一种阿尔法型斯特林发动机，包括容纳在对应的腔室中用于往复运动的四个活塞、被构造为使所述活塞在对应的腔室中运动的至少两个线性马达/发电机，每一个所述活塞在其对应的腔室中界定一个位于活塞一侧的主腔室侧和一个位于活塞另一侧的副腔室侧。该斯特林发动机包括两个主气体通道，每个主气体通道使两个主腔室侧流体互连。该斯特林发动机还包括两个副气体通道，每个副气体通道以区别于主气体通道实现的互连方式的腔室组合使两个副腔室侧流体互连。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种阿尔法型斯特林发动机。
技术介绍
1、热能可以通过数种方式被转换成电能。一些系统使用斯特林发动机作为发电机，以将热能转换为电能。斯特林发动机是一种闭式循环发动机，其使用外部热源来使工作气体膨胀，从而驱动一个或多个活塞。
2、此外，斯特林发动机与热能储存器的结合可用于利用来自例如光伏发电厂和风力涡轮机的多余的电力。相对于当这种发电厂的输出电量超过电力需求时削减电量，这些多余的电力可以被用于例如对热能储存器进行充电，从而使得当电力需求超过来自这些间歇性可再生能源的可用输出时，再从该热能储存器中汲取能量变为可能。然后可以使用斯特林发动机将热能转换为电能。
3、尽管阿尔法型斯特林发动机是具有优势的，但仍然存在改进的空间，特别是当涉及发动机的效率时。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种具有改进效率的阿尔法型斯特林发动机。该专利技术目的和其他专利技术目的将在以下的论述中变得显而易见，并且通过如权利要求1中所限定的阿尔法型斯特林发动机来实现。从属权利要求中提出了示例性的非限制性实施方式。
2、本专利技术构思是基于以下认识：四个腔室(每个腔室容纳一个与线性马达/发电机耦接的对应活塞)可以形成流体互连，并通过这种方式使至少两个线性马达/发电机所需的动力减少(即，需要较少的能耗)。特别地，专利技术人已经认识到，四个腔室可以以正常方式成对地流体互连，然而接着再将一对中的一个腔室与另一对中的一个腔室进行互连。这将在下文中更详细地论述。
3、根据本专利技术构思的至少一个方面，本专利技术提供了一种阿尔法型斯特林发动机，包括：
4、-第一活塞、第二活塞、第三活塞和第四活塞，
5、-第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，第一活塞、第二活塞、第三活塞和第四活塞分别容纳在第一腔室、第二腔室、第三活塞和第四腔室中用于往复运动，
6、-至少两个线性马达/发电机，被构造为使活塞在对应的腔室中运动，
7、-每一个所述活塞在其对应的腔室中界定一个位于活塞一侧的主腔室侧和一个位于活塞另一侧的副腔室侧，
8、-第一主气体通道，将第一腔室的主腔室侧与第二腔室的主腔室侧流体互连，
9、-第二主气体通道，将第三腔室的主腔室侧与第四腔室的主腔室侧流体互连，
10、-第一副气体通道，将第一腔室的副腔室侧与第四腔室的副腔室侧流体互连，以及
11、-第二副气体通道，将第二腔室的副腔室侧与第三腔室的副腔室侧流体互连。
12、通过具有上述四个腔室的互连，第一腔室和第二腔室可以通过第一主气体通道以常规方式进行流体连接。类似地，第三腔室和第四腔室也可以通过第二主气体通道以常规方式连接。因此，可以确定两对“常规”连接的腔室。然而，通过对上述成对的腔室另外进行交叉耦接，即通过设置如上所述的两个副气体通道，活塞在其中一对的腔室中的膨胀运动将补充(通过增加推力)活塞在另一对的腔室中的压缩运动。因此，上述来自不同对的腔室的增加的力使压缩运动中所需的马达力减少，从而实现效率更高的发动机。
13、从上文可以理解，总体的专利技术构思提供了一种斯特林发动机，该斯特林发动机包括两个主气体通道，每个主气体通道流体互连两个主腔室侧。斯特林发动机还包括两个副气体通道，每个副气体通道以区别于主气体通道实现的互连方式的不同腔室组合(即，不同的腔室互连)流体互连两个副腔室侧。
14、从上文还可以理解，四个腔室中的每一个腔室具有至少两个气体入口，一个气体入口与主气体通道流体连通，另一个气体入口与副气体通道流体连通。对于每个腔室而言，所述两个气体入口至少在腔室的轴向方向上彼此间隔开(轴向方向与活塞在腔室中的往复运动方向一致)。在至少一些示例性实施方式中，所述两个气体入口也在径向方向上彼此间隔开(径向方向垂直于轴向方向)。还应当理解的是，由于气体通过所述气体入口往复运动，因此气体入口也可以称为“气体出口”，或者更广义地称为“气体开口”。
15、对于上述成对腔室中的每一对腔室，可以按照常规方式在每对的腔室中的活塞运动之间设置适当的相移。此外，其中一对的腔室中的活塞的适当相移可以相对于另一对的腔室中的活塞进行适当地设置。
16、有利地，一对腔室中的活塞的压缩冲程可以适当地(逐相位地)先于另一对腔室中的活塞的膨胀冲程。例如，第一活塞可以在第四活塞已经开始其压缩冲程之后适时地开始其膨胀冲程。类似地，第三活塞可以在第二活塞已经开始其压缩冲程之后适时地开始其膨胀冲程。这将补充活塞进行压缩运动而不是抵消其运动。
17、根据至少一个示例性实施方式，所述至少两个线性马达/发电机包括第一线性马达/发电机和第二线性马达/发电机，
18、其中第一线性马达/发电机被构造为使一个第一活塞杆运动，第一活塞杆的一端设有第一活塞，第一活塞杆的另一端设有第三活塞，
19、其中第二线性马达/发电机被构造为使一个第二活塞杆运动，第二活塞杆的一端设有第二活塞，第二活塞杆的另一端设有第四活塞。
20、由于每个线性马达/发电机可以驱动两个活塞，上述结构提供了一种紧凑的布置。每个线性马达/发电机及其设有两个活塞的相关活塞杆可以设置在对应的公共模块中。因此，可以适当地提供两个模块，其中两个主气体通道和两个副气体通道在两个模块之间延伸。其中一个模块可以是膨胀模块，另一个模块可以是压缩模块。
21、根据至少一个示例性实施方式，阿尔法型斯特林发动机包括第一模块和第二模块，其中第一线性马达/发电机、第一活塞、第一腔室、第三活塞和第三腔室位于所述第一模块中，其中第二线性马达/发电机、第二活塞、第二腔室、第四活塞和第四腔室位于第二模块中。
22、在上述示例性实施方式中，由于第一活塞和第三活塞设置在第一活塞杆的相对两端，因此第一活塞和第三活塞将相对于彼此自动地相移180°。例如，当第一活塞开始其向上运动时，第三活塞将开始其向下运动(相对于第一活塞和第三活塞各自的上止点)。换言之，当第一活塞开始朝向第一腔室的副腔室侧运动时，则第三活塞将同时开始朝向第三腔室的主腔室侧运动。类似地，在上述示例性实施方式中，由于第二活塞和第四活塞设置在第二活塞杆的相对两端，因此第二活塞和第四活塞也将相对于彼此相移180°。
23、尽管如上所述的紧凑布置可能是有利的，但是本专利技术构思不限于上述实施方式。相反，在至少一些示例性实施方式中，每个活塞由一个对应的线性马达/发电机驱动。这种结构体现在以下的示例性实施方式中。
24、根据至少一个示例性实施方式，至少两个线性马达/发电机为四个线性马达/发电机，每一个线性马达/发电机被构造为使一个对应的所述活塞在所述对应的腔室中运动。
25、通过仅在线性马达/发电机的一侧上设有腔室，可以便于与完整的斯特林发动机的其他元件进行集成。由于每个线性马达/发电机与对应的活塞相关联，因此可以实现活塞运动的单独控制，例如控制冲程长度和/或运动轮廓。线性马达/发电机可以由一个控制单元控本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种阿尔法型斯特林发动机，包括
2.根据权利要求1所述的阿尔法型斯特林发动机，其中所述至少两个线性马达/发电机包括第一线性马达/发电机(121)和第二线性马达/发电机(121)，
3.根据权利要求2所述的阿尔法型斯特林发动机，包括第一模块(161)和第二模块(162)，其中所述第一线性马达/发电机(121)、所述第一活塞(101)、所述第一腔室(111)、所述第三活塞(103)和所述第三腔室(113)位于所述第一模块(161)中，其中所述第二线性马达/发电机(122)、所述第二活塞(102)、所述第二腔室(112)、所述第四活塞(104)和所述第四腔室(114)位于所述第二模块(162)中。
4.根据权利要求1所述的阿尔法型斯特林发动机，其中所述至少两个线性马达/发电机为四个线性马达/发电机(221、222、223、224)，每一个所述线性马达/发电机被构造为使所述活塞(201、202、203、204)中对应的一个活塞在对应的所述腔室(211、212、213、214)中运动。
5.根据权利要求4所述的阿尔法型斯特林发动机，包括第一模块(261)、第二模块(262)、第三模块(263)和第四模块(264)，其中所述第一腔室(211)和所述第一活塞(201)位于所述第一模块(261)中，其中所述第二腔室(212)和所述第二活塞(202)位于所述第二模块(262)中，其中所述第三腔室(213)和所述第三活塞(203)位于所述第三模块(263)中，其中所述第四腔室(214)和所述第四活塞(204)位于所述第四模块(264)中。
6.根据权利要求1所述的阿尔法型斯特林发动机，其中在所述活塞的往复运动中：
7.根据权利要求6所述的阿尔法型斯特林发动机，其中所述角度α是在70°-135°范围内的角度，合适地是在90°-120°范围内的角度。
8.根据权利要求6-7中的任一项所述的阿尔法型斯特林发动机，还包括控制单元，其中所述控制单元(300)被构造为通过设定所述角度α的值控制所述第二活塞(102、202)与所述第一活塞(101、201)之间的相移，以及所述第四活塞(104、204)与所述第一活塞(101、201)之间的相移。
9.根据权利要求8所述的阿尔法型斯特林发动机，其中所述控制单元(300)被构造为设定所述第一活塞(101、201)、所述第二活塞(102、202)、所述第三活塞(103、203)和所述第四活塞(104、204)中每一者的冲程长度，并且被构造为设定每个活塞在其对应的腔室中的下止点和上止点的位置。
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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种阿尔法型斯特林发动机，包括
2.根据权利要求1所述的阿尔法型斯特林发动机，其中所述至少两个线性马达/发电机包括第一线性马达/发电机(121)和第二线性马达/发电机(121)，
3.根据权利要求2所述的阿尔法型斯特林发动机，包括第一模块(161)和第二模块(162)，其中所述第一线性马达/发电机(121)、所述第一活塞(101)、所述第一腔室(111)、所述第三活塞(103)和所述第三腔室(113)位于所述第一模块(161)中，其中所述第二线性马达/发电机(122)、所述第二活塞(102)、所述第二腔室(112)、所述第四活塞(104)和所述第四腔室(114)位于所述第二模块(162)中。
4.根据权利要求1所述的阿尔法型斯特林发动机，其中所述至少两个线性马达/发电机为四个线性马达/发电机(221、222、223、224)，每一个所述线性马达/发电机被构造为使所述活塞(201、202、203、204)中对应的一个活塞在对应的所述腔室(211、212、213、214)中运动。
5.根据权利要求4所述的阿尔法型斯特林发动机，包括第一模块(261)、第二模块(262)、第三模块(263)和第四模块(264)，其中所述第一腔室(211)和所述第一活塞(201...
【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·尼尔森，弗雷德里克·斯莱特，约翰·林德，彼得·韦伯，
申请(专利权)人：能源智能服务有限公司，
类型：发明
国别省市：
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