一種vm循環(huán)熱泵發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種VM循環(huán)熱泵，尤其是一種VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，屬于熱泵技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 維勒米爾（vuilleumier，以下簡(jiǎn)稱VM)循環(huán)，是Vuilleumier在1918年提出的，它 的本質(zhì)可以看成具有公共室溫腔的一臺(tái)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)和斯特林制冷機(jī)的有機(jī)組合，是一臺(tái) 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)部驅(qū)動(dòng)一臺(tái)斯特林制冷機(jī)，VM循環(huán)熱泵可以利用余熱、太陽(yáng)能等熱能作 為驅(qū)動(dòng)能源，可以制冷或制熱，只需在啟動(dòng)時(shí)需要少量的機(jī)械動(dòng)力，之后便可自行運(yùn)轉(zhuǎn)，具 有結(jié)構(gòu)緊湊、磨損和壽命小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，甚至還可以輸出一定量的軸功率。
[0003]VM循環(huán)熱泵是利用余熱加熱高溫腔，通過熱泵內(nèi)部循環(huán)工質(zhì)的受熱膨脹來(lái)帶動(dòng)推 移活塞使VM循環(huán)熱泵正常工作，達(dá)到供熱和制冷的目的。VM循環(huán)熱泵對(duì)于高效節(jié)能，減少 廢熱對(duì)環(huán)境的污染有重要的意義。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行改進(jìn)，增加了一個(gè)VM循環(huán)發(fā)電 裝置，可以在VM循環(huán)熱泵工作的同時(shí)進(jìn)行發(fā)電并進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0005]本實(shí)用新型所述問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006]一種VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，它包括VM循環(huán)熱泵系統(tǒng)、線性發(fā)電機(jī)系統(tǒng)兩部分。
[0007]VM循環(huán)熱泵系統(tǒng)由冷氣缸、冷推移活塞、冷回?zé)崞?、熱氣缸、熱推移活塞、熱回?zé)?器、室溫腔、低溫?fù)Q熱器、室溫?fù)Q熱器、高溫?fù)Q熱器以及推移活塞的驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī) 組成。冷推移活塞與冷氣缸組成了冷腔，熱推移活塞與熱氣缸組成了熱腔。冷回?zé)崞鬟B接 冷腔和室溫腔，熱回?zé)崞鬟B接熱腔和室溫腔。驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)冷推移活塞 和熱推移活塞。
[0008]線性發(fā)電機(jī)系統(tǒng)：由永磁體、線圈組成。所述永磁體位于冷腔，將冷推移活塞的材 料改成永磁體材料制作而成。線圈位于冷腔冷氣缸壁上，將冷腔加以改造，外面繞上銅線 圈。這樣活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁體與線圈相互作用，會(huì)有電流產(chǎn)生。
[0009]上述VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，在磁體活塞與冷氣缸之間加一定位器，當(dāng)推移活塞運(yùn) 動(dòng)方向變化時(shí)，反轉(zhuǎn)電流方向，使產(chǎn)生的電流一直同向。
[0010] 上述VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，將永磁體推移活塞外面加上一層陶瓷磨材料，可以增 加密封度，并延長(zhǎng)使用壽命。
[0011] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：
[0012] 1、在VM循環(huán)熱泵工作的同時(shí)，可以有副產(chǎn)品電能的輸出，將這個(gè)電能存儲(chǔ)起來(lái)， 不但可以供給啟動(dòng)電機(jī)使用，甚至可以對(duì)外輸出。這是一個(gè)VM循環(huán)熱泵新的用途。
[0013]2、在本裝置中，發(fā)電部件與原VM循環(huán)熱泵巧妙地結(jié)合在一起，不破壞VM循環(huán)熱泵 的結(jié)構(gòu)及工作過程。
[0014]3、本裝置可拓展性強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用在工業(yè)、商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0015] 圖1.本專利的結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖2.本專利的發(fā)電流程圖。
[0017] 圖3.本專利的發(fā)電原理圖。
[0018] 圖4?本專利的工作過程圖。
[0019]附圖中標(biāo)記說明：1-冷腔；2-冷推移活塞；3-冷回?zé)崞鳎?-低溫?fù)Q熱器；5-線圈； 6-室溫腔；7-室溫?fù)Q熱器；8-熱腔；9-熱推移活塞；10-熱回?zé)崞鳎?1-高溫?fù)Q熱器；12-曲 柄；13-連桿；14-定位器；15-蓄電池；
【具體實(shí)施方式】
[0020] 本實(shí)用新型利用線性發(fā)電機(jī)系統(tǒng)與VM循環(huán)熱泵技術(shù)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目 的。在VM循環(huán)熱泵工作的同時(shí)，可以發(fā)電并存儲(chǔ)利用。
[0021] 整個(gè)系統(tǒng)由VM循環(huán)熱泵和線性發(fā)電裝置組成。VM循環(huán)熱泵系統(tǒng)由冷氣缸、冷推移 活塞、冷回?zé)崞?、熱氣缸、熱推移活塞、熱回?zé)崞?、室溫腔、低溫?fù)Q熱器、室溫?fù)Q熱器、高溫?fù)Q 熱器、推移活塞的驅(qū)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。系統(tǒng)利用余熱、天然氣燃燒熱等熱量作為 能源，從熱腔和冷腔吸熱，在室溫腔放熱。
[0022] 系統(tǒng)在開始工作時(shí)需要驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供少量的機(jī)械動(dòng)力，在系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，當(dāng) 冷推移活塞處于它的最上端附近時(shí)，熱氣缸體積較大，系統(tǒng)內(nèi)平均溫度較高，壓力也較高。 相反，當(dāng)冷推移活塞處于它的最下端時(shí)，熱氣缸的體積接近于0,機(jī)內(nèi)平均工質(zhì)溫度和壓力 都比較低，這樣，熱氣缸起到了驅(qū)動(dòng)的作用。
[0023]線性發(fā)電裝置工作原理：將永磁體作為冷推移活塞的制作材料，在氣缸壁外面纏 繞銅線圈，這樣就構(gòu)成了基本的發(fā)電裝置。如圖3所示，當(dāng)磁體向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈與磁體發(fā) 生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈切割磁感線運(yùn)動(dòng)，磁通量發(fā)生變化，因此線圈 中產(chǎn)生了電流。當(dāng)磁體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生電流。但磁體運(yùn)動(dòng)方向相 反，因此產(chǎn)生的電流方向發(fā)生了改變。
[0024]在冷氣缸與推移活塞之間加入定位器，當(dāng)推移活塞運(yùn)動(dòng)方向變化時(shí)，自動(dòng)矯正電 流方向，使輸出電流保持同向。
[0025]線性發(fā)電裝置的過程如圖4所示。
[0026]過程（a)，冷推移活塞在冷腔中間位置，向下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)線圈中產(chǎn)生電流，被蓄電池 存儲(chǔ)。
[0027]過程（b)，冷推移活塞在冷腔下死點(diǎn)位置，向上運(yùn)動(dòng)。此時(shí)線圈中產(chǎn)生電流，方向發(fā) 生了改變。同時(shí)冷腔底部的定位器被觸發(fā)，定位器連接電流置換裝置，將線圈產(chǎn)生的電流方 向進(jìn)行置換，因此電流方向發(fā)生了 2次改變，依然與過程（a)同向，被蓄電池存儲(chǔ)。
[0028] 過程（c)，冷推移活塞在冷腔中間位置，向上運(yùn)動(dòng)。此時(shí)線圈中產(chǎn)生電流，同過程 (b) 〇
[0029] 過程（d)，冷推移活塞在冷腔上死點(diǎn)位置，向下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)電流方向發(fā)生了改變。 冷腔頂端的定位器被觸發(fā)，電流置換裝置將電流方向進(jìn)行更正。電流方向依然與過程（a) 同向。產(chǎn)生的電流被蓄電池存儲(chǔ)。
[0030] 如圖2所示，經(jīng)過定位器對(duì)冷推移活塞的定位，電流方向被不斷的矯正。因此可以 得到穩(wěn)定的直流電。
[0031] 將發(fā)電裝置安裝在冷腔而不是熱腔的原因是熱腔溫度大約在930K左右，超出 了常規(guī)永磁體材料的溫度范圍，因此選擇冷腔作為發(fā)電裝置的安放位置。選用釹鐵硼 (Ne2Fe14B)永磁體材料。
[0032] 磁體的磁性不會(huì)一直不變，在使用一段時(shí)間后會(huì)衰減。因此要定期更換永磁體活 塞以保證系統(tǒng)的可靠性。
[0033] 以一臺(tái)VM循環(huán)熱泵為例，計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，論證發(fā)電裝置的可行性。
[0034]現(xiàn)選取釹鐵硼（Ne2Fe14B)永磁體材料，y
[0035]B-般取 1. 1-1. 52,現(xiàn)取B= 1. 30T。密度P= 7. 5cnT3 ?g。
[0036]VM循環(huán)熱泵的冷推移活塞直徑4 = 3. 48cm，冷推移活塞長(zhǎng)度1丨二4. 359cm，
[0037]VM循環(huán)熱泵的冷腔長(zhǎng)度12= 50mm
[0038] 線圈選用銅線圈，直徑d2= 0. 32mm
[0039]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，其特征在于：它包括VM循環(huán)熱泵系統(tǒng)和線性發(fā)電裝置； 所述VM循環(huán)熱泵系統(tǒng)由冷腔（1)、冷推移活塞（2)、冷回?zé)崞鳎?)、低溫?fù)Q熱器（4)、室 溫腔（6)、室溫?fù)Q熱器（7)、熱腔（8)、熱推移活塞（9)、熱回?zé)崞鳎?0)、高溫?fù)Q熱器（11)、曲 柄（12)、曲柄連桿（13)組成； 所述線性發(fā)電裝置由冷推移活塞（2)、線圈（5)、定位器（14)、蓄電池（15)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，其特征在于：冷腔活塞材料為永磁 體，汽缸壁周圍纏繞銅線圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，其特征在于：選用釹鐵硼（Ne 2Fe14B) 永磁體材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，其特征在于：新活塞的外部涂上 一層防磨材料，延長(zhǎng)了永磁體活塞的壽命。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，其特征在于：汽缸壁上增加定位 器（14)，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)，反轉(zhuǎn)電流方向，使該發(fā)電裝置輸出電流始終同向，并將發(fā) 出的電用蓄電池（15)存儲(chǔ)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種VM循環(huán)熱泵發(fā)電裝置，主要由VM循環(huán)熱泵系統(tǒng)和線性電機(jī)發(fā)電裝置兩部分組成。本實(shí)用新型將傳統(tǒng)VM循環(huán)熱泵改造，用永磁體材料制作推移活塞，氣缸壁周圍繞上線圈。在VM循環(huán)熱泵工作時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，活塞與汽缸壁相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而生成電流。本實(shí)用新型旨在VM循環(huán)熱泵工作時(shí)，可以同時(shí)發(fā)電，既增加了VM循環(huán)熱泵的用途而又不破壞它本身的結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型可拓展性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中。
【IPC分類】F02G1-043, H02K7-18, F25B9-14, H02K35-02
【公開號(hào)】CN204552980
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520077052
【發(fā)明人】謝英柏, 劉靜雯, 陳健陽(yáng), 鄧小冬, 趙金荷
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)（保定）
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日