[发明专利]一种基于自由活塞斯特林发动机的冷电联产系统及其工作方法

权利要求书

1.一种基于自由活塞斯特林发动机的冷电联产系统，其特征在于，包括斯特林原动机、斯特林制冷机、直线发电机；斯特林原动机与斯特林制冷机通过共用的压缩腔耦合在一起，并与直线发电机相连接进行发电；所述斯特林原动机包含第一膨胀腔(4)、第一加热器(3)、第一回热器(2)、第一冷却器(1)、第一配气活塞(7)、第一支撑弹簧(8)、第一支撑底座(9)、第一压缩腔(11)、动力活塞(23)；所述第一膨胀腔(4)位于装置左侧，其外部为高温环境(5)；所述第一加热器(3)、第一回热器(2)、第一冷却器(1)均为环形结构，并沿横向依次布置；第一膨胀腔(4)、第一加热器(3)、第一回热器(2)、第一冷却器(1)、第一压缩腔(11)之间依次连通；所述第一配气活塞(7)的右侧与第一支撑弹簧(8)相连接；第一支撑弹簧(8)的右侧与第一支撑底座(9)相连接，并且都位于第一压缩腔(11)内部；所述第一支撑底座(9)开有第一连通孔(10)，以保证被底座隔开的压缩腔(11)内部相互连通；第一支撑弹簧(8)用来提供第一配气活塞(7)往复运动所需的回复力；

所述斯特林制冷机包含第二膨胀腔(19)、第二加热器(20)、第二回热器(21)、第二冷却器(22)、第二配气活塞(16)、第二支撑弹簧(15)、第二支撑底座(14)、第二压缩腔(12)、动力活塞(23)；第二膨胀腔(19)外部为低温环境，所述第二膨胀腔(19)位于装置右侧；所述第二加热器(20)、第二回热器(21)、第二冷却器(22)均为环形结构，并沿横向依次布置；第二膨胀腔(19)、第二加热器(20)、第二回热器(21)、第二冷却器(22)、第二压缩腔(12)之间依次连通；所述第二配气活塞(16)的左侧与第二支撑弹簧(15)相连接；第二支撑弹簧(15)的左侧与第二支撑底座(14)相连接，且都位于第二压缩腔(12)内部；第二支撑底座(14)上开有连通孔(13)，以保证被底座隔开的压缩腔(12)内部相互连通，第二支撑弹簧(15)用来提供第二配气活塞(16)往复运动所需的回复力；

所述直线发电机包含动子磁轭(24)，动子磁极(25)，电机主轴(26)，第三平面支撑弹簧(27)，电机定子(28)；所述电机主轴(26)上端与动力活塞(23)相连接，下端与平面支撑弹簧(27)相连；所述动子磁轭(24)覆盖在电机主轴(26)上，环状动子磁极(25)按照一定的间隔安装在动子磁轭(24)的外周，动子磁轭(24)和动子磁极(25)随动力活塞(23)往复运动形成振荡磁场；所述电机定子(28)切割磁感线产生感应电动势，把动能转化为电能。

2.根据权利要求1所述的一种基于自由活塞斯特林发动机的冷电联产系统，其特征在于，所述第一加热器(3)和第二加热器(20)多为管式，采用高温合金钢。

3.根据权利要求1所述的一种基于自由活塞斯特林发动机的冷电联产系统，其特征在于，所述第一回热器(2)和第二回热器(21)，采用多孔介质作为回热器基体的填充材料，所述多孔介质为金属纤维、金属丝网、金属粉末等烧结形成。

4.根据权利要求1所述的一种基于自由活塞斯特林发动机的冷电联产系统，其特征在于，所述第一冷却器(1)和第二冷却器(22)为薄壁管式冷却器，采用不锈钢材质，以水为冷却剂。

5.根据权利要求1所述的一种基于自由活塞斯特林发动机的冷电联产系统，其特征在于，所述第一配气活塞(7)和第二配气活塞(16)采用薄壁中空圆筒状结构，材质为不锈钢或铝合金。

6.根据权利要求5所述的一种基于自由活塞斯特林发动机的冷电联产系统，其特征在于，第一配气活塞(7)配气活塞内部设置第一隔板(6)，第二配气活塞(16)内部设置第二隔板(17)，以降低配气活塞内腔左右两端的热辐射损失；第一隔板(6)和第二隔板(17)上开设小孔，使整个配气活塞内腔连通。

7.根据权利要求1所述的一种基于自由活塞斯特林发动机的冷电联产系统，其特征在于，所述第一配气活塞(7)、第二配气活塞(16)和动力活塞(23)与其所在的气缸壁之间采用活塞环的密封方式，活塞环的材质采用填充聚四氟乙烯的复合材料。