[發(fā)明專利]一種斯特林熱機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710060290.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106917696B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡劍英;羅二倉(cāng);余國(guó)瑤;戴巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): F02G1/044
• 分類號(hào): F02G1/044;F02G1/053;F02G1/057
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 湯財(cái)寶

本發(fā)明涉及斯特林熱機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種斯特林熱機(jī)，包括振蕩源和兩個(gè)活塞，振蕩源包括主缸體、副缸體和熱緩沖機(jī)構(gòu)，主缸體和副缸體內(nèi)均設(shè)置有所述熱緩沖機(jī)構(gòu)，熱緩沖機(jī)構(gòu)包括沿其所在的缸體軸向依次設(shè)置的換熱組件和排出器，換熱組件的一端與其所在的缸體形成壓縮腔，排出器的一端與換熱組件的另一端形成膨脹腔，排出器的另一端與其所在的缸體形成次壓縮腔，主缸體的壓縮腔與副缸體的次壓縮腔連通并形成第一連通腔室，主缸體的次壓縮腔與副缸體的壓縮腔連通形成第二連通腔室，兩個(gè)活塞分別位于第一兩通腔室和第二連通腔室內(nèi)且相對(duì)設(shè)置。本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)主、副缸體內(nèi)部氣路耦合，大幅度的消除系統(tǒng)振動(dòng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及斯特林熱機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種斯特林熱機(jī)。

背景技術(shù)

目前斯特林熱機(jī)包括斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、斯特林制冷機(jī)、斯特林熱泵，前者是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，配備發(fā)電機(jī)時(shí)則可進(jìn)一步將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能向外輸出，后者將外界輸入的電能先轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能，產(chǎn)生制冷或者泵熱效應(yīng)。斯特林熱機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，功率密度高，而且效率非常高，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。現(xiàn)有斯特林制冷機(jī)振動(dòng)較大，現(xiàn)有的減震措施無(wú)法完全消除振動(dòng)或者結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。

當(dāng)傳統(tǒng)的斯特林熱機(jī)作為發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)，其非室溫?fù)Q熱器被加熱，室溫?fù)Q熱器被冷卻時(shí)，回?zé)崞鲀?nèi)就會(huì)形成一定的溫度梯度，當(dāng)該梯度達(dá)到一定的值時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩，將熱能轉(zhuǎn)化為聲波形式的機(jī)械能，功流沿著回?zé)崞鳒囟壬叩姆较蛟黾樱缓蠼?jīng)過(guò)排出器，排出器將一部分聲功(經(jīng)過(guò)室溫?fù)Q熱器)反饋給回?zé)崞鳎Ｓ嗖糠滞苿?dòng)電機(jī)活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞在帶動(dòng)電機(jī)的動(dòng)子切割磁力線，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能輸出；當(dāng)它作為制冷機(jī)使用時(shí)，外界輸入的電能被直線電機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能推動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，向系統(tǒng)輸入聲波，聲功在回?zé)崞鲀?nèi)進(jìn)行熱量搬運(yùn)，將非室溫?fù)Q熱器內(nèi)的熱量搬運(yùn)到室溫端換熱器內(nèi)，在非室溫?fù)Q熱器內(nèi)獲得冷量，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，聲波在經(jīng)過(guò)回?zé)崞骱髸?huì)剩余部分能量，該部分能量經(jīng)過(guò)排出器(經(jīng)過(guò)室溫?fù)Q熱器)反饋給回?zé)崞鳎划?dāng)它作為熱泵使用時(shí)，外界輸入的電能被直線電機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能推動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，向系統(tǒng)輸入聲波，聲波先流經(jīng)排出器再經(jīng)過(guò)非常溫?fù)Q熱器進(jìn)入回?zé)崞鳎暡ㄔ诨責(zé)崞鲀?nèi)進(jìn)行熱量搬運(yùn)，將室溫?fù)Q熱器內(nèi)的熱量搬運(yùn)到非室溫端換熱器內(nèi)，在內(nèi)獲得熱量，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，經(jīng)過(guò)回?zé)崞骱蟮穆暡ㄊＳ嗖糠帜芰浚摬糠帜芰吭俜答伣o排出器。在這兩種系統(tǒng)中，排出器為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，作為調(diào)相機(jī)構(gòu)，使回?zé)崞鳙@得理想的聲場(chǎng)相位，使能量在熱和功之間高效轉(zhuǎn)換。

通常斯特林熱機(jī)的回?zé)崞骱团懦銎魇遣捎猛S設(shè)計(jì)的，即回?zé)崞鳌⑹覝負(fù)Q熱器和非室溫?fù)Q熱器采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，排出器位于這三者的中心軸線上。這種結(jié)構(gòu)在實(shí)際制造過(guò)程中存在較大的難度：因?yàn)榛責(zé)崞髟谘b配過(guò)程中需要被壓緊，因此會(huì)擠壓回?zé)崞鞯膬?nèi)側(cè)壁面，不可避免地會(huì)使內(nèi)壁面發(fā)生微小的變形。由于回?zé)崞鲀?nèi)壁面與排出器之間是間隙配合(類似于氣缸與活塞之間的配合，但是二者不發(fā)生接觸，只存在微小的間隙，間隙一般在十微米量級(jí))，因此回?zé)崞鲀?nèi)壁面變形后，排出器就容易與其發(fā)生摩擦，降低系統(tǒng)性能，嚴(yán)重的情況下甚至出現(xiàn)卡死，無(wú)法正常運(yùn)行。為了避免回?zé)崞鲀?nèi)壁和排出器之間出現(xiàn)摩擦或者卡死的情況，可以將排出器和回?zé)崞髟O(shè)計(jì)成直線結(jié)構(gòu)，即室溫?fù)Q熱器、回?zé)崞骱头鞘覝負(fù)Q熱器采用直線依次排列的結(jié)構(gòu)，排出器位于三者的軸線上。

在正常的工作條件下，斯特林熱機(jī)的活塞和排出器并不是反向運(yùn)動(dòng)的，而且二者的質(zhì)量也不相等，因此系統(tǒng)存在顯著的振動(dòng)，特別是當(dāng)系統(tǒng)的功率較大、活塞和排出器的質(zhì)量較大時(shí)，系統(tǒng)振動(dòng)非常劇烈，非常影響應(yīng)用。為了消除振動(dòng)，最常用的辦法就是在斯特林熱機(jī)上安裝被動(dòng)或者主動(dòng)的減震器，以減小振動(dòng)，但前者無(wú)法徹底消除振動(dòng)，后者的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。也可將兩臺(tái)斯特林機(jī)對(duì)置，并將外殼固定在一起，但兩臺(tái)斯特林熱機(jī)仍是獨(dú)立工作的狀態(tài)，因此無(wú)法抵消或消除振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決現(xiàn)有的斯特林熱機(jī)振動(dòng)劇烈，且減振方式抵消或消除振動(dòng)的效果不佳的問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案