[發明專利]一種熱驅動斯特林裝置及其運行方法

在審

• 申請號: 202210929134.6
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115434821A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 羅寶軍;李銀芳;陳春林;劉敬平
• 申請（專利權）人: 重慶麓泱時代科技有限公司
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02G1/047;F02G1/055;F02G1/057
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 徐好

本發明公開了一種熱驅動斯特林裝置，包括工作腔、發動機排出器、熱泵排出器和緩沖腔，發動機排出器和熱泵排出器上設有排出器連桿，排出器連桿延伸至緩沖腔內，至少一個排出器連桿位于緩沖腔內的部分外周設有連桿氣缸，連桿氣缸與排出器連桿之間形成密閉的連桿實際受力面積調節腔，連桿實際受力面積調節腔與對應的工作腔之間設有第一開關閥，緩沖腔與連桿實際受力面積調節腔之間設有第二開關閥。其運行方法，低頻率模式運行時，第一開關閥打開，第二開關閥關閉，使連桿實際受力面積調節腔與緩沖腔斷開并與對應的工作腔連通；高頻率模式運行時，第一開關閥關閉，第二開關閥打開，使連桿實際受力面積調節腔與緩沖腔連通并與對應的工作腔斷開。

技術領域

本發明涉及發動機、制冷機、熱泵領域，尤其涉及一種熱驅動斯特林裝置及其運行方法。

背景技術

與內燃機相比，斯特林發動機屬于外燃機，具有效率高、可利用低品味熱能等優點，與蒸氣壓縮循環熱泵相比，斯特林熱泵具有效率高、制冷劑環保等優點，因此，利用斯特林發動機驅動斯特林熱泵的熱驅動斯特林裝置具有巨大的市場應用空間。

然而，現有的熱驅動斯特林裝置存在調節負荷困難、變負荷下效率較低等問題，由于在小負荷下需要大幅降低斯特林發動機高溫換熱器的溫度來調節熱驅動斯特林裝置的熱負荷輸出，從而導致低效率的問題。針對該問題，專利文獻CN105723165A公開了一種用于維勒米爾熱泵的四過程循環，對于自由活塞式結構提出了控制排出器在止點位置的靜止時間來調節負荷的方法。由于工況會發生變化，使得在實際工況運行中，排出器的自由運行行程很難達到設計行程，容易出現超過或者少于設計行程的現象，導致出現碰撞或者大量電力消耗，影響裝置的壽命和能效。而且，對于基于傳動機構的熱驅動斯特林裝置，由于氣缸壁與連桿之間存在側向力，會導致磨損，降低了可靠性，影響使用壽命；對于電價較低地區或者時段，現有的熱驅動斯特林裝置還存在燃料費用較高的問題。專利文獻EP0629823A1公開了一種維勒米爾裝置，可以通過容積控制調節機構來調節運行頻率，但是容積控制調節機構不僅需要電機，還需要齒輪等部件，整體結構復雜，成本高，可靠性下降。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種結構簡單，便于調節頻率，可以改善運行效率和可靠性，降低運行費用的熱驅動斯特林裝置。

本發明進一步提供一種上述熱驅動斯特林裝置的運行方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種熱驅動斯特林裝置，包括工作腔、發動機排出器、熱泵排出器和緩沖腔，所述工作腔為低溫腔、低溫換熱器、熱泵回熱器、熱泵室溫換熱器、熱泵室溫腔、發動機室溫腔、發動機室溫換熱器、發動機回熱器、高溫換熱器和高溫腔，所述發動機排出器和所述熱泵排出器上設有排出器連桿，所述排出器連桿延伸至所述緩沖腔內，至少一個所述排出器連桿位于所述緩沖腔內的部分外周設有連桿氣缸，所述連桿氣缸與所述排出器連桿之間形成密閉的連桿實際受力面積調節腔，所述連桿實際受力面積調節腔與對應的所述工作腔之間設有第一開關閥，所述緩沖腔與所述連桿實際受力面積調節腔之間設有第二開關閥。需要說明的是：發動機排出器的排出器連桿對應的工作腔可以是發動機室溫腔、發動機室溫換熱器、發動機回熱器、高溫換熱器或高溫腔，而熱泵排出器的排出器連桿對應的工作腔可以是低溫腔、低溫換熱器、熱泵回熱器、熱泵室溫換熱器或熱泵室溫腔。

作為上述技術方案的進一步改進：所述排出器連桿包括至少兩段同軸心的桿且相鄰兩段桿的直徑不同，優選的，包括多段同軸心的桿且直徑各不相同，或所述排出器連桿包括至少兩段不同軸心的桿；所述連桿氣缸包括至少兩個內孔并與各段桿一一對應布置，優選地，各段桿與對應的所述內孔之間設有密封件，密封件例如可以是密封圈等。

作為上述技術方案的進一步改進：各段桿的長度與對應的排出器行程的差值為0至10cm，各所述內孔的長度與對應的排出器行程的差值為0至10cm，各段桿的直徑與對應的內孔的直徑的差值為0至2mm。