本發(fā)明涉及回?zé)崞鳌⑺固亓职l(fā)動機以及斯特林發(fā)動機的運行方法，更具體地說涉及在斯特林發(fā)動機的運行過程(斯特林循環(huán))中實現(xiàn)耦合化學(xué)反應(yīng)的回?zé)崞?、斯特林發(fā)動機以及斯特林發(fā)動機的運行方法。

背景技術(shù)：

斯特林發(fā)動機(又稱熱氣機)是一種利用外部熱源實現(xiàn)可逆循環(huán)即斯特林循環(huán)的發(fā)動機，可以是活塞式發(fā)動機，利用密封在回路中的工質(zhì)周期性膨脹和壓縮，實現(xiàn)熱能向機械功的轉(zhuǎn)化。

斯特林發(fā)動機外部加熱的特點使其具有能源適應(yīng)性好的突出優(yōu)點，不僅可燃用煤、汽油、柴油、天然氣等化石能源，木屑、秸稈、酒精、沼氣等生物質(zhì)能源，還可利用余熱、太陽能等低品位能源。外部燃燒過程連續(xù)，易于實現(xiàn)燃燒控制和燃燒完全，排放的有害氣體大大減少，同時沒有爆震和排氣波現(xiàn)象，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可靠性高。可作為發(fā)電的原動機、制冷機、熱泵和壓力發(fā)生器，在家用電器，汽車，輪船和航空航天、微電子以及生物低溫保存等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

斯特林發(fā)動機工作容積主要由以下五部分組成：膨脹腔、壓縮腔、加熱器、回?zé)崞骱屠鋮s器。工質(zhì)在活塞運動的驅(qū)動下在回路中往復(fù)流動，在加熱器內(nèi)被外部熱源加熱，在冷卻器內(nèi)被外部冷源冷卻。

振蕩流換熱是斯特林循環(huán)的一個重要特征，斯特林發(fā)動機活塞的往復(fù)運動，帶動工質(zhì)周而復(fù)始地在斯特林發(fā)動機的加熱器、回?zé)崞鳌⒗鋮s器中往復(fù)流動，其速度方向和大小時刻發(fā)生變化并伴有較強的氣流擾動，有助于傳熱傳質(zhì)過程的進(jìn)行。

回?zé)崞魑樟鬟^的高溫氣體工質(zhì)的熱量，并將熱量釋放給反向流過的低溫氣體工質(zhì)，減小加熱器和冷卻器的吸熱量和放熱量，提高系統(tǒng)效率?；?zé)崞鲗嶋H上是熱交換器的一種，是與在回?zé)崞鲀?nèi)流動的工質(zhì)之間進(jìn)行熱量交換的裝置。在這種熱交換器中，不可避免地會產(chǎn)生熱量損失，除了回?zé)崞鞅旧淼墓δ苤猓責(zé)崞鞯臒崃咳绾卫?、如何針對流過回?zé)崞鞯牟煌べ|(zhì)的特性加以利用也是新的未被注意到的技術(shù)課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠與通過回?zé)崞鞯墓べ|(zhì)的特性對應(yīng)地利用工質(zhì)熱量的回?zé)崞?、斯特林發(fā)動機以及斯特林發(fā)動機的運行方法。

申請人經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：斯特林發(fā)動機中回?zé)崞鞫嗖捎迷诮饘倩驑渲牧仙祥_口的多孔介質(zhì)材料，具有較大的表面積，有利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。在一個循環(huán)內(nèi)，工質(zhì)兩次通過回?zé)崞?，增大了反?yīng)物的接觸時間。斯特林機作為一種發(fā)動機亦可為反應(yīng)產(chǎn)物的流動提供所需的動能。對于一些反應(yīng)時間較長，反應(yīng)較困難的化學(xué)反應(yīng)，采用斯特林循環(huán)的運行方式并充分利用回?zé)崞鞑糠肿鳛榇呋瘎┹d體進(jìn)行催化反應(yīng)具有很大的優(yōu)勢。

傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器為了達(dá)到更好的催化效果和催化效率，需要保持催化劑的活性和增大催化劑與反應(yīng)物的接觸面積。為了維持催化劑較強的活性，催化所處的環(huán)境需要維持在一定的溫度范圍內(nèi)，對于放熱或吸熱比較大的化學(xué)反應(yīng)需要做到較好的傳熱過程。對于反應(yīng)速率小的化學(xué)反應(yīng)，為了提高反應(yīng)速率，需要增加反應(yīng)物和催化劑表面的接觸和擾動。申請人發(fā)現(xiàn)斯特林發(fā)動機內(nèi)部的振蕩流動強化了傳熱傳質(zhì)，回?zé)崞骶哂休^大的反應(yīng)面積，且在一個循環(huán)中工質(zhì)可兩次通過回?zé)崞?，增加了工質(zhì)與催化劑表面接觸的時間和接觸面積?；?zé)崞髯鳛榉磻?yīng)容器有助于提高了反應(yīng)速率，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。

本發(fā)明技術(shù)方案1的回?zé)崞鳎瑸榫哂写呋δ艿幕責(zé)崞?，設(shè)置于斯特林發(fā)動機中，所述斯特林發(fā)動機還包括壓縮腔、冷卻器、膨脹腔和加熱器，加熱器與回?zé)崞鞯囊欢讼噙B，回?zé)崞鞯牧硪欢伺c冷卻器相連，冷卻器出口與壓縮腔相連，形成一個完整的循環(huán)回路，工質(zhì)在所述循環(huán)回路中流動，在所述回?zé)崞髦信鋫溆蟹磻?yīng)物，利用工質(zhì)在在所述回?zé)崞髦辛鲃赢a(chǎn)生的熱量使得所述反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成反應(yīng)產(chǎn)物。

根據(jù)技術(shù)方案1的回?zé)崞?，利用工質(zhì)的熱量發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而充分地利用工質(zhì)的特性而生成反應(yīng)產(chǎn)物，既實現(xiàn)了熱量的充分利用，又得到了所需的反應(yīng)產(chǎn)物。

技術(shù)方案2的回?zé)崞鳎谒龌責(zé)崞髦羞€配備有催化劑以及/或者反應(yīng)所需要的固體物質(zhì)，所述催化劑用于幫助所述反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

根據(jù)技術(shù)方案2的回?zé)崞鳎么呋瘎┮约?或者反應(yīng)所需要的固體物質(zhì)來加快反應(yīng)速度，更好地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

技術(shù)方案3的回?zé)崞?，所述回?zé)崞鳂?gòu)成為在金屬套管中設(shè)置金屬網(wǎng)片，所述反應(yīng)物和所述催化劑配置在所述金屬網(wǎng)片上。

根據(jù)技術(shù)方案3的回?zé)崞?，在回?zé)崞鞯慕饘倬W(wǎng)片上(內(nèi)外表面均可，優(yōu)選為網(wǎng)眼部位)設(shè)置反應(yīng)物和催化劑，更好地與工質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。

技術(shù)方案4的回?zé)崞?，所述回?zé)崞饔稍谂c工質(zhì)流動的方向正交的方向上層疊樹脂薄膜而構(gòu)成，所述反應(yīng)物和所述催化劑配置在所述樹脂薄膜上。

根據(jù)技術(shù)方案4的回?zé)崞?，在樹脂薄膜?內(nèi)外表面均可)設(shè)置反應(yīng)物和催化劑，更好地與工質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。

技術(shù)方案5的回?zé)崞?，所述金屬網(wǎng)片形成有隔間并以與工質(zhì)流動的方向平行的方式配置，所述催化劑配置在所述金屬網(wǎng)片的隔間中。

技術(shù)方案6的回?zé)崞鳎鼋饘倬W(wǎng)片卷曲而以與工質(zhì)流動的方向垂直的方式層疊配置，所述催化劑配置在所述金屬網(wǎng)片上。

根據(jù)技術(shù)方案5、6的回?zé)崞?，根?jù)金屬網(wǎng)片的具體結(jié)構(gòu)來配置催化劑，使得催化劑更好地與工質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。

技術(shù)方案7的回?zé)崞?，所述回?zé)崞髋c壓差計連接，根據(jù)壓差計的壓力變化值來確定催化劑是否失去活性。

根據(jù)技術(shù)方案7的回?zé)崞鳎龌責(zé)崞鬟B接壓差計，可以通過壓差計壓力變化的量值確定反應(yīng)所需要的催化劑是否失去活性，以保證及時更換催化劑。

技術(shù)方案8的回?zé)崞鳎龌責(zé)崞鬟B接于冷卻器，所述冷卻器連接于壓縮腔，所述壓縮腔連接于緩沖裝置，產(chǎn)物收集裝置與緩沖裝置相連，產(chǎn)物引出裝置與產(chǎn)物收集裝置相連。由所述回?zé)崞鳟a(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)由所述冷卻器溫度降低，而后經(jīng)壓縮腔，緩沖裝置，導(dǎo)入到所述反應(yīng)產(chǎn)物收集裝置，并經(jīng)由產(chǎn)物引出裝置導(dǎo)出。

根據(jù)技術(shù)方案8的回?zé)崞?，反?yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷卻后導(dǎo)入緩沖裝置，得到液化的產(chǎn)物，更容易地被導(dǎo)出且更便于進(jìn)行下一步處理。

技術(shù)方案9的回?zé)崞?，所述的緩沖裝置內(nèi)部配備有液位傳感器，通過液位傳感器的示數(shù)而自動地控制緩沖裝置與所述壓縮腔或所述產(chǎn)物收集裝置之間閥門的開閉。

根據(jù)技術(shù)方案9的回?zé)崞?，利用液位傳感器實現(xiàn)了緩沖裝置的優(yōu)化控制。

技術(shù)方案10的回?zé)崞鳎鏊固亓职l(fā)動機的所述壓縮腔與氣源相連，與所述氣源供給的不同工質(zhì)相對應(yīng)地配備不同的反應(yīng)物和催化劑。

根據(jù)技術(shù)方案10的回?zé)崞?，實現(xiàn)了工質(zhì)的特性與反應(yīng)物的配合，能夠根據(jù)需要和工質(zhì)的特性而生成不同的反應(yīng)產(chǎn)物。

技術(shù)方案11的回?zé)崞鳎龌責(zé)崞髂苡米鲑M托合成、金屬儲氫反應(yīng)、氫氣提純的反應(yīng)器。

根據(jù)技術(shù)方案11的回?zé)崞?，回?zé)崞鲗崿F(xiàn)了兼做反應(yīng)器的功能，用簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了耦合化學(xué)反應(yīng)。

技術(shù)方案12的回?zé)崞?，所述回?zé)崞鳛閱渭壔責(zé)崞骰蛘叨嗉壔責(zé)崞鳎龌責(zé)崞鳛槎嗉壔責(zé)崞鲿r能夠在多級回?zé)崞髦g切換，使得處于非工作狀態(tài)的回?zé)崞髦械拇呋瘎┠軌虮桓鼡Q或再生。

根據(jù)技術(shù)方案12的回?zé)崞鳎龌責(zé)崞骺梢愿鶕?jù)需要而設(shè)為單級回?zé)崞骰蛘叨嗉壔責(zé)崞鳎诙嗉壔責(zé)崞鲿r通過切換使得處于非工作狀態(tài)的回?zé)崞髦械拇呋瘎┠軌虮桓鼡Q或再生，這樣大幅提高了催化劑的更換效率，整體的熱交換效率也得到了提高。

技術(shù)方案13的回?zé)崞鳎谒鏊固亓职l(fā)動機與所述氣源之間設(shè)置有氣體控制單元，氣體控制單元包括閥門、流量計、氣體混合室和壓力傳感器，所述氣體控制單元通過檢測所述壓縮腔或膨脹腔內(nèi)的壓強來控制工質(zhì)的流量，且根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的需要來選取工質(zhì)。

根據(jù)技術(shù)方案13的回?zé)崞?，通過設(shè)置氣體控制單元來控制工質(zhì)的流量，且根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的需要來選取工質(zhì)，從而與化學(xué)反應(yīng)對應(yīng)地控制工質(zhì)，實現(xiàn)了更精確的控制。氣體控制單元主要包括閥門、流量計、氣體混合室和壓力傳感器；氣體控制單元可以通過控制閥門選取所需要的氣體反應(yīng)的種類；可以通過流量計控制反應(yīng)氣體的量；通過壓力傳感器檢測反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強控制反應(yīng)物的流量計比例；氣體混合室用于化學(xué)反應(yīng)所需要的反應(yīng)氣體的混合。

技術(shù)方案14為斯特林發(fā)動機，具有技術(shù)方案1-13中任一項所述的回?zé)崞鳌?/p>

根據(jù)技術(shù)方案14，因為具有技術(shù)方案1-13中任一項所述的回?zé)崞?，也自然能夠獲得上述回?zé)崞骷夹g(shù)方案中的技術(shù)效果。

技術(shù)方案15的斯特林發(fā)動機，還包括壓縮腔、冷卻器、膨脹腔和加熱器，加熱器與回?zé)崞鞯囊欢讼噙B，回?zé)崞髁硪欢伺c冷卻器相連，冷卻器出口與壓縮腔相連，形成一個完整的循環(huán)回路，工質(zhì)在所述循環(huán)回路中流動。由此，回?zé)崞髟谒固亓职l(fā)動機中實現(xiàn)熱交換器以及催化的雙重功能。

技術(shù)方案16的斯特林發(fā)動機，所述膨脹腔和所述壓縮腔分別與膨脹腔活塞和壓縮腔活塞相連，并采用膨脹腔活塞環(huán)和壓縮腔活塞環(huán)來將所述膨脹腔和所述壓縮腔中的工質(zhì)與外部氣體隔絕開，膨脹腔活塞和壓縮腔活塞分別通過連桿與傳動結(jié)構(gòu)相連。由此，利用活塞連桿機構(gòu)實現(xiàn)氣密狀態(tài)下的膨脹及壓縮，保證了工作的順暢性。

技術(shù)方案17為一種斯特林發(fā)動機的運行方法，所述斯特林發(fā)動機包括回?zé)崞?、壓縮腔、冷卻器、膨脹腔和加熱器，加熱器與回?zé)崞鞯囊欢讼噙B，回?zé)崞髁硪欢伺c冷卻器相連，冷卻器出口與壓縮腔相連，所述壓縮腔連接于緩沖裝置，產(chǎn)物收集裝置與緩沖裝置相連，產(chǎn)物引出裝置與產(chǎn)物收集裝置相連，所述運行方法包括如下步驟：與所述斯特林發(fā)動機相連的氣源向所述斯特林發(fā)動機內(nèi)通入工質(zhì)，工質(zhì)在所述膨脹腔內(nèi)膨脹做功并通過所述加熱器加熱，被加熱后的工質(zhì)通過所述回?zé)崞鳎沟门鋫溆诨責(zé)崞鞯姆磻?yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)所述冷卻器冷卻并被導(dǎo)入所述壓縮腔、經(jīng)由緩沖裝置，導(dǎo)入到產(chǎn)物收集裝置，并經(jīng)由所述產(chǎn)物引出裝置導(dǎo)出，通過所述回?zé)崞骱蟮墓べ|(zhì)通過冷卻器并被冷卻，排入所述壓縮腔中被壓縮，而后工質(zhì)再依次通過冷卻器，回?zé)崞骱图訜崞骰氐脚蛎浨?，重?fù)上述過程。由此，通過使得工質(zhì)通過回?zé)崞鳎c回?zé)崞鞯姆磻?yīng)物發(fā)生耦合化學(xué)反應(yīng)，從而利用工質(zhì)熱量實現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)了熱量的有效利用。

技術(shù)方案18的斯特林發(fā)動機的運行方法，運行過程中的放熱反應(yīng)的反應(yīng)熱儲存在所述回?zé)崞髦胁⒂伤隼鋮s器吸收；吸熱反應(yīng)的反應(yīng)熱由所述加熱器供給并可儲存在所述回?zé)崞髦校谝淮芜\行過程中，工質(zhì)兩次流過回?zé)崞鳌Ｓ纱?，由于工質(zhì)兩次流過回?zé)崞?，化學(xué)反應(yīng)更加充分，實現(xiàn)了更好的反應(yīng)效果。

技術(shù)方案19的斯特林發(fā)動機的運行方法，另外設(shè)置電機，所述電機與斯特林發(fā)動機配合來提供使工質(zhì)運動所需的機械功。由此，能夠與工質(zhì)對應(yīng)地調(diào)整機械功，提高了作業(yè)效率。

技術(shù)方案20的斯特林發(fā)動機的運行方法，化學(xué)反應(yīng)過程與對外做功的能力通過溫度、壓力、頻率等運行工況進(jìn)行分配和調(diào)整。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)即時調(diào)整，提高了作業(yè)效率。

發(fā)明效果

綜合來說，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢：

(1)耦合化學(xué)反應(yīng)的斯特林發(fā)動機可以實現(xiàn)輸出機械功和反應(yīng)產(chǎn)物的雙重效益，并可以通過改變溫度、壓力、頻率等運行工況，控制和調(diào)整化學(xué)反應(yīng)過程與對外做功能力。

(2)對于一些較難進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，斯特林發(fā)動機內(nèi)部的振蕩流動強化了傳熱傳質(zhì)，回?zé)崞骶哂休^大的反應(yīng)面積，且在一個循環(huán)中反應(yīng)物可兩次通過換熱器，增加了反應(yīng)氣體與催化劑表面接觸時間和接觸面積。該反應(yīng)容器有助于提高了反應(yīng)速率，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。

(3)耦合化學(xué)反應(yīng)的斯特林發(fā)動機具有很好的熱源適應(yīng)性，可利用余熱或其他可再生能源供熱，并為化學(xué)反應(yīng)提供機械能，具有很廣的適應(yīng)性。

(4)耦合化學(xué)反應(yīng)的斯特林發(fā)動機，可以針對不同的化學(xué)反應(yīng)的需求，提供較大的運行溫度(200-900℃)區(qū)間和壓力區(qū)間(0.1-100MPa)；一般而言，膨脹腔和壓縮腔的溫差大于100℃，膨脹腔和壓縮腔的壓力比在1.2-2之間。

附圖說明

圖1是示出了本發(fā)明的回?zé)崞饕约八固亓职l(fā)動機的概略構(gòu)成的概略構(gòu)成圖。

圖2是示出了由金屬部件構(gòu)成的回?zé)崞鞯氖疽鈭D。

圖3是示出了由層疊的樹脂薄膜構(gòu)成的回?zé)崞鞯氖疽鈭D。

圖4是示出了金屬網(wǎng)片的一個實施例的示意圖。

圖5(A)是示出了金屬網(wǎng)片的另一個實施例的示意圖，圖5(B)是圖5(A)的部分放大圖。

圖6是示出了本發(fā)明的發(fā)生了耦合化學(xué)反應(yīng)的斯特林循環(huán)過程的的示意圖。

圖7是示出了以往的斯特林循環(huán)過程的示意圖。

圖8是實施例2的斯特林發(fā)動機的系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖9是實施例3的斯特林發(fā)動機的系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖10是實施例4的斯特林發(fā)動機的系統(tǒng)構(gòu)成圖。

具體實施方式

對照附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

(斯特林發(fā)動機的構(gòu)成)

圖1示出了斯特林發(fā)動機7的大致構(gòu)成。如圖1所示，所述斯特林發(fā)動機7至少包括壓縮腔11、冷卻器10、回?zé)崞?、加熱器8和膨脹腔21，加熱器8與回?zé)崞?的一端利用回路而相連，回?zé)崞?另一端與冷卻器10利用回路而相連，冷卻器10出口與壓縮腔11相連，形成循環(huán)回路。工質(zhì)在所述循環(huán)回路中流動，在所述回?zé)崞?中配備有反應(yīng)物，利用工質(zhì)在在所述回?zé)崞?中流動產(chǎn)生的熱量使得所述反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成反應(yīng)產(chǎn)物。

在所述回?zé)崞?中還配備有催化劑以及/或者反應(yīng)所需要的固體物質(zhì)，所述催化劑用于幫助所述反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

關(guān)于工質(zhì)(例如是工作氣體)的導(dǎo)入，所述斯特林發(fā)動機7的所述壓縮腔11與氣源1相連，使得工質(zhì)被導(dǎo)入壓縮腔11中，氣源1可以供給不同的工質(zhì)以滿足不同的需求。優(yōu)選地，在所述斯特林發(fā)動機7與所述氣源1之間設(shè)置有氣體控制單元2，氣體控制單元2主要包括閥門3、流量計4、氣體混合室5和壓力傳感器6；氣體控制單元2可以通過控制閥門3選取所需要的氣體反應(yīng)的種類；流量計4可以用于控制反應(yīng)氣體的量；通過壓力傳感器6檢測反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強而控制反應(yīng)物的流量計比例；氣體混合室5用于化學(xué)反應(yīng)所需要的反應(yīng)氣體的混合；所述氣體控制單元2通過檢測所述壓縮腔11或膨脹腔21內(nèi)的壓強來控制工質(zhì)的流量，且根據(jù)后述的化學(xué)反應(yīng)的需要來選取工質(zhì)。由此，能夠更好地控制工質(zhì)流量，實現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)，且對應(yīng)于后述的化學(xué)反應(yīng)的需要來確定工質(zhì)，獲得良好的反應(yīng)效果。

關(guān)于反應(yīng)產(chǎn)物的導(dǎo)出，所述斯特林發(fā)動機7的回?zé)崞?利用連接裝置(導(dǎo)管等)而與冷卻器10相連接，冷卻器10下端的壓縮腔11與緩沖裝置12相連，產(chǎn)物收集裝置13與緩沖裝置12相連，產(chǎn)物引出裝置14與產(chǎn)物收集裝置13相連。由所述回?zé)崞?產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)由連接裝置被引導(dǎo)到冷卻器10，經(jīng)由所述冷卻器10溫度降低，而后導(dǎo)入壓縮 腔11，經(jīng)壓縮腔11、緩沖裝置12、導(dǎo)入到所述反應(yīng)產(chǎn)物收集裝置13，并經(jīng)由產(chǎn)物引出裝置14導(dǎo)出到外部。所述緩沖裝置22內(nèi)部配備有液位傳感器22，根據(jù)液位傳感器22的示數(shù)而自動地控制緩沖裝置12與所述壓縮腔11或所述產(chǎn)物收集裝置13之間閥門的開閉。反應(yīng)產(chǎn)物引出裝置14可以是導(dǎo)管等連接裝置。

所述膨脹腔21和所述壓縮腔11分別與膨脹腔活塞20和壓縮腔活塞16相連，并采用膨脹腔活塞環(huán)19和壓縮腔活塞環(huán)15來將所述膨脹腔和所述壓縮腔中的工質(zhì)與外部氣體隔絕開，膨脹腔活塞20和壓縮腔活塞16分別通過連桿而與傳動結(jié)構(gòu)17相連。當(dāng)然，連桿轉(zhuǎn)動只是一種聯(lián)動方式，只要能夠?qū)崿F(xiàn)膨脹腔活塞20和壓縮腔活塞16的聯(lián)動，也可以采用其他聯(lián)動方式。另外設(shè)置電機18，所述電機18與斯特林發(fā)動機7配合來提供使工質(zhì)運動所需的機械功。

(回?zé)崞鞯臉?gòu)成)

圖2是示出了由金屬部件構(gòu)成的回?zé)崞鞯氖疽鈭D。圖3是示出了由層疊的樹脂薄膜構(gòu)成的回?zé)崞鞯氖疽鈭D。

圖2中示出了在金屬套管中配置的金屬網(wǎng)片。所述反應(yīng)物和所述催化劑配置在所述金屬網(wǎng)片的內(nèi)表面或者外表面。圖3中示出了由層疊的樹脂薄膜構(gòu)成的回?zé)崞鳎龇磻?yīng)物和所述催化劑配置在所述樹脂薄膜的內(nèi)表面或者外表面。由此，工質(zhì)在通過回?zé)崞鲿r，與設(shè)置于回?zé)崞髦械乃龇磻?yīng)物和所述催化劑發(fā)生耦合化學(xué)反應(yīng)。實際上，對于回?zé)崞鞯臉?gòu)成以及反應(yīng)物或催化劑配置在回?zé)崞髦械奈恢脹]有特別限定，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)回?zé)崞鞯墓δ?，則可以采用各種結(jié)構(gòu)的回?zé)崞鳎灰悄軌蚺渲迷诨責(zé)崞髦胁⑴c工質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，則可以配置在回?zé)崞髦械娜魏魏线m位置。

圖4和圖5示出了回?zé)崞髦性O(shè)置的金屬網(wǎng)片與催化劑的兩種布置方式。圖4示出的布置方式是金屬網(wǎng)片以與工質(zhì)流動的方式平行的方式配置，催化劑配置在金屬網(wǎng)片形成的隔間中，隔間可以為蜂窩狀結(jié)構(gòu)或者是方形結(jié)構(gòu)等任何適于擺放催化劑的結(jié)構(gòu)。圖5示出的布置方式是金屬網(wǎng)片卷曲而以與工質(zhì)流動的方向垂直的方式層疊配置，金屬網(wǎng)片主要起支架作用，催化劑配置在金屬網(wǎng)片上。實際上，對于回?zé)崞髦械慕饘倬W(wǎng)片與催化劑的布置方式?jīng)]有特別的現(xiàn)定，只要能夠達(dá)到催化劑與催化劑 載體很好的復(fù)合，回?zé)崞鲀?nèi)的催化劑載體和催化劑的布置方式可以采用任何形式。

(斯特林發(fā)動機的運行方法)。

下面，說明上述構(gòu)成的斯特林發(fā)動機的動作。

在斯特林發(fā)動機的斯特林循環(huán)開始前，與所述斯特林發(fā)動機7相連的氣源1向所述斯特林發(fā)動機7內(nèi)通入工質(zhì)。

首先，使電機18動作或者利用斯特林壓縮機本身的動力，驅(qū)動膨脹腔活塞20運動，膨脹腔21內(nèi)的空間增加，工質(zhì)在所述膨脹腔21內(nèi)膨脹，雖然膨脹腔21內(nèi)的工作氣體溫度下降，但是由于通過加熱器8將外部的熱向膨脹腔21內(nèi)傳遞，所以膨脹腔21內(nèi)基本保持在等溫下。即，本過程構(gòu)成斯特林循環(huán)的等溫膨脹過程。

然后，膨脹腔21內(nèi)的工質(zhì)通過回?zé)崞?，向壓縮腔11一側(cè)輸送。這時，蓄積在回?zé)崞?的熱量賦予給工質(zhì)，因此工質(zhì)溫度上升。即，本過程構(gòu)成斯特林循環(huán)的等容加熱過程。

利用壓縮腔活塞16的動作使得工質(zhì)在壓縮腔11內(nèi)被壓縮。由此，壓縮腔11內(nèi)的工質(zhì)溫度上升，但是，由于借助于冷卻器10將壓縮腔11內(nèi)產(chǎn)生的熱向外部放出，所以，壓縮腔11內(nèi)的工質(zhì)溫度基本維持在等溫狀態(tài)。即，本過程構(gòu)成斯特林循環(huán)的等溫壓縮過程。

接著，在壓縮腔11內(nèi)由壓縮腔活塞16壓縮的工質(zhì)，在其壓力作用下流入回?zé)崞?內(nèi)，進(jìn)一步向膨脹腔21輸送。這時，工質(zhì)所具有的熱量由回?zé)崞餍罘e起來。即，本過程構(gòu)成斯特林循環(huán)的等容冷卻過程。

這樣，在一次循環(huán)中，工質(zhì)兩次流過回?zé)崞鳎诠ぷ髁鬟^回?zé)崞鲿r，參與催化反應(yīng)。工質(zhì)的熱量被用來催化回?zé)崞髦信渲玫姆磻?yīng)物，產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)由所述冷卻器10溫度降低，而后經(jīng)壓縮腔12，緩沖裝置12，導(dǎo)入到所述反應(yīng)產(chǎn)物收集裝置13，并經(jīng)由產(chǎn)物引出裝置14導(dǎo)出到外部。所述的緩沖裝置22內(nèi)部配備有液位傳感器22，根據(jù)液位傳感器22的示數(shù)，自動地控制緩沖裝置12與所述壓縮腔11或所述產(chǎn)物收集裝置13之間閥門的開閉。所述回?zé)崞骺梢杂米鞫喾N反應(yīng)的反應(yīng)容器，例如所述回?zé)崞?能用做費托合成、金屬儲氫反應(yīng)、氫氣提純的反應(yīng)器。上述工質(zhì)的流動方向可以改變，在例如工質(zhì)首先從壓縮腔流向膨脹腔的情況下斯特林循環(huán)如下所述。

首先，使電機18動作或者利用斯特林壓縮機本身的動力，驅(qū)動壓 縮腔活塞16，將壓縮腔11內(nèi)的工質(zhì)壓縮。由此，壓縮腔11內(nèi)的工質(zhì)溫度上升，但是，由于借助于冷卻器10將壓縮腔11內(nèi)產(chǎn)生的熱向外部放出，所以，壓縮腔11內(nèi)的工質(zhì)溫度基本維持在等溫狀態(tài)。即，本過程構(gòu)成斯特林循環(huán)的等溫壓縮過程。

接著，壓縮腔11內(nèi)由壓縮腔活塞16壓縮的工質(zhì)在壓力作用下流入回?zé)崞?內(nèi)，進(jìn)一步向膨脹腔21輸送。這時，工質(zhì)所具有的熱量由回?zé)崞餍罘e起來。即，本過程構(gòu)成斯特林循環(huán)的等容冷卻過程。

隨后，流入膨脹腔21內(nèi)的工質(zhì)，通過膨脹腔活塞20的運動而膨脹。雖然膨脹腔21內(nèi)的工作氣體溫度下降，但是由于通過加熱器8將外部的熱向膨脹腔21內(nèi)傳遞，所以膨脹腔21內(nèi)基本保持在等溫下。即，本過程構(gòu)成斯特林循環(huán)的等溫膨脹過程。

然后，膨脹腔活塞20向回復(fù)方向運動，借此，膨脹腔21內(nèi)的工質(zhì)通過回?zé)崞?，重新返回壓縮腔11一側(cè)。這時，蓄積在回?zé)崞?的熱量賦予給工質(zhì)，因此，工質(zhì)溫度上升。即，本過程構(gòu)成斯特林循環(huán)的等容加熱過程。

在這樣的一次循環(huán)中，工質(zhì)也是兩次流過回?zé)崞?，在工作流過回?zé)崞鲿r，參與催化反應(yīng)。

在上述運行方法中，所示的膨脹腔活塞和壓縮腔活塞運動所需的機械功可由斯特林發(fā)動機本體提供，多余的功率可推動電機發(fā)電，若斯特林發(fā)動機本體做功不足或需提高轉(zhuǎn)速，可由電機再提供一部分機械功。

工質(zhì)在從氣源送出后可以通過氣體控制單元2，氣體控制單元2主要包括閥門3、流量計4、氣體混合室5和壓力傳感器6；氣體控制單元2可以通過控制閥門3選取所需要的氣體反應(yīng)的種類；通過流量計4來控制反應(yīng)氣體的量；通過壓力傳感器6檢測反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強來控制反應(yīng)物的流量計比例；氣體混合室5用于化學(xué)反應(yīng)所需要的反應(yīng)氣體的混合；因此所述的氣體控制單元可通過檢測反應(yīng)腔體內(nèi)的壓強來控制反應(yīng)物的流量計比例，還可以通過控制開關(guān)選取所需要的氣體反應(yīng)的種類。

在斯特林循環(huán)中，化學(xué)反應(yīng)過程與對外做功的能力能夠通過溫度、壓力、頻率等運行工況進(jìn)行分配和調(diào)整。

需要注意的是：在本發(fā)明中，由于耦合化學(xué)反應(yīng)的存在，使得斯特林循環(huán)中的熱交換受到了化學(xué)反應(yīng)的影響，避免了熱量的損失。圖6是示出了本發(fā)明的發(fā)生了耦合化學(xué)反應(yīng)的斯特林循環(huán)過程的示意圖。耦合 化學(xué)反應(yīng)的斯特林循環(huán)的P-V圖和T-S圖的特征主要取決于化學(xué)反應(yīng)的類型，主要和反應(yīng)的體積變化和能量變化有關(guān)。以反應(yīng)物為氣體的熵減反應(yīng)為例的循環(huán)圖，各過程如下：1-2過程是充氣環(huán)節(jié)；2-3過程等溫壓縮過程；3-4過程等容回?zé)徇^程；4-5過程是反應(yīng)發(fā)生階段；5-6過程等溫膨脹過程；6-7過程是反應(yīng)發(fā)生階段；7-1過程等容冷卻過程。具體過程如下：過程1-2為充氣過程，常溫下的氣體高壓充入，體系溫度降低，壓力和體積均增加，熵增加；過程2-3為等溫壓縮過程，壓力增加，且氣體熱量經(jīng)由冷卻器傳遞給冷卻水，氣體保持較低溫度；過程3-4為等容回?zé)徇^程，此時氣體接觸催化劑，溫度不斷升高，但溫度較低，反應(yīng)基本不進(jìn)行；過程4-5為反應(yīng)發(fā)生階段，隨著溫度升高，反應(yīng)開始進(jìn)行，并且該反應(yīng)是個體積減小的反應(yīng)，所以該過程體積減少，壓強增加變慢，體系的熵增變緩；過程5-6為等溫膨脹過程，膨脹過程中，容積增大，工質(zhì)壓力降低，且氣體經(jīng)由加熱器從外界熱源吸入熱量，氣體保持較高溫度；過程6-7為冷卻過程且伴隨化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，溫度降低，由于開始溫度較高，所以反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行，并隨著溫度的降低反應(yīng)速度變慢，該過程可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，隨著溫度降低和氣體反應(yīng)物的減少，反應(yīng)速率降低直至停止；過程7-1為等容冷卻過程，體系溫度降低，壓力降低。

與之相對，圖7示出了以往的斯特林循環(huán)過程的示意圖。傳統(tǒng)的斯特林循環(huán)只有兩個等容過程和兩個等溫過程。在實際發(fā)動機工作過程中,由于壓縮和膨脹過程不等溫、工質(zhì)在熱交換器中的流動造成流動損失、回?zé)崞鞴ぷ鞑煌晟频膿p失及工作零件的溫度逸散等因素,實際的斯特林循環(huán)各個過程變化不明顯，不能獲得本發(fā)明這樣的熱量利用效果。

(實施例1)

圖1是實施例1的斯特林發(fā)動機的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖1中示出的斯特林發(fā)動機為α型發(fā)動機，α型斯特林發(fā)動機結(jié)構(gòu)相對簡單，兩個活塞都可以輸出功率。冷腔熱腔都有動力活塞，熱腔和冷腔溫差不能過大，相比其他類型斯特林發(fā)動機更適合于不需要溫度變化很大的化學(xué)反應(yīng)。圖1中，1為氣源，2為氣體控制單元，7為斯特林發(fā)動機，18為電機，14為產(chǎn)物引出裝置，12為緩沖裝置，22為液位傳感器，13為產(chǎn)物收集裝置。

(實施例2)

圖8是實施例2的斯特林發(fā)動機的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖8中示出的斯特 林發(fā)動機為β型斯特林發(fā)動機，在同一個氣缸中配備了配氣活塞和動力活塞，β型斯特林發(fā)動機結(jié)構(gòu)更加緊湊，β型斯特林發(fā)動機壓縮腔和冷卻腔的溫度差值更大，可用作溫度需要驟降以避免副反應(yīng)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。圖8中，1為氣源，2為氣體控制單元，3為斯特林發(fā)動機，4為壓差計，5為液位傳感器，6為緩沖裝置，7為產(chǎn)物收集裝置，8為產(chǎn)物引出裝置，9為電機。

(實施例3)

圖9是實施例3的斯特林發(fā)動機的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖9中示出的斯特林發(fā)動機為γ型斯特林發(fā)動機，動力活塞和配氣活塞分別在兩個氣缸中，γ型雙作用的斯特林發(fā)動機具有更高的機械效率，并且具有很好的自增壓效果，可以做到很大的壓比，有利于液體產(chǎn)物的收集和某些氣體產(chǎn)物的液化。圖9中，1為氣源，2為氣體控制單元，3為斯特林發(fā)動機，4為壓差計，5為液位傳感器，6為緩沖裝置，7為產(chǎn)物收集裝置，8為產(chǎn)物引出裝置，9為電機。

圖10是實施例4的斯特林發(fā)動機的系統(tǒng)構(gòu)成圖。雙作用型斯特林發(fā)動機結(jié)構(gòu)更加緊湊，可以輸出更大的功率，雙作用型斯特林發(fā)動機至少具有四個獨立的缸，可以用作四個化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器，雙作用型斯特林發(fā)動機適合于有中間反應(yīng)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，對于有多部中間反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)尤其適用。圖10中，1為氣源，2為氣體控制單元，3為斯特林發(fā)動機，4為壓差計，5為液位傳感器，6為緩沖裝置，7為產(chǎn)物收集裝置，8為產(chǎn)物引出裝置，9為電機。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不限于上述實施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也在本發(fā)明的范疇之內(nèi)。因此，在不脫離本發(fā)明精神和范圍下所做的均等變換和修改都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。