CN105986924A - 一种vm循环热泵发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VM循环热泵发电装置，主要由VM循环热泵系统和线性电机发电装置两部分组成。本发明将传统VM循环热泵改造，用永磁体材料制作推移活塞，气缸壁周围绕上线圈。在VM循环热泵工作时，由于电磁感应作用，活塞与汽缸壁相对运动，从而生成电流。本发明旨在VM循环热泵工作时，可以同时发电，既增加了VM循环热泵的用途而又不破坏它本身的结构。本发明可拓展性强，可广泛应用于各行业中。

Description

一种VM循环热泵发电装置

技术领域

本发明涉及一种VM循环热泵，尤其是一种VM循环热泵发电装置，属于热泵技术领域。

背景技术

维勒米尔(vuilleumier，以下简称VM)循环，是Vuilleumier在1918年提出的，它的本质可以看成具有公共室温腔的一台斯特林发动机和斯特林制冷机的有机组合，是一台斯特林发动机在内部驱动一台斯特林制冷机，VM循环热泵可以利用余热、太阳能等热能作为驱动能源，可以制冷或制热，只需在启动时需要少量的机械动力，之后便可自行运转，具有结构紧凑、磨损和寿命小、寿命长等优点，甚至还可以输出一定量的轴功率。

VM循环热泵是利用余热加热高温腔，通过热泵内部循环工质的受热膨胀来带动推移活塞使VM循环热泵正常工作，达到供热和制冷的目的。VM循环热泵对于高效节能，减少废热对环境的污染有重要的意义。

发明内容

本发明在现有技术的基础上，对现有装置进行改进，增加了一个VM循环发电装置，可以在VM循环热泵工作的同时进行发电并进行存储。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种VM循环热泵发电装置，它包括VM循环热泵系统、线性发电机系统两部分。

VM循环热泵系统由冷气缸、冷推移活塞、冷回热器、热气缸、热推移活塞、热回热器、室温腔、低温换热器、室温换热器、高温换热器以及推移活塞的驱动连杆机构，驱动电机组成。冷推移活塞与冷气缸组成了冷腔，热推移活塞与热气缸组成了热腔。冷回热器连接冷腔和室温腔，热回热器连接热腔和室温腔。驱动电机通过驱动连杆机构驱动冷推移活塞和热推移活塞。

线性发电机系统：由永磁体、线圈组成。所述永磁体位于冷腔，将冷推移活塞的材料改成永磁体材料制作而成。线圈位于冷腔冷气缸壁上，将冷腔加以改造，外面绕上铜线圈。这样活塞做往复运动时，磁体与线圈相互作用，会有电流产生。

上述VM循环热泵发电装置，在磁体活塞与冷气缸之间加一定位器，当推移活塞运动方向变化时，反转电流方向，使产生的电流一直同向。

上述VM循环热泵发电装置，将永磁体推移活塞外面加上一层陶瓷磨材料，可以增加密封度，并延长使用寿命。

本发明的优点：

1、在VM循环热泵工作的同时，可以有副产品电能的输出，将这个电能存储起来，不但可以供给启动电机使用，甚至可以对外输出。这是一个VM循环热泵新的用途。

2、在本装置中，发电部件与原VM循环热泵巧妙地结合在一起，不破坏VM循环热泵的结构及工作过程。

3、本装置可拓展性强，可以广泛应用在工业、商业等各个领域。

附图说明

图1.本专利的结构图。

图2.本专利的发电流程图。

图3.本专利的发电原理图。

图4.本专利的工作过程图。

附图中标记说明：1-冷腔；2-冷推移活塞；3-冷回热器；4-低温换热器；5-线圈；6-室温腔；7-室温换热器；8-热腔；9-热推移活塞；10-热回热器；11-高温换热器；12-曲柄；13-连杆；14-定位器；15-蓄电池；

具体实施方式

本发明利用线性发电机系统与VM循环热泵技术的结合实现本发明的目的。在VM循环热泵工作的同时，可以发电并存储利用。

整个系统由VM循环热泵和线性发电装置组成。VM循环热泵系统由冷气缸、冷推移活塞、冷回热器、热气缸、热推移活塞、热回热器、室温腔、低温换热器、室温换热器、高温换热器、推移活塞的驱动连杆机构、驱动电机组成。系统利用余热、天然气燃烧热等热量作为能源，从热腔和冷腔吸热，在室温腔放热。

系统在开始工作时需要驱动电机提供少量的机械动力，在系统正常运行期间，当冷推移活塞处于它的最上端附近时，热气缸体积较大，系统内平均温度较高，压力也较高。相反，当冷推移活塞处于它的最下端时，热气缸的体积接近于0，机内平均工质温度和压力都比较低，这样，热气缸起到了驱动的作用。

线性发电装置工作原理：将永磁体作为冷推移活塞的制作材料，在气缸壁外面缠绕铜线圈，这样就构成了基本的发电装置。如图3所示，当磁体向下运动时，线圈与磁体发生相对运动，根据法拉第电磁感应定律，线圈切割磁感线运动，磁通量发生变化，因此线圈中产生了电流。当磁体向上运动时，磁通量发生变化，线圈中产生电流。但磁体运动方向相反，因此产生的电流方向发生了改变。

在冷气缸与推移活塞之间加入定位器，当推移活塞运动方向变化时，自动矫正电流方向，使输出电流保持同向。

线性发电装置的过程如图4所示。

过程(a)，冷推移活塞在冷腔中间位置，向下运动。此时线圈中产生电流，被蓄电池存储。

过程(b)，冷推移活塞在冷腔下死点位置，向上运动。此时线圈中产生电流，方向发生了改变。同时冷腔底部的定位器被触发，定位器连接电流置换装置，将线圈产生的电流方向进行置换，因此电流方向发生了2次改变，依然与过程(a)同向，被蓄电池存储。

过程(c)，冷推移活塞在冷腔中间位置，向上运动。此时线圈中产生电流，同过程(b)。

过程(d)，冷推移活塞在冷腔上死点位置，向下运动。此时电流方向发生了改变。冷腔顶端的定位器被触发，电流置换装置将电流方向进行更正。电流方向依然与过程(a)同向。产生的电流被蓄电池存储。

如图2所示，经过定位器对冷推移活塞的定位，电流方向被不断的矫正。因此可以得到稳定的直流电。

将发电装置安装在冷腔而不是热腔的原因是热腔温度大约在930K左右，超出了常规永磁体材料的温度范围，因此选择冷腔作为发电装置的安放位置。选用钕铁硼(Ne₂Fe₁₄B)永磁体材料。

磁体的磁性不会一直不变，在使用一段时间后会衰减。因此要定期更换永磁体活塞以保证系统的可靠性。

以一台VM循环热泵为例，计算相关数据，论证发电装置的可行性。

现选取钕铁硼(Ne₂Fe₁₄B)永磁体材料，μ＝1.5μ₀＝4π×10^-7μ/m

B一般取1.1-1.52，现取B＝1.30T。密度ρ＝7.5cm^-3·g。

VM循环热泵的冷推移活塞直径d₁＝3.48cm，冷推移活塞长度l₁＝4.359cm，

VM循环热泵的冷腔长度l₂＝50mm

线圈选用铜线圈，直径d₂＝0.32mm

$H_{\mathrm{km}}=\frac{B}{{\mathrm{\μ}}_0}=\frac{1.30T}{1.05\×4\mathrm{\π}\×{10}^{-7}\mathrm{\μ}/m}=0.0985\×{10}^{7}A/m$

I＝H_m·l₁＝0.0985×10⁷×4.359×10^-2＝0.4285×10⁵A

$N=\frac{l_2}{d_2}=\frac{50}{0.32}=156.25\≈160$ 圈

$I_0=\frac{F}{N}=\frac{0.4285\×{10}^5}{160}=0.002678\×{10}^{5}A=2.678\×{10}^{2}A$

本专利可行。

Claims (5)

1.一种VM循环热泵发电装置，其特征在于：它包括VM循环热泵系统和线性发电装置；

所述VM循环热泵系统由冷腔(1)、冷推移活塞(2)、冷回热器(3)、低温换热器(4)、室温腔(6)、室温换热器(7)、热腔(8)、热推移活塞(9)、热回热器(10)、高温换热器(11)、曲柄(12)、曲柄连杆(13)组成；

所述线性发电装置由冷推移活塞(2)、线圈(5)、定位器(14)、蓄电池(15)组成。

2.根据权利1所述的VM循环热泵发电装置，其特征在于：冷腔活塞材料为永磁体，汽缸壁周围缠绕铜线圈。

3.根据权利2所述的VM循环热泵发电装置，其特征在于：选用钕铁硼(Ne₂Fe₁₄B)永磁体材料。

4.根据权利1或2所述的VM循环热泵发电装置，其特征在于：新活塞的外部涂上一层防磨材料，延长了永磁体活塞的寿命。

5.根据权利1或2所述的VM循环热泵发电装置，其特征在于：汽缸壁上增加定位器(14)，当活塞运动方向改变时，反转电流方向，使该发电装置输出电流始终同向，并将发出的电用蓄电池(15)存储。