專利名稱：利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)與環(huán)境污染的壓力日益嚴(yán)重，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)(又稱熱氣機(jī))又重新受到人們的重視。斯特林機(jī)是一種外燃機(jī)，將外部供 給的熱量通過發(fā)動(dòng)機(jī)的加熱頭管束傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部封閉循環(huán)的工作介質(zhì)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，用于動(dòng)力或發(fā)電等目的。斯特林機(jī)能夠使用任何形式的外部熱源，克服了內(nèi)燃機(jī)必須使用高品位油、氣能源的局限性，此外還有熱效率高、污染少、振動(dòng)小、噪音低、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。在以燃燒火焰或煙氣為熱源的斯特林機(jī)加熱頭中，火焰或煙氣的溫度一般在2000°C以下，并且火焰或煙氣中的顆粒物含量通常較少，輻射能力不強(qiáng)，對(duì)流換熱量一般都遠(yuǎn)高于輻射換熱量，或者在高溫、高顆粒物情況下對(duì)流換熱量與輻射換熱量相當(dāng)[參考 沈建平.熱氣機(jī)外燃系統(tǒng)換熱計(jì)算.燃燒科學(xué)與技術(shù)，3 (2)，1997 :150-154.]。因此，強(qiáng)化熱源氣體與加熱頭管束之間的對(duì)流換熱對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能具有更為重要的作用。在傳統(tǒng)的利用煙氣提供熱量的斯特林機(jī)中，煙氣直接沿加熱頭腔體徑向流動(dòng)，煙氣僅一次性掠過加熱頭的內(nèi)外兩層管圈，不能與加熱器管束充分接觸，煙氣在加熱頭腔體中的湍流程度低，對(duì)流換熱邊界層較厚，不利于對(duì)流換熱，熱能利用率較低，發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率(單位重量發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率)也較低。因此需要發(fā)明一種能夠強(qiáng)化熱源氣體與加熱頭管束之間對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭，這樣才能更高效地回收氣體余熱，同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭，能夠充分利用內(nèi)燃機(jī)排氣、工業(yè)廢氣、燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣等氣體余熱，同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭，包括筒形加熱頭殼體、耐熱筒、力口熱頭管束、至少一個(gè)進(jìn)氣口及至少一個(gè)出氣口 ；其中，加熱頭殼體的近端固接到斯特林機(jī)本體上，進(jìn)氣口固接到加熱頭殼體的遠(yuǎn)端面上，出氣口固接到加熱頭殼體的側(cè)面上，在工作時(shí)，熱源氣體從加熱頭殼體遠(yuǎn)端引入，從加熱頭殼體側(cè)面引出；加熱頭管束和耐熱筒套置于加熱頭殼體之內(nèi)，耐熱筒的內(nèi)側(cè)壁以一間隙圍繞在加熱頭管束之外，形成加熱腔，耐熱筒的外側(cè)壁與加熱頭殼體內(nèi)壁有一間隙，耐熱筒的遠(yuǎn)端固接到殼體內(nèi)部的遠(yuǎn)端面上,耐熱筒的近端為自由端，自由端與發(fā)動(dòng)機(jī)本體有一間隙；還包括位于靠近加熱腔入口處并位于加熱頭管束上游的第一氣流導(dǎo)向裝置，使氣流在加熱腔中旋轉(zhuǎn)沖刷加熱頭管束，用于增強(qiáng)熱源氣體與加熱頭管束之間的對(duì)流換熱，從而提高熱源氣體的能量利用率，并提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。
所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第一氣流導(dǎo)向裝置為包括多個(gè)葉片的葉輪，葉片為平面形或三維曲面形，葉片固接在葉輪外轂上，葉輪外轂固接在氣流通道壁上。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述葉輪外轂與氣流通道壁之間是可拆卸的固接。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)，即葉輪開度可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述葉片與葉輪外轂之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第一氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片直接固接在氣流通道壁上。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述葉片與氣流通道壁之間是可拆卸的固接，即葉片
數(shù)量可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第一氣流導(dǎo)向裝置為具有多個(gè)切向縫隙的圓盤，圓盤外轂固接在氣流通道壁上。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述圓盤外轂與氣流通道壁之間是可拆卸的固接。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第一氣流導(dǎo)向裝置為多管，多管中的每根單管均沿切向角度固接在氣流通道壁上，熱源氣體經(jīng)多管進(jìn)入氣流通道后形成旋轉(zhuǎn)氣流。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其還包括位于靠近加熱腔出口處、并位于加熱頭管束下游的第二氣流導(dǎo)向裝置，進(jìn)一步促使氣流在加熱腔中旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)熱源氣體與加熱頭管束之間的對(duì)流換熱。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第二氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片直接固接在耐熱筒近端壁上。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉片與耐熱筒近端壁之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第二氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)具有切向角度的縫隙，多個(gè)縫隙是通過直接在耐熱筒近端壁上開槽而形成的。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第二氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片固接到斯特林機(jī)本體上。一種利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭，包括筒形加熱頭殼體、耐熱筒、力口熱頭管束、至少一個(gè)進(jìn)氣口及至少一個(gè)出氣口 ；其中，加熱頭殼體的近端固接到斯特林機(jī)本體上，進(jìn)氣口固接到加熱頭殼體的側(cè)面上，出氣口固接到加熱頭殼體的遠(yuǎn)端面上，在工作時(shí)，熱源氣體從加熱頭殼體側(cè)面引入，從加熱頭殼體遠(yuǎn)％5引出；加熱頭管束和耐熱筒套置于加熱頭殼體之內(nèi)，耐熱筒的內(nèi)側(cè)壁以一間隙圍繞在加熱頭管束之外，形成加熱腔，耐熱筒的外側(cè)壁與加熱頭殼體內(nèi)壁有一間隙，耐熱筒的遠(yuǎn)端固接到殼體內(nèi)部的遠(yuǎn)端面上,耐熱筒的近端為自由端，自由端與發(fā)動(dòng)機(jī)本體有一間隙；還包括位于靠近加熱腔入口處并位于加熱頭管束上游的第一氣流導(dǎo)向裝置，使氣流在加熱腔中旋轉(zhuǎn)沖刷加熱頭管束，用于增強(qiáng)熱源氣體與加熱頭管束之間的對(duì)流換熱，從而提高熱源氣體的能量利用率，并提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。、
所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第一氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片直接固接在耐熱筒近端壁上，或直接固接在斯特林機(jī)本體上。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉片與耐熱筒近端壁之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第一氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)具有切向角度的縫隙，多個(gè)縫隙是通過直接在耐熱筒近端壁上開槽而形成的。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其還包括位于靠近加熱腔出口處并位于加熱頭管束下游的第二氣流導(dǎo)向裝置，進(jìn)一步促使氣流在加熱腔中旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)熱源氣體與加熱頭管束之間 的對(duì)流換熱。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第二氣流導(dǎo)向裝置為包括多個(gè)葉片的葉輪，葉片為平面形或三維曲面形，葉片固接在葉輪外轂上，葉輪外轂固接在氣流通道壁上。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述葉輪外轂與氣流通道壁之間是可拆卸的固接。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述葉輪的多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)，即葉輪開度可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述葉片與葉輪外轂之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)
量可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第二氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片直接固接在氣流通道壁上。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉片與氣流通道壁之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第二氣流導(dǎo)向裝置為具有多個(gè)切向縫隙的圓盤，圓盤外轂固接在氣流通道壁上。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述圓盤外轂與氣流通道壁之間是可拆卸的固接。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述第二氣流導(dǎo)向裝置為多管，多管中的每根單管均沿切向角度固接在所述氣流通道壁上，來(lái)自加熱頭管束的氣體經(jīng)多管離開加熱頭，進(jìn)一步促進(jìn)氣體在加熱腔中旋轉(zhuǎn)。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其熱源氣體為內(nèi)燃機(jī)排氣、工業(yè)廢氣、燃料燃燒產(chǎn)生的煙
氣其中之一。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述加熱頭管束外壁面上設(shè)有肋片。所述的斯特林機(jī)加熱頭，其所述固接方式為法蘭盤連接、螺栓連接、焊接、燒結(jié)、過盈配合其中之一。本發(fā)明一種利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭，其氣流導(dǎo)向裝置不同于常見燃燒器或燃燒室的旋流器，可充分利用氣體余熱，并提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。


圖I是一臺(tái)典型的利用煙氣加熱的斯特林機(jī)加熱頭對(duì)流換熱量和輻射換熱量隨煙氣平均溫度的變化情況示意圖；圖2是本發(fā)明的一種利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖2a為外觀俯視圖；圖2b為外觀立體圖；圖2c為正視剖面圖；圖2d為側(cè)視圖；圖3是圖2所示本發(fā)明加熱頭的分解示意圖；圖4為圖3所示本發(fā)明加熱頭中的一種葉輪式氣流導(dǎo)向裝置示意圖；其中
圖4a為俯視圖；圖4b為外觀立體圖；圖4c為正視剖面圖；圖4d為側(cè)視圖；圖5為圖3所示本發(fā)明加熱頭中的圍繞熱頭管束的耐熱筒示意圖；其中圖5a為剖視圖；圖5b為仰視圖；圖6為圖3所示本發(fā)明加熱頭殼體示意圖；其中圖6a為俯視圖；圖6b為正視剖面圖；圖7為圖3所示本發(fā)明中的加熱頭管束示意圖；其中圖7a為俯視圖；圖7b為正視圖；圖8為圖3所示本發(fā)明加熱頭中固接在加熱頭殼體遠(yuǎn)端面上的一種多管式氣流導(dǎo)向裝置示意圖；其中圖8a為俯視圖；圖8b為外觀立體圖；圖8c為正視剖面圖；圖9為圖3所示本發(fā)明加熱頭中固接在加熱頭殼體遠(yuǎn)端面上的一種多縫式氣流導(dǎo)向裝置示意圖；其中圖9a為俯視圖；圖9b為外觀立體圖；圖9c為正視圖；圖10為圖3所示本發(fā)明加熱頭中固接在耐熱筒近端壁上的一種多葉片式氣流導(dǎo)向裝置；其中圖IOa為仰視圖；圖IOb為外觀立體圖；圖11為圖3所示本發(fā)明加熱頭中固接在斯特林機(jī)本體上的一種多葉片式氣流導(dǎo)向裝置示意圖；其中
圖Ila為俯視圖；圖Ilb為外觀立體圖；圖12是本發(fā)明加熱頭另一種實(shí)施方式的示意圖；其中圖12a為分解組裝圖；圖12b為裝配后的外觀立體圖；圖12c為其中從斜下方 觀察時(shí)靠近加熱腔入口的固接到耐熱筒近端壁上的多葉片式氣流導(dǎo)向裝置的外觀立體圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式。圖I是一臺(tái)典型的以煙氣為熱源的斯特林機(jī)加熱頭對(duì)流換熱量和輻射換熱量隨平均煙溫的變化情況。當(dāng)平均煙溫為1200°C時(shí)，對(duì)流換熱量約是輻射換熱量的4倍；而當(dāng)平均煙溫為400°C時(shí)，對(duì)流換熱量約是輻射換熱量的19倍。由簡(jiǎn)單的理論分析可知，增強(qiáng)對(duì)流換熱對(duì)于充分利用煙氣余熱，提高機(jī)器的比功率有著特別重要的意義，尤其對(duì)于中低溫?zé)煔?，效果將更加明顯。圖2和圖3分別是本發(fā)明第一實(shí)施方式的斯特林機(jī)加熱頭的裝配圖和分解裝配圖。圖4-7示出了各個(gè)零件圖。加熱頭由加熱頭殼體5、連接在加熱頭殼體5遠(yuǎn)端面上的煙氣入口 I、由耐熱材料如陶瓷等制成的葉輪2、加熱頭管束3、由耐熱材料如陶瓷等制成的耐熱筒4以及設(shè)置在加熱頭殼體側(cè)面上的煙氣出口 6組成。葉輪2即為本實(shí)施方式的第一氣流導(dǎo)向裝置，其中多個(gè)流線形葉片固接在葉輪外轂上，葉輪外轂固接在位于靠近加熱腔入口處并位于加熱頭管束上游的氣流通道壁上。耐熱筒4包圍在管束3的周圍，其遠(yuǎn)端為環(huán)形板片7，用于固定到殼體5上，該板片7的下緣與管束3的上緣保持大約Imm的間隙，作為容許管束膨脹的空間，并避免煙氣不經(jīng)內(nèi)圈管束而直接短路流入管束外圈之外。耐熱筒4的圓柱形內(nèi)壁面與管束3的外緣保持25_左右的間隙，引導(dǎo)煙氣沿加熱頭軸向從一端向另一端旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，并能夠起到反射輻射和保溫的作用。耐熱筒4的近端開有許多斜縫8，形成第二氣流導(dǎo)向裝置，用于引導(dǎo)煙氣由內(nèi)向外旋轉(zhuǎn)流出耐熱筒4，并進(jìn)入筒外的殼體間隙9中。殼體5和出口 6的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)保證煙氣在殼體間隙9中均勻混合，使煙氣沿周向各個(gè)角度的氣流阻力和流量大致均勻。具有一定流速的煙氣從煙氣入口 I處進(jìn)入加熱頭，如圖中箭頭所示。在流經(jīng)葉輪后，氣流發(fā)生旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)氣流在沿加熱頭軸向流動(dòng)的同時(shí)，旋轉(zhuǎn)沖刷加熱頭管束，如圖中箭頭所示。煙氣與管束3之間發(fā)生對(duì)流換熱與輻射換熱，熱量進(jìn)一步通過管壁傳遞到管內(nèi)的斯特林機(jī)內(nèi)部工質(zhì)，如氦氣或氫氣等，一部分熱量轉(zhuǎn)換成機(jī)械功。放熱后溫度下降的煙氣在加熱頭的另一端經(jīng)由耐熱筒4上的斜槽8旋轉(zhuǎn)流入殼體間隙9中，然后在殼體間隙9中均勻混合后經(jīng)由煙氣出口 6排出系統(tǒng)，如圖中箭頭所示。本發(fā)明中的氣流導(dǎo)向裝置使得旋轉(zhuǎn)煙氣流在離開加熱頭腔體之前，在其行程上能夠沿加熱頭周向掠過多排加熱頭管束，其強(qiáng)化對(duì)流傳熱的機(jī)理可作如下解釋可以簡(jiǎn)單理解為在換熱系數(shù)大致不變的前提下，每股煙氣能夠沖刷到更多排管束，即大幅度提高了對(duì)流換熱面積；也可理解為總的對(duì)流換熱面積(即整個(gè)加熱頭管束外表面積)是不變的，但旋轉(zhuǎn)氣流增強(qiáng)了加熱頭腔體中的湍流程度，氣流擾動(dòng)有助于破壞和減薄對(duì)流換熱的邊界層，從而能夠大幅度提高全部煙氣的整體對(duì)流換熱系數(shù)。表I顯示了一臺(tái)利用汽油機(jī)排出廢氣作為熱源的余熱利用斯特林機(jī)在進(jìn)氣溫度為800°C時(shí)，在加裝本發(fā)明煙氣導(dǎo)流葉輪前后的性能對(duì)比。表I有、無(wú)本發(fā)明葉輪導(dǎo)流裝置情況下斯特林機(jī)性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭，包括筒形加熱頭殼體、耐熱筒、加熱頭管束、至少一個(gè)進(jìn)氣口及至少一個(gè)出氣口 ；其特征在于， 加熱頭殼體的近端固接到斯特林機(jī)本體上，進(jìn)氣口固接到加熱頭殼體的遠(yuǎn)端面上，出氣口固接到加熱頭殼體的側(cè)面上，在工作時(shí)，熱源氣體從加熱頭殼體遠(yuǎn)端引入，從加熱頭殼體側(cè)面引出； 加熱頭管束和耐熱筒套置于加熱頭殼體之內(nèi)，耐熱筒的內(nèi)側(cè)壁以一間隙圍繞在加熱頭管束之外，形成加熱腔，耐熱筒的外側(cè)壁與加熱頭殼體內(nèi)壁有一間隙，耐熱筒的遠(yuǎn)端固接到殼體內(nèi)部的遠(yuǎn)端面上，耐熱筒的近端為自由端，自由端與發(fā)動(dòng)機(jī)本體有一間隙； 還包括位于靠近加熱腔入口處并位于加熱頭管束上游的第一氣流導(dǎo)向裝置，使氣流在加熱腔中旋轉(zhuǎn)沖刷加熱頭管束，用于增強(qiáng)熱源氣體與加熱頭管束之間的對(duì)流換熱，從而提高熱源氣體的能量利用率，并提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。
2.如權(quán)利要求I所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第一氣流導(dǎo)向裝置為包括多個(gè)葉片的葉輪，葉片為平面形或三維曲面形，葉片固接在葉輪外轂上，葉輪外轂固接在氣流通道壁上。
3.如權(quán)利要求2所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉輪外轂與氣流通道壁之間是可拆卸的固接。
4.如權(quán)利要求2所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)，即葉輪開度可調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求2所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉片與葉輪外轂之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求I所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第一氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片直接固接在氣流通道壁上。
7.如權(quán)利要求6所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求6所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉片與氣流通道壁之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。
9.如權(quán)利要求I所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第一氣流導(dǎo)向裝置為具有多個(gè)切向縫隙的圓盤，圓盤外轂固接在氣流通道壁上。
10.如權(quán)利要求10所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述圓盤外轂與氣流通道壁之間是可拆卸的固接。
11.如權(quán)利要求I所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第一氣流導(dǎo)向裝置為多管，多管中的每根單管均沿切向角度固接在氣流通道壁上，熱源氣體經(jīng)多管進(jìn)入氣流通道后形成旋轉(zhuǎn)氣流。
12.如權(quán)利要求I所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，還包括位于靠近加熱腔出口處、并位于加熱頭管束下游的第二氣流導(dǎo)向裝置，進(jìn)一步促使氣流在加熱腔中旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)熱源氣體與加熱頭管束之間的對(duì)流換熱。
13.如權(quán)利要求12所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第二氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片直接固接在耐熱筒近端壁上。
14.如權(quán)利要求13所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)。
15.如權(quán)利要求13所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉片與耐熱筒近端壁之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。
16.如權(quán)利要求12所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第二氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)具有切向角度的縫隙，多個(gè)縫隙是通過直接在耐熱筒近端壁上開槽而形成的。
17.如權(quán)利要求12所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第二氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片固接到斯特林機(jī)本體上。
18.—種利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭，包括筒形加熱頭殼體、耐熱筒、力口熱頭管束、至少一個(gè)進(jìn)氣口及至少一個(gè)出氣口 ；其特征在于， 加熱頭殼體的近端固接到斯特林機(jī)本體上，進(jìn)氣口固接到加熱頭殼體的側(cè)面上，出氣口固接到加熱頭殼體的遠(yuǎn)端面上，在工作時(shí)，熱源氣體從加熱頭殼體側(cè)面引入，從加熱頭殼體遠(yuǎn)端引出； 加熱頭管束和耐熱筒套置于加熱頭殼體之內(nèi)，耐熱筒的內(nèi)側(cè)壁以一間隙圍繞在加熱頭管束之外，形成加熱腔，耐熱筒的外側(cè)壁與加熱頭殼體內(nèi)壁有一間隙，耐熱筒的遠(yuǎn)端固接到殼體內(nèi)部的遠(yuǎn)端面上，耐熱筒的近端為自由端，自由端與發(fā)動(dòng)機(jī)本體有一間隙； 還包括位于靠近加熱腔入口處并位于加熱頭管束上游的第一氣流導(dǎo)向裝置，使氣流在加熱腔中旋轉(zhuǎn)沖刷加熱頭管束，用于增強(qiáng)熱源氣體與加熱頭管束之間的對(duì)流換熱，從而提高熱源氣體的能量利用率，并提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。
19.如權(quán)利要求18所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第一氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片直接固接在耐熱筒近端壁上，或直接固接在斯特林機(jī)本體上。
20.如權(quán)利要求19所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)。
21.如權(quán)利要求19所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉片與耐熱筒近端壁之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。
22.如權(quán)利要求18所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第一氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)具有切向角度的縫隙，多個(gè)縫隙是通過直接在耐熱筒近端壁上開槽而形成的。
23.如權(quán)利要求18所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，還包括位于靠近加熱腔出口處并位于加熱頭管束下游的第二氣流導(dǎo)向裝置，進(jìn)一步促使氣流在加熱腔中旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)熱源氣體與加熱頭管束之間的對(duì)流換熱。
24.如權(quán)利要求23所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第二氣流導(dǎo)向裝置為包括多個(gè)葉片的葉輪，葉片為平面形或三維曲面形，葉片固接在葉輪外轂上，葉輪外轂固接在氣流通道壁上。
25.如權(quán)利要求24所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉輪外轂與氣流通道壁之間是可拆卸的固接。
26.如權(quán)利要求24所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉輪的多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)，即葉輪開度可調(diào)節(jié)。
27.如權(quán)利要求24所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉片與葉輪外轂之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。
28.如權(quán)利要求23所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第二氣流導(dǎo)向裝置為圍繞流道中心線的多個(gè)葉片，葉片為平面形或三維曲面形，葉片直接固接在氣流通道壁上。
29.如權(quán)利要求28所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述多個(gè)葉片的朝向可調(diào)節(jié)。
30.如權(quán)利要求28所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述葉片與氣流通道壁之間是可拆卸的固接，即葉片數(shù)量可調(diào)節(jié)。
31.如權(quán)利要求22所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第二氣流導(dǎo)向裝置為具有多個(gè)切向縫隙的圓盤，圓盤外轂固接在氣流通道壁上。
32.如權(quán)利要求31所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述圓盤外轂與氣流通道壁之間是可拆卸的固接。
33.如權(quán)利要求23所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述第二氣流導(dǎo)向裝置為多 管，多管中的每根單管均沿切向角度固接在所述氣流通道壁上，來(lái)自加熱頭管束的氣體經(jīng)多管離開加熱頭，進(jìn)一步促進(jìn)氣體在加熱腔中旋轉(zhuǎn)。
34.如權(quán)利要求I或18所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，其熱源氣體為內(nèi)燃機(jī)排氣、工業(yè)廢氣、燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣其中之一。
35.如權(quán)利要求I或18所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述加熱頭管束外壁面上設(shè)有肋片。
36.如權(quán)利要求I或18所述的斯特林機(jī)加熱頭，其特征在于，所述固接方式為法蘭盤連接、螺栓連接、焊接、燒結(jié)、過盈配合其中之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用旋流強(qiáng)化對(duì)流換熱的斯特林機(jī)加熱頭，涉及斯特林機(jī)加熱頭技術(shù)，配置有氣流導(dǎo)向裝置，用于引導(dǎo)氣流在加熱腔中旋轉(zhuǎn)沖刷加熱頭管束，能夠增強(qiáng)熱源氣體與加熱頭管束之間的對(duì)流換熱，從而提高氣體熱源的能量利用率，并提高發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率。
文檔編號(hào)F02G1/055GK102733991SQ20111008543
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者周天, 唐大偉, 曾秒, 李志剛, 李鐵, 杜景龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所