内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统

本技术涉及自由活塞斯特林发电机，具体涉及一种内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统。

背景技术：

1、自由活塞斯特林发电机是一种高效率、长寿命的新型热电转换装置，它由自由活塞斯特林发动机和直线振荡电机耦合而成，通过热声效应将热能转换成可压缩流体在往复振荡中具有的声能，从而驱动动力活塞带动磁铁往复切割磁力线产生交流电，随着空间探测需求的不断增长，自由活塞斯特林发电机由于具有高效率、高可靠、长寿命等优点而逐渐受到重视。

2、目前，自由活塞斯特林发电系统中，为了减少热源对换热器的热辐射，斯特林发电机与热源之间通过设置两个传热回路实现传热，即一回路先与热源传热，二回路与一回路传热后再传热给斯特林发电机进行发电，同时，为了增加传热效率，二回路中通常需要增加高比热流体(例如熔盐、液态金属等)作为循环介质来吸收外部热源的热量。

3、然而，二回路传热循环增加了系统的复杂性，并且熔盐、液态金属等循环介质具有严重的腐蚀性，对发电机热头具有较严重的损坏，降低整个发电机的工作可靠性和使用寿命。

技术实现思路

1、有鉴于此，本实用新型提出了一种内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，解决或至少部分解决现有技术中存在的技术缺陷。

2、本实用新型提供一种内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，

3、包括：

4、热源；

5、斯特林发电机，包括壳体和调相器，所述调相器设置于所述壳体内并与壳体轴向一侧的内壁分隔出膨胀腔；

6、压气装置，包括压气活塞和压气腔，所述压气腔设置于所述膨胀腔内，所述压气活塞可相对移动的设置于所述压气腔内，所述压气活塞和所述调相器连接，以使所述压气活塞能够沿所述压气腔的轴向做往复运动，所述压气腔内充注与斯特林发电机(1)内部相同的氦气，所述压气腔具有出口和进口；

7、氦气传热管路，所述氦气传热管路的一端与所述出口连接，另一端与所述进口连接，所述氦气传热管路依次穿过所述热源和所述斯特林发电机，以使所述氦气传热管路中的传热气体与所述热源传热后供给所述斯特林发电机传热发电。

8、根据本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，所述出口与所述氦气传热管路之间通过第一单向导通件进行连接，所述第一单向导通件的导通方向为从所述出口向所述氦气传热管路的一端方向。

9、根据本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，所述进口与所述氦气传热管路之间通过第二单向导通件进行连接，所述第二单向导通件的导通方向为从所述氦气传热管路的另一端向所述进口方向。

10、根据本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，所述第一单向导通件和所述第二单向导通件均为单向阀。

11、根据本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，所述压气活塞与压气腔之间为间隙密封，以使所述膨胀腔与所述压气腔之间的平均压力保持一致。

12、根据本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，所述热源为核热、太阳能热、工业废热和燃料燃烧热中的一种。

13、根据本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，所述压气腔的容积与所述压气活塞的扫气容积的比值为1.5～3。

14、根据本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，所述斯特林发电机还包括：

15、热声单元，所述热声单元设于所述调相器与所述壳体径向内壁之间，所述热声单元用于产生声功，所述调相器在所述声功作用下能够沿所述热声单元往复运动；

16、动力活塞，设于所述壳体内，所述动力活塞设于所述调相器远离所述膨胀腔的一侧，所述动力活塞与所述调相器之间分隔出压缩腔，所述动力活塞通过连接杆与所述调相器连接；

17、直线电机，设于所述动力活塞与所述壳体径向内壁之间；

18、弹性件，设于所述壳体内与所述膨胀腔相对的另一侧，所述连接杆与所述弹性件连接。

19、根据本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，所述弹性件为柱弹簧或板弹簧。

20、根据本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，所述热声单元包括低温换热器、回热器和高温换热器，所述低温换热器、所述回热器和所述高温换热器由所述压缩腔向所述膨胀腔方向依次设置。

21、有益效果：本实用新型提供的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，包括热源、斯特林发电机、压气装置和氦气传热管路，压气装置包括压气活塞和压气腔，氦气传热管路的一端与出口连接，另一端与进口连接，氦气传热管路依次穿过热源和斯特林发电机，以使氦气传热管路中的传热气体与热源传热后供给斯特林发电机传热发电，通过在斯特林发电机的膨胀腔内增设压气腔，氦气传热管路直接与压气腔连通，由斯特林发电机中的调相器的动能提供压气驱动力，不需要依靠其它额外驱动部件，简化了斯特林发电系统的结构，并且氦气传热管路采用气体介质，产生的高压气体直流与热源直接耦合换热，不需要考虑其它传热介质(例如熔盐、液态金属等)对热头结构的腐蚀，具有结构简单紧凑、热源适应性广以及热电效率高的优点。

技术特征：

1.一种内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，所述出口(23)与所述氦气传热管路(3)之间通过第一单向导通件(31)进行连接，所述第一单向导通件(31)的导通方向为从所述出口(23)向所述氦气传热管路(3)的一端方向。

3.根据权利要求2所述的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，所述进口(24)与所述氦气传热管路(3)之间通过第二单向导通件(32)进行连接，所述第二单向导通件(32)的导通方向为从所述氦气传热管路(3)的另一端向所述进口(24)方向。

4.根据权利要求3所述的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，所述第一单向导通件(31)和所述第二单向导通件均为单向阀。

5.根据权利要求1-4任一项所述的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，所述压气活塞(21)与压气腔(22)之间为间隙密封，以使所述膨胀腔(13)与所述压气腔(22)之间的平均压力保持一致。

6.根据权利要求1-4任一项所述的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，所述热源为核热、太阳能热、工业废热和燃料燃烧热中的一种。

7.根据权利要求1-4任一项所述的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，所述压气腔(22)的容积与所述压气活塞(21)的扫气容积的比值为1.5～3。

8.根据权利要求1-4任一项所述的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，所述斯特林发电机(1)还包括：

9.根据权利要求8所述的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，所述弹性件为柱弹簧或板弹簧。

10.根据权利要求8所述的内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，其特征在于，所述热声单元(14)包括低温换热器(141)、回热器(142)和高温换热器(143)，所述低温换热器(141)、所述回热器(142)和所述高温换热器(143)由所述压缩腔(16)向所述膨胀腔(13)方向依次设置。

技术总结
本技术涉及自由活塞斯特林发电机技术领域，提供一种内置压气装置的自由活塞斯特林发电系统，包括热源、斯特林发电机、压气装置和氦气传热管路，氦气传热管路依次穿过热源和斯特林发电机，以使氦气传热管路中的传热气体与热源传热后供给斯特林发电机传热发电，通过在斯特林发电机的膨胀腔内增设压气腔，由斯特林发电机中的调相器的动能提供压气驱动力，不需要依靠其它额外驱动部件，简化了斯特林发电系统的结构，并且氦气传热管路采用气体介质，产生的高压气体直流与热源直接耦合换热，不需要考虑其它传热介质(例如熔盐、液态金属等)对热头结构的腐蚀，具有结构简单紧凑、热源适应性广以及热电效率高的优点。

技术研发人员：罗靖,罗二仓,胡剑英,吴张华,张丽敏,孙岩雷,陈燕燕
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：20230529
技术公布日：2024/1/15