本發(fā)明屬于熱管理，更具體的說是涉及三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今科技飛速發(fā)展的進(jìn)程中，溫控在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用里扮演著舉足輕重的角色，其中有一些應(yīng)用，諸如新能源汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能電站以及便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域，對(duì)溫控有著極高的要求。其中電池作為關(guān)鍵部件，安全使用與壽命長短和溫控緊密相依。一方面，在日常運(yùn)行時(shí)，電池常常需要應(yīng)對(duì)發(fā)熱狀況，諸如新能源汽車高速行駛、大規(guī)模儲(chǔ)能電站高負(fù)荷供電，或是便攜式電子設(shè)備持續(xù)高強(qiáng)度工作，電池輸出高電流時(shí)自身會(huì)產(chǎn)生大量熱量，再加上外界高溫環(huán)境的額外“加熱”，若無法及時(shí)有效地散去這些熱量，不僅會(huì)加速電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，使得電池壽命大打折扣，更可能引發(fā)熱失控，給設(shè)備及使用者帶來嚴(yán)重的安全威脅；另一方面，在特殊環(huán)境下，電池又極易遭遇過度冷卻的困境，像寒冷地區(qū)的雪天、高海拔山區(qū)的低溫環(huán)境，過低的溫度會(huì)使電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)活性急劇降低，導(dǎo)致電池充放電性能嚴(yán)重受阻，設(shè)備無法正常運(yùn)行。

2、鑒于這些應(yīng)用場景中頻繁出現(xiàn)的加熱與過度冷卻問題，研發(fā)一種低成本且能夠靈活實(shí)現(xiàn)制熱與制冷功能的熱管理技術(shù)迫在眉睫。在此背景下，斯特林循環(huán)技術(shù)逐漸進(jìn)入人們視野。斯特林循環(huán)也包含多種類型，常見的有alpha、beta與gamma型。gamma型斯特林循環(huán)結(jié)合了前兩者的部分優(yōu)勢，它采用一個(gè)主氣缸和一個(gè)輔助氣缸，在氣體循環(huán)過程中能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的熱量交換，尤其適合復(fù)雜多變的熱管理需求。逆斯特林循環(huán)作為斯特林循環(huán)的逆向運(yùn)行模式，通過改變氣體的壓縮、膨脹順序以及熱量流向，能夠?qū)崿F(xiàn)從低溫環(huán)境吸熱并向高溫環(huán)境放熱，即制冷功能。但是要實(shí)現(xiàn)能夠在高溫和低溫環(huán)境下均能夠運(yùn)行，要么需要將電池在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)物理位移至另一端，要么依賴熱開關(guān)進(jìn)行操作。這兩種方法均涉及復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)部件，不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，還可能導(dǎo)致可靠性下降、維護(hù)難度提升，從而成為一項(xiàng)成本高昂且缺乏經(jīng)濟(jì)性的解決方案。因此，現(xiàn)有的伽馬反向斯特林制冷發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)僅限于對(duì)電池進(jìn)行單一的加熱或冷卻操作，而無法靈活地在兩種模式間切換使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)，將斯特林循環(huán)技術(shù)引入電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域，通過可控三通換向閥精準(zhǔn)調(diào)控斯特林循環(huán)的熱流方向，在該熱管理裝置中，三通閥起到關(guān)鍵作用，決定了斯特林循環(huán)的運(yùn)行方向，從而實(shí)現(xiàn)制冷或制熱功能。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)，包括散熱子系統(tǒng)、雙向斯特林制冷機(jī)、數(shù)組溫控器和外部電機(jī)；所述雙向斯特林制冷機(jī)一端通過連桿連接外部電機(jī)控制的轉(zhuǎn)盤；所述外部電機(jī)用于向所述雙向斯特林制冷機(jī)做功；所述雙向斯特林制冷機(jī)另一端設(shè)置有第一輸出端和第二輸出端；所述第一輸出端連接熱管理對(duì)象，所述雙向斯特林制冷機(jī)用于為熱管理對(duì)象提供冷量或熱量；所述第二輸出端連接散熱子系統(tǒng)；所述散熱子系統(tǒng)用于向系統(tǒng)外部散熱；所述數(shù)組溫控器電連接外部電機(jī)和所述雙向斯特林制冷機(jī)，用于調(diào)節(jié)所述雙向斯特林制冷機(jī)制冷或制熱的強(qiáng)度。

4、進(jìn)一步地，所述熱管理對(duì)象上設(shè)置有溫度測量傳感器，所述溫度測量傳感器電連接所述數(shù)組溫控器，用于監(jiān)測熱管理對(duì)象的溫度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)組溫控器。

5、進(jìn)一步地，所述雙向斯特林制冷機(jī)包括輸入單元、三通閥和輸出單元；所述輸入單元一端通過連桿連接所述轉(zhuǎn)盤，另一端通過連接管道連接所述三通閥的第一端；所述輸出單元設(shè)置有第一輸出端和第二輸出端；所述三通閥的第二端和第三端分別連接所述第一輸出端和第二輸出端。

6、進(jìn)一步地，所述輸入單元包括主氣缸和活塞；所述活塞包括活塞頭和活塞桿；所述活塞頭設(shè)置于所述主氣缸中，一端與所述活塞桿固定連接；所述活塞桿貫穿所述主氣缸偏心連接所述轉(zhuǎn)盤，用于驅(qū)動(dòng)所述活塞頭于所述主氣缸中移動(dòng)；所述主氣缸遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)盤的一端通過連接管道連通所述三通閥的第一端。

7、進(jìn)一步地，所述輸出單元包括換氣活塞缸和回?zé)崞?；所述換氣活塞缸內(nèi)部設(shè)置有換氣活塞；所述換氣活塞一側(cè)與所述換氣活塞缸之間形成散熱端換熱區(qū)域；所述換氣活塞另一側(cè)與所述換氣活塞缸之間形成熱管理對(duì)象端換熱區(qū)域；所述散熱端換熱區(qū)域作為第二輸出端連通所述散熱子系統(tǒng)；所述熱管理對(duì)象端換熱區(qū)域作為第一輸出端連通所述熱管理對(duì)象；所述回?zé)崞髋c所述換氣活塞、所述散熱子系統(tǒng)和熱管理對(duì)象端換熱區(qū)域均換熱連接。

8、本發(fā)明的有益效果在于：

9、本發(fā)明提供一種三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)，為解決各類應(yīng)用場景中的熱管理問題，采用創(chuàng)新的可控三通閥結(jié)合斯特林循環(huán)技術(shù)，能夠精準(zhǔn)、高效的對(duì)熱管理對(duì)象進(jìn)行加熱或冷卻，能夠同時(shí)提供制冷和制熱兩種模式并進(jìn)行靈活切換，同時(shí)具備廢熱回收利用功能，適用于新能源汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)、便攜式電子設(shè)備等以電池作為核心動(dòng)力源的領(lǐng)域。

技術(shù)特征：

1.三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)，其特征在于，包括散熱子系統(tǒng)(2)、雙向斯特林制冷機(jī)(3)、數(shù)組溫控器(14)和外部電機(jī)；所述雙向斯特林制冷機(jī)(3)一端通過連桿連接外部電機(jī)控制的轉(zhuǎn)盤(6)；所述外部電機(jī)用于向所述雙向斯特林制冷機(jī)(3)做功；所述雙向斯特林制冷機(jī)(3)另一端設(shè)置有第一輸出端和第二輸出端；所述第一輸出端連接熱管理對(duì)象(1)，所述雙向斯特林制冷機(jī)(3)用于為熱管理對(duì)象(1)提供冷量或熱量；所述第二輸出端連接散熱子系統(tǒng)(2)；所述散熱子系統(tǒng)(2)用于向系統(tǒng)外部散熱；所述數(shù)組溫控器(14)電連接外部電機(jī)和所述雙向斯特林制冷機(jī)(3)，用于調(diào)節(jié)所述雙向斯特林制冷機(jī)(3)制冷或制熱的強(qiáng)度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述熱管理對(duì)象(1)上設(shè)置有溫度測量傳感器(13)，所述溫度測量傳感器(13)電連接所述數(shù)組溫控器(14)，用于監(jiān)測熱管理對(duì)象(1)的溫度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)組溫控器(14)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向斯特林制冷機(jī)(3)包括輸入單元、三通閥(8)和輸出單元；所述輸入單元一端通過連桿連接所述轉(zhuǎn)盤(6)，另一端通過連接管道(7)連接所述三通閥(8)的第一端；所述輸出單元設(shè)置有第一輸出端和第二輸出端；所述三通閥(8)的第二端和第三端分別連接所述第一輸出端和第二輸出端。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入單元包括主氣缸(4)和活塞(5)；所述活塞(5)包括活塞頭和活塞桿；所述活塞頭設(shè)置于所述主氣缸(4)中，一端與所述活塞桿固定連接；所述活塞桿貫穿所述主氣缸(4)偏心連接所述轉(zhuǎn)盤(6)，用于驅(qū)動(dòng)所述活塞頭于所述主氣缸(4)中移動(dòng)；所述主氣缸(4)遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)盤(6)的一端通過連接管道(7)連通所述三通閥(8)的第一端。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出單元包括換氣活塞缸和回?zé)崞?12)；所述換氣活塞缸內(nèi)部設(shè)置有換氣活塞(10)；所述換氣活塞(10)一側(cè)與所述換氣活塞缸之間形成散熱端換熱區(qū)域(9)；所述換氣活塞(10)另一側(cè)與所述換氣活塞缸之間形成熱管理對(duì)象端換熱區(qū)域(11)；所述散熱端換熱區(qū)域(9)作為第二輸出端連通所述散熱子系統(tǒng)(2)；所述熱管理對(duì)象端換熱區(qū)域(11)作為第一輸出端連通所述熱管理對(duì)象(1)；所述回?zé)崞?12)與所述換氣活塞(10)、所述散熱子系統(tǒng)(2)和熱管理對(duì)象端換熱區(qū)域(11)均換熱連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種三通閥調(diào)控的伽瑪斯特林循環(huán)冷熱流向切換式高效熱管理系統(tǒng)，屬于熱管理技術(shù)領(lǐng)域，包括散熱子系統(tǒng)、雙向斯特林制冷機(jī)、數(shù)組溫控器和外部電機(jī)；雙向斯特林制冷機(jī)一端通過連桿連接外部電機(jī)控制的轉(zhuǎn)盤；外部電機(jī)用于向雙向斯特林制冷機(jī)做功；雙向斯特林制冷機(jī)另一端設(shè)置有第一輸出端和第二輸出端；第一輸出端連接熱管理對(duì)象，雙向斯特林制冷機(jī)用于為熱管理對(duì)象提供冷量或熱量；第二輸出端連接散熱子系統(tǒng)；散熱子系統(tǒng)用于向系統(tǒng)外部散熱；數(shù)組溫控器電連接外部電機(jī)和雙向斯特林制冷機(jī)，用于調(diào)節(jié)雙向斯特林制冷機(jī)制冷或制熱的強(qiáng)度。本發(fā)明利用可控三通閥結(jié)合斯特林循環(huán)技術(shù)，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)制冷和制熱功能并能夠靈活切換。

技術(shù)研發(fā)人員：關(guān)學(xué)新,唐碩,陳梓煬,張鼎,廖志鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15