[发明专利]一种外加扰动机构的自由活塞斯特林发电机及其起动方法

说明书

本发明涉及一种外加扰动机构的自由活塞斯特林发电机及其起动方法，包括斯特林发动机、直线发电机和扰动机构，斯特林发动机包括缸体和安装在缸体内的热声单元、配气活塞和动力活塞，配气活塞的顶部与缸体之间为膨胀腔，配气活塞的底部与动力活塞之间为压缩腔，扰动机构包括高压储气罐，以及用于高压储气罐与膨胀腔或压缩腔相连的气体管道，气体管道上串联有阀门Ⅰ和阀门Ⅱ，阀门Ⅰ与阀门Ⅱ之间连接有排气管道。本发明提供的自由活塞斯特林发电机开机准备就绪后，通过加热器吸收热量，当加热温度达到设定温度后，在系统膨胀腔或压缩腔加入外部扰动，从而实现自由活塞斯特林发电机的免电激励起动。

技术领域

本发明属于自由活塞斯特林发电机技术领域，具体涉及一种外加扰动机构的自由活塞斯特林发电机及其起动方法。

背景技术

随着世界能源资源的紧张和环境保护的要求，清洁能源和具有广泛应用前景的新型能源已经成为研究的热点。自由活塞斯特林发电机为外燃式，方便利用利用太阳能、地热能、余热等低品位热源，具有结构简单、寿命长、高效、高比功率、高可靠性和低噪声等优点，同时使用氦气、氮气、氢气甚至空气等作为工质，对环境友好。自由活塞斯特林发电机在深空探测、地面太阳能发电等领域具有突出优势。如2004年，NASA提出了新一轮登月计划，计划到2018年最长在月球停留14天以上，这要求电源系统的输出功率达到30~50kW。在2007年，NASA和美国能源部DOE确认以自由活塞斯特林转换方式作为方案，且该系统可应用到火星探测中。

自由活塞斯特林发电机使用时分为起动阶段和发电阶段。在起动阶段，首先将直线发电机作为电动机驱动自由活塞发动机，当直线发电机将自由活塞发动机驱动到一定振幅时，自由活塞斯特林发电系统将自动切换到发电状态。而在发电阶段，自由活塞斯特林发动机的活塞带动直线电机进行往复运动并发电。因此在实际使用过程中，必须对两个工作阶段采用不同的控制策略，且需要配备蓄电池等电源用以起动自由活塞斯特林发电机，操作比较繁琐。另外自由活塞斯特林发电机的启动需要保证自由活塞发动机内的气体工质达到预定温度并且结合直线发电机的驱动才能实现，而单纯采用自由活塞发动机内的加热器提供热源对气体工质加热起动，起动时间较长，影响发电效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种外加扰动机构的自由活塞斯特林发电机及其起动方法，以解决其起动时间长的问题。

本发明的一种外加扰动机构的自由活塞斯特林发电机是这样实现的：

一种外加扰动机构的自由活塞斯特林发电机，包括斯特林发动机、直线发电机和扰动机构，所述斯特林发动机包括缸体和安装在所述缸体内的热声单元、配气活塞和动力活塞，所述配气活塞的顶部与缸体之间为膨胀腔，所述配气活塞的底部与动力活塞之间为压缩腔，所述扰动机构包括高压储气罐，以及用于高压储气罐与所述膨胀腔或压缩腔相连的气体管道，所述气体管道上串联有阀门Ⅰ和阀门Ⅱ，所述阀门Ⅰ与阀门Ⅱ之间连接有排气管道。

进一步的，所述热声单元和配气活塞设置在缸体内上部，且热声单元为环形结构，所述配气活塞安装在热声单元的环形腔内。

进一步的，所述动力活塞和直线发电机设置在缸体内下部，且所述动力活塞与所述直线发电机的动子相连。

进一步的，所述热声单元从上至下包括加热器、回热器和冷却器。

进一步的，所述动力活塞的中心设置有通孔，所述配气活塞的底部设置有推移杆，所述推移杆的底部穿过通孔连接有板簧。

进一步的，所述排气管道上设置有阀门Ⅲ。

进一步的，所述阀门Ⅰ、阀门Ⅱ和阀门Ⅲ均为电磁阀。

进一步优选的，所述气体管道连接在膨胀腔上，且阀门Ⅰ与膨胀腔之间的位置设置有气压表。

进一步优选的，所述气体管道连接在压缩腔上，且阀门Ⅰ与压缩腔之间设置有气压表。