本發(fā)明涉及制冷機技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種熱驅(qū)動斯特林制冷機。

背景技術(shù)：

熱驅(qū)動的低溫制冷機在電能缺乏的場合具有非常好的應(yīng)用前景。比方說，我國天然氣儲量雖然非常豐富，但大部分屬于煤層氣、頁巖氣等非常規(guī)天然氣，通常氣源分布散、氣量較小、地點偏僻，傳統(tǒng)的管道輸運或電驅(qū)動的大型液化設(shè)備無法使用，因此這些天然氣的利用受到了很大的限制。如果采用熱驅(qū)動的低溫制冷機，就可以燃燒部分天然氣作為熱源，驅(qū)動制冷機將剩余部分的氣體液化，從而便于這些非常規(guī)天然氣的運輸和利用。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的熱驅(qū)動斯特林制冷機結(jié)構(gòu)，它主要包括斯特林發(fā)動機、斯特林制冷機和諧振子三部分，諧振子位于所述發(fā)動機與制冷機之間。當(dāng)發(fā)動機的熱端換熱器3被加熱，第一室溫換熱器1冷卻時，第一回?zé)崞?內(nèi)就會形成一定的溫度梯度，當(dāng)該梯度達到一定的值時，就會產(chǎn)生自激振蕩，將熱能轉(zhuǎn)化為聲波形式的機械能，推動諧振子6(諧振子6是位于發(fā)動機與制冷機之間的氣缸5內(nèi)的活塞)進行往復(fù)運動，將聲功傳遞進入斯特林制冷機；斯特林制冷機在受到聲功的驅(qū)動時，聲功在第二回?zé)崞?’內(nèi)進行熱量搬運，在冷端換熱器3’內(nèi)獲得低溫，將機械能轉(zhuǎn)化為熱能。

上述熱驅(qū)動斯特林制冷機存在一個重大的缺陷：諧振子位移的敏感性，其振幅非常容易受到其他參數(shù)的影響。這些參數(shù)包括：加熱溫度、制冷溫度、壓力、諧振子阻尼、排出器阻尼等，這些參數(shù)的微小變化都會引起諧振子位移發(fā)生很大的改變。諧振子位移的敏感性一方面使得熱驅(qū)動斯特林制冷機工作很不穩(wěn)定，因為加熱溫度、制冷溫度等參數(shù)在工作過程中很容易發(fā)生變化；另一方面因為阻尼等一些參數(shù)受到工藝的影響，實際值通常容易偏離設(shè)計值，設(shè)計軟件本身的誤差也會使一些設(shè)計參數(shù)與實際所需值發(fā)生偏離，因此熱驅(qū)動斯特林制冷機容易出現(xiàn)難以預(yù)知的性能特性，例如無法工作、振幅遠超設(shè)計值等。諧振子位移的敏感性不但會使熱驅(qū)動斯特林制冷機性能受到影響，而且會使諧振子非常容易受到損傷，因為位移過大時，支撐諧振的板簧就會疲勞斷裂。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種熱驅(qū)動斯特林制冷機，提高諧振子抵抗外界因素的影響，以解決現(xiàn)有技術(shù)中熱驅(qū)動斯特林制冷機工作不穩(wěn)定，設(shè)計參數(shù)與實際所需值發(fā)生偏離的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種熱驅(qū)動斯特林制冷機，包括發(fā)動機、制冷機和諧振子，所述發(fā)動機包括從上到下依次相連的熱端換熱器、第一回?zé)崞鳌⒌谝皇覝負Q熱器和發(fā)動機排出器，所述制冷機包括從上到下依次相連的第二室溫換熱器、第二回?zé)崞?、冷端換熱器和制冷機排出器，所述發(fā)動機和制冷機上下相對設(shè)置且兩者之間設(shè)有共用的氣缸，所述諧振子設(shè)于所述氣缸內(nèi)，還包括高壓氣源與低壓氣源，所述高壓氣源和低壓氣源分別與所述熱驅(qū)動斯特林制冷機連接，用于向所述熱驅(qū)動斯特林制冷機內(nèi)充放氣。

其中，還包括直線電機，所述直線電機包括定子和動子，所述定子與所述氣缸的側(cè)壁固定連接，所述動子與所述諧振子固定連接，所述動子帶動所述諧振子沿所述定子做往復(fù)運動，或，所述諧振子帶動所述動子沿所述定子做往復(fù)運動。

其中，所述諧振子與所述氣缸采用無接觸的間隙密封。

其中，所述高壓氣源與所述氣缸之間連接有第一閥門，所述低壓氣源與所述氣缸之間連接有第二閥門。

其中，所述諧振子包括兩個活塞，兩個所述活塞相對設(shè)置于所述氣缸中，并沿所述氣缸做相對往復(fù)運動。

其中，兩個所述活塞關(guān)于所述發(fā)動機或制冷機的中心軸線左右對稱設(shè)置。

其中，所述氣缸中位于所述活塞的外側(cè)分別設(shè)有直線電機，所述直線電機包括定子和動子，所述定子與所述氣缸的內(nèi)壁固定連接，所述動子與相應(yīng)的所述活塞固定連接，所述動子帶動所述活塞沿所述定子做往復(fù)運動，或，所述活塞帶動所述動子沿所述定子做往復(fù)運動。

其中，所述活塞的外端面設(shè)有連桿，所述直線電機的動子固定在所述連桿上。

其中，所述活塞與所述氣缸采用無接觸的間隙密封。

(三)有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提供一種熱驅(qū)動斯特林制冷機，通過設(shè)置高壓氣源與低壓氣源，且所述高壓氣源和低壓氣源分別與氣缸連接，用于向所述氣缸充放氣；通過改變氣缸中的壓力改變諧振子的振幅，也就是位移，當(dāng)其他參數(shù)例如諧振子阻尼、排出器阻尼等參數(shù)發(fā)生變化引起諧振子的位移發(fā)生變化時，通過高低壓氣源來改變氣缸內(nèi)充氣壓力，從而抵消其他參數(shù)變化所引起的諧振子位移變化，從而使諧振子位移保持在恒定值，增強熱驅(qū)動斯特林制冷機的運行穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中熱驅(qū)動斯特林制冷機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明熱驅(qū)動斯特林制冷機實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明熱驅(qū)動斯特林制冷機實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記說明

1-第一室溫換熱器；2-第一回?zé)崞鳎?-熱端換熱器；4-發(fā)動機的排出器；5-氣缸；6-諧振子；7-動子；8-定子；9-第一閥門；10-高壓氣源；11-第二閥門；12-低壓氣源；1’-第二室溫換熱器；2’-第二回?zé)崞鳎?’-冷端換熱器；4’-制冷機的排出器；6’-活塞。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

實施例1：

如圖2所示，一種熱驅(qū)動斯特林制冷機，包括發(fā)動機、制冷機和諧振子6，所述發(fā)動機包括從上到下依次相連的熱端換熱器3、第一回?zé)崞?和第一室溫換熱器1，所述制冷機包括從上到下依次相連的第二室溫換熱器1’、第二回?zé)崞?’和冷端換熱器3’，所述發(fā)動機和制冷機上下相對設(shè)置且兩者之間設(shè)有共用的氣缸5，所述諧振子6水平設(shè)于所述氣缸5內(nèi)，其中，所述諧振子6與所述氣缸5無接觸的間隙密封。還包括高壓氣源10與低壓氣源12，所述高壓氣源10與低壓氣源12分別與所述熱驅(qū)動斯特林制冷機連接。

本實施例中，所述高壓氣源10和低壓氣源12分別與所述氣缸5連接，其中，所述高壓氣源10與所述氣缸5之間連接有第一閥門9，所述低壓氣源12與所述氣缸5之間連接有第二閥門11，高壓氣源10與低壓氣源12用于向所述氣缸5充放氣。

所述氣缸5上設(shè)有直線電機，所述直線電機包括定子8和動子7，所述定子8與所述氣缸5的內(nèi)壁或外壁固定連接，所述動子7與所述諧振子6固定連接，所述動子7帶動所述諧振子6沿所述定子8做往復(fù)運動，或，所述諧振子6帶動所述動子7沿所述定子8做往復(fù)運動。

下面通過具體的過程，進一步的詳細說明。

當(dāng)其他參數(shù)例如活塞阻尼、排出器阻尼等參數(shù)發(fā)生變化(這類變化對于同一個制冷機來產(chǎn)品說是不可逆轉(zhuǎn)的，除非重新加工修理)引起諧振子6的位移發(fā)生變化時，我們可以通過高低壓氣源10與低壓氣源12對氣缸5進行充放氣，改變熱驅(qū)動斯特林制冷機內(nèi)的充氣壓力，對諧振子6進行調(diào)節(jié)，從而抵消其他參數(shù)變化所引起的諧振子6位移變化，使諧振子6位移保持在恒定值。

具體的，當(dāng)諧振子6的位移小于設(shè)計值時，高壓氣源10向熱驅(qū)動斯特林制冷機內(nèi)注入氣體，提高熱驅(qū)動斯特林制冷機內(nèi)的充氣壓力，由于熱驅(qū)動斯特林制冷機內(nèi)的充氣壓力變大，諧振子6兩側(cè)的瞬時壓力差變大，其位移變大達到設(shè)計值。反之則從熱驅(qū)動斯特林制冷機內(nèi)放出氣體，降低壓力，諧振子6的位移變小。

當(dāng)不宜使用充放氣的辦法來保持諧振子6位移的穩(wěn)定時，例如熱驅(qū)動斯特林制冷機的制冷溫度、加熱溫度等參數(shù)發(fā)生臨時性的變化，可以通過直線電機對諧振子6進行調(diào)節(jié)。

具體的，當(dāng)諧振子6位移小于設(shè)計值時，直線電機起到壓縮機的作用，將外界輸入的電能轉(zhuǎn)化為聲功，動子7帶動諧振子6運動，增加位移。(因為諧振子6位移較小時，不會對熱驅(qū)動斯特林制冷機造成破壞，因此也可以不使用直線電機)；當(dāng)諧振子6位移大于設(shè)計值時，直線電機起到發(fā)電機的作用，諧振子6帶動所述動子7沿所述定子8做往復(fù)運動，將熱驅(qū)動斯特林制冷機內(nèi)聲波形式的機械能轉(zhuǎn)化為電能向外界輸出，抑制諧振子6的位移，從而保持諧振子6位移不超設(shè)計值。當(dāng)諧振子6的位移沒有偏離設(shè)計值，則直線電機線圈處于斷路狀態(tài)，不發(fā)生任何能量轉(zhuǎn)換。

本實施例提供一種熱驅(qū)動斯特林制冷機，通過設(shè)置高壓氣源與低壓氣源，且所述高壓氣源和低壓氣源分別與所述氣缸連接，用于向所述氣缸充放氣。通過改變氣缸中的壓力改變諧振子的振幅，也就是位移。當(dāng)其他參數(shù)例如活塞阻尼、排出器阻尼等參數(shù)發(fā)生變化引起活塞的位移發(fā)生變化時，通過高低壓氣源來改變熱驅(qū)動斯特林制冷機的充氣壓力，從而抵消其他參數(shù)變化所引起的活塞位移變化，從而使活塞位移保持在恒定值。另一方面，本實施例中的熱驅(qū)動斯特林制冷機，當(dāng)不宜使用充放氣的辦法來保持諧振子位移的穩(wěn)定時，通過設(shè)置直線電機，將機械能與電能進行轉(zhuǎn)換，從而對諧振子的位移進行調(diào)整。增強了熱驅(qū)動斯特林制冷機的運行穩(wěn)定性。且可以將熱驅(qū)動斯特林制冷機內(nèi)聲波形式的機械能轉(zhuǎn)化為電能向外界輸出，用作發(fā)電機。

實施例2：

本實施例與實施例1基本相同，為了描述的簡要，在本實施例的描述過程中，不再描述與實施例1相同的技術(shù)特征，僅說明本實施例與實施例1不同之處：

如圖3所示，所述諧振子6包括兩個活塞6’，兩個所述活塞6’相對設(shè)置于所述氣缸5中，并沿所述氣缸5做相對往復(fù)諧振運動，從而能夠抵消振動。同時，活塞6’不起傳遞聲功的作用，只是用來匹配斯特林發(fā)動機與斯特林制冷機之間的阻抗關(guān)系。其中，兩個所述活塞6’優(yōu)選關(guān)于所述發(fā)動機或制冷機的中心軸線左右對稱設(shè)置。所述氣缸5上設(shè)有直線電機，所述直線電機包括定子8和動7子，所述定子8與所述氣缸5的內(nèi)壁固定連接，其中，所述動子7與所述活塞6’固定連接，或，所述動子7與所述活塞6’外端面的連桿固定連接。本實施例中，所述動子7與所述活塞6’外端面的連桿固定連接，用于帶動所述活塞沿所述定子做往復(fù)運動。進一步地，為了減小滑動摩擦，所述活塞6’與所述氣缸5無接觸的間隙密封。

本實施例提供的一種熱驅(qū)動斯特林制冷機，通過設(shè)置所述活塞關(guān)于所述氣缸相對設(shè)置，從而抵消了振動；同時，諧振子不起傳遞聲功的作用，只是用來匹配斯特林發(fā)動機與斯特林制冷機之間的阻抗關(guān)系，因此諧振子兩側(cè)壓差較小，諧振子與氣缸之間的漏氣損失也較小，由此提高了熱驅(qū)動斯特林制冷機的效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。