[发明专利]一种热压缩机系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种热压缩机系统，尤其涉及由直线电机驱动的热压缩机系统。

背景技术

随着我国的经济发展和国际范围内的能源紧张，节能减排和提高能源利用效率成为了一项具有挑战性的工作。在这一过程中，废热的回收和再利用有非常大的市场和意义。发电厂、化工厂、钢铁厂等都有大量的废热产生，而最易获得的太阳能一般也只提供较低的热源温度。中国的空调每年的销售量越过2000万台，其中绝大部分为电力驱动。由于越来越多的空调机组投入使用，电力需求也越来越大。

我国电能主要来自于化石燃料的燃烧，但随着石油、天然气、煤炭资源的日益短缺和石油、天然气、煤炭价格的逐渐上涨，使用煤炭、天然气的火力发电站和燃烧石油资源的传统内燃机所引起的环境污染和能源使用不平衡等社会问题日渐突出。研究能以天然气、沼气、生物质、太阳能以及工业过程中的废热等能源驱动发动机(压缩机)的相关技术，对于促进能源的综合利用、改善当前使用单一的化石资源能源结构状况和减少环境污染，具有重要的意义。热压缩机技术就是具有这样意义的一种动力机械。

热压缩机技术源于斯特林(Stirling)发动机技术，它是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这种发动机是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。新型的内燃机使用氢气为工质，在封闭气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不需更换。因此，外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效率，低噪音、低污染和低运行成本。另外，外燃机可以利用各种能源，例如液体、气体、固体燃料，甚至余热、太阳能、化学反应能和放射性同位素能源，只要使热腔能达到期望温度，设备就可以正常工作。

现有技术中的热压缩机常采用的是曲柄连杆机构驱动，系统的振动较大，并且结构复杂。另外，传统的热压缩机要求的启动温度较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种启动温度低、振动噪音小，结构简单的热压缩机系统。

因此，本发明提供一种热压缩机系统，其包括热压缩机单元，该单元具有内部装有工质的气缸，设置在所述气缸内并将其隔离成热气缸和冷气缸的活塞，加热器，散热器，回热器，输出端以及使冷气缸和热气缸流体连通的通路，其中，该热压缩机系统还包括直线电机，该电机的主轴与所述活塞同轴布置，以驱动该活塞在该气缸内往复运动，使工质在该热气缸和该冷气缸之间周期性循环流动。另外，直线电机具有行程限制器，活塞在气缸内的往复运动通过行程限制器的控制来实现。

根据本发明，加热器布置在该热气缸侧，所述散热器和输出端设置在该冷气缸侧，并且回热器布置在上述通路上。

在本发明中，封闭在系统内的工质例如可选自氦气、氮气、氢气、空气及其混合物中的任一种。当然，根据具体需求也可以选用其它合适的工质。封闭在热压缩机系统内的工质不会发生泄漏，从而在系统内可以获得很高的压力。

根据本发明的一个方面，所述通路为该气缸的内壁和外壁之间的空腔，该空腔的一端与所述热气缸流体连通，另一端与所述冷气缸流体连通。回热器设置该空腔内。当该活塞在电机驱动下从热气缸移向冷气缸时，工质从冷气缸通过气缸的内外壁之间的通路经回热器流向热气缸，从回热器吸收一定的热量并在热气缸内经加热器加热，使工质温度升高，从而导致系统内的压力升高；而当活塞在电机驱动下从冷气缸移向热气缸时，使工质从热气缸经回热器流向冷气缸，工质经过回热器时放出部分热量，并在冷气缸内通过散热器散热，导致系统内工质的温度降低并因此造成系统内的压力下降。因此，由于直线电机驱动下活塞的往复运动，在热压缩机系统内形成周期性的高低压变化，从而可以利用压力变化带动与输出端相连接的负载例如脉冲管制冷系统。

在本发明中，热、冷气缸之间流体连通，因此活塞的两端只有很小的压差，用小功率的直线电机就能克服活塞在往复运动中的阻力。另外，由于活塞由直线电机带动，因此该热压缩机系统在较低的温度下就能启动。在这里，直线电机可以选自例如电磁振动直线电机、复合次级直线电机和直线步进电机中的任何一种。可以理解，其它任何合适的直线电机也是可行的。