CN103291490A - 单缸u流通道热气机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涉及发动机技术领域的单缸U流通道热气机，包括气缸活塞机构和加热器，所述气缸活塞机构的气缸上设有工质入口和工质出口，所述单缸U流通道热气机还包括U流连通通道，所述U流连通通道连通所述工质入口和所述工质出口，所述气缸活塞机构和所述U流连通通道构成工质闭合回路，所述加热器设置在所述工质闭合回路上。本发明通过一个气缸活塞结构就能实现热气机的工作循环，本发明的所述单缸U流通道热气机具有结构简单、功率密度高等优点，可以有效节约能源并大幅度减少机构的体积、重量和制造成本，具有广阔的应用前景。

Description

单缸U流通道热气机
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其是一种单缸U流通道热气机。
背景技术
近年来，热气机得到广泛重视，然而传统热气机的结构形式比较单一，通常采用的是双气缸活塞的结构，这类热气机的结构较为复杂，限制了其应用。因此，有必要发明一种结构简单的热气机。
发明内容
本发明提供了一种结构简单、功率密度高的热气机，解决了传统热气机结构复杂，应用范围受限的问题。
本发明提出的技术方案如下：
一种单缸U流通道热气机，包括气缸活塞机构和加热器，所述气缸活塞机构的气缸上设有工质入口和工质出口，所述单缸U流通道热气机还包括U流连通通道,所述U流连通通道连通所述工质入口和所述工质出口，所述气缸活塞机构的气缸和所述U流连通通道构成工质闭合回路，所述加热器设置在所述工质闭合回路上。
所述加热器设置在所述气缸活塞机构的气缸上。
所述单缸U流通道热气机还包括冷却器，所述冷却器设置在所述U流连通通道上。
所述加热器设置在所述U流连通通道上。
所述单缸U流通道热气机还包括冷却器，所述冷却器设置在所述工质闭合回路上。
所述冷却器设置在以所述工质出口为上游，以所述加热器为下游的所述U流连通通道上。
所述单缸U流通道热气机还包括热交换器，所述热交换器的被冷却流体通道设为所述工质出口和所述冷却器之间的所述U流连通通道，所述热交换器的被加热流体通道设为所述冷却器和所述加热器之间的所述U流连通通道。
在所述U流连通通道上设置逆止阀。
所述工质闭合回路的承压能力大于2MPa。
本发明的原理是：本发明所述单缸U流通道热气机的气缸活塞机构在压缩工质的过程中同时对工质进行冷却，即边压缩边冷却；在工质对外做功的同时对工质进行加热，即边做功边加热。
本发明采用单个气缸和所述U流连通通道的结构，简化了传统热气机的结构，实现热气机效率和功率密度的本质性提高，而且可以大幅度减少机构的体积、重量和制造成本。
本发明中，所述工质闭合回路是指由所述气缸活塞机构的气缸和所述U流连通通道构成的工质可以循环流动的空间。
本发明中，所谓的“U流连通通道”是指两端均与同一个气缸活塞机构的气缸连通的连通通道。
本发明中，所述加热器是指能够在系统外部对工质进行加热的装置，可以是太阳能加热器，也可以是热交换器或其他外燃形式的加热器。
本发明中，所述工质闭合回路中工质的最高压力达到所述工质闭合回路的承压能力。本发明中，所述工质闭合回路中的循环气体可以选自氦气、氧气等气体。
本发明中，所述冷却器是指一切能使工质冷却的装置，例如混合式、热交换器式和散热器式冷却器。所谓混合式冷却器是指将被加热流体与被冷却工质直接混合，两者直接进行热交换而达到工质冷却的装置，由于使用混合式冷却器会向所述工质闭合回路中引入新的工质，为了使所述工质闭合回路中的工质处于相对平衡的状态，需要在所述工质闭合回路上设置工质导出结构；所谓热交换器式冷却器是指采用其它流体做热的接受介质，与工质进行热交换达到冷却工质的目的的装置；所谓散热器式冷却器是采用环境气体作为热接受介质，使工质热量扩散至环境中，达到冷却工质的目的的装置。其中所述热交换器式冷却器和所述散热器式冷却器均属于非直混式冷却器，即被加热流体与被冷却工质不混合。
本发明中，所述加热器和所述冷却器在所述工质闭合回路上的位置应根据公知的热力学循环来设置。
本发明中，所述工质闭合回路内的工质需要经过压缩、加热升温升压、做功以及被冷却的过程，这就要求所述工质闭合回路能承受一定压力，选择性地，所述工质闭合回路的承压能力可设为大于2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、22 MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa、30MPa、31MPa、32MPa、33MPa、34MPa、35MPa、36MPa、37MPa、38MPa、39MPa或大于40MPa。
本发明中，应根据热气机领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。
本发明的有益效果如下：
本发明通过一个气缸活塞结构就能实现热气机的工作循环，本发明单缸U流通道热气机具有结构简单、功率密度高等优点，可以有效节约能源并大幅度减少机构的体积、重量和制造成本，具有广阔的应用前景。
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；
其中：1气缸活塞机构、101工质入口、102工质出口、2 U流连通通道、201逆止阀、3加热器、7冷却器、8热交换器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的单缸U流通道热气机，包括气缸活塞机构1和U流连通通道2和加热器3，所述气缸活塞机构1的气缸上设有工质入口101和工质出口102，所述U流连通通道2连通所述工质入口101和所述工质出口102，所述气缸活塞机构1的气缸和所述U流连通通道2构成工质闭合回路，所述加热器3设置在所述U流连通通道2上。
在所述U流连通通道2上设置逆止阀201。所述逆止阀201使所述工质闭合回路内的工质单向循环流动（如图1中箭头所示方向）。
作为可以变换的实施方式，所述加热器3可以设置在所述工质闭合回路上的任何位置，不影响本发明的目的的实现。
实施例2
如图2所示的单缸U流通道热气机，其与实施例1的区别在于：所述单缸U流通道热气机还包括冷却器7，所述冷却器7设置在以所述工质出口102为上游，以所述加热器3为下游的所述U流连通通道2上。
作为可以变换的实施方式，所述冷却器7可以设置在所述工质闭合回路上的其他任何地方，不影响发明目的的实现。
实施例3
如图3所示的单缸U流通道热气机，其与实施例2的区别在于：所述加热器3改为设置在所述气缸活塞机构1的气缸上。
实施例4
如图4所示的单缸U流通道热气机，其与实施例3的区别在于：取消了所述U流连通通道2上的逆止阀201，由正时控制机构控制控制设置在所述工质入口101和所述工质出口102处的气门。由所述正时控制机构控制所述气门实现所述工质闭合回路内的工质单向循环流动（如图4中箭头所示方向）。
所述单缸U流通道热气机还包括热交换器8，所述热交换器8的被冷却流体通道设为所述工质出口102和所述冷却器7之间的所述U流连通通道2，所述热交换器8的被加热流体通道设为所述冷却器7和所述加热器3之间的所述U流连通通道2。
本发明的所有设置所述冷却器7的实施方式中，都可以参照本实施例设置所述热交换器8。
作为可以变换的实施方式，在实施例1至3中的所述逆止阀201可以取消，而在实施例4中，可以增设所述逆止阀201。
本发明的所有实施方式中，为了使所述工质闭合回路能够承受其内部工质的压力，可以选择性的设置所述工质闭合回路的承压能力为2MPa，根据工质压力的不同，所述工质闭合回路的承压能力还可以设为大于2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、22 MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa、30MPa、31MPa、32MPa、33MPa、34MPa、35MPa、36MPa、37MPa、38MPa、39MPa或大于40MPa。
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 (9)

1. 一种单缸U流通道热气机，包括气缸活塞机构（1）和加热器（3），所述气缸活塞机构（1）的气缸上设有工质入口（101）和工质出口（102）， 其特征在于：所述单缸U流通道热气机还包括U流连通通道（2），所述U流连通通道（2）连通所述工质入口（101）和所述工质出口（102），所述气缸活塞机构（1）的气缸和所述U流连通通道（2）构成工质闭合回路，所述加热器（3）设置在所述工质闭合回路上。
2. 如权利要求1所述单缸U流通道热气机，其特征在于：所述加热器（3）设置在所述气缸活塞机构（1）的气缸上。
3. 如权利要求2所述单缸U流通道热气机，其特征在于：所述单缸U流通道热气机还包括冷却器（7），所述冷却器（7）设置在所述U流连通通道（2）上。
4. 如权利要求1所述单缸U流通道热气机，其特征在于：所述加热器（3）设置在所述U流连通通道（2）上。
5. 如权利要求4所述单缸U流通道热气机，其特征在于：所述单缸U流通道热气机还包括冷却器（7），所述冷却器（7）设置在所述工质闭合回路上。
6. 如权利要求5所述单缸U流通道热气机，其特征在于：所述冷却器（7）设置在以所述工质出口（102）为上游，以所述加热器（3）为下游的所述U流连通通道（2）上。
7. 如权利要求3、5或6所述单缸U流通道热气机，其特征在于：所述单缸U流通道热气机还包括热交换器（8），所述热交换器（8）的被冷却流体通道设为所述工质出口（102）和所述冷却器（7）之间的所述U流连通通道（2），所述热交换器（8）的被加热流体通道设为所述冷却器（7）和所述加热器（3）之间的所述U流连通通道（2）。
8. 如权利要求1至6中任一项所述单缸U流通道热气机，其特征在于：在所述U流连通通道（2）上设置逆止阀（201）。
9. 如权利要求1至6中任一项所述单缸U流通道热气机，其特征在于：所述工质闭合回路的承压能力大于2MPa。
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