一种热能转化效率高的模块化斯特林燃气吸热热头换热器的制作方法

1.本实用新型涉及一种热能转化效率高的模块化斯特林燃气吸热热头换热器，属于发动机换热工具技术领域。


背景技术：

2.斯特林发动机是一种外部能源供热的闭式循环外燃机，具有使用能源范围广、转换效率高、运行平稳、低污染或无污染运行的特点，是绿色新能源开发的核心技术装备。外燃机斯特林发动机热发电的基本原理是利用集热器加热受热器中闭式循环内的工作介质，驱动斯特林发电机发电，其动力的供给完全来自聚焦所产生的高温热能。燃气火焰聚焦起来，在焦点处产生高密度的热能，而在这个过程中，吸热器负责将聚集到的火焰转化为热能的装置,通过发动机系统中的吸热器将热能转化为动能或者电能。因此，如何高效地利用吸热器将热能转化成动能，是影响斯特林发动机做功性能的一个关键问题。
3.同时，现有技术，由于聚集火焰燃烧的不均匀性，使吸热管的表面易产生极大的温度梯度，这样会导致斯特林发动机效率的下降。而且不均匀的火焰分布将在某些小范围内产生极高的温度，即所谓的“热斑”，热点处的温度将超过材料的极限温度，对热管乃至系统造成严重的破坏。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种热能转化效率高的模块化斯特林燃气吸热热头换热器，能提高热能转化成动能的效率，可以克服现有技术的不足。
5.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
6.本实用新型公开了一种热能转化效率高的模块化斯特林燃气吸热热头换热器，它由四组加热头组件圆周阵列组成 ，所述加热头组件包括活塞热腔体、回热冷腔体及加热毛细管，所述加热毛细管的两端与活塞热腔体和回热冷腔体相互连通，在活塞热腔体和加热毛细管上均设有温度传感器，所述活塞热腔体与回热冷腔体安装于发动机上，在加热头组件上设有增大受热面积用的吸热结构。
7.上述加热毛细管为竖直段，在竖直段上端之间设有一个以上的弧形段，在活塞热腔体和回热冷腔体的上端设有水平的弧形管，在弧形管上端分布有与活塞热腔体和回热冷腔体连通的毛细管安装孔。
8.上述增大受热面积用的吸热结构为在活塞热腔体端的加热毛细管上设有的翅片，所述翅片为圆弧结构且叠加放置，在翅片上设有与另一个翅片的支撑块，所述支撑块使相互叠加的翅片之间存在空隙，安装状态，四组加热头组件的翅片围成一圈，在翅片上设有加热毛细管的穿孔ⅰ。
9.上述的叠加放置的翅片顶面和底面均设有翅片的定位板，所述定位板与加热毛细管固定连接。
10.前述的在翅片与活塞热腔体端之间设有的防护板，在防护板上设有加热毛细管的
穿孔ⅱ，所述防护板与活塞热腔体端部平行，所述四组加热头组件的翅片与防护板分布构成一个包围圈的侧壁和底部。
11.与现有技术比较，本实用新型的有益效果是：
12.1、本实用新型通过在加热头组件上设有增大受热面积用的吸热结构，吸热结构为在活塞热腔体端的加热毛细管上设有的翅片，这样吸热面积增大，功率增加了，火焰温度相应的减低了，同时，因为增加了吸热辐射面积，对热能的利用增加了，也提高了功率。
13.2、通过翅片与加热毛细管相结合，同时加上防护板，防护板在起隔热作用的同时，四组加热头组件的翅片与防护板分布构成一个包围圈的侧壁和底部，这样形成一个外包围圈，目的是增大受热面积级保温功能，燃气加热的过程中，按照螺旋火焰进气燃烧。外管壁通过翅片吸热，加大了吸热的面积，经过计算，带翅片吸热器比不带翅片的吸热器受热面积增大了5倍。从而斯特林发动机做功温度就不需要靠燃烧值来确定了。
14.3、通过翅片增大吸热面积，在热能转化效率高的同时，火焰的温度现对会低很多，有利于避免“热斑”的出现。
15.4、铸造成本降低了，以前采用耐高温合金材料，陶瓷芯铸造，现在直接采用新工艺，弃用陶瓷芯加成芯子，精密真空铸造，强化了球化率，提高了产品合格率、降低了成本。由于加热头组件主要零部件均采用高温合金和耐热钢材料，在铸造过程中，废品率很高，里面陶瓷芯很难清理，导致发动机运转过程中，里面的陶瓷芯在高压高温运转过程中，脱落，到时发动机里面二次污染。采用新工艺以后，成本降低了，成品率提高了，里面气道也好清理了，避免了二次污染。同时减少加工工艺工时，从而降低了成本。
16.5、加热毛细管为竖直段，在竖直段上端之间设有一个以上的弧形段，这样的加热毛细管与以前五种规格的弯管相比，需要采用五付模具的投入，现在经过新工艺，电脑三维模拟，开发一个规格的弯管形状，就可以满足实际需要，减少了模具的投入，提高了产品的一致性。加热毛细管质量及精准程度也得到了改善。原先采用手工或半自动弯管方案，均采用大量的工装模具投入。而现在无需要众多模具，只是通过数控弯管机上程序的修正能够实现我们所需要的管子形状和精度。
17.6、本技术提高了加热管受热均匀性，同时降低了成本和制作周期。同时更重要一点是最大限度的减少了无疑容积管段，对发动机输出功率提高提供有力条件。
18.7、该装置，具有结构新颖、简单、加工简便、降低制造难度、提高了成品率、降低了制造成本等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
19.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
20.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：
21.图1为本实用新型与发动机连接状态的立体结构示意图。
22.图2为本实用新型加热头组件的立体连接结构示意图。
23.图3为本实用新型加热头组件的立体连接结构示意图。
24.图4为本实用新型加热头组件另一角度的立体连接结构示意图。
25.图5为图3中a部分的局部放大示意图。
26.图6为图4中b部分的局部放大示意图。
27.图7为本实用新型加热毛细管的结构示意图。
28.图8为本实用新型翅片的结构示意图。
29.其中，活塞热腔体1；回热冷腔体2；加热毛细管3；竖直段3-1；弧形段3-2；吸热结构4；翅片4-1；穿孔ⅰ4-2；定位板4-3；支撑块4-4；防护板5-1；弧形管6。
具体实施方式
30.以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
31.如图1-图8所示，本实用新型公开的一种热能转化效率高的模块化斯特林燃气吸热热头换热器，它由四组加热头组件圆周阵列组成 ，每一个加热头组件包括活塞热腔体1、回热冷腔体2及加热毛细管3，加热毛细管3的两端与活塞热腔体1和回热冷腔体2相互连通，在活塞热腔体1内和加热毛细管3上均设有温度传感器，温度传感器主要是活塞热腔体在运动时，测量腔体里面的温度；所述活塞热腔体1与回热冷腔体2安装于发动机上，在加热头组件上设有增大受热面积用的吸热结构4，所述活塞热腔体1、回热冷腔体2及加热毛细管3采用高温合金或耐热钢材料制成，连接处采用高温真空钎焊工艺焊接，使装置具备耐高温耐高压特性。每组焊接完成以后，需要做25兆帕的压力气密测试，保压15分钟无泄漏，才能使用。
32.所述加热毛细管3为竖直段3-1，在竖直段3-1上端之间设有一个以上的弧形段3-2，不同发动机设计弧形段3-2尺寸不同同时弧形段3-2数量可以调整增加或减少，并保证螺旋面所有管段尺寸是一样的,同时，加热毛细管3结构如：气缸间距、燃烧室尺寸、以及加热管的参数，如内径、外径、管数、管长，有效加热长度、管子的布局间距等，进行最优化的设计，寻求能满足发动机性能最佳点。
33.在活塞热腔体1和回热冷腔体2的上端设有水平的弧形管6，在弧形管6上端分布有与活塞热腔体1和回热冷腔体2连通的毛细管安装孔。
34.所述增大受热面积用的吸热结构4为在活塞热腔体1端的加热毛细管3上设有的翅片4-1，所述翅片4-1为圆弧结构且叠加放置，在翅片4-1上设有与另一个翅片4-1的支撑块4-4，所述支撑块4-4使相互叠加的翅片4-1之间存在空隙，安装状态，四组加热头组件的翅片4-1围成一圈，在翅片4-1上设有加热毛细管3的穿孔ⅰ4-2。在叠加放置的翅片4-1顶面和底面均设有翅片4-1的定位板4-3，在将翅片4-1安装入加热毛细管3后，在用定位板4-3与加热毛细管3焊接于加热毛细管3的上部和下部起到固定翅片4-1的作用，这样能避免每一个翅片4-1与加热毛细管3造成的麻烦，通过支撑块4-4使相互叠加的翅片4-1之间存在空隙，这样热能转化效率高。
35.在翅片4-1与活塞热腔体1端之间设有的防护板5-1，在防护板5-1上设有加热毛细管3的穿孔ⅱ，所述防护板5-1与活塞热腔体1端部平行，所述四组加热头组件的翅片4-1与防护板5-1分布构成一个包围圈的侧壁和底部。
36.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式保密的限制，任何未脱离本实用新型技术方案内容、依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种热能转化效率高的模块化斯特林燃气吸热热头换热器，它由四组加热头组件圆周阵列组成 ，所述加热头组件包括活塞热腔体（1）、回热冷腔体（2）及加热毛细管（3），所述加热毛细管（3）的两端与活塞热腔体（1）和回热冷腔体（2）相互连通，在活塞热腔体（1）和加热毛细管（3）上均设有温度传感器，所述活塞热腔体（1）与回热冷腔体（2）安装于发动机上，其特征在于：在加热头组件上设有增大受热面积用的吸热结构（4）；所述增大受热面积用的吸热结构（4）为在活塞热腔体（1）端的加热毛细管（3）上设有的翅片（4-1），所述翅片（4-1）为圆弧结构且叠加放置，在翅片（4-1）上设有与另一个翅片（4-1）的支撑块（4-4），所述支撑块（4-4）使相互叠加的翅片（4-1）之间存在空隙，安装状态，四组加热头组件的翅片（4-1）围成一圈，在翅片（4-1）上设有加热毛细管（3）的穿孔ⅰ（4-2）；在叠加放置的翅片（4-1）顶面和底面均设有翅片（4-1）的定位板（4-3），所述定位板（4-3）与加热毛细管（3）固定连接；在翅片（4-1）与活塞热腔体（1）端之间设有的防护板（5-1），在防护板（5-1）上设有加热毛细管（3）的穿孔ⅱ，所述防护板（5-1）与活塞热腔体（1）端部平行，所述四组加热头组件的翅片（4-1）与防护板（5-1）分布构成一个包围圈的侧壁和底部。2.根据权利要求1所述的热能转化效率高的模块化斯特林燃气吸热热头换热器，其特征在于： 所述加热毛细管（3）为竖直段（3-1），在竖直段（3-1）上端之间设有一个以上的弧形段（3-2），在活塞热腔体（1）和回热冷腔体（2）的上端设有水平的弧形管（6），在弧形管（6）上端分布有与活塞热腔体（1）和回热冷腔体（2）连通的毛细管安装孔。

技术总结
本实用新型公开了一种热能转化效率高的模块化斯特林燃气吸热热头换热器，它由四组加热头组件圆周阵列组成，所述加热头组件包括活塞热腔体、回热冷腔体及加热毛细管，所述加热毛细管的两端与活塞热腔体和回热冷腔体相互连通，在活塞热腔体和加热毛细管上均设有温度传感器，所述活塞热腔体与回热冷腔体安装于发动机上，在加热头组件上设有增大受热面积用的吸热结构，本实用新型能提高热能转化成动能的效率。效率。效率。


技术研发人员：李西平
受保护的技术使用者：贵州昱嘉科技有限公司
技术研发日：2022.02.22
技术公布日：2023/6/7