技术领域
[0001] 本实用新型涉及气体储能技术领域，具体为一种斯特林压缩气体储能装置。
背景技术
[0002] 斯特林
发动机(又称
热气机)是一种外部供热(或燃烧)的
活塞式发动机，利用密封在回路中的工质气体周期性膨胀和压缩，实现
热能向机械功的转化。
[0003]
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。工质气体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。回热器吸收流过的高温工质气体的热量，并将热量释放给反向流过的低温工质气体，减小工质气体在加热器和冷却器内的吸热量和放热量，提高系统效率。
[0004] 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
原动机、制冷机、
热泵和压
力发生器，在
家用电器、
汽车、轮船、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。
[0005] 在传统的
压缩机进行
电能驱动对气体压缩过程中，
能量耗损严重，且不环保；另外，传统的气体压缩无法实现与多种能源进行互补驱动，进而无法实现高
稳定性的气体储能性能。
发明内容
[0006] 针对以上问题，本实用新型提供了一种斯特林压缩气体储能装置，具有明显节能减排优势，实现高压气体、电能的多联产，具有极高的经济优势，可以有效解决背景技术中的问题。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种斯特林压缩气体储能装置，包括斯特林发动机本体单元，还包括
[0008] 气源，所述气源通过第一单向
阀对斯特林发动机本体单元输入气体；
[0009] 储气罐，所述斯特林发动机本体单元通过第二
单向阀向储气罐输入气体；
[0010] 其中，所述斯特林发动机本体单元内部利用工作段对气源所输入的气体进行转换并单向输入到储气罐当中；
[0012] 其中，所述电机与斯特林发动机本体单元之间双向
信号传输。
[0013] 作为本实用新型一种优选的技术方案，所述工作段包括加热器和膨胀腔、回热器、冷却器、膨胀腔活塞、缓冲腔、压缩腔活塞和压缩腔；
[0014] 所述膨胀腔、加热器、回热器、冷却器和压缩腔依次相连，且形成一循环回路；
[0015] 所述膨胀腔活塞和压缩腔活塞分别与膨胀腔和压缩腔相连；
[0016] 其中，
[0017] 所述气源通过第一单向阀与斯特林发动机本体单元内的缓冲腔相连；
[0018] 所述压缩腔通过第二单向阀与储气罐相连；
[0019] 当所述缓冲腔压力低于气源压力时，气源通过第一单向阀向缓冲腔内补充气体；
[0020] 当缓冲腔内部的气体压力高于压缩腔内部气体的压力时，气体会从缓冲腔进入到压缩腔。
[0021] 作为本实用新型一种优选的技术方案，所述缓冲腔设置在膨胀腔和压缩腔的下部；
[0022] 其中，
[0023] 所述膨胀腔下部设置有膨胀腔
密封件，所述膨胀腔通过膨胀腔密封件与缓冲腔隔开；
[0024] 所述压缩腔通过其下部设置的压缩腔密封件与缓冲腔隔开。
[0025] 作为本实用新型一种优选的技术方案，所述加热器与能量源输入端连接，所述膨胀腔设置在加热器的一端的下部，所述回热器设置在加热器另一端的下部，所述冷却器设置在回热器的下端。
[0026] 作为本实用新型一种优选的技术方案，所述膨胀腔活塞和压缩腔活塞分别通过膨胀腔
活塞杆和压缩腔活塞杆连接在同一个传动结构上，所述传动结构通过
飞轮与电机输出端相连。
[0027] 作为本实用新型一种优选的技术方案，所述储气罐通过压力计输出到压
力反馈单元的输入端，所述压力反馈单元的输出端连接电机的输入端。
[0028] 作为本实用新型一种优选的技术方案，所述特林发动机本体单元内部的压缩腔活塞直径不小于膨胀腔活塞直径的3倍。
[0029] 作为本实用新型一种优选的技术方案，所述气源和储气罐与斯特林发动机本体单元内部进行交换的气体为工质气体，所述工质气体为空气、氮气、氢气、氦气、二
氧化
碳当中的一种或任意多种组成；所述能量源可由工业余热、太阳能、生物质、天然气的一种或任意多种组成，其中，斯特林发动机本体单元可以是α型、β型和γ型的任意一种，同时可以是单作用型或双作用型。
[0030] 本实用新型还提供了一种斯特林压缩气体储能装置的使用方法，
[0031] 其中，所述膨胀腔活塞和压缩腔活塞分别通过膨胀腔活塞杆和压缩腔活塞杆连接在同一个传动结构上，所述传动结构通过飞轮与电机输出端相连；所述特林发动机本体单元内部的压缩腔活塞直径不小于膨胀腔活塞直径的3倍；所述的第一单向阀保障气体只能从气源进入缓冲腔，所述的第二单向阀保障气体只能从压缩腔进入储气罐；
[0032] 所述的压缩腔活塞从
上止点到
下止点的运行过程中，斯特林发动机本体单元内部的工质气体的压力不断增加，在压缩腔活塞到达下止点处时，工质气体的压力达到最大，当压缩腔内的压力大于储气罐内的压力时，高压气体从压缩腔通过第二单向阀进入储气罐，实现高压气体的储存；所述的压缩腔活塞从下止点到上止点的运行过程中，斯特林发动机本体单元内部的工质气体的压力不断减少，在压缩腔活塞到达上止点处时，工质气体的压力最小，当压缩腔内的压力小于缓冲腔内的压力时，缓冲腔内的工质气体进入到压缩腔；当所述缓冲腔压力低于气源压力时，气源通过第一单向阀向缓冲腔内补充工质气体，不断重复上述过程。
[0033] 作为本实用新型一种优选的技术方案，电机既可以作为发电机使用又可以作为原动机使用，所述的斯特林发动机本体单元的加热器有热源时，斯特林发动机可以通过飞轮带动电机发电，同时得到储气罐中的高压气体；所述的斯特林发动机本体单元的加热器没有热源时，对电机供电带动斯特林发动机本体单元的飞轮转动实现上述的循环过程；
[0034] 其中，斯特林发动机本体单元的冷却器由常温下循环
冷却水提供冷源，当所述的斯特林发动机本体单元的加热器有热源时，斯特林发动机可以通过飞轮带动水泵为
循环水提供动力，所述的斯特林发动机本体单元的加热器没有热源时，对电机供电带动水泵为循环水提供动力；
[0035] 另外，所述储气罐通过压力计输出到压力反馈单元的输入端，所述压力反馈单元的输出端连接电机的输入端；斯特林发动机本体单元在启动时由电机带动，由压力计测定储气罐内部气体的压力，在储气罐内部气体的压力低于所需要气体压力的下限时通过压力反馈单元实现电机的启动，进而带动斯特林发动机本体单元启动，当斯特林发动机本体单元稳定运行后，电机关闭；在储气罐内部气体的压力高于所需要气体压力的上限时通过压力反馈单元实现热源的切断，斯特林发动机本体单元停止运行，进行储气罐的更换。
[0036] 与
现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0037] (1)本实用新型可以采用太阳能、工业余热等能源驱动，尤其是可以采用工业余热生产工业高压气体，而传统的压缩机采用电能驱动，本实用新型的斯特林发动机本体在启动时由电机带动，由压力计可以测定储气罐内部气体的压力，在储气罐内部气体的压力低于所需要气体压力的下限时通过压力反馈单元实现电机的启动，进而带动斯特林发动机本体启动，当斯特林发动机本体稳定运行后，电机关闭；在储气罐内部气体的压力高于所需要气体压力的上限时通过压力反馈单元实现热源的切断，斯特林发动机本体停止运行，进行储气罐的更换，本实用新型具有明显节能减排优势；
[0038] (2)本实用新型的斯特林发动机本体单元的加热器有热源时，得到储气罐中的高压气体，同时可以通过
输出轴连接发电机发电，实现高压气体、电能的多联产，具有极高的经济优势；
[0039] (3)本实用新型的斯特林发动机本体单元的热源可以由工业余热、太阳能、生物质、天然气等形式的能源提供，可以采用多种热源互补驱动，提高了系统输出高压气体及电力的稳定性和持续性。
附图说明
[0040] 图1为本实用新型第一
实施例的原理示意图；
[0041] 图2为本实用新型第一实施例的结构示意图；
[0042] 图3为本实用新型第二实施例的原理示意图；
[0043] 图4为本实用新型第二实施例的结构示意图；
[0044] 图5为本实用新型第三实施例的原理示意图；
[0045] 图6为本实用新型第三实施例的结构示意图。
[0046] 图中：1-斯特林发动机本体单元、2-加热器、3-膨胀腔、4-回热器、 5-冷却器、6-膨胀腔密封件、7-膨胀腔活塞、8-膨胀腔活塞杆、9-压力反馈单元、10-电机、11-飞轮、12-传动结构、13-缓冲腔、14-压缩腔活塞杆、 15-压缩腔活塞、16-第一单向阀、17-气源、18-压缩腔密封件、19-压缩腔、 20-第二单向阀、21-储气罐、22-压力计、23-热源、24-二次碟式聚光镜系统、25-控制单元。
具体实施方式
[0047] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0048] 实施例1：
[0049] 请参阅图1和图2，本实用新型提供一种技术方案：
[0050] 一种斯特林压缩气体储能装置，包括斯特林发动机本体单元1，还包括气源17，气源17通过第一单向阀16对斯特林发动机本体单元1输入气体；
[0051] 储气罐21，斯特林发动机本体单元1通过第二单向阀20向储气罐21 输入气体；
[0052] 其中，斯特林发动机本体单元1内部利用工作段对气源17所输入的气体进行转换并单向输入到储气罐21当中；
[0053] 工作段接有能量源23和电机10；
[0054] 其中，电机10与斯特林发动机本体单元1之间双向
信号传输。
[0055] 优选的，工作段包括加热器2和膨胀腔3、回热器4、冷却器5、膨胀腔活塞7、缓冲腔13、压缩腔活塞15和压缩腔19；
[0056] 膨胀腔3、加热器2、回热器4、冷却器5和压缩腔19依次相连，且形成一循环回路；
[0057] 膨胀腔活塞7和压缩腔活塞15分别与膨胀腔3和压缩腔19相连；
[0058] 其中，
[0059] 气源17通过第一单向阀16与斯特林发动机本体单元1内的缓冲腔13 相连；
[0060] 压缩腔19通过第二单向阀20与储气罐21相连；
[0061] 当缓冲腔13压力低于气源17压力时，气源17通过第一单向阀16向缓冲腔13内补充气体；
[0062] 当缓冲腔13内部的气体压力高于压缩腔19内部气体的压力时，气体会从缓冲腔13进入到压缩腔19。
[0063] 优选的，缓冲腔13设置在膨胀腔3和压缩腔19的下部；
[0064] 其中，
[0065] 膨胀腔3下部设置有膨胀腔密封件6，膨胀腔3通过膨胀腔密封件6与缓冲腔13隔开；
[0066] 压缩腔19通过其下部设置的压缩腔密封件18与缓冲腔13隔开。
[0067] 优选的，加热器2与能量源23输入端连接，膨胀腔3设置在加热器2 的一端的下部，回热器4设置在加热器2另一端的下部，冷却器5设置在回热器4的下端。
[0068] 优选的，膨胀腔活塞7和压缩腔活塞15分别通过膨胀腔活塞杆8和压缩腔活塞杆14连接在同一个传动结构12上，传动结构12通过飞轮11与电机10输出端相连。
[0069] 优选的，储气罐21通过压力计22输出到压力反馈单元9的输入端，压力反馈单元9的输出端连接电机10的输入端。
[0070] 优选的，特林发动机本体单元1内部的压缩腔活塞15直径不小于膨胀腔活塞7直径的3倍。
[0071] 优选的，气源17和储气罐21与斯特林发动机本体单元1内部进行交换的气体为工质气体，工质气体为空气、氮气、氦气、氢气、二氧化碳当中的一种或任意多种组成；能量源23可由工业余热、太阳能、生物质、天然气的一种或任意多种组成，其中，斯特林发动机本体单元1可以是α型、β型和γ型的任意一种，同时可以是单作用型或双作用型。
[0072] 本实用新型还提供了一种利用前述技术方案中斯特林压缩气体储能装置的使用方法，
[0073] 工作段包括加热器2和膨胀腔3、回热器4、冷却器5、膨胀腔活塞7、缓冲腔13、压缩腔活塞15和压缩腔19；膨胀腔3、加热器2、回热器4、冷却器5和压缩腔19依次相连，且形成一循环回路；膨胀腔活塞7和压缩腔活塞15分别与膨胀腔3和压缩腔19相连；气源17通过第一单向阀16 与斯特林发动机本体单元1内的缓冲腔13相连；压缩腔19通过第二单向阀20与储气罐21相连；当缓冲腔13压力低于气源17压力时，气源17通过第一单向阀16向缓冲腔13内补充工质气体；当缓冲腔13内部的气体压力高于压缩腔19内部气体的压力时，气体会从缓冲腔13进入到压缩腔19。
[0074] 其中，膨胀腔活塞7和压缩腔活塞15分别通过膨胀腔活塞杆8和压缩腔活塞杆14连接在同一个传动结构12上，传动结构12通过飞轮11与电机10输出端相连；斯特林发动机本体单元1内部的压缩腔活塞15直径不小于膨胀腔活塞7直径的3倍；第一单向阀16保障气体只能从气源17进入缓冲腔13，第二单向阀20保障气体只能从压缩腔19进入储气罐21；
[0075] 压缩腔活塞15从上止点到下止点的运行过程中，斯特林发动机本体单元1内部的工质气体的压力不断增加，在压缩腔活塞15到达下止点处，工质气体的压力达到最大，当压缩腔19内的压力大于储气罐21内的压力时，高压气体从压缩腔19通过第二单向阀20进入储气罐21，实现高压气体的储存；压缩腔活塞15从下止点到上止点的运行过程中，斯特林发动机本体单元1内部的工质气体的压力不断减少，在压缩腔活塞15到达上止点处，工质气体的压力最小，当压缩腔19内的压力小于缓冲腔13内的压力时，缓冲腔13内的工质气体进入到压缩腔19；当缓冲腔13压力低于气源17压力时，气源17通过第一单向阀16向缓冲腔13内补充工质气体。
[0076] 能量源23采用充足的热源。
[0077] 优选的，电机10既可以作为发电机使用又可以作为原动机使用，斯特林发动机本体单元1的加热器2有热源时，斯特林发动机可以通过飞轮11 带动电机10发电，同时得到储气罐21中的高压气体；斯特林发动机本体单元1的加热器2没有热源时，对电机10供电带动斯特林发动机本体单元 1的飞轮11转动实现上述的循环过程。
[0078] 其中，斯特林发动机本体单元1的冷却器5由常温下循环冷却水提供冷源，当斯特林发动机本体单元1的加热器2有热源时，斯特林发动机可以通过飞轮11带动水泵为循环水提供动力，斯特林发动机本体单元1的加热器2没有热源时，对电机10供电带动水泵为循环水提供动力。
[0079] 另外，储气罐21通过压力计22输出到压力反馈单元9的输入端，压力反馈单元9的输出端连接电机10的输入端；斯特林发动机本体单元1在启动时由电机10带动，由压力计22测定储气罐21内部气体的压力，在储气罐21内部气体的压力低于所需要气体压力的下限时通过压力反馈单元9 实现电机10的启动，进而带动斯特林发动机本体单元1启动，当斯特林发动机本体单元1稳定运行后，电机10关闭；在储气罐21内部气体的压力高于所需要气体压力的上限时通过压力反馈单元9实现热源的切断，斯特林发动机本体单元1停止运行，进行储气罐21的更换。
[0080] 实施例2：
[0081] 请参阅图3和图4，本实用新型提供另外一种技术方案：在实施例1的
基础上，斯特林发动机本体单元1采用单作用α型斯特林发动机；气源17 采用环境空气；能量源采用是太阳能，太阳光经过二次碟式聚光镜系统24 聚光后加热斯特林发动机本体单元1的加热器2；斯特林发动机本体单元1 的压缩腔活塞15的直径为膨胀腔活塞7直径的4倍，以实现较大的压缩比；第一单向阀16保障气体只能从气源17进入缓冲腔13，第二单向阀20保障气体只能从压缩腔19进入储气罐21。
[0082] 实施例3：
[0083] 请参阅图5和图6，本实用新型提供另外一种技术方案：在实施例1的基础上，当太阳光照不足或没有光照时，斯特林发动机本体单元1的加热器2没有太阳能提供热量时，对电机10供电带动斯特林发动机本体单元1 的飞轮11转动，实现气体压缩过程。此时，电机10由控制单元25进行驱动。第一单向阀16保障气体只能从气源17进入缓冲腔13，第二单向阀20 保障气体只能从压缩腔19进入储气罐21。
[0084] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
