CN210564803U

CN210564803U - 一种热滞后型自由活塞斯特林发电机

Info

Publication number: CN210564803U
Application number: CN201921030662.8U
Authority: CN
Inventors: 牟健; 洪国同; 林明嫱; 池春云
Original assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Current assignee: Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-07-03

Abstract

本实用新型提供的热滞后型自由活塞斯特林发电机，包括：壳体、及设置于所述壳体内且沿所述壳体的横轴对称设置的弹性件、线圈支架、回铁、永磁铁、线圈、动力活塞、压缩腔、冷却器、调相小孔、空容积、回热器及加热器，所述冷却器包括外部环形冷却器和内部环形冷却器，所述壳体内部充满高压氦气，由于本实用新型提供的热滞后型自由活塞斯特林发电机内空容积和回热器采用同轴布置，发电机共用一个冷却器使得发电机结构更加紧凑；且通过调相小孔使回热器与压缩腔直接相连，可以有效的调节其动力活塞位移与压力波的相位，从而提高该类发电机的效率。

Description

一种热滞后型自由活塞斯特林发电机

技术领域

本实用新型涉及斯特林发电机装置领域，特别涉及一种热滞后型自由活塞斯特林发电机。

背景技术

能源环境问题已经成为制约当今世界各国发展的主要问题。随着社会的不断发展，传统的高品位化石燃料不仅在量上不能满足人类的需求，而且其造成的环境污染问题也不符合人类新的发展理念。目前世界各国一方面在积极探索新的替代能源，如太阳能和核能；另一方面也在研究怎么样利用现有的低品位能源，如余热和普通燃料。然而需要把各种能源转化成功或者电的形式，人类才能更方便有效的利用。因此积极解决以上问题的有效途径之一就是开发一种可以把各种新的替代能源和低品位能源高效的转化成功或者电的动力机械装置。

热滞后型自由活塞斯特林发电机是一种高效的外燃式热电转换机械，几乎可以利用现有的所有热源种类。区别于其它类型的自由活塞斯特林发电机，热滞后型自由活塞斯特林发电机仅有处于室温环境下往复运动的动力活塞，减少了处于高温环境下往复运动的运动部件，同时其活塞采用板簧支撑，活塞与气缸之间采用动密封技术，其结构更加简单，寿命更长，可靠性更高。热滞后自由活塞斯特林发动机有着十分广泛应用前景，主要包括空间深空探测器同位素电源、空间大型核电站、地面太阳能发电站、家用热电联产和国防应用等。

现有的热滞后型自由活塞斯特林发电机其压缩腔与冷却器通常是通过一个连管相连，并且热腔、冷腔与回热器采用直线布置，使得其体积比较大。虽然去掉了一个配气活塞减少了运动部件，但是失去了配气活塞的调相作用使得该类发电机的效率往往低于拥有两个活塞的自由活塞斯特林发电机。

实用新型内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构紧凑且发电机效率高的热滞后型自由活塞斯特林发电机。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种热滞后型自由活塞斯特林发电机，包括：壳体、设置于所述壳体内的弹性件、线圈支架、回铁、永磁铁、线圈、动力活塞、压缩腔、冷却器、调相小孔、空容积、回热器及加热器，所述冷却器包括外部环形冷却器和内部环形冷却器，所述壳体内部充满高压氦气，所述弹性件、线圈支架、回铁、永磁铁、线圈、动力活塞、压缩腔、冷却器、调相小孔、空容积、回热器及加热器沿所述壳体的横轴对称设置，其中：

所述弹性件的两端部分别与所述回铁固定，所述动力活塞的端部一侧与所述弹性件的中间位置连接，所述线圈支架的两侧边相对位置上缠绕有所述线圈，在所述回铁与所述线圈之间设置有所述永磁铁，所述动力活塞与所述线圈支架的端部另一侧连接，所述动力活塞可在与所述壳体形成的压缩腔内沿所述横轴移动，所述调相小孔沿所述横轴所在的方向设置，所述调相小孔上方设置有所述冷却器，所述调相小孔两侧分别连接所述压缩腔及所述回热器，所述回热器上方的一侧设置有所述加热器，且所述加热器与所述冷却器之间的空间形成所述空容积，且所述加热器、所述空容积和所述回热器同轴布置形式设置。

在一些较佳的实施例中，所述弹性件为板弹簧。

在一些较佳的实施例中，所述冷却器包括内部环形冷却器和设置于所述内部环形冷却器的外部环形冷却器，所述内部环形冷却器和外部环形冷却器同轴布置。

本实用新型采用上述技术方案的优点是：

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的热滞后型自由活塞斯特林发电机的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种热滞后型自由活塞斯特林发电机的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下。

本实用新型提供的热滞后型自由活塞斯特林发电机，包括：壳体1、设置于所述壳体1内的弹性件2、线圈支架3、回铁4、永磁铁5、线圈6、动力活塞7、压缩腔8、冷却器9、调相小孔10、空容积11、回热器12及加热器13，所述壳体1内部充满高压氦气，所述弹性件2、线圈支架3、回铁4、永磁铁5、线圈6、动力活塞7、压缩腔8、冷却器9、调相小孔10、空容积11、回热器12及加热器13沿所述壳体1的横轴对称设置。

可以理解，由于整个发电机通过壳体1形成一个完全与外界封闭的腔体，内部充满高压的氦气，当外部对发电机的加热器13进行加热时氦气气体受热膨胀，工作腔体内部的压力升高，从而推动动力活塞7运动，由于动力活塞7运动使得工作腔体体积变大，同时气体运动到冷却器9时被冷却温度降低，工作腔体内压力降低，动力活塞7向相反的方向运动，推动气体到加热器9被加热，以此周而复始的循环进行，动力活塞7运动带动直线电机的线圈6切割磁感线从而对外输出电，从而实现该发电机源源不断的把外界热能转化成电能。

在一些较佳的实施例中，所述弹性件2为板弹簧。

在一些较佳的实施例中，所述冷却器9包括内部环形冷却器91和设置于所述内部环形冷却器91的外部环形冷却器92，所述内部环形冷却器91和外部环形冷却器92同轴布置。

可以理解，本实用新型提供的热滞后型自由活塞斯特林发电机，冷却器9 是一个整体但是包括同轴布置的内部冷却器91和外部冷却器92两部分，相互之间气体不能流通(图1中加黑部分标注了当动力活塞7向右运动时气体的流量分配和流向)，此过程中绝大部分气体通过外部冷却器92被冷却后进入空容积11，再通过加热器13被加热后进入回热器12，很小部分气体通过调相小孔 10直接进入回热器12的一端，当动力活塞7向左运动时，所有气体流向与图中相反。

可以理解，如果没有调相小孔10，当动力活塞7向右运动时，气体全部通过外部冷却器92流入空容积11，再经过加热器13流入回热器12，最终在内部冷却器91被冷却，当动力活塞7向左运动时流向相反。由于气体在交变流动过程中存在各部件存在流动阻力，工作腔体的压力波与动力活塞7位移会存在一个相位差。

如假设动力活塞7运动的方程是：

x₁＝X₁sinωt

其中x₁表示活塞的振动位移；X₁表示活塞振动的振幅；ω表示活塞振动的角频率。

则工作腔体压力波的表达式则是：

P＝P₀sin(ωt-θ)

其中P表示工作腔的压力波；P₀表示压力波振幅；θ表示压力波滞后活塞位移的相位角。

其中θ为动力活塞7位移和工作腔体压力波的相位差，该相位是影响该类发电机效率的关键因素。同时该相位存在一个最优值使得发电机的效率最高。当流过调相小孔10的一部气体与迎面而来的气体在回热，12一端混合后压力波的相位就会发生变化，通过改变调相小孔10的形式就可以有效的调节相位θ到最优值，从而提高发电机的效率。

本实用新型提供的热滞后型自由活塞斯特林发电机内空容积和回热器采用同轴布置，发电机共用一个冷却器使得发电机结构更加紧凑；且通过调相小孔使回热器与压缩腔直接相连，可以有效的调节其动力活塞位移与压力波的相位，从而提高该类发电机的效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

当然本实用新型的热滞后型自由活塞斯特林发电机还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本实用新型的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims

1.一种热滞后型自由活塞斯特林发电机，其特征在于，包括：壳体、设置于所述壳体内的弹性件、线圈支架、回铁、永磁铁、线圈、动力活塞、压缩腔、冷却器、调相小孔、空容积、回热器及加热器，所述壳体内部充满高压氦气，所述弹性件、线圈支架、回铁、永磁铁、线圈、动力活塞、压缩腔、冷却器、调相小孔、空容积、回热器及加热器沿所述壳体的横轴对称设置，其中：

2.如权利要求1所述的热滞后型自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述弹性件为板弹簧。

3.根据权利要求1所述的热滞后型自由活塞斯特林发电机，其特征在于，所述冷却器包括内部环形冷却器和设置于所述内部环形冷却器的外部环形冷却器，所述内部环形冷却器和外部环形冷却器同轴布置。