[發明專利]一種基于自由活塞斯特林發動機的冷電聯產系統及其工作方法

在審

• 申請號: 201910229901.0
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN110131070A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 鹿鵬;楊培杰;黃護林;方露露;王向陽
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02G1/044
• 分類號: F02G1/044;F02G1/053;F02G1/055;F25B9/14;F25B40/06;H02K7/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 王路

1.一種基于自由活塞斯特林發動機的冷電聯產系統，其特征在于，包括斯特林原動機、斯特林制冷機、直線發電機；斯特林原動機與斯特林制冷機通過共用的壓縮腔耦合在一起，并與直線發電機相連接進行發電；所述斯特林原動機包含第一膨脹腔(4)、第一加熱器(3)、第一回熱器(2)、第一冷卻器(1)、第一配氣活塞(7)、第一支撐彈簧(8)、第一支撐底座(9)、第一壓縮腔(11)、動力活塞(23)；所述第一膨脹腔(4)位于裝置左側，其外部為高溫環境(5)；所述第一加熱器(3)、第一回熱器(2)、第一冷卻器(1)均為環形結構，并沿橫向依次布置；第一膨脹腔(4)、第一加熱器(3)、第一回熱器(2)、第一冷卻器(1)、第一壓縮腔(11)之間依次連通；所述第一配氣活塞(7)的右側與第一支撐彈簧(8)相連接；第一支撐彈簧(8)的右側與第一支撐底座(9)相連接，并且都位于第一壓縮腔(11)內部；所述第一支撐底座(9)開有第一連通孔(10)，以保證被底座隔開的壓縮腔(11)內部相互連通；第一支撐彈簧(8)用來提供第一配氣活塞(7)往復運動所需的回復力；

所述斯特林制冷機包含第二膨脹腔(19)、第二加熱器(20)、第二回熱器(21)、第二冷卻器(22)、第二配氣活塞(16)、第二支撐彈簧(15)、第二支撐底座(14)、第二壓縮腔(12)、動力活塞(23)；第二膨脹腔(19)外部為低溫環境，所述第二膨脹腔(19)位于裝置右側；所述第二加熱器(20)、第二回熱器(21)、第二冷卻器(22)均為環形結構，并沿橫向依次布置；第二膨脹腔(19)、第二加熱器(20)、第二回熱器(21)、第二冷卻器(22)、第二壓縮腔(12)之間依次連通；所述第二配氣活塞(16)的左側與第二支撐彈簧(15)相連接；第二支撐彈簧(15)的左側與第二支撐底座(14)相連接，且都位于第二壓縮腔(12)內部；第二支撐底座(14)上開有連通孔(13)，以保證被底座隔開的壓縮腔(12)內部相互連通，第二支撐彈簧(15)用來提供第二配氣活塞(16)往復運動所需的回復力；

所述直線發電機包含動子磁軛(24)，動子磁極(25)，電機主軸(26)，第三平面支撐彈簧(27)，電機定子(28)；所述電機主軸(26)上端與動力活塞(23)相連接，下端與平面支撐彈簧(27)相連；所述動子磁軛(24)覆蓋在電機主軸(26)上，環狀動子磁極(25)按照一定的間隔安裝在動子磁軛(24)的外周，動子磁軛(24)和動子磁極(25)隨動力活塞(23)往復運動形成振蕩磁場；所述電機定子(28)切割磁感線產生感應電動勢，把動能轉化為電能。

2.根據權利要求1所述的一種基于自由活塞斯特林發動機的冷電聯產系統，其特征在于，所述第一加熱器(3)和第二加熱器(20)多為管式，采用高溫合金鋼。

3.根據權利要求1所述的一種基于自由活塞斯特林發動機的冷電聯產系統，其特征在于，所述第一回熱器(2)和第二回熱器(21)，采用多孔介質作為回熱器基體的填充材料，所述多孔介質為金屬纖維、金屬絲網、金屬粉末等燒結形成。

4.根據權利要求1所述的一種基于自由活塞斯特林發動機的冷電聯產系統，其特征在于，所述第一冷卻器(1)和第二冷卻器(22)為薄壁管式冷卻器，采用不銹鋼材質，以水為冷卻劑。

5.根據權利要求1所述的一種基于自由活塞斯特林發動機的冷電聯產系統，其特征在于，所述第一配氣活塞(7)和第二配氣活塞(16)采用薄壁中空圓筒狀結構，材質為不銹鋼或鋁合金。

6.根據權利要求5所述的一種基于自由活塞斯特林發動機的冷電聯產系統，其特征在于，第一配氣活塞(7)配氣活塞內部設置第一隔板(6)，第二配氣活塞(16)內部設置第二隔板(17)，以降低配氣活塞內腔左右兩端的熱輻射損失；第一隔板(6)和第二隔板(17)上開設小孔，使整個配氣活塞內腔連通。

7.根據權利要求1所述的一種基于自由活塞斯特林發動機的冷電聯產系統，其特征在于，所述第一配氣活塞(7)、第二配氣活塞(16)和動力活塞(23)與其所在的氣缸壁之間采用活塞環的密封方式，活塞環的材質采用填充聚四氟乙烯的復合材料。