CN106640411B - 回热器、斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够与通过回热器的工质的特性对应地利用工质热量的回热器、斯特林发动机。本发明的具有催化功能的回热器(9)，设置于斯特林发动机中，所述斯特林发动机还包括压缩腔(11)、冷却器(10)、膨胀腔(21)和加热器(8)，加热器(8)与回热器(9)的一端相连，回热器(10)的另一端与冷却器(10)相连，冷却器(10)出口与压缩腔(11)相连，形成一个完整的循环回路，工质在所述循环回路中流动，在所述回热器(9)中配备有反应物，利用工质在所述回热器(9)中流动产生的热量使得所述反应物发生化学反应而生成反应产物。

Description

回热器、斯特林发动机

技术领域

本发明涉及回热器、斯特林发动机，更具体地说涉及在斯特林发动机的运行过程(斯特林循环)中实现耦合化学反应的回热器、斯特林发动机以及斯特林发动机的运行方法。

背景技术

斯特林发动机(又称热气机)是一种利用外部热源实现可逆循环即斯特林循环的发动机，可以是活塞式发动机，利用密封在回路中的工质周期性膨胀和压缩，实现热能向机械功的转化。

斯特林发动机外部加热的特点使其具有能源适应性好的突出优点，不仅可燃用煤、汽油、柴油、天然气等化石能源，木屑、秸秆、酒精、沼气等生物质能源，还可利用余热、太阳能等低品位能源。外部燃烧过程连续，易于实现燃烧控制和燃烧完全，排放的有害气体大大减少，同时没有爆震和排气波现象，运转平稳，可靠性高。可作为发电的原动机、制冷机、热泵和压力发生器，在家用电器，汽车，轮船和航空航天、微电子以及生物低温保存等诸多领域具有广泛的应用。

斯特林发动机工作容积主要由以下五部分组成：膨胀腔、压缩腔、加热器、回热器和冷却器。工质在活塞运动的驱动下在回路中往复流动，在加热器内被外部热源加热，在冷却器内被外部冷源冷却。

振荡流换热是斯特林循环的一个重要特征，斯特林发动机活塞的往复运动，带动工质周而复始地在斯特林发动机的加热器、回热器、冷却器中往复流动，其速度方向和大小时刻发生变化并伴有较强的气流扰动，有助于传热传质过程的进行。

回热器吸收流过的高温气体工质的热量，并将热量释放给反向流过的低温气体工质，减小加热器和冷却器的吸热量和放热量，提高系统效率。回热器实际上是热交换器的一种，是与在回热器内流动的工质之间进行热量交换的装置。在这种热交换器中，不可避免地会产生热量损失，除了回热器本身的功能之外，回热器的热量如何利用、如何针对流过回热器的不同工质的特性加以利用也是新的未被注意到的技术课题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够与通过回热器的工质的特性对应地利用工质热量的回热器、斯特林发动机以及斯特林发动机的运行方法。

申请人经研究后发现：斯特林发动机中回热器多采用在金属或树脂材料上开口的多孔介质材料，具有较大的表面积，有利于化学反应的进行。在一个循环内，工质两次通过回热器，增大了反应物的接触时间。斯特林机作为一种发动机亦可为反应产物的流动提供所需的动能。对于一些反应时间较长，反应较困难的化学反应，采用斯特林循环的运行方式并充分利用回热器部分作为催化剂载体进行催化反应具有很大的优势。

传统的化学反应的反应器为了达到更好的催化效果和催化效率，需要保持催化剂的活性和增大催化剂与反应物的接触面积。为了维持催化剂较强的活性，催化所处的环境需要维持在一定的温度范围内，对于放热或吸热比较大的化学反应需要做到较好的传热过程。对于反应速率小的化学反应，为了提高反应速率，需要增加反应物和催化剂表面的接触和扰动。申请人发现斯特林发动机内部的振荡流动强化了传热传质，回热器具有较大的反应面积，且在一个循环中工质可两次通过回热器，增加了工质与催化剂表面接触的时间和接触面积。回热器作为反应容器有助于提高了反应速率，促进化学反应进行。

本发明技术方案1的回热器，为具有催化功能的回热器，设置于斯特林发动机中，所述斯特林发动机还包括压缩腔、冷却器、膨胀腔和加热器，加热器与回热器的一端相连，回热器的另一端与冷却器相连，冷却器出口与压缩腔相连，形成一个完整的循环回路，工质在所述循环回路中流动，在所述回热器中配备有反应物，利用工质在在所述回热器中流动产生的热量使得所述反应物发生化学反应而生成反应产物。

根据技术方案1的回热器，利用工质的热量发生化学反应，从而充分地利用工质的特性而生成反应产物，既实现了热量的充分利用，又得到了所需的反应产物。

技术方案2的回热器，在所述回热器中还配备有催化剂以及/或者反应所需要的固体物质，所述催化剂用于帮助所述反应物发生化学反应。

根据技术方案2的回热器，利用催化剂以及/或者反应所需要的固体物质来加快反应速度，更好地进行化学反应。

技术方案3的回热器，所述回热器构成为在金属套管中设置金属网片，所述反应物和所述催化剂配置在所述金属网片上。

根据技术方案3的回热器，在回热器的金属网片上(内外表面均可，优选为网眼部位)设置反应物和催化剂，更好地与工质进行反应。

技术方案4的回热器，所述回热器由在与工质流动的方向正交的方向上层叠树脂薄膜而构成，所述反应物和所述催化剂配置在所述树脂薄膜上。

根据技术方案4的回热器，在树脂薄膜上(内外表面均可)设置反应物和催化剂，更好地与工质进行反应。

技术方案5的回热器，所述金属网片形成有隔间并以与工质流动的方向平行的方式配置，所述催化剂配置在所述金属网片的隔间中。

技术方案6的回热器，所述金属网片卷曲而以与工质流动的方向垂直的方式层叠配置，所述催化剂配置在所述金属网片上。

根据技术方案5、6的回热器，根据金属网片的具体结构来配置催化剂，使得催化剂更好地与工质进行反应。

技术方案7的回热器，所述回热器与压差计连接，根据压差计的压力变化值来确定催化剂是否失去活性。

根据技术方案7的回热器，所述回热器连接压差计，可以通过压差计压力变化的量值确定反应所需要的催化剂是否失去活性，以保证及时更换催化剂。

技术方案8的回热器，所述回热器连接于冷却器，所述冷却器连接于压缩腔，所述压缩腔连接于缓冲装置，产物收集装置与缓冲装置相连，产物引出装置与产物收集装置相连。由所述回热器产生的反应产物经由所述冷却器温度降低，而后经压缩腔，缓冲装置，导入到所述反应产物收集装置，并经由产物引出装置导出。

根据技术方案8的回热器，反应产物经冷却后导入缓冲装置，得到液化的产物，更容易地被导出且更便于进行下一步处理。

技术方案9的回热器，所述的缓冲装置内部配备有液位传感器，通过液位传感器的示数而自动地控制缓冲装置与所述压缩腔或所述产物收集装置之间阀门的开闭。

根据技术方案9的回热器，利用液位传感器实现了缓冲装置的优化控制。

技术方案10的回热器，所述斯特林发动机的所述压缩腔与气源相连，与所述气源供给的不同工质相对应地配备不同的反应物和催化剂。

根据技术方案10的回热器，实现了工质的特性与反应物的配合，能够根据需要和工质的特性而生成不同的反应产物。

技术方案11的回热器，所述回热器能用做费托合成、金属储氢反应、氢气提纯的反应器。

根据技术方案11的回热器，回热器实现了兼做反应器的功能，用简单的结构实现了耦合化学反应。

技术方案12的回热器，所述回热器为单级回热器或者多级回热器，所述回热器为多级回热器时能够在多级回热器之间切换，使得处于非工作状态的回热器中的催化剂能够被更换或再生。

根据技术方案12的回热器，所述回热器可以根据需要而设为单级回热器或者多级回热器，在多级回热器时通过切换使得处于非工作状态的回热器中的催化剂能够被更换或再生，这样大幅提高了催化剂的更换效率，整体的热交换效率也得到了提高。

技术方案13的回热器，在所述斯特林发动机与所述气源之间设置有气体控制单元，气体控制单元包括阀门、流量计、气体混合室和压力传感器，所述气体控制单元通过检测所述压缩腔或膨胀腔内的压强来控制工质的流量，且根据化学反应的需要来选取工质。

根据技术方案13的回热器，通过设置气体控制单元来控制工质的流量，且根据化学反应的需要来选取工质，从而与化学反应对应地控制工质，实现了更精确的控制。气体控制单元主要包括阀门、流量计、气体混合室和压力传感器；气体控制单元可以通过控制阀门选取所需要的气体反应的种类；可以通过流量计控制反应气体的量；通过压力传感器检测反应腔体内的压强控制反应物的流量计比例；气体混合室用于化学反应所需要的反应气体的混合。

技术方案14为斯特林发动机，具有技术方案1-13中任一项所述的回热器。

根据技术方案14，因为具有技术方案1-13中任一项所述的回热器，也自然能够获得上述回热器技术方案中的技术效果。

技术方案15的斯特林发动机，还包括压缩腔、冷却器、膨胀腔和加热器，加热器与回热器的一端相连，回热器另一端与冷却器相连，冷却器出口与压缩腔相连，形成一个完整的循环回路，工质在所述循环回路中流动。由此，回热器在斯特林发动机中实现热交换器以及催化的双重功能。

技术方案16的斯特林发动机，所述膨胀腔和所述压缩腔分别与膨胀腔活塞和压缩腔活塞相连，并采用膨胀腔活塞环和压缩腔活塞环来将所述膨胀腔和所述压缩腔中的工质与外部气体隔绝开，膨胀腔活塞和压缩腔活塞分别通过连杆与传动结构相连。由此，利用活塞连杆机构实现气密状态下的膨胀及压缩，保证了工作的顺畅性。

技术方案17为一种斯特林发动机的运行方法，所述斯特林发动机包括回热器、压缩腔、冷却器、膨胀腔和加热器，加热器与回热器的一端相连，回热器另一端与冷却器相连，冷却器出口与压缩腔相连，所述压缩腔连接于缓冲装置，产物收集装置与缓冲装置相连，产物引出装置与产物收集装置相连，所述运行方法包括如下步骤：与所述斯特林发动机相连的气源向所述斯特林发动机内通入工质，工质在所述膨胀腔内膨胀做功并通过所述加热器加热，被加热后的工质通过所述回热器，使得配备于回热器的反应物发生化学反应而生成反应产物，反应产物经所述冷却器冷却并被导入所述压缩腔、经由缓冲装置，导入到产物收集装置，并经由所述产物引出装置导出，通过所述回热器后的工质通过冷却器并被冷却，排入所述压缩腔中被压缩，而后工质再依次通过冷却器，回热器和加热器回到膨胀腔，重复上述过程。由此，通过使得工质通过回热器，与回热器的反应物发生耦合化学反应，从而利用工质热量实现了化学反应，实现了热量的有效利用。

技术方案18的斯特林发动机的运行方法，运行过程中的放热反应的反应热储存在所述回热器中并由所述冷却器吸收；吸热反应的反应热由所述加热器供给并可储存在所述回热器中，在一次运行过程中，工质两次流过回热器。由此，由于工质两次流过回热器，化学反应更加充分，实现了更好的反应效果。

技术方案19的斯特林发动机的运行方法，另外设置电机，所述电机与斯特林发动机配合来提供使工质运动所需的机械功。由此，能够与工质对应地调整机械功，提高了作业效率。

技术方案20的斯特林发动机的运行方法，化学反应过程与对外做功的能力通过温度、压力、频率等运行工况进行分配和调整。由此，能够实现即时调整，提高了作业效率。

发明效果

综合来说，本发明与现有技术相比具有以下优势：

(1)耦合化学反应的斯特林发动机可以实现输出机械功和反应产物的双重效益，并可以通过改变温度、压力、频率等运行工况，控制和调整化学反应过程与对外做功能力。

(2)对于一些较难进行的化学反应，斯特林发动机内部的振荡流动强化了传热传质，回热器具有较大的反应面积，且在一个循环中反应物可两次通过换热器，增加了反应气体与催化剂表面接触时间和接触面积。该反应容器有助于提高了反应速率，促进化学反应进行。

(3)耦合化学反应的斯特林发动机具有很好的热源适应性，可利用余热或其他可再生能源供热，并为化学反应提供机械能，具有很广的适应性。

(4)耦合化学反应的斯特林发动机，可以针对不同的化学反应的需求，提供较大的运行温度(200-900℃)区间和压力区间(0.1-100MPa)；一般而言，膨胀腔和压缩腔的温差大于100℃，膨胀腔和压缩腔的压力比在1.2-2之间。

附图说明

图1是示出了本发明的回热器以及斯特林发动机的概略构成的概略构成图。

图2是示出了由金属部件构成的回热器的示意图。

图3是示出了由层叠的树脂薄膜构成的回热器的示意图。

图4是示出了金属网片的一个实施例的示意图。

图5(A)是示出了金属网片的另一个实施例的示意图，图5(B)是图5(A)的部分放大图。

图6是示出了本发明的发生了耦合化学反应的斯特林循环过程的的示意图。

图7是示出了以往的斯特林循环过程的示意图。

图8是实施例2的斯特林发动机的系统构成图。

图9是实施例3的斯特林发动机的系统构成图。

图10是实施例4的斯特林发动机的系统构成图。

具体实施方式

对照附图对本发明做进一步说明。

(斯特林发动机的构成)

图1示出了斯特林发动机7的大致构成。如图1所示，所述斯特林发动机7至少包括压缩腔11、冷却器10、回热器9、加热器8和膨胀腔21，加热器8与回热器9的一端利用回路而相连，回热器9另一端与冷却器10利用回路而相连，冷却器10出口与压缩腔11相连，形成循环回路。工质在所述循环回路中流动，在所述回热器9中配备有反应物，利用工质在在所述回热器9中流动产生的热量使得所述反应物发生化学反应而生成反应产物。

在所述回热器9中还配备有催化剂以及/或者反应所需要的固体物质，所述催化剂用于帮助所述反应物发生化学反应。

关于工质(例如是工作气体)的导入，所述斯特林发动机7的所述压缩腔11与气源1相连，使得工质被导入压缩腔11中，气源1可以供给不同的工质以满足不同的需求。优选地，在所述斯特林发动机7与所述气源1之间设置有气体控制单元2，气体控制单元2主要包括阀门3、流量计4、气体混合室5和压力传感器6；气体控制单元2可以通过控制阀门3选取所需要的气体反应的种类；流量计4可以用于控制反应气体的量；通过压力传感器6检测反应腔体内的压强而控制反应物的流量计比例；气体混合室5用于化学反应所需要的反应气体的混合；所述气体控制单元2通过检测所述压缩腔11或膨胀腔21内的压强来控制工质的流量，且根据后述的化学反应的需要来选取工质。由此，能够更好地控制工质流量，实现稳定的循环，且对应于后述的化学反应的需要来确定工质，获得良好的反应效果。

关于反应产物的导出，所述斯特林发动机7的回热器9利用连接装置(导管等)而与冷却器10相连接，冷却器10下端的压缩腔11与缓冲装置12相连，产物收集装置13与缓冲装置12相连，产物引出装置14与产物收集装置13相连。由所述回热器9产生的反应产物经由连接装置被引导到冷却器10，经由所述冷却器10温度降低，而后导入压缩腔11，经压缩腔11、缓冲装置12、导入到所述反应产物收集装置13，并经由产物引出装置14导出到外部。所述缓冲装置22内部配备有液位传感器22，根据液位传感器22的示数而自动地控制缓冲装置12与所述压缩腔11或所述产物收集装置13之间阀门的开闭。反应产物引出装置14可以是导管等连接装置。

所述膨胀腔21和所述压缩腔11分别与膨胀腔活塞20和压缩腔活塞16相连，并采用膨胀腔活塞环19和压缩腔活塞环15来将所述膨胀腔和所述压缩腔中的工质与外部气体隔绝开，膨胀腔活塞20和压缩腔活塞16分别通过连杆而与传动结构17相连。当然，连杆转动只是一种联动方式，只要能够实现膨胀腔活塞20和压缩腔活塞16的联动，也可以采用其他联动方式。另外设置电机18，所述电机18与斯特林发动机7配合来提供使工质运动所需的机械功。

(回热器的构成)

图2是示出了由金属部件构成的回热器的示意图。图3是示出了由层叠的树脂薄膜构成的回热器的示意图。

图2中示出了在金属套管中配置的金属网片。所述反应物和所述催化剂配置在所述金属网片的内表面或者外表面。图3中示出了由层叠的树脂薄膜构成的回热器，所述反应物和所述催化剂配置在所述树脂薄膜的内表面或者外表面。由此，工质在通过回热器时，与设置于回热器中的所述反应物和所述催化剂发生耦合化学反应。实际上，对于回热器的构成以及反应物或催化剂配置在回热器中的位置没有特别限定，只要是能够实现回热器的功能，则可以采用各种结构的回热器，只要是能够配置在回热器中并与工质发生反应，则可以配置在回热器中的任何合适位置。

图4和图5示出了回热器中设置的金属网片与催化剂的两种布置方式。图4示出的布置方式是金属网片以与工质流动的方式平行的方式配置，催化剂配置在金属网片形成的隔间中，隔间可以为蜂窝状结构或者是方形结构等任何适于摆放催化剂的结构。图5示出的布置方式是金属网片卷曲而以与工质流动的方向垂直的方式层叠配置，金属网片主要起支架作用，催化剂配置在金属网片上。实际上，对于回热器中的金属网片与催化剂的布置方式没有特别的现定，只要能够达到催化剂与催化剂载体很好的复合，回热器内的催化剂载体和催化剂的布置方式可以采用任何形式。

(斯特林发动机的运行方法)。

下面，说明上述构成的斯特林发动机的动作。

在斯特林发动机的斯特林循环开始前，与所述斯特林发动机7相连的气源1向所述斯特林发动机7内通入工质。

首先，使电机18动作或者利用斯特林压缩机本身的动力，驱动膨胀腔活塞20运动，膨胀腔21内的空间增加，工质在所述膨胀腔21内膨胀，虽然膨胀腔21内的工作气体温度下降，但是由于通过加热器8将外部的热向膨胀腔21内传递，所以膨胀腔21内基本保持在等温下。即，本过程构成斯特林循环的等温膨胀过程。

然后，膨胀腔21内的工质通过回热器9，向压缩腔11一侧输送。这时，蓄积在回热器9的热量赋予给工质，因此工质温度上升。即，本过程构成斯特林循环的等容加热过程。

利用压缩腔活塞16的动作使得工质在压缩腔11内被压缩。由此，压缩腔11内的工质温度上升，但是，由于借助于冷却器10将压缩腔11内产生的热向外部放出，所以，压缩腔11内的工质温度基本维持在等温状态。即，本过程构成斯特林循环的等温压缩过程。

接着，在压缩腔11内由压缩腔活塞16压缩的工质，在其压力作用下流入回热器9内，进一步向膨胀腔21输送。这时，工质所具有的热量由回热器蓄积起来。即，本过程构成斯特林循环的等容冷却过程。

这样，在一次循环中，工质两次流过回热器，在工作流过回热器时，参与催化反应。工质的热量被用来催化回热器中配置的反应物，产生的反应产物经由所述冷却器10温度降低，而后经压缩腔12，缓冲装置12，导入到所述反应产物收集装置13，并经由产物引出装置14导出到外部。所述的缓冲装置22内部配备有液位传感器22，根据液位传感器22的示数，自动地控制缓冲装置12与所述压缩腔11或所述产物收集装置13之间阀门的开闭。所述回热器可以用作多种反应的反应容器，例如所述回热器8能用做费托合成、金属储氢反应、氢气提纯的反应器。上述工质的流动方向可以改变，在例如工质首先从压缩腔流向膨胀腔的情况下斯特林循环如下所述。

首先，使电机18动作或者利用斯特林压缩机本身的动力，驱动压缩腔活塞16，将压缩腔11内的工质压缩。由此，压缩腔11内的工质温度上升，但是，由于借助于冷却器10将压缩腔11内产生的热向外部放出，所以，压缩腔11内的工质温度基本维持在等温状态。即，本过程构成斯特林循环的等温压缩过程。

接着，压缩腔11内由压缩腔活塞16压缩的工质在压力作用下流入回热器9内，进一步向膨胀腔21输送。这时，工质所具有的热量由回热器蓄积起来。即，本过程构成斯特林循环的等容冷却过程。

随后，流入膨胀腔21内的工质，通过膨胀腔活塞20的运动而膨胀。虽然膨胀腔21内的工作气体温度下降，但是由于通过加热器8将外部的热向膨胀腔21内传递，所以膨胀腔21内基本保持在等温下。即，本过程构成斯特林循环的等温膨胀过程。

然后，膨胀腔活塞20向回复方向运动，借此，膨胀腔21内的工质通过回热器9，重新返回压缩腔11一侧。这时，蓄积在回热器8的热量赋予给工质，因此，工质温度上升。即，本过程构成斯特林循环的等容加热过程。

在这样的一次循环中，工质也是两次流过回热器，在工作流过回热器时，参与催化反应。

在上述运行方法中，所示的膨胀腔活塞和压缩腔活塞运动所需的机械功可由斯特林发动机本体提供，多余的功率可推动电机发电，若斯特林发动机本体做功不足或需提高转速，可由电机再提供一部分机械功。

工质在从气源送出后可以通过气体控制单元2，气体控制单元2主要包括阀门3、流量计4、气体混合室5和压力传感器6；气体控制单元2可以通过控制阀门3选取所需要的气体反应的种类；通过流量计4来控制反应气体的量；通过压力传感器6检测反应腔体内的压强来控制反应物的流量计比例；气体混合室5用于化学反应所需要的反应气体的混合；因此所述的气体控制单元可通过检测反应腔体内的压强来控制反应物的流量计比例，还可以通过控制开关选取所需要的气体反应的种类。

在斯特林循环中，化学反应过程与对外做功的能力能够通过温度、压力、频率等运行工况进行分配和调整。

需要注意的是：在本发明中，由于耦合化学反应的存在，使得斯特林循环中的热交换受到了化学反应的影响，避免了热量的损失。图6是示出了本发明的发生了耦合化学反应的斯特林循环过程的示意图。耦合化学反应的斯特林循环的P-V图和T-S图的特征主要取决于化学反应的类型，主要和反应的体积变化和能量变化有关。以反应物为气体的熵减反应为例的循环图，各过程如下：1-2过程是充气环节；2-3过程等温压缩过程；3-4过程等容回热过程；4-5过程是反应发生阶段；5-6过程等温膨胀过程；6-7过程是反应发生阶段；7-1过程等容冷却过程。具体过程如下：过程1-2为充气过程，常温下的气体高压充入，体系温度降低，压力和体积均增加，熵增加；过程2-3为等温压缩过程，压力增加，且气体热量经由冷却器传递给冷却水，气体保持较低温度；过程3-4为等容回热过程，此时气体接触催化剂，温度不断升高，但温度较低，反应基本不进行；过程4-5为反应发生阶段，随着温度升高，反应开始进行，并且该反应是个体积减小的反应，所以该过程体积减少，压强增加变慢，体系的熵增变缓；过程5-6为等温膨胀过程，膨胀过程中，容积增大，工质压力降低，且气体经由加热器从外界热源吸入热量，气体保持较高温度；过程6-7为冷却过程且伴随化学反应发生，温度降低，由于开始温度较高，所以反应可以继续进行，并随着温度的降低反应速度变慢，该过程可以发生化学反应，随着温度降低和气体反应物的减少，反应速率降低直至停止；过程7-1为等容冷却过程，体系温度降低，压力降低。

与之相对，图7示出了以往的斯特林循环过程的示意图。传统的斯特林循环只有两个等容过程和两个等温过程。在实际发动机工作过程中,由于压缩和膨胀过程不等温、工质在热交换器中的流动造成流动损失、回热器工作不完善的损失及工作零件的温度逸散等因素,实际的斯特林循环各个过程变化不明显，不能获得本发明这样的热量利用效果。

(实施例1)

图1是实施例1的斯特林发动机的系统构成图。图1中示出的斯特林发动机为α型发动机，α型斯特林发动机结构相对简单，两个活塞都可以输出功率。冷腔热腔都有动力活塞，热腔和冷腔温差不能过大，相比其他类型斯特林发动机更适合于不需要温度变化很大的化学反应。图1中，1为气源，2为气体控制单元，7为斯特林发动机，18为电机，14为产物引出装置，12为缓冲装置，22为液位传感器，13为产物收集装置。

(实施例2)

图8是实施例2的斯特林发动机的系统构成图。图8中示出的斯特林发动机为β型斯特林发动机，在同一个气缸中配备了配气活塞和动力活塞，β型斯特林发动机结构更加紧凑，β型斯特林发动机压缩腔和冷却腔的温度差值更大，可用作温度需要骤降以避免副反应发生的化学反应。图8中，1为气源，2为气体控制单元，3为斯特林发动机，4为压差计，5为液位传感器，6为缓冲装置，7为产物收集装置，8为产物引出装置，9为电机。

(实施例3)

图9是实施例3的斯特林发动机的系统构成图。图9中示出的斯特林发动机为γ型斯特林发动机，动力活塞和配气活塞分别在两个气缸中，γ型双作用的斯特林发动机具有更高的机械效率，并且具有很好的自增压效果，可以做到很大的压比，有利于液体产物的收集和某些气体产物的液化。图9中，1为气源，2为气体控制单元，3为斯特林发动机，4为压差计，5为液位传感器，6为缓冲装置，7为产物收集装置，8为产物引出装置，9为电机。

图10是实施例4的斯特林发动机的系统构成图。双作用型斯特林发动机结构更加紧凑，可以输出更大的功率，双作用型斯特林发动机至少具有四个独立的缸，可以用作四个化学反应的反应器，双作用型斯特林发动机适合于有中间反应发生的化学反应，对于有多部中间反应的化学反应尤其适用。图10中，1为气源，2为气体控制单元，3为斯特林发动机，4为压差计，5为液位传感器，6为缓冲装置，7为产物收集装置，8为产物引出装置，9为电机。

以上对本发明的具体实施例进行了描述，但是本发明并不限于上述实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也在本发明的范畴之内。因此，在不脱离本发明精神和范围下所做的均等变换和修改都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种具有催化功能的回热器(9)，设置于斯特林发动机中，所述斯特林发动机还包括压缩腔(11)、冷却器(10)、膨胀腔(21)和加热器(8)，膨胀腔(21)与加热器(8)相连，加热器(8)与回热器(9)的一端相连，回热器(9)的另一端与冷却器(10)相连，冷却器(10)出口与压缩腔(11)相连，形成一个完整的循环回路，工质在所述循环回路中流动；

其特征在于，在所述回热器(9)中配备有反应物，利用工质在所述回热器(9)中流动产生的热量使得所述反应物发生化学反应而生成反应产物；

在所述回热器(9)中还配备有催化剂，所述催化剂用于帮助所述反应物发生化学反应；

所述回热器(9)构成为在金属套管中设置金属网片，所述反应物和所述催化剂配置在所述金属网片上；

所述斯特林发动机(7)的与所述冷却器(10)相连的压缩腔(11)与缓冲装置(12)相连，产物收集装置(13)与缓冲装置(12)相连，产物引出装置(14)与产物收集装置(13)相连，由所述回热器(9)产生的反应产物经由所述冷却器(10)温度降低，而后被导入压缩腔(11)，经缓冲装置(12)导入到所述产物收集装置(13)，并经由产物引出装置(14)导出；

在所述的缓冲装置(12)内部配备有液位传感器(22)，根据液位传感器(22)的示数而自动地控制缓冲装置(12)与所述压缩腔(11)或所述产物收集装置(13)之间阀门的开闭，

所述金属网片形成有隔间且以与工质流动的方向平行的方式配置，所述催化剂配置在所述金属网片的所述隔间中,或者所述金属网片卷曲而以与工质流动的方向垂直的方式层叠配置，所述催化剂配置在所述金属网片上。

2.如权利要求1所述的具有催化功能的回热器(9)，其特征在于，所述回热器(9)与压差计(23)连接，根据压差计(23)的压力变化值来确定催化剂是否失去活性。

3.如权利要求1所述的具有催化功能的回热器(9)，其特征在于，所述斯特林发动机(7)的所述压缩腔(11)与气源(1)相连，与所述气源(1)供给的不同工质相对应地配备不同的反应物和催化剂。

4.如权利要求1所述的具有催化功能的回热器(9)，其特征在于，所述回热器(9)为单级回热器或者多级回热器，所述回热器(9)为多级回热器时能够在多级回热器之间切换，使得处于非工作状态的回热器中的催化剂能够被更换或再生。

5.如权利要求4所述的具有催化功能的回热器(9)，其特征在于，在所述斯特林发动机(7)与所述气源(1)之间设置有气体控制单元(2)，气体控制单元(2)包括阀门(3)、流量计(4)、气体混合室(5)和压力传感器(6)；所述气体控制单元(2)通过检测所述压缩腔(11)或膨胀腔(21)内的压强来控制工质的流量，且根据化学反应的需要来选取工质。

6.一种斯特林发动机(7)，具有权利要求1-5中任一项所述的回热器(9)。