TWI792856B - 雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機 - Google Patents

雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機 Download PDF

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楊翰勳
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Abstract

一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，其包含：第一史特靈機、第二史特靈機及流體活塞組件，流體活塞組件以連接管連接第一史特靈機及第二史特靈機，連接管中充填有流體活塞，藉此能依需求以第一史特靈機或第二史特靈機之中任意選擇其一為受熱部，而另一為放熱部進行使用，能提升使用時之便利性。

Description

雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機
本發明是關於史特靈加熱致冷機之技術領域，特別是指一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機。
習用史特靈加熱致冷機請參閱如中華民國第I539125號專利所述，係提供一種史特靈加熱致冷機，主要包含史特靈引擎(1)及致冷組件(2)，其中，使用時如該專利第3-6圖所示，是以熱能加熱史特靈引擎(1)的加熱部(132)，受到加熱後第一容置空間(131)內的工作氣體受熱膨脹而往第二工作空間(15)移動並推動活塞(12)位移，然後工作氣體會進入到致冷組件(2)中，並藉由排熱部(26)及致冷部(22)釋放熱能，當工作氣體降溫體積縮小，則會再回到史特靈引擎(1)，進而讓活塞(12)復位，而在加熱部(132)繼續受熱的情況下，第一容置空間(131)內的工作氣體再次受熱膨脹，又再次推動活塞(12)位移，藉此受熱、放熱的機制，達到加熱、致冷的效果。
不過，上述的史特靈加熱致冷機為了達到降溫(放熱)的效果，一定需要設置致冷組件(2)，結構較為複雜。
而且，上述的史特靈加熱致冷機主要由史特靈引擎(1)及致冷組件(2)所組成，導致會限制受熱及放熱的部位(必定是由史特靈引擎(1)受熱，再由致冷組件(2)放熱)，在使用上也受到了一定的限制。
本發明之第一主要目的乃在於提供一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，不需設置有如先前技術中所述的致冷組件，結構上更為精簡。
本發明之第二主要目的乃在於提供一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，提供受熱、放熱部位的選擇性，提升了使用時之便利性。
為了達成上述之目的，本發明提供之一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，其包含：一第一史特靈機，定義有一第一上端及一第一下端，該第一史特靈機內部具有一第一腔室，且該第一史特靈機具有一第一移氣器、一第一擋止件及一第一熱傳導器，該第一移氣器、該第一擋止件及該第一熱傳導器係位於該第一腔室，該第一移氣器連接一第一彈性單元，該第一彈性單元再連接一第一移氣器柱頂抵於該第一擋止件，該第一熱傳導器圍繞該第一移氣器並將該第一腔室區隔為一第一上子腔室及一第一下子腔室，該第一熱傳導器由上至下包含一第一上導熱部、一第一再生部及一第一下導熱部；一第二史特靈機，定義有一第二上端及一第二下端，該第二史特靈機內部具有一第二腔室，且該第二史特靈機具有一第二移氣器、一第二擋止件及一第二熱傳導器，該第二移氣器、該第二擋止件及該第二熱傳導器係位於該第二腔室，該第二移氣器連接一第二彈性單元，該第二彈性單元再連接一第二移氣器柱頂抵於該第二擋止件，該第二熱傳導器圍繞該第二移氣器並將該第二腔室區隔為一第二上子腔室及一第二下子腔室，該第二熱傳導器由上至下包含一第二上導熱部、一第二再生部及一第二下導熱部；以及一流體活塞組件，具有一連接管及一流體活塞，該連接管具有一第一端及一第二端，該第一端連接於該第一史特靈機之 第一下端，並與該第一下子腔室連通，該第二端連接於該第二史特靈機之第二下端，並與該第二下子腔室連通，該流體活塞係充填於該連接管內。
藉此，本發明所提供之一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，不需設置有如先前技術中所述的致冷組件，藉由第一史特靈機、第二史特靈機及流體活塞組件之技術特徵，即可達成加熱、致冷的效果，令結構更為精簡。
以及，本發明所提供之一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，藉由第一史特靈機、第二史特靈機及流體活塞組件之技術特徵，能依使用需求在第一史特靈機、第二史特靈機之中任意選擇其一為受熱部，而另一為放熱部進行使用，提升了使用時之便利性。
10:雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機
20:第一史特靈機
21:第一上端
23:第一下端
25:第一腔室
251:第一上子腔室
253:第一下子腔室
26:第一移氣器
261:第一彈性單元
27:第一擋止件
28:第一熱傳導器
281:第一上導熱部
283:第一再生部
285:第一下導熱部
30:第二史特靈機
31:第二上端
33:第二下端
35:第二腔室
351:第二上子腔室
353:第二下子腔室
36:第二移氣器
361:第二彈性單元
37:第二擋止件
38:第二熱傳導器
381:第二上導熱部
383:第二再生部
385:第二下導熱部
40:流體活塞組件
41:連接管
411:第一端
412:第一壓縮室
413:第二端
414:第二壓縮室
415:管身
417:第三端
418:第三腔室
43:流體活塞
50:動力裝置
51:馬達/發電機組件
52:動子
53:固體活塞
54:線圈
圖1係本發明一較佳實施例之側視圖。
圖2係本發明一較佳實施例之使用狀態圖1。
圖3係本發明一較佳實施例之使用狀態圖2。
圖4係本發明一較佳實施例之使用狀態圖3。
圖5係本發明一較佳實施例之使用狀態圖4。
為了詳細說明本發明之技術特點所在，茲針對以下一較佳實施例，並配合圖式1-5說明如後，本發明所使用的，例如“第一”、“第二”以及類似的詞語，並不表示任何順序或重要性，而只是用來區分特徵的命名。
如圖1所示本發明一較佳實施例之雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機10，主要由一第一史特靈機20、一第二史特靈機30及一流體活塞組件40所組成。
該第一史特靈機20定義有一第一上端21及一第一下端23，該第一史特靈機20內部具有一第一腔室25，且該第一史特靈機20具有一第一移氣器26、一第一擋止件27及一第一熱傳導器28，該第一移氣器26、該第一擋止件27及該第一熱傳導器28係位於該第一腔室25，該第一移氣器26連接一第一彈性單元261，該第一彈性單元261再連接一第一移氣器26柱頂抵於該第一擋止件27，該第一熱傳導器28圍繞該第一移氣器26並將該第一腔室25區隔為一第一上子腔室251及一第一下子腔室253，該第一熱傳導器28由上至下包含一第一上導熱部281、一第一再生部283及一第一下導熱部285。在本較佳實施例中，該第一彈性單元261可為但不限於彈簧；該第一上導熱部281、該第一下導熱部285可為但不限於導熱鰭片或其他可供導熱之物質，而該第一再生部283則可為但不限於金屬或陶瓷的多孔隙材料。
該第二史特靈機30定義有一第二上端31及一第二下端33，該第二史特靈機30內部具有一第二腔室35，且該第二史特靈機30具有一第二移氣器36，一第二擋止件37及一第二熱傳導器38，該第二移氣器36、該第二擋止件37及該第二熱傳導器38係位於該第二腔室35，該第二移氣器36連接一第二彈性單元361，該第二彈性單元361再連接一第二移氣器36柱頂抵於該第二擋止件37， 該第二熱傳導器38圍繞該第二移氣器36並將該第二腔室35區隔為一第二上子腔室351及一第二下子腔室353，該第二熱傳導器38由上至下包含一第二上導熱部381、一第二再生部383及一第二下導熱部385。在本較佳實施例中，該第二彈性單元361可為但不限於彈簧；該第二上導熱部381、該第二下導熱部385可為但不限於導熱鰭片或其他可供導熱之物質；該第二再生部383則可為但不限於金屬或陶瓷的多孔隙材料。
該流體活塞組件40具有一連接管41及一流體活塞43，該連接管41具有一第一端411及一第二端413，該第一端411連接於該第一史特靈機20之第一下端23，並與該第一下子腔室253連通，該第二端413連接於該第二史特靈機30之第二下端33，並與該第二下子腔室353連通，該流體活塞43係填充於該連接管41內。在本較佳實施例中，該流體活塞43以液態為例(如水)，在其他較佳實施例中，該流體活塞43亦能以氣態為例，故該流體活塞43之實施不僅以本較佳實施例為限。
在本較佳實施例中，該連接管41之第一端411及該第二端413係由一管身415連接，該第一端411係形成有一第一壓縮室412，該第二端413係形成有一第二壓縮室414，且該流體活塞43係充填於該第一壓縮室412及該第二壓縮室414，藉此提升該流體活塞43之作動效率，進而提升本發明加熱、致冷的效率。在其他較佳實施例中，如在加熱、致冷效率要求不高，或是氣體壓力變化足以讓該流體活塞43作動的情況下，亦可省略該第一壓縮室412、該第一腔室25、該第二壓縮室414、該第二腔室35與該管身415的技術特徵，故該第一壓縮室412、該第一腔室25、該第二壓縮室414、該第二腔室35與該管身415的技術特徵並非達成本發明之必要條件。
在本較佳實施例中，更包含一動力裝置50，該動力裝置50包含一馬達/發電機組件51及一固體活塞53，該馬達/發電機組件51驅動該固體活塞53，該馬達/發電機組件51具有一動子52及一線圈54，藉由該固體活塞53的作動，該動子52上的磁鐵隨之運動，並與該線圈54發生磁場改變，進而產生感應電流；該連接管41之管身415更延伸一第三端417，該第三端417位於該第一端411及該第二端413之間，該第三端417具有一第三腔室418，該固體活塞53係位於該第三腔室418，該流體活塞43係充填於該第三腔室418，並與該固體活塞53接觸，藉此提升該流體活塞43之作動，進而提升本發明加熱、致冷的效率。在其他較佳實施例中，如在加熱、致冷效率要求不高，亦可省略該動力裝置50與該連接管41之第三端417的技術特徵，故該動力裝置50與該連接管41之第三端417的技術特徵並非達成本發明之必要條件。
由前述結構可說明得知，如圖1-5所示，本發明所提供之雙作動流體活塞43史特靈加熱致冷機10，係由該連接管41連接有該第一史特靈機20、該第二史特靈機30及該動力裝置50。
如圖2-3所示，當該第一史特靈機20以該第一上端21接觸熱源時，該馬達/發電機組件51驅動該固體活塞53作動向下壓縮該第三腔室418內的該流體活塞43，熱導入該第一上子腔室251令氣體受熱膨脹，令該第一移氣器26向下移動，且該第二移氣器36向上移動，熱經由該第一上導熱部281、該第一再生部283、該第一下導熱部285將熱導入該第一下子腔室253，而位在該第一壓縮室412內的該流體活塞43向下推動，同時令該第二壓縮室414內的該流體活塞43向上，熱傳出該第二壓縮室414，並經由該第二下導熱部385、該第二再 生部383、該第二上導熱部381，將熱自該第二史特靈機30之第二上端31排出，該馬達/發電機組件51驅動該固體活塞53作動向上。
接著，如圖3-4所示，該第一移氣器26向上復位，該第二移氣器36向下移動，該第一腔室25及該第二腔室35的氣體，流經該第一再生部283及該第二再生部383進行等容再生。
接著，如圖4-5所示，熱自該第一壓縮室412傳出，位於該第一壓縮室412內的該流體活塞43作動向上，同時該第二壓縮室414內的該流體活塞43作動向下，該第二壓縮室414內的氣體膨脹，熱傳入該第二壓縮室414，而馬達/發電機組件51驅動該固體活塞53向下作動。
然後，如圖5-2所示，該第一移氣器26係向下移動，而該第二移氣器36向上移動，該第一腔室25及該第二腔室35的氣體，進行等容再生，藉此周而復始地達到該第一史特靈機20之第一上端21為加熱，而該第二史特靈機30之第二上端31為致冷的加熱、致冷系統。
上述是以該第一史特靈機20進行加熱，而該第二史特靈機30為致冷的加熱、致冷過程；當本發明選擇以該第二史特靈機30進行加熱，該第一史特靈機20為致冷的原理及過程，實質上係與前述以該第一史特靈機20為加熱，該第二史特靈機30為致冷的原理及過程相同，故容不再予贅述。
據此，本發明所提供之一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機10，不需設置有如先前技術中所述的致冷組件，藉由該第一史特靈機20、該第二史特靈機30及該流體活塞組件40之技術特徵，即可達成加熱、致冷的效果，令結構更為精簡。
以及，本發明所提供之一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機10，藉由該第一史特靈機20、該第二史特靈機30及該流體活塞組件40之技術特徵，能依使用需求在該第一史特靈機20、該第二史特靈機30之中任意選擇其一為受熱部，而另一為放熱部進行使用，提升了使用時之便利性。
10:雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機
20:第一史特靈機
21:第一上端
23:第一下端
25:第一腔室
251:第一上子腔室
253:第一下子腔室
26:第一移氣器
261:第一彈性單元
27:第一擋止件
28:第一熱傳導器
281:第一上導熱部
283:第一再生部
285:第一下導熱部
30:第二史特靈機
31:第二上端
33:第二下端
35:第二腔室
351:第二上子腔室
353:第二下子腔室
36:第二移氣器
361:第二彈性單元
37:第二擋止件
38:第二熱傳導器
381:第二上導熱部
383:第二再生部
385:第二下導熱部
40:流體活塞組件
41:連接管
411:第一端
412:第一壓縮室
413:第二端
414:第二壓縮室
415:管身
417:第三端
418:第三腔室
43:流體活塞
50:動力裝置
51:馬達/發電機組件
52:動子
53:固體活塞

Claims (5)

  1. 一種雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，其包含：一第一史特靈機，定義有一第一上端及一第一下端，該第一史特靈機內部具有一第一腔室，且該第一史特靈機具有一第一移氣器、一第一擋止件及一第一熱傳導器，該第一移氣器、該第一擋止件及該第一熱傳導器係位於該第一腔室，該第一移氣器連接一第一彈性單元，該第一彈性單元再連接一第一移氣器柱頂抵於該第一擋止件，該第一熱傳導器圍繞該第一移氣器並將該第一腔室區隔為一第一上子腔室及一第一下子腔室，該第一熱傳導器由上至下包含一第一上導熱部、一第一再生部及一第一下導熱部；一第二史特靈機，定義有一第二上端及一第二下端，該第二史特靈機內部具有一第二腔室，且該第二史特靈機具有一第二移氣器、一第二擋止件及一第二熱傳導器，該第二移氣器、該第二擋止件及該第二熱傳導器係位於該第二腔室，該第二移氣器連接一第二彈性單元，該第二彈性單元再連接一第二移氣器柱頂抵於該第二擋止件，該第二熱傳導器圍繞該第二移氣器並將該第二腔室區隔為一第二上子腔室及一第二下子腔室，該第二熱傳導器由上至下包含一第二上導熱部、一第二再生部及一第二下導熱部；以及一流體活塞組件，具有一連接管及一流體活塞，該連接管具有一第一端及一第二端，該第一端連接於該第一史特靈機之第一下端，並與該第一下子腔室連通，該第二端連接於該第二史特靈機之第二下端，並與該第二下子腔室連通，該流體活塞係充填於該連接管內。
  2. 如請求項1所述之雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，其中：該連接管之第一端及第二端係由一管身連接，該第一端係形成有一第一壓縮室，該第二端係形成有一第二壓縮室。
  3. 如請求項2所述之雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，其中：該流體活塞係充填於該第一壓縮室及該第二壓縮室。
  4. 如請求項2所述之雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，其中：更包含一動力裝置，該動力裝置包含一馬達/發電機組件及一固體活塞，該馬達/發電機組件驅動該固體活塞，該馬達/發電機組件具有一動子及一線圈，藉由該固體活塞的作動，該動子上的磁鐵隨之運動，並與該線圈發生磁場改變，進而產生感應電流；該連接管之管身更延伸一第三端，該第三端位於該第一端及該第二端之間，該第三端具有一第三腔室，該固體活塞係位於該第三腔室。
  5. 如請求項4所述之雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機，其中：該流體活塞係充填於該第三腔室，並與該固體活塞接觸。
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