CN101988442A - 共轭零距高低温热源热气机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共轭零距高低温热源热气机，包括气缸活塞机构、冷却器和加热器，所述气缸活塞机构的排气道与所述冷却器的气体工质入口连通，所述冷却器的气体工质出口与所述加热器的气体工质入口连通，所述加热器的气体工质出口与所述气缸活塞机构的气缸工质入口连通，在所述气缸活塞机构与所述排气道的连通处设排气门，在所述气缸活塞机构与所述气缸工质入口的连通处设工质导入门，所述气缸活塞机构对外输出动力。本发明结构简单、效率高、噪声低。

Description

共轭零距高低温热源热气机
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种共轭零距高低温热源热气机。
背景技术
传统热气发动机，即斯特林发动机的应用日趋广泛，但是其机构复杂，加热区和冷却区的面积和加热及冷却时间均受限，为此，急需发明一种结构简单，加热和冷却效率高，功率和体积之比高的新型热气发动机。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
一种共轭零距高低温热源热气机，包括气缸活塞机构、冷却器和加热器，所述气缸活塞机构的排气道与所述冷却器的气体工质入口连通，所述冷却器的气体工质出口与所述加热器的气体工质入口连通，所述加热器的气体工质出口与所述气缸活塞机构的气缸工质入口连通，在所述气缸活塞机构与所述排气道的连通处设排气门，在所述气缸活塞机构与所述气缸工质入口的连通处设工质导入门，所述气缸活塞机构对外输出动力。
在所述气缸活塞机构上设回热区。
在所述冷却器和所述加热器之间设控制阀。
在所述排气道上设排气热交换器，所述冷却器的出口经所述排气热交换器与所述加热器的入口连通，利用排气的热量将经过所述冷却器冷却后的工质加热后进入所述加热器内进一步加热。
本发明虽然是热气发动机，但是与传统热气发动机(即斯特林发动机)不同，在斯特林发动机中，工质是在单一通道内往复流动，这就给加热区和冷却区带来相当的限制，使加热效率和冷却效率都受影响。不仅如此，在斯特林发动机中，由于工质往复流动，所以无论是加热区还是冷却区都不能进行对流传热，因此传热效率及加热后的最高温度和冷却后的最低温度都受影响，进而影响发动机的效率和功率强度。而本发明所公开的共轭零距高低温热源热气机中工质的流动是按单一方向进行的，形成一个单一流动方向的闭合回路，这样就克服了斯特林发动机的上述缺陷。
本发明的原理是通过对所述排气门和所述工质导入门的控制，将经过所述气缸活塞机构压缩后产生的高压气体工质在所述冷却器中放热降温后进入所述加热器，在所述加热器中吸收热量提高温度后再次进入所述气缸活塞机构，在所述气缸活塞机构中膨胀作功后再进行压缩进入下一个工作循环。
本发明所公开的共轭零距高低温热源热气机由于气体工质是处于闭合循环状态，所以可以采用效率较高的工质如氦气等；由于加热是采用外燃形式加热，所以可以使用各种燃料，而且由于属于连续燃烧，所以燃烧更容易控制，燃烧效率和排放会更好。
本发明所公开的共轭零距高低温热源热气机由于加热区和冷却区均是连续工作，而且加热区和冷却区的传热面积不受限制，所以传热负荷和效率会有大幅度提高。
本发明所述控制阀的开启和关闭根据工作过程加以控制。
本发明中所谓的共轭是指所述气体工质的压缩和作功是由同一个机构在不同的时间内来实现的结构形式；所谓的零距是指所述冷却器和所述加热器连续设置的结构；所谓的气缸活塞机构是指由气缸和活塞构成的能够进行压缩和膨胀作功的机构；所谓的气体工质是指在冷却器中不冷凝的不发生相变的气体，如氦气、氢气、氩气等；所谓加热器是指一切可以对气体工质进行外部加热的装置，可以是用火焰直接进行的外部加热的装置，也可以是用热交换器对气体工质进行加热的装置；所谓冷却器是指一切可以对气体工质进行冷却的装置，可以是散热器或热交换器；所谓回热区是指在所述气缸活塞机构压缩所述气体工质时吸收热量，在所述气体工质膨胀作功时放出热量的结构；所谓的排气是指经过所述气缸活塞机构压缩后的气体工质。
本发明所公开的共轭零距高低温热源热气机，特别是本发明所公开的共轭零距高低温热源热气机的某些实施例中具有相当高的密闭性，所以可以在闭合通道中充入高压气体工质(即发动机处于非工作状态时，通道内的气体工质的压强处于较高或相当高的水平)，增加气体工质的密度，从而增加传热效率和功率密度，而且可以使循环压比增高，提高效率。
本发明中所谓连通是指直接连通、经过若干过程(包括与其他物质混合等)的间接连通或经泵、控制阀等受控连通。本发明中的加热器也可以是利用太阳能对气体工质进行加热的装置。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单、效率高、噪声低。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图；
图4为本发明实施例4的结构示意图；
图5为本发明实施例5的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的共轭零距高低温热源热气机，包括气缸活塞机构1、冷却器2和加热器4，所述气缸活塞机构1的排气道101与所述冷却器2的气体工质入口连通，所述冷却器2的气体工质出口与所述加热器4的气体工质入口连通，所述加热器4的气体工质出口与所述气缸活塞机构1的气缸工质入口201连通，在所述气缸活塞机构1与所述排气道101的连通处设排气门11，在所述气缸活塞机构1与所述气缸工质入口201的连通处设工质导入门21，所述气缸活塞机构1对外输出动力。通过对所述排气门11和所述工质导入门21的控制，将经过所述气缸活塞机构1压缩后产生的高压气体工质在所述冷却器2中放热降温后进入所述加热器4，在所述加热器4中吸收热量提高温度后再次进入所述气缸活塞机构1，在所述气缸活塞机构1中膨胀作功后再进行压缩进入下一个工作循环，使所述气体工质按单一方向定向循环流动。
实施例2
如图2所示的共轭零距高低温热源热气机，其与实施例1的区别在于：在所述气缸活塞机构1上设回热区3，在所述气体工质被压缩时吸收所产生的热量，在所述气体工质膨胀作功时放出热量，提高所述共轭零距高低温热源热气机的效率。
实施例3
如图3所示的共轭零距高低温热源热气机，其与实施例1的区别在于：在所述冷却器2和所述加热器4之间设控制阀5，通过控制所述控制阀5的开启和关闭，实现所述气体工质按按单一方向定向循环流动，提高所述共轭零距高低温热源热气机的效率。
实施例4
如图4所示的共轭零距高低温热源热气机，其与实施例3的区别在于：在所述气缸活塞机构1上设回热区3，在所述气体工质被压缩时吸收所产生的热量，在所述气体工质膨胀作功时放出热量，提高所述共轭零距高低温热源热气机的效率。
实施例5
如图5所示的共轭零距高低温热源热气机，其与实施例1的区别在于：在所述排气道101上设排气热交换器6，所述冷却器2的出口经所述排气热交换器6与所述加热器4的入口连通，利用排气的热量将经过所述冷却器2冷却后的工质加热后进入所述加热器4内进一步加热，提高热量的利用率，进而提高所述共轭零距高低温热源热气机的效率。

Claims (4)

1.一种共轭零距高低温热源热气机，包括气缸活塞机构(1)、冷却器(2)和加热器(4)，其特征在于：所述气缸活塞机构(1)的排气道(101)与所述冷却器(2)的气体工质入口连通，所述冷却器(2)的气体工质出口与所述加热器(4)的气体工质入口连通，所述加热器(4)的气体工质出口与所述气缸活塞机构(1)的气缸工质入口(201)连通，在所述气缸活塞机构(1)与所述排气道(101)的连通处设排气门(11)，在所述气缸活塞机构(1)与所述气缸工质入口(201)的连通处设工质导入门(21)，所述气缸活塞机构(1)对外输出动力。
2.根据权利要求1所述共轭零距高低温热源热气机，其特征在于：在所述气缸活塞机构(1)上设回热区(3)。
3.根据权利要求1所述共轭零距高低温热源热气机，其特征在于：在所述冷却器(2)和所述加热器(4)之间设控制阀(5)。
4.根据权利要求1所述共轭零距高低温热源热气机，其特征在于：在所述排气道(101)上设排气热交换器(6)，所述冷却器(2)的出口经所述排气热交换器(6)与所述加热器(4)的入口连通，利用排气的热量将经过所述冷却器(2)冷却后的工质加热后进入所述加热器(4)内进一步加热。
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