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CN104481725A - 一种工质为氢气或氦气的自增压方法及装置 - Google Patents

一种工质为氢气或氦气的自增压方法及装置 Download PDF

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CN104481725A
CN104481725A CN201410641808.8A CN201410641808A CN104481725A CN 104481725 A CN104481725 A CN 104481725A CN 201410641808 A CN201410641808 A CN 201410641808A CN 104481725 A CN104481725 A CN 104481725A
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helium
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low pressure
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黄汉林
张永楠
李小盼
田文静
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AECC Aviation Power Co Ltd
AVIC Aviation Engine Corp PLC
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Xian Aviation Power Co Ltd
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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
    • F02G1/053—Component parts or details

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种工质为氢气或氦气的自增压方法及装置，通过低压气瓶输出两路工质，节流阀使第二路工质升温后再送入换热器与第一路工质换热，使第一路工质在升温的同时压力升高，实现了氢气或氦气的自增压功能，降低了原增压系统的功耗，提高了使用本发明装置的输出的功率，并且使原本低压瓶内工质的低品位能量进一步得到利用，提高了整个系统的效率。

Description

一种工质为氢气或氦气的自增压方法及装置
技术领域
本发明属于斯特林发动机技术，具体涉及一种工质为氢气或氦气的自增压方法及装置。
背景技术
目前的斯特林发动机增压系统主要有两种方式：在斯特林发动机运行过程中消耗自身产生的机械能来压缩增压和通过电加热的方式来增压。前者因受制于发动机必须运转，而且还消耗了一定的机械功，降低了输出功率；后者虽不受发动机限制，但需一套电加热设备。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种工质为氢气或氦气的自增压方法及装置，能够在发动机不工作，而且不消耗任何外界能量的条件下完成增压。
为了达到上述目的，一种工质为氢气或氦气的自增压方法，包括以下步骤：
步骤一：低压气瓶中的工质为氢气或氦气，且能够提供两路气管，低压气瓶中的第一路工质通过第一单向阀后送入换热器；
步骤二：低压气瓶中的第二路工质通过第二单向阀后进入节流阀，由于绝热节流的温度效应，第二路工质经过节流后压力降低但温度升高；
步骤三：经过节流阀升温后的第二路工质进入换热器，由于第二路工质温度高于第一路工质，第一路工质在换热器内被第二路工质加热，使第一路工质压力升高；
步骤四：压力升高后的第一路工质进入高压气瓶储存或使用；换热后的第二路工质流入次低压气瓶。
所述低压气瓶中的工质为氢气时，步骤二中通过节流阀前的氢气温度高于-71℃。
所述低压气瓶中的工质为氦气时，步骤二中通过节流阀前的氦气温度高于-233℃。
一种工质为氢气或氦气的自增压方法采用的装置，包括低压气瓶，低压气瓶具有两路气管，第一路气管连接第一单向阀的输入端，第一单向阀的输出端通过换热器连接高压气瓶；低压气瓶的第二路气管连接第二单向阀的输入端，第二单向阀的输出端连接节流阀的一端，节流阀的另一端通过换热器连接次低压气瓶。
所述低压气瓶中工质为氢气或氦气。
与现有技术相比，本发明通过节流阀使第二路工质升温后再送入换热器与第一路工质换热，使第一路工质在升温的同时压力升高，实现了氢气或氦气的自增压功能，降低了原增压系统的功耗，提高了使用本发明装置的输出的功率，并且使原本低压瓶内工质的低品位能量进一步得到利用，提高了整个系统的效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种工质为氢气或氦气的自增压方法，包括以下步骤：
步骤一：低压气瓶1中的工质为氢气或氦气，且能够提供两路气管，低压气瓶1中的第一路工质通过第一单向阀2后送入换热器5；
步骤二：低压气瓶1中的第二路工质通过第二单向阀3后进入节流阀4，由于绝热节流的温度效应，第二路工质经过节流后压力降低但温度升高；
步骤三：经过节流阀4升温后的第二路工质进入换热器5，由于第二路工质温度高于第一路工质，第一路工质在换热器5内被第二路工质加热，使第一路工质压力升高；
步骤四：压力升高后的第一路工质进入高压气瓶6储存或使用；换热后的第二路工质流入次低压气瓶7。
低压气瓶1中的工质为氢气时，步骤二中通过节流阀5前的氢气温度高于-71℃；低压气瓶1中的工质为氦气时，步骤二中通过节流阀5前的氦气温度高于-233℃。
参见图1，一种工质为氢气或氦气的自增压方法采用的装置，包括工质为氢气或氦气的低压气瓶1，低压气瓶1具有两路气管，第一路气管连接第一单向阀2的输入端，第一单向阀2的输出端通过换热器5连接高压气瓶6；低压气瓶1的第二路气管连接第二单向阀3的输入端，第二单向阀3的输出端连接节流阀4的一端，节流阀4的另一端通过换热器5连接次低压气瓶7。
本发明利用氢气或氦气的绝热节流的温度效应或称为焦耳—汤姆逊效应，在不消耗任何外界能量的条件下来实现氢气或氦气的自增压。
绝热节流的温度效应或称为焦耳—汤姆逊效应是指经过绝热节流后工质温度的变化特点，绝热节流后温度下降的称为冷效应，温度上升的称为热效应，温度不变的称为零效应。当工质处于冷效应区时绝热节流后便表现出冷效应，当工质处于热效应区时便表现出热效应，由于氢气的最大转变温度约为202K即-71℃，氦气的最大转变温度约为40K即-233℃，所以只要氢气的温度高于-71℃，氦气的温度高于-233℃，便会处于热效应区，通过节流后温度便会升高。

Claims (5)

1.一种工质为氢气或氦气的自增压方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：低压气瓶(1)中的工质为氢气或氦气，且能够提供两路气管，低压气瓶(1)中的第一路工质通过第一单向阀(2)后送入换热器(5)；
步骤二：低压气瓶(1)中的第二路工质通过第二单向阀(3)后进入节流阀(4)，由于绝热节流的温度效应，第二路工质经过节流后压力降低但温度升高；
步骤三：经过节流阀(4)升温后的第二路工质进入换热器(5)，由于第二路工质温度高于第一路工质，第一路工质在换热器(5)内被第二路工质加热，使第一路工质压力升高；
步骤四：压力升高后的第一路工质进入高压气瓶(6)储存或使用；换热后的第二路工质流入次低压气瓶(7)。
2.根据权利要求1所述的一种工质为氢气或氦气的自增压方法，其特征在于：所述低压气瓶(1)中的工质为氢气时，步骤二中通过节流阀(5)前的氢气温度高于-71℃。
3.根据权利要求1所述的一种工质为氢气或氦气的自增压方法，其特征在于：所述低压气瓶(1)中的工质为氦气时，步骤二中通过节流阀(5)前的氦气温度高于-233℃。
4.权利要求1所述的一种工质为氢气或氦气的自增压方法采用的装置，其特征在于：包括低压气瓶(1)，低压气瓶(1)具有两路气管，第一路气管连接第一单向阀(2)的输入端，第一单向阀(2)的输出端通过换热器(5)连接高压气瓶(6)；低压气瓶(1)的第二路气管连接第二单向阀(3)的输入端，第二单向阀(3)的输出端连接节流阀(4)的一端，节流阀(4)的另一端通过换热器(5)连接次低压气瓶(7)。
5.根据权利要求4所述的一种工质为氢气或氦气的自增压方法采用的装置，其特征在于：所述低压气瓶(1)中工质为氢气或氦气。
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