一种便携式静音电能产生系统

摘要

一种便携式静音电能产生系统，其由自由活塞斯特林发电机系统、燃烧器系统和悬挂系统组成；发电机系统包括自由活塞斯特林发动机、直线电机、减震装置和水循环回路；外部热量被发动机的热端外部换热器吸收经由热端内部换热器传递给工质，通过工质的膨胀吸热和压缩放热过程，将热量在回热器内转化为声功，声功经由排出器传递给动力活塞，由动力活塞带动直线电机的电机动子切割磁力线转化成电能输出；减震装置接于电机背腔上；水循环回路连接于室温端换热器外壳；悬挂系统为与自由活塞斯特林发电机呈悬挂式连接的柱状弹簧或弓形弹簧；该装置具有结构紧凑、比功率高、便携、静音和可靠性高等优点。

权利要求

1.一种便携式静音电能产生系统，其由自由活塞斯特林发电机系统(19)、燃烧器系统(20)和悬挂系统(40)组成；

所述的自由活塞斯特林发电机系统(19)包括自由活塞斯特林发动机和直线电机；所述自由活塞斯特林发动机由膨胀腔(1)，耐压缸体(2)，热端内部换热器(3)，热端外部换热器(4)，回热器(5)，室温端换热器(6)，排出器(7)，压缩腔(8)，动力活塞(9)，平面支撑弹簧(12)，热端台阶(14)，排出器凸起(15)，排出器台阶(16)和动力活塞凸起(17)组成；所述直线电机由直线电机定子(10)，电机动子(11)和电机背腔(13)组成；外部热量被热端外部换热器(4)吸收，并经由热端内部换热器(3)传递给工质，通过工质的膨胀吸热和压缩放热的循环往复过程，将热量在回热器(5)内转化为声功，该声功经由排出器(7)传递给动力活塞(9)，最终由动力活塞(9)带动电机动子(11)切割磁力线转化成电能输出，以完成从热能到电能的转换；其特征在于：所述的自由活塞斯特林发电机系统(19)还包括减震装置(18)和水循环回路；所述减震装置(18)连接于所述电机背腔(13)之上，并由平面板弹簧和质量块组成；所述水循环回路由依次相连的进水管(31)、散热器(32)和出水管(36)组成，所述进水管(31)和出水管(36)分别连接于室温端换热器(6)外壳；进水管(31)的管路上装有水泵(35)，出水管(36)的管路上装有水量控制阀(34)；散热器(32)的外侧装有风机(33)；

所述悬挂系统(40)为N根柱状弹簧或弓形弹簧，其与自由活塞斯特林发动机和直线电机呈悬挂式连接，其中N为3—10的正整数；

所述燃烧器系统(20)由燃烧室(21)、通过燃料输送管(25)及装于燃料输送管(25)上的燃料控制阀(26)与所述燃烧室(21)相连通的燃料瓶(27)及逆流换热器(23)组成；

所述燃烧室(21)的进气口和出气口分别通过进气管及出气管与所述逆流换热器(23)相连通；所述逆流换热器(23)的进气端装有起始端带进气扇(24)的进气管；所述燃烧室(21)内的烟气经由所述逆流换热器(23)之后排出；所述燃料瓶(27)内装燃料为丁烷或其他可燃气体；

所述自由活塞斯特林发动机的膨胀腔(1)，耐压缸体(2)，热端内部换热器(3)和热端外部换热器(4)位于所述燃烧器系统(20)的燃烧室(21)之内。

2.按权利要求1所述的便携式静音电能产生系统，其特征在于，所述自由活塞斯特林发动机的工质为氦气或氮气。

3.按权利要求1所述的便携式静音电能产生系统，其特征在于，所述耐压缸体(2)和设于其外部的热端外部换热器(4)为同一种材料一体化加工制成。

4.按权利要求1所述的便携式静音电能产生系统，其特征在于，所述悬挂系统(40)与自由活塞斯特林发动机的室温端换热器(6)外壳相连接。

说明书

一种便携式静音电能产生系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电源领域，特别是一种便携式静音电能产生系统，其采用一自由活塞斯特林发电机将一燃烧器产生的热量转换为稳定的电力输出，并通过一悬挂系统使该电源具有高可靠性。

背景技术

[0002] 便携式电源在户外运动、露营、野外作业、海岛和军事等领域具有广泛的应用基础，为生产和生活设备提供可靠而稳定的电力。目前商用的便携式电源大多采用内燃机将汽油或柴油燃烧产生的热能转化为电能。相比蓄电池等可移动电源方式，这类便携式电源具有能量密度高，续航便捷等优点。但这种便携式电源的最主要问题在于噪音大，其噪音指标为60分贝(7米远)，高于正常工作和生活所能忍受的50分贝左右的指标；维护周期短，维护成本高，一般为几十个小时就要对火花塞、油箱和燃油过滤器等进行维护；维护工作复杂，包括需要对火花塞、油箱、燃油过滤器和气门等进行清洗和调校等，严重制约了便携式电源的应用。

[0003] 外燃式热机是另一类可用来制作便携式电源的热力机械，它可将液体或者气体燃料燃烧产生的热能转化为机械功，该机械功可由一电机转化为电能输出。外燃式热机的燃料适用性广，可采用汽油、柴油等常规燃料，亦可采用生物质作为燃料，甚至可直接采用其它发热体产生的废热等。在外燃式热机中，自由活塞斯特林发动机是一种非常有应用潜力的热机。它与直线发电机连接而构成的自由活塞斯特林发电机不仅具有外燃式热机燃料适用性广的优点，还具有以下突出优点。第一，它内部无机械传动部件，无油润滑，因而其可靠性高，理论寿命可无限长，无需任何维护措施；第二，其采用氦气或者氮气等气体作为工质，绿色环保；第三，在几千瓦及以下功率量级，其效率较内燃机更高；第四，其可通过提升工作频率等方式提升系统的比功率(单位发电功率所需的机体重量)，系统更紧凑，更便携；最后，它内部机械运动部件均做直线运动，可采用主动或被动方式减震，因而其具有突出的静音特性。

[0004] 图1是一种自由活塞斯特林发电机结构系统示意图。如图1所示，该自由活塞斯特林发电机系统包括一自由活塞斯特林发动机和一直线电机；所述自由活塞斯特林发动机由膨胀腔1，耐压缸体2，热端内部换热器3，热端外部换热器4，回热器5，室温端换热器6，排出器7，压缩腔8，动力活塞9，平面支撑弹簧12，热端台阶14，排出器凸起15，排出器台阶16和动力活塞凸起17组成；直线电机则由直线电机定子10，电机动子11和电机背腔13组成；外部热量被热端外部换热器4吸收，并经由热端内部换热器3传递给工质，通过工质的膨胀吸热、压缩放热等循环往复过程，该热量在回热器5内转化为声功(一种机械功)，声功经由排出器7传递给动力活塞9，最终由动力活塞9带动电机动子11切割磁力线转化成电能输出，从而完成了从热能到电能的转换。这一创新结构引入了一体化热端换热器制造工艺、干摩擦技术和气体防撞结构，简化了制造工艺，降低了制造成本并进一步提升了可靠性，为大规模应用创造了条件。

[0005] 本发明正是利用上述技术条件，进一步提出适用于便携式电源的应用结构，创新性地引入了悬挂系统，有效降低了电源对放置状态的要求，使该便携式电源能适应不同的使用方式，具有很强的适应性和高可靠性。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种结构紧凑、高效、静音的便携式电能产生系统，以克服现有便携式电能产生技术中的不足。

[0007] 本发明的技术方案如下：

[0008] 本发明提供的便携式静音电能产生系统，其由自由活塞斯特林发电机系统19、燃烧器系统20和悬挂系统40组成；

[0009] 所述的自由活塞斯特林发电机系统19包括自由活塞斯特林发动机和直线电机；所述自由活塞斯特林发动机由膨胀腔1，耐压缸体2，热端内部换热器3，热端外部换热器4，回热器5，室温端换热器6，排出器7，压缩腔8，动力活塞9，平面支撑弹簧12，热端台阶14，排出器凸起15，排出器台阶16和动力活塞凸起17组成；所述直线电机由直线电机定子10，电机动子11和电机背腔13组成；外部热量被热端外部换热器4吸收，并经由热端内部换热器3传递给工质，通过工质的膨胀吸热和压缩放热的循环往复过程，将热量在回热器5内转化为声功，该声功经由排出器7传递给动力活塞9，最终由动力活塞9带动电机动子11切割磁力线转化成电能输出，以完成从热能到电能的转换；其特征在于：所述的自由活塞斯特林发电机系统19还包括减震装置18和室温换热回路；所述减震装置18连接于所述电机背腔13之上，并由平面板弹簧和质量块组成；所述水循环回路由依次相连的进水管31、散热器32和出水管36组成，所述进水管31和出水管36分别连接于室温端换热器6外壳；进水管31的管路上装有水泵35；出水管36的管路上装有水量控制阀34；散热器32的外侧装有风机33；

[0010] 所述悬挂系统40为N根柱状弹簧或弓形弹簧，其与自由活塞斯特林发电机和直线电机呈悬挂式连接，其中N为3—10的正整数。

[0011] 所述燃烧器系统20由燃烧室21、通过燃料输送管25及装于燃料输送管25上的燃料控制阀26与所述燃烧室21相连通的燃料瓶27及逆流换热器23组成；所述燃烧室21的进气口和出气口分别通过进气管及出气管与所述逆流换热器23相连通；所述逆流换热器23的进气端装有起始端带进气扇24的进气管；所述燃烧室21内的烟气经由所述逆流换热器23之后排出；所述燃料瓶27内装燃料为丁烷或其他可燃气体；

[0012] 所述自由活塞斯特林发动机的膨胀腔1，耐压缸体2，热端内部换热器3和热端外部换热器4位于所述燃烧器系统20的燃烧室21之内。

[0013] 所述自由活塞斯特林发动机的工质为氦气或氮气。所述耐压缸体2和设于其外部的热端外部换热器4为同一种材料一体化加工制成。所述悬挂系统40与所述自由活塞斯特林发动机的室温端换热器6外壳相连接。

[0014] 本发明提供的便携式静音电能产生系统采用了自由活塞斯特林发电机，其具有工艺简单，成本低和可靠性高等优点；采用了低成本的柱状弹簧或弓形弹簧作为悬挂系统有效降低了系统噪音，使系统具有突出的静音效果，同时该悬挂结构使静音电源能适应不同的放置方式，增强了系统可靠性和适用性；采用燃烧器给自由活塞斯特林发电机供热使系统具有燃料适用性广、能量密度高和操作简便等特点。

附图说明

[0015] 图1为自由活塞斯特林发电机结构示意图；

[0016] 图2为本发明便携式静音电能产生系统(实施例)的结构示意图。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图及实施例进一步描述本发明；但所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0018] 图2为本发明的便携式静音电能产生系统(实施例)的结构示意图。如图2所示，[0019] 本发明的便携式静音电能产生系统，其由自由活塞斯特林发电机系统19、燃烧器系统20和悬挂系统40组成；

[0020] 所述的自由活塞斯特林发电机系统19包括自由活塞斯特林发动机和直线电机；所述自由活塞斯特林发动机由膨胀腔1，耐压缸体2，热端内部换热器3，热端外部换热器4，回热器5，室温端换热器6，排出器7，压缩腔8，动力活塞9，平面支撑弹簧12，热端台阶14，排出器凸起15，排出器台阶16和动力活塞凸起17组成；所述直线电机由直线电机定子10，电机动子11和电机背腔13组成；外部热量被热端外部换热器4吸收，并经由热端内部换热器3传递给工质，通过工质的膨胀吸热和压缩放热的循环往复过程，将热量在回热器5内转化为声功，该声功经由排出器7传递给动力活塞9，最终由动力活塞9带动电机动子11切割磁力线转化成电能输出，以完成从热能到电能的转换；所述的自由活塞斯特林发电机系统
19还包括减震装置18和室温换热回路；所述减震装置18连接于所述电机背腔13之上，并由平面板弹簧和质量块组成；所述水循环回路由依次连接于所述自由活塞斯特林发电机的室温端换热器6外壳上并形成水循环回路的进水管31、散热器32、水量控制阀34和出水管
36组成，进水管31的管路上装有水泵35；所述散热器32的外侧装有风机33；

[0021] 所述悬挂系统40为N根柱状弹簧或弓形弹簧，其与自由活塞斯特林发电机呈悬挂式连接，其中N为3—10的正整数。

[0022] 所述燃烧器系统20由燃烧室21、通过燃料输送管25及装于燃料输送管25上的燃料控制阀26与所述燃烧室21相连通的燃料瓶27及逆流换热器23组成；所述燃烧室21的进气口和出气口分别通过进气管及出气管与所述逆流换热器23相连通；所述逆流换热器23的进气端装有起始端带进气扇24的进气管；所述燃烧室21内的烟气经由所述逆流换热器23之后排出；所述燃料瓶27内装燃料为丁烷或其他可燃气体；

[0023] 所述自由活塞斯特林发动机的膨胀腔1，耐压缸体2，热端内部换热器3和热端外部换热器4位于所述燃烧器系统20的燃烧室21之内。

[0024] 所述自由活塞斯特林发电机的工质为氦气或氮气。

[0025] 所述耐压缸体2和设于其外部的热端外部换热器4为同一种材料一体化加工制成。

[0026] 所述悬挂系统40与所述自由活塞斯特林发电机的室温端换热器6外壳相连接。

[0027] 本实施例中，燃烧器系统首先开启，由燃料瓶27出来的燃料与由进气管22进入的新鲜空气充分混合后在燃烧室21内充分燃烧，燃烧产生的大量辐射热量和烟气热量持续加热自由活塞斯特林发电机的热端外部换热器4和顶部耐压壳体2，该热量传导至热端内部换热器3后，随后由热端内部换热器3传递给自由活塞斯特林发电机内部工质；工质在回热器5内将热量转化为声功(机械能)，无法转换的热量和漏热则被室温端换热器6带走，并通过室温换热回路将该热量输运到散热器32，最终由风机33排至电源外的环境中，回热器5产生声功的大部分用于推动动力活塞9和电机动子11发电，剩下的声功则经过室温端换热器6后回到回热器5内继续被放大；另一方面，烟气在与自由活塞斯特林发电机的热端外部换热器4和顶部耐压壳体2换热后，经过逆流换热器23将剩余热量传递给由进气管22进入的新鲜空气，最后低温烟气由排烟管28排出。自由活塞斯特林发电机工作时，其耐压壳体2亦将产生往复振动，该振动的绝大部分被减震装置18吸收,其余的震动则被悬挂系统40吸收；该悬挂系统40不仅能吸收震动，还能使本发明的电源系统不受放置方式的约束，即水平、竖直放置等均可正常工作。

[0028] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。