[發(fā)明專利]一種基于自由活塞斯特林發(fā)動機(jī)的冷電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及其工作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910229901.0
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN110131070A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鹿鵬;楊培杰;黃護(hù)林;方露露;王向陽
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: F02G1/044
• 分類號: F02G1/044;F02G1/053;F02G1/055;F25B9/14;F25B40/06;H02K7/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 王路

本發(fā)明公開了一種基于自由活塞斯特林發(fā)動機(jī)的冷電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，由斯特林原動機(jī)、斯特林制冷機(jī)、直線發(fā)電機(jī)三部分組成；斯特林原動機(jī)與斯特林制冷機(jī)通過共用的壓縮腔耦合在一起，并經(jīng)動力活塞與直線發(fā)電機(jī)相連接；工質(zhì)在斯特林原動機(jī)循環(huán)中從外界高溫?zé)嵩次諢崃浚崮苻D(zhuǎn)化為動能；工質(zhì)在斯特林制冷機(jī)循環(huán)中從外界中低溫環(huán)境吸收熱量，達(dá)到制冷效果；動力活塞帶動直線發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，將動能轉(zhuǎn)化為電能。本發(fā)明的優(yōu)點在于：動力裝置、制冷裝置和發(fā)電裝置集成化，結(jié)構(gòu)緊湊，減少中間機(jī)械傳遞環(huán)節(jié)，能量利用率高；系統(tǒng)完全氣密無泄漏，震動和噪聲小；綠色環(huán)保，可利用熱源廣泛，制冷溫度范圍寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種斯特林發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，特別是一種基于自由活塞斯特林發(fā)動機(jī)的冷電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

斯特林發(fā)動機(jī)是一種外部供熱的活塞式發(fā)動機(jī)，以氣體作為工質(zhì)并按閉式循環(huán)的方式進(jìn)行工作。工質(zhì)在發(fā)動機(jī)內(nèi)部往復(fù)運動，經(jīng)過一系列膨脹與壓縮過程將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。斯特林發(fā)動機(jī)吸收的熱能來源廣泛，無論是液態(tài)的、氣態(tài)或固態(tài)的燃料，當(dāng)采用載熱系統(tǒng)間接加熱時，幾乎可以使用任何高溫?zé)嵩矗缟镔|(zhì)能、核熱、太陽能、工業(yè)廢熱等。此外，斯特林發(fā)動機(jī)中密閉循環(huán)的工質(zhì)與大氣隔絕，使得其工作性能不受環(huán)境壓力的影響，即使在高海拔地區(qū)和航天領(lǐng)域仍然適用。

斯特林制冷機(jī)是斯特林循環(huán)的逆向應(yīng)用，由于系統(tǒng)采用氫氣、氦氣等氣體作為工質(zhì)，相比于傳統(tǒng)的制冷機(jī)減少了對臭氧層的破壞，因此斯特林制冷機(jī)是一種綠色環(huán)保制冷機(jī)。此外，斯特林循環(huán)不涉及相變，制冷溫度不受限于壓力水平，能夠自由選擇，溫度選擇范圍大。

在一些特殊的工作環(huán)境，如鋼鐵廠、液化天然氣運輸?shù)龋扔锌苫厥盏墓I(yè)廢熱，同時又需對液氮和液化天然氣進(jìn)行低溫保存。通過自由活塞斯特林發(fā)動機(jī)將斯特林原動機(jī)和制冷機(jī)耦合在一起，利用高溫?zé)嵩醇訜釟怏w工質(zhì)，推動活塞運動以實現(xiàn)制冷循環(huán)而獲得冷量。相比于傳統(tǒng)制冷機(jī)利用高品位電能進(jìn)行制冷，自由活塞斯特林原動機(jī)與制冷機(jī)的耦合系統(tǒng)能夠有效提高對低品位能源的利用效率。同時，自由活塞斯特林發(fā)動機(jī)省去了曲柄連桿和機(jī)械飛輪等傳動結(jié)構(gòu)，取而代之的是動力活塞與配氣活塞的傳動結(jié)構(gòu)，活塞之間沒有機(jī)械上的聯(lián)系，原動機(jī)與制冷機(jī)對稱放置以減小震動。此外，將配氣活塞桿與直線發(fā)電機(jī)相連接，可將活塞運動產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。整套裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長、效率高等諸多優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有斯特林發(fā)動機(jī)在同時發(fā)電和制冷時存在的困難，提供一種基于自由活塞斯特林發(fā)動機(jī)的冷電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中斯特林原動機(jī)和制冷機(jī)的壓縮過程在同一腔室內(nèi)進(jìn)行，結(jié)構(gòu)緊湊、綠色環(huán)保、工作范圍廣范。

技術(shù)方案：

一種基于自由活塞斯特林發(fā)動機(jī)的冷電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括斯特林原動機(jī)、斯特林制冷機(jī)、直線發(fā)電機(jī)；斯特林原動機(jī)與斯特林制冷機(jī)通過共用的壓縮腔耦合在一起，并與直線發(fā)電機(jī)相連接進(jìn)行發(fā)電；所述斯特林原動機(jī)包含第一膨脹腔、第一加熱器、第一回?zé)崞鳌⒌谝焕鋮s器、第一配氣活塞、第一支撐彈簧、第一支撐底座、第一壓縮腔、動力活塞；第一膨脹腔外部為高溫環(huán)境，所述第一膨脹腔位于裝置左側(cè)；所述第一加熱器、第一回?zé)崞鳌⒌谝焕鋮s器均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，并沿橫向依次布置；所述第一膨脹腔、第一加熱器、第一回?zé)崞鳌⒌谝焕鋮s器、第一壓縮腔之間依次連通；所述第一配氣活塞的右側(cè)與第一支撐彈簧相連接；第一支撐彈簧的右側(cè)與第一支撐底座相連接，并且都位于第一壓縮腔內(nèi)部，避免高溫環(huán)境對其性能的影響；所述第一支撐底座開有第一連通孔，以保證被底座隔開的壓縮腔內(nèi)部相互連通；第一支撐彈簧用來提供第一配氣活塞往復(fù)運動所需的回復(fù)力；