CN103114941A - 一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机*** - Google Patents

Abstract

一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，其由高温热源自由活塞斯特林发动机、低温冷源自由活塞斯特林发动机与直线发电机组成，高温热源自由活塞斯特林发动机和低温冷源自由活塞斯特林发动机共同驱动直线发电机；高温热源自由活塞斯特林发动机与传统自由活塞斯特林发动机结构和布置方式相同，低温冷源自由活塞斯特林发动机与传统自由活塞斯特林发动机结构反向布置，从而使动力活塞工作在室温环境；本发明的一套同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***同时利用高温热源与低温冷源，结构紧凑，成本更低；高、低温换热器均位于远离动力活塞侧，动力活塞工作于室温下，避免温度对动力活塞密封造成不利影响，确保***高效稳定运行。

Description

一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***

技术领域

本发明涉及一种发动机***，特别是一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***。

背景技术

斯特林发动机属于外燃式发动机，通过发动机内部工质气体的受热膨胀、遇冷收缩而产生动力，将热能转化为机械能，其理论效率等于卡诺循环效率。自由活塞斯特林发动机是斯特林发动机的一种结构形式，采用“动力活塞+排出器（也称自由活塞）”结构，代替了传统斯特林热机的“双活塞”结构，通过控制排出器质量、排出器两侧截面积差、弹簧刚度等参数来决定其工作特性，同时取消了传动结构，从而减小了机械磨损，提高了发动机使用寿命。相较于传统的斯特林发动机，自由活塞斯特林发动机噪声和振动更小，寿命更长。得益于直线振荡电机的技术进步，目前自由活塞斯特林发动机最常见结构形式是将动力活塞与直线发电机动子耦合，驱动直线振荡发电机发电，将机械能转换为电能，如图1、图2所示。

图1为现有的一种传统自由活塞斯特林发动机***结构示意图。如图1所示，该***包括自由活塞斯特林发动机与直线发电机，并采用自由活塞斯特林发动机与直线发电机耦合布置方式，即自由活塞斯特林发动机排出器16固定部件平面支撑弹簧18布置于直线发电机背腔；自由活塞斯特林发动机由膨胀腔11、吸热端换热器12、回热器13、放热端换热器14、压缩腔15、排出器16、动力活塞17和排出器平面支撑弹簧18组成；直线发电机包括电机动子1、电机定子2和平面支撑弹簧3；自由活塞斯特林发动机的排出器16固定部件平面支撑弹簧18布置于直线发电机背腔；电机动子1与动力活塞17耦合为一体。

图2为现有的另一种自由活塞斯特林发动机***结构示意图。如图2所示，该***由自由活塞斯特林发动机与直线发电机组成，并采用自由活塞斯特林发动机与直线发电机分离布置方式；排出器16固定部件平面支撑弹簧18布置于斯特林发动机的排出器16内。自由活塞斯特林发动机由膨胀腔11、吸热端换热器12、回热器13、放热端换热器14、压缩腔15、排出器16、动力活塞17、排出器平面支撑弹簧18组成和排出器底座19组成；直线发电机由电机动子1、电机定子2和平面支撑弹簧3组成；直线发电机的电机动子1与动力活塞17耦合为一体。

根据所用热源温度的不同，自由活塞斯特林发动机又可分为高温热源发动机与低温冷源发动机。对于图1、图2所示的传统自由活塞斯特林发动机：当其利用高温热源工作时，以图2结构为例，吸热端换热器12为高温端，放热端换热器14为室温端，动力活塞17工作于室温状态下，动力活塞17与气缸间的密封不受高温端换热器12影响；而当利用低温冷源工作时，吸热端换热器12为室温端，放热端换热器14为低温端，此时动力活塞17位于低温环境，遇冷收缩，导致活塞与气缸壁间的密封性能下降，增大流动损失与冷量损失。为解决低温冷源利用时遇到的问题，我们采用一种新型的自由活塞斯特林发动机结构，如图3所示，与图2结构相比，斯特林发动机2采用了整体反向布置，即25为压缩腔，24为放热端换热器，23仍为回热器，22为吸热端换热器，21为膨胀腔，此时靠近动力活塞27的吸热端换热器22为室温端，远离动力活塞侧的放热端换热器24为低温端，从而使动力活塞27工作于室温状态下，避免了低温导致活塞与气缸的密封性能下降以及引起冷量损失等。

在一些特殊场合，如钢铁厂、大型液化天然气运输油轮等，既有可回收的工业或尾气废热，同时又有大量可利用的液氮和液化天然气汽化（常压沸点约120K）冷量。现有自由活塞斯特林发动机对这些热量与冷量同时进行回收利用时，通常有两种形式，但都有各自缺点，具体如下：

1.采用两套完全独立的自由活塞发动机***，即一套高温热源发动机***与一套低温冷源发动机***。其中高温热源发动机宜采用图1或图2所示传统自由活塞斯特林发动机形式，而低温冷源发动机宜采用图3所示的一种新型自由活塞斯特林发动机形式。因此，两台发动机中，靠近动力活塞侧的换热器均为室温端换热器，高温端换热器或低温端换热器不会对动力活塞与气缸间的密封产生不利影响。但缺点在于***结构不紧凑，成本高。

2.采用一套自由活塞斯特林发动机***同时利用高温热源与低温冷源。具体结构可以是图1、图2或图3中任意结构。当采用图1或图2传统自由活塞斯特林结构时，吸热端换热器12为高温端，放热端换热器14为低温端，动力活塞17工作于低温环境中，易遇冷收缩，对活塞与气缸间密封造成不利影响，增大流动损失与冷量损失；当采用图3所示的一种新型自由活塞斯特林发动机结构时，放热端换热器24为低温端，吸热端换热器22为高温端，动力活塞27工作于高温环境下，易受热膨胀，增大活塞与气缸间的摩擦损失。因此，采用一套自由活塞发动机***始终无法避免温度对动力活塞的密封造成的不利影响和相应的冷、热量损失，但其优点在于结构紧凑，成本较低。

本发明正是针对以上两种方案各自存在的缺点，而提出的一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***。

发明内容

本发明的目的是针对现有自由活塞斯特林发动机在同时利用高温热源与低温冷源时存在的困难，提供一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，该***一方面能够避免高、低温换热器对动力活塞与气缸间密封造成的不利影响，另一方面又使结构更加紧凑，成本更低。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，其由高温热源发动机、低温冷源发动机与直线发电机组成；高温热源发动机与低温冷源发动机同时驱动直线发电机运行。

所述高温热源发动机为高温热源自由活塞斯特林发动机，其由依次沿轴向布置的第一膨胀腔11、高温端换热器12、第一回热器13、第一室温端换热器14、第一压缩腔15、第一动力活塞17、第一排出器16、第一排出器支撑平面弹簧18和第一排出器底座19组成；所述第一压缩腔15为第一排出器16、第一室温端换热器14与第一动力活塞17之间所构成的空腔；所述第一膨胀腔11为第一排出器16与高温端换热器12所构成的空腔；所述高温端换热器12、第一回热器13、第一室温端换热器14均为环形结构，并沿发动机轴向依次布置，其中第一室温端换热器14靠近直线发电机侧，可避免第一动力活塞17与气缸间密封受高温（>500℃）影响；所述第一排出器16为一圆筒状结构，位于由第一高温端换热器12、第一回热器13与第一室温端换热器14构成的中部空腔内，依靠第一平面支撑弹簧18与第一排出器底座19连接；所述第一平面支撑弹簧18一方面用以支撑第一排出器16，另一方面用以提供第一排出器16往复振动所需的回复力。

所述低温冷源发动机为低温冷源自由活塞斯特林发动机，其由依次沿轴向布置的第二膨胀腔21、第二室温端换热器22、第二回热器23、低温端换热器24、第二压缩腔25、第二动力活塞27、位于第二膨胀腔21和第二压缩腔25之间所构成腔体气缸内的第二排出器26、第二排出器平面支撑弹簧28和第二排出器底座29组成；所述第二膨胀腔21为第二排出器26、第二室温端换热器22与第二动力活塞26所构成的空腔；所述第二压缩腔25为第二排出器26与低温端换热器24所构成的空腔；所述第二室温端换热器22、第二回热器23、低温端换热器24均为环形结构，并沿发动机轴向依次布置，其中第二室温端换热器22靠近直线发电机侧，可避免第二动力活塞27与气缸间密封受低温（<-120℃）影响。

所述直线发电机为直线振荡发电机，其由电机动子1、电机定子2和第三平面支撑弹簧3组成；所述电机动子1分别与高温热源自由活塞斯特林发动机的第一动力活塞17和低温冷源自由活塞斯特林发动机的第二动力活塞27相耦合。

所述的第一动力活塞17位于高温热源自由活塞斯特林发动机的第一室温端换热器14侧；所述的第二动力活塞27位于低温冷源自由活塞斯特林发动机的第二室温端换热器22侧。

所述高温热源自由活塞斯特林发动机、低温冷源自由活塞斯特林发动机与直线发电机同轴排列；所述直线发电机位于中间，所述高温热源自由活塞斯特林发动机和低温冷源自由活塞斯特林发动机分别位于所述直线发电机的上下两侧。

所述高温热源发动机的第一压缩腔15、低温冷源发动机的第二膨胀腔21和直线发电机通过一个三通管相连通。

所述直线发电机可为动磁式电机，其永磁***于电机动子1上。

所述直线发电机可为动铁式电机，其铁芯在电机动子1上。

所述直线发电机可为动圈式电机，其线圈位于电机动子1上。

所述高温热源发动机在工作时，第一排出器与第一动力活塞往复振动，并维持一定的相位差，第一膨胀腔与第一压缩腔容积也发生相应变化，使气体按照一定的规律膨胀吸热，压缩放热，最终将热能转化为机械能（声功），并通过第一动力活塞将机械能转化为电能。

低温冷源发动机各部件结构形式及工作方式与高温热源发动机相同，区别在于：相比较高温热源发动机的布置结构，第二排出器反向布置，即第二平面支撑弹簧与第二排出器固定底座及第二膨胀腔与第二压缩腔位置互换；吸热端换热器与放热端换热器位置互换，即靠近第二动力活塞侧为室温端换热器，远离第二动力活塞侧为低温端换热器，从而避免动力活塞与气缸间密封受低温（<-120℃）影响。

所述高温热源发动机的室温端换热器与低温冷源发动机的室温端换热器相耦合。高温热源发动机工作时向其室温端换热器放热，而低温冷源发动机工作时从室温端换热器吸热，两者的耦合可以有效降低室温端换热器的负荷，提高能效。

所述直线发电机为动铁式、动磁式或动圈式直线振荡电机，包括电机动子、电机定子和平面支撑弹簧等，电机的动子和定子由线圈、铁芯和永磁体等结构组成。所述电机动子两侧分别与所述高温热源发动机动力活塞与低温冷源发动机动力活塞耦合。所述平面支撑弹簧一方面用以支撑电机动子，另一方用以提供电机动子往复振动所需的回复力。所述电机动子亦可采用气浮轴承支撑。电机动子在往复运动过程中切割磁力线，将机械能转化为电能。

由以上技术方案可知，本发明的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***解决了现有自由活塞斯特林发动机在同时利用高温热源与低温冷源时存在的问题，具有以下技术优点：采用一套自由活塞斯特林发动机***同时利用高温热源与低温冷源，保证了***结构紧凑性与低成本；动力活塞始终工作于室温温区，避免了高温或低温环境对动力活塞与气缸间密封造成的不利影响，确保***可以高效稳定运行。

附图说明

图1为一种传统自由活塞斯特林发动机结构示意图；

图2为另一种传统自由活塞斯特林发动机结构示意图；

图3为一种新型自由活塞斯特林发动机结构示意图；

图4为本发明实施例1结构示意图；

图5为实施例1工作原理示意图；

图6为本发明实施例2结构示意图；

图7为实施例2工作原理示意图。

具体实施方式

图4为本发明的自由活塞斯特林发动机***具体实施例1的结构示意图。如图4所示，其由高温热源发动机、低温冷源发动机和直线发电机三部分同轴排列组成，直线发电机位于中间，高温热源发动机与低温冷源发动机分别位于直线发电机两侧。

高温热源发动机与低温冷源发动机各个部件结构基本相同，具体如下：

所述高温热源发动机为高温热源自由活塞斯特林发动机，其由依次沿轴向布置的第一膨胀腔11、高温端换热器12、第一回热器13、第一室温端换热器14、第一压缩腔15、第一动力活塞17、位于第一膨胀腔11与第一压缩腔15之间所构成腔体气缸内的第一排出器16、第一排出器平面支撑弹簧18和第一排出器底座19组成；

所述低温冷源发动机为低温冷源自由活塞斯特林发动机，其由依次沿轴向布置的第二膨胀腔21、第二室温端换热器22、第二回热器23、低温端换热器24、第二压缩腔25、第二动力活塞27、位于第二膨胀腔21和第二压缩腔25之间所构成腔体气缸内的第二排出器26、第二排出器平面支撑弹簧28和第二排出器底座29组成；

第一回热器13和第二回热器23内部分别填充孔隙材料，通常为不锈钢丝网或不锈钢纤维毡；

第一排出器16、第二排出器26的主体分别为等截面或变截面薄壁圆筒，材料一般选用不锈钢或铝合金，以减小轴向导热损失；由于第一排出器16一侧和第二排出器26一侧分别连接有排出器连杆，因此，排出器（第一排出器16和第二排出器26）两端气体压力作用的面积并不相同；两端压差也构成了排出器（第一排出器16、第二排出器26）往复振动的回复力的一部分；

第一排出器16、第二排出器26与其所在的腔体气缸壁之间均采用间隙密封，既可减小膨胀腔（第一膨胀腔11和第二膨胀腔21）分别与压缩腔（第一压缩腔15和第二压缩腔25）之间的串气损失与漏热损失，同时也避免了接触密封引起的摩擦损失；

排出器平面支撑弹簧（第一排出器平面支撑弹簧18和第二排出器平面支撑弹簧28）的中心分别连接第一排出器底座19和第二排出器29，边缘分别连接第一排出器16和第二排出器26；第一排出器平面支撑弹簧18和第二排出器平面支撑弹簧28一方面分别约束第一排出器16、第二排出器26的径向位移，防止间隙密封遭到破坏，另一方面，提供第一排出器16、第二排出器26在轴向方向往复运动时所需的回复力；

第一排出器固定底座19和第二排出器固定底座29通常为T型结构；边缘分别固定于各自的发动机壳体，第一排出器固定底座19中心连接杆和第二排出器固定底座29的中心连接杆分别固定第一平面支撑弹簧18和第二平面支撑弹簧28；第一排出器固定底座19上还开有连通孔，以保证被底座隔开的腔体（第一压缩腔15）内部相互连通；

第一动力活塞17和第二动力活塞27一般为铝合金材料，其与各自气缸壁间可采用间隙密封或迷宫密封；

直线发电机主要包括电机动子、电机定子和平面支撑弹簧等。具体形式可以是动磁式电机（永磁***于电机动子上），动铁式电机（铁芯在动子上），也可以是动圈式电机（线圈位于电机动子上）；

电机动子1两侧分别与第一动力活塞17和第二动力活塞27耦合，并在各自的动力活塞的驱动下往复振动，切割磁感线，将机械能转化为电能；

直线发电机的第三平面支撑弹簧3一方面分别约束第一动力活塞17和第二动力活塞27（包括与之相连的电机动子1）的径向位移，防止密封遭到破坏，另一方面，提供电机动子1在轴向方向往复运动时所需回复力；

电机动子1的支撑亦可采用气浮轴承方式。

本实施例的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***的工作过程由若干个循环周期构成，每一个循环周期可分为个图5所示的a-b、b-c、c-d和d-a4个过程，具体如下：

1）高温热源自由活塞斯特林发动机工作原理：

a-b过程，第一动力活塞17上行，第一排出器16下行，气体从第一压缩腔15流入第一膨胀腔11，途中从第一回热器13吸收热量（该热量来自上一c-d过程中，气体释放给第一回热器13的热量），气体温度升高；

b-c过程，气体在第一膨胀腔11内，通过高温端换热器12从外界高温热源吸热并膨胀，使第一排出器16下行，并推动第一动力活塞17下行；此过程中，热能转换为机械能，并通过第一动力活塞17向外界输出；

c-d过程，第一动力活塞17下行，第一排出器16上行，气体从第一膨胀腔11流入第一压缩腔15，途中将热量释放给第一回热器13（该热量可被下一a-b过程中气体所吸收），气体温度降低；

d-a过程，第一动力活塞17与第一排出器16同时上行，气体在第一压缩腔15内被压缩，并通过第一室温端换热器14向外界（室温）放热；

2）低温冷源自由活塞斯特林发动机工作原理:

a-b过程，第二排出器26上行，气体在第二膨胀腔21内，通过第二室温端换热器22从外界（室温）吸热并膨胀，推动第二动力活塞27。此过程中，热能转换为机械能，并通过第二动力活塞27向外界输出；

b-c过程，第二动力活塞27下行，第二排出器26上行，气体从第二膨胀腔21流入第二压缩腔25，途中将热量释放给第二回热器23（该热量可被下一d-a过程中气体所吸收），气体温度降低；

c-d过程，第二动力活塞27与第二排出器26同时下行，使气体在第二压缩腔25内被压缩，并通过低温端换热器24向低温冷源放热；

d-a过程，第二动力活塞27上行，第二排出器26下行，气体从第二压缩腔25流入第二膨胀腔21，途中从第二回热器23吸收热量（该热量来自b-c过程中气体释放给第二回热器23的热量），温度升高。

3）直线发电机工作原理

在第一动力活塞17和第二动力活塞27的推动下，直线发电机动子1往复振动切割磁感线，将机械能转化为电能；

本实施例中采用一套同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***同时利用高温热源与低温冷源发电，相比于现有技术方案，不仅降低了加工制造成本，也使结构更加紧凑；同时，本实施例中动力活塞远离高、低温端换热器，活塞与气缸壁间的密封不再受温度影响，从而确保***可以高效稳定地运行。

实施例2：

图6为本发明的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***的实施例2结构示意图。如图6所示，其由高温热源发动机、低温冷源发动机与直线发电机三部分组成，高温热源自由活塞斯特林发动机的第一压缩腔15、低温冷源自由活塞斯特林发动机的第二膨胀腔21和直线发电机通过一个三通管相连接。

高温热源发动机与低温冷源发动机各个部件结构基本相同，具体如下：

所述高温热源自由活塞斯特林发动机和低温冷源自由活塞斯特林发动机结构与实施例1所述的高温热源自由活塞斯特林发动机和低温冷源自由活塞斯特林发动机结构相同；第一高温端换热器12、第一低温端换热器22、第一室温端换热器14和第二室温端换热器24均为环形结构，通常为翅片式换热器或管壳换热器，换热壁面材料为紫铜或铝合金，外侧耐压壳体材料为不锈钢，具体形式可根据实际换热需要决定；

所述第一回热器13和第二回热器23内部填充孔隙材料，该孔隙材料为不锈钢丝网或不锈钢纤维毡；

所述第一排出器16和第二排出器26为等截面或变截面的薄壁圆筒，材料选用不锈钢或铝合金，以减小轴向导热损失；由于第一排出器16一侧和第二排出器26一侧均连接有排出器连杆，因此，排出器两端气体压力作用的面积并不相同；排出器两端压差构成了排出器往复振动的回复力的一部分；

第一排出器16和第二排出器26与其所在的腔体气缸壁间采用间隙密封，既可减小第一膨胀腔11与第一压缩腔15之间及第二膨胀腔21与第二压缩腔25之间的串气损失与漏热损失，同时也避免了接触密封引起的摩擦损失；

排出器平面支撑弹簧（第一排出器平面支撑弹簧18和第二排出器平面支撑弹簧28）的中心分别连接第一排出器底座19和第二排出器29，边缘分别连接第一排出器16和第二排出器26；第一排出器平面支撑弹簧18和第二排出器平面支撑弹簧28一方面分别约束第一排出器16、第二排出器26的径向位移，防止间隙密封遭到破坏，另一方面，提供第一排出器16、第二排出器26在轴向方向往复运动时所需的回复力；

排出器固定底座（第一排出器固定底座19和第二排出器固定底座29）通常为T型结构；边缘固定于各自的发动机壳体，排出器固定底座（第一排出器固定底座19和第二排出器固定底座29）的中心连接杆分别固定平面支撑弹簧（第一平面支撑弹簧18和第二平面支撑弹簧28）；第一排出器固定底座19上还开有连通孔，以保证被底座隔开的腔体（第一压缩腔15）相互连通；

直线发电机的第三动力活塞7材质一般为铝合金材料，其与所在的腔体气缸壁间采用间隙密封或迷宫密封；

所述直线发电机主要包括电机动子、电机定子和平面支撑弹簧等；具体形式可以是动磁式电机（永磁***于电机动子上），动铁式电机（铁芯在动子上），也可以是动圈式电机（线圈位于电机动子上）；

所述直线发电机的电机动子1与第三动力活塞7耦合，并在第三动力活塞7的带动下往复振动，切割磁感线，将机械能转化为电能；

所述直线发电机的平面支撑弹簧3一方面约束第三动力活塞7（包括与之相连的电机动子1）的径向位移，防止密封遭到破坏，另一方面，提供电机动子1在轴向方向往复运动时所需的回复力；

所述直线发电机的电机动子1的支撑亦可采用气浮轴承方式。

本实施例的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***的工作过程由若干个循环周期构成，每一个循环周期可分为图7所示的a-b、b-c、c-d和d-a4个过程，具体如下：

1）高温热源自由活塞斯特林发动机工作原理

a-b过程，第三动力活塞7上行，第一排出器16右行，气体从第一压缩腔15流入第一膨胀腔11，途中从第一回热器13吸收热量（该热量来自上一c-d过程中，气体释放给第一回热器13的热量），气体温度升高；

b-c过程，气体在第一膨胀腔11内，通过第一吸热端换热器12从外界（高温）吸热并膨胀，使第一排出器16右行，并推动第三动力活塞7下行；此过程中，热能转换为机械能，并通过第三动力活塞7向外界输出；

c-d过程，第三动力活塞7下行，第一排出器16左行，气体从第一膨胀腔11流入第一压缩腔15，途中将热量释放给第一回热器13（该热量可被下一a-b过程中气体所吸收），气体温度降低；

d-a过程，第三动力活塞7上行，第一排出器16左行，气体在第一压缩腔15内被压缩，并通过第一放热端换热器14向外界（室温）放热；

2）低温冷源自由活塞斯特林发动机工作原理

a-b过程，第二排出器26左行，气体在第二膨胀腔21内通过第二室温端换热器22从外界（室温）吸热并膨胀，推动第三动力活塞7向下运动；此过程中，热能转换为机械能，并通过第三动力活塞7向外界输出；

b-c过程，第三动力活塞7下行，第二排出器26左行，第二气体从膨胀腔21流入第二压缩腔25，途中将热量释放给第二回热器23（该热量可被下一d-a过程中气体所吸收），气体温度降低；

c-d过程，第三动力活塞7下行，第二排出器26右行，使气体在第二压缩腔25内被压缩，并通过第二放热端换热器24向低温冷源放热；

d-a过程，第三动力活塞7上行，第二排出器26右行，气体从第二压缩腔25流入第二膨胀腔21，途中从第二回热器23吸收热量（该热量来自b-c过程中气体释放给第二回热器23的热量），温度升高；

3）直线发电机工作原理

在第三动力活塞7的推动下，直线发电机动子1往复振动切割磁感线，将机械能转化为电能；

实施例2不仅具有与实施例1相同的技术优势，而且减少了一个动力活塞，从而进一步降低了直线发电机制造装配难度。

以上两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。

Claims (7)

1.一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，其特征在于，其由高温热源发动机、低温冷源发动机与直线发电机组成；高温热源发动机与低温冷源发动机同时驱动直线发电机运行；

所述高温热源发动机为高温热源自由活塞斯特林发动机，其由依次沿轴向布置的第一膨胀腔（11）、高温端换热器（12）、第一回热器（13）、第一室温端换热器（14）、第一压缩腔（15）、第一动力活塞（17）、位于第一膨胀腔（11）与第一压缩腔（15）之间所构成腔体气缸内的第一排出器（16）、第一排出器平面支撑弹簧（18）和第一排出器固定底座（19）组成；

所述低温冷源发动机为低温冷源自由活塞斯特林发动机，其由依次沿轴向布置的第二膨胀腔（21）、第二室温端换热器（22）、第二回热器（23）、低温端换热器（24）、第二压缩腔（25）、第二动力活塞（27）、位于第二膨胀腔（21）和第二压缩腔（25）之间所构成腔体气缸内的第二排出器（26）、第二排出器平面支撑弹簧（28）和第二排出器固定底座（29）组成；

所述直线发电机为直线振荡发电机，其由电机动子（1）、电机定子（2）和第三平面支撑弹簧（3）组成，电机动子和电机定子由线圈、铁芯和永磁体构成；所述电机动子（1）分别与高温热源自由活塞斯特林发动机的第一动力活塞（17）和低温冷源自由活塞斯特林发动机的第二动力活塞（27）相耦合。

2.按权利要求1所述的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，其特征在于，所述高温热源自由活塞斯特林发动机的第一动力活塞（17）位于高温热源自由活塞斯特林发动机机的第一室温端换热器（14）侧；所述低温冷源自由活塞斯特林发动机的第二动力活塞（27）位于低温冷源自由活塞斯特林发动机的第二室温端换热器（22）侧。

3.按权利要求1所述的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，其特征在于，所述高温热源自由活塞斯特林发动机、低温冷源自由活塞斯特林发动机与直线发电机同轴排列；所述直线发电机位于中间，所述高温热源自由活塞斯特林发动机和低温冷源自由活塞斯特林发动机分别位于所述直线发电机的上下两侧。

4.按权利要求1所述的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，其特征在于，所述高温热源自由活塞斯特林发动机的第一压缩腔（15）、低温冷源自由活塞斯特林发动机的第二膨胀腔（21）和直线发电机通过一个三通管相连通。

5.按权利要求1所述的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，其特征在于，所述直线发电机为动磁式电机，其永磁***于电机动子（1）上。

6.按权利要求1所述的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，其特征在于，所述直线发电机为动铁式电机，其铁芯在电机动子（1）上。

7.按权利要求1所述的同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机***，其特征在于，所述直线发电机为动圈式电机，其线圈位于电机动子（1）上。

Images