CN113756874A - 蒸汽活塞驱动直线发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蒸汽活塞驱动直线发电机，包括蒸汽活塞驱动装置和与所述蒸汽活塞驱动装置连接的直线发电机。所述蒸汽活塞驱动装置包括汽化装置、第一气体做功单元、第二气体做功单元、冷凝装置；所述直线发电机包括定子和动子。蒸汽在第一做功单元膨胀时，推动第一活塞直线运动，并带动直线发电机动子正向运动发电；蒸汽在第二做功单元膨胀时，推动第二活塞直线运动，并带动直线发电机动子反向运动发电。

Description

蒸汽活塞驱动直线发电机

技术领域

本发明涉及热机驱动的直线发电机。

背景技术

自由活塞内燃机驱动直线发电机发电是近年来热-电转换领域中的研究热点。利用活塞的直线运动直接推动直线发电机发电，省去了连杆曲轴等运动转换机构，不仅大大地简化了发动机的结构，同时也提高了机械效率。

与自由活塞式内燃机相比，高效蒸汽活塞驱动装置是外燃机，气态、液态、固态的燃料都可以用，太阳能也可以驱动。蒸汽活塞驱动的直线发电机是一种适用于多种能源热机转换的高效热-电转换装置，为太阳能的利用、生物质能的利用、化石能源的高效低污染利用提供了新方案；也为分布式热电联供系统、汽车的混合动力系统提供了新方案。

传统的活塞式蒸汽机的热功转换效率只有10-15％，最高仅为20％左右，且结构笨重，在现代交通工具中活塞式蒸汽机已被内燃机所取代。

发明内容

基于此，有必要提供一种利用蒸汽活塞驱动的直线发电机方案。

一种蒸汽活塞驱动直线发电机，包括：

蒸汽活塞驱动装置和与所述蒸汽活塞驱动装置连接的直线发电机

所述蒸汽活塞驱动装置包括：

汽化装置，用于将液态工质加热汽化，形成具有预定温度和压力的气态工质；

第一气体做功单元，用于在所述气态工质膨胀做功的同时继续加热所述气态工质；

第二气体做功单元，用于使在所述第一气体做功单元中做功后的所述气态工质膨胀做功；及

冷凝装置，用于使在所述第二气体做功单元中做功后所述气态工质冷凝回复为所述液态工质。

在一实施例中，所述汽化装置能够分别与所述冷凝装置和所述第一气体做功单元流体连通，并能够使所述液态工质在所述汽化装置中被加热，形成具有预定温度和压力的所述气态工质。

在一实施例中，所述第一气体做功单元能够分别与所述汽化装置和所述第二气体做功单元流体连通，所述第一气体做功单元包括加热器和第一活塞-气缸单元，所述第一活塞-气缸单元包括第一活塞和第一气缸，所述加热器通过对所述活塞-气缸单元加热，使所述第一活塞-气缸单元内的所述气态工质在所述气缸中膨胀并推动所述活塞对外做功的同时被继续加热。

在一实施例中，所述第二气体做功单元能够分别与所述第一气体做功单元和所述冷凝装置流体连通，所述第二气体做功单元包括第二活塞-气缸单元，所述第二活塞-气缸单元包括第二气缸和第二活塞，所述气态工质能够在所述第二活塞-气缸单元的所述气缸中膨胀并推动所述活塞对外做功。

在一实施例中，所述蒸汽机还包括工质循环控制装置，所述工质循环控制装置包括管路、泵和控制阀门，

所述管路用于连接所述汽化装置、所述第一气体做功单元、所述第二气体做功单元和所述冷凝装置；

所述泵用于驱动所述液态工质输入所述汽化装置；

所述控制阀门用于使所述汽化装置、所述第一气体做功单元、所述第二气体做功单元及所述冷凝装置之间流体连通或流体隔离。

在一实施例中，所述控制阀门包括设置在所述泵与所述汽化装置之间的出水阀，所述出水阀通过开启和关闭，将所述液态工质非连续的定量输入至所述汽化装置。

在一实施例中，所述控制阀门包括分别对应设置在所述第一气体做功单元的进气口和排气口，以及所述第二气体做功单元的进气口和排气口的进气阀和排气阀，所述进气阀和所述排气阀通过开启和关闭，将所述气态工质非连续的定量输入至所述第一气体做功单元和所述第二气体做功单元，并控制做功后蒸汽的排出。

在一实施例中，所述工质为无机或有机流体物质，所述工质熔点、沸点及蒸汽压等使所述工质在所述蒸汽驱动装置的各单元和装置中具有对应的物质状态。

在一实施例中，所述直线发电机包括：

发电机定子，所述发电机定子与所述蒸汽活塞驱动装置固定连接；

发电机动子，所述发电机动子两端分别与所述第一活塞及第二活塞连接，并在所述第一活塞和所述第二活塞的驱动下，做相对于所述发电机定子的往复运动。

在一实施例中，所述直线发电机的数量为2个，且包括杠杆机构；

所述2个直线发电机中的一个包括第一定子和第一动子，另一个包括第二定子和第二动子；

所述杠杆机构包括杠杆和杠杆固定支点，所述杠杆的两端分别与所述第一动子和所述第二动子连接；

所述第一活塞与所述第一动子连接，所述第二活塞与所述第二动子连接；

当所述第一活塞驱动所述第一动子带动所述杠杆绕所述固定支点摆动时，所述第一动子相对所述第一定子做直线运动，且所述杠杆的一端带动所述第二动子相对所述第二定子做与所述第一动子方向相反的直线运动，并使所述第二活塞做与所述第一活塞方向相反的运动；当所述第二活塞驱动所述第二动子带动所述杠杆绕所述固定支点摆动时，所述第二动子相对所述第二定子做直线运动，而且所述杠杆的另一端带动所述第一动子相对所述第一定子做与所述第二动子方向相反的直线运动，并使所述第一活塞做与所述第二活塞方向相反的运动。

本发明提供的蒸汽活塞驱动直线发电机，包括蒸汽活塞式驱动装置和直线发电机。蒸汽活塞驱动装置的第一气体做功单元能够在气态工质膨胀做功的同时对气态工质加热，使工质在做功的同时吸收热量，在气态工质进入第二气体做功单元后，利用在第一气体做功单元加热膨胀做功后气态工质仍然保持极高的温度的特点，使其进一步做功，形成多级做功体系，从而具有比传统蒸汽机更高的热效率，进而能够整体提高蒸汽活塞驱动直线发电机的热电转换效率。采用本发明的热机循环方案可以将热机转换效率提高到35-45％，甚至更高。

与自由活塞式内燃机相比，外燃式蒸汽机对于燃料选择限制较少，气态、液态、固态的燃料都适用，也可通过太阳热能驱动。因此，本发明提供的蒸汽活塞驱动的直线发电机是一种适用于多种能源的高效热-电转换装置，为太阳能的利用、生物质能的利用、化石能源的高效低污染利用提供了新方案；也为分布式冷热电联供系统、汽车的混合动力系统提供了新方案。

附图说明

图1为本发明实施例的蒸汽活塞驱动直线发电机的结构示意图；

图2为本发明一实施例的蒸汽活塞驱动直线发电机的结构示意图；

图3为本发明另一实施例的蒸汽活塞驱动直线发电机的结构示意图；

图4为本发明另一实施例的蒸汽活塞驱动直线发电机的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“设置在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。实施例附图中各种不同对象按便于列举说明的比例绘制，而非按实际组件的比例绘制。

请参阅图1，本发明实施例提供一种蒸汽活塞驱动直线发电机，包括蒸汽活塞驱动装置10和直线发电机20。所述蒸汽活塞装置10用于将热量转化为机械能，并推动活塞实现往复运动。所述直线发电机20用于将所述活塞的机械能转化成电能输出。

所述直线发电机20可以为各种类型，如感应直线发电机、永磁直线发电机或磁阻直线发电机。所述蒸汽活塞驱动装置10的活塞与所述直线发电机20的动子连接，驱动动子直线运动使所述活塞的机械能转化成电能输出。

请参阅图2，在一实施例中，所述蒸汽活塞驱动装置10包括汽化装置11、第一气体做功单元12、第二气体做功单元13和冷凝装置14。所述直线发电机20设置在第一气体做功单元12和第二气体做功单元13之间。所述直线发电机20包括动子22和定子24。

所述汽化装置11用于将液态工质加热汽化，形成具有预定温度和压力的气态工质。

所述第一气体做功单元12包括加热器122和第一活塞-气缸单元121，加热器122设置在第一活塞-气缸单元121附近，能够对第一活塞-气缸单元121加热。第一活塞-气缸单元121包括第一气缸124和第一活塞123。所述第一气体做功单元12用于在所述气态工质膨胀做功的同时继续加热所述气态工质。

所述第二气体做功单元13用于使在所述第一气体做功单元12中做功后的所述气态工质膨胀做功。所述第二气体做功单元13包括第二活塞-气缸单元131，所述第二活塞-气缸单元131包括第二活塞133和第二气缸134。

所述冷凝装置14用于使在所述第二气体做功单元13中做功后所述气态工质冷凝回复为所述液态工质。

在一实施例中，所述直线发电机20的动子22连接在所述第一气体做功单元12和所述第二气体做功单元13之间，分别与所述第一活塞123和所述第二活塞133连接，使活塞123-动子22-活塞133呈一直线设置。第一活塞-气缸单元121与第二活塞-气缸单元131相对设置，且方向相反，使两个单元的膨胀行程相反。当第一活塞-气缸单元121处于膨胀状态，驱动动子22朝向第二活塞-气缸单元131运动，此时第二活塞-气缸单元131处于排汽状态；反之亦然。动子22在两个活塞的驱动下在定子24中往复直线运动，使直线发电机20发出电能。

具体的，所述蒸汽活塞驱动装置10的汽化装置11能够使液态工质汽化，并升温、升压，形成具有第一温度和第一压力的气态工质。在一实施例中，汽化装置11为蒸汽发生器，可包括定容的容器和加热器，加热器对容器内的液态工质加热形成气态工质。汽化装置11能够分别与冷凝装置14和第一气体做功单元12流体连通，使冷凝装置14的液态工质输入至汽化装置11形成气态工质，然后输入第一气体做功单元12。

所述蒸汽活塞驱动装置10可进一步包括工质循环控制装置，包括管路、泵和控制阀门。管路用于连接汽化装置11、第一气体做功单元12、第二气体做功单元13及冷凝装置14。泵和控制阀门用于控制工质顺序适时地输入上述各单元和装置中，使工质在蒸汽活塞驱动装置10中循环的过程中连续地对外做功。具体的，泵15用于驱动所述液态工质输入所述汽化装置11。控制阀门16、17、18用于使汽化装置11、第一气体做功单元12、第二气体做功单元13及冷凝装置14之间适时的流体连通或流体隔离。

泵15可以例如是脉动泵(如柱塞泵)。控制阀门16可以例如是单向出水阀，出水阀16可随阀门两边的压力差间歇的开启和关闭，出水阀16用于使出水阀16与泵15之间的液态工质增压后，脉动定量地进入汽化装置11。出水阀16与泵15配合可以控制每一次脉动进入汽化装置11的液态工质的量。

蒸汽活塞驱动装置10的第一气体做功单元12能够对进入其中的气态工质继续加热，并同时使气态工质膨胀推动第一活塞123运动，进而带动动子22在直线发电机20中运动发电。做功后形成具有第二温度和第二压力的气态工质。第二温度与第一温度基本相同，第二压力小于第一压力。蒸汽活塞驱动装置10的第二气体做功单元13能够使第一气体做功单元排出的气态工质进一步膨胀而对外做功，做功后排出的气态工质具有第三压力和第三温度。与第一气体做功单元12不同，气态工质在第二气体做功单元13中可近似处于绝热状态，使所述气态工质膨胀做功后的温度和压力均比做功前降低，即第三温度小于第二温度，第三压力小于第二压力。

第一活塞-气缸单元12能够分别与汽化装置11和第二活塞-气缸单元13流体连通。具体的，第一活塞-气缸单元121的第一气缸124的进气口与汽化装置11的出气口能够通过管路流体连通；第一活塞-气缸单元121的第一气缸124的排气口与第二活塞-气缸单元131的第二气缸134的进气口能够通过管路流体连通。

在一实施例中，工质循环控制装置的控制阀门包括分别设置在第一活塞-气缸单元121的第一气缸124的进气口和出气口上的进气阀17和出气阀18，以及分别设置在第二活塞-气缸单元131的第二气缸134的进气口和出气口上的进气阀17和出气阀18，用于控制进气口和出气口的适时的开启和关闭。

在一实施例中，在第一活塞-气缸单元121的进气和膨胀做功过程中(此时第二活塞-气缸单元131处于排气过程)，对应第一活塞-气缸单元121的进气阀17开启，出气阀18关闭，第一活塞-气缸单元121的第一气缸124内部与汽化装置11流体连通，并与第二活塞-气缸单元131流体隔离；汽化装置11中具有预定温度和压力的气态工质进入第一活塞-气缸单元121的第一气缸124内部，通过膨胀推动第一活塞123运动，带动直线发电机20的动子22朝第二活塞-气缸单元131方向直线运动发电，并使第二活塞133复位；另外，此时出水阀16关闭，汽化装置11与泵15之间流体隔离。

在第一活塞-气缸单元121的排气过程中(此时第二活塞-气缸单元131处于进气和膨胀做功过程)，对应第一活塞-气缸单元121的出气阀18开启，进气阀17关闭，第一活塞-气缸单元121的第一气缸124内部与汽化装置11流体隔离，并与第二活塞-气缸单元131流体连通；直线发电机20的动子22在第二活塞-气缸单元131的第二活塞133的驱动下朝第一活塞-气缸单元121方向直线运动发电，同时带动第一活塞-气缸单元121的第一活塞123复位；另外，此时出水阀16在泵15输出的脉动高压下开启，下一个定量的液态工质被泵入汽化装置11中。

第二气体做功单元13能够分别与第一气体做功单元12和冷凝装置14流体连通。具体的，第二活塞-气缸单元131的第二气缸134的进气口与第一活塞-气缸单元121的第一气缸124的排气口能够通过管路流体连通；第二活塞-气缸单元131的第二气缸134的排气口与冷凝装置14的进气口能够通过管路流体连通。

在第二活塞-气缸单元131的进气和膨胀做功过程中(此时第一活塞-气缸单元121处于排气过程)，对应第二活塞-气缸单元131的第二气缸134的进气阀17开启，出气阀18关闭，第二活塞-气缸单元131的第二气缸134内部与第一活塞-气缸单元121的第一气缸124内部流体连通，并与冷凝装置14流体隔离；第一活塞-气缸单元121中具有第二温度和第二压力的气态工质进入第二活塞-气缸单元131的第二气缸134内部，通过膨胀推动第二活塞-气缸单元131的第二活塞133运动，驱动直线发电机20的动子22朝第一活塞-气缸单元121方向直线运动发电，并使第一活塞123复位。

在第二活塞-气缸单元131的排气过程中(此时第一活塞-气缸单元210处于进气和膨胀做功过程)，对应第二活塞-气缸单元131的第二气缸134的出气阀18开启，进气阀17关闭，第二活塞-气缸单元131的第二气缸134内部与第一气体做功单元121流体隔离，并与冷凝装置14流体连通；第一活塞-气缸单元121的第一气缸124中膨胀的气体工质推动第一活塞123，驱动直线发电机20的动子22朝第二活塞-气缸单元131方向运动，带动第二活塞-气缸单元131的第二活塞133复位，将第二活塞-气缸单元131的第二气缸134中完成膨胀做功后具有第三温度和第三压力的气态工质从第二气缸134的出气口排出，经出气阀18排入冷凝装置14。

冷凝装置14能够对气态工质降温降压，使原来具有第三温度和第三压力的气态工质冷凝回复为液态工质，完成一个循环。

在一实施例中，在蒸汽活塞驱动装置10中所使用的进气阀17、出气阀18和出水阀16可以为电控阀门，工质循环控制装置可包括电路和控制器，与电控阀门连接，通过控制器中的程序控制相应的电控阀门开关切换时间。

请参阅图3，在一实施例中，第二气体做功单元13与冷凝装置14之间的排气管路192可经过出水阀16附近，优选经过泵15与出水阀16之间的进液管路191附近，利用从第二气体做功单元13排出的气态工质的热量加热进液管路191内的液态工质，回收排汽管路192中乏汽的热量，提高热效率。具体的，排气管路192可以盘绕在进液管路191外，或者在进液管路191和排气管路192之间接一个热交换器。

请参阅图4，在一实施例中，蒸汽活塞驱动直线发电机包括两个直线发电机20，以及设置在两个直线发电机20之间的杠杆机构。杠杆机构包括杠杆27和杠杆固定支点28。两个直线发电机20中的一个包括第一定子24和第一动子22，另一个包括第二定子24和第二动子22。第一活塞123与第一动子22的一端连接，第二活塞133与第二动子22的一端连接，两个动子22的另一端分别与杠杆27的两端连接，杠杆27能够绕支点28摆动，将一个动子22的运动传递至另一个动子22，从而使两个动子22做方向相反的往复运动。具体的，当第一活塞123驱动第一动子22带动杠杆27绕固定支点28摆动时，第一动子22相对第一定子24做直线运动，且杠杆27的一端带动第二动子22相对第二定子24做与第一动子22方向相反的直线运动，并使第二活塞133做与第一活塞123方向相反的运动。当第二活塞133驱动第二动子22带动杠杆27绕固定支点28摆动时，第二动子22相对第二定子24做直线运动，而且杠杆27的另一端带动第一动子22相对第一定子24做与第二动子22方向相反的直线运动，并使第一活塞123做与第二活塞133方向相反的运动。

在所述蒸汽活塞驱动装置10循环做功的整个过程中，所述工质在所述蒸汽活塞驱动装置10中封闭的循环运行。在蒸汽活塞驱动装置10的不同部件中所述工质可以具有相同或不同的状态，例如具有相同或不同的温度、压力、体积和/或物质状态。

所述工质不限于水，例如还可以是含有其它溶质的水溶液或有机物。所述有机物例如可以选自烷烃类化合物、芳香烃类化合物、氟利昂类化合物中的至少一种，如己烷、甲苯等。在一实施例中，所述工质为氨。很多利用朗肯循环、有机朗肯循环的蒸汽机所采用的工质，也是蒸汽活塞驱动装置10在相同的热源条件下可采用的工质。

本发明实施例的提供的蒸汽活塞驱动直线发电机中，蒸汽活塞驱动装置10将近似等温膨胀的加热膨胀做功过程和近似绝热膨胀做功过程相结合。在等温膨胀过程中，通过外部提供热量，可以使工质在做功的同时吸收热量。并且，利用加热膨胀做功后气态工质仍然保持极高的温度的特点，将其进一步用于近似绝热膨胀过程中做功，形成多级做功体系，使热效率大于传统蒸汽机的热效率，从而提高蒸汽活塞驱动装置的热机转换效率。

上述分析结果可以通过热力学理论的近似计算给予证明。为了计算方便，将第一气体做功单元12中的做功过程近似为等温膨胀，将第二气体做功单元13中的做功过程近似为绝热膨胀，并以水为工质，同时认为水泵、阀门、管路消耗的能量很少，可以忽略不计。

根据《工程热力学》教科书，我们得到以下热力循环计算方法：

一、第一气体做功单元12等温膨胀计算方法：

T1、P1、H1、S1为第一气体做功单元12中等温膨胀前单位质量工质的温度、压力、焓和熵；T2、P2、H2、S2为第一气体做功单元12中等温膨胀后单位质量工质的温度、压力、焓及熵；W1是等温膨胀做的功，Q1是等温膨胀阶段所吸的热量。

单位质量工质在第一气体做功单元12等温膨胀时系统吸收的热量Q1，可根据公式(1)计算，：

因为是等温膨胀，这里T＝T1＝T2

单位质量工质在第一气体做功单元12等温膨胀时系统对外做功量W1，可根据公式(2)计算：

W1＝Q1-△H＝Q1-(H2-H1) (2)

在正向计算中，T1＝T2、P1、P2为设定值，H1、H2、S1、S2可以从《水和水蒸汽热力性质图表》中对应查到。

二、第二气体做功单元13绝热膨胀计算方法：

T2、P2、H2、S2同时还为第二气体做功单元13绝热膨胀前单位质量工质的温度、压力、焓及熵；T3、P3、H3、S3为第二气体做功单元13绝热膨胀后单位质量工质的温度、压力、焓及熵。

单位质量工质在第二气体做功单元13绝热膨胀时系统对外做功量W2，可根据公式(3)计算：

W2＝H2-H3 (3)

在正向计算中，Q2＝0，S2＝S3(绝热膨胀就是等熵膨胀)，在S3＝S2的前提下，设定P3查《水和水蒸汽热力性质图表》得T3、H3，或者设定T3、查《水和水蒸汽热力性质图表》得P3、H3。本案在用热力学计算证明蒸汽活塞驱动装置10具有较高热效率的工程中，都是假设：第二气体做功单元13的排气温度T3高于100℃，排气压力P3大于0.1MPa。

三、蒸汽活塞驱动装置10系统热效率估算方法：

Q_总——蒸汽活塞驱动装置10总吸热量

W_总——蒸汽活塞驱动装置10对外做功总量

η——系统热效率

假设：通过乏汽热量回收，进入气化装置11的液态水温都达到100℃，这时水的焓值是417kJ/kg，则有

Q_总＝H1+Q1-417 (4)

W_总＝W1+W2 (5)

η＝W_总/Q_总100％ (6)

根据以上公式，以图3的实施例为例，假设蒸汽活塞驱动装置10以水为工质，进行500℃/20MPa→500℃/2MPa→127℃/0.12MPa→冷凝水→500℃/20MPa的循环，计算其热效率：

一、第一气体做功单元12等温膨胀计算：

设定：T1＝T2＝500℃，P1＝20MPa，P2＝2MPa，

查《水和水蒸汽热力性质图表》得：H1＝3239kJ/kg，H2＝3466kJ/kg，S1＝6.1415kJ/(kg·K)，S2＝7.43kJ/(kg·K)

根据公式(1)，第一气体做功单元12中近似等温膨胀过程的吸热量为：

Q1＝T1(S2-S1)＝(500+273)×(7.43-6.1415)

＝996kJ/kg

根据公式(2)，第一气体做功单元12中近似等温膨胀过程的对外做功量为：

W1＝Q1-(H2-H1)＝996-(3466-3239)

＝769kJ/kg

二、第二气体做功单元13绝热膨胀计算：

设定P3为0.12MPa，根据S3＝S2＝7.43kJ/(kg·K),查《水和水蒸汽热力性质图表》得到：T3＝127℃，H3＝2728kJ/kg

根据公式(3)，第二气体做功单元13中近似绝热膨胀过程的对外做功量为：

W2＝H2-H3＝3466-2728＝738kJ/kg

三、蒸汽活塞驱动装置10系统热效率估算，根据公式(4)、(5)、(6)：

W_总＝W1+W2＝769+738＝1507kJ/kg

Q_总＝H1+Q1-417＝3239+996-417＝3818kJ/kg

η＝W_总/Q_总×100％＝1507/3818×100％＝39.47％

根据上述计算方法，以预设的不同温度T1、T2和不同压力P1、P2、P3，计算蒸汽活塞驱动装置10的热机转换效率，其结果见表1：

表1

上述热机转换效率是在图3实施例的基础上通过理论近似计算得到的。与传统的活塞式蒸汽机的最高效率只有20％相比，蒸汽活塞驱动装置10的热机转换效率是比较高，在初始蒸汽参数高于600℃/30MPa时，热机效率已经超过40％，是传统活塞式蒸汽机的一倍以上。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种蒸汽活塞驱动直线发电机，其特征在于，包括：

蒸汽活塞驱动装置和与所述蒸汽活塞驱动装置连接的直线发电机

所述蒸汽活塞驱动装置包括：

汽化装置，用于将液态工质加热汽化，形成具有预定温度和压力的气态工质；

第一气体做功单元，用于在所述气态工质膨胀做功的同时继续加热所述气态工质；

第二气体做功单元，用于使在所述第一气体做功单元中做功后的所述气态工质膨胀做功；及

冷凝装置，用于使在所述第二气体做功单元中做功后所述气态工质冷凝回复为所述液态工质。

2.根据权利要求1所述的蒸汽活塞驱动装置，其特征在于，所述汽化装置能够分别与所述冷凝装置和所述第一气体做功单元流体连通，并能够使所述液态工质在所述汽化装置中被加热，形成具有预定温度和压力的所述气态工质。

3.根据权利要求1所述的蒸汽活塞驱动装置，其特征在于，所述第一气体做功单元能够分别与所述汽化装置和所述第二气体做功单元流体连通，所述第一气体做功单元包括加热器和第一活塞-气缸单元，所述第一活塞-气缸单元包括第一活塞和第一气缸，所述加热器通过对所述活塞-气缸单元加热，使所述第一活塞-气缸单元内的所述气态工质在所述气缸中膨胀并推动所述活塞对外做功的同时被继续加热。

4.根据权利要求3所述的蒸汽活塞驱动装置，其特征在于，所述第二气体做功单元能够分别与所述第一气体做功单元和所述冷凝装置流体连通，所述第二气体做功单元包括第二活塞-气缸单元，所述第二活塞-气缸单元包括第二气缸和第二活塞，所述气态工质能够在所述第二活塞-气缸单元的所述气缸中膨胀并推动所述活塞对外做功。

5.根据权利要求1所述的蒸汽活塞驱动装置，其特征在于，所述蒸汽机还包括工质循环控制装置，所述工质循环控制装置包括管路、泵和控制阀门，

所述管路用于连接所述汽化装置、所述第一气体做功单元、所述第二气体做功单元和所述冷凝装置；

所述泵用于驱动所述液态工质输入所述汽化装置；

所述控制阀门用于使所述汽化装置、所述第一气体做功单元、所述第二气体做功单元及所述冷凝装置之间流体连通或流体隔离。

6.根据权利要求5所述的蒸汽活塞驱动装置，其特征在于，所述控制阀门包括设置在所述泵与所述汽化装置之间的出水阀，所述出水阀通过开启和关闭，将所述液态工质非连续的定量输入至所述汽化装置。

7.根据权利要求5所述的蒸汽活塞驱动装置，其特征在于，所述控制阀门包括分别对应设置在所述第一气体做功单元的进气口和排气口，以及所述第二气体做功单元的进气口和排气口的进气阀和排气阀，所述进气阀和所述排气阀通过开启和关闭，将所述气态工质非连续的定量输入至所述第一气体做功单元和所述第二气体做功单元，并控制做功后蒸汽的排出。

8.根据权利要求1所述的蒸汽活塞驱动装置，其特征在于，所述工质为无机或有机流体物质，所述工质熔点、沸点及蒸汽压等使所述工质在所述蒸汽驱动装置的各单元和装置中具有对应的物质状态。

9.根据权利要求1所述蒸汽活塞驱动直线发电机，其特征在于，所述直线发电机包括：

发电机定子，所述发电机定子与所述蒸汽活塞驱动装置固定连接；

发电机动子，所述发电机动子两端分别与所述第一活塞及第二活塞连接，并在所述第一活塞和所述第二活塞的驱动下，做相对于所述发电机定子的往复运动。

10.根据权利要求1所述的蒸汽活塞驱动直线发电机，其特征在于，所述直线发电机的数量为2个，且包括杠杆机构；

所述2个直线发电机中的一个包括第一定子和第一动子，另一个包括第二定子和第二动子；

所述杠杆机构包括杠杆和杠杆固定支点，所述杠杆的两端分别与所述第一动子和所述第二动子连接；

所述第一活塞与所述第一动子连接，所述第二活塞与所述第二动子连接；

当所述第一活塞驱动所述第一动子带动所述杠杆绕所述固定支点摆动时，所述第一动子相对所述第一定子做直线运动，且所述杠杆的一端带动所述第二动子相对所述第二定子做与所述第一动子方向相反的直线运动，并使所述第二活塞做与所述第一活塞方向相反的运动；当所述第二活塞驱动所述第二动子带动所述杠杆绕所述固定支点摆动时，所述第二动子相对所述第二定子做直线运动，而且所述杠杆的另一端带动所述第一动子相对所述第一定子做与所述第二动子方向相反的直线运动，并使所述第一活塞做与所述第二活塞方向相反的运动。

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