[发明专利]一种热驱动斯特林热泵

说明书

本发明提供一种热驱动斯特林热泵，包括主缸体和次缸体，所述主缸体与次缸体连通形成环路，所述主缸体一侧与次缸体一侧连通形成第一连通腔室，所述主缸体另一侧与次缸体另一侧连通形成第二连通腔室；所述主缸体内设置有第一换热组件，所述次缸体内设置有第二换热组件；还包括气缸，所述气缸与所述第二连通腔室连通，所述气缸内设有谐振子。本发明提供的一种热驱动斯特林热泵，通过将热驱动斯特林热泵内部设计成环路结构，从而减少系统内运动器件，简化系统结构，使谐振子易于调节系统的能量平衡，提高系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及斯特林热机技术领域，尤其涉及一种热驱动斯特林热泵。

背景技术

斯特林发动机是一种将热能转化为机械能的装置，具有效率高、可靠、结构紧凑的特点；斯特林热泵(制冷机)则是利用机械能进行热量搬运的装置，也具有相同的特点。将斯特林发动机和斯特林热泵组合就构成了一种热驱动的热泵系统。

热驱动的热泵具有良好的应用前景，在我国北方采用燃烧天然气供暖，天然气的燃烧温度可以达到上千度，而供暖温度仅为100度以内，中间存在巨大的有用功损失。如果利用天然气燃烧的高温热量驱动斯特林发动机，发动机再驱动热泵从环境吸收热量，那么就可以利用其中的有用功，提高一次能源利用效率，减少天然气的使用量。热驱动的低温制冷机也具有较好的应用前景，我国天然气储量虽然非常丰富，但大部分属于煤层气、页岩气等非常规天然气，通常气源分布散、气量较小、地点偏僻，传统电驱动的大型液化设备无法使用，因此这些天然气的利用受到了很大的限制。采用热驱动斯特林制冷机则可以燃烧部分天然气驱动制冷机液化其余部分气体，再将这部分液化气进行方便的输运。

传统的热驱动斯特林热泵如图5所示。左侧为斯特林发动机，右侧为斯特林热泵，中间为耦合发动机和热泵的活塞。该系统作为热泵使用时，中温换热器的温度就为泵热温度，如果作为制冷机使用时，中温换热器的温度就为室温。发动机的高温换热器被加热后，回热器内就会形成一定的温度梯度，系统就会产生自激振荡，将热能转化为声波形式的机械能；声波经过活塞传入热泵内，将低温换热器内的热量搬运到中温换热器内，完成泵热过程。经过研究发现：传统的热驱动斯特林热泵对参数变化非常敏感，比如活塞阻尼、加热温度、充气压力等的微小变化都会对系统工况产生较大影响，使谐振子容易超出其允许使用行程而破坏，该系统至今未得到实验验证和应用。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在热驱动斯特林热泵中谐振子行程不易控制、系统工作不稳定的问题，提供一种热驱动斯特林热泵。

本发明提供的一种热驱动斯特林热泵，包括主缸体和次缸体，所述主缸体与次缸体连通形成环路，所述主缸体一侧与次缸体一侧连通形成第一连通腔室，所述主缸体另一侧与次缸体另一侧连通形成第二连通腔室；所述主缸体内设置有第一换热组件，所述次缸体内设置有第二换热组件；还包括气缸，所述气缸与所述第二连通腔室连通，所述气缸内设有谐振子。

优选地，所述第一换热组件包括沿所述主缸体轴向设置的高温换热器、第一回热器和第一中温换热器；所述第二换热组件包括沿所述次缸体轴向设置的低温换热器、第二回热器和第二中温换热器。

优选地，所述第一连通腔室内设置有排出器，所述第二连通腔室内设置有热缓冲管。

优选地，所述高温换热器一侧的腔室与第二中温换热器一侧的腔室连通形成第一连通腔室，所述第一中温换热器一侧的腔室与低温换热器一侧的腔室连通形成第二连通腔室；所述第二中温换热器一侧的腔室与所述排出器一侧的腔室连通形成压缩腔，所述排出器一侧的腔室与所述高温换热器一侧的腔室连通形成膨胀腔；所述热缓冲管与低温换热器的一端相连。

优选地，所述第一中温换热器一侧的腔室与低温换热器一侧的腔室连通形成第一连通腔室，所述高温换热器一侧的腔室与第二中温换热器一侧的腔室连通形成第二连通腔室；所述第一中温换热器一侧的腔室与所述排出器一侧的腔室连通形成压缩腔，所述排出器一侧的腔室与所述低温换热器一侧的腔室连通形成膨胀腔；所述热缓冲管与高温换热器的一端相连。