CN104265455A - 冷源做功叶轮热气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷源做功叶轮热气机，包括叶轮压气机、涡轮动力机构、附属涡轮动力机构、附属叶轮压气机、外燃加热器和冷却器；所述叶轮压气机、所述涡轮动力机构、所述附属涡轮动力机构与所述附属叶轮压气机依次相互连通形成工质闭合回路；所述外燃加热器设置在所述叶轮压气机的工质出口和所述涡轮动力机构的工质入口之间的连通通道上；所述冷却器设置在所述附属涡轮动力机构的工质出口和所述附属叶轮压气机的工质入口之间的连通通道上，所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。本发明结构简单、效率高、造价低使用寿命长。

Description

冷源做功叶轮热气机

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种冷源做功叶轮热气机。

背景技术

传统热气机压缩比非常低(目前世界上最好的斯特林发动机的压缩比仅为2左右)，严重影响着发动机的效率，因此需要发明一种新型热气机，用于提高热气机的效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

方案1，一种冷源做功叶轮热气机，包括叶轮压气机、涡轮动力机构、附属涡轮动力机构、附属叶轮压气机、外燃加热器和冷却器；所述叶轮压气机、所述涡轮动力机构、所述附属涡轮动力机构与所述附属叶轮压气机依次相互连通形成工质闭合回路；所述外燃加热器设置在所述叶轮压气机的工质出口和所述涡轮动力机构的工质入口之间的连通通道上；所述冷却器设置在所述附属涡轮动力机构的工质出口和所述附属叶轮压气机的工质入口之间的连通通道上；所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

方案2，一种冷源做功叶轮热气机，包括叶轮压气机、涡轮动力机构、附属涡轮动力机构、附属叶轮压气机、内燃燃烧室和冷却器；所述叶轮压气机、所述涡轮动力机构、所述附属涡轮动力机构与所述附属叶轮压气机依次相互连通形成工质闭合回路；所述内燃燃烧室设置在所述叶轮压气机的工质出口和所述涡轮动力机构的工质入口之间的连通通道内；所述冷却器设置在所述附属涡轮动力机构的工质出口和所述附属叶轮压气机的工质入口之间的连通通道上；在所述工质闭合回路上设置工质导出口；所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

方案3，一种冷源做功叶轮热气机，包括叶轮压气机、涡轮动力机构、附属涡轮动力机构、附属叶轮压气机、外燃加热器、冷却器和往复连通通道；所述叶轮压气机的工质出口与所述涡轮动力机构的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构的工质出口与所述附属叶轮压气机的工质入口连通，所述叶轮压气机的工质入口和所述涡轮动力机构的工质出口分别经控制阀与所述往复连通通道的一端连通，所述附属涡轮动力机构的工质入口和所述附属叶轮压气机的工质出口分别经控制阀与所述往复连通通道的另一端连通，形成工质闭合回路；所述加热器设置在所述叶轮压气机的工质出口和所述涡轮动力机构的工质入口之间的连通通道上；所述冷却器设置在所述附属涡轮动力机构的工质出口和所述附属叶轮压气机的工质入口之间的连通通道上；所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

方案4，一种冷源做功叶轮热气机，包括叶轮压气机、涡轮动力机构、附属涡轮动力机构、附属叶轮压气机、内燃燃烧室、冷却器和往复连通通道；所述叶轮压气机的工质出口与所述涡轮动力机构的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构的工质出口与所述附属叶轮压气机的工质入口连通，所述叶轮压气机的工质入口和所述涡轮动力机构的工质出口分别经控制阀与所述往复连通通道的一端连通，所述附属涡轮动力机构的工质入口和所述附属叶轮压气机的工质出口分别经控制阀与所述往复连通通道的另一端连通，形成工质闭合回路；所述内燃燃烧室设置在所述叶轮压气机的工质出口和所述涡轮动力机构的工质入口之间的连通通道内；所述冷却器设置在所述附属涡轮动力机构的工质出口和所述附属叶轮压气机的工质入口之间的连通通道上；在所述工质闭合回路上设置工质导出口；所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

方案5，在方案1至4中任一方案的基础上，所述叶轮压气机、所述涡轮动力机构、所述附属涡轮动力机构与所述附属叶轮压气机中的两个以上共轴设置。

方案6，在方案1或2的基础上，所述冷源做功叶轮热气机还包括热交换器式回热器，所述涡轮动力机构的工质出口经所述热交换器式回热器的被冷却流体通道与所述附属涡轮动力机构的工质入口连通，所述附属叶轮压气机的工质出口经所述热交换器式回热器的被加热流体通道与所述叶轮压气机的工质入口连通。

方案7，在方案3或4的基础上，在所述往复连通通道上设置填料式回热器。

方案8，在方案2或4的基础上，在所述工质导出口处设置控制阀。

方案9，在方案1或3的基础上，所述外燃加热器设为液体金属加热器。

方案10，在方案1至4中任一方案的基础上，所述冷却器设为液体混合冷却器。

方案11，在方案1至4中任一方案的基础上，所述冷源做功叶轮热气机的循环总膨胀比大于2.0。

本发明中，所谓“液体金属加热器”是指用锡和/或低熔点合金对工质进行加热的加热器，即热源首先加热锡或低熔点合金使其升温得到热的金属流体，再用所述热的金属流体加热循环工质的加热器。

本发明中，所谓“液体混合冷却器”是指用冷液体与循环工质混合再将液体导出的冷却器。

本发明中，所述填料式回热器是指当高温工质流过多孔填料区域时将自身的热量留给填料，当低温工质逆行流过多孔填料区域时吸收填料所存储的热量的装置。

本发明中，所述冷却器是指能够使本发明中工质降温的装置，它可以是散热器，也可以是热交换器。

本发明中，所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩，是因为氩的绝热指数大、分子量大，在压缩和膨胀做功的过程中，其压比大、膨胀比大、温比大，从而能够提高工作效率。

本发明中，所述冷源做功叶轮热气机的循环总膨胀比选择性地大于2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0、5.2、5.4、5.6、5.8、6.0、6.2、6.4、6.6、6.8、7.0、7.2、7.4、7.6、7.8、8.0、8.2、8.4、8.6、8.8、9.0、9.2、9.4、9.6、9.8或大于10.0。

本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。

本发明的有益效果如下：

本发明结构简单、效率高、造价低使用寿命长。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；

图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；

图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；

图6所示的是本发明实施例6的结构示意图；

图中：

1叶轮压气机、2涡轮动力机构、3附属涡轮动力机构、4附属叶轮压气机、5外燃加热器、6冷却器、7热交换器式回热器、8填料式回热器、9内燃燃烧室、10工质导出口、11往复连通通道、12正时控制阀、13控制阀。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的冷源做功叶轮热气机，包括叶轮压气机1、涡轮动力机构2、附属涡轮动力机构3、附属叶轮压气机4、外燃加热器5和冷却器6；所述叶轮压气机1、所述涡轮动力机构2、所述附属涡轮动力机构3与所述附属叶轮压气机4依次相互连通形成工质闭合回路；所述外燃加热器5设置在所述叶轮压气机1的工质出口和所述涡轮动力机构2的工质入口之间的连通通道上；所述冷却器6设置在所述附属涡轮动力机构3的工质出口和所述附属叶轮压气机4的工质入口之间的连通通道上，所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

可选择地，所述叶轮压气机1与所述涡轮动力机构2共轴设置，所述附属涡轮动力机构3与所述附属叶轮压气机4共轴设置。

本发明中，所有实施方式均可参照本实施例，将所述叶轮压气机1与所述涡轮动力机构2共轴设置。

本发明中，所有实施方式均可参照本实施例，将所述附属涡轮动力机构3与所述附属叶轮压气机4共轴设置。

本发明中，所有实施方式均可参照本实施例将所述冷源做功机构的工质设为氩。

实施例2

如图2所示的冷源做功叶轮热气机，包括叶轮压气机1、涡轮动力机构2、附属涡轮动力机构3、附属叶轮压气机4、内燃燃烧室9和冷却器6；所述叶轮压气机1、所述涡轮动力机构2、所述附属涡轮动力机构3与所述附属叶轮压气机4依次相互连通形成工质闭合回路；所述内燃燃烧室9设置在所述叶轮压气机1的工质出口和所述涡轮动力机构2的工质入口之间的连通通道内；所述冷却器6设置在所述附属涡轮动力机构3的工质出口和所述附属叶轮压气机4的工质入口之间的连通通道上；在所述工质闭合回路上设置工质导出口10，在所述工质导出口10处设置控制阀13，所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

具体地，所述工质导出口10设置在所述附属叶轮压气机4的工质出口与所述叶轮压气机1的工质入口之间的连通通道上，所述叶轮压气机1与所述涡轮动力机构2共轴设置，所述附属涡轮动力机构3与所述附属叶轮压气机4共轴设置。

作为可变换的实施方式，所述工质导出口10可以设置在所述工质闭合回路上的其它任何位置上，例如可以设置在所述附属涡轮动力机构3的工质出口与所述冷却器6之间的连通通道上；所述控制阀13可以不设。

实施例3

如图3所示的冷源做功叶轮热气机，其与实施例1的区别在于：

所述冷源做功叶轮热气机还包括热交换器式回热器7，所述涡轮动力机构2的工质出口经所述热交换器式回热器7的被冷却流体通道与所述附属涡轮动力机构3的工质入口连通，所述附属叶轮压气机4的工质出口经所述热交换器式回热器7的被加热流体通道与所述叶轮压气机1的工质入口连通。

作为可变换的实施方式，实施例2和实施例4均可参照本实施例设置所述热交换器式回热器7。

实施例4

如图4所示的冷源做功叶轮热气机，其与实施例1的区别在于：

所述涡轮动力机构2和所述叶轮压气机1均设为两个，且每个所述涡轮动力机构2的工质出口均与所述附属涡轮动力机构3的工质入口连通，每个所述叶轮压气机1的工质入口均与所述附属叶轮压气机4的工质出口连通。

作为可变换的实施方式，上述实施例1至实施例3也可参照本实施例将所述涡轮动力机构2和所述叶轮压气机1均设为两个，且每个所述涡轮动力机构2的工质出口均与所述附属涡轮动力机构3的工质入口连通，每个所述叶轮压气机1的工质入口均与所述附属叶轮压气机4的工质出口连通。

实施例5

如图5所示的冷源做功叶轮热气机，包括叶轮压气机1、涡轮动力机构2、附属涡轮动力机构3、附属叶轮压气机4、外燃加热器5、冷却器6和往复连通通道11；所述叶轮压气机1的工质出口与所述涡轮动力机构2的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构3的工质出口与所述附属叶轮压气机4的工质入口连通，所述叶轮压气机1的工质入口和所述涡轮动力机构2的工质出口分别经正时控制阀12与所述往复连通通道11的一端连通，所述附属涡轮动力机构3的工质入口和所述附属叶轮压气机4的工质出口分别经正时控制阀12与所述往复连通通道11的另一端连通，形成工质闭合回路；所述外燃加热器5设置在所述叶轮压气机1的工质出口和所述涡轮动力机构2的工质入口之间的连通通道上；所述冷却器6设置在所述附属涡轮动力机构3的工质出口和所述附属叶轮压气机4的工质入口之间的连通通道上，所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

在所述往复连通通道11上设置填料式回热器8，本实施例中，所述叶轮压气机1与所述涡轮动力机构2共轴设置，所述附属涡轮动力机构3与所述附属叶轮压气机4共轴设置。

作为可以变换的实施方式，所述填料式回热器8可以不设。

实施例6

如图6所示的冷源做功叶轮热气机，包括叶轮压气机1、涡轮动力机构2、附属涡轮动力机构3、附属叶轮压气机4、内燃燃烧室9、冷却器6和往复连通通道11；所述叶轮压气机1的工质出口与所述涡轮动力机构2的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构3的工质出口与所述附属叶轮压气机4的工质入口连通，所述叶轮压气机1的工质入口和所述涡轮动力机构2的工质出口分别经正时控制阀12与所述往复连通通道11的一端连通，所述附属涡轮动力机构3的工质入口和所述附属叶轮压气机4的工质出口分别经正时控制阀12与所述往复连通通道11的另一端连通，形成工质闭合回路；所述内燃燃烧室9设置在所述叶轮压气机1的工质出口和所述涡轮动力机构2的工质入口之间的连通通道内；所述冷却器6设置在所述附属涡轮动力机构3的工质出口和所述附属叶轮压气机4的工质入口之间的连通通道上；在所述工质闭合回路上设置工质导出口10，在所述往复连通通道11上设置填料式回热器8，本实施例中，所述叶轮压气机1与所述涡轮动力机构2共轴设置，所述附属涡轮动力机构3与所述附属叶轮压气机4共轴设置，在所述工质导出口10处设置控制阀13，所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

作为可以变换的实施方式，所述填料式回热器8和所述控制阀13可以不设或择一设置。

作为可变换的实施方式，上述实施例1至实施例6中，可以改变所述叶轮压气机1、所述涡轮动力机构2、所述附属涡轮动力机构3与所述附属叶轮压气机4四者的轴的设置方式：可以使四者共轴设置；或任择四者之中的三个共轴设置；或使四者的轴均独立设置，即四者均不共轴；还可以仍采用两两共轴的方式，只是改变共轴的结构，例如使所述叶轮压气机1与所述附属涡轮动力机构3共轴设置，所述涡轮动力机构2与所述附属叶轮压气机4共轴设置。

实施例7

一种冷源做功叶轮热气机，其在实施例1的基础上，将所述外燃加热器5设为液体金属加热器。

本发明中，所有设置有外燃加热器的实施方式中，都可参照本实施例，将所述外燃加热器设为液体金属加热器。

实施例8

一种冷源做功叶轮热气机，其在实施例1的基础上，将所述冷却器6设为液体混合冷却器。

本发明中，所有实施方式均可参照本实施例，将所述冷却器设为液体混合冷却器。

本发明中，所有实施方式均可选择性地将所述冷源做功叶轮热气机的循环总膨胀比设为大于2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0、5.2、5.4、5.6、5.8、6.0、6.2、6.4、6.6、6.8、7.0、7.2、7.4、7.6、7.8、8.0、8.2、8.4、8.6、8.8、9.0、9.2、9.4、9.6、9.8或大于10.0。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷源做功叶轮热气机，其特征在于：包括叶轮压气机(1)、涡轮动力机构(2)、附属涡轮动力机构(3)、附属叶轮压气机(4)、外燃加热器(5)和冷却器(6)；所述叶轮压气机(1)、所述涡轮动力机构(2)、所述附属涡轮动力机构(3)与所述附属叶轮压气机(4)依次相互连通形成工质闭合回路；所述外燃加热器(5)设置在所述叶轮压气机(1)的工质出口和所述涡轮动力机构(2)的工质入口之间的连通通道上；所述冷却器(6)设置在所述附属涡轮动力机构(3)的工质出口和所述附属叶轮压气机(4)的工质入口之间的连通通道上；所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

2.一种冷源做功叶轮热气机，其特征在于：包括叶轮压气机(1)、涡轮动力机构(2)、附属涡轮动力机构(3)、附属叶轮压气机(4)、内燃燃烧室(9)和冷却器(6)；所述叶轮压气机(1)、所述涡轮动力机构(2)、所述附属涡轮动力机构(3)与所述附属叶轮压气机(4)依次相互连通形成工质闭合回路；所述内燃燃烧室(9)设置在所述叶轮压气机(1)的工质出口和所述涡轮动力机构(2)的工质入口之间的连通通道内；所述冷却器(6)设置在所述附属涡轮动力机构(3)的工质出口和所述附属叶轮压气机(4)的工质入口之间的连通通道上；在所述工质闭合回路上设置工质导出口(10)；所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

3.一种冷源做功叶轮热气机，其特征在于：包括叶轮压气机(1)、涡轮动力机构(2)、附属涡轮动力机构(3)、附属叶轮压气机(4)、外燃加热器(5)、冷却器(6)和往复连通通道(11)；所述叶轮压气机(1)的工质出口与所述涡轮动力机构(2)的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构(3)的工质出口与所述附属叶轮压气机(4)的工质入口连通，所述叶轮压气机(1)的工质入口和所述涡轮动力机构(2)的工质出口分别经正时控制阀(12)与所述往复连通通道(11)的一端连通，所述附属涡轮动力机构(3)的工质入口和所述附属叶轮压气机(4)的工质出口分别经正时控制阀(12)与所述往复连通通道(11)的另一端连通，形成工质闭合回路；所述外燃加热器(5)设置在所述叶轮压气机(1)的工质出口和所述涡轮动力机构(2)的工质入口之间的连通通道上；所述冷却器(6)设置在所述附属涡轮动力机构(3)的工质出口和所述附属叶轮压气机(4)的工质入口之间的连通通道上；所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

4.一种冷源做功叶轮热气机，其特征在于：包括叶轮压气机(1)、涡轮动力机构(2)、附属涡轮动力机构(3)、附属叶轮压气机(4)、内燃燃烧室(9)、冷却器(6)和往复连通通道(11)；所述叶轮压气机(1)的工质出口与所述涡轮动力机构(2)的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构(3)的工质出口与所述附属叶轮压气机(4)的工质入口连通，所述叶轮压气机(1)的工质入口和所述涡轮动力机构(2)的工质出口分别经正时控制阀(12)与所述往复连通通道(11)的一端连通，所述附属涡轮动力机构(3)的工质入口和所述附属叶轮压气机(4)的工质出口分别经正时控制阀(12)与所述往复连通通道(11)的另一端连通，形成工质闭合回路；所述内燃燃烧室(9)设置在所述叶轮压气机(1)的工质出口和所述涡轮动力机构(2)的工质入口之间的连通通道内；所述冷却器(6)设置在所述附属涡轮动力机构(3)的工质出口和所述附属叶轮压气机(4)的工质入口之间的连通通道上；在所述工质闭合回路上设置工质导出口(10)；所述冷源做功叶轮热气机的循环工质为氩。

5.根据权利要求1至4中任一项所述冷源做功叶轮热气机，其特征在于：所述叶轮压气机(1)、所述涡轮动力机构(2)、所述附属涡轮动力机构(3)与所述附属叶轮压气机(4)中的两个以上共轴设置。

6.根据权利要求1或2所述冷源做功叶轮热气机，其特征在于：所述冷源做功叶轮热气机还包括热交换器式回热器(7)，所述涡轮动力机构(2)的工质出口经所述热交换器式回热器(7)的被冷却流体通道与所述附属涡轮动力机构(3)的工质入口连通，所述附属叶轮压气机(4)的工质出口经所述热交换器式回热器(7)的被加热流体通道与所述叶轮压气机(1)的工质入口连通。

7.根据权利要求3或4所述冷源做功叶轮热气机，其特征在于：在所述往复连通通道(11)上设置填料式回热器(8)。

8.根据权利要求2或4所述冷源做功叶轮热气机，其特征在于：在所述工质导出口(10)处设置控制阀(13)。

9.根据权利要求1或3所述冷源做功叶轮热气机，其特征在于：所述外燃加热器(5)设为液体金属加热器。

10.根据权利要求1至4中任一项所述冷源做功叶轮热气机，其特征在于：所述冷源做功叶轮热气机的循环总膨胀比大于2.0。