看3D打印组合室壁和热交换器如何适用于斯特林发动机(2)
由于在HiETA之前，很少有专门的机构研究通过增材制造的工艺来制造热交换器。HiETA在开发3D打印热交换器的过程中经历了很多挑战，包括确认3D打印工艺可以成功地制造足够薄的壁并且满足刚性等方面的质量要求，开发专用参数包，开发用选区激光熔融3D打印技术制造热交换器的设计指南和设计细节等。
图片：HIETA金属3D打印散热器，来源：3D科学谷联合创始人Mrs.Korinna Penndorf 女士于formnext 2018雷尼绍展台
在HIETA的专利中指出，斯特林发动机缺乏商业化的一个原因是由于斯特林发动机活塞的异相往复运动产生了逆转，不稳定的充气气体在周期性变化的气体条件下流动，在膨胀和压缩后导致充气气体的异常加热和冷却。这种因素增加了热交换器的负荷，并增加了热端空气预热和冷端散热的需要。
HIETA获得专利的技术提供了一种紧凑的热交换器，其中包括例如燃烧器，空气预热器和加热器，可以与发动机本身的部件（例如汽缸）集成。
加热器由大量带有低液压半径的进气管组成，连接环形再生器和置换器气缸的顶部。在仰角中，从垂直定向的圆筒的顶部开始，管通常垂直地从加热器头所处的传统发动机中的那里开始。它们弯曲，直到它们从气缸轴线大致水平和径向向外行进，然后垂直向下转向环形再生器。
管是分层的，通常在平面图中，每个层从圆形开始，圆形的中心是圆柱体的纵向轴线。顶层的圆具有最小的直径，而底层的圆具有最大的直径并且最接近圆柱的外周。在每层中的相邻管之间以及相邻层之间存在间隙，来自位于加热器本身上方的燃烧器的燃烧气体可以通过该间隙。最高层是最靠近圆柱轴开始的层，并传递到环形再生器的最外部。
在许多情况下可以将热交换管道组合在点阵结构中，使得结构的一些部件执行热交换和结构两方面的功能，从而带来进一步的材料，成本和重量节省。在某些情况下，该结构可以设计成使得加压管道上的力抵抗由气缸内的压力在气缸壁上产生的力，从而能够进一步节省材料，重量和成本。
热交换器还可以受益于其与充电流体的紧密接近，热量通过该充注流体被交换并传递到热交换器和充注流体的外部。此外，HIETA获得专利的技术提出了将热交换结合到充电流体压缩和膨胀过程中的可能性，使得中间冷却和相互加热变得具有成本效益。
在这种情况下，斯特林发动机的气缸，燃烧器，加热器和空气预热器可以通过SLM选区激光熔化3D打印技术构建为一个部件。其他组件（如换热器）也可以集成在同一SLM选区激光熔化3D打印构建过程中。
翅片可以结合到加热器管上，如果需要，它们还可以用作将相邻管彼此连接的支柱。翅片与适当的挡板一起也可以以这样的方式定向，以便形成围绕加热器管的近水平部分或其他部分的燃烧气体的管道。
以这种方式，逆流热交换器可以在充气气体沿一个方向流动时发生，并且当沿另一个方向流动时平行流动。这将被布置成使得逆流热交换在循环的膨胀部分期间发生，此时充气气体从再生器进入置换器或热缸。
这种基本几何形状的变化是可能的，渐开线可以布置成使得相邻管之间的间隙沿其最长和接近水平的截面长度变化，例如从气缸端到再生器端增加或减少。或者间隙沿两个管的相关长度可以是恒定的。
图片：HIETA金属3D打印散热器，来源：3D科学谷联合创始人Mrs.Korinna Penndorf 女士于formnext 2018雷尼绍展台
根据HIETA的这种设计，显然加热器可以采用单个蜂窝状结构的形式。该结构可以通过例如电子束焊接附接到汽缸壁的顶部。或者，可以通过能量束的方法直接构建在汽缸壁的顶部上。
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