CN214533287U - 回热式热功转换机械设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及热功转换机械设备技术领域，提供一种回热式热功转换机械设备，包括：安装座；多个相同的回热式热机，所述回热式热机包括活塞、动子和线圈，所述动子与所述活塞固定连接，所述线圈对应所述动子设置且基于所述动子的往复运动在所述线圈中形成电流；所有所述回热式热机同向设置，且所有所述回热式热机的活塞作用于所述安装座的作用力互相抵消。根据本实用新型实施例的回热式热功转换机械设备，设置有安装座，并将所有回热式热机都固定至安装座。在此基础上，通过合理布置回热式电机，使得所有回热式电机作用于安装座的作用力互相抵消，以此达到减振目的。由于没有额外设置调相电源，因此可以避免额外增加电能能耗。

Description

回热式热功转换机械设备

技术领域

本实用新型涉及热功转换机械设备技术领域，尤其涉及回热式热功转换机械设备。

背景技术

由于回热式热机中存在调相器和直线电机活塞这两个运动部件，因此工作时会产生振动。以自由活塞斯特林发电机为例，其包括调相器和直线电机活塞，工作时调相器和直线电机活塞都会产生振动，传统的使用场合可以采用两台单机(自由活塞斯特林发电机，简称发电机)对置来减小系统振动。

但是在一些应用场合，需要将发电机的热头暴露出来，这种情况不能采用上述的对置放方法来解决系统的振动。对于该种情况，传统的解决方式主要分为两种：第一种称之为被动减振，方法较为简单，其原理是在发电机外壳上安装一个被动减振器，被动减振器利用壳体上的振动作为驱动，其运动相位与壳体的振动相反，从而达到抵消振动的效果。由于被动减振依赖于外壳的振动作为驱动，因此无法彻底消除外壳振动。第二种解决办法就是在发电机外壳上增加主动减振电机(以下也可以简称为电机)，主动减振电机结构跟直线电机结构类似，它是通过消耗电能，同时控制主动减振电机的输入电流电压的相位，使主动减振电机活塞的运动相位与直线电机活塞或者外壳的运动相位相反，并同时调节减振电机的运动幅度，达到完全抵消直线电机振动的效果。由于主动减振电机需要消耗电能，并且还需要附加的调相电源，实际应用很不方便。并且随着电机功率的增大，电机的振动能量也会增大，这时主动减振电机所消耗的电能越来越多，这也不便于电机的实际应用，因此需要寻找其他的减振方式。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种回热式热功转换机械设备(以下可以简称为设备)，其通过合理布局回热式热机达到减振效果，减振效果好且可以控制设备的电能输入。

根据本实用新型第一方面实施例的回热式热功转换机械设备，包括：

安装座；

多个相同的回热式热机，所述回热式热机包括活塞、动子和线圈，所述动子与所述活塞固定连接，所述线圈对应所述动子设置且基于所述动子的往复运动在所述线圈中形成电流；

所有所述回热式热机同向设置，且所有所述回热式热机的活塞作用于所述安装座的作用力互相抵消。

根据本实用新型实施例的回热式热功转换机械设备，设置有安装座，并将所有回热式热机都固定至安装座。在此基础上，通过合理布置回热式电机，使得所有回热式电机作用于安装座的作用力互相抵消，以此达到减振目的。由于没有额外设置调相电源，因此可以避免额外增加电能能耗。

根据本实用新型的一个实施例，所述回热式热机成组设置形成偶数组回热式热机组，每组所述回热式热机组包括多台回热式热机；每组所述回热式热机组中的多台所述回热式热机的所述线圈串联且正接。

根据本实用新型的一个实施例，不同组所述回热式热机组的所述线圈串联且反接。

根据本实用新型的一个实施例，所述回热式热机组为四组以上，且其中一半所述回热式热机组的所述线圈各自并联。

根据本实用新型的一个实施例，每组所述回热式热机组中的多台所述回热式热机的背腔、膨胀腔和压缩腔中的至少其中之一相互连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述回热式热机为斯特林发电机，所述动子为发电机动子。

根据本实用新型的一个实施例，所述回热式热机为斯特林发电机、斯特林制冷机和脉管制冷机中的其中一种。

根据本实用新型的一个实施例，所述回热式热机组为两组，且两组所述回热式热机组分别沿着设定平行四边形的两条对角线对称设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述回热式热机组为四组以上，且所有所述回热式热机组分别沿着设定正多边形的所有对角线对称设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述回热式热机组为两组，且两组所述回热式热机组沿着同一条直线对称设置。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

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他的附图。

图1是斯特林发电机的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的其中一种回热式热功转换机械设备的侧视示意图；

图3是本实用新型实施例提供的其中一种回热式热功转换机械设备的俯视示意图；

图4是本实用新型实施例提供的回热式热功转换机械设备中电路连接示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种回热式热功转换机械设备的侧视示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种回热式热功转换机械设备的俯视示意图；

附图标记：

1、热头；2、高温换热器；3、回热器；4、低温换热器；5、线圈；6、活塞；7、膨胀腔；8、调相器；9、压缩腔；10、动子；11、背腔；14、壳体；15、发电机负载。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

根据本实用新型实施例的回热式热功转换机械设备，包括安装座和多个相同的回热式热机；回热式热机包括活塞6、动子10和线圈5，动子10与活塞6固定连接，线圈5对应动子10设置且基于动子10的往复运动在线圈5中形成电流；所有回热式热机同向设置，且活塞6作用于安装座的作用力互相抵消。

其中，“所有回热式热机的活塞6作用于安装座的作用力互相抵消”指代的是所有作用力作用于安装座的时候，力矩可以互相抵消的情形。由于所有回热式热机都相同，因此可以保证所有回热式热机作用于安装座的作用力可以互相抵消。

根据本实用新型实施例的回热式热功转换机械设备，设置有安装座，并将所有回热式热机都固定至安装座。在此基础上，通过合理布置回热式电机，使得所有回热式电机作用于安装座的作用力互相抵消，以此达到减振目的。由于没有额外设置调相电源，因此可以避免额外增加电能能耗。

“所有回热式热机同向设置”指代的是回热式热机朝向均相同。例如，图2和图3中，回热式热机的数量为四个，且所有回热式热机均从上至下纵向设置。

其中，回热式热机的具体形式不受限制，可以为斯特林发电机(也即自由活塞斯特林发电机，下文也可以简称为发电机)、斯特林制冷机和脉管制冷机等。其中，斯特林制冷机是外部输入电能，以驱动直线电机运动，从而产生制冷。

根据本实用新型的实施例，安装座的结构形式不受限制，只要可以满足所有回热式热机的安装需求即可。

请参见图1，以斯特林发电机为例，斯特林发电机是一种高效的热发电技术，其具有热源适用性广、使用寿命长等特点，主要包括热头1、高温换热器2、回热器3、低温换热器4、调相器8和直线电机(后文也可以简称为电机)等。直线电机主要包括线圈5、动子10(当回热式热机为斯特林发电机，此时动子也即为发电机动子，例如永磁体动子)和活塞6等部件。此外，斯特林发电机形成有膨胀腔7、压缩腔9和背腔11等。其中回热器3可以将热能转换为声波形式的机械能，直线电机将该机械能转换成电能。

根据本实用新型的实施例，回热式热机包括膨胀腔7、压缩腔9、动子10和线圈5。压缩腔9中设置有活塞6；动子10与活塞6固定连接；线圈5对应于动子10，且基于动子10的往复运动在线圈5中形成电流。回热式热机成组设置形成偶数组回热式热机组，每组回热式热机组包括多台回热式热机；每组回热式热机组中的多台回热式热机的线圈5串联且正接，不同组回热式热机组的线圈5串联且反接。该种情况下，可以保证同组回热式热机的活塞6同向运动，而不同组回热式热机的活塞6正好反向运动，进而保证所有活塞6作用于安装座的力矩为零。

当回热式热机组的数量为四组、八组甚至更多组数的时候，此时不同组回热式热机组的线圈之间也可以采用其他连接的方式。在一个实施例中，回热式热机组为四组以上，且其中一半回热式热机组的线圈各自并联。例如，当回热式热机组的数量为四组的时候，则其中两组回热式热机组并联，另外两组回热式热机组也并联；再例如，当回热式热机组的数量为八组的时候，则其中四组回热式热机组并联，另外四组回热式热机组也并联。

请参见图4，同一组内的多个发电机采用电路串联的连接方式，保证同一组内的多个发电机线圈5内的电流方向是相同的。不同组内发电机之间的也是采用串联方式，但是不同组内发电机之间的线圈5采用了反接的方式，这样不同组的发电机内线圈5的电流方向是相反的，这样可以使得不同组的发电机的活塞6和调相器8是反向运动的，即相位相差180度。其中，每组发电机可以但是不局限包括两台发电机，且发电机的组数可以但是不局限为两组。图4中，回热式热功转换机械设备的电路中还设置有发电机负载15。

在一个实施例中，每组回热式热机组中的多台回热式热机的膨胀腔7、压缩腔9和背腔11中的至少其中之一相互连通，进而使得同一组内的两台斯特林发电机的运动部件同相运动。包括但是不局限于以下情形：每组回热式热机组中的多台回热式热机的膨胀腔7相互连通；或者，每组回热式热机组中的多台回热式热机的压缩腔9相互连通；或者，每组回热式热机组中的多台回热式热机的背腔11相互连通；或者，每组回热式热机组中的多台回热式热机的膨胀腔7互相连通，且背腔11相互连通；再或者，每组回热式热机组中的多台回热式热机的膨胀腔7互相连通，压缩腔9相互连通，且背腔11相互连通。尤其当回热式热机为斯特林发电机的时候，同一组内的发电机可以将膨胀腔7气体连通，使得同一组内的两台斯特林发电机的运动部件同相运动，即两个活塞6同步运动，两个排出器也同步运动。当回热式热机为斯特林制冷机的时候，此时同一组斯特林制冷机中的膨胀腔7可以不需要进行气体连通。

根据本实用新型的实施例，请参见图2和图3，回热式热机组为两组，且两组回热式热机组分别沿着设定平行四边形的两条对角线对称设置。图3中，每组回热式热机组包括两个回热式热机，很显然，每组回热式热机组中回热式热机的数量也可以为四个、六个或者八个等偶数个。图3中，斯特林发电机1#和斯特林发电机3#中心分别为A和B，斯特林发电机2#和斯特林发电机4#的中心分别C和D，AB和CD的交叉点为H，如果AH等于BH，并且CH等于DH，那么四台发电机产生的力矩也可以相互抵消，进而可以达到减振静音的效果。图3中，中心A和B处的圆点分别表示发电机初始运动方向垂直纸面向内，中心C和D处的十字形点分别表示发电机初始运动方向垂直纸面向外。同样的，图6中，斯特林发电机中心的圆点和十字点也分别指代垂直纸面向内或者垂直纸面向外。

当然，回热式热机组也可以为四组以上，且所有回热式热机组分别沿着设定正多边形的所有对角线对称设置。进而该种情况下，同样可以保证所有回热式热机组的力矩可以相互抵消。

请参见图5和图6，根据本实用新型的又一个实施例，回热式热机组为两组，且两组回热式热机组沿着同一条直线对称设置。该种情况下，可以控制回热式热功转换机械设备的横向尺寸，进而适应相应的应用条件。

根据本实用新型的实施例，回热式热机还包括依次连接的高温换热器2、回热器3和低温换热器4以及用于给高温换热器2供热的热头1。在其中一种方式中，热头1一端连接高温换热器2，另一端伸出至膨胀腔7外。当然，热头1的具体结构和设置方式不受此处举例的限制。

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行说明。

实施例一

图2至图4中，回热式热功转换机械设备包括四台完全相同的自由活塞斯特林发电机，四台自由活塞斯特林发电机共用一个刚性的壳体14，此处的壳体14也即前文提及的安装座，进而四台自由活塞斯特林发电机和安装座组成一个减振系统单元，四台单机围绕壳体14中心圆周均匀分布。相对的发电机，即1#和3#为一组，2#和4#为一组，同一组内的发电机可以将膨胀腔7气体连通，使得同一组内的两台斯特林发电机的运动部件同相运动，即两个活塞6同步运动，两个排出器也同步运动。如图4，同一组内的两个发电机采用电路串联的连接方式，保证两个发电机线圈5内的电流方向是相同的。两组发电机之间的也是采用串联方式，但是两组发电机之间的电机采用了反接的方式，这样两组发电机内线圈5的电流方向是相反，这样可以使得两组发电机的运动部件是反向运动的，即相位相差180度。

如图3所示，四个发电机由于固定在同一个壳体14上，两组电机之间运动相反，振幅相等，因此力可以相互抵消。1#和3#中心分别为A和B，2#和4#的中心分别C和D，AB和CD的交叉点为H，如果AH等于BH，并且CH等于DH，那么四台发电机产生的力矩也可以相互抵消，进而可以达到减振静音的效果。

将自由活塞斯特林发电机替换成斯特林制冷机的时候，多台制冷机之间只需要保持图4中的电路连接方式，此时同一组斯特林制冷机中的电机将保持同相运动，两组之间保持反向运动，就可以抵消振动，并且同一组斯特林制冷机的膨胀腔7可以不需要进行气体连通。

实施例二

图5和图6为实施例二中回热式热功转换机械设备的结构示意图，该回热式热功转换机械设备包括四台相同的自由活塞斯特林发电机以及一个刚性壳体14，四台单机均匀的排布在一条直线。1#和4#为一组，2#和3#为一组，各个单机在各自组内与各组之间的连接方式与实施例一相同。由于四台发电机都是相同的，所以其振幅相同，并且，其中两台发电机运动方向相同，另外两台发电机的运行方向与其相反，所以其作用在共同壳体14的合力为0，同时由于1#和4#、2#和3#的运动方向相同，保证1#和2#之间的距离与3#和4#之间的距离相等，作用在壳体14上的合力矩也将为0。所以该四台单机组成的回热式热功转换机械设备可以充分的抵消振动，也可达到静音效果。

由于实施例二中单机到壳体14中心点的距离(对应力臂的长度)更长，产生的扭矩更大，因此实施例一对于壳体14的刚性和质量要求比实施例二低。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种回热式热功转换机械设备，其特征在于，包括：

安装座；

多个相同的回热式热机，所述回热式热机包括活塞、动子和线圈，所述动子与所述活塞固定连接，所述线圈对应所述动子设置且基于所述动子的往复运动在所述线圈中形成电流；

所有所述回热式热机同向设置，且所有所述回热式热机的活塞作用于所述安装座的作用力互相抵消。

2.根据权利要求1所述的回热式热功转换机械设备，其特征在于，所述回热式热机成组设置形成偶数组回热式热机组，每组所述回热式热机组包括多台回热式热机；每组所述回热式热机组中的多台所述回热式热机的所述线圈串联且正接。

3.根据权利要求2所述的回热式热功转换机械设备，其特征在于，不同组所述回热式热机组的所述线圈串联且反接。

4.根据权利要求2所述的回热式热功转换机械设备，其特征在于，所述回热式热机组为四组以上，且其中一半所述回热式热机组的所述线圈各自并联。

5.根据权利要求3所述的回热式热功转换机械设备，其特征在于，每组所述回热式热机组中的多台所述回热式热机的背腔、膨胀腔和压缩腔中的至少其中之一相互连通。

6.根据权利要求5所述的回热式热功转换机械设备，其特征在于，所述回热式热机为斯特林发电机，所述动子为发电机动子。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的回热式热功转换机械设备，其特征在于，所述回热式热机为斯特林发电机、斯特林制冷机和脉管制冷机中的其中一种。

8.根据权利要求2至5中任意一项所述的回热式热功转换机械设备，其特征在于，所述回热式热机组为两组，且两组所述回热式热机组分别沿着设定平行四边形的两条对角线对称设置。

9.根据权利要求2至5中任意一项所述的回热式热功转换机械设备，其特征在于，所述回热式热机组为四组以上，且所有所述回热式热机组分别沿着设定正多边形的所有对角线对称设置。

10.根据权利要求2至5中任意一项所述的回热式热功转换机械设备，其特征在于，所述回热式热机组为两组，且两组所述回热式热机组沿着同一条直线对称设置。

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