[发明专利]一种基于同位素热源的自由活塞斯特林发动机热头

说明书

本发明属于一种发动机热头，具体公开一种基于同位素热源的自由活塞斯特林发动机热头，该发动机热头包括外顶罐，以及位于顶罐内的同位素包壳、内顶罐、活塞、内吸热片、外吸热片、回热器、防辐射片和活塞套筒；外顶罐顶部内设有包裹有同位素热源的同位素包壳，外顶罐内套有内顶罐，外顶罐与内顶罐之间套有外吸热片；内顶罐内套有活塞套筒，内顶罐与活塞套筒之间嵌套有内吸热片和回热器，活塞套筒内嵌套有活塞，活塞内部设有防辐射片。本发明的发动机热头在抵御发动机热头热变形的同时，能够提高热电转换效率。

技术领域

本发明属于一种发动机热头，具体涉及一种基于同位素热源的自由活塞斯特林发动机热头。

背景技术

自由活塞斯特林发动机是一种闭式循环回热式发动机，具有热源广泛，效率高，振动噪声小的特点，广泛应用于太阳能发电、热电联供、特种电源等。自由活塞斯特林发动机一般采用气体轴承、间隙密封、柔性弹簧支撑和直线电机发电等技术方案，自由活塞斯特林发动机取消了动力活塞与配气活塞间的机械连接，通过构建二自由度谐振系统，直接将动力活塞与直线电机动子相连，通过往复直线运动切割磁感线产生电能。动力活塞性能涉及到热电转换效率、气体轴承气浮效果及自由活塞斯特林发动机耐久性等，减少动力活塞往复运动过程中的摩擦和启机过程中的磨损是提高自由活塞斯特林发动机耐久性的关键因素。

为了提高运载火箭性能，增强我国空间实力，新一代运载火箭在轨时间越来越长，有的甚至需要一年以上的在轨工作能力；研究长时间持续可靠工作的运载火箭自由活塞斯特林发动机电源系统势在必行。

发明内容

本发明的目的在于一种基于同位素热源的自由活塞斯特林发动机热头，该热头在抵御发动机热头热变形的同时，能够提高热电换热效率，。

实现本发明目的的技术方案：一种基于同位素热源的自由活塞斯特林发动机热头，该发动机热头包括外顶罐，以及位于顶罐内的同位素包壳、内顶罐、活塞、内吸热片、外吸热片、回热器、防辐射片和活塞套筒；外顶罐顶部内设有包裹有同位素热源的同位素包壳，外顶罐内套有内顶罐，外顶罐与内顶罐之间套有外吸热片；内顶罐内套有活塞套筒，内顶罐与活塞套筒之间嵌套有内吸热片和回热器，活塞套筒内嵌套有活塞，活塞内部设有防辐射片。

所述的外吸热片的数量为多片，多片外吸热片沿外顶罐的轴向从上至下布置。

所述的外吸热片为翅片式结构。

所述的相邻两片外吸热片的翅片之间错位排列，错位排列角度为0.6°。

所述的吸热片的传热角度为75°。

所述的活塞套筒为变截面套筒。

所述的防辐射片的数量为多片，多片防辐射片沿活塞的轴向从上至下布置。

所述的外顶罐顶部中心开有圆柱孔，同位素包壳嵌在该圆柱孔内。

所述的内吸热片位于回热器的上方。

本发明的有益技术效果：(1)本发明采用同位素热源与自由活塞斯特林发动机相结合的形式，传热效率可达20％；(2)本发明采用一体热源包壳结构，置入同位素热源与换热结构，将热源热量引入斯特林发动机热头；(3)本发明采用翅片式热头结构，通过角度设置与错位安装，增加换热面积，提高热头表面与热源之间的传热效率，使自由活塞斯特林发动机能够以较高的热效率引入同位素衰变产生的热能，为自由活塞斯特林提供长时工作的能量供应；(4)本发明采用变截面配气活塞套筒，使处于不同温度梯度下的热头能够保持相同的变形量，使自由活塞斯特林发动机在处于高温时的热变形能够满足发动机的运转，不会出现间隙过大及卡死现象，减小穿梭能量损失，提高发动机热电转换效率。

附图说明

图1为本发明所提供的一种的基于同位素热源的自由活塞斯特林发动机热头的结构示意图；

图2为本发明所提供的外吸热片的主视图；