[發(fā)明專利]一種利用高溫?zé)嵩吹臒狎?qū)動冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710924128.0
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107702368B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅開琦;張麗敏;胡劍英;羅二倉;周遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: F25B9/14
• 分類號: F25B9/14;F02G1/055;F02G1/057
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發(fā)明公開了一種利用高溫?zé)嵩吹臒狎?qū)動冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：雙效自由活塞式斯特林制冷機回路、往復(fù)運動諧振子(1)和直線發(fā)電機(10)；所述雙效自由活塞式斯特林制冷機回路包括：依次首尾相連的發(fā)動機中溫放熱器(2)、發(fā)動機回?zé)崞?3)、發(fā)動機加熱器(4)、發(fā)動機熱緩沖管(5)、制冷機中溫放熱器(6)、制冷機回?zé)崞?7)、制冷機冷端換熱器(8)和制冷機排出器(9)；所述往復(fù)運動諧振子(1)與發(fā)動機中溫放熱器(2)和制冷機排出器(9)相聯(lián)通，所述直線發(fā)電機(10)與往復(fù)運動諧振子(1)連接。本發(fā)明的系統(tǒng)高效利用高溫?zé)嵩打?qū)動，可以達(dá)到更高的工作壓比，實現(xiàn)更高的功率密度、結(jié)構(gòu)的緊湊化和加工制作的低成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制冷機/熱泵領(lǐng)域，尤其涉及一種利用高溫?zé)嵩吹臒狎?qū)動冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。

背景技術(shù)

能源是人類生存、經(jīng)濟發(fā)展以及社會進步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。現(xiàn)如今，全球能源消費不斷增長，傳統(tǒng)的不可再生能源以及傳統(tǒng)的低級能源消費方式已經(jīng)不能滿足人類文明日益增長的物質(zhì)文化需要。因此,節(jié)能減排是我國更好進行現(xiàn)代化建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵舉措。鑒于此，現(xiàn)階段一些可以利用高溫?zé)嵩磳崿F(xiàn)高效率運行的熱驅(qū)動裝置正在迅速發(fā)展。

1816年蘇格蘭人斯特林(O.R.Stirling)提出一個由兩個等溫過程與兩個等容過程組成的熱力循環(huán)的專利，稱為斯特林循環(huán)。該循環(huán)最初用于熱力發(fā)動機，系統(tǒng)中的工質(zhì)在不同溫位下被不斷壓縮和膨脹，最后輸出機械功(或電功)。而后又通過斯特林逆循環(huán)產(chǎn)生了制冷效應(yīng)，并將這種采用逆斯特林循環(huán)制冷的機器通常稱為斯特林制冷機。斯特林制冷機采用往復(fù)運動的壓縮機，其效率高、結(jié)構(gòu)緊湊，是最早應(yīng)用于空間制冷的主動式制冷機之一。斯特林制冷機存在的主要問題是振動較大、密封環(huán)的磨損及軸承的壽命較短。由于空間應(yīng)用對壽命的要求比較高，斯特林制冷機的發(fā)展主要是圍繞如何提高其運行壽命展開。

隨后又開展了有關(guān)雙效斯特林制冷機的研究。經(jīng)典雙效斯特林制冷機由自由活塞斯特林發(fā)動機、自由活塞斯特林制冷機和調(diào)相動質(zhì)量組成，如圖1所示，為傳統(tǒng)的雙效斯特林制冷機的結(jié)構(gòu)示意圖。斯特林發(fā)動機首先將熱量轉(zhuǎn)換為聲功，通過中間調(diào)相動質(zhì)量對聲功的傳遞，進而驅(qū)動斯特林制冷機，實現(xiàn)熱驅(qū)動制冷或泵熱的目的，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、綠色環(huán)保的優(yōu)點。但經(jīng)典雙效斯特林結(jié)構(gòu)引入了調(diào)相動質(zhì)量，由此帶來了振動較大和可靠性降低等一系列問題，這些問題一定程度上限制了雙效斯特林制冷機的發(fā)展和應(yīng)用。圖2則為另外一種熱驅(qū)動制冷或泵熱系統(tǒng)，它稱為VM循環(huán)制冷機系統(tǒng)。VM制冷系統(tǒng)與圖1的傳統(tǒng)熱驅(qū)動雙效斯特林制冷有很多相似的部分，但它沒有機械諧振子，因此VM系統(tǒng)中的壓力波動主要由系統(tǒng)中高溫腔、中溫腔以及低溫腔的溫度確定，故發(fā)動機部分也稱為熱壓縮機。VM制冷系統(tǒng)僅采用了熱壓縮，存在壓比低，功率密度低的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服目前的雙效斯特林制冷機和VM制冷系統(tǒng)存在的上述問題，提供一種新型的利用高溫?zé)嵩吹臒狎?qū)動冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)緊湊，機械運動部件少，壓比高、功率密度高，能量利用效率高，可靠性較高，使用環(huán)保氣體工質(zhì)；可以采用高溫?zé)嵩醋鳛榧訜釤嵩矗谳敵鲋评?或泵熱)的同時可以發(fā)電，熱能利用效率更高。此外，本發(fā)明提供的新型的熱驅(qū)動冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)主要解決的難點是在直接串聯(lián)發(fā)動機和制冷機的結(jié)構(gòu)下，加熱熱源溫度較高(溫度高于300℃)會導(dǎo)致制冷機不能有效地消耗發(fā)動機輸入的聲功，從而使系統(tǒng)效率較低的難題。因此在本發(fā)明中增加了直線發(fā)電機輸出支路，達(dá)到提高整機效率的目的，并實現(xiàn)了冷熱電聯(lián)供的新用途。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用高溫?zé)嵩吹臒狎?qū)動冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：雙效自由活塞式斯特林制冷機回路、往復(fù)運動諧振子1和直線發(fā)電機10；所述雙效自由活塞式斯特林制冷機回路包括：依次首尾相連的發(fā)動機中溫放熱器2、發(fā)動機回?zé)崞?、發(fā)動機加熱器4、發(fā)動機熱緩沖管5、制冷機中溫放熱器6、制冷機回?zé)崞?、制冷機冷端換熱器8和制冷機排出器9；所述往復(fù)運動諧振子1與發(fā)動機中溫放熱器2和制冷機排出器9相聯(lián)通，所述直線發(fā)電機10與往復(fù)運動諧振子1連接。