[發明專利]一種冷源脈管發動機和基于冷源脈管發動機的發電裝置

有效

• 申請號: 201310596136.9
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN104653330A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 朱紹偉
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術領域

本發明涉及脈管發動機，尤其是涉及一種冷源脈管發動機和基于冷源脈管發動機的發電裝置。

背景技術

脈管制冷機是一種低溫制冷機，其逆向循環即為脈管發動機。脈管發動機的所有運動部件都在室溫，因而可靠性很高。利用熱做功或發電的脈管發動機已經有發明，但利用低溫冷源，如液化天然氣的冷源的脈管發動機的方法還沒有被提出。雖然有許多利用液化天然氣冷量的方法，但都并不簡單。因而，大量液化天然氣僅利用海水將其蒸發為氣體利用，使液化天然氣所含的冷量白白浪費掉。脈管制冷機沒有低溫下的運動部件，在室溫下只有一個或兩個運動部件，結構簡單，可靠性高，在航天方面獲得了成功的應用。如果脈管制冷機能夠改造成冷源脈管發動機，使其可用液化天然氣冷量發電，將會節約大量的能源。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種冷源脈管發動機和基于冷源脈管發動機的發電裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種冷源脈管發動機，包括冷頭和運動部，所述的冷頭由脈管室溫端連接管、脈管室溫端氣體均勻器、脈管、脈管冷端換熱器、回熱器、室溫換熱器及回熱器室溫端連接管順次連接而成；所述的運動部由發動機和推移活塞系統組成，發動機內設發動機工作腔，推移活塞系統包括推移活塞前工作腔和推移活塞背工作腔；所述的發動機工作腔與脈管室溫端連接管或回熱器室溫端連接管連接，所述的推移活塞前工作腔、推移活塞背工作腔、脈管室溫端連接管及回熱器室溫端連接管之間連接構成循環通路；所述的脈管冷端換熱器與冷源熱接觸，所述的室溫換熱器熱接觸室溫加熱回路，功從脈管的熱端向冷端輸入，脈管冷端換熱器對冷源加熱，室溫換熱器從室溫吸熱，發動機對外做功。

推移活塞系統由推移活塞氣缸、推移活塞、推移活塞桿、推移活塞擋板和推移活塞支撐部組成，推移活塞擋板位于推移活塞氣缸和推移活塞支撐部之間，推移活塞可在推移活塞氣缸內往復運動，推移活塞將推移活塞氣缸分隔成推移活塞前工作腔和推移活塞背工作腔；推移活塞支撐部由推移活塞彈簧和推移活塞氣庫殼組成，推移活塞氣庫殼與推移活塞擋板之間的空容積為推移活塞氣庫腔；推移活塞桿伸入推移活塞支撐部的推移活塞氣庫殼內，推移活塞彈簧通過推移活塞桿使推移活塞與推移活塞氣缸之間保持一個微小的間隙，使推移活塞桿與推移活塞擋板之間保持一個微小的間隙，在軸向上，推移活塞桿和固定在其上的推移活塞與推移活塞彈簧組成一個振動系統，該振動系統該為推移活塞振動系統；該振動系統有一個固有頻率，為推移活塞系統固有頻率；通過調節軸向彈性系數或推移活塞的質量或推移活塞桿的質量，推移活塞系統固有頻率可被調節。

發動機由發動機氣缸、發動機活塞、發動機活塞桿和直線電機組成；發動機活塞在發動機氣缸內往復運動，發動機氣缸與發動機活塞之間空間形成發動機工作腔；直線電機包括發動機彈簧、外定子、線圈、磁鐵、磁鐵支撐、內定子和電機殼，發動機活塞與電機殼間的空間為電機空腔，發動機彈簧位于電機殼內兩側，將發動機活塞桿支撐在中央，可使發動機氣缸與裝在發動機活塞桿上的發動機活塞間形成間隙密封，在軸向上，發動機活塞桿和其上固定的發動機活塞、磁鐵、磁鐵支撐與發動機彈簧組成一個振動系統；該振動系統為發動機振動系統，有一個固有頻率，該固有頻率為發動機固有頻率；發動機的運行頻率一般和固有頻率一致，以獲得高的電機效率。

通過調節推移活塞系統的固有頻率，可調節推移活塞與發動機活塞之間的相位角，使得發動機活塞與推移活塞保持一個相位差，該相位差使得功從脈管的熱端向冷端輸入，使脈管冷端換熱器放熱，使室溫換熱器從室溫吸熱。

進一步地，所述的推移活塞前工作腔與脈管室溫端連接管連接，推移活塞背工作腔與回熱器室溫端連接管連接，在冷頭與推移活塞系統之間構成循環通路，或者所述的推移活塞前工作腔與回熱器室溫端連接管連接，推移活塞背工作腔與脈管室溫端連接管連接，在冷頭與推移活塞系統之間構成循環通路，使氣體可在推移活塞背工作腔、發動機工作腔、脈管室溫端氣體均勻器、脈管、脈管冷端換熱器、回熱器、吸熱器和推移活塞前工作腔之間往復流動。

所述的冷頭設有1～5個，當設有2個或2個以上冷頭時，冷頭之間并列設置，且所有冷頭的脈管室溫端連接管相互連通，所有冷頭的回熱器室溫端連接管相互連通。