CN216342478U - 对置型自由活塞斯特林热机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种对置型自由活塞斯特林热机，包括：第一斯特林热机组件、第二斯特林热机组件和换热器组件。所述换热器组件包括第一换热管束和第二换热管束。第一斯特林热机组件包括第一膨胀腔和第一回热器。第二斯特林热机组件包括第二膨胀腔和第二回热器。第一斯特林组件与第二斯特林组件对置设置，且第一膨胀腔与第二膨胀腔通过连通管相互连通。第一换热管束和第二换热管束弯折交叉连接于第一斯特林热机组件和第二斯特林热机组件之间，且第一换热管束的一端与第一回热器连通，第一换热管束的另一端与第二膨胀腔连通。第二换热管束的一端与第二回热器连通，第二换热管束的另一端与第一膨胀腔连通。

Description

对置型自由活塞斯特林热机

技术领域

本实用新型涉及热能动力技术领域，尤其涉及一种对置型自由活塞斯特林热机。

背景技术

自由活塞斯特林热机是热声热机的一种特殊结构形式，它通过内部工质的高效斯特林循环实现外部热量与机械能之间的转换。其中，对置型自由活塞斯特林热机两侧的两台自由活塞斯特林发电机的性能波动性较大、一致性较差。同时，现有斯特林热机中大多采用翅片式换热器等，其占用空间较大，进而导致斯特林热机的体积较大。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种对置型自由活塞斯特林热机。

本实用新型提供了一种对置型自由活塞斯特林热机，包括：第一斯特林热机组件、第二斯特林热机组件和换热器组件。

其中，所述换热器组件包括第一换热管束和第二换热管束。所述第一斯特林热机组件包括第一膨胀腔和第一回热器。所述第二斯特林热机组件包括第二膨胀腔和第二回热器。所述第一斯特林组件与所述第二斯特林组件对置设置，且所述第一膨胀腔与所述第二膨胀腔通过连通管相互连通。

其中，所述第一换热管束和所述第二换热管束弯折交叉连接于所述第一斯特林热机组件和所述第二斯特林热机组件之间。且所述第一换热管束的一端与所述第一回热器连通，所述第一换热管束的另一端与所述第二膨胀腔连通。所述第二换热管束的一端与所述第二回热器连通，所述第二换热管束的另一端与所述第一膨胀腔连通。

根据本实用新型提供的一种对置型自由活塞斯特林热机，所述换热器组件还包括传热流体进入腔、换热腔和传热流体排出腔。

其中，所述第一换热管束和所述第二换热管束均位于所述换热腔内。所述换热腔位于所述传热流体进入腔与所述传热流体排出腔之间。所述传热流体进入腔与所述换热腔连通，所述换热腔与所述传热流体排出腔连通。

根据本实用新型提供的一种对置型自由活塞斯特林热机，所述传热流体进入腔上设置有进口。所述传热流体进入腔内间隔设置有多个进流导流片。

根据本实用新型提供的一种对置型自由活塞斯特林热机，所述传热流体排出腔上设置有出口。所述传热流体排出腔内间隔设置有多个排流导流片。

根据本实用新型提供的一种对置型自由活塞斯特林热机，所述进口位于所述传热流体进入腔的中部。沿着所述传热流体进入腔的中部向两侧延伸的方向上，所述进流导流片的长度逐渐减小；或者，所述出口位于所述传热流体排出腔的中部。沿着所述传热流体排出腔的中部向两侧延伸的方向上，所述排流导流片的长度逐渐减小。

根据本实用新型提供的一种对置型自由活塞斯特林热机，所述第一斯特林热机组件与所述第二斯特林热机组件之间设置有多个所述第一换热管束和所述第二换热管束。且所述第一换热管束的数量与所述第二换热管束的数量相等。

根据本实用新型提供的一种对置型自由活塞斯特林热机，所述第一换热管束和所述第二换热管束的内侧壁上均设置有内侧强化换热微肋。

根据本实用新型提供的一种对置型自由活塞斯特林热机，所述第一换热管束和所述第二换热管束的外侧壁上均设置有外侧强化换热微肋。

根据本实用新型提供的一种对置型自由活塞斯特林热机，所述第一换热管束和所述第二换热管束的结构相同，均包括多根间隔且平行布置的换热管路。各所述换热管路的直径包括0.8-5mm。

根据本实用新型提供的一种对置型自由活塞斯特林热机，所述第一膨胀腔内安装有第一排出器。所述第二膨胀腔内安装有第二排出器。

在本实用新型提供的对置型自由活塞斯特林热机中，所述第一斯特林组件与所述第二斯特林组件对置设置，且所述第一膨胀腔与所述第二膨胀腔通过连通管相互连通。所述第一换热管束和所述第二换热管束弯折交叉连接于所述第一斯特林热机组件和所述第二斯特林热机组件之间。且所述第一换热管束的一端与所述第一回热器连通，所述第一换热管束的另一端与所述第二膨胀腔连通。所述第二换热管束的一端与所述第二回热器连通，所述第二换热管束的另一端与所述第一膨胀腔连通。

通过这种结构设置，第一换热管束能够将第一斯特林热机组件中的第一回热器出口的工作介质反馈至对置的第二斯特林热机组件的第二膨胀腔内；或者，第二换热管束能够将第二斯特林热机组件中的第二回热器出口的工作介质反馈至对置的第一斯特林热机组件的第一膨胀腔内。由此，能够使得极大提升第一斯特林热机组件和第二斯特林热机组件的性能一致性，减小二者的性能波动性。

同时，第一换热管束和第二换热管束弯折交叉连接在第一斯特林热机组件和第二斯特林热机组件之间。由此，在增大换热面积的同时还能够使得对置型自由活塞斯特林热机的结构更加紧凑。

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是本实用新型提供的对置型自由活塞斯特林热机的部分结构示意图；

附图标记：

100：第一斯特林热机组件； 101：第一膨胀腔；

102：第一回热器； 200：第二斯特林热机组件；

201：第二膨胀腔； 202：第二回热器；

301：第一换热管束； 302：第二换热管束；

303：传热流体进入腔； 304：换热腔；

305：传热流体排出腔； 306：进口；

307：出口； 308：进流导流片；

309：排流导流片； 401：第一排出器；

402：第二排出器； 500：连通管。

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”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为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1对本实用新型实施例提供的一种对置型自由活塞斯特林热机进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本实用新型的示意性实施方式，并不对本实用新型构成任何特别限定。

本实用新型的实施例提供了一种对置型自由活塞斯特林热机，如图1所示，该对置型自由活塞斯特林热机包括：第一斯特林热机组件100、第二斯特林热机组件200和换热器组件。

其中，换热器组件包括第一换热管束301和第二换热管束302。第一斯特林热机组件100包括第一膨胀腔101和第一回热器102。第二斯特林热机组件200包括第二膨胀腔201和第二回热器202。第一斯特林组件100与第二斯特林组件200对置设置，且第一膨胀腔101与第二膨胀腔201通过连通管500相互连通。

其中，第一换热管束301和第二换热管束302弯折交叉连接于第一斯特林热机组件100和第二斯特林热机组件200之间。且第一换热管束301的一端与第一回热器102连通，第一换热管束301的另一端与第二膨胀腔201连通。第二换热管束302的一端与第二回热器202连通，第二换热管束302的另一端与第一膨胀腔101连通。

通过这种结构设置，第一换热管束301能够将第一斯特林热机组件100中的第一回热器102出口的工作介质反馈至对置的第二斯特林热机组件200的第二膨胀腔201内；或者，第二换热管束302能够将第二斯特林热机组件200中的第二回热器202出口的工作介质反馈至对置的第一斯特林热机组件100的第一膨胀腔101内。由此，能够使得极大提升第一斯特林热机组件100和第二斯特林热机组件200的性能一致性，减小二者的性能波动性。

同时，第一换热管束301和第二换热管束302弯折交叉连接在第一斯特林热机组100件和第二斯特林热机组件200之间。由此，在增大换热面积的同时还能够使得对置型自由活塞斯特林热机的结构更加紧凑。

在本实用新型的一个实施例中，第一膨胀腔101内安装有第一排出器401。第二膨胀腔201内安装有第二排出器402。

在本实用新型的一个实施例中，换热器组件还包括传热流体进入腔303、换热腔304和传热流体排出腔305。

其中，第一换热管束301和第二换热管束302均位于换热腔304内。换热腔304位于传热流体进入腔303与传热流体排出腔305之间。传热流体进入腔303与换热腔304连通。换热腔304与传热流体排出腔305连通。

进一步，在本实用新型的一个实施例中，传热流体进入腔303上设置有进口306。传热流体进入腔303内间隔设置有多个进流导流片308。

在本实用新型的一个实施例中，传热流体排出腔305上设置有出口307。传热流体排出腔305内间隔设置有多个排流导流片309。

在本实用新型的一个实施例中，进口306位于传热流体进入腔303的中部，沿着传热流体进入腔303的中部向两侧延伸的方向上，进流导流片308的长度逐渐减小。或者，出口307位于传热流体排出腔305的中部，沿着传热流体排出腔305的中部向两侧延伸的方向上，排流导流片309的长度逐渐减小。

例如，如图1所示，第一膨胀腔101内安装有第一排出器401。第二膨胀腔201内安装有第二排出402器。第一膨胀腔101和第二膨胀腔201的外侧壁均为膨胀腔承压壁，两者的膨胀腔承压壁上均开设有两个通孔。其中，第一换热管束301的一端穿过第一膨胀腔101的膨胀腔承压壁上的一个通孔与第一回热器102连通，另一端穿过第二膨胀腔201的膨胀腔承压壁上的一个通孔与第二膨胀腔201连通；第二换热管束302的一端穿过第二膨胀腔201的膨胀腔承压壁上的另一通孔与第二回热器202连通，另一端穿过第一膨胀腔101的膨胀腔承压壁上的另一通孔与第一膨胀腔101连通。第一换热管束301及第二换热管束302与各通孔之间的密封性可以由钎焊或者激光焊等的方式实现。

换热腔304位于第一膨胀腔101和第二膨胀腔201之间。换热腔304的上方为传热流体排出腔305，换热腔304的下方为传热流体进入腔303。第一换热管束301和第二换热管束302均位于换热腔304内。传热流体进入腔303外侧壁的中间位置处设置有进口306，沿着进口306向左右两侧靠近的方向，传热流体进入腔303的尺寸逐渐减小。传热流体进入腔303的内部间隔设置有多个进流导流片308，且沿着进口306向左右两侧靠近的方向，进流导流片308的长度逐渐减小。同样地，传热流体排出腔305外侧壁的中间位置处设置有出口307，沿着出口307向左右两侧靠近的方向，传热流体排出腔305的尺寸逐渐减小。传热流体排出腔305的内部间隔设置有多个排流导流片309，且沿着出口307向左右两侧靠近的方向，排流导流片309的长度逐渐减小。例如，进流导流片308可以但不限于焊接连接在传热流体进入腔303内；排流导流片309可以但不限于焊接连接在传热流体排出腔305内。

在工作过程中，传热流体由进口306流动至传热流体进入腔303内，并经过传热流体进入腔303顺流至换热腔304内，在换热腔304内将其所携带的热量传递至第一换热管束301和第二换热管束302内的工作介质中，完成热量传递后的传热流体经过传热流体排出腔305和出口307排出至斯特林热机的外侧。工作介质在第一回热器102或者第二回热器202内完成功热转换后对应进入第一换热管束301或者第二换热管束302内，与传热流体完成热量交换后进入对置侧的第二膨胀腔201或者第一膨胀腔101内，进一步膨胀并推动第二排出器402或者第一排出器401运动。设置于第一膨胀腔101与第二膨胀腔201之间的连通管500，能够保证第一斯特林热机组件100和第二斯特林热机组件200的平均压力与压力波动一直，也能够提升对置型自由活塞斯特林热机的性能稳定性。

此处应当说明的是，对于传热流体和工作介质的具体类型，本实用新型不做任何具体限定。用户可以根据工作温度或者对置型自由活塞斯特林热机的机型进行选择。例如，传热流体包括但不限于液态金属、高温熔盐和导热油等。工作介质包括但不限于氦气、氩气、空气、氮气以及上述各气体的混合气体等。

在本实用新型的一个实施例中，第一换热管束301和第二换热管束302的结构相同，均包括多根间隔且平行布置的换热管路，各换热管路的直径包括0.8-5mm。

上述实施例仅是本实用新型的一个示意性实施例，并不能对本实用新型构成任何限定。也就是说，各换热管路的直径包括但是不限于0.8-5mm。同时，各换热管路的壁厚可以根据工作介质的压力或者传热流体的压力等自行调整。

另外，第一换热管束301和第二换热管束302可以由不锈钢或者高温合金通过冷轧成型，并通过模具弯曲和表面处理后得到。

根据以上描述的实施例可知，第一换热管束301和第二换热管束302的直径较小，且主要承压面集中在第一换热管束301和第二换热管束302的壁面上，可以减小热应力和机械应力集中，能满足换热流体温度高的工作场合，从而提高自由活塞斯特林发电机热电效率。同时，第一换热管束301和第二换热管束302交错且弯折布设，与现有翅片式高温换热器相比，减小了翅片间隙，使得整个斯特林热机的结构更加紧凑。

在本实用新型的一个实施例中，第一斯特林热机组件100与第二斯特林热机组件200之间设置有多个第一换热管束301和第二换热管束302，且第一换热管束301的数量与第二换热管束302的数量相等。

通过在换热腔304内安装多个第一换热管束301和第二换热管束302，能够进一步提升换热效果。

在本实用新型的一个实施例中，第一换热管束301和第二换热管束302的内侧壁上均设置有内侧强化换热微肋。

进一步，在本实用新型的一个实施例中，第一换热管束301和第二换热管束302的外侧壁上均设置有外侧强化换热微肋。

通过这种结构设置，工作介质在第一换热管束301和第二换热管束302内的流动速度减慢，传热流体在换热腔304内的流动速度减慢，由此，能够延长工作介质与传热流体热量交换的时间，进一步增强两者的换热效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，包括：第一斯特林热机组件、第二斯特林热机组件和换热器组件，

其中，所述换热器组件包括第一换热管束和第二换热管束，所述第一斯特林热机组件包括第一膨胀腔和第一回热器，所述第二斯特林热机组件包括第二膨胀腔和第二回热器，所述第一斯特林热机组件与所述第二斯特林热机组件对置设置，且所述第一膨胀腔与所述第二膨胀腔通过连通管相互连通，

其中，所述第一换热管束和所述第二换热管束弯折交叉连接于所述第一斯特林热机组件和所述第二斯特林热机组件之间，且所述第一换热管束的一端与所述第一回热器连通，所述第一换热管束的另一端与所述第二膨胀腔连通，所述第二换热管束的一端与所述第二回热器连通，所述第二换热管束的另一端与所述第一膨胀腔连通。

2.根据权利要求1所述的对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，所述换热器组件还包括传热流体进入腔、换热腔和传热流体排出腔，

其中，所述第一换热管束和所述第二换热管束均位于所述换热腔内，所述换热腔位于所述传热流体进入腔与所述传热流体排出腔之间，所述传热流体进入腔与所述换热腔连通，所述换热腔与所述传热流体排出腔连通。

3.根据权利要求2所述的对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，所述传热流体进入腔上设置有进口，所述传热流体进入腔内间隔设置有多个进流导流片。

4.根据权利要求3所述的对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，所述传热流体排出腔上设置有出口，所述传热流体排出腔内间隔设置有多个排流导流片。

5.根据权利要求4所述的对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，所述进口位于所述传热流体进入腔的中部，沿着所述传热流体进入腔的中部向两侧延伸的方向上，所述进流导流片的长度逐渐减小；或者，所述出口位于所述传热流体排出腔的中部，沿着所述传热流体排出腔的中部向两侧延伸的方向上，所述排流导流片的长度逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，所述第一斯特林热机组件与所述第二斯特林热机组件之间设置有多个所述第一换热管束和所述第二换热管束，且所述第一换热管束的数量与所述第二换热管束的数量相等。

7.根据权利要求1所述的对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，所述第一换热管束和所述第二换热管束的内侧壁上均设置有内侧强化换热微肋。

8.根据权利要求1或7所述的对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，所述第一换热管束和所述第二换热管束的外侧壁上均设置有外侧强化换热微肋。

9.根据权利要求1所述的对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，所述第一换热管束和所述第二换热管束的结构相同，均包括多根间隔且平行布置的换热管路，各所述换热管路的直径包括0.8-5mm。

10.根据权利要求2所述的对置型自由活塞斯特林热机，其特征在于，所述第一膨胀腔内安装有第一排出器，所述第二膨胀腔内安装有第二排出器。

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