[发明专利]一种冷源脉管发动机和基于冷源脉管发动机的发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及脉管发动机，尤其是涉及一种冷源脉管发动机和基于冷源脉管发动机的发电装置。

背景技术

脉管制冷机是一种低温制冷机，其逆向循环即为脉管发动机。脉管发动机的所有运动部件都在室温，因而可靠性很高。利用热做功或发电的脉管发动机已经有发明，但利用低温冷源，如液化天然气的冷源的脉管发动机的方法还没有被提出。虽然有许多利用液化天然气冷量的方法，但都并不简单。因而，大量液化天然气仅利用海水将其蒸发为气体利用，使液化天然气所含的冷量白白浪费掉。脉管制冷机没有低温下的运动部件，在室温下只有一个或两个运动部件，结构简单，可靠性高，在航天方面获得了成功的应用。如果脉管制冷机能够改造成冷源脉管发动机，使其可用液化天然气冷量发电，将会节约大量的能源。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种冷源脉管发动机和基于冷源脉管发动机的发电装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种冷源脉管发动机，包括冷头和运动部，所述的冷头由脉管室温端连接管、脉管室温端气体均匀器、脉管、脉管冷端换热器、回热器、室温换热器及回热器室温端连接管顺次连接而成；所述的运动部由发动机和推移活塞系统组成，发动机内设发动机工作腔，推移活塞系统包括推移活塞前工作腔和推移活塞背工作腔；所述的发动机工作腔与脉管室温端连接管或回热器室温端连接管连接，所述的推移活塞前工作腔、推移活塞背工作腔、脉管室温端连接管及回热器室温端连接管之间连接构成循环通路；所述的脉管冷端换热器与冷源热接触，所述的室温换热器热接触室温加热回路，功从脉管的热端向冷端输入，脉管冷端换热器对冷源加热，室温换热器从室温吸热，发动机对外做功。

推移活塞系统由推移活塞气缸、推移活塞、推移活塞杆、推移活塞挡板和推移活塞支撑部组成，推移活塞挡板位于推移活塞气缸和推移活塞支撑部之间，推移活塞可在推移活塞气缸内往复运动，推移活塞将推移活塞气缸分隔成推移活塞前工作腔和推移活塞背工作腔；推移活塞支撑部由推移活塞弹簧和推移活塞气库壳组成，推移活塞气库壳与推移活塞挡板之间的空容积为推移活塞气库腔；推移活塞杆伸入推移活塞支撑部的推移活塞气库壳内，推移活塞弹簧通过推移活塞杆使推移活塞与推移活塞气缸之间保持一个微小的间隙，使推移活塞杆与推移活塞挡板之间保持一个微小的间隙，在轴向上，推移活塞杆和固定在其上的推移活塞与推移活塞弹簧组成一个振动系统，该振动系统该为推移活塞振动系统；该振动系统有一个固有频率，为推移活塞系统固有频率；通过调节轴向弹性系数或推移活塞的质量或推移活塞杆的质量，推移活塞系统固有频率可被调节。

发动机由发动机气缸、发动机活塞、发动机活塞杆和直线电机组成；发动机活塞在发动机气缸内往复运动，发动机气缸与发动机活塞之间空间形成发动机工作腔；直线电机包括发动机弹簧、外定子、线圈、磁铁、磁铁支撑、内定子和电机壳，发动机活塞与电机壳间的空间为电机空腔，发动机弹簧位于电机壳内两侧，将发动机活塞杆支撑在中央，可使发动机气缸与装在发动机活塞杆上的发动机活塞间形成间隙密封，在轴向上，发动机活塞杆和其上固定的发动机活塞、磁铁、磁铁支撑与发动机弹簧组成一个振动系统；该振动系统为发动机振动系统，有一个固有频率，该固有频率为发动机固有频率；发动机的运行频率一般和固有频率一致，以获得高的电机效率。

通过调节推移活塞系统的固有频率，可调节推移活塞与发动机活塞之间的相位角，使得发动机活塞与推移活塞保持一个相位差，该相位差使得功从脉管的热端向冷端输入，使脉管冷端换热器放热，使室温换热器从室温吸热。

进一步地，所述的推移活塞前工作腔与脉管室温端连接管连接，推移活塞背工作腔与回热器室温端连接管连接，在冷头与推移活塞系统之间构成循环通路，或者所述的推移活塞前工作腔与回热器室温端连接管连接，推移活塞背工作腔与脉管室温端连接管连接，在冷头与推移活塞系统之间构成循环通路，使气体可在推移活塞背工作腔、发动机工作腔、脉管室温端气体均匀器、脉管、脉管冷端换热器、回热器、吸热器和推移活塞前工作腔之间往复流动。

所述的冷头设有1～5个，当设有2个或2个以上冷头时，冷头之间并列设置，且所有冷头的脉管室温端连接管相互连通，所有冷头的回热器室温端连接管相互连通。