[发明专利]一种多级自由活塞热声斯特林发电机

说明书

本发明涉及一种多级自由活塞热声斯特林发电机，包括热声斯特林发动机和直线发电机，热声斯特林发动机包括缸体，以及设置在缸体内的配气活塞、动力活塞和多级热声单元，配气活塞设置在缸体内上部，动力活塞设置在缸体内下部，且与直线发电机的动子相连，多级热声单元从上至下依次套设在配气活塞的外侧，热声单元分别包括加热器、回热器和冷却器。本发明提高了自由活塞热声斯特林发电机的单台机电功输出能力，并且保留了原本单级自由活塞热声斯特林发电机的优点，仍然具备高效、高比功率、高可靠性、低噪声等优势，适合于余热利用、太空发电、太阳能发电等领域。

技术领域

本发明属于热声斯特林发电机技术领域，具体涉及一种多级自由活塞热声斯特林发电机。

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。而自由活塞式的热声斯特林发动机作为一种外燃式热机，可用来利用太阳能、地热能、余热等低品位热源，具有结构简单、寿命长、成本低、噪音低等优点，同时使用氦气、氮气、氢气甚至空气等作为工质，对环境友好。而直线发电机具有效率高、寿命长、响应快等优点，适合与自由活塞的热声斯特林发动机耦合，使发动机和发电机各自优势充分发挥，从而使自由活塞的热声斯特林发电机具备高效、高比功率、高可靠性、低噪声等优势。该种发电机在深空探测、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。

在目前的自由活塞的热声斯特林发电技术中，一般通过一级回热器，通过热声效应将外部提供的热量转换成机械功，再用机械功驱动直线发电机进行发电。随着所需发电功率的增加，热声斯特林发动机部分的换热器和回热器需要增加直径和长度，或是通过多台发电机共同使用来提供所需电量，不仅影响换热器和回热器等部件适用性，而且增加了发电机的安装空间，加大了发电机工作时的噪音污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种多级自由活塞热声斯特林发电机，以解决其发电量提高不便的问题。

本发明的一种多级自由活塞热声斯特林发电机是这样实现的：

一种多级自由活塞热声斯特林发电机，包括热声斯特林发动机和直线发电机，所述热声斯特林发动机包括缸体，以及设置在所述缸体内的配气活塞、动力活塞和多级热声单元，所述配气活塞设置在所述缸体内上部，所述动力活塞设置在所述缸体内下部，且与直线发电机的动子相连，多级热声单元从上至下依次套设在所述配气活塞的外侧，所述热声单元分别包括加热器、回热器和冷却器。

进一步的，所述配气活塞与所述缸体的顶壁之间形成膨胀腔，与所述动力活塞之间形成压缩腔。

进一步的，相邻所述热声单元之间设置有热缓冲管。

进一步的，所述热声单元包括两级以上。

进一步的，所述热声单元的加热器、回热器和冷却器从上向下依次设置，且分别为环形结构，所述配气活塞设置在环形腔体内。

进一步的，所述直线发电机安装在缸体内下部，且其动子为环形结构，所述动力活塞安装在动子的环形腔内且与动子为固定连接。

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安装有朝向所述动力活塞方向的推移杆，所述推移杆的下端穿过通孔连接有板簧。

进一步的，所述动力活塞的质量大于配气活塞的质量。

采用了上述技术方案后，本发明具有的有益效果为：