封闭的状态图。

图中：1-中间隔板i，2-内热环，3-热源孔，4-齿牙i，5-加热室，6-转子架，7-转子，8-齿槽，9-气道，10-外冷环，11-中间隔板ii，12-齿牙ii，13-冷却室，14-内热盘盖，15-外冷环盖。

具体实施方式

如图1-图5所示，内热式环形发动机，包括内热盘，所述内热盘是由中间隔板i1、设于中间隔板i1前后两侧的内热环2构成，在内热盘中心设有贯穿中间隔板i1和前后两侧内热环2的热源孔3，在中间隔板i1外缘设有气密沟槽，在每侧内热环2外缘周向均匀布置偶12个齿牙i4，前后两侧内热环2上的齿牙i4错位布置，同侧相邻的二个齿牙i4之间形成加热室5；在加热盘外套有转子架6，转子架6内壁和转子架6外壁分别设有气密沟槽，转子架6前后两侧分别转动安装6个周向均匀布置的转子，二组转子前后同轴且垂直交叉，转子上设有径向对称布置的齿槽8，且在转子架6上位于每个转子左右两侧分别设有内外相通的气道9；在转子架6外套有外冷环10，在外冷环10内壁设有中间隔板ii11和设于中间隔板ii11前后两侧周向均匀布置12个齿牙ii12，中间隔板ii11内壁设有气密沟槽，二组齿牙ii12错位布置，同侧相邻二个齿牙ii12间形成冷却室13，所述转子上二个径向布置的齿槽8分别与对应侧的齿牙i4和齿牙ii12同时啮合。

在内热盘前后两端分别设置内热盘盖14，在外冷环10前后两端分别设置外冷环盖15，所述内热盘盖14外缘与外冷盘内缘紧密贴合，并将转子架6及转子罩在其内。所述中间隔板与其前后两侧的内热环2和内热盘盖14通过螺栓固定。所述外冷环10与其前后两侧的外冷环盖15通过螺栓固定。

本发明的工作原理是：

向热源孔3不断通入热空气，热源孔3内的热能经内热环2热传导到前侧加热室5a，前侧各加热室5a内气体在热胀冷缩作用下，形成热高压，前侧加热室5a内的热高压经前侧对应气道9扩散到前侧冷却室13b，前侧冷却室13b内压力升高，前侧冷却室13b内热高压作用在前侧齿牙ii12c上，推动外冷环10逆时针转动，前侧齿牙i4和前侧齿牙ii12相对转动下拨动前侧转子逆时针自转(如图6所示)。当前侧转子7自转180°时热高压将前侧齿牙ii12c推动到最远位置，之后加热室5a和冷却室13b各自被内热环2和外冷环10封闭，前侧加热室5a内部的气体在最大膨胀状态,并被后续转子将空间挤压至最小后处于稳压状态，并准备进入下一循环，前侧冷却室13b内气体的热量经外冷环10热传递到外部，并开始在降温收缩的作用下开始形成负压，由于前后二组转子7同轴且垂直交叉，前后二层结构运动相差1/2周期的装置并联，所以后层结构将重复上述过程来提供动力使转子7继续逆时针自转越过平衡点，前侧冷却室13b、外冷环10继续逆时针转动(如图7所示)。此时加热室5d被前一个转子将空间挤压至最小，前侧对应气道9打开与负压状态前侧冷却室13b联通，(如图8所示)。在负压作用下冷却室13b与加热室5d总体积减小，使外冷环10继续逆时针转动达到最小状态，此时由相差1/2周期的后层结构提供动力继续转动将冷却室13b中的冷却后气体压入加热室5d中，并开始受热膨胀(如图9所示)。随后加热室5d及冷却室13b再次被内热环2和外冷环10封闭。重复上述循环(如图10所示)。

在上述前后两侧的内热环2、外冷环10、加热室5、冷却室13、转子7共同作用下，推动外冷环10逆时针转动，并实现外冷环10连续转动，进而完成该内热式环形发动机连续工作。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。