[发明专利]一种热压缩机系统

说明书

技术领域

本发明涉及利用热压缩机领域，尤其涉及一种由低品位热能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。

现有的压缩机，大多需要消耗高品位的能源来工作，所消耗的能源多为不可再生资源，工业过程中排出的尾气废热等，这些压缩机不能利用，造成资源的浪费并对环境的污染。

因此，当前需要一种启动温度低，能利用低品位热能驱动的热压缩机系统。

发明内容

本发明的目的是提供这样一种热压缩机系统，其基于低品位热能驱动，并且具有振动小、噪声低的特点。

因此，本发明提供一种热压缩机系统，该热压缩机系统具有与其输出端流体连通的装有工质的至少一个气缸，设置在气缸内将气缸腔体分隔成热腔和冷腔的活塞，驱动活塞在气缸内往复运动的驱动机构，热压缩机系统还包括布置在气缸的热腔端用于给气缸内的工质输入热量的热端换热器和布置在气缸的冷腔端用于冷却气缸内工质的冷端换热器，并且该热腔和该冷腔之间由一通路流体连通，在该通路中设有回热器。

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。另外，本发明中的回热器是低温制冷技术中常用到的一种装置，其由具有高比热容和低阻力系数的多孔介质固体填料组成，填料可以是细金属丝网例如不锈钢、磷青铜等，小金属球或颗粒以及磁性材料等组成。

按照本发明的另一个方案，所述通路由沿该活塞的纵向开设的通孔形成，该回热器布置在该通孔中，这样配置的通路和回热器具有结构简单，效率高的优点。

按照本发明的又一方案，所述通路由该气缸的内壁和外壁之间的空腔形成，该回热器布置在该空腔内。

按照本发明的另一方案，所述通路由在该气缸外的从该热腔端到该冷腔端的连接管路形成，该回热器串联在在该连接管路中。

按照本发明的另一方案，所述通路由该活塞和该气缸内壁之间的夹隙形成，夹隙中的工质起到回热器的作用。

在本发明中，在驱动机构的驱动下，活塞在气缸内往复运动，通过活塞的运动使工质在热腔和冷腔之间流动，当活塞从靠近冷端换热器的下止点向靠近热端换热器的上止点移动时，经热端换热器加热后的工质从热腔流向冷腔，在该过程中，高温工质的部分热量储存在回热器中，当活塞移动到上止点时，系统内的大部分工质位于冷腔内，通过冷端换热器冷却冷腔内的工质，使系统内工质的平均温度下降，从而导致工质的平均压力处于最低值；而当活塞从靠近热端换热器的上止点向靠近冷端换热器的下至点移动时，经冷端换热器冷却后的工质从冷腔经所述通路流向热腔，低温工质从回热器吸收热量，相当于对低温工质进行预热，当活塞移动到下至点时，通过热端换热器向热腔内的工质输入热量，系统内的大部分工质位于热腔内，系统内工质的平均温度升高，从而导致工质的平均压力处于最高值。这样一来，在活塞的周期性运动过程中，系统中的工质压力也发生周期性的变化，在热压缩机系统内形成周期性的压力波，从而能够驱动连接到该热压缩机系统的输出端的负载例如脉管制冷机、发电机等。回热器的设置，减小了系统的加热量，从而起到提高了能量利用效率。

按照本发明的一个方案，驱动机构可以为主轴与该活塞同轴布置的直线电机，直线电机通常具有行程限制器，活塞在气缸内的往复运动通过行程控制器的控制来实现。另外，驱动机构也可以采用旋转电机，这时需要通过曲柄连杆机构与活塞相连接，将电机的旋转运动转化为活塞的往复直线运动。