导流圈结构及斯特林发动机热交换系统的制作方法

本申请涉及发动机工质导流，进一步地涉及一种导流圈结构及斯特林发动机热交换系统。

背景技术：

1、目前，在斯特林发动机的设计中，由于工质往复流动距离较短，通过直接在机身上加工导流槽或者导流段来满足工质流动均匀性要求。但是随着斯特林发动机向大功率等级的发展，换热器尺寸的增大导致工质在周向上的流动路径显著增加，简单的机身导流槽设计已无法保证工质在长距离流动中的均匀分布。

2、现有技术中的集成在机身上的导流槽在处理大直径换热器时存在气体周向流动不均、死容积过大及阻力过大的问题，这些问题严重制约了斯特林机的整体循环效能和效率提升。

3、综上所述，需要针对目前的问题做出改进。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本申请的目的在于提供一种导流圈结构及斯特林发动机热交换系统，可有效提高工作介质在斯特林发动机内部的均匀流动特性，提高了工作介质输送效率，令整体系统的可靠性大幅增加。

2、为了实现上述目的，本申请提供一种导流圈结构，用于斯特林发动机，包括：

3、导流主体，具有相对设置的导流面以及第二端面，在所述导流面上开设有多个工质孔，所述工质孔用于实现工作介质的流动；

4、所述导流面上设置有多个沿周向分布的导流段，其中至少部分所述导流段相对于所述第二端面形成预设倾角，用于为工作介质提供变截面流道，使得工作介质能够通过所述工质孔流动至所述导流面，并沿相应所述导流段产生流动以均匀工作介质的流量。

5、值得一提的，利用这种周向导流段设计确保了工质在发动机内部实现高效、均匀流动，显著提高了传热效率，同时利用导流段形成的倾角形成变截面流道，减小了不必要的死容积，防止其过大对循环压比产生负面影响，进而保障了斯特林发动机的循环功率。

6、在一些实施方式中，所述导流主体呈环形轮廓，所述导流段分别沿所述导流主体的径向对称排布以均分形成两组导流区域；

7、每组所述导流区域均包括至少两个相连通的导流段，相邻所述导流段之间过渡连接。

8、在一些实施方式中，在每组所述导流区域中的所述导流段的数量至少为三个，且所述导流段依次沿所述导流主体的周向方向进行排布；

9、且在每组所述导流区域中的一个所述导流段配置为长行程导流段，其余的所述导流段共同配置为短行程导流段，所述工质孔被区别为大径工质孔与小径工质孔，所述大径工质孔的孔径大于所述小径工质孔的孔径，所述大径工质孔对应于所述长行程导流段设置，所述小径工质孔对应于所述短行程导流段设置。

10、在一些实施方式中，所述长行程导流段的起始端高度小于所述短行程导流段的终止端高度，所述长行程导流段的起始端与所述短行程导流段的终止端相连并且由一倾斜面过渡；

11、其中，所述倾斜面上设置有所述大径工质孔，从而使工作介质可通过所述大径工质孔流出并流动于所述长行程导流段。

12、在一些实施方式中，所述长行程导流段的截面积在第一方向上单调增大，所述第一方向为工作介质从所述大径工质孔流向所述长行程导流段的终止端的流动方向；

13、每个所述长行程导流段的终止端均为相应所述长行程导流段的最高点，两个所述长行程导流段的终止端相交汇以构成第一凸起部，所述第一凸起部的凸起方向背离所述第二端面。

14、在一些实施方式中，两个所述短行程导流段的起始端相交汇以构成第二凸起部，所述第二凸起部的凸起方向与所述第一凸起部的凸起方向一致，所述第一凸起部和所述第二凸起部上分别设置有安装孔，用于将所述导流主体固定于斯特林发动机内。

15、在一些实施方式中，在每个所述短行程导流段上均开设有一个所述小径工质孔，所述小径工质孔位于所述短行程导流段内的任意两个导流段之间的接合处。

16、在一些实施方式中，在每组所述导流区域中的所述导流段的数量为四个；

17、在每个所述短行程导流段内的三个导流段依次为第一导流段、第二导流段和第三导流段，所述小径工质孔位于所述第一导流段和所述第二导流段的接合处，所述第二导流段位于所述第一导流段和所述第三导流段之间，所述第三导流段与所述长行程导流段过渡相连；

18、其中，所述第一导流段和所述第三导流段为倾斜设置且朝向相对，使得工作介质可在通过所述小径工质孔后依次沿所述第二导流段、所述第三导流段进行流动。

19、本申请的另一方面，也提供一种斯特林发动机热交换系统，包括：

20、压缩腔以及膨胀腔；

21、以及上述的导流圈结构，其中的所述工质孔通过联通管与所述压缩腔相连，所述导流面与所述膨胀腔相对设置，使得在工作介质从所述压缩腔输出时，自所述联通管先流向所述导流段，再流向所述膨胀腔。

22、在一些实施方式中，所述斯特林发动机热交换系统还包括热交换组件，所述热交换组件位于所述导流主体和所述膨胀腔之间，包括依次设置的冷却器、回热器和加热器；

23、所述冷却器包括有若干冷却管，所述导流主体具有所述导流面一侧与若干所述冷却管相对应设置，所述加热器与所述膨胀腔相连通，所述回热器设置于所述冷却器和所述加热器之间。

24、与现有技术相比，本申请所提供的一种导流圈结构及斯特林发动机热交换系统具有以下有益效果：

25、1、本申请中的导流主体沿周向方向被分为多段导流段，能够实现工质气体的均匀流动，同时每段导流段能够具有不同的倾角设计或坡面设计，对于工质流道形成针对化的截面积布局，实现不同的周向区域中对于工质流量的有效分配，从而有利于提高斯特林发动机的系统整体运行效率。

26、2、本申请在导流主体上形成有大径工质孔和小径工质孔，针对导流主体上的不同区域、位置进行了初始流量的分配，能够通过调整工质孔的孔径以及每个导流段几何尺寸、倾斜角度等设计，实现了导流主体整个周向流场上工质流量的均匀性，有效减小死容积以提高发动机的功率输出。

27、3、本申请在导流主体上设置有安装孔，可通过紧固件将导流主体进行固定，确保导流主体位置稳定且精准，减少工质气体的流动偏差；另外导流主体上的工质孔也可以和机身上的联通管进行组合加工，降低了加工难度，并可提高装配精度与密封性能。

技术特征：

1.一种导流圈结构，其特征在于，用于斯特林发动机，包括：

2.根据权利要求1所述的导流圈结构，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的导流圈结构，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的导流圈结构，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的导流圈结构，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的导流圈结构，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的导流圈结构，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的导流圈结构，其特征在于，

9.一种斯特林发动机热交换系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的斯特林发动机热交换系统，其特征在于，还包括：

技术总结本申请公开了一种导流圈结构及斯特林发动机热交换系统，所述导流圈结构包括导流主体，导流主体具有相对设置的导流面以及第二端面，在所述导流面上开设有多个用于实现工作介质流动的工质孔，所述导流面上设置有多个沿周向分布的导流段，其中至少部分所述导流段相对于所述第二端面形成预设倾角，用于为工作介质提供变截面流道，使得工作介质能够通过所述工质孔流动至所述导流面，并沿相应所述导流段产生流动以实现工质的均匀流动，而这种导流圈结构运用于所述斯特林发动机热交换系统，实现不同的周向区域中对于工质流量的有效分配，从而有利于提高斯特林发动机的系统整体运行效率。技术研发人员：朱天宇,陈杨,刘永杰,刘钊,吕田,魏之豪,李海亮,范琛琛受保护的技术使用者：上海齐耀动力技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23