[发明专利]用于热循环发动机的回热器

说明书

技术领域

本发明涉及用于具有外部燃烧的热循环发动机，例如斯特林(Stirling)循环热力发动机的回热器。更特别地，本发明涉及用于热循环发动机的改进型回热器。

本发明还涉及用于获得这样的回热器的方法和这样的回热器在热循环发动机中的用途。

背景技术

回热器在热循环机中被使用以在热循环的不同相位期间从工作流体增加和去除热。这样的回热器必须有高传热速度的能力，这典型地需要高传热面积和对工作流体的低流阻。

各种类型的回热器已经在市场上可获得。这样的回热器典型地包括金属网、圆柱形卷绕的线规或3D随机纤维网状结构，例如如JP1240760、JP2091463和WO01/65099中所述；或者甚至包括短金属纤维，例如如EP1341630中所述。

回热器需要在流体流动方向上具有很低的热导率；原因是回热器的一个端部是热的并且另一个端部是冷的。回热器也需要在垂直于流体流动的方向上具有很高的热导率，使得工作流体可以快速地自适应回热器内部的局部温度。回热器也必须具有很大的表面积以改善随着工作流体的热运动的速度。最后，回热器必须具有用于工作流体的低损失流动路径，使得当工作流体移动通过时将产生很小的压降。在回热器由纤维制造的情况下，回热器必须以这样的方式被制造使得禁止纤维迁移，原因是碎片可以被夹带在工作流体中并且被运输到压缩或膨胀气缸并且导致活塞密封件的损坏。

发明内容

因此，本发明试图提供一种体现上述性质的新型回热器和制造这样的回热器的方法。此外，本发明试图提供一种可以使用最小的调节装配到斯特林发动机中的回热器。

在附带的独立权利要求和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。在合适的情况下来自从属权利要求的特征的组合可以与独立权利要求的特征组合并且不仅仅在权利要求中清楚地被阐述。

根据本发明的一些实施例，回热器中的纤维的至少50％至少部分地环绕轴线。

术语“环绕”应当被理解为围绕通过。因此“至少部分地环绕轴线的纤维”表示纤维至少部分地围绕轴线通过。这可以通过沿平均流动路径的方向将纤维投影在垂直于平均流动路径的平面AA′上而最佳地被看到。沿平均流动路径的方向投影在垂直于平均流动路径的平面AA′上的纤维的投影线不必是圆形的或是圆的弧，所述圆的中心与轴线在该平面AA′上的投影重合。最佳拟合线(即，最近地拟合到沿平均流动路径的方向投影在垂直于平均流动路径的平面AA′上的纤维的投影线的线)具有指向轴线在该平面AA′上的投影的它的凹侧。

包括纤维(可选地是金属纤维)的回热器具有范围可以从70％到99％的孔隙率P。与体积相同、孔隙率相同并且由相同的纤维提供、但是使它的纤维平行于垂直于流动路径的平面定向的包括纤维的回热器相比，获得根据本发明的第一方面的回热器元件的透气性的显著增加。可以获得10％以上的增加。在回热器用于在热循环发动机(例如斯特林循环热力发动机)中交换热的情况下，该更高透气性对于指定纤维性质(例如包膜表面、当量直径、平均横截面轮廓等)和对于指定回热器性质(例如由纤维制造的回热器的孔隙率)是特别有利的。该高透气性导致很小的压降。

根据本发明的一些实施例，回热器可以为圆柱形。回热器可以可选地为圆锥形，例如具有圆形或椭圆形横截面。对于圆柱形回热器，回热器可以可选地为具有圆形或椭圆形横截面的圆柱形。

根据本发明的第一方面，纤维的大多数可以大致至少沿回热器的轴向方向延伸。存在于回热器中的纤维的至少50％可以大致至少沿回热器的轴向方向延伸。根据本发明的第一方面，纤维是围绕大致平行于工作流体的平均流动方向的盘绕轴线盘绕的纤维网的一部分。这导致所述纤维的大多数随机地散布在环绕所述轴线的切向平面中。纤维网可以是通过任何合适的网成形工艺获得的纤维网，例如气流成网、湿式成网或梳理成网。网优选地是非织造网，可选地是针刺式的。

根据本发明的第一方面，回热器可以呈环的形式，例如如自由活塞斯特林循环发动机中所使用的。回热器也可以呈圆盘的形式，例如如α型斯特林发动机中所使用的。

任何合适类型的金属或金属合金可以用于提供金属纤维。金属纤维例如由诸如不锈钢的钢制造。不锈钢合金被使用，可选地是AlSl 300或AlSl 400系列合金，例如AlSl 316L或AlSl 347，或包括Fe、Al和Cr的合金，包括铬、铝和/或镍和0.05至0.3％(重量)的钇、铈、镧、铪或钛的不锈钢，例如DIN 1.4767合金或而且可以使用铜或铜合金、钛或钛合金。金属纤维也可以由镍或镍合金制造。