用於能量轉換器的工作氣缸的製作方法

2023-07-13 23:31:56

用於能量轉換器的工作氣缸的製作方法
【專利摘要】本發明披露了一種工作氣缸，包括至少一個可旋轉地支撐在氣缸塊體(114)中的圓盤狀置換器(120)，所述置換器(120)被設置在從所述置換器(120)的每一側上的塊體(114)徑向向內延伸的兩個環形凸緣(110)之間，使得所述置換器(120)被設置成在旋轉時與所述凸緣(110)平行，其中所述凸緣(110)的至少一個包括多個區域/部分，包括具有第一溫度的第一區域/部分(112a)，具有低於所述第一溫度的第二溫度的第二區域/部分(112b)，和完全阻止所述第一區域/部分(112a)和所述第二區域/部分(112b)之間接觸的兩個絕緣區域/部分(112c，112d)，並且其中所述置換器(120)包括切口(122)，用於使一定量的工作流體旋轉通過區域/部分(112)，其中切口的尺寸適於使得對於每個旋轉位置，它不同時與第一區域/部分(112a)和第二區域/部分(112b)重疊。
【專利說明】用於能量轉換器的工作氣缸

【技術領域】
[0001]本發明涉及工作氣缸。更具體地說，本發明涉及基於斯特林(Stirling)發動機原理的能量轉換器，包括所述的工作氣缸，利用工作流體的溫差來產生功。

【背景技術】
[0002]熱能可以通過不同的方式用於提供機械功。一種實現該目的的機器是斯特林發動機(Stirling engine),即,利用不同溫度的工作流體將熱能轉換成機械功的熱發動機。
[0003]歷年來已經提出了不同類型的斯特林發動機，其中之一常被表示為β型，具有容納(封閉)固定量空氣的氣缸。氣缸的一端是熱側，而相對端是冷側。動力活塞由於溫度變化而引起的空氣的收縮和膨脹在氣缸內可運動。為此，與動力活塞同步運動的置換器被設置在氣缸內，其通過線性運動將大部分封閉的空氣分配到熱側或冷側。因此，動力活塞的往復運動的頻率可以通過分別調節熱側和冷側的溫度來控制。
[0004]儘管上述發動機可用於多個應用，但是由於在加熱工作流體的延遲，難以快速響應來控制動力活塞。為了解決這個問題，曾有建議將置換器與動力活塞斷開，以便動力活塞的頻率可以通過設置置換器運動的頻率來直接控制。
[0005]另一進一步改進的機械裝置披露於US2003000210。在其中，轉動置換器具有周向切口，用於使工作流體運動通過熱區和冷區，每個區沿著封閉的氣缸的外周延伸180°。隨著置換器轉動，周向切口內部的壓力變化被轉換成機械功，並且還設置蓄熱器用於減少熱能損耗。所提議的機械裝置具有明顯的缺點。為了增大功率，周向切口需要容納較大量的工作流體。因此，周向切口必須具有增大的高度或大角度延伸部分。另一方面，如果角度延伸部分太大，則隨著置換器轉動當周向切口部分位於熱側而部分位於冷側時會具有同時冷卻和加熱的工作流體。因此，不可能在沒有效率損耗的情況下增大功率輸出，反之亦然。


【發明內容】

[0006]因此，本發明優選尋求緩解或消除上述本領域中的缺陷和單獨或任意組合形式的缺點，並且通過提供根據所附權利要求所述的裝置來解決至少上述問題。
[0007]本發明的一個目的是提供一種可用於具有改進的熱效率的能量轉換器的工作氣缸。
[0008]根據第一方面，披露了一種用於能量轉換器的工作氣缸。工作氣缸包括至少一個可旋轉地支撐在氣缸塊體中的圓盤狀置換器，所述置換器被設置在從所述置換器的每一側上的塊體徑向向內延伸的兩個環形凸緣之間，使得所述置換器被設置成在旋轉時與所述凸緣平行，其中所述凸緣的至少一個包括多個區域(部分)，所述多個區域(部分)包括具有第一溫度的第一區域(部分)；具有第二溫度的第二區域(部分)，所述第二溫度低於所述第一溫度；和兩個絕緣區域(部分)，所述兩個絕緣區域(部分)完全阻止所述第一區域(部分)和所述第二區域(部分)之間的接觸；並且其中所述置換器包括切口，用於使一定量的工作流體轉過所述區域(部分)，所述切口的尺寸被設置成使得對於每一個旋轉位置，其不會同時與第一區域(部分)和第二區域(部分)重疊。
[0009]切口在橫向平面中可具有延伸區域，其沿著小於所述絕緣區域(部分)的橫向平面中的延伸區域內的置換器的半徑的所有半徑可封閉。
[0010]氣缸還可包括同軸連接至所述置換器的旋轉軸。
[0011]所述凸緣的每一個可具有用於容納所述旋轉軸的同軸的凹入部。
[0012]每個區域(部分)可形成環狀扇形，並且所述切口可具有環狀扇形的形狀。
[0013]第一區域可被熱連接至塊體的第一部分，使得提供給第一部分的熱量會被傳導到所述第一區域。相應地，第二區域可被熱連接至塊體的第二部分，使得第二部分的冷卻會使所述第二區域冷卻。
[0014]此外，塊體的第一部分可完全熱絕緣於塊體的第二部分。
[0015]氣缸還可包括多個置換器，每個置換器被設置在兩個相鄰的凸緣之間。所述多個置換器可通過共同的可旋轉軸支撐，並且置換器可相對於它們各自的切口的角位置彼此對準。
[0016]根據第二方面，披露了一種能量轉換器。所述能量轉換器包括根據第一方面的氣缸，其中塊體包括通道，所述通道與通過置換器被轉動的工作流體流體相連，以便傳遞轉動置換器後出現的壓力脈衝。
[0017]能量轉換器還可包括與所述通道流體相連的壓力操作裝置。
[0018]根據第三方面，披露了一種用於提供工作氣缸的方法。所述方法包括下述步驟:提供至少一個可旋轉地支撐在氣缸塊體中的圓盤狀置換器，所述置換器被設置在從置換器的每一側上的塊體徑向向內延伸的兩個環形凸緣之間，以便所述置換器被設置成在旋轉時與所述凸緣平行；使所述凸緣的至少一個具有多個區域(部分)，將第一區域(部分)加熱至第一溫度，將第二區域(部分)冷卻至低於所述第一溫度的第二溫度；提供兩個絕緣區域(部分)，所述絕緣區域(部分)完全阻止所述第一區域(部分)和所述第二區域(部分)之間的接觸；和，在所述置換器中提供切口，使一定量的工作流體轉過所述區域(部分)，所述切口的尺寸被設置成使得對於每個旋轉位置，其不會同時與第一區域(部分)和第二區域(部分)重疊。
[0019]根據第四方面，披露了一種用於製造工作氣缸的方法。所述方法包括下述步驟:提供預製的塊體凸緣區域(部分)的層疊，形成工作氣缸的熱側；提供預製的塊體凸緣區域(部分)的層疊，形成工作氣缸的冷側；提供兩個預製的塊體凸緣區域(部分)的層疊，形成工作氣缸的絕緣側；提供置換器組件，所述置換器組件包括至少一個圓盤狀置換器，所述圓盤狀置換器具有切口，用於使一定量的工作流體轉過工作氣缸的熱側、冷側和絕緣側；設置預製的塊體凸緣區域(部分)的層疊，以圍住所述置換器組件，使得所述置換器組件在所述工作氣缸內可旋轉，並且使得所述置換器的每一個被設置在由塊體凸緣區域(部分)形成並且從所述置換器的每一側上的塊體徑向向內延伸的兩個環形凸緣之間，以便所述置換器會被設置成在旋轉時與所述凸緣平行，其中切口的尺寸被設置成使得對於每一個旋轉位置，其不會同時重疊熱側和冷側；和，設置外殼以環繞絕緣側的整個外周，用於密封所述工作氣缸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]在下文中，本發明將結合附圖進行描述，其中:
[0021]圖1是示意圖，示出了根據一個實施例的能量轉換器；
[0022]圖2是根據一個實施例的工作氣缸的圓形凸緣的透視圖；
[0023]圖3是根據一個實施例的工作氣缸的置換器的俯視圖；
[0024]圖4是根據一個實施例的工作氣缸的透視圖；
[0025]圖5a是根據一個實施例的凸緣的區域(部分)的俯視圖；
[0026]圖5b是根據一個實施例的凸緣的區域(部分)的俯視圖。

【具體實施方式】
[0027]下文將結合附圖更詳細地描述本發明的幾個實施例，以便本領域的技術人員能夠實施本發明。不過，本發明可以按許多不同的形式來體現，並且不應被視為受限於本文所述的實施例。而是，提供這些實施例以便公開內容是充分和全面的，並且向本領域的技術人員充分表達本發明的保護範圍。實施例並不限制本發明，而是本發明僅由所附權利要求書限定保護範圍。此外，附圖所示具體實施例的【具體實施方式】中所用的術語並非旨在限定本發明。
[0028]參見圖1，示出了能量轉換器100的一個實施例。能量轉換器優選用作將溫度梯度轉換成預定頻率的壓力差的裝置，其中壓力差可用於產生機械功。能量轉換器100被設置成以周期性的方式改變工作流體的溫度，其中工作流體的壓力在加熱期間會增大。相應地，在冷卻期間會出現壓力下降，其中壓力差可被不同的機械、電氣或機電系統利用，以將壓力差轉換為機械功或不同形式的能量。例如，能量轉換器100可用於斯特林發動機(Stirlingengine)，或任何其它涉及壓力操作部件例如活塞、(隔)膜、壓電元件等的機械裝置。如圖1所示，能量轉換器100被連接至發動機氣缸200，其中活塞210被促使線性運動。活塞210可以例如連接至曲柄軸(未示出)，用於將線性運動轉換成旋轉運動。
[0029]發動機氣缸200可藉助於通道220連接至工作氣缸101，通過通道220使得工作氣缸101內的壓力變化被傳遞到發動機氣缸200，以便活塞210按往復的方式運動。為此，工作氣缸101被設置成具有連接件102，通道220與連接件102流體相連。
[0030]一般，工作氣缸藉助於馬達103用於轉動熱區域(部分)104和冷區域(部分)105之間的工作流體。當工作流體已被熱區域(部分)加熱時，工作氣缸內的壓力會增大，從而所述壓力增大會迫使發動機氣缸200的活塞210運動。相應地，工作流體的冷卻會使得壓力下降，導致活塞210以相反的方式運動。因此，通過控制工作流體的加熱循環的頻率，覆蓋較寬範圍的速度連續地操作能量轉換器是可能的。
[0031]為了描述能量轉換器100的結構細節，另請參見圖2和3。一般，能量轉換器100包括工作氣缸101，所述工作氣缸包括多個層疊的凸緣110和多個置換器120，其中每個置換器120被設置在兩個相鄰的凸緣110之間。從圖2開始，示出了氣缸101的圓形凸緣110的俯視圖。圓形凸緣110從氣缸塊體114徑向在氣缸101向內延伸，並且凸緣110具有多個區域(部分)112。圓形凸緣110的外周被連接至氣缸塊體114或與氣缸塊體114形成一體。為此，塊體114以氣缸的形狀形成中空的空間，儘管氣缸塊體的外部形狀可具有其它形狀，例如，如圖1中所示的立方形。在所示的實施例中，每個凸緣I1具有四個區域(部分)112，每個區域(部分)延伸圓形的90°。此外，塊體114的厚度稍微大於圓形凸緣110的厚度，以便容納鄰近圓形凸緣110的置換器120而不伸過塊體114。
[0032]凸緣110的第一區域(部分)112a形成為熱區域(部分)，其中熱源(未示出)被連接至第一區域(部分)112a，以便將熱量傳遞給第一凸緣112a。因此，熱區域(部分)112a形成圖1所示的熱側104的一部分。第二區域(部分)112b被設置成與第一區域(部分)112a相對，並因此與第一區域(部分)112a間隔90°。第二區域(部分)112b形成冷區域(部分)，其中冷卻裝置(未示出)被連接至第二區域(部分)112b，以便將冷區域(部分)112b的溫度保持在希望的溫度，該溫度低於熱區域(部分)112a的溫度。因此，冷區域(部分)112b形成圖1所示的冷側105的一部分。中間區域(部分)112c、112d被設置成鄰近第一區域(部分)112a和第二區域(部分)112b，使得第一和第二區域(部分)112a、112b的每一個形成對兩個中間區域(部分)112c、112d的邊界。中間區域(部分)112c、112d被設置為熱絕緣區域(部分)，以使熱區域(部分)112a和冷區域(部分)112b之間的熱傳遞最小化。因此，熱區域(部分)112a和冷區域(部分)112b之間的溫度差可以按有效的方式被保持。
[0033]氣缸塊體114優選地也被分成塊體區域(部分)115，每個塊體區域(部分)被熱連接至相關的凸緣區域(部分)112。由圖2可見，塊體區域(部分)115不享有相同的尺寸。優選地，與凸緣110的熱和冷區域(部分)112a，112b相關的塊體區域(部分)115a、115b稍微大於中間塊體區域(部分)115c、115d，使得熱源和/或冷卻裝置可作用於較大的體積或質量，以便增大與凸緣區域(部分)112a、112b的熱傳遞。熱塊體區域(部分)115a用作熱量的緩衝區，從而當工作流體取回特定量的熱能時凸緣110的熱區域(部分)112a會接收到足夠的熱能。因此，冷塊體區域(部分)115b用作熱量緩存區，從而凸緣110的冷區域(部分)112b —旦冷卻可對熱量緩存區吸收熱量。
[0034]通過在彼此的上方設置兩個相同的凸緣110，沿法向間隔開，在兩個凸緣110之間形成小的空間。在該空間內，優選對稱，使得兩個凸緣110之間的軸向距離在整個表面上是恆定的，設置置換器120。如圖3所示，置換器120具有圓盤形狀，其半徑等於或稍小於圓形凸緣110的半徑。設置了切口 122，所述切口 122可具有環狀扇形的形狀。優選地，切口122的角延伸部分對應於中間區域(部分)112c、112d的角延伸部分。
[0035]一旦插入在兩個凸緣110之間，置換器120被設置成使得它可旋轉從而引起切口122在凸緣110的不同區域(部分)112a-d之間運動。容納在切口內的工作流體(例如空氣或任何其它氣態的介質)因此會被迫使在凸緣的區域(部分)112a-d之間運動，從而致使空氣或其它工作流體例如低粘度介質的溫度周期性地變化。
[0036]優選地，置換器120被密封抵靠凸緣110的鄰接表面，使得工作流體只有非常小的量從切口 122逃逸出。通過所述的方式，當置換器120在氣缸內旋轉時大部分的工作流體將總被截流在切口 120內，同時少量的工作流體在工作氣缸中被分配，用於平衡工作氣缸101內的壓力(例如優選存在於置換器120和相鄰的凸緣110之間的小狹縫中)。因此，一旦切口 122被設置在熱區域(部分)112a，工作流體會被加熱，而當切口 122繼續其旋轉運動通過熱區域(部分)112a時加熱繼續。隨後，切口 122將會運動完全通過熱區域(部分)112a，以便其現在被設置成跨中間區域(部分)112c (此處不發生熱傳遞)。在該位置，工作流體會具有最大溫度並因此具有最大壓力。隨著置換器120從其被兩個層疊的中間區域(部分)112c或112d完全圍住的位置繼續旋轉，切口 122會移入冷區域(部分)112b，從而工作流體的溫度開始下降。只要切口 122的至少一些部分被設置在跨冷區域(部分)112b的位置，即近似180°，工作流體的溫度的下降會繼續。
[0037]現在參見圖4，示出了凸緣-置換器組件。凸緣-置換器組件形成工作氣缸101，可補充有頂蓋(未示出)和底蓋106，及驅動裝置和控制裝置(未示出)，用於相對於凸緣110旋轉置換器。控制裝置可被設置在工作氣缸的外部。正如附圖中可見，工作氣缸101包括多個層疊的凸緣110，和相應的多個置換器120。如果凸緣110的實際數量是n，則相應的置換器120的數量可以是n-1，以便使每個置換器120設置在兩個相鄰的凸緣110之間。置換器120優選被設置成具有共同相(common phase)，使得置換器120的切口 122彼此對準並因而在旋轉期間位於相同的角位置。因此，所有的置換器120優選由它們均連接的共同的旋轉軸124驅動。
[0038]在安裝工作氣缸101之前，凸緣110優選被設置為半部分，每個半部分對應於連接至相關凸緣區域(部分)112的氣缸塊體區域(部分)115。多個半部分以層疊的方式連接，使得工作氣缸101的熱側104被設置為預製部件，包括塊體凸緣區域(部分)的層疊。相應地，工作氣缸101的冷側105以及工作氣缸101的絕緣側被設置為預製部件，每個部件包括塊體凸緣區域(部分)的層疊。除了預製的氣缸塊體凸緣區域(部分)的層疊，置換器組件被設置成包括多個置換器圓盤120，以層疊方式設置並藉助於同軸的旋轉軸124彼此連接。每個置換器圓盤120被設置成以預定的距離與其相鄰的置換器圓盤120間隔，所述距離基本上相當於塊體凸緣區域(部分)的層疊的兩個相鄰凸緣110之間的距離。
[0039]通過藉助於絕緣的預製塊體凸緣區域(部分)的層疊將熱和冷的預製的塊體凸緣區域(部分)的層疊彼此分開，塊體114中的熱傳遞顯著降低。每個預製的塊體凸緣區域(部分)的層疊可通過模製提供或者為機械加工部件，並且它們可能不必要通過連接若干個預製的塊體凸緣區域(部分)的層疊來提供。
[0040]當安裝工作氣缸101時，預製的塊體凸緣區域(部分)的層疊被插在置換器組件的可用空間內(即，兩個相鄰的置換器圓盤120之間的距離)，並然後彼此連接以便形成閉合的氣缸101，其中置換器120能夠旋轉。希望量的工作流體在密封氣缸101之前例如在設置頂蓋和底蓋之前可被注入工作氣缸101。此外，可設置開口端箱形式的層壓外殼(未示出)並且滑套在工作氣缸101上用於密封工作氣缸101。密封可以通過焊接或任何其它合適的方式進行，以便在層壓材料和塊體114之間提供充分的接觸。層壓外殼優選地通過使得在縱向和橫向方向沒有導熱橋而阻止從塊體114向周圍環境的熱傳遞。因此，層壓外殼還形成工作氣缸101的頂蓋。
[0041]層壓外殼可具有磁性結構和內部裝置以便允許放置電動機。因此，馬達的控制裝置可被設置在外側(如圖1所示)，以便完全排除對線纜等被引導穿過工作氣缸的需要。
[0042]預製的塊體凸緣區域(部分)的層疊之一具有孔，工作流體的壓力可隨切口 122移入工作氣缸101內部而被分配在孔中。孔還可被連接至管道，例如圖1所示的通道220，以允許工作流體的壓力驅動能量轉換器100。
[0043]馬達(圖1中示出為103)可被連接至置換器120的旋轉軸124，用於旋轉工作氣缸101內的置換器120。此外，控制器(未示出)優選連接至馬達103，用於控制旋轉的速度並因此控制工作流體運動通過不同的凸緣區域(部分)112的頻率。
[0044]現在對所述實施例的一些一般性評論給出說明。基於PV = nrT，封閉系統中工作流體(空氣、氣體、蒸汽等)的膨脹/收縮被用於完成工作。當工作流體被加熱時，增大的壓力被允許例如通過推動(隔)膜或活塞作用於連接的裝置上，並且當工作流體收縮時，其對壓力操作裝置提供拉動作用。
[0045]在工作氣缸101內，工作流體以受控的周期以具有強制對流的旋轉暴露於熱和冷表面。能量轉換器100優選在縮放期間使用於熱傳遞的表面和工作流體的量(體積)之間的比率保持在希望的水平。
[0046]事實上，切口 122的旋轉運動會迫使工作流體以受控的方式旋轉(如圖3中的箭頭所示)。因此，工作流體和熱或冷凸緣區域(部分)112a、112b之間的熱傳遞會增大並因此還會增大工作氣缸的效率。另一方面，存在於形成在置換器120和凸緣區域(部分)112之間的空間中的少量的流體會以層流運動，從而降低這些區域的熱傳遞。
[0047]需要大表面的凸緣區域(部分)112來向工作流體傳遞熱量和從工作流體傳遞熱量。如果不是分區的設計，介質的體積(量)會以立方增長，而熱傳遞表面僅會以平方增長。
[0048]在工作周期期間，即，在置換器120的一次旋轉期間，工作流體會通過四個完全分開的相(phase):i)中性，用於保持旋轉，ii)熱，即在能量傳遞給工作流體期間，iii)中性，用於保持旋轉，和iv)冷，即在從工作流體進行能量傳遞期間。工作流體絕不會同時處於兩個以上所述的分區。隨著工作流體通過所述相，整個周期可被限定為兩個部分:1)「升溫周期」和2) 「冷卻周期」。「升溫周期」:a)中性-暖，b)暖，c)暖-中性幾乎構成了半圈(半個周期)。在熱部分和絕緣區域(部分)112a、112c中的工作流體變暖，並且整個分區的工作氣缸中的壓力上升。「冷卻周期」:中性-冷，冷，冷-中性構成了另半圈(另半個周期)。工作流體冷卻，並且在分區的工作氣缸中的壓力下降。
[0049]在升溫周期和冷卻周期之間，如同在冷卻周期和升溫周期之間，可能有非常短的片刻是100%的中性，優選每360度為約2度。
[0050]壓力變化可從工作氣缸的任何地方獲得，以便被例如活塞、(隔)膜、壓力計、壓電元件或任何其它壓力操作裝置使用。
[0051]工作流體通過由馬達操作的分割(分區)的旋轉置換器軸在熱表面和冷表面之間運動。通過控制馬達的軸，控制工作流體有多長時間暴露於升溫周期和冷卻周期是可能的。還可能完全控制rpm和從Orpm到可達到超過最大性能rpm的極限的整個跨度內的功率輸出。最大性能rpm優選被定義為仍保持有效熱傳遞的最大速度。
[0052]通過將馬達和其相關的軸安裝在工作氣缸的內部或者分區的工作氣缸的外部(例如通過磁性傳動)，工作氣缸得以完全密封。因此，漏竊電的風險因此被最小化。當外部馬達藉助於磁性耦合旋轉置換器組件時，當切口被設置在熱凸緣區域(部分)112a上時會導致工作流體中的壓力增大，而在其從熱凸緣區域(部分)轉至冷凸緣區域(部分)112b時壓力下降。熱傳導凸緣區域(部分)112a、112b可具有熱傳感器，例如靠近凸緣的尖端，用於向控制系統反饋信息。因此，實時測量凸緣110的溫度是可能的，並因此使得預測和確定工作氣缸的實際性能成為可能。此外，在工作氣缸內部設置壓力傳感器是可能的，以便持續地測量壓力變化。
[0053]根據應用，可以將具有在溫度差內的相變的飽和蒸汽用作工作流體用於運行轉換器。這可能比例如空氣提供更好的性能。作為一個示例，可以在「綠色」低溫差應用中採用乙酸乙酯。
[0054]此外，連接各自的切口之間具有180°角的兩個工作氣缸有助於雙作用活塞的使用。連接各自的切口 122之間具有120°角的三個工作氣缸可提供更為平滑的操作(利用活塞運轉軸)。
[0055]無論選擇什麼結構，一個有利的特徵是可能改變和同步運行中的相對切口位置，因為每個氣缸具有其本身的馬達來控制置換器組件的運動。
[0056]優選地，置換器組件通過配重平衡並具有對應於臨界軸轉速(在工作範圍之外或在非常低的啟動範圍)的固有頻率。在優選的實施例中，配重的至少一個是磁性的並因此可用於將旋轉運動從外部電磁源傳遞給置換器。
[0057]工作流體提供了:1)來自置換器組件的旋轉的強制對流，其中旋轉使得壓力差參與壓力操作裝置(一個/多個壓力操作裝置)，2)形成置換器和圓形凸緣之間的層流；3)隔離中性和傳導凸緣之間的窄間隙，其中它還在工作氣缸內進行壓力均衡。
[0058]現在參見圖5a_b，將要討論凸緣110的區域(部分)112的不同實施例。從圖5a開始，凸緣被分成8個不同的區域(部分)。區域(部分)112的每一個的固定的角延伸部分為45°，並形成區(扇形)。第一熱區(扇形)112a後是絕緣區112d，隨後是冷區112b。在冷區112b之後在完成半圈之前設置有絕緣區112c。接著的半圈與圖5a所示的第一個半圈對稱。
[0059]圖5b示出了凸緣的區域(部分)112的另一實施例。此處，冷區112b與兩個絕緣區112c，112d相鄰，所述兩個絕緣區設置在冷區112b的每一側。在兩個絕緣區之間設置有5個熱區112a。因此，根據可用的熱源和冷卻裝置來設計工作氣缸101是可能的，以便能夠獲得與工作流體的有效熱傳遞。
[0060]鑑於上述實施例，通過大量不同的方式來分配熱區域(部分)和冷區域(部分)112a、112b是可能的，只要它們被具有至少置換器120的切口 122的尺寸大小的絕緣區域(部分)分開。雖然僅描述了圓形區，但理所當然可以設置不同形狀的區以及切口，只要切口決不被允許同時伸過熱區域(部分)和冷區域(部分)。
[0061]置換器120優選被構造成當其旋轉用於使工作流體運動時提供湍流和受控的對流渦旋。因此，由於凸緣110和工作流體之間的強制對流和輻射的熱傳遞會增大。例如，切口 122的邊緣的錐形化會沿著垂直於橫向平面的方向添加渦流分量。
[0062]在另一實施例中，凸緣110可被設置成具有穿孔，用於改進工作氣缸101內的壓力均衡。這可能還提供了另外的效果:增大表面以便改進熱傳遞。穿孔可被製作的非常小，例如,半徑在mm的範圍內，並且可跨凸緣110的整個表面分布。
[0063]應當理解，前述的實施例可以相組合，而不背離所附權利要求書所限定的範圍。
[0064]在權利要求中，術語「包括(comprises/comprising) 」並不排除存在其它部件或步驟的可能性。此外，儘管各特徵可被包括在不同的權利要求中，這些特徵可能有利地被組合，並且包括在不同的權利要求中並不意味著特徵的組合是不可行和/或不利的。此外，單數標記並不排除多個的情況。術語「a( — ) 」、「an( — ) 」、「第一」、「第二」等並不排除多個的情況。所提供的權利要求中的附圖標記只為闡述示例，而不應被解釋為以任何方式限制權利要求的範圍。
【權利要求】
1.一種工作氣缸，包括: 至少一個圓盤狀置換器(120)，所述置換器可旋轉地支撐在氣缸塊體(114)中，所述置換器(120)被設置在從所述置換器(120)的每一側上的塊體(114)徑向向內延伸的兩個環形凸緣(110)之間，使得所述置換器(120)被設置成在旋轉時與所述凸緣(110)平行，其中 所述凸緣(110)的至少一個包括多個區域，所述多個區域包括具有第一溫度的第一區域(112a)，具有低於所述第一溫度的第二溫度的第二區域(112b)，和完全阻止所述第一區域(112a)和所述第二區域(112b)之間接觸的兩個絕緣區域(112c，112d)，並且其中 所述置換器(120)包括切口(122)，所述切口用於使一個量的工作流體通過區域(112)，其中切口的尺寸適於使得對於每個旋轉位置，切口不會同時與第一區域(112a)和第二區域(112b)重疊。
2.根據權利要求1所述的氣缸，其中所述切口(122)在橫向平面中具有延伸區域，沿著小於所述絕緣區域(112c，112d)的橫向平面中延伸區域內的置換器(120)的半徑的所有半徑可封閉。
3.根據權利要求1或2所述的氣缸，還包括同軸連接至所述置換器(120)的可旋轉軸(124)。
4.根據權利要求3所述的氣缸，其中所述凸緣(110)的每一個具有同軸凹入部，用於容納所述可旋轉軸(124)。
5.根據上述權利要求中的任一權利要求所述的氣缸，其中每個區域(112a-d)形成環狀區，並且其中所述切口(122)具有環狀區的形狀。
6.根據上述權利要求中的任一權利要求所述的氣缸，其中所述第一區域(112a)被熱連接至塊體(114)的第一部分(I 15a)，使得提供給第一部分(115a)的熱量會被傳導給所述第一區域(112a)。
7.根據上述權利要求中的任一權利要求所述的氣缸，其中第二區域(112b)被熱連接至塊體(114)的第二部分(115b)，使得第二部分(115b)的冷卻會提供所述第二區域(112b)的冷卻。
8.根據權利要求6和7中任一權利要求所述的氣缸，其中所述塊體(114)的第一部分(115a)完全熱絕緣於塊體(114)的第二部分(115b)。
9.根據上述權利要求中的任一權利要求所述的氣缸，包括多個置換器(120)，每個置換器被設置在兩個相鄰的凸緣(110)之間。
10.根據權利要求9所述的氣缸，其中所述多個置換器(120)由共同的可旋轉軸(124)支撐。
11.根據權利要求10所述的氣缸，其中所述置換器(120)相對於它們各自的切口(122)的角位置彼此對準。
12.—種能量轉換器,包括根據上述權利要求中任一權利要求所述的氣缸，其中塊體(114)包括通道，所述通道與通過置換器(120)旋轉的工作流體流體相連，用於傳遞置換器的旋轉所出現的壓力脈衝。
13.根據權利要求12所述的能量轉換器，還包括與所述通道流體相連的壓力操作裝置(200)。
14.一種用於提供工作氣缸的方法，包括以下步驟: 提供至少一個可旋轉地支撐在氣缸塊體(114)中的圓盤狀置換器(120)，所述置換器(120)被設置在從置換器(120)的每一側上的塊體(114)徑向向內延伸的兩個環形凸緣(110)之間，以便所述置換器(120)被設置成在旋轉時與所述凸緣(110)平行； 提供具有多個區域的至少一個凸緣(110)， 將第一區域(112a)加熱到第一溫度， 將第二區域(112b)冷卻到低於所述第一溫度的第二溫度， 提供兩個絕緣區域(112c，112d)，所述絕緣區域完全阻止所述第一區域(112a)和所述第二區域(112b)之間的接觸；和 在所述置換器中提供切口(122)，用於使一個量的工作流體旋轉通過區域(112)，所述切口的尺寸適於使得對於每一個旋轉位置，其不會同時與第一區域(112a)和第二區域(112b)重疊。
15.一種用於製造工作氣缸的方法，包括以下步驟: 提供預製的塊體-凸緣區域的層疊，形成工作氣缸的熱側； 提供預製的塊體-凸緣區域的層疊，形成工作氣缸的冷側； 提供兩個預製的塊體-凸緣區域的層疊，形成工作氣缸的絕緣側； 提供置換器組件，所述置換器組件包括至少一個圓盤狀置換器，所述圓盤狀置換器具有切口，用於使一個量的工作流體旋轉通過工作氣缸的熱側、冷側和絕緣側； 設置所述預製的塊體-凸緣區域的層疊以圍住所述置換器組件，使得所述置換器組件在所述工作氣缸內可旋轉並且使得所述置換器的每一個被設置在由塊體-凸緣區域形成並從所述置換器的每一側上的塊體徑向向內延伸的兩個環形凸緣之間，以便所述置換器會被設置成在旋轉時與所述凸緣平行，其中切口的尺寸適於使得對於每一個旋轉位置，其不會同時與熱側和冷側重疊，和 設置外殼以便環繞絕緣側的整個外周，用於密封所述工作氣缸。
【文檔編號】F02G1/043GK104271930SQ201380022152
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年4月24日 優先權日:2012年4月25日
【發明者】N·卡爾伯格 申請人:N·卡爾伯格