技術領域

本發明涉及一種發電機與制冷機耦合的雙斯特林機，屬于低溫制冷技術領域。

背景技術

斯特林循環是由兩個等溫過程和兩個等容過程組成的閉式熱力學循環。斯特林發電技術采用斯特林正循環，利用斯特林熱機，將熱能轉化為機械能，通過耦合在斯特林熱機上的線性交流發電機輸出電能，該技術在熱電轉換技術中效率最高。而斯特林制冷機則是采用斯特林逆向循環，將其中的回熱過程變成制冷過程，利用電機帶動壓縮活塞往復運動，使工質氣體在壓縮空間、蓄冷器（回熱器）和膨脹空間等部分交替流動，工質氣體膨脹吸熱制冷。

目前國內對斯特林制冷機的研究已經成熟，但是對斯特林熱電轉換技術的研究剛剛開始起步，而對于將斯特林發電機與制冷機耦合的雙斯特林技術，更是沒有涉及。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：填補現有技術空白，提供一種發電機與制冷機耦合的雙斯特林機，提高空間熱源利用效率，減少系統質量，提高系統可靠性。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種發電機與制冷機耦合的雙斯特林機，包括斯特林熱機、配氣活塞、功率氣缸、功率活塞、板彈簧、內墊環、耦合機殼、壓縮活塞、壓縮氣缸、推移活塞、斯特林制冷機、冷機膨脹腔、冷機壓縮腔、熱機壓縮腔和熱機膨脹腔；

其中，所述耦合機殼兩端開口，內壁中間位置沿徑向設有一隆起結構，該結構左右兩側形成突臺；其總體連接關系如下：

所述雙斯特林機從左向右依次為斯特林熱機、功率氣缸、耦合機殼、壓縮氣缸和斯特林制冷機，上述各部件之間通過法蘭同軸固定連接；

配氣活塞位于斯特林熱機與功率氣缸連接處的內腔中，形成徑向間隙密封結構，配氣活塞和斯特林熱機之間的空間形成熱機膨脹腔；

功率活塞位于功率氣缸內腔左端，功率活塞和配氣活塞之間的空間形成熱機壓縮腔；

推移活塞位于斯特林制冷機與壓縮氣缸連接處的內腔中，形成徑向間隙密封結構，推移活塞和斯特林制冷機之間的空間形成冷機膨脹腔；

壓縮活塞位于壓縮氣缸內腔右端，壓縮活塞和推移活塞之間的空間形成冷機壓縮腔；

所述功率活塞和壓縮活塞的軸線位于同一直線上，功率活塞的活塞桿右端和壓縮活塞的活塞桿左端固定連接在一起；

功率活塞和壓縮活塞之間安裝有兩組柔性板彈簧，左側一組板彈簧的外圓右側和耦合機殼內壁的左側凸臺抵觸連接，右側一組板彈簧的外圓左側和耦合機殼內壁的右側凸臺抵觸連接；左側一組板彈簧的內孔套裝在功率活塞的活塞桿上，右側一組板彈簧的內孔套裝在壓縮活塞的活塞桿上；在功率活塞和左側一組板彈簧之間、左右兩組板彈簧之間，以及壓縮活塞和右側一組板彈簧之間分別設有內墊環進行壓緊和定位；由此使功率活塞和功率氣缸之間，以及壓縮活塞和壓縮氣缸之間在徑向上形成間隙密封結構，優選所述間隙為8μm～20μm。

有益效果

本發明通過耦合斯特林熱機和斯特林制冷機，將斯特林熱機的功率活塞作為斯特林制冷機的壓縮活塞，將熱能直接轉換成壓縮功，進而推動斯特林制冷機制冷，減少了熱-電-機-熱過程中的兩個環節，省去了線性交流發電機和直線電機，從而能夠大幅提高空間熱源的利用效率（提高20%以上），減少了系統的重量，提高了系統的可靠性。同時本發明將斯特林熱機和斯特林制冷機在同一軸線布置，實現了自主減振，是一種創新的制冷技術，能夠應用于空間低溫液體長期在軌存儲中的主動制冷，空間天文臺制冷，深空探測和月球基地氧氣液化、金星探測等任務中。

附圖說明

圖1為本發明的一種發電機與制冷機耦合的雙斯特林機的結構示意圖；

其中，1—斯特林熱機、2—配氣活塞、3—功率氣缸、4—功率活塞、5—板彈簧、6—開槽螺釘、7—內墊環、8—耦合機殼、9—壓縮活塞、10—壓縮氣缸、11—推移活塞、12—斯特林制冷機、13—冷機膨脹腔、14—冷機壓縮腔、15—熱機壓縮腔、16—熱機膨脹腔。

具體實施方式

下面通過實施例，對本發明進一步說明。

實施例

如圖1所示的一種發電機與制冷機耦合的雙斯特林機，包括斯特林熱機1、配氣活塞2、功率氣缸3、功率活塞4、板彈簧5、開槽螺釘6、內墊環7、耦合機殼8、壓縮活塞9、壓縮氣缸10、推移活塞11、斯特林制冷機12、冷機膨脹腔13、冷機壓縮腔14、熱機壓縮腔15和熱機膨脹腔16；

其中，所述耦合機殼8兩端開口，內壁中間位置沿徑向設有一隆起結構，該結構左右兩側形成突臺；其總體連接關系如下：