JPS60243351A - スタ−リング機関 - Google Patents
スタ−リング機関Info
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- JPS60243351A JPS60243351A JP9904184A JP9904184A JPS60243351A JP S60243351 A JPS60243351 A JP S60243351A JP 9904184 A JP9904184 A JP 9904184A JP 9904184 A JP9904184 A JP 9904184A JP S60243351 A JPS60243351 A JP S60243351A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- displacer
- piston
- power piston
- stirling engine
- Prior art date
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- Pending
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/053—Component parts or details
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
- F02G2243/02—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
- F02G2243/24—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder with free displacers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/80—Engines without crankshafts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2280/00—Output delivery
- F02G2280/10—Linear generators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はフリーピストン型スターリング機関を用いた発
電機に関するものである。
電機に関するものである。
従来例の構成とその問題点
第1図にフリーピストン型スターリング機関を用いたリ
ニア発電機の一例を示した。ここで、シリンダ1中をデ
ィスプレーサ2が上下することにより、パワ−ピストン
3上部の作動ガスは、/< −すで加熱される高温部4
と冷却ジャケット5で水冷される低温部6の間を熱再生
器7を介して移動する。この時、ガス容積は一定である
ため、ディスプレーサが上死点にあれば低温部の容積が
高温部に比べて多くな9圧力は最も低く、逆に下死点に
あれば圧力は最も高くなる。そしてこの圧力差でパワー
ピストンが往復運動することにより、パワーピストンに
取9つけられたリニア発電機のコイル8がステーター9
に取りつけられた永久磁石10の磁束を横切シミ気エネ
ルギーとしてスターリング機関の出力を取や出す。一般
にスターリング機関はディスプレーサ−とパワーピスト
ンの位相差が約90度の時に高効率が得られる。しかし
従来のフリーピストン型スターリング機関では、その位
相差はパワーピストンとディスプレーサ−の組み合わせ
部分11にガススプリング機能をもたせ、そのバネ定数
により限定されるため、機関の設計の際に決定される。
ニア発電機の一例を示した。ここで、シリンダ1中をデ
ィスプレーサ2が上下することにより、パワ−ピストン
3上部の作動ガスは、/< −すで加熱される高温部4
と冷却ジャケット5で水冷される低温部6の間を熱再生
器7を介して移動する。この時、ガス容積は一定である
ため、ディスプレーサが上死点にあれば低温部の容積が
高温部に比べて多くな9圧力は最も低く、逆に下死点に
あれば圧力は最も高くなる。そしてこの圧力差でパワー
ピストンが往復運動することにより、パワーピストンに
取9つけられたリニア発電機のコイル8がステーター9
に取りつけられた永久磁石10の磁束を横切シミ気エネ
ルギーとしてスターリング機関の出力を取や出す。一般
にスターリング機関はディスプレーサ−とパワーピスト
ンの位相差が約90度の時に高効率が得られる。しかし
従来のフリーピストン型スターリング機関では、その位
相差はパワーピストンとディスプレーサ−の組み合わせ
部分11にガススプリング機能をもたせ、そのバネ定数
により限定されるため、機関の設計の際に決定される。
ゆえに、このガススプリングのシール部12の劣化など
による最適点からの位相のずれは機関の外からは調整不
可能であった。同様にこの機関のその他の可変的な要素
である運転周波数についての制御も作動ガスの封入圧力
を変える以外に方法がなかった。
による最適点からの位相のずれは機関の外からは調整不
可能であった。同様にこの機関のその他の可変的な要素
である運転周波数についての制御も作動ガスの封入圧力
を変える以外に方法がなかった。
発明の目的
本発明はフリーピストン型スターリング機関のディスプ
レーサ−とパワーピストンの振幅、位相差および周波数
を機関外から制御することを可能とし、その効率の向上
を目的とする。
レーサ−とパワーピストンの振幅、位相差および周波数
を機関外から制御することを可能とし、その効率の向上
を目的とする。
発明の構成
上記目的を達成するだめに、本発明はパワーピストンと
ディスプレーサ−の組み合わせ部分のピストン側内面も
しくはディスプレーサ−ロッド部にコイルを挿入し、か
つそのコイル内を通過するディスプレーサ−ロッド部も
しくはパワーピストン側に永久磁石を取りつけ、コイル
に外部電源もしくは機関に取り付けられた発電機からの
一部の電力を供給することにより、ディスプレーサ−を
パワーピストンと相対的に往復運動させて、その位相角
を保ち、かつ周波数の制御も可能としたものである。ま
た、ディスプレーサ−とパワーピストンの組み合わせ部
に上記コイルと永久磁石に加えてガススプリング機能を
有するバネ空間を設け、ディスプレーサ−とパワーピス
トンの相対運動に要する電力の消費を節約するものであ
ろう実施例の説明 第2図に本発明の一実施例を示した(図中の番号は、第
1図と共通のものは同一番号とした)。
ディスプレーサ−の組み合わせ部分のピストン側内面も
しくはディスプレーサ−ロッド部にコイルを挿入し、か
つそのコイル内を通過するディスプレーサ−ロッド部も
しくはパワーピストン側に永久磁石を取りつけ、コイル
に外部電源もしくは機関に取り付けられた発電機からの
一部の電力を供給することにより、ディスプレーサ−を
パワーピストンと相対的に往復運動させて、その位相角
を保ち、かつ周波数の制御も可能としたものである。ま
た、ディスプレーサ−とパワーピストンの組み合わせ部
に上記コイルと永久磁石に加えてガススプリング機能を
有するバネ空間を設け、ディスプレーサ−とパワーピス
トンの相対運動に要する電力の消費を節約するものであ
ろう実施例の説明 第2図に本発明の一実施例を示した(図中の番号は、第
1図と共通のものは同一番号とした)。
ここで、シリンダ1中をディスプレーサ−2が往復運動
し、作動ガスが高温空間4と低温空間6を移動してパワ
−ピストン3上部に圧力変動が生じることにより、パワ
ーピストンが往復運動する。
し、作動ガスが高温空間4と低温空間6を移動してパワ
−ピストン3上部に圧力変動が生じることにより、パワ
ーピストンが往復運動する。
その結果、リニア交流発電機のコイル8がそのステータ
ー9に設けられた永久磁石1oの磁束を横切ることにな
り、スターリング機関の出力は電気エネルギーとして外
部へ取り出される。この時、パワーピストンとディスプ
レーサ−の組み合わせ部のパワーピストン側内面に設け
られたコイル13に外部電源よ!llある周波数の交流
電圧をかけると、コイル内にはその周波数に応じた磁束
が生じる。そして、そのコイル内に位置する。ディスプ
レーサ−に設けられた永久磁石14はその磁束により上
下に磁気力を受け、結果的に外部電源の周波数に応じた
往復運動をディスプレーサ−とパワーピストンとの間に
相対的に行なわすことができる。また、パワーピストン
とディスプレーサ−組み合わせ部に設けられたガススプ
リング機能を有するバネ空間17はディスプレーサ−と
パワーピストンの衝突防止およびコイル13の磁気力に
よるディスプレーサ−の往復運動に要する駆動力を補助
的に与え、コイル13に与えるべき電力量を最小限にと
どめるものである。そして、この外部電源の周波数およ
び電力の調整により、パワーピストンとディスプレーサ
−の位相差、振幅周波数および振幅を制御でき、フリー
ピストン型スターリング機関の出力制御を積極的に行な
うことが可能となり、最適状態での運転が実現できる。
ー9に設けられた永久磁石1oの磁束を横切ることにな
り、スターリング機関の出力は電気エネルギーとして外
部へ取り出される。この時、パワーピストンとディスプ
レーサ−の組み合わせ部のパワーピストン側内面に設け
られたコイル13に外部電源よ!llある周波数の交流
電圧をかけると、コイル内にはその周波数に応じた磁束
が生じる。そして、そのコイル内に位置する。ディスプ
レーサ−に設けられた永久磁石14はその磁束により上
下に磁気力を受け、結果的に外部電源の周波数に応じた
往復運動をディスプレーサ−とパワーピストンとの間に
相対的に行なわすことができる。また、パワーピストン
とディスプレーサ−組み合わせ部に設けられたガススプ
リング機能を有するバネ空間17はディスプレーサ−と
パワーピストンの衝突防止およびコイル13の磁気力に
よるディスプレーサ−の往復運動に要する駆動力を補助
的に与え、コイル13に与えるべき電力量を最小限にと
どめるものである。そして、この外部電源の周波数およ
び電力の調整により、パワーピストンとディスプレーサ
−の位相差、振幅周波数および振幅を制御でき、フリー
ピストン型スターリング機関の出力制御を積極的に行な
うことが可能となり、最適状態での運転が実現できる。
また同図において、コイル13への電力供給をリニア発
電機のコイル8からの出力の一部を利用して行なうこと
も可能である。この時、パワーピストンとディスプレー
サ−の位相差が約90度として、それぞれの往復運動が
sin波であれば、それに対するリニア発電機のコイル
8からの出力電圧および電流の波形、さらにはその一部
をコイル13に流した時のパワーピストンとディスプレ
ーブー間に作用する力の方向は第3図に示すようになる
(ここで1発電機のコイル8とコイル13の間にはコイ
ルのインダクタンスのみ存在するとし、出力電圧と電流
の位相差は9o度とする)。この図から明らかなように
、ディスプレーサ−が下降して高温空間が増し、圧力が
上がるAB区間においては、パワーピストンとディスプ
レーサ−間には吸引力は作用させることができ、逆にデ
ィスプレーサ−が上昇して圧力が下がるBC区間におい
ては、反発力を作用させることができる。そして、パワ
ーピストンとディスプレーサ−の相対位置はAB区間に
おいて最小距離まで接近し、逆にBC区間では最大距離
まで離れる。ゆえに、両者の相対位置に対して作用する
力は両者の位相差を保つように働らぐことがわかる。さ
らにこの位相差は。
電機のコイル8からの出力の一部を利用して行なうこと
も可能である。この時、パワーピストンとディスプレー
サ−の位相差が約90度として、それぞれの往復運動が
sin波であれば、それに対するリニア発電機のコイル
8からの出力電圧および電流の波形、さらにはその一部
をコイル13に流した時のパワーピストンとディスプレ
ーブー間に作用する力の方向は第3図に示すようになる
(ここで1発電機のコイル8とコイル13の間にはコイ
ルのインダクタンスのみ存在するとし、出力電圧と電流
の位相差は9o度とする)。この図から明らかなように
、ディスプレーサ−が下降して高温空間が増し、圧力が
上がるAB区間においては、パワーピストンとディスプ
レーサ−間には吸引力は作用させることができ、逆にデ
ィスプレーサ−が上昇して圧力が下がるBC区間におい
ては、反発力を作用させることができる。そして、パワ
ーピストンとディスプレーサ−の相対位置はAB区間に
おいて最小距離まで接近し、逆にBC区間では最大距離
まで離れる。ゆえに、両者の相対位置に対して作用する
力は両者の位相差を保つように働らぐことがわかる。さ
らにこの位相差は。
発電機の出力電圧(ディスプレーサ−と同位相)と出力
電流との位相差を、コイル8とコイル13の間にコンデ
ンサなどを入れることで調整可能であり、またパワーピ
ストンとディスプv −v −間に作用する力について
も直流抵抗などにより供給電力を調整して変化させるこ
とが可能であり、これよシ振幅も変化させうる。この結
果、フリーピストン型スターリング機関の出力制御を積
極的に行なうことができ、最適状態での運転が可能とな
る。
電流との位相差を、コイル8とコイル13の間にコンデ
ンサなどを入れることで調整可能であり、またパワーピ
ストンとディスプv −v −間に作用する力について
も直流抵抗などにより供給電力を調整して変化させるこ
とが可能であり、これよシ振幅も変化させうる。この結
果、フリーピストン型スターリング機関の出力制御を積
極的に行なうことができ、最適状態での運転が可能とな
る。
なお、ディスプレーサ−とパワーピストン間に作用する
力とディスプレーサ−、パワーピストンのそれぞれの位
置関係については、外部電源を用いた場合も第3図のよ
う【なり、両者の位相は保たれる。
力とディスプレーサ−、パワーピストンのそれぞれの位
置関係については、外部電源を用いた場合も第3図のよ
う【なり、両者の位相は保たれる。
さらに、機関起動時には外部電源と用い、起動後はリニ
ア発電機出力の一部を用いてディスプレーサ−とパワー
ピストンを相対往復運動させることも可能である。
ア発電機出力の一部を用いてディスプレーサ−とパワー
ピストンを相対往復運動させることも可能である。
発明の効果
本発明による効果は以下の通りである。
(+) フリーピストン型スターリング機関におけるパ
ワーピストンとディスプレーサ−の周波数、位相差、振
幅を機関外部から容易に制御できる。
ワーピストンとディスプレーサ−の周波数、位相差、振
幅を機関外部から容易に制御できる。
(11) フリーピストン型スターリング機関を最適状
態で運転することを可能とし、効率を向上させうる。
態で運転することを可能とし、効率を向上させうる。
第1図はスターリング機関を用いたリニア発電機の一従
来列を示す断面構成図、第2図は本発明の一実施例を示
すスターリング機関を用いたリニア発電機の断面構成図
、第3図は本発明の一実施例におけるディスプレーサ−
、パワーピストンの動きとリニア発電機出力およびディ
スプレーサ−とパワーピストン間に作用する力の関係を
示す説明図である。 2・パ・・ディスプレー・サー、3 ・・・・パワーピ
ストン、8−・・・・・リニア交流発電機コイル、1o
・・・・リニア交流発電機永久磁石、11・・・・・ガ
ススプリング、13・・・・・ディスプレーサ−駆動用
コイル、14・・・・・・ディスプレーサ−駆動用永久
磁石。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 752図 第3図
来列を示す断面構成図、第2図は本発明の一実施例を示
すスターリング機関を用いたリニア発電機の断面構成図
、第3図は本発明の一実施例におけるディスプレーサ−
、パワーピストンの動きとリニア発電機出力およびディ
スプレーサ−とパワーピストン間に作用する力の関係を
示す説明図である。 2・パ・・ディスプレー・サー、3 ・・・・パワーピ
ストン、8−・・・・・リニア交流発電機コイル、1o
・・・・リニア交流発電機永久磁石、11・・・・・ガ
ススプリング、13・・・・・ディスプレーサ−駆動用
コイル、14・・・・・・ディスプレーサ−駆動用永久
磁石。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 752図 第3図
Claims (3)
- (1)作動ガスを封入したシリンダ内を往復運動するパ
ワーピストンおよびディスプレーサ−を有し、前記パワ
ーピストンに設けられたリニア交流発電機に加えて、前
記ピストンと前記ディスプレーサの組み合わせ部分のピ
ストン側内面もしくはディスプレーサ−ロッド部にコイ
ルを挿入し、かつそのコイル内を通過するディスプレー
サ−ロッド部もしくはパワーピストン側に永久磁石を取
り付けたスターリング機関。 - (2)パワーピストンとディスプレーサ−組み合わせ部
のコイルへの電流供給を前記リニア交流発電機から行な
う構成とした特許請求の範囲第1項記載のスターリング
機関。 - (3) ピストンとディスプレーサの運動の周波数なら
びに位相ずれを、リニア交流発電機とコイルの間に直流
抵抗、コイル、コンデンサなどを設け、それらの量を変
えることによって制御する構成とした特許請求の範囲第
1項または第2項記載のスターリング機関。 (→ ピストンとディスプレーサ−の組み合わせ部分に
ガススプリングの機能を有するバネ空間を設けた特許請
求の範囲第1項記載のスターリング機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9904184A JPS60243351A (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | スタ−リング機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9904184A JPS60243351A (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | スタ−リング機関 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60243351A true JPS60243351A (ja) | 1985-12-03 |
Family
ID=14236378
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9904184A Pending JPS60243351A (ja) | 1984-05-17 | 1984-05-17 | スタ−リング機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60243351A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6316159A (ja) * | 1986-07-07 | 1988-01-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | フリ−ピストン式スタ−リング機関 |
US5148066A (en) * | 1991-08-19 | 1992-09-15 | Sunpower, Inc. | Linear generator or motor with integral magnetic spring |
DE10209858A1 (de) * | 2001-12-07 | 2003-07-17 | Otag Gmbh & Co Kg | Elektromechanischer Energiewandler |
WO2007025517A1 (de) * | 2005-08-29 | 2007-03-08 | Webasto Ag | Vorrichtung und verfahren zum umwandeln von wärmeenergie in elektrische energie |
US7291943B2 (en) | 2001-12-07 | 2007-11-06 | Otag Gmbh & Co. Kg | Linear generator with a swinging piston |
WO2008143852A2 (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Raytheon Company | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
JP2009047139A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Twinbird Corp | スターリングサイクル機関 |
WO2010062134A2 (ko) * | 2008-11-27 | 2010-06-03 | Chae Soo Joh | 열펌프 |
CN105986924A (zh) * | 2015-02-04 | 2016-10-05 | 华北电力大学(保定) | 一种vm循环热泵发电装置 |
-
1984
- 1984-05-17 JP JP9904184A patent/JPS60243351A/ja active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6316159A (ja) * | 1986-07-07 | 1988-01-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | フリ−ピストン式スタ−リング機関 |
US5148066A (en) * | 1991-08-19 | 1992-09-15 | Sunpower, Inc. | Linear generator or motor with integral magnetic spring |
DE10209858A1 (de) * | 2001-12-07 | 2003-07-17 | Otag Gmbh & Co Kg | Elektromechanischer Energiewandler |
DE10209858B4 (de) * | 2001-12-07 | 2005-07-21 | Otag Gmbh & Co. Kg | Elektromechanischer Energiewandler |
US7291943B2 (en) | 2001-12-07 | 2007-11-06 | Otag Gmbh & Co. Kg | Linear generator with a swinging piston |
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WO2008143852A2 (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Raytheon Company | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
WO2008143852A3 (en) * | 2007-05-16 | 2009-02-05 | Raytheon Co | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
US8733112B2 (en) | 2007-05-16 | 2014-05-27 | Raytheon Company | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
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WO2010062134A2 (ko) * | 2008-11-27 | 2010-06-03 | Chae Soo Joh | 열펌프 |
WO2010062134A3 (ko) * | 2008-11-27 | 2010-10-21 | Chae Soo Joh | 열펌프 |
CN102227553A (zh) * | 2008-11-27 | 2011-10-26 | 蔡洙祚 | 热泵 |
CN105986924A (zh) * | 2015-02-04 | 2016-10-05 | 华北电力大学(保定) | 一种vm循环热泵发电装置 |
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