106与排出器104上的气缸107之间为间隙密封，109为直线电机活塞。
[0043]如图4所示的排出器104通过第一板簧108支撑，在排出器104的近压缩腔端面有气缸107，气缸107内有小活塞106，第二板簧105将小活塞106与排出器104内壁面连接在一起。采用这样的结构后，小活塞106与汽缸107之间的间隙配合可以先装配完成，然后再对排出器与回热器102(包括非室温散热器103和室温换热器101)内壁面之间的间隙配合进行装配，两道装配过程可以独立完成，互不影响，并且其中一道配合发生调整时，另一道配合也不需要更改。在加工过程中，只需要保证小活塞106与汽缸107同轴，排出器104与回热器102内壁面同轴即可，小活塞106与回热器102之间微小的不同轴不会影响排出器的运动。因此采用该结构后，加工工艺大大简化。
[0044]举例来说，当排出器104相对于回热器102向下运动时，小活塞106则相对于排出器104向上运动，如图5中的左侧图；反之，排出器104相对于回热器102向上运动时，小活塞106则相对于排出器104向下运动，保持与排出器104反向运动，如图5中的右侧图。这样就可以使排出器104两个端面的扫气量不等，从而有效降低第二板簧108的刚度。在该结构中，由于小活塞106通过第二板簧108对排出器104施加了作用力，所以可以减少第二板簧108的刚度，在适当的设计下，甚至可以使第二板簧108的刚度为0，这样第二板簧108对系统壁面的作用力将非常小，因此可以减小甚至消除系统外壳的振动。
[0045]需要指出的是，作为热栗使用时，排出器需反向安装，如图6所示，小活塞位于排出器远离直线活塞的一端。因为作为制冷机或者热栗使用时，声功是从排出器的远直线电机活塞端流向近直线电机活塞端的，而作为热栗使用时，声功的传输方向是反向的，所以排出器的安装方向需调转。
[0046]本实施例通过采用两个板簧的自由活塞的排出器结构，可以降低斯特林机装置的加工难度，减少甚至消除系统振动。
[0047]图7示出了本实施例提供的一种自由活塞斯特林机装置的结构示意图，包括排出器204、小活塞206、外壳200、弹性支撑结构208和室温换热器201 ;
[0048]本实施例除了所述排出器204、所述小活塞206和所述弹性支撑结构208与第一个实施例不同，其余结构均相同。
[0049]其中，所述弹性支撑结构208气浮装置，所述气浮装置包括为所述排出器204底面的单向阀215、所述排出器204侧面的若干个节流孔204和排出器内腔216。当装置启动时，会在小活塞206与气缸的间隙之间以及排出器204与回热器202内壁面之间形成高压气膜，所述单向阀215位于面向压缩腔215的端面，当装置启动时，所述单向阀内气体的流动方向为压缩腔流向排出器内腔。所述单向阀215设置于所述排出器204朝向所述压缩腔211的端面。一部分所述节流孔214设置于所述排出器204的内壁，且设置于所述小活塞206的高度范围内；另一部分所述节流孔214设置于所述排出器204的外壁。当压缩腔215内的压力升高时，气流通过单向阀215进入排出器204的内腔216形成高压气源，高压气源通过节流小孔214进入排出器204与回热器202内壁面之间的间隙，形成高压气膜，对排出器204起到支撑的作用，防止排出器204与回热器202内壁之间摩擦，最终气流流回压缩腔215。整个排出器204在压缩腔215和膨胀腔216压力波的作用下进行往复运动。排出器内腔216内的高压气体也可通过节流小孔214进入小活塞206和气缸207之间的间隙形成高压气膜，支撑小活塞206，防止小活塞206与气缸207之间摩擦。气缸207的一端封闭，与小活塞之间形成气体弹簧腔213，气体弹簧腔213作用于小活塞206使其作往复运动。
[0050]具体地，所述排出器204为U型空腔，其气缸207顶端为封闭结构。
[0051]进一步地，如图6所示，所述室温换热器201的内壁延伸至所述压缩腔211内，且延伸部分在靠近室温换热器201处的内壁设置有若干个通孔，形成高压气膜的部分气体可经该通孔回到压缩腔。
[0052]本实施例通过采用单向阀和节流孔形成的高压气膜的自由活塞的排出器结构，可以降低斯特林机装置的加工难度，减少甚至消除系统振动。
[0053]本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
【主权项】
1.一种自由活塞斯特林机装置，其特征在于，包括排出器、小活塞、外壳、弹性支撑结构和室温换热器； 所述小活塞沿所述排出器中轴线方向设置于所述排出器的气缸内，且与所述排出器的气缸间存在间隙； 所述排出器设置于所述外壳内； 所述室温换热器设置于所述外壳和所述排出器之间，与所述外壳接触连接，且与所述排出器存在间隙； 所述弹性支撑结构设置于所述室温换热器的底端，用于支撑所述排出器。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括非室温散热器、回热器和直线电机活塞; 所述非室温散热器和所述回热器设置于所述外壳和所述排出器之间，与所述外壳接触连接，且与所述排出器存在间隙； 所述直线电机活塞设置于所述外壳内部的压缩腔中； 所述非室温散热器设置于所述外壳内部的膨胀腔中，且设置在所述外壳内远离所述直线电机活塞的一端，与所述室温换热器通过所述回热器连接。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述非室温散热器、所述回热器和所述室温换热器与所述排出器的间距在10微米量级；所述小活塞与所述排出器的气缸的间距在10微米量级。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述弹性支撑结构为第一板簧，所述第一板簧连接所述排出器和所述外壳。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述小活塞通过第二板簧与所述排出器的内壁连接。6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述弹性支撑结构为气浮装置，所述气浮装置包括所述排出器底面的单向阀、所述排出器侧面的若干个节流孔和排出器内腔。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述单向阀设置于所述排出器朝向所述压缩腔的端面，所述单向阀内气体的流动方向为压缩腔流向排出器内腔。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，一部分所述节流孔设置于所述排出器的内壁，且设置于所述小活塞的高度范围内；另一部分所述节流孔设置于所述排出器的外壁。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述排出器的气缸顶端为封闭结构。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述室温换热器的内壁延伸至所述压缩腔内，且延伸部分靠近室温换热器侧内壁设置有若干个通孔。
【专利摘要】本发明公开了一种自由活塞斯特林机装置，包括排出器、小活塞、外壳、弹性支撑结构和室温换热器；所述小活塞沿所述排出器中轴线方向设置于所述排出器的气缸内，且与所述排出器的气缸间存在间隙；所述排出器设置于所述外壳内；所述室温换热器设置于所述外壳和所述排出器之间，与所述外壳接触连接，且与所述排出器存在间隙；所述弹性支撑结构设置于所述室温换热器的底端，用于支撑所述排出器。本发明通过采用自由活塞的排出器结构，可以降低斯特林机装置的加工难度，减少甚至消除系统振动。
【IPC分类】F02G1/043, F25B9/14, F02G1/053
【公开号】CN105370434
【申请号】CN201510662614
【发明人】胡剑英, 张丽敏, 陈燕燕, 罗二仓, 吴张华, 戴巍
【申请人】中国科学院理化技术研究所
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年10月14日