CN114555931A - 整体加热器本体 - Google Patents

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CN114555931A
CN114555931A CN202080052083.2A CN202080052083A CN114555931A CN 114555931 A CN114555931 A CN 114555931A CN 202080052083 A CN202080052083 A CN 202080052083A CN 114555931 A CN114555931 A CN 114555931A
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engine
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piston
unitary
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约书亚·泰勒·穆克
凯文·迈克尔·万德沃德
阿格贝迪诺·阿克瓦拉
迈克尔·罗伯特·诺塔尼科拉
杰森·约瑟夫·贝拉迪
穆罕默德·厄尔·哈辛·森努恩
穆罕穆德·奥萨马
维克多·路易斯·马雷罗·奥提兹
扎卡里·威廉·内格尔
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Abstract

一种整体加热器本体(c100),其可以包括燃烧器本体(c400)、热侧热交换器本体(c600)和喷射器本体(c300)。燃烧器本体(c400)可以限定燃烧室(c102)和周向包围燃烧室(c102)的调节管道(c122)。调节管道(c122)可以在燃烧室(c102)的远端部分处与燃烧室(c102)流体连通。热侧热交换器本体(c600)可以限定热侧热交换器(c106),热侧热交换器(c106)包括与燃烧室(c102)的近端部分流体连通的加热流体路径(c602)。喷射器本体(c300)可以限定与加热流体路径(c602)的下游部分和调节管道(c122)的近端部分流体连通的引出路径(c304)。

Description

整体加热器本体
相关申请的交叉引用
本申请要求以下美国临时申请的优先权,其全部内容如同逐字陈述一样通过引用并入本文:2019年5月21日提交的申请号62/850,599;2019年5月21日提交的申请号62/850,623;2019年5月21日提交的申请号62/850,678;2019年5月21日提交的申请号62/850,692;以及2019年5月21日提交的申请号62/850,701。
技术领域
本主题大体涉及能量转换系统、发电系统和能量分配系统。本主题另外涉及热交换器和热交换器系统。本主题进一步涉及活塞发动机组件,例如闭式循环发动机系统。本主题还涉及用于控制或操作本文的本主题的一个或多个系统的系统和方法。
背景技术
发电和配电系统面临着提供改进的发电效率和/或降低的排放量的挑战。此外,发电和配电系统面临着以较低的传输损失提供改进的功率输出的挑战。某些发电和配电系统在改进发电效率、功率输出和排放量的同时,通常进一步面临着改进尺寸、便携性或功率密度的挑战。
某些发动机系统布置,例如闭式循环发动机,可以比其他发动机系统布置提供一些改进的效率。然而,与其它发动机布置相比,诸如斯特林发动机之类的闭式循环发动机布置面临着提供相对较大的功率输出或功率密度、或改进效率的挑战。闭式循环发动机可能由于低效率燃烧、低效率热交换器、低效率质量传递、对环境的热损失、工作流体的非理想行为、不完全密封、摩擦、泵送损失和/或其他低效率和缺陷而受到影响。因此,需要能够提供改进功率输出、改进功率密度或进一步改进效率的改进的闭式循环发动机和系统布置。另外,需要改进的闭式循环发动机,其可以被提供以改进发电和配电系统。
附加地或替代地,一般需要改进的热传递装置,例如用于热力发动机,或可应用于发电系统、分配系统、推进系统、运载器系统或工业或住宅设施。
此外,需要用于操作发电系统的改进的控制系统和方法,其可以包括可共同提供改进的发电效率或减少排放量的子系统。
发明内容
方面和优点将在以下描述中部分阐述,或者可以从描述中显而易见,或者可以通过实践当前公开的主题而获知。
一方面,本公开包括整体加热器本体,例如用于与闭式循环发动机结合使用。示例性整体加热器本体可以包括燃烧器本体、热侧热交换器本体和喷射器本体。燃烧器本体可以限定燃烧室和周向包围燃烧室的调节管道。调节管道可在燃烧室的远端部分处与燃烧室流体连通。热侧热交换器本体可以限定热侧热交换器,热侧热交换器包括与燃烧室的近端部分流体连通的加热流体路径。喷射器本体可以限定与加热流体路径的下游部分和调节管道的近端部分流体连通的引出路径。
参考以下描述和所附权利要求,将更好地理解这些和其他特征、方面和优点。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了示例性实施例,并且与描述一起用于解释当前公开的主题的某些原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的包括最佳模式的完整且可行的公开,其中:
图1.2.1是描绘根据本公开的方面的用于能量转换的系统的示意框图;
图1.3.1是根据本公开的方面的闭式循环发动机和负载装置的示例性实施例的横截面视图;
图1.6.1A示意性地描绘了根据本公开的方面的发动机的示例性再生器系统;
图1.6.1B示意性地描绘了与根据本公开的方面的发动机的一部分相关的示例性再生器本体的横截面视图;
图1.6.1C示意性地描绘了图1.6.1B的示例性再生器本体的顶部横截面视图;
图1.6.1D示意性地描绘了图1.6.1B的示例性再生器本体的放大立体横截面视图;
图1.6.2A示意性地描绘了另一个示例性再生器本体的横截面视图;
图1.6.2B示意性地描绘了又一个示例性再生器本体的横截面视图;
图1.6.3示意性地描绘了可以包括在再生器本体(例如图1.6.1A或1.6.1B中所示的再生器本体)中的多个翅片阵列的立体图;
图1.6.4A示意性地描绘了可包括在再生器本体(例如图1.6.2B中所示的再生器本体)中的另一示例性多个翅片阵列的立体横截面视图;
图1.6.4B示意性地描绘了来自图1.6.4A中所示的示例性多个翅片阵列的示例性翅片阵列;
图1.6.5示意性地描绘了图1.6.3和/或1.6.4A中所示的多个翅片阵列的侧视图;
图1.6.6A示意性地描绘了来自图1.6.3中所示的多个翅片阵列的翅片阵列的立体图;
图1.6.6B示意性地描绘了图1.6.6A中所示的翅片阵列的右侧视图;
图1.6.6C示意性地描绘了垂直于图1.6.5A中所示的立体图观察翅片阵列的翅片阵列的侧视图;
图1.6.6D示意性地描绘了从图1.6.6C中所示的立体图观察的来自图1.6.6A中所示的翅片阵列的多个翅片;和
图1.6.7A-1.6.7F示意性地描绘了示例性再生器本体构造;
图1.6.8示出了描绘在发动机工作流体中再生热量的示例性方法的流程图;
图1.8.1A、1.8.1B、1.8.1C、1.8.1D、1.8.1E和1.8.1F示意性地描绘了根据本公开的方面的示例性发动机组件的分解图;
图1.8.1G和1.8.1H示意性地描绘了具有定位在发动机组件的各部分之间的热中断的发动机组件;
图1.8.2示意性地描绘了根据本公开的方面的另一个示例性发动机组件的放大局部分解图;
图1.8.3示出了描绘构建发动机组件的示例性方法的流程图;
图4.1.1示意性地描绘了示例性闭式循环发动机的横截面视图,该示例性闭式循环发动机可以是再生式热力发动机和/或斯特林发动机;
图4.1.2A和4.1.2B示意性地描绘了示例性加热器本体,该示例性加热器本体例如可以包括在图4.1.1中所示的闭式循环发动机中;
图4.1.3A、4.1.3B和4.1.3C示意性地描绘了示例性加热器本体的横截面立体图,该示例性加热器本体例如可以包括在图4.1.1中所示的闭式循环发动机中;
图4.1.4示意性地描绘了示例性加热器本体的俯视图,该示例性加热器本体例如可以包括在图4.1.1中所示的闭式循环发动机中;
图4.1.5示出了描绘加热闭式循环发动机(例如再生式热力发动机)的示例性方法的流程图;
图4.1.6A和4.1.6B示意性地描绘了示例性整体本体,该示例性整体本体可以包括整体本体部分和/或整体本体段;
图4.1.7示意性地描绘了另一个示例性整体加热器本体;
图4.1.8A-4.1.8G示意性地描绘了可包括在整体加热器本体和/或整体本体段中的示例性热屏蔽件;
图4.1.9示意性地描绘了示例性加热器本体的一部分的横截面视图,示出了示例性活塞本体和示例性热捕获路径的部分;
图4.1.10示意性地描绘了加热器本体和发动机本体之间的示例性接口的横截面视图;
图4.2.1A示出了可包括在图4.1.3B中所示的加热器本体中的加热器本体的示例性燃烧器本体部分的横截面立体图;
图4.2.1B示出了可包括在图4.1.3B中所示的加热器本体中的加热器本体的另一个示例性燃烧器本体部分的横截面立体图;
图4.2.2A示意性地描绘了包括多级燃烧的立体示例性加热器本体的横截面视图;
图4.2.2B示意性地描绘了占据热侧热交换器的径向向内部分的示例性燃烧区的横截面俯视图;
图4.2.3A示意性地描绘了包括文丘里管的示例性燃烧器本体的横截面视图;
图4.2.3B和4.2.3C示出了图4.2.3A中所示的燃烧器本体的示例性流体速度分布;
图4.2.4A-4.2.4E示意性地描绘了示例性燃烧器轮叶;
图4.2.5A示出了描绘燃烧燃料的示例性方法的流程图;
图4.2.5B示出了描绘燃烧燃料的另一个示例性方法的流程图;
图4.3.1示意性地描绘了根据本公开的方面的示例性燃料注入器组件的横截面视图;
图4.3.2示意性地描绘了图4.3.1的示例性燃料注入器组件的一部分的剖视横截面视图;
图4.3.3示意性地描绘了图4.3.1的示例性燃料注入器组件的一部分的剖视横截面视图;
图4.3.4示意性地描绘了图4.3.1的示例性燃料注入器组件的一部分的剖视横截面视图;
图4.3.5示意性地描绘了图4.3.1的示例性燃料注入器组件的一部分的剖视横截面视图;
图4.3.6示意性地描绘了从下游端向上游观察的图4.3.1的燃料注入器组件的立体图;
图4.3.7示意性地描绘了从上游端向下游观察的图1的燃料注入器组件的立体图;
图4.3.8示意性地描绘了根据本公开的方面的示例性燃料注入器组件的横截面视图;
图4.3.9示意性地描绘了从下游端向上游观察的图4.3.8的燃料注入器组件的立体图;
图4.3.10示意性地描绘了根据本公开的方面的燃料注入器组件的另一实施例的示意横截面视图;
图4.3.11示意性地描绘了根据本公开的方面的示例性燃料注入器组件的横截面视图;
图4.3.12示意性地描绘了根据本公开的方面的另一个示例性燃料注入器组件的横截面视图;
图4.3.13和4.3.14示意性地描绘了根据本公开的方面的示例性燃料注入器组件的横截面端视图;
图4.3.15示意性地描绘了根据本公开的方面的另一个示例性燃料注入器组件的横截面视图;
图4.3.16示意性地描绘了根据本公开的方面的另一个示例性燃料注入器组件的横截面视图;
图4.3.17示意性地描绘了根据本公开的方面的另一个示例性燃料注入器组件的横截面视图;
图4.3.18示意性地描绘了根据本公开的方面的示例性燃料注入器组件的横截面端视图;
图4.4.1A示出了加热器本体(例如图4.1.3A中所示的加热器本体)的示例性热交换器本体部分的顶部横截面视图;
图4.4.1B示出了图4.4.1A的示例性热交换器本体的顶部横截面视图,其中指示了多个热传递区域;
图4.4.2A示出了加热器本体(例如图4.1.3B中所示的加热器本体)的示例性热交换器本体部分的顶部横截面视图;
图4.4.2B示出了图4.4.2A的示例性热交换器本体的顶部横截面视图,其中指示了多个热传递区域;
图4.4.3A和4.4.3B示出了热交换器本体的附加示例性实施例的顶部横截面视图;
图4.4.4示出了描绘加热多个热传递区域的示例性方法的流程图;
图4.5.1A示意性地描绘了可以包括在加热器本体(例如图4.1.3B中所示的加热器本体)中的示例性工作流体本体的立体图;
图4.5.1B示意性地描绘了图4.5.1A中所示的示例性工作流体本体的俯视图;
图4.5.1C示意性地描绘了可以包括在加热器本体(例如图4.1.3B中所示的加热器本体)中的示例性工作流体本体的横截面视图;
图4.5.2示意性地描绘了可以包括在加热器本体(例如图4.1.3B中所示的加热器本体)中的另一个示例性工作流体本体的横截面视图;
图4.5.3示意性地描绘了示例性工作流体本体的底部横截面视图;
图4.5.4A示意性地描绘了另一个示例性工作流体本体的顶部立体图;
图4.5.4B和4.5.4C分别示意性地描绘了另一个示例性工作流体本体的前立体图和后立体图;
图4.5.4D示意性地描绘了图4.5.4B和4.5.4C中所示的示例性工作流体本体的底部立体图;
图4.5.5A-4.5.5D示意性地描绘了示例性加热器本体的进一步方面;
图4.5.6示出了描绘加热发动机工作流体的示例性方法的流程图;
图4.6.1A示意性地描绘了加热器本体(例如图4.1.3A中所示的加热器本体)的示例性喷射器本体部分的底部横截面视图;
图4.6.1B示出了图4.6.1A中所示的底部横截面视图的放大图;
图4.6.1C示出了图4.6.1A和4.6.1B中所示的示例性喷射器本体的顶部立体图;
图4.6.2A示意性地描绘了加热器本体(例如图4.1.3A中所示的加热器本体)的示例性喷射器本体部分的底部横截面视图;
图4.6.2B示出了图4.6.2A中所示的底部横截面视图的放大图;
图4.6.2C示出了图4.6.2A和4.6.2B中所示的示例性喷射器本体的顶部立体图;
图4.6.3A和4.6.3B分别示出了可以包括在加热器本体(例如图4.1.3A中所示的加热器本体)中的另一个示例性喷射器本体的立体图和顶部横截面视图;
图4.6.4A至4.6.4F示出了可以包括在喷射器本体中的各种示例性孔口机构;
图4.6.5示出了描绘循环流体(例如燃烧气体)的示例性方法的流程图;
图4.7.1A示出了加热器本体(例如图4.1.3A中所示的加热器本体)的示例性回热器本体部分的顶部横截面视图;
图4.7.1B示出了图4.7.1A中所示的顶部横截面视图的放大图;
图4.7.1C示出了加热器本体(例如图4.1.3A中所示的加热器本体)的另一个示例性回热器本体部分的横截面视图;
图4.7.2示出了描绘在流体流之间传递热量(例如通过将热量传递给进气来回收来自排气的热量)的示例性方法的流程图;和
图5.1.28提供了根据本公开的示例实施例的示例计算系统。
在本说明书和附图中重复使用附图标记旨在表示本公开的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的实施例,其一个或多个示例在附图中示出。通过对本公开的解释而不是限制来提供每个示例。事实上,对于本领域技术人员来说显而易见的是,在不脱离本公开的范围的情况下,可以在本公开中进行各种修改和变化。例如,作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以产生另一个实施例。在另一个实例中,可以改变本文相关联的范围、比率或限制以提供进一步的实施例,且所有这些实施例均在本公开的范围内。除非另有规定,否则在其中相对于比率、范围或限制来提供单位的各种实施例中,可以改变单位,和/或随后,与单位相关联的范围、比率或限制在本公开的范围内。因此,本公开旨在覆盖在所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
应当理解,术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如,“上游”是指流体从其流动的方向,“下游”是指流体向其流动的方向。还应理解,诸如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等的术语是方便用语,并且不应被解释为限制性术语。除非另有说明,否则术语“回路”可以是任何合适的流体路径,流体可以沿该路径流动并且可以是开放的或封闭的。如本文所用,术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个部件与另一部件区分开,并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“一”和“一种”并不表示数量的限制,而是表示存在至少一个引用的条项。
如本文在整个说明书和权利要求书中使用的,近似语言可以用于修饰可以允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生改变的任何定量表示。因此,由诸如“约”、“基本上”和“大约”的术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下,近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度,或者用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如,近似语言可以指在10%的范围内。
在此以及整个说明书和权利要求书中,范围限制被组合和互换,除非上下文或语言另有指示,否则这样的范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。例如,本文公开的所有范围都包括端点,并且端点可以彼此独立地组合。
本文所述的热传递关系可包括通过传导和/或对流进行的热连通。热传递关系可以包括通过固体之间和/或固体与流体之间的传导(例如,热扩散)来提供热传递的热传导关系。附加地或替代地,热传递关系可以包括通过流体和固体之间的对流(例如,通过大量流体流动的热传递)来提供热传递的热对流关系。应当理解,对流通常包括传导(例如,热扩散)和平流(例如,通过大量流体流动的热传递)的组合。如本文所用,提及热传导关系可包括传导和/或对流;而提及热对流关系至少包括一些对流。
热传导关系可以包括通过第一固体和第二固体之间、第一流体和第一固体之间、第一固体和第二流体之间、和/或第二固体和第二流体之间的传导而进行的热连通。例如,这种传导可以提供从第一流体到第一固体和/或从第一固体到第二流体的热传递。附加地或替代地,这种传导可以提供从第一流体到第一固体和/或通过第一固体(例如,从一个表面到另一个表面)、和/或从第一固体到第二固体和/或通过第二固体(例如,从一个表面到另一个)、和/或从第二固体到第二流体的热传递。
热对流关系可以包括通过第一流体和第一固体之间、第一固体和第二流体之间、和/或第二固体和第二种流体之间的对流(例如,通过大量流体流动的热传递)而进行的热连通。例如,这种对流可以提供从第一流体到第一固体和/或从第一固体到第二流体的热传递。附加地或替代地,这种对流可以提供从第二固体到第二流体的热传递。
应当理解,术语“顺时针”和“逆时针”是方便的术语而不是限制性的术语。通常,术语“顺时针”和“逆时针”具有其普通的含义,并且除非另有说明,否则指的是参考自顶向下或竖直视图的方向。在不脱离本公开的范围的情况下,顺时针和逆时针元件可以互换。
在温度、压力、负载、相位等被称为基本相似或一致的情况下,应当理解,输入或输出中的变化、泄漏或其他微小差异可能存在,使得该差异可以被本领域技术人员认为可忽略不计。附加地或替代地,当温度或压力被称为一致(即,基本一致单元(例如,多个室A221处的基本一致温度))时,应当理解,在一个实施例中,基本一致单元是相对于平均操作条件,例如发动机的操作阶段,或从一种流体到另一种流体,或从一个表面到流体,或从一个表面到另一个表面,或从一种流体到另一个表面等的热能流动。例如,在向多个室A221、A222提供基本一致温度或从多个室A221、A222去除基本一致温度的情况下,该温度是相对于发动机的操作阶段的平均温度。作为另一示例,在向多个室A221、A222提供基本一致热能单元或从多个室A221、A222去除基本一致热能单元的情况下,该一致热能单元是相对于平均热能,该平均热能相对于通过其传递热能的结构或多个结构从一种流体供应到另一种流体。
一个或多个整体本体或其部分附接、联接、连接或以其他方式配合的各种接口(例如配合表面、接口、点、法兰等)可以限定或包括密封接口,例如,但不限于迷宫式密封件、放置密封件的凹槽、挤压密封件、垫圈、硫化硅胶等,或其他合适的密封件或密封物质。附加地或替代地,一个或多个这样的接口可以经由机械紧固件(例如但不限于螺母、螺栓、螺钉、拉杆、夹子等)联接在一起。在还有的附加或替代实施例中,一个或多个这样的接口可以经由接合或结合处理(例如但不限于焊接、软钎焊、铜焊等,或其他合适的接合处理)联接在一起。
应当理解,比率、范围、最小值、最大值或极限值,或其组合,通常可以提供具有本领域先前未知的益处的结构。因此,低于本文所述的某些最小值的值或高于本文所述的某些最大值的值可以改变本文所述的一个或多个部件、特征或元件的功能和/或结构。例如,低于本文所述范围的体积、表面面积与体积、功率输出与体积等的比率可能不足以用于期望的热能传递,例如不期望地限制功率输出、效率或比尔数。作为另一个示例,大于本文所述的极限值可能会不希望地增加系统或发动机的大小、尺寸、重量或整体封装,例如不期望地限制其中可以适用或操作系统或发动机的应用、设备、运载器、可用性、效用等。更进一步地或替代地,整体封装的不期望增加可能不期望地降低发动机可安装、利用或以其他方式操作到其中的整体系统、应用、设备、运载器等的效率。例如,虽然发动机可以被构造为限定如本文所述的相似或更高的效率,但是这样的发动机可能具有不期望的大小、尺寸、重量或整体包装,从而降低发动机安装到其中的系统的效率。因此,排除或违反本文所述的一个或多个限制,例如关于特征(例如但不限于加热器管道、冷冻机管道A54、室体积、壁式管道体积或操作温度,或其组合)的一个或多个限制,可能会不期望地改变这种结构,以例如改变系统或发动机的功能。
发电、转换和分配系统
现在参考图1.2.1,提供了描绘用于能量转换的系统(下文中称为“系统A10”)的示例性示意框图。本文提供的系统A10的各种实施例包括用于发电的系统、热回收系统、热泵或低温冷却器、包括和/或用作底循环和/或顶循环的系统、或用于产生有用功或能量的其他系统、或其组合。另外参考图1.3.1,系统A10的各种实施例包括可操作地联接到负载装置c092的闭式循环发动机设备(下文中称为“发动机A100”、设备“A100”或“发动机组件C900”,或者本文以其他方式表示)。发动机A100包含基本上固定质量的发动机工作流体,热能在相应冷侧热交换器A42和热侧热交换器C108处与发动机工作流体进行交换。在一个实施例中,发动机工作流体是氦气。在其他实施例中,发动机工作流体可以包括空气、氮气、氢气、氦气或任何适当的可压缩流体或其组合。在还有的各种实施例中,根据本公开,可以利用任何合适的发动机工作流体。在示例性实施例中,发动机工作流体可以包括气体,诸如惰性气体。例如,诸如氦气的稀有气体可以用作发动机工作流体。示例性工作流体优选是惰性的,使得它们通常不参与化学反应,诸如在发动机的环境内的氧化。示例性稀有气体包括单原子气体,诸如氦气、氖气、氩气、氪气或氙气,以及这些气体的组合。在一些实施例中,发动机工作流体可以包括空气、氧气、氮气或二氧化碳以及这些的组合。在还有的各种实施例中,发动机工作流体可以是本文描述的一个或多个元件的液体流体或其组合。应当进一步理解,发动机工作流体的各种实施例可以包括适用于发动机工作流体的颗粒或其他物质。
在各种实施例中,负载装置C092是机械工作装置或电机。在一个实施例中,负载装置C092是泵、压缩机或其它工作装置。在另一个实施例中,作为电机的负载装置C092被构造为根据活塞组件A1010在发动机处的移动而产生电能的发电机。在又一个实施例中,电机被构造为提供动力以移动或致动活塞组件A1010的马达,以便提供初始移动(例如,起动器马达)。在还有的各种实施例中,电机限定了马达和发电机或其它电机设备,诸如本文进一步描述的。
加热器本体C100热联接到发动机A100。加热器本体C100大体上可以限定用于产生或以其他方式提供加热工作流体的任何设备,以便向发动机工作流体提供热能。本文进一步提供了加热器本体C100的各种实施例。示例性加热器本体C100可以包括但不限于燃烧或爆震组件、电加热器、核能源、诸如太阳能的可再生能源、燃料电池、热回收系统,或者作为另一个系统的底循环。可以限定热回收系统的示例性加热器本体C100包括但不限于一般工业废热、气体或蒸汽涡轮废热、核废热、地热能、农业或动物废物的分解、熔融土或金属或钢厂气体、一般工业干燥系统或窑炉、或燃料电池。向发动机工作流体提供热能的示例性加热器本体C100大体上可以包括热电联产循环或联供系统或发电系统的全部或部分。
在各种实施例中,加热器本体C100被构造成经由加热工作流体向发动机工作流体提供热能。加热工作流体可以至少部分地基于由提供燃料和氧化剂的一个或多个燃料源和氧化剂源所提供的热量和液体、气体或其他流体。在各种实施例中,燃料大体上包括但不限于烃和烃混合物、包括一部分液体的“湿”气体(例如,用液体蒸气饱和的湿气体、具有近似10%液体和近似90%气体的多相流、与石油混合的天然气、或其他液体和气体组合等),石油或原油(例如,阿拉伯超轻质原油、阿拉伯超轻质油、轻质原油、中质原油、重质原油、重质燃料原油等),天然气(例如,包括酸性气体),生物柴油冷凝物或天然气液体(例如,包括液化天然气(LNG)),二甲醚(DME),馏出油#2(DO2),乙烷(C2),甲烷,高H2燃料,包括氢混合物的燃料(例如,丙烷、丁烷、液化石油气、石脑油等),柴油,煤油(例如喷气燃料,例如但不限于Jet A、Jet A-1、JP1等),醇(例如甲醇、乙醇等),合成气,焦化气,填埋气等或其组合。
在各种实施例中,系统A10包括诸如本文进一步描述的工作流体本体C108。在一个实施例中,工作流体本体C108限定例如本文进一步描述的热侧热交换器A160,热能从热侧热交换器A160被输出到在发动机的膨胀室A221处的发动机工作流体。工作流体本体C108被定位在发动机的膨胀室A221处,膨胀室A221与加热器本体C100热连通。在其他实施例中,工作流体本体C108可以与加热器本体C100分离,使得加热工作流体以热连通的方式被提供,或者另外,以与工作流体本体C108流体连通的方式被提供。在特定实施例中,工作流体本体C108被定位成与加热器本体C100和发动机A100的膨胀室A221直接热连通,以便从加热器本体C100接收热能,并将热能提供给发动机内的发动机工作流体。
在还有的各种实施例中,加热器本体C100可以包括至发动机的单个膨胀室A221的单个热能输出源。因此,系统A10可以包括多个加热器组件,每个加热器组件在每个膨胀室A221处向发动机工作流体提供热能。在其它实施例中,例如关于图1.3.1所示,加热器本体C100可以向发动机的多个膨胀室A221提供热能。在还有的其它实施例中,例如关于图8所示,加热器本体包括至发动机的全部膨胀室A221的单个热能输出源。
系统A10进一步包括冷冻机组件,诸如本文进一步描述的冷冻机组件A40。冷冻机组件A40被构造成接收和置换来自发动机的压缩室A222的热能。系统A10包括冷侧热交换器A42,冷侧热交换器A42热联接到闭式循环发动机的压缩室A222和冷冻机组件。在一个实施例中,冷侧热交换器A42和限定发动机的压缩室A222的活塞本体C700一起被限定为完整的单一结构。在还有的各种实施例中,冷侧热交换器A42、限定压缩室A222的活塞本体C700的至少一部分、和冷冻机组件的至少一部分一起限定了完整的单一结构。
在各种实施例中,冷冻机组件A40是发动机A100的底循环。因此,冷冻机组件A40被构造成从发动机A100接收热能。在冷冻机组件A40处,诸如通过冷侧热交换器A42或本文进一步的冷侧热交换器A170,从发动机A100接收到的热能被添加到冷冻机组件A40处的冷冻机工作流体中。在各种实施例中,冷冻机组件A40限定了Rankine循环系统,冷冻机工作流体通过Rankin循环系统在具有压缩机的闭合回路布置中流动。在一些实施例中,冷冻机工作流体进一步在具有膨胀机的闭合回路布置中。在各种实施例中,热交换器A188可以包括冷凝器或散热器。冷侧热交换器A40被定位在压缩机的下游和膨胀机的上游,并与闭式循环发动机的压缩室A222热连通,例如关于图1.3.1进一步描绘和描述的。在各种实施例中,冷侧热交换器A42可以大体上限定接收来自发动机A40的热能的蒸发器。
仍参考图1.2.1,在一些实施例中,热交换器A188被定位在膨胀机的下游和压缩机的上游,并与冷却工作流体热连通。在图1.2.1中提供的示意框图中,冷却工作流体是空气源。然而,在各种实施例中,冷却流体可以限定与热交换器热连通的任何合适的流体。热交换器可以进一步限定被构造成从冷冻机组件A40散发或分发热能的散热器。以与热交换器热连通的方式提供来自冷却流体源的冷却工作流体的流动,以进一步帮助从冷冻机组件A40内的冷冻机工作流体向冷却工作流体的热传递。
如本文进一步描述的,在各种实施例中,冷冻机组件A40可以包括基本恒定密度的热交换器。恒定密度热交换器大体上包括室,该室包括入口和出口,入口和出口各自被构造成当来自闭式循环发动机的热量被传递到冷侧热交换器A42时,在一段时间内容纳或留住一部分冷冻机工作流体。在各种实施例中,室可以限定线性或旋转室,入口和出口在该线性或旋转室处经由阀或端口被周期性地打开和关闭,以便将冷冻机工作流体留住在室内达期望的时间量。在还有的各种实施例中,限定恒定密度热交换器的室的入口和出口处的速率至少是在入口和出口之间的室内留住的流体颗粒的速度的函数。包括恒定密度热交换器的冷冻机组件A40可以在诸如本文进一步描述的系统A10处提供效率、或效率增加、性能、功率密度等。
应当理解,在其他实施例中,系统A10的冷冻机组件A40大体上可以包括热能槽。例如,冷冻机组件A40可以包括水体、真空空间、周围空气、液体金属、惰性气体等。在还有的各种实施例中,冷冻机组件A40处的冷冻机工作流体可以包括但不限于压缩空气、水或水基溶液、油或油基溶液、或制冷剂,制冷剂包括但不限于第1类、第2类或第3类制冷剂。进一步示例性制冷剂可以包括但不限于超临界流体,超临界流体包括但不限于二氧化碳、水、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、丙酮或一氧化二氮,或其组合。还有的示例性制冷剂可以包括但不限于卤化烷(halon)、全氯烯烃、全氯碳化物、全氟烯烃、全氟碳化物、氢烯烃、烃、氢氯烯烃、氢氯烃、氢氟烯烃、氢氟烃、氢氯烯烃、氢氯氟烃、氯氟烯烃或氯氟烃类制冷剂,或其组合。制冷剂的进一步示例性实施例可以包括但不限于甲胺、乙胺、氢、氦、氨、水、氖、氮、空气、氧、氩、二氧化硫、二氧化碳、一氧化二氮或氪,或其组合。
应当理解,在包括用于冷冻机工作流体的可燃或易燃制冷剂的情况下,系统A10的各种实施例可以有利地流体连通地联接加热器本体C100和/或燃料源以及冷冻机组件A40,使得在冷冻机组件A40处提供热能的可燃或易燃工作流体可以进一步用作燃料源,用于生成加热工作流体并随之生成热能,以从加热器本体C100输出到发动机A100处的发动机工作流体。
系统A10的各种实施例包括控制本文公开的各种子系统的控制系统和方法,诸如但不限于燃料源、氧化剂源、冷却流体源、加热器本体C100、冷冻机组件C40、发动机A100和负载装置C092,包括任何流率、压力、温度、负载、放电、频率、振幅、或与系统A10相关联的其它合适的控制特性。在一个方面,提供了用于限定发电系统的系统A10的控制系统。发电系统包括一个或多个闭式循环发动机(诸如发动机A100),限定可操作地联接到发动机的电机(诸如负载装置C092)的一个或多个负载装置,以及与电机连通的一个或多个能量存储装置。
控制系统可以控制闭式循环发动机及其相关联的配套设施以生成温差,诸如发动机工作流体相对于加热工作流体和冷冻机工作流体的温差。因此,发动机限定了诸如在膨胀室A221处的热侧和诸如在压缩室A222处的冷侧。温差使得自由活塞组件A1010在它们相应的活塞室内移动,它们相应的活塞室被限定在相应活塞本体C700处。活塞A1011的移动使得电机生成电力。所生成的电力可以被提供给能量存储装置,用于对其进行充电。控制系统监测与闭式循环发动机相关联的一个或多个操作参数,诸如活塞移动(例如,振幅和位置),以及与电机相关联的一个或多个操作参数,诸如电压或电流。基于这些参数,控制系统生成提供给系统A10的一个或多个可控装置的控制命令。可控装置根据控制命令执行控制动作。因此,可以实现系统A10的期望输出。
此外,控制系统可以监测和预测电机上的负载变化,并且可以控制发动机A100预测这种负载变化以更好地维持稳态操作,尽管电机上的电气负载变化是动态的并且有时是显著的。还提供了一种控制发电系统的方法。另一方面,提供了一种用于热泵系统的控制系统。热泵系统包括本文所述的一个或多个闭式循环发动机。还提供了一种控制热泵系统的方法。因此,本文详细提供了发电和热泵系统以及控制方法。
现在参考图1.3.1,进一步提供了系统A10的示例性实施例。图1.3.1是包括加热器本体C100和冷冻机组件A40的系统A10的示例性横截面图,加热器本体C100和冷冻机组件A40各自与发动机A100热连通,或者特别是与发动机A100内的发动机工作流体热连通,诸如根据图1.2.1的示意框图所示和描述的。系统A10包括闭式循环发动机A100,闭式循环发动机A100包括活塞组件A1010,活塞组件A1010被定位在由限定活塞本体C700的壁所限定的体积或活塞室C112(图1.8.1B和图1.8.1E)内。活塞本体C700内的体积通过活塞组件A1010的活塞A1011而被分离成第一室、或热室、或膨胀室A221,和第二室、或冷室(相对于热室)、或压缩室A222。膨胀室A221相对于热远离加热器本体C100的压缩室A222被定位成热靠近加热器本体C100。压缩室A222相对于热远离冷冻机组件A40的膨胀室A221被定位成热靠近冷冻机组件A40。
在各种实施例中,活塞组件A1010限定双端活塞组件A1010,其中一对活塞A1011各自联接到连接构件A1030。连接构件A1030可以大体上限定沿着活塞组件A1010的运动方向而延伸的刚性轴或杆。在其他实施例中,连接构件A1030包括诸如本文进一步提供的一个或多个弹簧或弹簧组件,提供连接构件A1030的柔性或非刚性移动。在还有的其他实施例中,连接构件A1030可以进一步限定一对活塞A1011之间的基本U形或V形连接件。
每个活塞A1011被定位在活塞本体C700内,以便在活塞本体C700的体积内限定膨胀室A221和压缩室A222。负载装置c092可操作地联接到活塞组件A1010,以便从活塞组件A1010提取能量,向活塞组件A1010提供能量,或者两者。限定电机的负载装置c092经由连接构件A1030与闭式循环发动机磁连通。在各种实施例中,活塞组件A1010包括定位成与电机的定子组件A182可操作地连通的动态构件A181。定子组件A182大体上可以包括相对于活塞组件A1010周向缠绕并沿着横向方向L延伸的多个绕组。在一个实施例中,诸如关于图1.3.1所描述的,动态构件A181连接到连接构件A1030。电机可以进一步被定位在每个活塞组件A1010的一对活塞A1011之间。活塞组件A1010的动态运动在电机处生成电。例如,由活塞组件A1010的每个活塞A1011所限定的每对室之间的动态构件A181的线性运动经由与包围动态构件A181的定子组件A182的磁连通而生成电。
参考图1.3.1,在各种实施例中,工作流体本体C108可以进一步限定膨胀室A221的至少一部分。在一个实施例中,诸如本文进一步描述的,工作流体本体C108限定具有活塞本体C700的至少一部分的单一或整体结构,以便限定膨胀室A221的至少一部分。在一些实施例中,加热器本体C100进一步限定工作流体本体C108的至少一部分,以便限定具有工作流体本体C108的单一或整体结构,诸如本文进一步描述的。
发动机A100限定各自相对于横向方向L的外端A103和内端A104。外端A103限定发动机A100的横向远端,并且内端104限定发动机A100的横向向内或中心位置。在一个实施例中,诸如关于图1.3.1所示,加热器本体C100被定位在系统A10的外端A103。活塞本体C700包括在膨胀室A221处的圆顶结构A26。膨胀室圆顶结构A26在膨胀室A221的外端A103提供了减少的表面面积热损耗。在各种实施例中,活塞组件A1010的活塞A1011进一步包括对应于膨胀室A221圆顶的圆顶活塞A1011。圆顶结构A26、圆顶活塞A1011或两者可以在室A221、A222处提供较高的压缩比,以便改进功率密度和输出。
冷冻机组件A40被定位成与每个压缩室A222热连通。参考图1.3.1,冷冻机组件A40沿着横向方向L相对于加热器本体C100向内定位。在一个实施例中,冷冻机组件A40沿着横向方向L被横向地定位在加热器本体C100与负载装置c092之间。冷冻机组件A40在冷侧热交换器A42和/或压缩室A222处提供与发动机工作流体热连通的冷冻机工作流体。在各种实施例中,活塞本体C700在至少包围活塞本体C700的压缩室A222部分的内体积壁A46和外体积壁A48之间限定冷侧热交换器A42。
在各种实施例中,诸如关于图1.3.1所示的,负载装置c092被定位在横向相对的活塞A1011之间的系统A10的内端A104处。负载装置c092可以进一步包括被横向定位在活塞本体C700之间的机器本体c918。机器本体c918包围并收容限定电机的负载装置c092的定子组件A182。机器本体c918进一步包围附接到活塞组件A1010的连接构件A1030的电机的动态构件A181。在各种实施例中,诸如关于图1.3.1所示的,机器本体c918进一步在相对于膨胀室A221圆顶处于横向远端的压缩室A222处提供内端壁A50。
现在参考图1.6.1A至1.6.7F,将描述示例性再生器本体c800。当前公开的再生器本体c800可以限定加热器本体c100和/或发动机c002的一部分,诸如文本关于系统A10和发动机A100、或本文进一步参考图4.1.1示出和描述的。例如,再生器本体c800可以限定整体本体或整体本体段的至少一部分。这种整体本体或整体本体段可以限定加热器本体c100和/或发动机c002的至少一部分。附加地或替代地,当前公开的再生器本体c800可以被设置为分离部件,无论是与加热器本体c100、发动机c002结合使用,还是与加热器本体c100或发动机c002相关或无关的任何其他设定结合使用。应当理解,发动机c002和/或加热器本体c100可以包括任何期望数量的再生器本体c800。
图1.6.1A至1.6.1D示出了在示例性发动机c002内实施的示例性再生器本体c800。再生器本体c800可以与一个或多个活塞本体c700流体连通。例如,多个工作流体路径c110可以在再生器本体c800与活塞本体c700之间提供流体连通。工作流体路径c110可以在由活塞本体c700限定的活塞室c112与由再生器本体c800限定的再生器管道c1000之间流体连通。
多个工作流体路径c110可以在多个活塞室孔口c111中的相应活塞室孔口与多个再生器孔口c113中的相应再生器孔口之间延伸。活塞室孔口c111提供工作流体路径c110与活塞室c112之间的流体连通,而再生器孔口c113提供工作流体路径c110与再生器管道c1000之间的流体连通。活塞室孔口c111可以限定工作流体路径c110的第一端,而再生器孔口c113可以限定工作流体路径c110的第二端。
活塞本体c700可以限定活塞室c112的热侧c1002和冷侧活塞室c1004。再生器管道c1000可以包括热侧部分c1006和冷侧部分c1008。多个热侧工作流体路径c1010可以在再生器本体c800与第一活塞本体c700之间提供流体连通,诸如在热侧部分c1006与活塞室c112的热侧c1002之间提供流体连通。多个冷侧工作流体路径c1010可以在再生器本体c800与第二活塞本体c700之间提供流体连通,诸如在再生器管道c1000的冷侧部分c1008与活塞室c112的冷侧c1004之间提供流体连通。
第一活塞本体c700可以包括设置在其中的第一活塞组件c090,和/或第二活塞本体c700可以包括设置在其中的第二活塞组件c090。可以诸如从加热器本体c100(例如,图4.1.1)或任何其它合适的热源,向设置在热侧工作流体路径c1010内的发动机工作流体输入(QIN)热量。可以从设置在冷侧工作流体路径c1012内的发动机工作流体,诸如从冷冻机本体(未示出)或任何其它合适的冷却源,提取(QOUT)热量。再生器本体c800可设置成邻近活塞本体c700,诸如周向邻近活塞本体c700。如图1.6.1C所示,再生器本体c800可以周向包围活塞本体c700。替代地,再生器本体c800可以设置成邻近活塞本体c700。在一些实施例中,半环形再生器本体c800可以设置成周向邻近活塞本体c700。
在操作期间,从多个热侧工作流体路径c1010流到再生器本体c800的发动机工作流体进入再生器管道c1000。经过再生器管道c1000的流体可以流出再生器本体c800并流入多个冷侧工作流体路径c1012。再生器管道c1000包括设置在其中的热存储介质c1014。热存储介质c1014可以是任何合适的热能存储介质,当发动机工作流体从再生器本体c800流到冷侧工作流体路径c1012时,来自热侧工作流体路径c1010的热量可以间歇地存储在该热能存储介质中。在一些实施例中,热存储介质c1014可以包括多个翅片阵列c1016;然而,可以附加地或替代地利用其他热存储介质,包括显热存储和/或潜热存储技术。其它合适的热存储介质可以包括填充床、包括熔融盐、混溶性间隙合金、硅材料(例如,固体或熔融硅)、相变材料等。
多个翅片阵列c1016包括与再生器管道c1000中的发动机工作流体具有热传导关系的高表面面积热传递翅片阵列。当流体从热侧工作流体路径c1010流入或流过再生器管道c1000时,热量传递到热存储介质1014(例如,多个翅片阵列c1016),保护热能免于在冷冻机本体(未示出)或其它合适的冷却源处被提取(QOUT)。当流体从冷侧工作流体路径c1012流入或流过再生器管道c1000时,热量从热存储介质1014(例如,多个翅片阵列c1016)传递回到发动机工作流体,从而使热能返回到流入热侧工作流体路径c1010的发动机工作流体。
仍参考图1.6.1A,在一些实施例中,热存储介质c1014可以包括邻近设置在再生器管道c1000内的多个翅片阵列c1016。多个翅片阵列c1016可以以彼此间隔开的关系分别由再生器管道c1000支撑。多个翅片阵列c1016的间隔关系可以限定使多个翅片阵列c1016中的相邻翅片阵列纵向分离的间隙G c1018。
现在参考图1.6.2A和1.6.2B,将进一步描述示例性再生器管道c1000。如图所示,示例性再生器管道c1000可以包括侧壁c1020,诸如环形侧壁c1020。侧壁c1020可以周向地包围热存储介质c1014,诸如多个翅片阵列c1016。如图1.6.2B所示,在一些实施例中,再生器管道c1000可以限定环。例如,再生器管道c1000可以包括向外侧壁c1022和径向或同心向内侧壁c1024。向外侧壁c1022可以周向地包围热存储介质c1014,诸如多个翅片阵列c1016。热存储介质c1014(诸如多个翅片阵列c1016)可以周向地包围向内侧壁c1024。多个翅片阵列c1016可以从再生器管道c1000延伸。图1.6.3示出了示例性热存储介质c1014。图1.6.3所示的热存储介质包括多个翅片阵列c1016,其可以对应于图1.6.2A中所示的再生器本体c800。图1.6.4A和1.6.4B示出了另一个示例性热存储介质c1014,诸如多个翅片阵列c1016,其可以对应于图1.6.2B中所示的再生器本体c800。
如图1.6.3所示,周向地包围热存储介质c1014的再生器管道c100(例如,图1.6.2A)已经从图1012a_4中省略,以展示多个翅片阵列c1016的细节。如图所示,多个翅片阵列c1016可以从再生器管道c1000的至少一部分倾斜地朝向再生器本体c800的热侧部分c1006延伸。再生器管道可以围绕纵向轴线设置,并且多个翅片阵列c1016可以至少部分地由再生器管道以相对于纵向轴线的倾斜角度支撑。例如,多个翅片阵列c1016的第一区域c1026可以从再生器管道c1000朝向再生器本体c800的热侧部分c1006倾斜地延伸。替代地,多个翅片阵列c1016可以从再生器管道c1000的至少一部分朝向再生器本体c800的冷侧部分c1008倾斜地延伸。附加地或替代地,多个翅片阵列c1016的至少一部分可以从再生器管道c1000的至少一部分垂直地延伸。多个翅片阵列c1016可以至少部分地由再生器管道c800以相对于纵向轴线的垂直角度支撑。例如,多个翅片阵列c1016的第二区域c1028可以从再生器管道c1000垂直地延伸。
图1.6.5示出了多个翅片阵列c1016(诸如图1.6.3或图1.6.4A和1.6.4B所示的翅片阵列c1016)的侧视图。如图1.6.5所示,多个翅片阵列c1016中的相邻翅片阵列可以包括近端翅片阵列c1030和远端翅片阵列c1032。近端翅片阵列c1030可以具有远端表面c1034,并且远端翅片阵列c1032可以具有近端表面c1036。远端表面c1034可以面向近端表面c1036。远端表面c1034可以被定向为朝向再生器本体c800的热侧部分c1006,并且近端表面c1036可以被定向为朝向再生器本体的冷侧部分c1008。再生器管道c1000可以以倾斜角度与远端表面c1034的至少一部分和/或近端表面c1036的至少一部分连通。倾斜角度可以是锐角或钝角。锐角可以是1度至89度,诸如10度至70度,诸如30度至60度,诸如40度至50度。钝角可以是91度至179度,诸如100度至160度,诸如120度至150度,诸如130度至140度。
在一些实施例中,多个翅片阵列c1016中的至少一些翅片阵列可以具有以锐角与再生器管道c1000连通的远端表面c1034,远端表面c1034被定向成朝向再生器本体c800的热侧部分c1006。多个翅片阵列c1016可以具有以钝角与再生器管道c1000连通的近端表面c1036,近端表面c1036被定向成朝向再生器本体c800的冷侧部分c1008。附加地或替代地,多个翅片阵列c1016中的至少一些翅片阵列可以具有以钝角与再生器管道c1000连通的远端表面c1034,远端表面c1034被定向成朝向再生器本体c800的热侧部分c1006。多个翅片阵列c1016可以具有以锐角与再生器管道c1000连通的近端表面c1036,近端表面c1036被定向成朝向再生器本体c800的冷侧部分c1008。进一步地,作为补充或替代,多个翅片阵列c1016中的至少一些翅片阵列可以具有远端表面c1034和/或近端表面c1036,远端表面c1034和/或近端表面c1036以垂直于再生器管道c1000的角度与再生器管道c1000连通。
近端翅片阵列c1030的远端表面c1034和远端翅片阵列c1032的近端表面c1036可以限定间隙G c1018。这种间隙G c1018可以纵向地使多个翅片阵列c1016中的相邻翅片阵列分离,诸如使近端翅片阵列c1030与远端翅片阵列c1032分离。例如,通过使多个翅片阵列c1016中的相应翅片阵列彼此分离,间隙G c1018可以减少或最小化再生器本体c800的纵向方向上的导热性热传递。间隙G c1018可以使多个翅片阵列c1016中的相邻翅片阵列纵向分离约10微米至约1毫米的纵向距离,诸如约10微米至约100微米的纵向距离,诸如约100微米至约500微米的纵向距离,或者诸如约500微米至约1毫米的纵向距离。间隙G c1018可以是至少10微米,诸如至少100微米,诸如至少500微米,诸如至少1毫米。间隙G c1018可以小于1毫米,诸如小于500微米,诸如小于100微米,诸如小于10微米。在一些实施例中,间隙Gc1018可以被选择为至少厚度为发动机工作流体的边界层,该发动机工作流体的边界层被设置在发动机工作流体与多个翅片阵列中的相应翅片阵列的表面之间。这种边界层可以将多个翅片阵列c1016中的相邻翅片阵列彼此隔离。
再次参考图1.6.1A,在一些实施例中,再生器本体c800可以包括热侧部分c1006和冷侧部分c1008。热侧部分c1006可以与冷侧部分c1008可操作地联接和流体连通。再生器本体c800的热侧部分c1006可以包括热侧再生器管道c1038和热侧多个翅片阵列c1040,热侧多个翅片阵列c1040以彼此间隔开的关系相邻地设置在热侧再生器管道c1038内。再生器本体c800的冷侧部分c1008可以包括冷侧再生器管道c1042和冷侧多个翅片阵列c1044,冷侧多个翅片阵列c1044以彼此间隔开的关系相邻地设置在冷侧再生器管道c1042内。
再生器本体c800的热侧部分c1006和冷侧部分c1008可以通过热冷间隙H-C c1046分离。例如,在一些实施例中,热侧多个翅片阵列c1040与冷侧多个翅片阵列c1044的间隔关系(例如,热冷间隙H-C c1046)可以限定使热侧多个翅片阵列c1040与冷侧多个翅片阵列c1042纵向分离的热冷间隙H-C c1046。附加地或替代地,热侧再生器管道c1038和冷侧再生器管道c1042可以处于彼此间隔开的关系,进一步限定热冷间隙H-C c1046。热冷间隙H-Cc1046可减少或最小化在再生器本体c800的热侧部分c1006与冷侧部分c1008之间的导热性热传递。在一些实施例中,热冷间隙H-C c1046可以允许再生器本体c800在同一再生器本体c800内提供至少两个热不同的热存储本体。
在一些实施例中,翅片阵列可以限定晶格c1048。晶格c1048可以包括在其之间限定多面体通道c1052的多个晶格壁c1050。例如,这种晶格壁c1050和多面体通道c1052如图1.6.2A和1.6.2B所示。再生器管道c1000可以围绕纵向轴线Ac204设置,并且晶格壁c1050可以被定向成平行于纵向轴线Ac204。多面体通道c1052可以具有多边形横截面。作为示例,多面体通道c1050可以具有诸如菱面体、直棱柱、斜棱柱、截锥体和/或圆柱体的形状以及这些形状的组合。
现在转向图1.6.6A到1.6.6D,将进一步描述示例性翅片阵列c1016。如图所示,在一些实施例中,翅片阵列c1016可以包括多个翅片支撑件c1054和多个翅片c1056,多个翅片支撑件c1054和多个翅片c1056一起限定互连翅片c1056和翅片支撑件c1054的阵列。互连翅片c1056和翅片支撑件c1054可以限定如本文所述的晶格c1048。多个翅片支撑件c1054可以横向设置,并且多个翅片c1056可以设置在横向设置的翅片支撑件c1054的相邻翅片支撑件之间。在一些实施例中,多个翅片支撑件c1054可以从再生器管道c1000倾斜延伸。再生器管道c1000可以围绕纵向轴线A c204设置,并且多个翅片支撑件c1054可以至少部分地由再生器管道c1000以相对于纵向轴线A c204的倾斜角度支撑。如图所示,倾斜角度可以被定向成朝向再生器本体c800的热侧部分c1006。或者,倾斜角度可以被定向成朝向再生器本体c800的冷侧部分c1008。
翅片支撑件c1054可以具有以锐角与再生器管道c1000连通的远端表面c1034,远端表面c1034被定向成朝向再生器本体c800的热侧部分c1006。翅片支撑件c1054可以具有与再生器管道c1000以钝角连通的近端表面c1036,近端表面c1036被定向成朝向再生器本体c800的冷侧部分c1008。附加地或替代地,至少一些翅片支撑件c1054可以具有与再生器管道c1000以钝角连通的远端表面c1034,远端表面c1034被定向成朝向再生器本体c800的热侧部分c1006。翅片支撑件c1054可以具有与再生器管道c1000以锐角连通的近端表面c1036,近端表面c1036被定向成朝向再生器本体c800的冷侧部分c1008。进一步地,作为补充或替代,至少一些翅片支撑件c1054可以具有远端表面c1034和/或近端表面c1036,远端表面c1034和/或近端表面c1036以垂直于再生器管道c1000的角度与再生器管道c1000连通。
再生器管道c1000可以以倾斜角度与翅片支撑件c1054的至少一部分(例如,其远端表面c1034和/或近端表面c1036)连通。倾斜角度可以是锐角或钝角。锐角可以是1度至89度,诸如10度至70度,诸如30度至60度,诸如40度至50度。钝角可以是91度至179度,诸如100度至160度,诸如120度至150度,诸如130度至140度。
在一些实施例中,多个翅片c1056中的至少一部分可以从再生器管道c1000垂直延伸。例如,再生器管道c1000可以围绕纵向轴线A c204设置,并且多个翅片c1056可以至少部分地由再生器管道c1000以相对于纵向轴线A c204的垂直角度支撑。附加地或替代地,多个翅片c1056可以至少部分地由翅片支撑件c1054以相对于纵向轴线A c204的垂直角度支撑。
多个翅片c1056可以诸如沿着纵向轴线c204从多个翅片支撑件c1054延伸。在一些实施例中,翅片c1056可以具有人字形形状。人字形形状可以包括朝向再生器本体c800的热侧部分c1006定向的尖端c1058和/或朝向再生器本体c800的冷侧部分c1008定向的尾部c1060。
虽然翅片c1056可以从多个翅片支撑件c1054延伸,但是间隙G c1018可以纵向地分离分别对应于相邻翅片阵列c1016的相邻翅片c1056和/或翅片支撑件c1054。例如,间隙G1018可以纵向地使近端翅片阵列c1030的尖端c1058与远端翅片阵列c1032的尾部c1060分离。
如本文所述,再生器本体c800的至少一部分可以限定增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。再生器本体c800可以限定较大的整体本体或整体本体段的一部分,或者再生器本体c800可以限定能够插入到整体本体或整体本体段中的模块。在一些实施例中,多个翅片阵列c1016可以与再生器管道c100整体地成一体。例如,互连翅片c1056和翅片支撑件c1058的阵列可以限定整体结构,诸如整体本体或整体本体段的一部分。
再生器本体c800可以由至少部分地根据一种或多种热存储特性而选择的一种或多种材料形成。例如,可以至少部分地基于材料的热导率和/或热容来为再生器本体c800选择一种或多种材料。在一些实施例中,多个翅片阵列c1016可以包括第一材料,并且再生器管道可以包括与第一材料不同的第二材料。例如,第一材料的热导率可以超过第二材料的热导率。附加地或替代地,第一材料的热容可以超过第二材料的热容。在一些实施例中,多个翅片阵列c1016可以包括选择用于热导率的材料和/或再生器管道c1000可以包括针对热阻率选择的材料。在示例性实施例中,多个翅片阵列c1016可以包括金属或金属合金,并且再生器管道c1000可以包括陶瓷。在其他实施例中,附加地或替代地,再生器管道c1000可以包括金属或金属合金,和/或多个翅片阵列c1016可以包括陶瓷。
示例性金属或金属合金可以被选择用于高热导率和/或热容特性。合适的金属或金属合金可以包括铜、铝、锡、锌、镍、铬、钛、碲、镁和/或铁。在一些实施例中,金属或金属合金可以包括稀土元素。示例性铜合金可以包括CuSn、CuZn、CuZnAs、CuZnP、CuZnFe、CuZnNi、CuCr和/或CuTeSn。
示例性陶瓷可以被选择用于低热导率和/或热容特性。合适的陶瓷可以包括氧化铝、铍、铈和/或氧化锆。在一些实施例中,陶瓷可以包括碳化物、硼化物、氮化物和/或硅化物。
现在转向图1.6.7A-1.6.7F,将描述进一步示例性再生器本体c800。如图所示,再生器本体c800可以包括侧壁c1020,例如侧壁c1020。侧壁c1020可以包括内侧壁c1062和外侧壁c1064。内侧壁c10162和外侧壁c1064可以彼此间隔开,其间限定有空隙空间c1066。空隙空间c1066可以为从侧壁c1020到邻近或包围侧壁c1020的结构或环境的热流提供热阻。空隙空间c1066可以包括开放空间,例如气隙或真空。空隙空间c1066可包括任何气体,例如环境空气、惰性气体等。空隙空间c1066可以附加地或替代地包括对热流提供热阻的任何材料,例如未烧结或部分烧结的粉末材料(例如,增材制造粉末材料)、网、三维晶格、多孔介质等。
再生器本体c800的整体热响应可以至少部分地基于再生器本体c800的构造来被构造,包括再生器本体的几何特性和/或材料特性。例如,再生器本体c800可以被构造为在再生器本体和发动机工作流体之间提供大量热传递,同时还呈现出从热侧到冷侧的少量热损失。在一些实施例中,可以通过增加再生器管道c1000的有效长度(例如通过提供具有横截面面积的梯度的再生器管道c1000,和/或通过提供具有壁厚度和/或材料密度或孔隙率的梯度的侧壁c1020)来提高再生器效率。梯度可以沿再生器管道c1000的纵向轴线和/或径向轴线定向。附加地或替代地,可通过增加再生器管道c1000中的热存储介质c1014的构造和/或组成来提高再生器效率。例如,热存储介质c1014可以包括具有厚度和/或表面面积和/或材料孔隙率的梯度的材料(例如翅片阵列c1016)。通过增加再生器管道c100和热存储介质c1014之间的接口,可以附加地或替代地提高再生器效率。
在一些实施例中,再生器本体c800可包括侧壁c1020、再生器管道c1000和设置在再生器管道c800内的热存储介质c1014。侧壁c1020可以具有沿再生器管道c1000的纵向轴线定向的横截面厚度和/或材料厚度的梯度。附加地或替代地,侧壁c1020可以具有沿再生器管道c1000的纵向轴线和/或径向轴线定向的表面面积和/或材料密度或孔隙率的梯度。再生器管道c1000可具有沿再生器管道c1000的纵向轴线定向的横截面厚度和/或材料厚度的梯度。附加地或替代地,再生器管道c1000可具有沿再生器管道c1000的纵向轴线和/或径向轴线定向的表面面积和/或材料密度或孔隙率的梯度。热存储介质c1014可具有沿再生器管道c1000的纵向轴线定向的横截面厚度、材料厚度、表面面积和/或材料密度或孔隙率的梯度。作为示例,包括多个翅片阵列c1016的热存储介质可以包括多个翅片阵列中的相应翅片和/或翅片阵列的一个或多个特性的梯度。这种梯度可以包括尺寸(例如翅片和/或翅片阵列的大小和/或材料厚度)、材料密度或孔隙率(例如,翅片和/或翅片阵列的密度或孔隙率)、数量(例如、翅片阵列中的翅片数量和/或再生器管道c1000的每单位面积和/或单位长度的翅片阵列数量)的梯度。应当理解,本文描述的相应梯度可以在任何期望的方向或方向的组合上被定向。附加地或替代地,不同的梯度可以彼此组合,每个梯度在任何相应期望的方向或方向(包括彼此不同的方向)的组合上被定向。
再生器本体c800与流过再生器管道c1000的发动机工作流体之间的热传递,例如流过再生器管道的发动机工作流体与热存储介质c1014和/或侧壁c1020之间(和/或热存储介质c1014与侧壁c1020之间)的热传递通常与相应热传递区域或点的热通量(q=hΔT)成正比。虽然热通量在瞬态条件下可能会发生变化,但再生器本体c800或其一部分的热传递特性可以通过以秒为单位的热传递时间常数τ(tau),根据以下公式:
Figure BDA0003475555190000221
来描述,其中ρ是密度,cp是热容,V是本体的体积,h是热传递系数,并且A是表面面积。根据热传递时间常数,较大的质量(ρV)和较大的热容(cp)导致温度变化较慢,而较大的表面面积(A)和更好的热传递(h)导致温度变化较快。
再生器本体c800的一个或多个部分可以被构造为提供期望的热传递时间常数(τ)。再生器本体c800的一个或多个部分可以构造有至少部分地基于在给定操作条件下在再生器本体c800的一个或多个部分与流过再生器本体c800的发动机工作流体之间的预期热通量(q=hΔT)而选择的时间常数(τ)。附加地或替代地,再生器本体c800的一个或多个区域可以构造有至少部分地基于在给定操作条件下在再生器本体c800的一个或多个区域之间的预期热通量(q=hΔT)而选择的时间常数(τ)。给定热传递时间常数和初始温差(ΔTi),总能量传递Q可以用以下公式描述:
Figure BDA0003475555190000231
在一些实施例中,再生器本体c800可包括一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性,其在再生器本体c800的一个或多个部分之间不同和/或跨再生器本体c800的一部分变化和/或改变。这种几何参数和/或材料特性可以被构造成为再生器本体c800的一个或多个相应部分提供期望的热传递时间常数(τ)。第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)可具有第一热传递时间常数(τ1),而第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)可具有第二热传递时间常数(τ2)。可以至少部分地选择这样的几何参数和/或材料特性,以提供彼此不同的对应于第一再生器本体部分c1068的第一热传递时间常数(τ1)、和/或对应于第二再生器本体部分c1070的第二热传递时间常数(τ2)。附加地和/或替代地,再生器本体c800的一个或多个部分可以跨再生器本体的相应一个或多个部分具有热传递时间常数梯度(Δτ)。热传递时间常数梯度(Δτ)可以沿再生器管道c1000的纵向轴线、再生器管道c1000的径向轴线、和/或对应于设置在再生器管道c1000内的多个翅片阵列c1016中的一个或多个的轴线被定向。
在一些实施例中,第一再生器本体部分c1068和第二再生器本体部分c1070彼此之间可具有全等热传递时间常数(τc)。附加地或替代地,再生器本体c800的一个或多个部分可具有全等热传递时间常数梯度(Δτc)。这种全等热传递时间常数(τc)和/或这种全等热传递时间常数梯度(Δτc)可至少部分归因于一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性,其在再生器本体c800的一个或多个部分之间不同和/或跨再生器本体c800的相应部分变化和/或改变。
如本文所述,当对应于相应热传递时间常数(τ)的热通量差(q1-q2)小于不是针对在再生器本体c800的相应部分之间不同的一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性的情况下的热通量差时,再生器本体c800的相应部分被认为具有全等热传递时间常数(τc)。例如,一种或多种几何特性和/或一种或多种材料特性可以在再生器本体c800的热侧部分c1006和冷侧部分c1008之间不同,使得热侧部分c1006和冷侧部分c1008被认为具有全等热传递时间常数(τc),因为热侧部分c1006和冷侧部分c1008之间的热通量差(qhot-qcold)小于不是针对被构造为在热侧部分c1006和冷侧部分c1008之间不同的一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性的情况下的热通量差。
在一些实施例中,再生器本体c800可具有全等热传递时间常数(τ),其中热侧部分c1006和冷侧部分c1008之间的热通量差(qhot-qcold)为30%或更少(例如20%或更少,例如10%或更少,例如5%或更少,或例如1%或更少),其中发动机工作流体在900C下进入热侧部分c1006,并且发动机工作流体在90C下进入冷侧部分c1008。氦气可用作发动机工作流体。热侧部分c1006和冷侧部分c1008的相应热传递时间常数(τ)可以在热侧部分c1006和冷侧部分c1008的相应中点处被确定。附加地或替代地,热侧部分c1006和冷侧部分c1008的相应热传递时间常数(τ)可以通过对跨再生器管道c1000的纵向轴线、再生器管道c1000的径向轴线、和/或对应于设置在再生器管道c1000内的多个翅片阵列c1016中的一个或多个的轴线的热传递时间常数(τ)进行积分来确定。热侧部分c1006和冷侧部分c1008的热通量可通过在热侧部分c1006和冷侧部分c1008的相应中点处的温差(ΔT)来确定。附加地或替代地,相应热通量可以通过对跨再生器管道c1000的纵向轴线、再生器管道c1000的径向轴线、和/或对应于设置在再生器管道c1000内的多个翅片阵列c1016中的一个或多个的轴线的温差(ΔT)进行积分来确定。
如本文所述,当跨再生器本体c800的相应部分的热通量梯度(Δq/l)小于不是针对跨再生器本体c800的相应部分变化和/或改变的一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性的情况下的热通量梯度时,再生器本体c800的一部分被认为具有全等热传递时间常数梯度(Δτc)。例如,一种或多种几何特性和/或一种或多种材料特性可以跨再生器本体c800的热侧部分c1006变化和/或改变,使得热侧部分c1006被认为具有全等热传递时间常数梯度(Δτc),因为跨热侧部分c1006的热通量梯度(Δq/l)小于不是针对被构造为跨热侧部分c1006变化和/或改变的一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性的情况下的热通量梯度。作为另一个示例,一种或多种几何特性和/或一种或多种材料特性可以跨再生器本体c800的冷侧部分c1008变化和/或改变,使得冷侧部分c1008被认为具有全等热传递时间常数梯度(Δτc),因为跨冷侧部分c1008的热通量梯度(Δq/l)小于不是针对被构造为跨冷侧部分c1008变化和/或改变的一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性的情况下的热通量梯度。全等热传递时间常数梯度(Δτc)可沿再生器管道c1000的纵向轴线、再生器管道c1000的径向轴线、和/或对应于设置在再生器管道c1000内的多个翅片阵列c1016中的一个或多个的轴线被定向。
在一些实施例中,再生器本体c800的一部分可具有全等热传递时间常数梯度(Δτc),其中热通量梯度(Δq/l)为0.3或更小(例如0.2或更小,例如0.1或更小,例如0.05或更小,或例如0.01或更小),其中发动机工作流体在900C下进入热侧部分c1006,并且发动机工作流体在90C下进入冷侧部分c1008。氦气可用作发动机工作流体。热传递时间常数梯度(Δτc)可以从跨再生器本体c800的相应部分的多个点被确定。附加地或替代地,热传递时间常数梯度(Δτc)可以通过对跨再生器管道c1000的纵向轴线、再生器管道c1000的径向轴线、和/或对应于设置在再生器管道c1000内的多个翅片阵列c1016中的一个或多个的轴线的热传递时间常数(τ)进行积分来确定。热通量梯度(Δq/l)可从跨再生器本体c800的相应部分的温度梯度(ΔT/l)来确定。附加地或替代地,热通量梯度(Δq/l)可以通过对跨再生器管道c1000的纵向轴线、再生器管道c1000的径向轴线、和/或对应于设置在再生器管道c1000内的多个翅片阵列c1016中的一个或多个的轴线的温度梯度(ΔT/l)进行积分来确定。
在一些实施例中,例如图1.6.7A中所示,再生器本体c800可在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间具有基本一致的几何形状。再生器本体c800可以包括侧壁c1020,其在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间具有基本一致的横截面厚度。附加地或替代地,再生器本体c800可包括再生器管道c1000和/或热存储介质c1014,其在第一再生器本体部分c1068和第二再生器本体部分c1070之间具有基本一致的横截面厚度。热存储介质c1014可在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)的至少一部分和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)的至少一部分之间具有基本一致的构造,例如基本一致的晶格c1048。
在一些实施例中,例如图1.6.7B-1.6.7F中所示,再生器本体c800可具有一个或多个几何参数,这些几何参数在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线而不同和/或变化。热存储介质c1014可具有不同和/或变化的一个或多个几何参数,例如具有在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)的至少一部分和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)的至少一部分之间不同和/或变化的一个或多个几何参数的晶格c1048。附加地或替代地,发电机本体c800的一个或多个部分可以在一种或多种材料特性(例如组成、热容、密度和/或质量)方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线而不同和/或变化。
如图1.6.7B和1.6.7C中所示,再生器本体c800可具有侧壁c1020,该侧壁c1020包括在横截面厚度方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线而不同和/或变化的至少一个方面。再生器管道c1000和/或热存储介质c1014的横截面厚度可在第一再生器本体部分c1068和第二再生器本体部分c1070之间、和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线保持基本恒定,例如图1.6.7A-1.6.7C中所示。
在一些实施例中,侧壁c1020的横截面厚度可以从热侧部分c1006到冷侧部分c1008减小。横截面厚度从热侧部分c1006到冷侧部分c1008的减小可以补偿热侧部分c1006到冷侧部分c1008之间的发动机工作流体的热导率和比热的差异。附加地或替代地,侧壁c1020的横截面厚度可沿再生器管道c1000的纵向轴线变化,同时从热侧部分c1006到冷侧部分c1008减小。变化的横截面厚度可以减小再生器本体c800和发动机工作流体之间、沿再生器管道c1000、和/或热侧部分c1006和发动机工作流体之间、和/或冷侧部分c1008和发动机工作流体之间的热通量梯度。
附加地或替代地,如图1.6.7D-1.6.7F中所示,再生器本体c800可包括再生器管道c1000和/或热存储介质c1014,其在横截面厚度方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线而不同和/或变化。再生器管道c1000和/或热存储介质c1014可以附加地或替代地在表面面积和/或体积方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线而不同。侧壁c1020的横截面厚度可以在第一再生器本体部分c1068和第二再生器本体部分c1070之间、和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线保持基本恒定,例如图1.6.7D中所示。附加地或替代地,侧壁c1020的横截面厚度可以沿从第一再生器本体部分c1068延伸至第二再生器本体部分c1070的纵向轴线而不同和/或变化,如图1.6.7B、1.6.7C、1.6.7E和1.6.7F中所示。再生器本体c800可以附加地或替代地在外横截面厚度方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线而不同和/或变化,如图1.6.7C-1.6.7F中所示。
在一些实施例中,再生器管道c1000和/或热存储介质c1014的横截面厚度和/或表面面积可以从热侧部分c1006到冷侧部分c1008减小。横截面厚度和/或表面面积从热侧部分c1006到冷侧部分c1008的减小可以补偿热侧部分c1006到冷侧部分c1008之间的发动机工作流体的热导率和比热的差异。附加地或替代地,再生器管道c1000和/或热存储介质c1014的横截面厚度和/或表面面积可沿再生器管道c1000的纵向轴线变化,同时从热侧部分c1006到冷侧部分c1008减小。变化的横截面厚度和/或表面面积可以减小再生器本体c800和发动机工作流体之间、沿再生器管道c1000、和/或热侧部分c1006和发动机工作流体之间、和/或冷侧部分c1008和发动机工作流体之间的热通量梯度。
作为示例,如图1.6.7B所示,再生器本体c800可包括侧壁c1020,该侧壁c1020包括在横截面厚度方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间不同的至少一个方面。例如,如图所示,内侧壁c1062在横截面厚度方面可以不同。附加地或替代地,外侧壁c1064和/或空隙空间c1066可以在横截面厚度方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间不同。如图所示,侧壁c1020的至少一个方面的横截面厚度可以沿从第一再生器本体部分c1068延伸至第二再生器本体部分c1070的纵向轴线减小。附加地或替代地,侧壁c1020的至少一个方面的横截面厚度可以沿从第一再生器本体部分c1068延伸至第二再生器本体部分c1070的纵向轴线增加。
在一些实施例中,侧壁c1020的横截面厚度可以沿从第一再生器本体部分c1068延伸到第二再生器本体部分c1070的纵向轴线保持基本恒定,而内侧壁c1062在横截面厚度方面沿纵向轴线而不同。内侧壁c1062的横截面厚度和空隙空间c1066的横截面厚度可以沿纵向轴线彼此相反地不同。内侧壁c1062的横截面厚度可沿纵向轴线减小,而空隙空间c1066的横截面厚度可沿纵向轴线增加。再生器管道c1000和/或热存储介质c1014的横截面厚度可沿纵向轴线保持基本恒定,而侧壁c1020的至少一个方面在横截面厚度方面变化。
如图1.6.7.C中所示,在一些实施例中,再生器本体c800可以附加地或替代地包括侧壁c1020,该侧壁c1020具有在横截面厚度方面沿从第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)延伸到第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)的纵向轴线变化的至少一个方面。例如,侧壁c1020的至少一个方面可以包括横截面厚度沿纵向轴线的多个交替变化。如图所示,内侧壁c1062可以在横截面厚度方面沿纵向轴线变化,例如具有横截面厚度沿纵向轴线的多个交替变化。附加地或替代地,外侧壁c1064和/或空隙空间c1066可以在横截面厚度方面沿纵向轴线变化,例如具有横截面厚度沿纵向轴线的多个交替变化。再生器本体c800的外横截面厚度可以附加地或替代地在横截面厚度方面沿纵向轴线变化,例如具有横截面厚度沿纵向轴线的多个交替变化,如图1.6.7C中所示。再生器管道c1000和/或热存储介质c1014的横截面厚度可沿纵向轴线保持基本恒定,而侧壁c1020的至少一个方面在横截面厚度方面变化。
如图1.6.7.D所示,在一些实施例中,再生器本体c800包括再生器管道c1000和/或热存储介质c1014,其具有在横截面厚度方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿它们之间的纵向轴线而不同的至少一个方面。侧壁c1020的横截面厚度可在第一再生器本体部分c1068与第二再生器本体部分c1070之间和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线保持基本恒定。
如图1.6.7.E所示,在一些实施例中,再生器本体c800可以包括再生器管道c1000和/或热存储介质c1014、以及侧壁c1020,再生器管道c1000和/或热存储介质c1014具有在横截面厚度方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿它们之间的纵向轴线而不同的至少一个方面,并且侧壁c1020包括在横截面厚度方面在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿它们之间的纵向轴线而不同的至少一个方面。例如,在第一再生器本体部分c1068和第二再生器本体部分c1070之间,内侧壁c1062可以在横截面厚度方面不同,并且再生器管道c1000和/或热存储介质c1014可以在横截面厚度方面不同。附加地或替代地,外侧壁c1064和/或空隙空间c1066可以在横截面方面不同。侧壁c1020的至少一个方面的横截面厚度以及再生器管道c1000和/或热存储介质c1014的横截面厚度可以沿从第一再生器本体部分c1068延伸到第二再生器本体部分c1070的纵向轴线减小,如图所示。附加地或替代地,侧壁c1020的至少一个方面的横截面厚度以及再生器管道c1000和/或热存储介质c1014的横截面厚度可以沿从第一再生器本体部分c1068延伸到第二再生器本体部分c1070的纵向轴线增加。
如图1.6.7.F所示,在一些实施例中,再生器本体c800可包括侧壁c1020、以及再生器管道c1000和/或热存储介质c1014,其具有在横截面厚度方面沿从第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)延伸到第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)的纵向轴线变化的至少一个方面。例如,侧壁c1020的至少一个方面、以及再生器管道c1000和/或热存储介质c1014的至少一个方面可以包括横截面厚度沿纵向轴线的多个交替变化。如图所示,侧壁c1062的总横截面厚度可在横截面厚度方面沿纵向轴线保持基本恒定,而再生器本体c800的外横截面厚度在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)之间、和/或沿在它们之间延伸的纵向轴线而减小和/或变化。
展示不同和/或可变几何参数、和/或不同和/或变化材料特性的这些和其他实施例可以被构造为在第一再生器本体部分c1068(例如热侧部分c1006)的至少一部分和第二再生器本体部分c1070(例如冷侧部分c1008)的至少一部分之间提供期望的热传递时间常数(τ),例如全等热传递时间常数(τ)。
现在转向图1.6.8,将描述在发动机工作流体中再生热量的示例性方法。在发动机工作流体中再生热量的示例性方法可以结合如本文所述的再生器本体c800、加热器本体c100和/或发动机c002的操作来进行。如图1.6.8所示,在方框c1082处,示例性方法c1080可以包括使发动机工作流体从再生器本体c800的热侧部分c1006朝向再生器本体c1008的冷侧部分流动。再生器本体c800可以包括再生器管道c1000和邻近设置在再生器管道c1000内的多个翅片阵列c1016。在方框1084处,示例性方法c1080可以包括将热量从发动机工作流体传递到多个翅片阵列c1016。多个翅片阵列c1016可以分别由再生器管道c1000以彼此间隔开的关系支撑。多个翅片阵列c1016的间隔关系可以限定使多个翅片阵列c1016中的相邻翅片阵列纵向分离的空隙G 1018。在方框1086处,示例性方法c1080可以进一步包括使发动机工作流体从再生器本体c800的冷侧部分c1008朝向再生器本体c800的热侧部分c1006流动。在方框1088处,示例性方法c1080可以包括将热量从多个翅片阵列c1016传递到发动机工作流体。
在一些方法c1080中,使发动机工作流体从再生器本体c800的热侧部分c1006流动可以包括在方框1090处,使发动机工作流体从多个热侧工作流体路径c1010流动到再生器管道c1000中。多个热侧工作流体路径c1010可以与再生器本体c800的热侧部分c1006流体连通。在方框c1092处,示例性方法c1080可以附加地或替代地包括使发动机工作流体从活塞室c112的热侧c1002流动到多个热侧工作流体路径c1010中。活塞室c112的热侧c1002可以与多个热侧工作流体路径c1010流体连通。
在一些方法c1080中,使发动机工作流体从再生器本体c800的冷侧部分c1008流动可以包括在方框c1094处,使发动机工作流体从多个冷侧工作流体路径c1012流动到再生器管道c1000中。多个冷侧工作流体路径c1012可以与再生器本体c800的冷侧部分c1008流体连通。在方框c1096处,示例性方法c1080可以附加地或替代地包括使发动机工作流体从活塞室c112的冷侧c1004流动到多个冷侧工作流体路径c1012中。活塞室c112的冷侧c1004可以与多个冷侧工作流体路径c1012流体连通。
在一些实施例中,示例性方法c1080可以包括将每单位面积的第一热量从发动机工作流体传递到多个翅片阵列c1016,同时将每单位面积的第二热量从发动机工作流体传递到再生器管道c1000。每单位面积的第一热量可以超过每单位面积的第二热量。多个翅片阵列c1016可以包括第一材料,并且再生器管道c1000可以包括第二材料。第一材料的热导率可以超过第二材料的热导率。附加地或替代地,第一材料的热容可以超过第二材料的热容。
示例性传导增强突部可以包括具有各种形状和构造的突出特征的组合中的任何一个或多个,其包括结节、环、钩、隆起、突节、凝块、团块、旋钮、凸起、突起、鼓出、扩生、外生、增生、鼓泡、伸出部等。这些传导衰减突部c728以有序、半有序、随机或半随机的方式出现。然而,通过调节工作流体本体c108和/或热侧热交换器本体c600的至少一部分的构造或布置,诸如工作流体路径c110和/或加热流体路径c602的至少一部分的构造或布置,可以选择性地控制或修改传导增强突部c728的特定构造、布置或取向。
应当理解,在各种实施例中,加热器管道或工作流体路径C110内的表面面积对应于发动机工作流体直接接触的加热器管道C110的内壁或表面。在一个实施例中,表面面积限定工作流体路径C110的标称表面面积,诸如工作流体路径C110内的横截面面积。在其他实施例中,特征可以添加或改变到加热器管道内的工作流体通道C110,例如但不限于表面粗糙度、突部、凹陷、尖刺、结节、环、钩、隆起、突节、凝块、团块、旋钮、凸起、突起、鼓出、扩生、外生、增生、鼓泡、伸出部等,或其他凸起物质,或其组合,以期望地改变发动机工作流体的流速、压降、热传递、流动剖面或流体动力学。
现在参考图1.8.1A到1.8.1F,将描述示例性发动机组件c900。本文描述的发动机组件c900可以包括发动机c002,诸如关于图1.2.1或本文进一步参考图4.1.1示出和描绘的系统A10和发动机A100。发动机组件c900可以包括如本文所述的一个或多个整体本体或整体本体段。整体本体和/或整体本体段可以使用增材制造技术来制作,并且可以没有分开制作的部件的任何接缝、接头等特性。
发动机c002可以包括一起限定发动机组件c900的一个或多个加热器本体c100和一个或多个发动机本体c050。示例性发动机组件c900可以包括至少一个加热器本体c100和至少一个发动机本体c050。然而,应当理解,可以提供任意数量的加热器本体c100和/或任意数量的发动机本体c050。在一些实施例中,第一加热器本体c100可以设置在发动机组件c900的第一侧,并且第二加热器本体c100可以设置在发动机组件c900的第二侧。一个或多个发动机本体c050可以设置成邻近第一加热器本体c100和/或邻近第二加热器本体c100。一个或多个加热器本体c100和/或一个或多个发动机本体c050可以诸如经由焊接、熔融等而彼此可操作地联接或彼此能够可操作地联接,以便提供一体形成的发动机组件c900。附加地或替代地,一个或多个加热器本体c100和/或一个或多个发动机本体c050可以诸如经由螺栓、紧固件等而彼此可操作地联接或彼此能够可操作地联接,以便提供组装的发动机组件c900。
发动机组件c900可以包括一个或多个活塞组件c090和一个或多个发电机组件c092。一个或多个活塞组件c090和一个或多个发电机组件c092可以能够可操作地插入发动机本体c050和/或加热器本体c100内。一个或多个发电机组件c092可以接收一个或多个活塞组件092的中间部分。在将至少一个发动机本体c050可操作地联接到另一个发动机本体c050或联接到加热器本体c100之前,一个或多个活塞组件c090和/或一个或多个发电机组件c092可以被插入发动机本体c050和/或加热器本体c100中。附加地或替代地,在将至少一个加热器本体c100可操作地联接到发动机本体c050之前,一个或多个活塞组件c090和/或一个或多个发电机组件c092可以被插入发动机本体c050和/或加热器本体c100中。这样,发动机组件c900可以至少部分地通过将一个或多个活塞组件c090和/或一个或多个发电机组件c092安装到组成发动机组件c900的一个或多个整体本体和/或整体本体段中而被一体形成和/或组装。一个或多个整体本体和/或整体本体段可以在其中安装一个或多个活塞组件c090和/或一个或多个发电机组件c092之后彼此可操作地联接。然而,应当理解,在一些实施例中,组成发动机组件c900的更多整体本体和/或整体本体段中的一些整体本体和/或整体本体段可以在其中安装一个或多个活塞组件c090和/或一个或多个发电机组件c092之前彼此可操作地联接。
图1.8.1A至1.8.1F示出示例性发动机组件c900的分解视图。发动机组件c900可以包括至少两个整体本体或整体本体段,在其内可以围住一个或多个活塞组件c090和一个或多个发电机组件c092。例如,发动机组件c900可以包括第一整体本体和第二整体本体,第一整体本体包括第一加热器本体c100和发动机本体c050的第一部分,第二整体本体包括第二加热器本体c100和发动机本体c050的第二部分。在一些实施例中,发动机组件c900可以仅包括两个整体本体或整体本体段,而在其他实施例中,发动机组件c900可以包括多于两个的(例如,多个)整体本体或整体本体段。
组成发动机组件的一个或多个整体本体和/或整体本体段可以包括一个或多个再生器本体和/或一个或多个冷冻机本体。一个或多个再生器本体可以限定另一个整体本体的一部分或整体本体段的一部分。替代地,一个或多个再生器本体可以表示整体本体或整体本体段,诸如能够插入、被插入、能够可操作地联接、或可操作地联接到另一个整体本体或整体本体段的整体本体或整体本体段。一个或多个冷冻机本体可以限定另一个整体本体的一部分或整体本体段的一部分。替代地,一个或多个冷冻机本体可以表示整体本体或整体本体段,诸如能够插入、被插入、能够可操作地联接、或可操作地联接到另一个整体本体或整体本体段的整体本体或整体本体段。
图1.8.1A和1.8.1C中所示的发动机组件c900包括两个整体本体或整体本体段,在其内可以围住一个或多个活塞组件c090和一个或多个发电机组件c092。图1.8.1A和1.8.1C中所示的实施例在可操作地将第一整体本体联接到第二整体本体时,允许在发动机组件c900内围住一个或多个活塞组件c090和一个或多个发电机组件c092,这可以有利地使组装步骤最小化。
如图1.8.1A所示,第一整体本体可以在与一个或多个发电机组件c092的轴向端对应的轴向位置处或周围与第二整体本体分离。发动机本体c050的第一部分(例如,在所示的左侧上)可以限定一个或多个发电机外壳,一个或多个发电机外壳分别被构造成接收一个或多个发电机组件c092。一个或多个发电机组件c092可以被分别安装在由发动机本体c050的第一部分所限定的一个或多个发电机外壳中。发动机本体c050的第一部分可以限定第一组一个或多个活塞室c112,第一组一个或多个活塞室c112分别被构造成接收一个或多个活塞组件c090的第一部分。一个或多个活塞组件c090的第一部分可以分别安装在由发动机本体c050的第一部分所限定的一个或多个活塞室c112中。
附加地或替代地,发动机本体c050的第二部分可以限定第二组一个或多个活塞室c112,第二组一个或多个活塞室c112分别被构造成接收一个或多个活塞组件c090的第二部分。一个或多个活塞组件c090的第二部分可以分别安装在由发动机本体c050的第二部分所限定的第二组一个或多个活塞室c112中。发动机本体c050的第二部分和发动机本体c050的第一部分可以彼此可操作地联接,在其中围住一个或多个发电机组件c092和一个或多个活塞组件c090。
作为另一个示例,如图1.8.1C所示,第一整体本体可以在发动机组件c900的中点处或周围与第二整体本体分离。第一整体本体(例如,在所示的左侧上)可以包括发动机本体c050的第一部分,发动机本体c050的第一部分被构造成接收一个或多个发电机组件c092的第一部分,并且第二整体本体可以包括发动机本体c050的第二部分,发动机本体c050的第二部分被构造成接收一个或多个发电机组件c092的第二部分。一个或多个活塞组件c090和/或一个或多个发电机组件c092可以安装在发动机本体c050的第一部分和/或第二部分中,并且两个整体本体或整体本体段可以彼此可操作地联接,在其中围住一个或多个发电机组件c092和一个或多个活塞组件c090。
如图1.8.1B所示,发动机组件c900可以包括多个整体本体或整体本体段,多个整体本体或整体本体段在与发动机组件的相应部件对应的位置处或周围分离。根据图1.8.1B构造的发动机组件c900可以包括分别与发动机组件c900的相应元件对应的分离的整体本体或整体本体段。例如,发动机组件c900可以包括:包括第一加热器本体c100的第一整体本体段(例如,在所示的左上侧上),包括与一个或多个活塞组件c090的左侧对应的发动机本体c050的第一部分的第二整体本体段,包括与一个或多个发电机组件对应的发动机本体c050的第二部分的第三整体本体段,包括与一个或多个活塞组件c090的右侧对应的发动机本体c050的第三部分的第四整体本体段,以及包括第二加热器本体c100的第五整体本体段。包括第一加热器本体c100的第一整体本体段可以另外包括发动机本体c050的一部分。附加地或替代地,包括第二加热器本体c100的第二整体本体段可以包括发动机本体c050的一部分。
第二整体本体段可以限定与第一加热器本体c100对应的一个或多个再生器本体和/或一个或多个冷冻机本体。附加地或替代地,与第一加热器本体c100对应的一个或多个再生器本体和/或一个或多个冷冻机本体可以可操作地联接或能够可操作地联接到第二整体本体段。第四整体本体段可以限定与第二加热器本体c100对应的一个或多个再生器本体和/或一个或多个冷冻机本体。附加地或替代地,与第二加热器本体c100对应的一个或多个再生器本体和/或一个或多个冷冻机本体可以可操作地联接或能够可操作地联接到第四整体本体段。
一个或多个发电机组件c092可以安装在由发动机本体c050的第二部分所限定的一个或多个发电机外壳中。一个或多个活塞组件c090的第一部分可以安装在由发动机本体c050的第一部分所限定的对应的一个或多个活塞室c112中,和/或一个或多个活塞组件c090的第二部分可以安装在由发动机本体c050的第二部分所限定的对应的一个或多个活塞室c112中。发动机组件c900的相应部分可以彼此可操作地联接,在其中围住一个或多个发电机组件c092和一个或多个活塞组件c090。
如图1.8.1D所示,发动机组件c900可以包括:包括第一加热器本体c100和发动机本体c050的第一部分的第一整体本体或整体本体段,包括发动机本体c050的第二部分的第二整体本体或整体本体段,以及包括第二加热器本体c100和发动机本体c050的第三部分的第三整体本体或整体本体段。发动机本体c050的第二部分可以限定一个或多个发电机外壳,一个或多个发电机外壳被构造成接收一个或多个发电机组件c092,并且发动机本体c050的第一部分和第二部分可以分别限定一个或多个活塞室c112,一个或多个活塞室c112分别被构造成接收一个或多个活塞组件c090的相应部分。一个或多个发电机组件c092可以安装在由发动机本体c050的第二部分所限定的一个或多个发电机外壳中。一个或多个活塞组件c090的第一部分可以安装在由发动机本体c050的第一部分所限定的一个或多个活塞室c112中,和/或一个或多个活塞组件c090的第二部分可以安装在由发动机本体c050的第三部分所限定的一个或多个活塞室中。相应的整体本体和/或整体本体段可以彼此可操作地联接,在其中围住一个或多个发电机组件c092和一个或多个活塞组件c090。
第二整体本体或整体本体段可以限定与第一加热器本体c100对应的一个或多个再生器本体和/或一个或多个冷冻机本体。附加地或替代地,与第一加热器本体c100对应的一个或多个再生器本体和/或一个或多个冷冻机本体可以可操作地联接或能够可操作地联接到第二整体本体或整体本体段。
第三整体本体或整体本体段可以限定与第二加热器本体c100对应的一个或多个再生器本体和/或一个或多个冷冻机本体。附加地或替代地,与第二加热器本体c100对应的一个或多个再生器本体和/或一个或多个冷冻机本体可以可操作地联接或能够可操作地联接到第三整体本体或整体本体段。
如图1.8.1E所示,发动机组件c900可以包括:包括第一加热器本体c100和发动机本体c050的第一部分的第一整体本体或整体本体段,包括发动机本体c050的第二部分的第二整体本体或整体本体段,包括发动机本体c050的第三部分的第三整体本体或整体本体段,以及包括第二加热器本体c100和发动机本体c050的第四部分的第四整体本体或整体本体段。发动机本体c050的第二部分可以限定一个或多个发电机外壳,一个或多个发电机外壳分别被构造成接收一个或多个发电机组件c092的第一部分。附加地或替代地,发动机本体c050的第三部分可以限定一个或多个发电机外壳,一个或多个发电机外壳分别被构造成接收一个或多个发电机组件c092的第二部分。发动机本体c050的第二部分和第三部分可以另外限定一个或多个活塞室c112的至少一部分,一个或多个活塞室c112分别被构造成接收一个或多个活塞组件c090的相应部分。附加地或替代地,发动机本体c050的第一部分和/或发动机本体c050的第四部分可以限定一个或多个活塞室c112的至少一部分,一个或多个活塞室c112分别被构造成接收一个或多个活塞组件c090的相应部分。一个或多个发电机组件c092的第一部分可以分别安装在由发动机本体c050的第二部分所限定的一个或多个发电机外壳中,和/或一个或多个发电机组件c092的第二部分可以分别安装在由发动机本体c050的第三部分所限定的一个或多个发电机外壳中。一个或多个活塞组件c090的第一部分可以分别安装在由发动机本体c050的第二部分所限定的一个或多个活塞室c112中,和/或一个或多个活塞组件c090的第二部分可以分别安装在由发动机本体c050的第三部分所限定的一个或多个活塞室c112中。一个或多个活塞组件c090的第三部分可以分别安装在由发动机本体c050的第一部分所限定的一个或多个活塞室c112中,和/或一个或多个活塞组件c090的第四部分可以分别安装在由发动机本体c050的第四部分所限定的一个或多个活塞室c112中。相应的整体本体和/或整体本体段可以彼此可操作地联接,在其中围住一个或多个发电机组件c092和一个或多个活塞组件c090。
如图1.8.1F所示,发动机组件c900可仅包括一个加热器本体c100。例如,发动机组件c900可以包括:包括加热器本体c100和发动机本体c050的第一部分的第一整体本体或整体本体段、包括发动机本体c050的第二部分的第二整体本体或整体本体段、以及包括发动机本体c050的第三部分的第三整体本体或整体本体段。发动机本体c050的第二部分可以限定一个或多个发电机外壳,一个或多个发电机外壳分别构造成接收一个或多个发电机组件c092,并且发动机本体c050的第一部分和第二部分可以分别限定一个或多个活塞室c112,一个或多个活塞室c112构造成接收一个或多个活塞组件c090的相应部分。一个或多个发电机组件c092可分别安装在由发动机本体c050的第二部分限定的一个或多个发电机组件中。一个或多个活塞组件c090的第一部分可以分别安装在由发动机本体c050的第一部分限定的一个或多个活塞室c112中,和/或一个或多个活塞组件c090的第二部分可以分别安装在由发动机本体c050的第三部分限定的一个或多个活塞室c112中。相应的整体本体和/或整体本体段可以可操作地彼此联接,在其中围住一个或多个发电机组件c092和一个或多个活塞组件c090。
在一些实施例中,可能有利的是,限定加热器本体c100的整体本体或整体本体段还限定对应于加热器本体的一个或多个再生器本体。当加热器本体c100和对应的一个或多个再生器本体分别限定同一整体本体或整体本体段的一部分时,由加热器本体c110限定的工作流体路径c110可以与对应的一个或多个再生器本体流体连通,同时最小化流体联接器。
在一些实施例中,有利的是,限定一个或多个发电机外壳的整体本体或整体本体段还限定对应于一个或多个发电机组件c092的一个或多个冷冻机本体,一个或多个发电机组件c092分别对应于一个或多个发电机外壳。例如,这可以允许冷却流体路径由这种整体本体或整体本体段限定,同时最小化与一个或多个冷冻机本体相关联的流体联接器。
图1.8.1A至1.8.1F中描绘的整体本体和/或整体本体段可分别反映出一个或多个增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。在一些实施例中,可以在连续工艺中增材制造整体本体或整体本体段,以提供单个整体结构,其没有单独制作的部件的任何接缝、接头或类似特征。附加地或替代地,整体本体或整体本体段可以包括多个单独制作的部件,这些部件可以使用增材制造技术或其他合适的制作技术形成。例如,加热器本体c100和/或发动机c002可以附加地或替代地包括使用非增材制造的制作技术而形成的多个部件,并且这些单独的部件可以可操作地彼此联接或能够可操作地彼此联接和/或可操作地联接或能够可操作地联接到一个或多个整体本体和/或整体本体段。可用于制造本公开的加热器本体c100和闭式循环发动机c002的各种部件的其它合适的制造技术包括但不限于成形(例如滚压、冲压、接合等)、挤压(例如,片材挤压)、减材制造(例如机加工、钻孔、激光切割等)、锻造或铸造,以及它们的组合,或任何其它制造技术。
仍参考图1.8.1A至1.8.1F,示例性发动机组件c900可以包括第一加热器本体c902和第一发动机本体c904。例如,如图1.8.1A所示,第一整体本体c908可以包括第一加热器本体c902、第一发动机本体c904、第一活塞本体c916和第一机器本体c918。第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的第一部分c906。第一发动机本体c904可以限定第一整体本体c908的第二部分c910。或者,第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的至少一部分和/或第一发动机本体c904可以限定第二整体本体c936的至少一部分c910。
第一发动机本体c904可以包括第一活塞本体c916和第一机器本体c918。第一活塞本体c916可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。第一机器本体c918可以限定发电机外壳c919的至少一部分。发电机外壳c919可构造成接收负载装置c092的至少一部分。第一活塞本体c916可以限定第一整体本体c908的第三部分c920和/或第一发动机本体c904的第三部分c920。第一机器本体c918可以限定第一整体本体c908的第四部分c922和/或第一发动机本体c904的第四部分c922。
第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904可以包括第一再生器本体c926和/或第一冷冻机本体c928。例如,第一活塞本体c916可以包括第一再生器本体c926。第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904可附加地或替代地包括第一冷冻机本体c928。第一再生器本体c926可以限定第一活塞本体c916的一部分或可操作地联接或能够可操作地联接到第一活塞本体c916的整体本体段的至少一部分。附加地或替代地,第一冷冻机本体c928可以限定第一活塞本体c916的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第一活塞本体c916的整体本体段的至少一部分。例如,如图1.8.1A所示,第一再生器本体c926可以限定第一整体本体c908的第五部分和/或第一冷冻机本体c928可以限定第一整体本体c908的第六部分。
仍参考图1.8.1A至1.8.1F,示例性发动机组件c900可另外地或可替代地包括第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932。例如,如图1.8.1A所示,第二加热器本体c930可以限定第二整体本体c936的第一部分c934。第二发动机本体c932可以限定第二整体本体c936的第二部分c938。第二整体本体c936可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一整体本体c908和/或第一发动机本体c904。
如图所示1.8.1A,第二发动机本体c932可以包括第二活塞本体c944。第二活塞本体c944可以限定第二整体本体c936的第三部分c948和/或第二发动机本体c932的第三部分c948。第二活塞本体c944可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。第二活塞本体c944可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一整体本体c908和/或第一发动机本体c904。
在一些实施例中,第二活塞本体c944可以包括第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954。例如,第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932可以包括第二再生器本体c952。第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932可附加地或替代地包括第二冷冻机本体c954。第二再生器本体c952可以限定第二活塞本体c944的一部分或可操作地联接到或能够可操作地联接到第二活塞本体c944的整体本体段的至少一部分。附加地或替代地,第二冷冻机本体c954可以限定第二活塞本体c944的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第二活塞本体c944的整体本体段的至少一部分。例如,如图1.8.1A所示,第二再生器本体c952可以限定第二整体本体c936的第五部分和/或第二冷冻机本体c928可以限定第二整体本体c936的第六部分。附加地或替代地,第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到第二整体本体c936的整体本体段。
现在参考图1.8.1B,在一些实施例中,发动机组件c900可以包括多个整体本体段。例如,如图1.8.1B所示,发动机组件可以包括第一加热器本体c902、第一发动机本体c904、第二加热器本体c940、第二发动机本体c942和第三发动机本体c960。如图所示,第一加热器本体c902可以限定第一整体本体段c912的至少一部分。第一发动机本体c904可以限定第二整体本体段c914的至少一部分。第一发动机本体c904可以包括第一活塞本体c916,并且第一活塞本体c916可以限定第二整体本体段c914的至少一部分。第一活塞本体c916可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。第二整体本体段c914(例如,第一活塞本体c916)可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一整体本体段c912(例如,第一加热器本体c902)。例如,第二整体本体段c914(例如,第一发动机本体c904)可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一加热器本体c902。
第一发动机本体c904可以包括第一再生器本体c926和/或第一冷冻机本体c928。第一再生器本体c926和/或第一冷冻机本体c928可以限定第二整体本体段c914的至少一部分。附加地或替代地,第一再生器本体c926和/或第一冷冻机本体c928可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到第一整体本体c908或第二整体本体段c914的整体本体段。
仍参考图1.8.1B,示例性发动机组件c900可以附加地或替代地包括第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932。如图所示,第二加热器本体c930可以限定第四整体本体段c940的至少一部分。附加地或替代地,第二发动机本体c932可以限定第五整体本体段c942的至少一部分。第二活塞本体c944可以限定第五整体本体段c942的至少一部分。第五整体本体段c942可以可操作地联接或能够可操作地联接到第四整体本体段c940。例如,第五整体本体段c942(例如,第二发动机本体c932或第二活塞本体c944)可以可操作地联接或能够可操作地联接到第二加热器本体c930。
第二发动机本体c932可以包括第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954。第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954可以限定第五整体本体段c942的至少一部分。附加地或替代地,第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到第二整体本体c936或第五整体本体段c942的整体本体段。在一些实施例中,第二活塞本体c944可以包括第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954。第二再生器本体c952可以限定第二活塞本体c944的一部分或可操作地联接到或能够可操作地可联接到第二活塞本体c944的整体本体段的至少一部分。附加地或替代地,第二冷冻机本体c954可以限定第二活塞本体c944的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第二活塞本体c944的整体本体段的至少一部分。
示例性发动机组件c900可以附加地或替代地包括第三发动机本体c960。第三发动机本体c960可以包括第一机器本体c918,并且第一机器本体c918可以限定第三整体本体段c924的至少一部分。第一机器本体c918可以限定发电机外壳c919的至少一部分。发电机外壳c919可构造成接收负载装置c092的至少一部分。第三整体本体段c924(例如,第一机器本体c918)可以可操作地联接或能够可操作地联接到第二整体本体段c914(例如,第一活塞本体c916)。
现在参考图1.8.1C,在一些实施例中,发动机组件c900可以包括多个整体本体或整体本体段,诸如限定第一加热器本体c902和第一发动机本体c904的第一整体本体或整体本体段c908,以及限定第二加热器本体c930和第二发动机本体c932的第二整体本体或整体本体段c936。第一整体本体c908可以包括第一加热器本体c902、第一发动机本体c904、第一活塞本体c916和第一机器本体c918。第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的第一部分c906。第一发动机本体c904可以限定第一整体本体c908的第二部分c910。替代地,第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的至少一部分和/或第一发动机本体c904可以限定第二整体本体c936的至少一部分c910。
第一发动机本体c904可以包括第一活塞本体c916和第一机器本体c918。第一活塞本体c916可以限定第一整体本体c908的第三部分c920和/或第一发动机本体c904的第三部分c920。第一活塞本体c916可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。第一机器本体c918可以限定第一整体本体c908的第四部分c922和/或第一发动机本体c904的第四部分c922。第一机器本体c918可以限定发电机外壳c919的至少一部分。发电机外壳c919可构造成接收负载装置c092的至少一部分。
第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904可以包括第一再生器本体c926和/或第一冷冻机本体c928。例如,第一活塞本体c916可以包括第一再生器本体c926。第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904可附加地或替代地包括第一冷冻机本体c928。第一再生器本体c926可以限定第一活塞本体c916的一部分或可操作地联接到或能够可操作地联接到第一活塞本体c916的整体本体段的至少一部分。附加地或替代地,第一冷冻机本体c928可以限定第一活塞本体c916的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第一活塞本体c916的整体本体段的至少一部分。第一再生器本体c926可以限定第一整体本体c908的第五部分和/或第一冷冻机本体c928可以限定第一整体本体c908的第六部分。
仍参考图1.8.1C,示例性发动机组件c900可以附加地或替代地包括第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932。第二加热器本体c930可以限定第二整体本体c936的第一部分c934。第二发动机本体c932可以限定第二整体本体c936的第二部分c938。第二整体本体c936可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一整体本体c908和/或第一发动机本体c904。
第二发动机本体c932可以包括第二活塞本体c944和/或第二机器本体c946。第二活塞本体c944可以限定第二整体本体c936的第三部分c948和/或第二发动机本体c932的第三部分c948。第二活塞本体c944可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。第二机器本体c946可以限定第二整体本体c936的第四部分c950和/或第二发动机本体c932的第四部分c950。第二机器本体c946可以限定发电机外壳c919的至少一部分。发电机外壳c919可构造成接收负载装置c092的至少一部分。在一些实施例中,第一机器本体c918可以限定发电机外壳c919的第一部分c956,并且第二机器本体c946可以限定发电机外壳c919的第二部分c958。发电机外壳c919的第一部分c956可以可操作地联接或能够可操作地联接到发电机外壳c919的第二部分c958。
在一些实施例中,第二活塞本体c944可以包括第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954。例如,第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932可以包括第二再生器本体c952。第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932可以附加地或替代地包括第二冷冻机本体c954。第二再生器本体c952可以限定第二活塞本体c944的一部分或可操作地联接到或能够可操作地联接到第二活塞本体c944的整体本体段的至少一部分。附加地或替代地,第二冷冻机本体c954可以限定第二活塞本体c944的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第二活塞本体c944的整体本体段的至少一部分。第二再生器本体c952可以限定第二整体本体c936的第五部分和/或第二冷冻机本体c928可以限定第二整体本体c936的第六部分。附加地或替代地,第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到第二整体本体c936的整体本体段。
现在参考图1.8.1D,在一些实施例中,发动机组件c900可以包括多个整体本体或整体本体段,诸如限定第一加热器本体c902和第一发动机本体c904的第一整体本体或整体本体段c908、限定第二加热器本体c930和第二发动机本体c932的第二整体本体或整体本体段c936,以及限定第三发动机本体c960的第三整体本体或整体本体段c962。
第一整体本体c908可以包括第一加热器本体c902、第一发动机本体c904和第一活塞本体c916。第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的第一部分c906。第一发动机本体c904可以限定第一整体本体c908的第二部分c910。或者,第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的至少一部分和/或第一发动机本体c904可以限定第二整体本体c936的至少一部分c910。
第一发动机本体c904可以包括限定第一整体本体c908的第三部分c920和/或第一发动机本体c904的第三部分c920的第一活塞本体c916。第一活塞本体c916可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。
第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904可以包括第一再生器本体c926。例如,第一活塞本体c916可以包括第一再生器本体c926和/或第一冷冻机本体c928。第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904可以附加地或替代地包括第一冷冻机本体c928。第一再生器本体c926可以限定第一活塞本体c916的一部分或可操作地联接到或能够可操作地联接到第一活塞本体c916的整体本体段的至少一部分。附加地或替代地,第一冷冻机本体c928可以限定第一活塞本体c916的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第一活塞本体c916的整体本体段的至少一部分。第一再生器本体c926可以限定第一整体本体c908的第五部分和/或第一冷冻机本体c928可以限定第一整体本体c908的第六部分。
仍参考图1.8.1D,示例性发动机组件c900可以附加地或替代地包括第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932。第二加热器本体c930可以限定第二整体本体c936的第一部分c934。第二发动机本体c932可以限定第二整体本体c936的第二部分c938。
第二发动机本体c932可以包括第二活塞本体c944。第二活塞本体c944可以限定第二整体本体c936的第三部分c948和/或第二发动机本体c932的第三部分c948。第二活塞本体c944可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。
在一些实施例中,第二活塞本体c944可以包括第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954。例如,第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932可以包括第二再生器本体c952。第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932可以附加地或替代地包括第二冷冻机本体c954。第二再生器本体c952可以限定第二活塞本体c944的一部分或可操作地联接或能够可操作地联接到第二活塞本体c944的整体本体段的至少一部分。附加地或替代地,第二冷冻机本体c954可以限定第二活塞本体c944的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第二活塞本体c944的整体本体段的至少一部分。第二再生器本体c952可以限定第二整体本体c936的第五部分和/或第二冷冻机本体c928可以限定第二整体本体c936的第六部分。附加地或替代地,第二再生器本体c952和/或第二冷冻机本体c954可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到第二整体本体c936的整体本体段。
例如,如图1.8.1D所示,在一些实施例中,发动机组件c900可以包括第三发动机本体c960。第三发动机本体c960可以限定第三整体本体或整体本体段c962的至少一部分。如图所示1.8.1D,第三发动机本体c960可以可操作地联接到第一发动机本体c904和/或第二发动机本体c932。第三发动机本体c960可以包括第三机器本体c964。第三机器本体c964可以限定第三整体本体c962的第一部分c972或整体本体段的至少一部分。第三机器本体c964可以限定发电机外壳c919的至少一部分。发电机外壳c919可构造成接收负载装置c092的至少一部分。第三机器本体c964可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一发动机本体c904和/或第二发动机本体c932。
现在参考图1.8.1E,在一些实施例中,发动机组件c900可以包括多个整体本体或整体本体段,诸如限定第一加热器本体c902和第一发动机本体c904的第一整体本体或整体本体段c908、限定第二加热器本体c930和第二发动机本体c932的第二整体本体或整体本体段c936、限定第三发动机本体c960的第三整体本体或整体本体段c962、以及限定第四发动机本体c976的第四整体本体或整体本体段c978。
第一整体本体c908可以包括第一加热器本体c902、第一发动机本体c904和第一活塞本体c916。第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的第一部分c906。第一发动机本体c904可以限定第一整体本体c908的第二部分c910。或者,第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的至少一部分和/或第一发动机本体c904可以限定第二整体本体c936的至少一部分c910。
第一发动机本体c904可以包括限定第一整体本体c908的第三部分c920和/或第一发动机本体c904的第三部分c920的第一活塞本体c916。第一活塞本体c916可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。
第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904可以包括第一再生器本体c926。例如,第一活塞本体c916可以包括第一再生器本体c926。第一再生器本体c926可以限定第一活塞本体c916的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第一活塞本体c916的整体本体段的至少一部分。第一再生器本体c926可以限定第一整体本体c908的第五部分。
仍参考图1.8.1E,示例性发动机组件c900可以附加地或替代地包括第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932。第二加热器本体c930可以限定第二整体本体c936的第一部分c934。第二发动机本体c932可以限定第二整体本体c936的第二部分c938。
第二发动机本体c932可以包括第二活塞本体c944。第二活塞本体c944可以限定第二整体本体c936的第三部分c948和/或第二发动机本体c932的第三部分c948。第二活塞本体c944可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。
在一些实施例中,第二活塞本体c944可以包括第二再生器本体c952。例如,第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932可以包括第二再生器本体c952。第二再生器本体c952可以限定第二活塞本体c944的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第二活塞本体c944的整体本体段的至少一部分。第二再生器本体c952可以限定第二整体本体c936的第五部分和/或。附加地或替代地,第二再生器本体c952可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到第二整体本体c936的整体本体段。
如图1.8.1E所示,在一些实施例中,发动机组件c900可以包括第三发动机本体c960和第四发动机本体c976。第三发动机本体c960可以限定第三整体本体或整体本体段c962的至少一部分。第三发动机本体c960可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一发动机本体c904和/或第四发动机本体c976。第三发动机本体c960可以包括第三机器本体c964和/或第三活塞本体c966。第三机器本体c964可以限定第三整体本体c962的第一部分c972或整体本体段的至少一部分。第三活塞本体c966可以限定第三整体本体c962的第二部分c974或整体本体段的至少一部分。第三机器本体c964可以可操作地联接或能够可操作地联接到第四发动机本体c976和/或第三活塞本体c966可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一发动机本体c904(例如,第一活塞本体c916)。
第四发动机本体c976可以限定第四整体本体c978的至少一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第三发动机本体c960和/或第二发动机本体c932的整体本体段的至少一部分。第四发动机本体c976可以包括第四机器本体c980和/或第四活塞本体c982。第四机器本体c980可以限定第四整体本体c978的第一部分c984或整体本体段的至少一部分。第四活塞本体c982可以限定第四整体本体c978的第二部分c986或整体本体段的至少一部分。第四机器本体c980可以可操作地联接或能够可操作地联接到第三发动机本体c960(例如,第三机器本体c964)和/或第四活塞本体c982可以可操作地联接或能够可操作地联接到第二发动机本体c932(例如,第二活塞本体c944)。第三机器本体c960可以限定发电机外壳c919的第一部分,并且第四机器本体c980可以限定发电机外壳c919的第二部分。
第一活塞本体c916可以可操作地联接或能够可操作地联接到第三活塞本体c966。第一活塞本体c916可以限定第一活塞室c112的第一部分c968,并且第三活塞本体c966可以限定第一活塞室c112的第二部分c970。第二活塞本体c944可以可操作地联接或能够可操作地联接到第四活塞本体c982。第二活塞本体c944可以限定第二活塞室c112的第一部分c968,并且第四活塞本体c982可以限定第二活塞室c112的第二部分c970。
第三活塞本体c966可以包括第一冷冻机本体c928和/或第四活塞本体c982可以包括第二冷冻机本体c954。第一冷冻机本体c928可以限定第三整体本体c962的至少一部分或可操作地联接或能够可操作地联接到第三活塞本体c966的整体本体段的至少一部分。第二冷冻机本体c954可以限定第四整体本体c978的至少一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第四活塞本体c982的整体本体段的至少一部分。
现在参考图1.8.1F,在一些实施例中,发动机组件c900可以包括多个整体本体或整体本体段,诸如限定第一加热器本体c902和第一发动机本体c904的第一整体本体或整体本体段c908、限定第二发动机本体c932的第二整体本体或整体本体段c936、以及限定第三发动机本体c960的第三整体本体或整体本体段c962。
第一整体本体c908可以包括第一加热器本体c902、第一发动机本体c904和第一活塞本体c916。第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的第一部分c906。第一发动机本体c904可以限定第一整体本体c908的第二部分c910。替代地,第一加热器本体c902可以限定第一整体本体c908的至少一部分和/或第一发动机本体c904可以限定第二整体本体c936的至少一部分c910。
第一发动机本体c904可以包括限定第一整体本体c908的第三部分c920和/或第一发动机本体c904的第三部分c920的第一活塞本体c916。第一活塞本体c916可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。
第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904可以包括第一再生器本体c926。例如,第一活塞本体c916可以包括第一再生器本体c926。第一再生器本体c926可以限定第一活塞本体c916的一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第一活塞本体c916的整体本体段的至少一部分。第一再生器本体c926可以限定第一整体本体c908的第五部分。
第二发动机本体c932可以限定第二整体本体c936的第二部分c938。第二整体本体c936可以可操作地联接或能够可操作地联接到第三发动机本体c960。
第二发动机本体c932可以包括第二活塞本体c944和/或第二机器本体c946。第二活塞本体c944可以限定第二整体本体c936的第三部分c948和/或第二发动机本体c932的第三部分c948。第二活塞本体c944可以限定活塞室c112的至少一部分。活塞室c112可构造成接收活塞组件c090的至少一部分。第二机器本体c946可以限定第二整体本体c936的第四部分c950和/或第二发动机本体c932的第四部分c950。第二机器本体c946可以限定发电机外壳c919的至少一部分。发电机外壳c919可构造成接收负载装置c092的至少一部分。在一些实施例中,第一机器本体c918可以限定发电机外壳c919的第一部分c956,并且第二机器本体c946可以限定发电机外壳c919的第二部分c958。发电机外壳c919的第一部分c956可以可操作地联接或能够可操作地联接到发电机外壳c919的第二部分c958。
第三发动机本体c960和第四发动机本体c976。第三发动机本体c960可以限定第三整体本体或整体本体段c962的至少一部分。第三发动机本体c960可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一发动机本体c904和/或第四发动机本体c976。第三发动机本体c960可以包括第三机器本体c964和/或第三活塞本体c966。第三机器本体c964可以限定第三整体本体c962的第一部分c972或整体本体段的至少一部分。第三活塞本体c966可以限定第三整体本体c962的第二部分c974或整体本体段的至少一部分。第三机器本体c964可以可操作地联接或能够可操作地联接到第四发动机本体c976和/或第三活塞本体c966可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一发动机本体c904(例如,第一活塞本体c916)。第一活塞本体c916可以可操作地联接或能够可操作地联接到第三活塞本体c966。第一活塞本体c916可以限定第一活塞室c112的第一部分c968,并且第三活塞本体c966可以限定第一活塞室c112的第二部分c970。第三活塞本体c966可以包括第一冷冻机本体c928。第一冷冻机本体c928可以限定第三整体本体c962的至少一部分或者可操作地联接或能够可操作地联接到第三活塞本体c966的整体本体段的至少一部分。
再次参考图1.8.1E和图1.8.1F,除了图1.8.1G和图1.8.1H之外,在某些实施例中,发动机组件c900限定定位在第一再生器本体c926和第一冷冻机本体c928之间的热中断c901。在诸如本文提供的各种实施例中,热中断c901可以定位在第一整体本体c908和整体本体段c962的接口处。热中断c901在活塞组件c090处限定活塞室c112相对于密封组件A1018的区域,该区域被构造为当活塞组件c090在极端位置之间移动时减轻膨胀空间和压缩空间之间的热传递。
在各种实施例中,热中断c901是相对热的再生器本体c926和相对冷的冷冻机本体c928之间的空间。在某些实施例中,热中断c901,或特别地再生器本体c926和冷冻机本体c928之间的横向尺寸,对应于密封组件a1018的厚度或横向尺寸(即,在操作期间沿活塞组件c090的连结方向)。
特别参考图1.8.1G和1.8.1H,活塞组件c090的活塞a1011设置在下死点(BDC,例如在图1.8.1G中)和上死点(TDC,例如在图1.8.1H中)处。在某些实施例中,密封组件A1018定位在活塞组件c090的活塞a1011处,从而当活塞a1011延伸到一个极限位置时不延伸超过热中断c901。例如,在密封组件a1018定位在第一整体本体c908或再生器本体c926的远端的实施例中,密封组件a1018定位在活塞a1011处,从而当活塞组件c090连结到TDC位置时不延伸超过热中断c901。在一些实施例中,密封组件a1018被构造为不完全延伸超过热中断c901。应当理解,在其他实施例中,密封组件a1018可以靠近第一整体本体c908或再生器本体c926定位,以便将密封组件a1018构造为当活塞组件c090连结到BDC位置时不延伸超过热中断c901。
仍参考图1.8.1G和图1.8.1H,在某些实施例中,活塞组件c090可包括相对于密封组件a1018靠近第一整体本体c908或再生器本体c926定位的第二密封件a1038。第二密封件a1038通常可以限定阻隔密封件,该阻隔件密封件被构造成减轻去往或来自定位在密封组件a1018和第二密封件a1038之间的腔a1019的流体流动。腔a1019进一步限定在活塞a1011和活塞室a112的周围壁(例如由第一整体本体c908和整体本体段c962限定的壁)之间。腔a1019可以限定在密封组件a1018和第二密封件a1038之间限定的密封件间尺寸A1048。在特定实施例中,密封件间尺寸a1048至少是对应于活塞组件c090的最大冲程长度的尺寸。因此,第二密封件a1038被构造为当活塞组件c090连结到BDC位置时不延伸超过热中断c901,如图1.8.1G所示。此外,密封组件a1018被构造为当活塞组件c090连结到TDC位置时不延伸超过热中断c901,如图1.8.1H所示。在其他实施例中,应当理解,第二密封件a1038和密封组件a1018可以颠倒,使得第二密封件a1038靠近整体本体段c962定位,并且密封组件a1018靠近整体本体c908定位。
活塞组件c090的各种实施例可以定位密封组件a1018和第二密封件a1038中的一个或两个,以便将室的第一部分c968限定为暴露于相对热的工作流体的区域,例如膨胀室a221。活塞组件c090可以定位密封组件a1018和第二密封件a1038中的一个或两个,以将室的第二部分c970限定为暴露于相对冷的工作流体的区域,例如压缩室a222。密封组件a1018和/或第二密封件a1038的特定定位可允许单独或非重叠的热区域和冷区域,例如相对于第二部分c970(图1.8.1H)在第一部分c968(图1.8.1G)处所描绘。当活塞组件c090在BDC和TDC位置之间移动时,非重叠区域可以通过限制去往和来自膨胀室a221与压缩室a222的热传递来提高热传递、发动机效率、功率输出和/或部件寿命。
现在参考图1.8.2,示例性发动机组件c900可以包括一个或多个发动机工作流体热交换器本体c988。一个或多个发动机工作流体热交换器本体c988可以限定第一加热器本体c902的至少一部分和/或第一发动机本体c904的至少一部分。工作流体热交换器本体c988可以包括在活塞本体和再生器本体之间(例如,在第一活塞本体c916和第一再生器本体c926之间,或者在第二活塞本体c944和第二再生器本体c952之间)流体连通的多个工作流体路径c110。例如,发动机本体c904可以包括第一活塞本体c916、第一再生器本体c926和工作流体热交换器本体c988,工作流体热交换器本体c988包括在第一活塞本体c916和第一再生器本体c926之间流体连通的多个工作流体路径c110。工作流体热交换器本体c988可以限定第一加热器本体c902的至少一部分和/或第一发动机本体c904的至少一部分。工作流体热交换器本体c988可以附加地或替代地包括加热室本体c990。
在一些实施例中,第一加热器本体c902可以限定第一整体本体段c912的至少一部分和/或第一发动机本体c904可以限定第二整体本体段c914的至少一部分。第一加热器本体c902可以包括加热室本体c990的至少一部分。加热室本体c990可以限定第一整体本体段c912的至少一部分。第二整体本体段c914可以包括工作流体热交换器本体c988的至少一部分、第一活塞本体c916的至少一部分和/或第一再生器本体c926的至少一部分。工作流体热交换器本体c988可以限定第二整体本体段c914的至少一部分。加热室本体c990可包围工作流体热交换器本体c988的至少一部分。例如,加热室本体c990可以限定包围工作流体热交换器本体c988的至少一部分的再循回路径c104的至少一部分。加热室本体c990可以在上游部分(例如,在径向或同心向内部分)与加热流体入口c992流体连通。例如,加热室本体c990可以与燃烧室c102流体连通,例如与燃烧室出口c412流体连通。加热室本体c990可以在下游部分(例如,在径向或同心向外部分)与加热流体出口c994流体连通。例如,加热室本体c990可以与再循环环c208流体连通。
再次参考图1.8.1A到1.8.1F,示例性发动机组件c900可以包括一个或多个燃料喷射器本体c401。示例性燃料喷射器本体c401可以包括一个或多个燃烧室盖c210。例如,发动机组件c900可以包括第一燃料喷射器本体c401。第一燃料喷射器本体c401可以包括与第一加热器本体c902整体集成的第一燃烧室盖c210。替代地,第一燃料喷射器本体c401可以包括可操作地联接或能够可操作地联接到第一加热器本体c902的第一燃烧室盖c210。附加地或替代地,发动机组件c900可以包括第二燃料喷射器本体c401。第二燃料喷射器本体可以包括与第二加热器本体c930整体集成的第二燃烧室盖c210。替代地,第二燃料喷射器本体c401可以包括可操作地联接或能够可操作地联接到第二加热器本体c930的第二燃烧室盖c210。第一燃料喷嘴c214可以与第一燃烧室盖c210整体集成。替代地,第一燃料喷嘴c214可以可操作地联接或能够可操作地联接到第一燃烧室盖c210。附加地或替代地,第二燃料喷嘴c214可以与第二燃烧室盖c210整体集成。替代地,第二燃料喷嘴c214可以可操作地联接或能够可操作地联接到第二燃烧室盖c210。第一活塞组件c090可以可操作地插入或能够可操作地插入第一活塞室c112和/或第二活塞组件c090可以可操作地插入或能够可操作地插入第二活塞室c112。第一负载装置c092可以可操作地插入或能够可操作地插入第一发电机外壳c919和/或第二负载装置c092可以可操作地插入或能够可操作地插入第二发电机外壳c919。
现在转到图1.8.3,将描述构建发动机组件c900的示例性方法。如图1.8.3所示,示例性方法c4000可以包括在方框c4002处,将第一整体本体c908或第一整体本体段c912联接到第二整体本体c936或第二整体本体段c914。第一整体本体c908或第一整体本体段c914可以是增材制造的和/或第二整体本体c936或第二整体本体段c914可以是增材制造的。第一整体本体c908或第一整体本体段c912可以包括第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904。第二整体本体c936或第二整体本体段c914可以包括第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932。第一整体本体c908或第一整体本体段c912可以包括安装在其中的第一活塞组件c090和/或第一负载装置c092。附加地或替代地,第二整体本体c936或第二整体本体段c914可以包括安装在其中的第一活塞组件c090和/或第一负载装置c092。
在方框c4004处,示例性方法1000可以包括增材制造第一整体本体c908或第一整体本体段c912。增材制造第一整体本体c908或第一整体本体段c912可以包括增材制造第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904。在框c4006处,示例性方法1000可以包括将第一活塞组件c090和/或第一负载装置c092安装在第一整体本体c908或第一整体本体段c912中。例如,方法1000可以包括将第一活塞组件c090安装在第一加热器本体c902和/或第一发动机本体c904中。附加地或替代地,方法1000可以包括将第一负载装置c092安装在第一加热器本体c902中和/或安装在第一发动机本体c904中。
在方框c4008处,示例性方法1000可以包括增材制造第二整体本体c936或第二整体本体段c914。增材制造第二整体本体c936或第二整体本体段c914可以包括增材制造第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932。在方框c4010处,示例性方法1000可以包括将第一活塞组件c090和/或第一负载装置c092安装在第二整体本体c936或第二整体本体段c914中。例如,方法1000可以包括将第一活塞组件c090安装在第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932中。附加地或替代地,方法1000可以包括将第一负载装置c092安装在第二加热器本体c930和/或第二发动机本体c932中。
在方框c4012处,示例性方法1000可以包括增材制造第一活塞本体c916。第一活塞本体c916可以限定第一整体本体c908的至少一部分或第一整体本体段c912的至少一部分。附加地或替代地,第一活塞本体c916可以限定第二整体本体c936的至少一部分或者第二整体本体段c914的至少一部分。示例性方法c4000可以附加地或替代地包括将第一活塞组件c090安装在第一活塞本体c916中。
在方框c4014处,示例性方法1000可以附加地或替代地包括增材制造第一机器本体c922。第一机器本体c922可以限定第一整体本体c908的至少一部分或第一整体本体段c912的至少一部分。附加地或替代地,第一机器本体c922可以限定第二整体本体c936的至少一部分或者第二整体本体段c912的至少一部分。示例性方法c4000可以附加地或替代地包括将第一负载装置c092安装在第一机器本体c922中。
在方框c4016处,示例性方法1000可以附加地或替代地包括增材制造第一再生器本体c926。第一再生器本体c926可以限定第一整体本体c908的至少一部分或第一整体本体段c912的至少一部分。附加地或替代地,第一再生器本体c926可以限定第二整体本体c936的至少一部分或者第二整体本体段c912的至少一部分。示例性方法c4000可以附加地或替代地包括将第一再生器本体c926安装在第一整体本体c908中或第一整体本体段c912的至少一部分中。
在方框c4018处,示例性方法1000可以附加地或替代地包括增材制造第一冷冻机本体c928。第一冷冻机本体c928可以限定第一整体本体c908的至少一部分或第一整体本体段c912的至少一部分。附加地或替代地,第一冷冻机本体c928可以限定第二整体本体c936的至少一部分或者第二整体本体段c912的至少一部分。示例性方法c4000可以附加地或替代地包括将第一冷冻机本体c928安装在第一整体本体c908中或第一整体本体段c912的至少一部分中。
如本文所使用的,术语“增材制造”或“增材制造技术或处理”通常指制造处理,其中在彼此上提供材料的连续层以逐层“堆积”三维部件。连续层通常熔融在一起,以形成可以具有各种一体子部件的整体部件。
虽然本文描述的增材制造技术是通常在垂直方向上通过逐点、逐层地构建物体来提供复杂物体的制作,但是其他制作方法是可能的并且在本主题的范围内。例如,虽然本文的讨论涉及添加材料以形成连续层,但是本领域技术人员将理解,本文公开的方法和结构可以用任何增材制造技术或制造技术来实践。例如,本公开的实施例可以使用层添加处理、层减少处理或混合处理。作为另一个示例,本公开的实施例可以包括选择性地沉积粘合剂材料,以将粉末层的部分化学结合在一起以形成生坯制品。在固化之后,可以对生坯制品进行预烧结以形成棕色体制品,棕色体制品基本上去除了全部的粘合剂,并且完全烧结以形成固结制品。
根据本公开的合适的增材制造技术包括,例如,熔融沉积建模(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、诸如通过喷墨和激光喷射的3D打印、立体光刻(SLA)、直接激光烧结(DLS)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔化(EBM)、激光工程净成形(LENS)、激光净成形制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、直接激光熔化(DLM)、直接选择性激光熔化(DSLM)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光熔化(DMLM)、粘合剂喷射(BJ)、和其它已知处理。
本文描述的增材制造处理可用于使用任何合适的材料来形成部件。例如,材料可以是塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光聚合物树脂,或可以是固体、液体、粉末、片材、线材或其任何其他适当形式或组合的任何其他适当材料。更具体地,根据本主题的示例性实施例,本文所述的增材制造部件可以以部分材料形成,以整体材料形成,或以材料的某些组合形成,材料包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金以及镍或钴基超级合金(例如,(例如,可从Special Metals Corporation获得的名称为
Figure BDA0003475555190000491
的那些)。这些材料是适合于在本文描述的增材制造处理中使用的材料的实例,并且通常可以称为“增材材料”。
另外,本领域技术人员应当理解,用于粘合那些材料的各种材料和方法可以被使用并且被设想为在本公开的范围内。如本文所使用的,对“熔融”或“结合”的引用可指用于产生任何上述材料的结合层的任何合适的处理。例如,如果物体由聚合物制成,则熔融可指在聚合物材料之间产生热固性结合。如果物体是环氧树脂,则可以通过交联处理形成粘结。如果材料是陶瓷,则可以通过烧结处理形成结合。如果材料是粉末状金属,则可以通过熔化或烧结处理形成结合,或者附加地通过粘合剂处理形成结合。本领域技术人员应当理解,通过增材制造将材料熔融成部件的其他方法是可能的,并且本公开的主题可以利用这些方法来实践。
另外,本文公开的增材制造处理允许由多种材料形成单个部件。因此,本文描述的部件可以由上述材料的任何合适的混合物形成。例如,部件可以包括使用不同的材料、处理和/或在不同的增材制造机器上形成的多个层、段或零件。如此,可以建造具有不同材料和材料特性的部件,用于满足任何特定应用的需求。另外,虽然本文描述的部件完全由增材制造处理建造,但应当理解,在替代实施例中,这些部件的全部或一部分可以经由铸造、机加工和/或任何其他合适的制造处理来形成。实际上,可以使用材料和制造方法的任何合适的组合来形成这些部件。
现在将描述示例性增材制造处理。增材制造处理使用部件的三维(3D)信息(例如三维计算机模型)来制作部件。因此,可以在制造之前限定部件的三维设计模型。在这方面,可以扫描部件的模型或原型以确定部件的三维信息。作为另一个示例,可以使用合适的计算机辅助设计(CAD)程序来建造部件的模型,以限定部件的三维设计模型。
设计模型可以包括包含部件的外表面和内表面的部件的整个构造的3D数值坐标。例如,设计模型可以限定本体、表面和/或内部通道,诸如开口、支撑结构等。在一个示例性实施例中,三维设计模型例如沿着部件的中心(例如,竖直)轴线或任何其他合适的轴线被转换为多个切片或段。每个切片可针对该切片的预定高度限定该部件的薄的横截面。多个连续的横截面切片一起形成3D部件。然后,部件被逐片或逐层“堆积”,直到完成。
如此,可以使用增材处理来制作本文描述的部件,或者更具体地,例如通过使用激光能量或热量来使塑料熔融或聚合,或者通过烧结或熔化金属粉末,来连续地形成每一层。例如,特定类型的增材制造处理可以使用能量束,例如电子束或电磁辐射(诸如激光束),以烧结或熔化粉末材料。可以使用任何合适的激光和激光参数,包括关于电力、激光束斑尺寸和扫描速度的考虑。构建材料可以由任何合适的粉末或材料形成,粉末或材料被选择用于增强强度、耐久性和使用寿命,特别是在高温下。
每个连续的层可以是例如在大约10μm到200μm之间,尽管厚度可以基于任何数量的参数来选择,并且根据替代实施例,可以是任何合适的尺寸。因此,利用上述增材形成方法,本文所述的部件可以具有与在增材形成处理期间使用的相关粉末层的一个厚度(例如,10μm)一样薄的横截面。
另外,利用增材处理,部件的表面光洁度和特征可以取决于应用而根据需要变化。例如,在增材处理期间,特别是在对应于零件表面的横截面层的外围中,可以通过选择适当的激光扫描参数(例如,激光功率、扫描速度、激光焦斑尺寸等)来调节表面光洁度(例如,使得更平滑或更粗糙)。例如,可以通过增加激光扫描速度或减小形成的熔池的尺寸来实现更粗糙的光洁度,并且可以通过减小激光扫描速度或增大形成的熔池的尺寸来实现更平滑的光洁度。也可以改变扫描图案和/或激光功率以改变所选区域中的表面光洁度。
在部件的制作完成之后,可以对部件应用各种后处理过程。例如,后处理过程可以包括通过例如吹送或抽真空来去除过量粉末。其它后处理过程可以包括应力解除处理。另外,热后处理过程、机械后处理过程和/或化学后处理过程可用于完成零件以实现期望的强度、表面光洁度、减小的孔隙率减小和/或增加的密度(例如,经由热等静压)以及其它部件特性或特征。
应当理解,本领域技术人员可以添加或修改本文示出和描述的特征,以促进制造本文提供的系统A10而无需进行不必要的实验。例如,构建特征,诸如桁架、网格、构建表面或其他支撑特征,或材料或流体进入或离开端口,可以从本几何形状添加或修改,以至少基于期望的制造处理或期望的特定增材制造处理来促进系统A10的实施例的制造。
值得注意的是,在示例性实施例中,由于制造限制,本文描述的部件的几个特征先前是不可能的。然而,本发明人已经有利地利用增材制造技术中的当前进步来开发了大体上根据本公开的这些部件的示例性实施例。虽然本公开的某些实施例可以不限于使用增材制造来大体上形成这些部件,但是增材制造提供了各种制造优点,包括制造的容易性、降低的成本、更高的精度等。
在这点上,利用增材制造方法,甚至多零件的部件可以形成为单件连续金属,因此与现有设计相比可以包括更少的子部件和/或接头。通过增材制造一体形成这些多零件部件可以有利地改进总体组装处理,减少潜在的泄漏,减少热力学损耗,改善热能传递,或提供更高的功率密度。例如,一体形成减少了必须组装的分离零件的数量,从而减少了相关联的时间、总体组装成本、减少了潜在的泄漏路径或减少了潜在的热力学损耗。另外,可以有利地减少例如泄漏的现有问题。更进一步地,可以通过本文描述的处理来解决或排除分离零件之间的接头质量,以便期望地减少泄漏、组装并改进总体性能。
同样,上述增材制造方法提供了本文描述的要以非常高的精度水平形成的部件的更复杂和繁琐的形状和轮廓。例如,这种部件可以包括薄的增材制造层、横截面特征和部件轮廓。作为另一个示例,增材制造可以提供热交换器表面面积、体积、通道、管道或可以期望地改进热交换器效率或性能、或总体发动机或系统性能的其它特征。另外,增材制造处理提供了具有不同材料的单个部件的制造,使得部件的不同部分可以呈现出不同的性能特性。制造处理的连续的增材步骤提供了这些新颖特征的建造。结果,本文描述的部件可以呈现出改进的功能性和可靠性。
加热器本体和加热闭式循环发动机的方法
图4.1.1中示出了示例性发动机c002。发动机c002可以是闭式循环发动机,例如再生式热力发动机和/或斯特林发动机;然而,还设想了包括其他闭式循环发动机和/或再生式热力发动机的其他发动机,并且本公开的范围包括任何发动机。闭式循环发动机c002可包括加热器本体c100和发动机本体c050。在所示的实施例中,闭式循环发动机c002可以包括发动机本体c050和设置在发动机本体c050的相对侧上的加热器本体c100。例如,第一加热器本体c100可以设置在发动机本体c050的第一侧,而第二加热器本体c100可以设置在发动机本体c050的第二侧。在其他实施例中,可以提供多个发动机本体c050和/或可以提供单个加热器本体c100或多个加热器本体c100。闭式循环发动机c002可以包括可操作地插入发动机本体c050和/或加热器本体c100内的活塞组件c090和负载装置c092。
闭式循环发动机c002可以以发动机组件的形式提供,该发动机组件包括一个或多个如本文所述的整体本体或整体本体段。整体本体和/或整体本体段可以使用增材制造技术被制作,并且可以没有单独制作的部件的任何接缝、接头或类似特征。作为示例,示例性闭式循环发动机c002可由包括第一加热器本体c100和第一发动机本体c050的发动机组件组装而成。第一加热器本体可以限定第一整体本体或第一整体本体段的第一部分,并且第一发动机本体可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到第一加热器本体的第一整体本体或第二整体本体段的第二部分。
现在转向例如图4.1.2A和4.1.2B、4.1.3A至4.1.3C以及4.1.4,将描述示例性加热器本体c100。当前公开的加热器本体c100可用于向闭式循环发动机c002(诸如再生式热力发动机和/或斯特林发动机)供热。然而,应当理解,当前公开的加热器本体c100可以在许多其他设定中用作加热源,所有这些设定都在本公开的范围内。在一些实施例中,加热器本体c100的至少一部分可以限定闭式循环发动机c002的至少一部分,例如这种闭式循环发动机c002的整体本体或整体本体段。例如,整体本体可以是增材制造的整体本体,或者整体本体段可以是增材制造的整体本体段。然而,除了增材制造技术或作为增材制造技术的替代,应当理解,闭式循环发动机c002的整体本体或各种整体本体段可以使用任何期望的技术来形成,所有这些技术都在本公开的范围内。
如图所示,示例性加热器本体c100可包括燃烧室c102和再循环路径c104,再循环路径c104被构造为使燃烧气体再循环通过燃烧室c102。再循环路径c104可以包括热侧热交换器c106,热侧热交换器c106被构造为将热量从循环燃烧气体传递到热输入源,例如限定与热侧热交换器c106的至少一部分具有热传导关系的热传递区域的工作流体本体c108。例如,来自燃烧气体的热量可以经由设置在工作流体路径c110内的发动机工作流体被传递到热传递区域。工作流体路径c110可以至少部分地由热侧热交换器c106和/或至少部分地由工作流体本体c108限定。热侧热交换器c106可以限定再循环路径c104的一部分。热传递区域可以限定与加热流体路径具有热传导关系的区域。
由工作流体本体c108限定的热传递区域可以包括固体和/或至少部分地由固体限定的流体路径。在示例性实施例中,热侧热交换器c106可以包括与多个热传递区域具有热传递关系的多个加热流体路径。例如,多个热传递区域与多个加热流体路径的对应部分具有热传导关系。附加地或替代地,热传递区域可与流过加热流体路径的加热流体具有热对流关系。热传递区域可以围绕加热器本体c100的纵向轴线周向间隔开。多个热传递区域中的相应热传递区域可以包括固体和/或至少部分地由固体限定的流体路径。
工作流体本体c108可包括闭式循环发动机c002的一个或多个部分,例如活塞室c112(例如,热活塞室)和/或再生器本体c114。限定工作流体本体c108的流体路径可与活塞室和再生器本体c114流体连通。设置在工作流体路径c110内的发动机工作流体可以是发动机工作流体(例如惰性气体),其可以在活塞室c112和再生器本体c114之间以交替方式流动。热侧热交换器c106可以以热交换器本体的形式提供。热交换器本体可以限定加热器本体c100的整体本体部分或整体本体段,该整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到整体加热器本体c100或构成加热器本体c100的一个或多个其他整体本体段。
再循环路径c104可以另外包括再循环喷射器c116,该再循环喷射器c116被构造为利用流过进气路径c118的进气来夹带和/或加速燃烧气体,从而将进气和再循环燃烧气体的混合物提供到燃烧室c102。再循环喷射器c116还可以包括排气路径c120,排气路径c120构造成将燃烧气体的一部分作为排气排出。再循环喷射器c116可以与热侧热交换器c106的下游部分流体连通。再循环喷射器c116可以以喷射器本体的形式提供。喷射器本体可以限定加热器本体c100的整体本体部分或整体本体段,该整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到整体加热器本体c100或构成加热器本体c100的一个或多个其他整体本体段。
在一些实施例中,加热器本体c100可包括与再循环喷射器c116的下游部分和燃烧室c102的上游部分流体连通的调节管道c122。调节管道c122可以被构造为将燃烧气体(例如,进气和再循环燃烧气体的混合物)引导至燃烧室c102,并且可以被构造为具有调节流向燃烧室c122的燃烧气体的一个或多个流体动力学特性的尺寸和形状。可由调节管道c122调节的示例性流体动力学特性包括压力、压力梯度、流速、速度梯度、湍流、涡度、卷曲等。调节管道c122可以限定管道体积,该管道体积被选择为提供流过其中的燃烧气体的一种或多种期望的流体动力学特性,和/或允许进气与再循环燃烧气体的混合。在一些实施例中,调节管道c122可以被构造为使流过其中的燃烧气体旋流。例如,调节管道c122可以建立或维持涡流,这可以提高燃烧室c102中的燃烧质量。附加地或替代地,循环通过调节管道c122的燃烧气体可以冷却燃烧室c102,其中来自燃烧室c102的热量在进入燃烧室c102之前加热燃烧气体。
燃烧室c102和调节管道c104可以以燃烧器本体的形式提供。燃烧器本体可以限定加热器本体c100的整体本体部分或整体本体段,该整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到整体加热器本体c100或构成加热器本体c100的一个或多个其他整体本体段。
加热器本体c100可以另外包括回热器c124,回热器c124被构造为利用流过排气路径c120的排气来预热流过进气路径c118的进气,从而从排气中回收热量。术语预热器和回热器可以互换使用;然而,在某些情况下,术语预热器可用于关于预热流过进气路径c118的进气,而术语回热器可用于关于从流过排气路径c120的排气中回收热量。回热器c124可以以回热器本体的形式提供。回热器本体可以限定加热器本体c100的整体本体部分或整体本体段,该整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到整体加热器本体c100或构成加热器本体c100的一个或多个其他整体本体段。如图4.1.2A所示,回热器c124可以相对于排气路径c120位于再循环喷射器c116的下游、并相对于进气路径c118位于再循环喷射器c116的上游。如图4.1.2A所示定位的回热器可以在流过排气路径c120的排气和流过进气路径c118的进气之间进行热交换。在另一个实施例中,如图4.1.2B所示,回热器c124可以限定再循环路径c104的一部分。例如,回热器c124可以相对于再循环路径c120位于再循环喷射器c116的上游,同时也相对于进气路径c118位于再循环喷射器c116的上游。如图4.1.2B所示定位的回热器可以在流过排气路径c120的排气与流过进气路径c118的进气之间、和/或在流过再循环路径c104的燃烧气体与流过进气路径c118的进气之间交换热量。
一个或多个燃料喷嘴c126可以可操作地联接到加热器本体c100。燃料可以通过一个或多个燃料管路c103被供应到燃烧室c102。例如,一个或多个燃料喷嘴c126可以可操作地联接到燃烧室c102。喷射到燃烧室c102中的燃料可与循环燃烧气体结合以提供合适的空气燃料比。燃料和至少一部分循环燃烧气体可在燃烧室中燃烧以产生热燃烧气体。燃烧室c102可与热侧热交换器c106的上游部分流体连通,从而将热燃烧气体供应到热侧热交换器c106,以加热工作流体本体c108。一个或多个进气路径c118、一个或多个排气路径c120、一个或多个再循环路径c104、和一个或多个燃料管路c103可共同限定初级流动路径c121。
图4.1.3A、4.1.3B和4.1.3C示意性地描绘了示例性加热器本体c100的横截面立体图,而图4.1.4示意性地描绘了图4.1.3A中所示的示例性加热器本体c100的俯视图。如图所示,示例性加热器本体c100可以具有环形构造,然而,也可以设想其他构造。加热器本体c100可包括多个整体本体部分,多个整体本体部分一起可限定整体加热器本体c100。替代地或附加地,加热器本体c106可以包括可操作地联接或能够可操作地联接到整体加热器本体c100的一个或多个整体本体段。此外,多个整体本体段可以彼此可操作地联接或能够可操作地联接,以限定加热器本体c100的至少一部分。在示例性实施例中,加热器本体c100可以限定单个整体本体。在其他实施例中,多个整体本体段可以例如经由焊接、熔融等可操作地彼此联接,以便提供整体形成的加热器本体c100。
加热器本体c100和/或其各种特征可包括相对于纵向轴线c204定向的近端部分c200和远端部分c202,中间部分c206设置在近端部分c200和远端部分c202之间。加热器本体c100的近端部分c200或其特征是指相对于纵向轴线c204邻近或相对靠近工作流体本体c108的部分,例如闭式循环发动机c002的一个或多个活塞。加热器本体c100的远端部分c202或其特征是指相对于纵向轴线c204与工作流体本体c108相对或相对远离工作流体本体c108的部分。近端部分c200、远端部分c202或中间部分c206不需要指加热器本体c100上的有限点或其特征;相反,应当理解,术语近端c200、远端c202和中间c206一般可以被用于例如表示加热器本体c100的一部分或其特征相对于工作流体本体c108的位置,和/或表示加热器本体c100的各种特征相对于彼此的位置。
仍参考图4.1.3A、4.1.3B和4.1.3C,加热器本体c100可包括燃烧室c102和周向包围燃烧室c102的至少一部分的热侧热交换器c106。在一些实施例中,再循环路径c104可以周向包围燃烧室c102的至少一部分。加热器本体c100可以附加地或替代地包括周向包围燃烧室c102的至少一部分的调节管道c122。例如,如图所示,热侧热交换器c106可以周向包围燃烧室c102的近端部分c200,而调节管道c122可以周向包围燃烧室c102的中间部分c206和/或远端部分c202。在一些实施例中,热侧热交换器c106可以另外周向包围燃烧室c102的中间部分c206的至少一些。在一些实施例中,燃烧室c102与纵向轴线c204对准和/或多个燃烧室c102围绕纵向轴线c204周向间隔开(例如,均匀地分布)可能是有利的。例如,这种对准和/或均匀分布可以促进加热器本体c100和/或热侧热交换器c106内相对均匀的热分布。这种相对均匀的热分布又可以促进从热侧热交换器c106(例如,从流过其中的加热流体)到多个热传递区域的相对均匀的热传递。
加热器本体c100还可以包括周向包围燃烧室c102的再循环喷射器c116。当加热器本体c100包括调节管道c122时,再循环喷射器c116可以从调节管道c122径向或同心地向外设置,例如使得再循环喷射器c116周向包围调节管道c122的至少一部分。例如,再循环喷射器c116可以周向包围燃烧室c102的远端部分c202和/或中间部分(例如,远端-中间部分)。此外,当加热器本体c100包括调节管道c122时,再循环喷射器c116可以周向包围调节管道c122的远端部分c202和/或中间部分(例如,远端-中间部分)。再循环喷射器c116可以轴向地设置成邻近热侧热交换器c106,例如相对于纵向轴线c204邻近热侧热交换器c106的远端部分c202。
在一些实施例中,加热器本体c100可包括周向包围燃烧室c102的回热器c124。当加热器本体c100包括调节管道c122时,回热器c124可以从调节管道c122径向或同心地向外设置,例如使得回热器c124周向包围调节管道c122的至少一部分。例如,回热器c124可以周向包围燃烧室c102的远端部分c202和/或中间部分(例如,远端-中间部分)。此外,当加热器本体c100包括调节管道c122时,回热器c124可以周向包围调节管道c122的远端部分c202和/或中间部分(例如,远端-中间部分)。回热器c124可以轴向地设置成邻近再循环喷射器c116,例如相对于纵向轴线c204邻近再循环喷射器c116的远端部分c202。
在一些实施例中,例如图4.1.3B中所示,加热器本体c100可包括热屏蔽件c127。热屏蔽件c127可以被构造为将加热器本体c100的一个或多个部分与加热器本体c100内的热源绝缘和/或屏蔽。例如,热源可以包括循环通过再循环路径c104的燃烧火焰和/或燃烧气体,和/或成为被燃烧火焰和/或燃烧气体加热的加热器本体c100的部分。附加地或替代地,热屏蔽件c127可以提供散热器以吸收和/或消散热量,例如来自循环通过再循环路径c104的燃烧火焰和/或燃烧气体的热量。在一些实施例中,热屏蔽件c127可以包括由内壁c130和外壁c132限定的冷却套c128。冷却套c128可与进气环c216流体连通,使得进气可流过其中。附加地或替代地,冷却套c128可以限定具有真空或接近真空的空间。冷却套c128可以限定一个或多个路径,例如环形路径或多个半环形路径。冷却套可以冷却加热器本体c100的热部分,例如以维持合适的操作温度和/或保护用户或周围设备免受加热器本体c100的热部分的影响。
加热器本体c100可限定提供再循环路径c104、进气路径c118和/或排气路径c120的单个整体本体。例如,多个整体本体部分可以一起限定单个整体本体。或者,加热器本体c100可包括分别限定再循环路径c104、进气路径c118和/或排气路径c120的分离的整体本体段。在一些实施例中,第一整体本体段可限定再循环路径c104,第二整体本体段可限定进气路径c118,并且第三整体本体段可限定排气路径c120。这种整体本体段可以例如经由焊接、熔融等彼此联接,以便提供整体形成的加热器本体c100。
限定再循环路径c104的整体本体可包括燃烧室c102和与燃烧室c102的近端部分c200流体连通的热侧热交换器c106。这种整体再循环路径c104可以另外包括与热侧热交换器c106的径向或同心向外部分流体连通的再循环喷射器c116和调节管道c122,调节管道c122具有与再循环喷射器c116的径向或同心向内部分流体连通的近端部分c200和与燃烧室c102的远端部分c202流体连通的远端部分c202。
在一些实施例中,加热器本体c100可包括再循环环c208。再循环环c208可以从热侧热交换器c106的至少一部分和/或再循环喷射器c116的至少一部分径向或同心向外设置。附加地或替代地,再循环环c208可以周向包围热侧热交换器c106的至少一部分和/或再循环喷射器c116的至少一部分。再循环环c208可与热侧热交换器c106的径向或同心向外部分和再循环喷射器c116的径向或同心向外部分流体连通,以便限定将从热侧热交换器c106排出的至少一部分燃烧气体引导到再循环环c208的路径。
在一些实施例中,加热器本体c100可包括燃料注入器本体c401。燃料注入器本体c401可包括燃烧器帽c210,燃烧器帽c210提供调节管道c122的远端部分c202和燃烧室c102的远端部分c202之间的流体连通。燃料注入器本体c401可以附加地或替代地包括一个或多个燃料喷嘴c214。燃料注入器本体c401和/或燃烧器帽c210和/或一个或多个燃料喷嘴c214可以是例如在所示的调节管道c122的远端部分c202处可操作地联接或能够可操作地联接到加热器本体c110的分离部件。附加地或替代地,燃料注入器本体c401和/或燃烧器帽c210和/或一个或多个燃料喷嘴c214可以是限定加热器本体c100的至少一部分的整体本体的一部分。
在一些实施例中,一个或多个燃料喷嘴c214可以可操作地联接到燃烧器帽c210。例如,燃烧器帽c210可以包括一个或多个喷嘴端口c212,一个或多个喷嘴端口c212分别被构造为接收燃料喷嘴c214。一个或多个燃料喷嘴c214可以例如通过配合螺纹等可操作地联接到对应喷嘴端口c212。一个或多个燃料喷嘴c214可以包括电热塞c215,电热塞c215可操作以点燃燃烧室c102中的燃料和/或燃烧气体。如图所示,燃料喷嘴可以与加热器本体c100的纵向轴线c204对准并且可以与燃烧室c102同心。附加地或替代地,一个或多个燃料喷嘴c214可以围绕燃烧室的远端部分c202周向间隔开。在一些实施例中,燃料喷嘴c214与纵向轴线c204对准和/或多个燃料喷嘴c214围绕纵向轴线c204周向间隔开(例如,均匀地分布)可能是有利的。例如,这种对准和/或均匀分布可以促进燃烧室c102内的火焰稳定性,和/或燃烧室c102和/或热侧热交换器c106内的相对均匀热分布。
限定进气路径c118的整体本体可以包括进气本体(例如进气环c216),和/或限定排气路径c120的整体本体可以包括排气本体(例如排气环c218)。进气环c216和排气环c218可以限定单个整体本体的部分或者可以是彼此可操作地联接或能够可操作地联接的分离的整体本体段。进气环c216和/或排气环c218可以周向包围燃烧室c102的至少一部分。如图所示,进气环c216可以包括一个或多个进气端口c220,并且排气环c218可以包括一个或多个排气端口c222。如图4.1.3A和4.1.3B所示,进气环c216和排气环c218可以轴向地布置成彼此相邻。例如,进气环c216可以邻近排气环c218的远端部分c202,和/或排气环c218可以相对于纵向轴线c204邻近进气环c216的近端部分。如图4.1.3C所示,进气环c216和排气环c218可以相对于彼此共环地设置。例如,进气环c216可以从排气环c218径向或同心向内设置,其中排气环c218周向包围进气环c216。替代地,排气环c218可以从进气环c216径向或同心向内设置,其中进气环c216周向包围排气环c218。
进气环c216可包括围绕进气环c216周向间隔开的多个进气轮叶c224。进气轮叶c224可以限定被构造为将进气从进气环c216引导到再循环路径c104的路径的至少一部分。排气环c218可包括围绕排气环c218周向间隔开的多个排气轮叶c226。排气轮叶c226可以限定被构造为将排气引导到排气路径c218的路径的至少一部分。
在一些实施例中,进气环c216和排气环c218可以与回热器c124流体连通。更具体地,回热器c124的预热器部分可以限定进气路径c118的至少一部分,并且回热器c124的回热器部分可以限定排气路径c120的至少一部分。回热器c124可以是限定进气路径c118和/或排气路径c120的整体本体的一部分。排气环c218和/或进气环c216可以周向包围回热器c124的至少一部分。如图4.1.2A所示,排气环c218可以周向包围回热器c124,并且进气环c216可以轴向邻近排气环c218,其中进气轮叶c224轴向邻近回热器c124的至少一部分。例如,进气轮叶c224可以邻近回热器c124的远端部分c202。
回热器c124可以包括彼此具有热传导关系的预热器部分和回热器本体部分。预热器部分可与进气环c216和再循环喷射器c116流体连通,以便限定进气路径c118的至少一部分。回热器本体部分可与再循环喷射器c116和排气环c218流体连通,以便限定排气路径c120的至少一部分。在示例性实施例中,来自再循环喷射器c116的排气路径c120可以在进气路径c118到再循环喷射器c116的上游,以避免来自进气路径c118的进气在与再循环路径c104结合之前直接流入排气路径c120。
在一些实施例中,加热器本体c100可包括提供从回热器c124的预热器部分到再循环喷射器c116的流体连通的动力环c228。回热器c124可以周向包围动力环c228,并且动力环可以周向包围燃烧室c102的至少一部分。当加热器本体c100包括调节管道c122时,动力环c228可以从调节管道c122径向或同心向外设置,例如使得动力环c228周向包围调节管道c122的至少一部分。例如,动力环c228可以周向包围燃烧室c102的中间部分和/或调节管道c122的中间部分。动力环c228可以轴向地设置成邻近再循环喷射器c116,例如相对于轴向轴线c204邻近再循环喷射器c116的远端部分。
在示例性实施例中,再循环路径c104、进气路径c118和/或排气路径c120可遵循大致螺旋定向。如图4.1.2A所示,再循环路径c104和进气路径c118可以逆时针螺旋,并且排气路径c120可以顺时针螺旋。替代地,再循环路径c104和进气路径c118可以顺时针螺旋,并且排气路径c120可以逆时针螺旋。通过加热器本体c100的这种流动可以在排气路径c120处从逆时针流动转变为顺时针流动(或从顺时针流动转变为逆时针流动),其中排气在再循环喷射器c116处与燃烧气体分离。以此方式,可以最小化由于流动方向的变化而导致的压力损失。此外,与排气路径c120处的方向变化相关联的压降可至少部分地有利于燃烧气体通过再循环喷射器c116的再循环。
在操作期间,进气被引导到进气环c216中。在一些实施例中,进气可以例如经由压缩机(未示出)被加压,以引起进气流进入进气路径c118。进气逆时针循环通过进气环c216,其中围绕进气环c216周向间隔开的多个进气轮叶c224以具有逆时针定向的径向或同心向内和轴向近端螺旋来引导进气。流过进气轮叶c224的进气继续径向或同心向内螺旋流过回热器c124并进入动力环c228。动力环c228中的进气通过多个喷射器槽进入再循环喷射器c116,多个喷射器槽被构造成加速进气螺旋进入调节管道c122。通过喷射器槽的进气加速并夹带从再循环环c208流入再循环喷射器c116的燃烧气体。进气和燃烧气体混合以提供新鲜燃烧气体,同时在轴向远端方向上螺旋地流过调节管道c122。新鲜燃烧气体到达燃烧帽c210,其将新鲜燃烧气体流引导到燃烧室中,而燃料喷嘴c214引入燃料流,燃料流可包括液体、气体燃料。
在燃烧室c102中,燃料与新鲜燃烧气体结合并例如被电热塞或火花塞点燃。燃烧室c102提供具有逆时针流动的涡流燃烧模式。涡流燃烧模式的向心力将燃烧火焰径向或同心向内拉动,同时将未燃烧燃烧气体径向或同心向外推动。燃烧气体继续以螺旋逆时针流出燃烧室c102并进入热侧热交换器c106。燃烧气体以径向或同心向外逆时针螺旋流过热侧热交换器c106并进入再循环环c208。
再循环环c208在轴向远端和径向或同心向内方向上将燃烧气体引导到再循环喷射器c116中,其中一部分燃烧气体被流过再循环喷射器c116的喷射器槽的进气加速和夹带。剩余的燃烧气体在轴向远端方向上流过再循环喷射器c116中的排气槽。再循环喷射器c116中的排气槽使排气流动的方向反向,在轴向远端和顺时针螺旋方向上将排气引导到回热器c124的回热器本体部分中。排气以顺时针螺旋方式流入排气环c218,在那里排气通过一个或多个排气端口c222从加热器本体c100排出。
仍参考例如图4.1.2A和4.1.2B以及4.1.3A至4.1.3C,示例性加热器本体c100可包括燃烧室c102和再循环路径c104,再循环路径c104被构造为使燃烧气体再循环通过燃烧室c102。加热器本体c100包括可与再循环路径c104流体连通的进气路径c118和排气路径c120。再循环路径c104可包括热侧热交换器c106和再循环喷射器c116。然而,在一些实施例中,可以省略再循环喷射器c116并且燃烧室c102可以与进气路径c118和排气路径c120流体连通,其中燃烧气体从加热器本体排出而不进行再循环。排气路径c120可以与进气路径c118上游的再循环路径c104流体连通。
如图4.1.2A和4.1.3A所示,热侧热交换器c106可以与燃烧室c102的近端部分流体连通,并且再循环喷射器c116可以与热侧热交换器c106的下游部分和燃烧室c102的远端部分c202流体连通。再循环喷射器c116可以被构造为使用例如来自进气路径c118的进气来夹带和/或加速循环通过再循环路径c104的燃烧气体,进气路径c118可与再循环路径c104流体连通。
在一些实施例中,再循环喷射器c116可限定排气路径c120的至少一部分。例如,排气路径c120可以在再循环喷射器c116处与再循环路径c104流体连通,使得排气路径c120从再循环喷射器c116排出一部分燃烧气体作为排气。在另一个实施例中,例如图4.1.2B所示,排气路径c120可以在再循环喷射器c116的上游排出排气。
当加热器本体c100包括再循环路径c104时,可再循环的燃烧气体的比例可以取决于加热器本体c100的操作条件而变化。可再循环的燃烧气体与可利用的新鲜进气的比例可根据以下公式(1):R=I/C,由再循环比R描述,其中I为流入加热器本体c100的进气的流率,并且T为流入燃烧室的燃烧气体的流率。再循环比可以从0%到100%变化,这取决于例如加热器本体c100的操作条件。例如,在启动期间可以利用更大比例的进气,随着加热器本体c100从启动条件转变到稳态条件,再循环比增加。此外,再循环比可以取决于期望的燃烧条件,例如当量比。在一些实施例中,再循环比可以从0%到90%,例如从10%到90%,例如从0%到60%,例如从大约30%到大约70%,例如从40%到60%。在启动条件期间,再循环比可以从0%到50%,例如从0%到30%或从0%到10%。在稳态条件期间,再循环比可以从10%到90%,例如从10%到60%,或从30%到60%。剩余的燃烧气体可以作为排气从再循环路径c104排出。
在一些实施例中,示例性加热器本体c100可包括限定排气路径c120的至少一部分和进气路径c118的至少一部分的回热器c124。回热器c124可以位于再循环喷射器c116的上游,如图4.1.2A所示,或者回热器c124可以位于再循环喷射器c116的上游,如图4.1.2B所示。如图4.1.2A所示,回热器c124可以利用流过排气路径c120的排气对流过进气路径c118的进气进行预热,排气路径c120与进气路径c118具有热传导关系。回热器c124可以例如在再循环喷射器c116处通过排气路径c120和进气路径c118间接地与再循环路径c104流体连通。替代地,回热器c124可以直接与再循环路径c104流体连通,如图4.1.2A所示,使得回热器c124可以使用通过再循环路径c104再循环至空气的燃烧气体、或排气和燃烧气体的组合来加热进气。不管回热器c124是否利用排气和/或再循环燃烧气体来加热进气,排气路径c120都可以位于进气路径c118的上游,使得排气可在被引入再循环路径c104之前从再循环路径c104中去除。
现在参考图4.1.5,将描述加热热交换器本体c600的示例性方法。加热热交换器本体c600的示例性方法可包括例如加热闭式循环发动机c002的方法。例如,示例性方法可以结合本文所述的加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的操作来进行。如图4.1.5所示,在方框c152处,示例性方法c150可以包括使燃烧气体循环通过燃烧室c102和再循环路径c104,再循环路径c104被构造为使燃烧气体再循环通过燃烧室c102。再循环路径c104可包括热侧热交换器c106和再循环喷射器c116。热侧热交换器c106可以与燃烧室c102的近端部分流体连通。再循环喷射器c116可以与热侧热交换器c106的下游部分和调节管道c122的近端部分和/或燃烧室c102的远端部分流体连通。在方框c154处,示例性方法c150可以包括将热量从热侧热交换器c106中的燃烧气体传递到多个热传递区域,多个热传递区域分别与热侧热交换器c106的对应半环形部分具有热传递关系。在方框c156处,示例性方法c150可以包括使燃烧气体旋流通过限定再循环路径c104的至少一部分的调节管道c122。调节管道c122可以与再循环喷射器c116的下游部分和燃烧室c102的远端部分流体连通。在方框c158处,示例性方法c150可以另外包括燃烧燃料和/或燃烧气体的至少一部分。燃料和/或燃烧气体可在燃烧室c102中燃烧。在一些实施例中,燃烧的至少一部分可在热侧热交换器c106内发生。
在一些实施例中,在方框c160处,示例性方法c150可以包括将进气喷射到再循环路径c104中。进气可以通过与再循环路径c104流体连通的进气路径c118被喷射。例如,再循环喷射器c116可包括限定进气路径c118的至少一部分的动力路径。在方框c162处,示例性方法可以另外包括至少部分地通过例如通过再循环喷射器c116的动力路径将进气喷射到再循环路径c104中,夹带和/或加速循环通过再循环路径c104的燃烧气体。在方框c164处,示例性方法还可以包括将一部分燃烧气体作为排气从再循环路径c104排出。排气可通过排气路径c120排出,并且排气路径c120可与再循环路径c104流体连通。在一些实施例中,排气路径c120可以至少部分地由再循环喷射器c116限定。排气可以优先从进气路径c118与再循环路径c104流体连通的位置的上游的再循环路径c104排出。
在方框c166处,示例性方法可以另外包括预热流过进气路径c118的进气。通过与进气路径c118具有热传导关系的排气路径c120,可以至少部分地使用流过排气路径c120的排气来预热进气。例如,在一些实施例中,可以至少部分地使用回热器c124来预热进气。回热器c124可以限定进气路径c118的至少一部分和排气路径c120的至少一部分,从而在排气路径c120和进气路径c118之间提供热传导关系。附加地或替代地,通过与进气路径c118具有热传导关系的再循环路径c104,可以至少部分地使用流过再循环路径c104的燃烧气体来预热进气。随着回热器c124与再循环喷射器c116流体连通,示例性方法c150可以包括通过排气路径c120使燃烧气体从再循环路径c104在再循环喷射器c116处流入回热器c124,并且使进气从进气流动路径c118在回热器c124处流入再循环喷射器c116。排气路径c120可以优选地位于进气路径c118的上游。
在示例性实施例中,在方框c154处从热侧热交换器c106中的燃烧气体传递热量可以包括将热量传递到工作流体本体c108。工作流体本体c108可以包括固体和/或至少部分由固体限定的流体路径中的流体。传递到工作流体本体c108的热量可以来自流过至少部分地由热侧热交换器c106限定的多个加热流体路径的燃烧气体。热量可以被传递到与多个加热流体路径的对应部分具有热传导关系的多个热传递区域中的相应热传递区域。工作流体本体c108可以包括多个工作流体路径,并且示例性方法c150可以包括当从热侧热交换器c106向其传递热量时使流体流过工作流体路径。在一些实施例中,工作流体路径可与闭式循环发动机c002的活塞室和再生器流体连通,并且示例性方法可包括使流体在再生器和活塞室之间交替地流过工作流体路径。
在示例性实施例中,在方框c158处燃烧燃料和/或燃烧气体的至少一部分可以包括在燃烧室c102和/或热侧热交换器c106的加热流体路径中燃烧燃料和燃烧气体的至少一部分。燃料可由与燃烧室c102流体连通的燃料喷嘴供应。在方框c152处循环通过燃烧室c102和/或再循环路径c104的燃烧气体可以是流入燃烧室c102的总燃烧气体的10%到90%,并且剩余的燃烧气体可以作为排气而通过排气路径c120从再循环路径c104排出。应当理解,被再循环的燃烧气体的比例可以取决于加热器本体c100的操作条件和/或构造而变化。例如,被再循环的燃烧气体的比例可以在启动和稳态条件之间变化。此外,在一些实施例中,加热器本体c100可以不具有再循环路径或者可以关闭再循环路径,以利用100%的进气进行燃料的燃烧。
现在参考图4.1.6A和4.1.6B,将描述限定加热器本体c100的至少一部分的示例性整体本体。示例性整体本体可以形成为一个单一的整体本体。整体本体的各个部分有时被称为整体本体部分。附加地或替代地,示例性整体本体可以包括可组合以形成整体本体的多个段。这种段在本文中有时被称为整体本体段。如图4.1.6A和4.1.6B所示,示例性加热器本体c100可以包括燃烧器本体c400、燃料注入器本体c401、热侧热交换器本体c600、喷射器本体c300、回热器本体c500、和/或工作流体本体c108。燃烧器本体c400、燃料注入器本体c401、热侧热交换器本体c600、喷射器本体c300、回热器本体c500和/或工作流体本体c108可以分别限定加热器本体c100的整体本体部分和/或加热器本体c100的整体本体段。
示例性加热器本体c100可包括燃烧器本体c400。燃烧器本体c400可包括限定燃烧室c102的至少一部分的燃烧室本体c402。燃烧室本体c402和/或燃烧室c102可以围绕轴线c204环形地设置。燃烧器本体c400可另外包括调节管道本体c404,其限定周向包围燃烧室c102的调节管道c122的至少一部分。燃烧室本体c402和调节管道本体c404可以在加热器本体c100的远端部分处与加热器本体c100整体集成,使得调节管道可以在燃烧室c102的远端部分处与燃烧室c102流体连通。例如,调节管道本体c404可以与燃烧室本体c402整体集成。替代地,燃烧室本体c402和调节管道本体c404可以限定能够可操作地联接到彼此、和/或联接到加热器本体c100或其另一整体本体段的整体本体段,以便提供一体形成的燃烧器本体c400。
示例性加热器本体c100可以附加地或替代地包括燃料注入器本体c401。燃料注入器本体c401可以在加热器本体c100的远端部分c202处(例如在燃烧室c102的远端部分c202处)与加热器本体c100整体集成。例如,燃料注入器本体c401可以与燃烧器本体c400(例如,与燃烧室本体c402和/或调节管道本体c404)整体集成。替代地,燃料注入器本体c401和燃烧器本体c400(例如,燃烧室本体c402和/或调节管道本体c404)可以限定能够可操作地联接到彼此、和/或联接到加热器本体c100或其另一整体本体段的整体本体段。
示例性加热器本体c100可以附加地或替代地包括热侧热交换器本体c600。热侧热交换器本体c600可包括多个加热流体路径和多个热传递区域。多个加热流体路径可以围绕与多个加热流体路径流体连通的入口气室周向间隔开。在一些实施例中,多个加热流体路径中的相应加热流体路径可限定螺旋路径。多个热传递区域中的相应热传递区域可与多个加热流体路径的对应半环形部分具有热传递关系。
热侧热交换器本体c600可以在加热器本体c100的近端部分c200处与加热器本体c100整体集成,使得燃烧室c102可以在燃烧室c102的近端部分c200处与多个加热流体路径流体连通。例如,热侧热交换器本体c600可以与燃烧器本体c400(例如,与燃烧室本体c402和/或调节管道本体c404)整体集成。替代地,热侧热交换器本体c600和燃烧器本体c400(例如,燃烧室本体c402和/或调节管道本体c404)可以限定能够可操作地联接到彼此、和/或联接到加热器本体c100或其另一整体本体段的整体本体段。
示例性加热器本体c100可以附加地或替代地包括喷射器本体c300。喷射器本体c300可以与热侧热交换器本体c600和/或燃烧器本体c400(例如,调节管道本体c404)整体集成,使得多个加热流体路径可以与由喷射器本体c300限定的引出路径的径向或同心向外部分流体连通。在一些实施例中,示例性加热器本体c100可包括再循环环本体c302,其被构造为在热侧热交换器本体c600的多个加热流体路径和燃烧器本体c400(例如,调节管道本体c404)之间提供流体连通。
示例性加热器本体c100可以附加地或替代地包括回热器本体c500。回热器本体c500可以与喷射器本体c300整体集成。在一些实施例中,示例性加热器本体c100可包括进气环本体c502、排气环本体c504和/或动力环本体c506。进气环本体c502可以与回热器本体c500整体集成,使得进气环本体c502和回热器本体c500限定进气路径c118的至少一部分。排气环本体c504可以与回热器本体c500整体集成,使得排气环本体c504和回热器本体c500限定排气路径c120的至少一部分。动力环本体c502可以与回热器本体c500和喷射器本体c300整体集成,使得动力环本体在回热器本体c500和喷射器本体c300之间限定进气路径c118的至少一部分。
示例性加热器本体c100可以附加地或替代地包括工作流体本体c108。工作流体本体c108可以包括从热侧热交换器本体c600接收热输入的任何一个或多个本体。示例性工作流体本体c108可以包括一个或多个活塞本体c700和/或一个或多个再生器本体c800。示例性工作流体本体c108可以附加地或替代地包括一个或多个工作流体路径c110,例如与至少一个活塞本体c700和/或至少一个再生器本体c800流体连通的一个或多个工作流体路径c110。工作流体本体c108可以与热侧热交换器本体c600整体集成。在一些实施例中,工作流体本体c108可以限定多个工作流体路径的至少一部分。附加地或替代地,在一些实施例中,热侧热交换器本体c600可以限定多个工作流体路径的至少一部分。
如图4.1.6B所示,示例性整体本体可以包括多个整体本体段。加热器本体c100可以包括参考图4.1.6A描述的作为整体本体部分或整体本体段提供的任何一个或多个元件。示例性加热器本体c100可以包括如图4.1.6B所示的整体本体段的布置;然而,其他组合和布置是预期的,并且整体本体段的任何组合或布置都在本公开的范围内。如图4.1.6B所示,加热器本体c100可以包括第一整体本体段c056、第二整体本体段c058和第三整体本体段c060。
第一整体本体段c056可以包括燃烧器本体c400。附加地或替代地,第一整体本体段c056可以包括燃料注入器本体c401。第二整体本体段c058可以包括限定第二整体本体段c058的第一整体本体部分的喷射器本体c300、限定第二整体本体段c058的第二整体本体部分的回热器本体c500、限定第二整体本体段c058的第三整体本体部分的再循环环本体c302、限定第二整体本体段c058的第四整体本体部分的进气环本体c502、限定第二整体本体段c058的第五整体本体部分的排气环本体c506、和/或限定第二整体本体段c058的第六整体本体部分的动力环本体c506、以及这些的子组合。
第三整体本体段c060可以包括限定第三整体本体段c060的第二整体本体部分的热侧热交换器本体c600,以及限定第三整体本体段c060的第二整体本体部分的工作流体本体c108。在其他实施例中,第一整体本体段c056、第二整体本体段c058和/或第三整体本体段c058可分别包括前述整体本体部分的任何子组合,分别提供为相应整体本体段的整体本体部分或作为分离的整体本体段。
现在参考图4.1.7、4.1.8A-4.1.8G、4.1.9和4.1.10,将描述关于加热器本体c100(例如整体加热器本体c100)和/或构成加热器本体c100的一个或多个整体本体段的进一步示例性实施例。加热器本体c100和/或整体本体段可包括允许加热器本体c100在相对升高的温度下进行操作的一个或多个特征。例如,这样的特征可以包括一个或多个热屏蔽件c127、一个或多个热捕获路径c133和/或一个或多个热膨胀接头c135,如本文中分别描述的。这样的特征可以允许闭式循环发动机(诸如斯特林发动机)以改进的温度比(THot,发动机/TCold,环境)和/或改进的卡诺效率进行操作。例如,在一些实施例中,包括根据本公开构造的加热器本体c100的闭式循环发动机可以呈现出约2至约4(例如至少约2,例如至少约3,或例如至少约3.5)的温度比。附加地或替代地,包括根据本公开构造的加热器本体c100的闭式循环发动机可呈现出改进的卡诺效率,例如40%至约60%,例如约50%至约70%,例如约60%至约70%,例如约60%至约80%;例如至少约50%,例如至少约60%,例如至少约65%的卡诺效率。这种改进的温度比和/或改进的卡诺效率可以至少部分归因于根据本公开构造的加热器本体c100。作为示例,一个或多个热屏蔽件c127、一个或多个热捕获路径c133和/或一个或多个热膨胀接头c135可以允许加热器本体c100在升高的温度下进行操作,从而增加热力发动机的热侧和冷侧之间的温差,并且热能到机械功的对应转换有效地赋予这种温度比和/或这种卡诺效率。
在一些实施例中,整体加热器本体c100的一个或多个部分和/或构成加热器本体c100的一个或多个整体本体段可包括热屏蔽件c127。热屏蔽件c127可以被构造为使加热器本体c100的一个或多个部分与加热器本体c100内的热源绝缘和/或屏蔽。例如,热源可以包括循环通过再循环路径c104的燃烧火焰和/或燃烧气体,和/或成为被燃烧火焰和/或燃烧气体加热的加热器本体c100的部分。附加地或替代地,热屏蔽件c127可以提供散热器以吸收和/或消散热量,例如来自循环通过再循环路径c104的燃烧火焰和/或燃烧气体的热量。图4.1.7示出了热屏蔽件c127的各种示例性位置。
如图所示,在一些实施例中,热屏蔽件c127可以围绕加热器本体c100的外部区域设置。例如,第一热屏蔽件c127A可以周向包围热侧热交换器c106的至少一部分和/或工作流体本体c108的至少一部分,例如热侧热交换器c106的向外部分和/或工作流体本体c108的向外部分。第一热屏蔽件c127A可围绕热侧热交换器c106的环形或半环形部分和/或工作流体本体c108的环形或半环形部分设置。
附加地或替代地,第二热屏蔽件c127B可以围绕加热器本体c100的向内部分设置,例如加热器本体c100的向内环形部分或加热器本体c100的向内半环形部分。如图所示,第二热屏蔽件c127B可以围绕热侧热交换器c106和/或工作流体本体c108的向内环形或半环形部分设置。第二热屏蔽件c127B可以附加地或替代地围绕热侧热交换器c106和/或工作流体本体c108的径向部分(例如上部径向部分(如图所示)和/或下部径向部分)设置。第二热屏蔽件c127B可以遵循热侧热交换器c106和/或工作流体本体c108的外形或轮廓。第二热屏蔽件c127C可以设置在热侧热交换器c106和再循环喷射器c116之间。
除了第一热屏蔽件c127A和第二热屏蔽件C127B之外或替代第一热屏蔽件c127A和第二热屏蔽件C127B,加热器本体c100可包括围绕燃烧器本体c400的至少一部分设置的第三热屏蔽件c127C。例如,第三热屏蔽件c127可以周向包围燃烧室c102的至少一部分,例如燃烧室c102的近端部分c200。
应当理解,图4.1.7中所示的热屏蔽件c127的位置是作为示例提供的,而不是限制性的。事实上,热屏蔽件c127可以设置在加热器本体c100的任何期望位置处。热屏蔽件c127的其他示例性位置可包括排气本体c504、热回收本体c500、动力环本体c506、调节管道本体c404、喷射器本体c300、再生器本体c800、活塞本体c700和/或再循环环本体c302。
如参考图4.1.3B所讨论的,热屏蔽件可以包括冷却套c128,空气可以例如从进气环c216流过该冷却套c128。附加地或替代地,在一些实施例中,热屏蔽件c127可包括绝缘材料c129,例如图4.1.8A-4.1.8G中所示。在示例性实施例中,绝缘材料c129可以由增材制造材料(例如与用于增材制造包括绝缘材料c129的加热器本体c100或整体本体段的材料相同或不同的材料)形成。在示例性加热器本体c100的操作期间,辐射热可以表示重要的热传递源。例如,与内壁c130和外壁c132之间的气隙相比,绝缘材料c129可以减小热屏蔽件c127的视角因子。然而,在一些实施例中,热屏蔽件c127可以包括绝缘材料c129和空气套c128,这也可以提供改进的视角因子。例如,如图4.1.7所示,第一热屏蔽件c127A可以包括绝缘材料c129和空气套c128。示例性绝缘材料c129在加热器本体c100的相对部分之间(例如在内壁c130和外壁c132之间)提供为零的视角因子。
在一些实施例中,如图4.1.8A和4.1.8C-4.1.8G所示,热屏蔽件c127的绝缘材料c129可以包括辐射热屏蔽件c129A。辐射热屏蔽件c129A可以包括被构造为屏蔽外壁c132免受来自内壁c130的辐射热(反之亦然)的任何增材打印的结构。在一些实施例中,例如如图4.1.8A所示,三维晶胞,例如三维晶胞阵列。这样的晶胞可以具有任何期望的形状,包括多面体晶胞、圆锥形晶胞、球形晶胞和/或圆柱形晶胞。辐射热屏蔽件c129中的晶胞可以包括开孔和/或闭孔。如图4.1.8D-4.1.8G所示,辐射热屏蔽件可以包括形成为基本上独立的附加结构的细长屏蔽元件,例如倾斜的细长附加结构(图4.1.8D)、水平的细长附加结构(图4.1.8E)和/或竖直的附加结构(图4.1.8F和4.1.8G)。如图所示,辐射热屏蔽件C129A可以包括一个或多个细长屏蔽元件,包括少于五(5)个的细长屏蔽元件(图4.1.8F)和/或少于二(2)个的细长屏蔽元件(图4.1.8G)。
辐射热屏蔽件c129A可以设置在加热器本体c100的任何部分内,例如在内壁c130和外壁c132之间。辐射热屏蔽件c129A可以是增材制造的结构,其可以形成为用于形成加热器本体c100或限定加热器本体c100的一部分的整体本体段的增材制造处理的一部分。辐射热屏蔽件c129A可以与加热器本体c100的相邻材料一体地形成。在示例性实施例中,辐射热屏蔽件c129可以在加热器本体c100的相对部分之间(例如在内壁c130和外壁c132之间)提供为零的视角因子。
在一些实施例中,辐射热屏蔽件c129A可具有约100微米至约5,000微米(例如约750微米至约2,000微米,例如约1,000微米至约1,500微米)的横截面厚度。在一些实施例中,辐射热屏蔽件c129A可包括具有厚度为约50微米至约500微米(例如约125微米至约250微米)的壁的晶胞。
热传导柱c131可以将辐射热屏蔽件c129A与加热器本体c100的相邻部分(例如与如图所示的内壁c130和外壁c132)整体连接。传导柱c131可以附加地或替代地提供辐射热屏蔽件和加热器本体c100的相邻部分之间的分离。可以至少部分地选择热传导柱c131的尺寸和/或数量,以增强辐射热屏蔽件c129A和相邻本体c100之间的传导热传递速率。例如,相对小的、间隔不频繁的传导柱c131可以定位在辐射热屏蔽件c129A的热侧上。附加地或替代地,相对大的、规则间隔的传导柱c131可以至少部分地定位,以将热量从辐射热屏蔽件c129A传导地传输到加热器本体c100的期望部分。例如,这样的传导柱c131可以被构造和布置成将热量从辐射热屏蔽件c129A传输到再循环喷射器c116,其中可以有利地利用热量来预热进气和/或再加热循环通过再循环路径c104的燃烧气体。
在一些实施例中,如图4.1.8B所示,绝缘材料c129可以包括粉末材料c129B,例如增材制造粉末材料。粉末材料c129B可以与用于增材制造加热器本体c100和/或其整体本体段的粉末材料相同。粉末材料c129B可以是未烧结的或部分烧结的。相对于加热器本体c100的固化材料,粉末材料c129B可呈现出较低的热导率。在一些实施例中,如图4.1.8C所示,绝缘材料c129可以包括由辐射热屏蔽件(例如,晶胞的三维阵列)c129A和围绕辐射热屏蔽件c129A填隙地设置的粉末材料(增材制造粉末材料)c129B构成的组合式粉末辐射热屏蔽件c129C。在一些实施例中,辐射热屏蔽件c129的闭孔可包括限定粉末辐射热屏蔽件c129C的粉末材料c129B。附加地或替代地,辐射热屏蔽件c129A的开孔可包括限定粉末辐射热屏蔽件c129C的粉末材料c129B。
粉末辐射热屏蔽件c129可以被至少部分地构造和布置成增强粉末辐射热屏蔽件c129C和相邻本体c100之间的热传递速率。例如,闭孔可用于提供传导热传递模态,和/或开孔可用于提供辐射热传递模态。粉末辐射热屏蔽件c129C可以被至少部分地构造和布置成将热量从粉末辐射热屏蔽件c129C传输到加热器本体c100的期望部分。例如,粉末辐射热屏蔽件c129C可以被构造和布置成将热量从热侧热交换器c106传输到工作流体本体c108,反之亦然。附加地或替代地,粉末辐射热屏蔽件c129C可以被构造和布置成将热量从热侧热交换器c106和/或工作流体本体c108传输到再循环喷射器c116,其中热量可以有利地用于预热进气和/或再加热循环通过再循环路径c104的燃烧气体。
现在参考图4.1.7和4.1.9,在一些实施例中,加热器本体c100可以包括一个或多个热捕获路径c133。一个或多个热捕获路径c133可以由加热器本体c100的整体结构和/或由构成加热器本体c100的一个或多个整体本体部分的整体结构限定。可以在加热器本体c100的任何期望位置处提供热捕获路径c133。热捕获路径c133可以被构造为传输热捕获流体。如本文所用,术语“热捕获流体”包括通过热捕获路径c133传输的任何合适的流体,在加热器本体c100的操作期间,该任何合适的流体具有低于旨在被热捕获路径c133中的流体冷却的加热器本体c100的一部分的温度。
热捕获路径c133可以从加热器本体c100的一个或多个区域捕获热量。在一些实施例中,热捕获路径c133可以包括流动路径,该流动路径被构造为使设置在热捕获路径c133内的流体流动到加热器本体c100的相对较热的区域,例如从加热器本体c100的径向或同心向外部分流动到加热器本体c100的径向或同心向内部分,和/或从加热器本体c100的远端部分流动到加热器本体c100的近端部分。作为示例,热捕获路径c133可包括构造成使流体流向燃烧室c102和/或热侧加热器本体c106的上游部分的流动路径。附加地或替代地,热捕获路径c133可以冷却加热器本体c100的热部分,例如以维持合适的操作温度和/或保护用户或周围设备免受加热器本体c100的热部分的影响。
在示例性实施例中,热捕获流体可包括源自位于加热器本体c100中别处的流体路径的处理流体,例如从加热器本体c100的初级流动路径c121提取的流体。例如,热捕获流体可包括处理气体,例如进气、排气、燃烧气体和/或燃料。这种燃烧气体可包括进气、燃料、未燃烧或部分燃烧的燃烧气体c428、和/或排气的组合。进气可以从进气路径c118供应到与进气路径c118流体连通的热捕获路径c133。排气可以从排气路径c120供应到与排气路径c120流体连通的热捕获路径c133。燃烧气体可以从再循环路径c104供应到与再循环路径c104流体连通的热捕获路径c133。燃料可以从燃料供应管路供应到与燃料供应管路流体连通的热捕获路径c133。
在一些实施例中,热捕获路径c133可以被构造成在已经被用于向加热器本体c100的位置提供冷却之后,将冷却流体排出到位于加热器本体c100中的其他地方的流体路径。例如,热捕获路径c133可以被构造为将冷却流体排出到沿加热器本体c100的初级流动路径c121的位置,例如排出到进气路径c118、排气路径c120、再循环路径c104,和/或燃料管路c103。热捕获路径c133可以将冷却流体排出到与从其获得冷却流体的初级流动路径c121的流动路径相同或不同的初级流动路径c121的流动路径。例如,利用进气进行冷却的热捕获路径c133可以排出到进气路径c118。附加地或替代地,利用进气进行冷却的热捕获路径c133可以排出到排气路径c120、再循环路径c104和/或燃料管路c103。利用燃烧气体、燃料和/或排气的热捕获路径c133可以排出到进气路径c118、排气路径c120、再循环路径c104和/或燃料管路c103。在一些实施例中,热捕获路径c133可以包括冷却套c128。附加地或替代地,热捕获路径c133可以与冷却套c128流体连通。
如本文所用,除了沿初级流动路径c121发生的热传递之外,术语“热捕获路径”包括被构造为从加热器本体c100的位置捕获热量和/或向加热器本体c100的位置提供冷却的任何流体路径。利用来自初级流动路径c121的流体的热捕获路径c133可以通过具有从加热器本体c100的一个或多个部分捕获热量和/或向加热器本体c100的一个或多个部分提供冷却的预期目的的热捕获路径c133与初级流动路径c121区分开,与初级流动路径c121的相应预期目的分离并分开,即使初级流动路径c121的部分固有地提供关于加热器本体c100的部分的热捕获和/或冷却。作为示例,利用来自初级流动路径c121的流体的热捕获路径c133可以横切加热器本体c100的与初级流动路径c121的部分不同的部分,从而从相对于初级流动路径c121位于其他地方的加热器本体c100的部分捕获热量,和/或向相对于初级流动路径c121位于其他地方的加热器本体c100的部分提供冷却。附加地或替代地,利用来自初级流动路径c121的流体的热捕获路径c133可具有分别与初级流动路径c121的不同部分流体连通的入口和出口。利用来自初级流动路径c121的流体的热捕获路径c133可以附加地或替代地与加热器本体c100的位置具有热传递关系,其中在加热器本体c100的操作期间,加热器本体c100的至少一个位置关于热捕获路径c133中的流体具有热传递关系,该热传递关系包括大于加热器本体c100的这种位置和初级流动路径c121之间的热传递关系的温度梯度的温度梯度。通过对比说明,再循环喷射器c116和/或回热器c124的相应流动路径沿再循环路径c104或排气路径c120流向它们相应的位置,从而与热捕获路径c133不同。
在一些实施例中,热捕获路径c133可以利用保持与初级流动路径c131流体分离的冷却流体。例如,热捕获路径c133可以利用例如来自冷冻机组件A40的冷冻机工作流体(例如,制冷剂),如本文所述。附加地或替代地,热捕获路径c133可以利用例如来自工作流体路径c110的发动机工作流体,如本文所述。
图4.1.7和4.1.9显示了示例性热捕获路径c133。如图所示,热捕获路径c133可以为加热器本体c100和发动机组件900的另一部分之间的接口提供冷却。热捕获路径c133可以向包括工作流体本体c108、活塞本体c700和/或再生器本体c800的加热器本体c100的一部分提供冷却。热捕获路径c133可以附加地或替代地向与工作流体本体c108、活塞本体c700和/或再生器本体c800接口的加热器本体c100的一部分提供冷却。热捕获路径c133还可以将热量返回到加热器本体c100,例如返回到加热器本体的内部加热器本体部分c100A,例如燃烧器本体c400。如图所示,热捕获路径c133可以向加热器本体c100和发动机本体c050之间的接口提供冷却。在一些实施例中,热捕获路径c133可以向与发动机本体c050接口的加热器本体c100的一部分提供冷却,例如向工作流体本体c108、活塞本体c700和/或再生器本体c800提供冷却。如图4.1.7所示,热捕获路径c133可以与进气路径c118流体连通,并且可以利用来自进气路径c118的进气。附加地或替代地,热捕获路径c133可以与冷却套c128流体连通并且可以利用流体,诸如来自冷却套c128的进气。
如图4.1.9所示,热捕获路径c133可以周向包围活塞室c112的至少一部分。热捕获路径c133的第一热捕获路径部分c133A可以围绕活塞室c112的第一半环形活塞室部分c112A周向流动。第二热捕获路径部分c133B可以围绕第二半环形活塞室部分c112B周向流动。第一热捕获路径部分c133A和第二热捕获路径部分c133B可以在活塞室c112的向内周边活塞室部分c112C处重聚和/或流体连通。如图所示,第一热捕获路径部分c133A和第二热捕获路径部分c133B在向内周边活塞室部分c112C处重聚,但没有流体连通。在一些实施例中,热捕获路径c133(例如,第一热捕获路径部分c133A和/或第二热捕获路径部分c133A)可以与热膨胀接头c135具有热传递关系。例如,如图所示,热捕获路径c133可以包括遵循热膨胀接头c135的周边的发夹c133D。
在一些实施例中,流过热捕获路径c133的流体可以与初级流动路径c121流体连通,并且流过热捕获路径c133的流体可以从热捕获路径c133排出到初级流动路径c121。如图所示,热捕获路径c133可以例如在燃烧室c104处与再循环路径c104流体连通。在一些实施例中,热捕获路径c133中的流体可以通过燃烧室c102的远端部分排出到燃烧室c104中。燃烧室c104的远端部分可以包括提供与热捕获路径c133的流体连通的多个开口。多个开口可包括周向包围涡流调节器c137和/或设置在涡流调节器c137周围的多个孔状开口c137A(图4.5.5D)。热捕获路径c133可以横切燃烧室C102A的远端部分的至少一些,从而向燃烧室c102提供冷却。在一些实施例中,热捕获路径c133可以包括围绕燃烧室C102A的远端部分(图4.5.5D)设置的多个螺旋热捕获路径c133E。在一些实施例中,热捕获路径c133中的热捕获流体可与加热器本体c100的一部分具有热传递关系,该热传递关系将能够在操作期间超过阈值温度,例如关于熔化温度确定的阈值温度,而热捕获流体进行操作,以在操作期间将加热器本体c100的这种部分保持在这种阈值温度以下。
现在参考图4.1.10,在一些实施例中,加热器本体c100和发动机本体c050之间的接口可以包括发动机-加热器联接器c137。在一些实施例中,发动机-加热器联接器c139可以包括被构造为将加热器本体法兰c143和发动机本体法兰c145彼此联接的配件c141,例如三夹配件或任何其他合适的配件。垫圈c147可以设置在加热器本体法兰c143和发动机本体法兰c145之间。热捕获路径c133可以从包括加热器本体法兰c143的加热器本体c100的区域捕获热量,和/或向包括加热器本体法兰c143的加热器本体c100的区域提供冷却。从加热器本体c100的这种区域捕获的热量可以返回到加热器本体的另一部分,从而防止热量损失到发动机本体c050,发动机本体c050可以包括闭式循环发动机的冷侧。虽然图4.1.10中所示的实施例描述了配件c141,但也可以考虑其他类型的配件。配件c141可以允许由于来自加热器本体c100的热量以及加热器本体c100和发动机本体c050之间的温差而导致的热膨胀。
在一些实施例中,发动机-加热器联接器c137可以包括至少部分地由聚合材料(例如硅树脂、氟硅树脂、碳氟化合物、丁腈橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯丙烯二烯单体橡胶(EPDM)、聚酰胺、芳纶纤维-聚合层压板、碳纤维-聚合层压板、石墨-聚合层压板等)形成的垫圈c147。由聚合材料形成的这种垫圈可以有利地具有相对低的热导率,这可以减少从加热器本体c100到发动机本体c050的热损失。附加地或替代地,发动机-加热器联接器c137可利用包括非聚合材料(例如陶瓷或金属材料)的垫圈c147。例如,垫圈c147可以包括金属合金、陶瓷、蛭石、编织或压缩石墨、陶瓷纤维、玻璃纤维等。
在一些实施例中,由热捕获路径c133提供的冷却可以允许存在于加热器本体c100和发动机本体c050之间的接口处的温度保持在适合使用至少部分地由聚合材料形成的垫圈c147的范围内。在一些实施例中,加热器本体c100的至少一部分可超过垫圈c147的最大操作温度,而包括加热器本体法兰c143的加热器本体c100的区域可在垫圈c147的最大操作温度内。包括加热器本体法兰c143的加热器本体c100的区域可以至少部分地通过由热捕获路径c133提供的冷却而维持在垫圈c147的最大操作温度以下。在一些实施例中,如果不是因为由热捕获路径c133提供的冷却,这种聚合材料将至少部分地由于加热器本体c100的温度超过垫圈c147的最大操作温度而不适合用于发动机-加热器联接器c137。这种最大操作温度可由垫圈制造商和/或行业标准组织(例如ASTM)指定。这种聚合材料还可以在加热器本体c100和发动机本体c050之间的接口处提供一定程度的柔性和振动吸收。
作为示例,在一些实施例中,加热器本体c100的至少一部分可以呈现出超过约400C(例如至少约500C,例如至少约600C,例如至少约700C,或例如至少约800C)的操作温度。同时,虽然加热器本体的至少一部分呈现出上述操作温度,但在一些实施例中,包括加热器本体法兰c143的加热器本体c100的区域可以呈现出至少低于600C(例如至少低于500C,例如至少低于400C,例如至少低于300C,或例如至少低于200C)的操作温度。
在一些实施例中,包括加热器本体法兰c143的加热器本体c100的区域可呈现出比加热器本体c100的另一区域(例如工作流体本体c108)低至少约50C的操作温度。例如,包括加热器本体法兰c143的加热器本体c100的区域可以比包括工作流体本体c108的加热器本体c100的区域低至少约50C,例如比包括工作流体本体c108的加热器本体c100的这种区域低至少约75C,例如低至少约100C、例如低至少约200C、例如低至少约300C、或例如低至少约400C。这种操作温度的温差可至少部分归因于由热捕获路径c133中的冷却流体提供的冷却。
现在参考图4.2.1A和4.2.1B以及4.2.2A和4.2.2B,将描述示例性燃烧器本体c400。当前公开的燃烧器本体c400可以限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的一部分。例如,燃烧器本体c400可以限定整体本体或整体本体段的至少一部分。这种整体本体或整体本体段可限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的至少一部分。附加地或替代地,当前公开的燃烧器本体c400可以被提供为分离部件,无论是与加热器本体c100、闭式循环发动机c002结合使用,还是与加热器本体c100或闭式循环发动机c002相关或无关的任何其他设定结合使用。燃烧器本体c400的至少一部分可限定燃烧室c102和/或调节管道c122。虽然图中描绘的加热器本体c100可显示一个燃烧器本体c400和/或一个燃烧室c102和/或一个调节管道c122,但应理解,加热器本体c100可包括多个燃烧器本体c400和/或多个燃烧室c102和/或多个调节管道c122。例如,加热器本体c100可包括一个或多个燃烧器本体c400,和/或燃烧器本体c400可包括一个或多个燃烧室c102和/或一个或多个调节管道c122。示例性加热器本体c100和/或燃烧器本体c400可以被构造用于单级燃烧和/或多级燃烧。被构造用于多级燃烧的加热器本体c100和/或燃烧器本体c400可以包括两个、三个、四个或更多个燃烧区。
如图所示,示例性燃烧器本体c400可包括燃烧室c102和周向包围燃烧室c102的至少一部分的调节管道c122。燃烧室c102可以围绕轴线c204环形设置,或者燃烧室可以偏离轴线c204的中心。在一些实施例中,多个燃烧室c102可以围绕轴线c204周向间隔开。燃烧室c102可包括环形燃烧室壁c406。环形燃烧室壁c406的向内部分可限定燃烧室c102的至少一部分。调节管道c122可以包括周向包围燃烧室c122的向外环形调节管道壁c408和周向包围向外环形调节管道壁c408的向内环形调节管道壁c410。环形燃烧室壁c406的向外部分可限定向内环形调节管道壁c410的至少一部分。环形燃烧室壁c406的向内部分和环形燃烧室壁c406的向外部分可在燃烧室c102的远端c202处彼此邻接。
燃烧室c102可包括围绕燃烧室c102的近端部分c202设置的燃烧室出口c412。例如,燃烧室出口c412可围绕环形燃烧室壁c406的近端部分设置。燃烧室c102可以包括单个燃烧室出口c412或多个燃烧室出口c412,并且燃烧室出口c412可以倾斜于燃烧室c102。例如,多个燃烧室出口c412可以围绕燃烧室c102的近端部分c202(例如围绕环形燃烧室壁c406的近端部分c202)周向间隔开。
调节管道c122可以在燃烧室c102的远端部分处与燃烧室c102流体连通。调节管道c122可以包括围绕调节管道c122的近端部分c202设置的调节管道入口c414。例如,调节管道入口c414可以围绕向外环形调节管道壁c408的近端部分设置。调节管道c122可以包括单个调节管道入口c414或多个调节管道入口c414,并且调节管道入口c414可以倾斜于调节管道c120。例如,多个调节管道入口c414可以围绕调节管道c122的近端部分c202(例如围绕向外环形调节管道壁c408的近端部分c202)周向间隔开。
向内环形调节管道壁c410可以至少部分地由环形燃烧室壁c406限定。在一些实施例中,向内环形调节管道壁c410的一部分可以与环形燃烧室壁c406分开,使得向内环形调节管道壁c410和环形燃烧室壁c406在它们之间限定绝缘空间(未示出)。例如,向内环形调节管道壁c410的中间部分可以与环形燃烧室壁c406分离,以便限定这样的绝缘空间。
如图4.2.1A和4.2.1B所示,调节管道c122可以限定再循环路径c104的至少一部分。由调节管道c122限定的再循环路径c104的部分有时可称为调节管道路径c416。调节管道路径c416可以至少部分地由向内环形调节管道壁c410和向外环形调节管道壁c408限定。
在示例性实施例中,一个或多个调节管道入口c414可以围绕调节管道c122的近端部分c200设置,并且定向为倾斜于调节管道c122。例如,一个或多个调节管道入口c414可以倾斜于向外环形调节管道壁c408和/或向内环形调节管道壁c410。一个或多个调节管道入口c414可分别包括与调节管道c122流体连通的动力路径c418和引出路径c420。如图4.2.1A和4.2.1B所示,多个调节管道入口c412可以包括围绕调节管道c122周向间隔开的多个动力路径c418和多个引出路径c420。
动力路径c418(或多个动力路径c418)和引出路径c420(或多个引出路径c420)可以至少部分地由喷射器本体c300限定。动力路径c418或多个动力路径限定进气路径的一部分,并且引出路径或多个引出路径限定再循环路径的一部分。引出路径c420和动力路径c418可以彼此相邻,使得流过动力路径c418的进气可以加速和夹带来自引出路径c420的燃烧气体,从而将循环燃烧气体移动到调节管道c122中。动力路径c418和引出路径c420优选地定向为倾斜于调节管道c122(例如,倾斜于向外环形调节管道壁c408和/或向内环形调节管道壁c410),使得流入调节管道的进气和燃烧气体可以容易地建立通过调节管道c122的螺旋状流动模式。
在示例性实施例中,一个或多个燃烧室出口c412可围绕燃烧室c102的近端部分c200设置并且定向为倾斜于燃烧室c102。例如,一个或多个燃烧室出口c412可以倾斜于环形燃烧室壁c406。一个或多个燃烧室出口c412可以与围绕燃烧室c102周向间隔开的对应多个燃烧气体路径c422流体连通。多个燃烧气体路径c422可以与燃烧室c102的相应部分流体连通。相应燃烧气体路径c422可以相对于燃烧室c102在径向、周向和/或切线方向上延伸。例如,相应燃烧气体路径c422可以从燃烧室径向或周向向外同心螺旋。相应燃烧气体路径c422可以相对于燃烧室和/或其纵向轴线c204沿螺旋或螺旋弧环形地或半环形地延伸。如图4.2.1A和4.2.1B所示,多个燃烧气体路径c422限定热侧热交换器本体c600的至少一部分。一个或多个调节管道入口c414和/或一个或多个燃烧室出口c412的倾斜定向可导致燃烧气体旋流通过调节管道c122,例如从调节管道c122的近端部分到调节管道c122的远端部分,并且通过燃烧室c102,从燃烧室c102的远端部分到燃烧室102的近端部分。
旋流燃烧气体可提供双向同轴涡流流场。当燃烧器本体c400包括调节管道c122时,调节管道c122在双向同轴涡流流场的向外部分和双向同轴涡流流场的向内部分之间提供分离,调节管道限定用于双向同轴涡流流场的向外部分的路径,并且燃烧室限定用于双向同轴涡流流场的向内部分的路径。由调节管道c122提供的双向同轴涡流流场的这种分离可以例如通过减少双向同轴涡流流场的向外部分和向内部分之间的剪切来增强燃烧动力学。
在一些实施例中,环形燃烧室壁c406可具有设置在其远端处的康达表面c424,其限定环形燃烧室壁c406的内环形部分和外环形部分之间的过渡。康达表面c424可以至少部分地可操作以将燃烧气体从调节管道c122吸入燃烧室c102。“康达表面”是指在这种弯曲表面的紧邻处产生减压区的弯曲表面。这种压降沿表面的外形夹带和加速流体,这有时称为“康达效应”。康达效应是一种现象,在这种现象中,流将自身附接到附近的表面并保持附接,即使表面弯曲远离初始流动方向。康达效应的特征是,流体倾向于紧密地流过表面,似乎“紧贴”或“拥抱”表面。因此,康达效应可用于改变燃烧气体旋流通过调节管道c122并进入燃烧室c122的方向。在这样做时,燃烧火焰c426可以被较冷的、未燃烧的或部分燃烧的燃烧气体c428流包围,从而形成将火焰c426与环形燃烧室壁c406分离的边界层。
在一些实施例中,燃烧器本体c400可以包括燃烧器帽c210,燃烧器帽c210轴向邻近调节管道c122的远端部分设置。燃烧器帽c210可以例如使用可插入螺栓孔c430中的螺栓(未示出)可操作地联接到燃烧器本体c400。替代地,燃烧器帽c210可以限定包括燃烧器本体c400的至少一部分的整体本体或整体本体段的一部分。作为又一替代,燃烧器帽c210可与燃烧器本体c400的至少一部分一体地形成。在示例性实施例中,燃烧器帽c210可以可操作地联接到调节管道本体c404,或者燃烧器帽c210可以限定调节管道本体c404的一部分,或者可以与调节管道本体c404一体地形成。
如图4.2.1A和4.2.1B所示,燃烧器帽c210包括限定再循环路径c104的一部分的向内燃烧器帽壁c432。包括向内燃烧器帽壁c432的再循环路径c104的部分可以在燃烧室c102的远端部分处提供调节管道c122和燃烧室c102之间的流体连通,并且燃烧器帽c210可以至少部分地可操作,以将燃烧气体从调节管道c122引导至燃烧室c102。燃烧器帽c210可轴向邻近调节管道c122和/或燃烧室c102的远端部分c202设置。
燃烧室c102和调节管道c122可以具有任何期望的形状。在各种实施例中,燃烧室c102可以具有包括圆柱体和/或截锥体的形状,并且调节管道c122可以具有包括圆柱体和/或截锥体的形状。如图4.2.1A和4.2.1B所示,燃烧室c102和调节管道c122分别具有圆柱形形状。在其他实施例中,具有圆柱体形状的燃烧室c102的一部分可以被具有圆柱体形状的调节管道c122的一部分和/或具有截锥体形状的调节管道c122的一部分周向包围。附加地或替代地,具有截锥体形状的燃烧室c102的一部分可以被具有圆柱体形状的调节管道c122的一部分和/或具有截锥体形状的调节管道c122的一部分周向包围。燃烧室c102和/或调节管道c122的这种截锥体形状可以在近端会聚和/或在近端发散。
作为示例,燃烧室c102的第一部分可具有包括圆柱体的第一形状,并且燃烧室c102的第一部分可被具有包括圆柱体和/或截锥体的第二形状的调节管道c122的第二部分周向包围。附加地或替代地,燃烧室c102的第三部分可具有包括圆柱体和/或截锥体的第三形状,并且燃烧室c102的第三部分可被具有包括圆柱体的第四形状的调节管道c122的第四部分周向包围。进一步附加地或替代地,燃烧室c102的第五部分可以具有包括在近端发散的截锥体的第五形状,并且燃烧室c102的第五部分可以被具有包括在近端会聚的截锥体和/或在近端发散的截锥体的第六形状的调节管道c122的第六部分周向包围。更进一步附加地或替代地,燃烧室c102的第七部分可以具有包括在近端发散的截锥体的第七形状,并且燃烧室c102的第七部分可以被具有包括在近端会聚的截锥体和/或在近端发散的截锥体的第八形状的调节管道的第八部分周向包围。
现在参考图4.2.1B,在一些实施例中,燃烧器本体c400可以包括一个或多个空气动力学特征c434。一个或多个空气动力学特征c434可以围绕燃烧室c102的至少一部分和/或调节管道c122的至少一部分(例如环形燃烧室壁c406(例如其向内表面和/或向外表面)、向外环形调节管道壁c408和/或向内环形调节管道壁c410)设置。一个或多个空气动力学特征c434可以被构造为例如通过旋流燃烧气体c428的流动来调节流过调节管道c122的燃烧气体c428的流动。附加地或替代地,一个或多个空气动力学特征c434可以被构造为例如通过旋流燃烧气体c428和/或火焰c426的流动来调节流过燃烧室c102的燃烧气体c428或火焰c426的流动。例如,一个或多个空气动力学特征c434可包括围绕燃烧室c102和/或调节管道c122设置的翅片、脊、凹槽、轮廓等。
一个或多个空气动力学特征c434可遵循沿燃烧室c102和/或调节管道c122的螺旋形定向。一个或多个空气动力学特征c434的螺旋形定向可帮助调节螺旋形路径中的燃烧气体c428和/或火焰c426的流动。例如,燃烧气体c428和/或火焰c426可以遵循至少部分地取决于一个或多个空气动力学特征c434的螺旋形定向的斜率的螺旋形路径。附加地或替代地,燃烧气体c428和/或火焰c426的这种螺旋形路径可取决于一个或多个空气动力学特征c434的尺寸、数量和/或间距。在示例性实施例中,一个或多个空气动力学特征c434可以提供双向同轴涡流流场,这可以增强火焰c426到热侧加热器本体c106的热传递和/或可以保护燃烧室壁c406不从火焰c426接收过多热量。
如图4.2.1B所示,一个或多个空气动力学特征c434可包括围绕环形燃烧室壁c406(例如其向外表面)设置的第一螺旋形调节脊c436。附加地或替代地,一个或多个空气动力学特征c434可包括围绕向内环形调节管道壁c410设置的第二螺旋形调节脊c438,和/或围绕向外环形调节管道壁c408设置的第三螺旋形调节脊c440。
仍然参考图4.2.1A和4.2.1B,燃烧器本体c400和/或燃烧室c102可以具有至少部分地基于期望火焰长度和/或对应燃烧时间来选择的轴向长度。在一些实施例中,燃烧时间可为1至10毫秒,例如2至4毫秒。燃烧时间可以是至少1毫秒、至少2毫秒或至少5毫秒。燃烧时间可以小于10毫秒、小于7毫秒或小于3毫秒。
火焰c426可具有延伸燃烧室c102的全部或一部分的轴向长度。在一些实施例中,火焰c426可延伸通过一个或多个燃烧室出口c412并进入热侧热交换器c106。热侧热交换器c106可包括工作流体路径c110;然而,在一些实施例中,可以从热侧热交换器c106的径向或同心向内部分省略工作流体路径c110,以促进火焰c426流入热侧热交换器c106。热侧热交换器c106的这种径向向内部分可以限定燃烧区,其中可在热侧热交换器c106中发生燃烧。例如在火焰从燃烧室延伸到热侧热交换器c106中的情况下,在热侧热交换器中发生的燃烧可以表示在燃烧室c102中发生的燃烧的延伸。热侧热交换器c106的径向向内部分可以附加地/或替代地支持与在燃烧室c10中发生的燃烧分离且不同的稳定燃烧。例如,燃烧室中的第一火焰c426可以在热侧热交换器c106的上游熄灭,并且第二火焰c426可以在热侧热交换器c106的径向向内部分中建立并稳定。
热侧热交换器c106的径向向内部分有时可称为第二燃烧室c448,在这种情况下,燃烧室c102可称为第一燃烧室c102。在一些实施例中,火焰c426可以延伸到燃烧室c448中。附加地或替代地,第二火焰c426可存在于第二燃烧室c448中,限定与第二燃烧室c448中的燃烧区分离的燃烧区可包括围绕燃烧室c102周向间隔开的多个燃烧翅片c450。燃烧翅片c450可以占据被构造用于发生稳定燃烧的热侧热交换器c106的区域。燃烧可发生在热侧热交换器c106的区域中,其中燃烧翅片c450至少部分地通过在操作期间将燃烧翅片c450加热到足够高的温度来定位,以防止火焰熄灭和/或促进延长的火焰长度。
多个燃烧翅片c450可以相对于燃烧室c102和/或其纵向轴线c204同心地螺旋。多个燃烧翅片c450可以被构造和布置为螺旋或螺旋弧,其相对于燃烧室c102和/或其纵向轴线c204环形地或半环形地设置。燃烧翅片c450可以彼此同心嵌套。同心嵌套的燃烧翅片c450可以被构造为基本同心的螺旋阵列和/或基本同心的螺旋弧阵列。作为示例,例如在基本同心的螺旋或螺旋弧阵列中,螺旋或螺旋弧可以对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线或方螺旋,以及这些的组合中的至少一部分。
相应燃烧气体路径c422的上游部分可在围绕燃烧室c102的周边的相应周向位置处与燃烧室c102流体连通。相应燃烧气体路径c422的下游部分可与热侧热交换器c106的对应加热流体路径c602流体连通(例如图4.4.2A、4.4.2B、4.4.3A和4.4.3B)。这种燃烧翅片c450可以同时限定第二燃烧室c448的至少一部分和热侧热交换器c106的至少一部分。燃烧翅片c450可能变得红热,促进第二燃烧室c448内的持续燃烧火焰。第二燃烧室c448可以允许燃烧以更接近化学计量空气燃料比的空气燃料比发生。
燃烧器本体c400可包括构造成在贫燃环境中燃烧燃料的燃烧室c102的一个或多个特征和/或调节管道c122的一个或多个特征。例如,调节管道c122可包括一个或多个调节管道入口c414,其尺寸被构造成为贫燃环境提供足够的燃烧气流。附加地或替代地,燃烧室c102的一个或多个特征可包括一个或多个燃烧室出口,其尺寸被构造成为贫燃环境提供足够的燃烧气流。燃烧器本体c400可包括一个或多个燃料喷嘴,并且一个或多个燃料喷嘴可被构造为提供足以用于贫燃环境的燃料流。
关于一个或多个调节管道入口c414,贫燃环境可由一个或多个动力路径c418和/或一个或多个引出路径c420提供。一个或多个动力路径c418的尺寸可被构造成从进气路径c118向调节管道c122和/或燃烧室c102供应足够的进气,以提供贫燃环境。附加地或替代地,一个或多个动力路径c418的尺寸可被构造成加速和夹带来自再循环路径c104的足够的燃烧气体,以提供贫燃环境。一个或多个引出路径c420的尺寸可被构造成再循环来自再循环路径c104的足够的燃烧气体,以提供贫燃环境。
贫燃环境的特征在于当量比,当量比是实际燃料空气比与化学计量燃料空气比之比。示例性贫燃环境可包括0.6至1.0的当量比,例如0.7至0.8的当量比。当量比可以是至少0.6,例如至少0.8。当量比可以小于1.0,例如小于0.7。示例性贫燃环境可包括按质量计从40:1到90:1,或按质量计从55:1到75:1的空气燃料比。空气燃料比按质量计可以是至少40:1,例如按质量计至少55:1。空气燃料比按质量计可以小于90:1,例如按质量计小于75:1。
燃烧器本体c400可包括燃烧室c102的一个或多个特征和/或调节管道c122的一个或多个特征,其被构造为按体积循环燃烧气体的至少一部分,并引入燃烧气体的余量作为进气。例如,调节管道c122可以包括一个或多个调节管道入口c414,其尺寸被构造成按体积循环燃烧气体的至少一部分,并且引入燃烧气体的余量作为进气。附加地或替代地,燃烧室c102的一个或多个特征可以包括一个或多个燃烧室出口,其尺寸被构造成按体积循环燃烧气体的至少一部分,并且引入燃烧气体的余量作为进气。
循环燃烧气体的体积可为燃烧气体的约10%至约90%,例如燃烧气体的约30%至约70%,例如燃烧气体的约40%至约60%,其中燃烧气体的余量作为进气。包括在燃烧气体中的进气的体积可以是燃烧气体的约10%至约90%,例如燃烧气体的约30%至约70%,例如燃烧气体的约40%至约60%,其中余量是循环燃烧气体。然而,在一些实施例中,燃烧器本体c400可利用100%进气和/或100%循环燃烧气体。
在一些实施例中,冷却套c442设置在燃烧器本体c400的至少一部分内。冷却套可以限定用于冷却流体在燃烧器本体c400内流动的路径。流体冷却流体的流动可为燃烧器本体c400提供冷却。冷却套c442可以与进气路径c118、再循环路径c104和/或工作流体路径c110流体连通。作为示例,如图4.1.1A所示,冷却套c442可以设置在环形燃烧室壁c406的向内部分的至少一部分和环形燃烧室壁c406的向外部分之间,其中冷却套c442与一个或多个动力路径c418中的至少一个流体连通。附加地或替代地,图4.1.1A中所示的冷却套c442可以与一个或多个引出路径c420中的至少一个流体连通。当冷却套的冷却流体包括进气和/或燃烧气体时,燃烧器本体c400可包括允许冷却流体流入调节管道c122和/或燃烧室c102的一个或多个冷却套出口c444。
再次参考图4.1.1B,在一些实施例中,燃烧器本体c400可以包括穿过环形燃烧室壁c406的多个调节路径c446。调节路径可以围绕燃烧室c102的近端、中间和/或轴向部分设置,例如,穿过环形燃烧室壁c406的近端、中间和/或轴向部分,并在燃烧室c102和调节管道c122之间提供流体连通。
现在参考图4.2.2A和4.2.2B,将描述构造用于多级燃烧的示例性加热器本体c100和/或燃烧器本体c400。构造用于多级燃烧的燃烧器本体c400有时可称为多级燃烧器c403。如本文所用,术语“多级燃烧”是指包括以串行流动关系定向的至少两个燃烧区的燃烧制度。如本文所用,术语“燃烧区”是指燃烧气体和/或燃料流动路径的一部分,其被构造为在一种或多种操作条件下支持稳定的火焰c426。在一些实施例中,燃烧区可包括燃料喷射点。例如,多级燃烧器可以包括处于串行流动关系的多个燃料喷射点,这些燃料喷射点分别被构造为支持稳定的火焰c426。附加地或替代地,多级燃烧器可包括燃烧区,该燃烧区被构造为通过燃烧在上游燃烧区处引入流动路径的燃料和/或燃烧气体c428来支持稳定的火焰c426。例如,燃料富集环境可允许再燃燃烧制度,其中在第一燃烧区喷射的燃料在第一燃烧区部分地燃烧,然后在第二燃烧区进一步燃烧。
示例性多级燃烧器c403可包括初级燃烧区和次级燃烧区。在一些实施例中,多级燃烧器可包括第三级燃烧区。初级燃烧区可位于次级燃烧区的上游和/或下游。第三级燃烧区可位于初级燃烧区的上游或下游,和/或次级燃烧区的上游或下游。如本文所用,术语“初级燃烧区”是指在稳态操作期间相对于一个或多个其他燃烧区(例如相对于次级燃烧区和/或相对于次级燃烧区和第三级燃烧区)产生较大比例的热量的燃烧区。如本文所用,术语“次级燃烧区”是指在稳态操作期间相对于另一个燃烧区(例如相对于初级燃烧区)产生较少比例的热量的燃烧区。术语“第三级燃烧区”是指在稳态操作期间相对于多个其他燃烧区(例如相对于初级燃烧区和次级燃烧区)产生较少比例的热量的燃烧区。
在示例性实施例中,包括多级燃烧器c403的加热器本体c100可包括第一燃烧区c405和第二燃烧区c407。第一燃烧区c405可占据相对于燃烧室c102的纵向轴线c204的远端或中间位置。第二燃烧区c407可占据相对于燃烧室c102的纵向轴线c204的近端位置。第一燃烧区c405可占据相对于燃烧室c102的纵向轴线c204的径向或同心向内位置。第二燃烧区c407可占据相对于燃烧室c102的纵向轴线c204和/或相对于第一燃烧区c405的径向或同心向内位置的径向或同心向外位置。在一些实施例中,第一燃烧区c405可占据涡流流场(例如双向涡流流场)的至少一部分。例如,第一燃烧区c405可占据双向同轴涡流流场的向内部分的至少一部分。第二燃烧区c407可占据燃烧室c102的近端区域的至少一部分。附加地或替代地,第二燃烧区c407可占据热侧热交换器c106的径向向内部分的至少一部分。例如,热侧热交换器c106可以限定第二燃烧室c448,并且第二燃烧区c407可占据第二燃烧室c448的至少一部分。
第一燃烧区c405可以位于散热器c409上游足够的距离,以允许第一燃烧区c405中的燃烧开始、升温和稳定。例如,散热器c409可以包括工作流体本体c108的至少一部分和/或热侧热交换器c106的至少一部分。工作流体本体c108可以与热侧热交换器c106具有热传递关系。散热器c409可以包括与热侧热交换器c108和/或多个燃烧气体路径c422具有热传递关系的多个工作流体路径c110。多个加热壁c616可以限定热侧热交换器c106的至少一部分。热侧热交换器c106可以包括在多个加热壁c616内整体形成的多个工作流体路径。
第二燃烧区c407中的燃烧可以与第一燃烧区c405的燃烧同时发起和/或在其之后发起。在一些实施例中,第二燃烧区c407中的燃烧可以在第一燃烧区c405中的燃烧已经开始之后发起,和/或在第一燃烧区c405中的燃烧至少部分地加热靠近第二燃烧区c407的燃烧器本体c400的至少一部分之后发起。附加地或替代地,第二燃烧区c407中的燃烧可以在第一燃烧区c405中的燃烧已经稳定之后发起。
第一燃烧区c405中的燃烧可以作为初级燃烧区被操作或维持。附加地或替代地,第一燃烧区c405中的燃烧可以作为次级燃烧区或甚至作为第三级燃烧区被操作或维持。在一些实施例中,例如在暖机时期期间,第一燃烧区c405中的燃烧最初可以作为初级燃烧区被操作或维持。在初始操作时期(例如暖机时期)之后,第一燃烧区中的燃烧可以转变为作为次级燃烧区或第三级燃烧区的操作。第二燃烧区c407中的燃烧可以作为初级燃烧区和/或次级燃烧区被操作或维持。例如,在第一燃烧区c405中的燃烧已经充分加热靠近第二燃烧区c407的燃烧器本体c400的至少一部分之后,第二燃烧区c407中的燃烧可以作为初级燃烧区被操作或维持。随着第一燃烧区c405中的燃烧转变为作为次级燃烧区的操作,第二燃烧区c407中的燃烧可以转变为作为初级燃烧区的操作。在一些实施例中,第一燃烧区中的燃烧可被节流回标称燃烧比例。例如,第一燃烧区c405中的燃烧可以在足以维持次级燃烧区c407处的稳定燃烧的标称水平下操作。
在操作期间,例如在稳态操作期间,第一燃烧区c405中的燃烧可以通过维持足以将靠近第二燃烧区c407的燃烧器本体c400的至少一部分保持在超过适合于第二燃烧区c407处的良好燃烧和火焰特性的阈值的温度的热量供应,来支持第二燃烧区c407中的燃烧。来自第一燃烧区c405的这种支持可以有利地允许第二燃烧区c407作为初级燃烧区操作,从而将热量引入更靠近诸如工作流体本体c108和/或热侧热交换器c106的散热器。在一些实施例中,热侧热交换器c106和/或工作流体本体c108可以提供改进的加热效率,其中第二燃烧区c407作为初级燃烧区操作。
如所提到的,在一些实施例中,燃烧器本体c400可包括围绕燃烧室c102的周边和/或纵向轴线c204周向间隔开的多个燃烧翅片c450。多个燃烧翅片c450可以限定多个燃烧气体路径c422的径向或同心向内部分。术语“燃烧气体路径”可以指由燃烧翅片c450限定的加热流体路径c602的部分。燃烧气体路径c422可以被构造和布置为螺旋或螺旋弧,并且可以围绕燃烧室c102和/或纵向轴线c204同心定向。燃烧气体路径c422可以与热侧热交换器c106的对应多个螺旋路径流体连通。多个燃烧翅片c450可以分别限定对应多个加热壁c616的一部分。这种燃烧翅片c450可以同时限定第二燃烧室c448的至少一部分和热侧热交换器c106的至少一部分。第二燃烧区c407可占据由多个燃烧翅片c450限定的多个燃烧气体路径c422的径向或同心向内部分的至少一部分。
不管次级燃烧区c407是否包括燃烧翅片c450,靠近次级燃烧区c407的燃烧器本体c400的至少一部分可变得红热,促进次级燃烧区c407内的持续燃烧火焰。次级燃烧区c407中的燃烧可以以更接近化学计量空气燃料比的空气燃料比发生,具有或没有来自第一燃烧区c405的次级燃烧支持。
包括多级燃烧器c403的加热器本体c100可包括冷区燃料注入器c411和热区燃料注入器c413。然而,在一些实施例中,多级燃烧器c403可以被构造为仅用单个燃料注入器(例如冷区燃料注入器c411或热区燃料注入器c413)来维持多个燃烧区中的燃烧。冷区燃料注入器c411可占据相对于燃烧室c102的纵向轴线c204的远端位置。冷区燃料注入器c411可占据相对于燃烧室c102的纵向轴线c204的径向或同心向内位置。在一些实施例中,热区燃料注入器c413可占据相对于燃烧室c102的纵向轴线c204的近端位置。热区燃料注入器c413可占据相对于燃烧室c102的纵向轴线c204和/或相对于冷区燃料注入器c411的径向或同心向内位置的径向或同心向外位置。冷区燃料注入器c411可以与第一燃烧区c405重合。附加地或替代地,第一燃料注入器可位于第一燃烧区c405的上游。例如,冷区燃料注入器c411可以例如在喷嘴端口c212处可操作地联接到燃烧器帽c210。热区燃料注入器c413可以与第二燃烧区c407重合。附加地或替代地,热区燃料注入器c413可以位于第二燃烧区c407的上游。
在一些实施例中,加热器本体c100和/或燃烧器本体c400可以包括与燃烧器本体c400的远端部分和/或燃烧器本体c400的径向或同心向内部分整体集成的一个或多个燃料注入器。一个或多个燃料注入器可以与热侧热交换器c106的径向或同心向内部分整体集成。例如,多个热区燃料注入器c413可以与燃烧器本体c400的远端部分和/或热侧热交换器c106的多个燃烧气体路径c616的径向或同心向内部分整体集成。一个或多个燃料注入器可以与多个加热壁c616和/或多个燃烧翅片c450整体集成。这样的多个热区燃料注入器c413可以作为集合单元操作,并且可以统称为热区燃料注入器c413。附加地或替代地,这样的多个热区燃料注入器c413可以彼此独立地操作,并且可以单独称为热区燃料注入器c413。
一个或多个热区燃料路径c415可以与燃烧器本体c400的远端部分的至少一部分和/或热侧热交换器c106的径向或同心向内部分整体集成。一个或多个热区燃料路径c415可以被构造成为第二燃烧区c407处的燃烧供应燃料。例如,如图4.2.2A和4.2.2.B所示,多个热区燃料路径c415可以被限定在热侧热交换器c106的多个加热壁c616中的相应加热壁c616内。附加地或替代地,一个或多个热区燃料路径c415可以限定在燃烧器本体c400的远端部分内。
如图所示,多个加热壁c616可以包括散热器c409,例如热侧热交换器c106和/或工作流体本体c108。多个加热壁c616可占据相对于燃烧室c102的径向同心向外位置。多个加热壁c616可以限定在围绕燃烧室c402的周向间隔位置处与燃烧室c402流体连通的对应多个燃烧气体路径c422,例如螺旋路径或螺旋弧路径。燃烧气体路径c422可以与燃烧室c102的近端部分c200流体连通。多个燃烧气体路径c422可相对于燃烧室c102和/或其纵向轴线c204遵循环形或半环形螺旋轨迹。
热区燃料路径c415可以例如在多个加热壁c616和/或燃烧翅片c450中的相应加热壁c616和/或相应燃烧翅片c450处,与热侧热交换器c106的多个燃烧气体路径c422中的相应燃烧气体路径c422流体连通。多个加热壁c616和/或燃烧翅片c450可具有多个开口c451(例如孔状开口),多个开口c451与热侧热交换器c106的多个燃烧气体路径c422流体连通,并限定热区燃料注入器c413。
在一些实施例中,热区燃料路径c415的至少一部分可限定汽化热交换器c417,汽化热交换器c417提供燃烧火焰c426与热区燃料路径c415内的燃料之间、和/或热燃烧气体c426与热区燃料路径c415内的燃料之间的热传递关系。例如当燃料在热区燃料路径c415和/或热区燃料注入器c413内时,或当燃料从热区燃料注入器c413的开口(例如孔状开口)排出时,汽化热交换器c417可以有效地汽化燃料(例如,液体燃料)。
在操作期间,来自第一燃烧区c405的热量可以将热区燃料注入器c413和/或第二燃烧区c407的至少一部分加热到足够高的温度,以允许流出热区燃料注入器c413的燃料自动点火。例如,燃烧室c102的远端部分,和/或热侧热交换器c106的径向或同心向内部分(例如,燃烧翅片c450和/或加热壁c616的径向或同心向内部分)可以在足够高的温度下操作,以允许流出热区燃料注入器c413的燃料自动点燃。火焰c426和/或热燃烧气体c428可以具有约300C至约900C(例如约350C至约800C,例如约425C至约750C,例如约500C至600C)的温度。一旦流出热区燃料注入器c413的燃料自动点燃,由冷区燃料注入器c411提供的火焰可以减少到足以支持第二燃烧区c407处的燃烧的最小长度。以这种方式,来自冷区燃料注入器c411的火焰可以作为引燃器操作,该引燃器被构造成为第二燃烧区c407中的燃烧提供引燃火焰或点火源。例如,由冷区燃料注入器c411提供的引燃火焰或点火源可以支持从第一燃烧区c405流向第二燃烧区c407的燃烧气体c428和/或燃料c426的自动点燃和良好燃烧,例如提供再燃燃烧制度。附加地或替代地,这种引燃火焰或点火源可以支持由热区燃料注入器c413供应的燃料的自动点火和良好燃烧。
在一些实施例中,第一燃烧区c405可以呈现出至少部分归因于由来自冷区燃料注入器c411的燃料产生的燃料空气比的富燃环境。第二燃烧区c407可以呈现出至少部分归因于由第一燃烧区c405的富燃环境和/或来自热区燃料注入器c413的燃料产生的燃料空气比的贫燃环境。在一些实施例中,第一燃烧区c405可在第二燃烧区c407处自动点火之前呈现出贫燃环境。在第二燃烧区c407自动点火时,第一燃烧区c405可转变为富燃环境。第二燃烧区c407此后可以呈现出贫燃环境,而第一燃烧区c405可以呈现出富燃环境。
如上所述,贫燃环境可以由当量比表征,当量比是实际燃料空气比与化学计量燃料空气比之比。富燃环境可以类似地由当量比表征。示例性贫燃环境可包括约0.5至约1.0(例如约0.6至约0.9,或约0.7至约0.8)的当量比。示例性富燃环境可包括小于约0.1至约0.5(例如小于约0.1至约0.2)的当量比。作为示例,第一燃烧区c405可在第二燃烧区c407处自动点火之前呈现出前述“贫”当量比,例如约0.5至约1.0,或任何其他合适的贫当量比。在第二燃烧区c407自动点火时,第一燃烧区c405可转变为“富”当量比,例如小于约0.1至约0.5,或任何其他合适的富当量比。同时,第二燃烧区可呈现出“贫”当量比,例如约0.5至1.0,或任何其他合适的贫当量比。在示例性实施例中,燃料可以在没有预混合空气的情况下供应到冷区燃料注入器,例如,以提供富燃环境。
如图4.2.2B所示,在一些实施例中,第二燃烧区c407可占据热侧热交换器c106的多个燃烧气体路径c422的一个或多个区域。例如,相应燃烧气体路径c422可以包括相应第二燃烧区段c407A。
在一些实施例中,燃烧气体路径c422可包括燃烧机区c419,燃烧机区c419被构造为支持第二燃烧区c407内和/或相应燃烧区段c407A内的燃烧和/或火焰稳定。燃烧机区c419可以由多个燃烧器间隙GB c421限定,多个燃烧机间隙GB c421限定在相应加热壁c616中,并且沿相应燃烧气体路径c422的流动路径定向。燃烧机间隙c421可以位于热区燃料注入器c413的下游,例如在相应燃烧翅片c450和加热壁c616的对应下游部分之间。燃烧机间隙c421可以限定燃烧翅片c450和对应加热壁c616之间的间隙。燃烧机间隙c421可以包括开放空间、网格、三维晶格、多孔介质等。燃烧机区c419可以与第二燃烧区c407的至少一部分重合。附加地或替代地,第二燃烧区c407可以至少部分地与多个燃烧机间隙c421重合。
在一些实施例中,燃烧室c104可包括涡流调节器c137,例如图4.1.7、4.2.2A、4.5.5A、4.5.5C和4.5.5D所示。涡流调节器c137可以与燃烧室c102的近端部分整体集成。涡流调节器c137可以至少部分地构造成建立和/或维持包括燃烧气体c428和/或火焰c426的涡流流场。例如,涡流调节器c137可以至少部分地被构造为建立和/或维持双向同轴涡流流场,这可以增强火焰c426到热侧加热器本体c106的热传递和/或可以保护燃烧室壁c406避免从火焰c426接收过多热量。第二燃烧区c407可占据相对于涡流调节器c137的径向或同心向外位置。如图所示,涡流调节器c137可以具有例如沿纵向轴线c204突出到燃烧室c102中的圆锥形或截锥形形状;然而,也可以设想其他形状。在一些实施例中,涡流调节器c137的圆锥形或截锥形形状、和/或其位置和/或尺寸可至少部分地有助于燃烧气体c428和/或火焰c426的涡流流场(例如,双向同轴涡流流场)。涡流调节器c137可以与被构造用于单级和/或多级燃烧的加热器本体c100和/或燃烧器本体c400一起包括在内。
现在参考图4.2.3A-4.2.3C,将描述进一步的示例性燃烧器本体c400。如图4.2.3A所示,示例性燃烧器本体c400可以包括调节管道路径c416中(例如调节管道c122的远端部分c202处)的文丘里管c423。燃烧器本体c400可具有截锥形构造。例如,调节管道c122可以具有截锥形构造。附加地或替代地,燃烧室c102可具有截锥形构造。当流从调节管道路径c416过渡到燃烧室c102时,文丘里管c423可以有效地改善混合和/或减少流过调节管道路径c416的流体中的压降。文丘里管c423可以附加地或替代地引起湍流,为从燃料喷嘴c126(例如冷区燃料注入器c111)进入燃烧室c102的燃料提供混合区。文丘里管c423可以附加地或替代地加速进入燃烧室(例如进入第一燃烧区c405)的流动。这种改善的混合、减小的压降和/或流动加速可以增加加热器本体c100的燃烧效率和/或加热效率。
如图4.2.3B所示,随着燃烧气体流和/或进气流沿调节管道路径c416在从调节管道c122过渡到燃烧室c102时从区“A”过渡到区“B”,文丘里管提供速度的增加。随着流动朝向燃烧室c102内的区“C”前进,流动的速度降低。文丘里管c423可以与康达表面c424协同工作,以调节进入燃烧室c102的流动。平滑会聚和发散的流动路径可有效地减少穿过文丘里管c423的压降。
如图4.2.3C所示,在一些实施例中,调节管道路径c416中的燃烧气体流和/或进气流可呈现出从调节管道路径c416的径向或同心向内部分到径向或同心向外部分增加的切向速度梯度。切向速度梯度可以随着调节管道路径c416的半径减小(例如随着调节管道路径c416接近文丘里管c423)而增加。这种可归因于切向速度梯度的速度增加可以进一步增强在区“B”处(例如在文丘里管c423处)混合,如图4.2.3A和4.2.3B所示。
燃烧器本体c400的截锥形构造和布置,包括调节管道c122和/或燃烧室c102的构造和布置,可以至少部分地被选择以提供压降、流体流率、和/或燃烧器本体的尺寸的期望减小。例如,可以通过提供小的会聚角θc425来减小压降。相比之下,小的会聚角可对应于更高的燃烧器本体c400,从而增加了材料成本。相反,大的会聚角θc425可以允许更短的燃烧器本体c400,但增加压降。可以平衡这些因素以确定燃烧器本体c400的合适的截锥形构造和布置。
现在转向图4.2.4A-4.2.4E,在一些实施例中,燃烧器本体c400可包括一个或多个燃烧器轮叶c427。燃烧器轮叶c427可以被构造为调节进入燃烧室的燃烧气体流和/或进气流。在一些实施例中,燃烧器轮叶c427可以被构造为在进入燃烧室的燃烧气体和/或进气中引起涡流或湍流。这种涡流或湍流可改进混合,例如,为从燃料喷嘴c126(例如冷区燃料注入器c111)进入燃烧室102的燃料提供混合区。燃烧器轮叶c427可以固定到燃烧器帽c210。例如,燃烧器轮叶c427可以限定燃烧器帽c210的整体部分。附加地或替代地,燃烧室c102可包括例如限定燃烧室c102的整体部分的一个或多个燃烧器轮叶c427。
在一些实施例中,可以提供多个轮叶排。例如,如图所示,燃烧器本体c400和/或燃烧器帽c210可以包括三个轮叶排。如图4.2.4A所示,燃烧器帽c210可以包括第一轮叶排c429A、第二轮叶排c429B和/或第三轮叶排c429C。各个轮叶排可以包括一个或多个轮叶。轮叶排可以相对于燃烧器本体c204的纵向轴线同轴定向。
第一轮叶排c429A可以沿燃烧室c102的壁限定屏蔽流动路径。屏蔽流动路径可以向燃烧室壁提供冷却。第二轮叶排c429B可提供主流动路径。主流动路径可以提供用于燃烧的大部分流。第三轮叶排c429C可提供预混合流动路径。预混合流动路径可提供氧气,以在燃烧之前与燃料混合。
相应燃烧器轮叶c427可具有任何期望的构造。燃烧器轮叶c427可具有从向内燃烧器帽表面c431延伸的任何期望高度。燃烧器轮叶c427可具有平行于向内燃烧器帽表面c431延伸的高度。附加地或替代地,燃烧器轮叶c427可具有相对于向内燃烧器帽表面431倾斜的高度。作为示例,图4.2.4B示出了相对于向内燃烧器帽表面c431具有倾斜高度的单个燃烧器轮叶c427。
作为示例,图4.2.4C-4.2.4E示出了燃烧器轮叶c427的示例性构造。所示的构造作为示例提供而不是限制性的。如图4.2.4C所示,多个燃烧器轮叶c427可具有翼型构造。附加地或替代地,多个燃烧器轮叶c427可具有挡板型构造。可以提供多排(例如三排)翼型燃烧器轮叶c427和/或挡板型燃烧器轮叶c427,如图所示。例如,如图4.2.4E所示,多个燃烧器轮叶c427可以附加地或替代地具有螺旋构造。
现在转向图4.2.5A和4.2.5B,将描述燃烧燃料的示例性方法。示例性方法可以结合本文所述的燃烧器本体c400、加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的操作来执行。如图4.2.5A所示,在方框c472处,示例性方法c470可以包括使燃烧气体旋流通过调节管道c122,其中燃烧气体在旋流的同时从调节管道c122的近端部分流到调节管道c122的远端部分。在方框c474处,示例性方法c470可以包括使燃烧气体旋流通过燃烧室c102。在示例性方法c470中,调节管道c122可以周向包围燃烧室c102,其中调节管道c122在燃烧室c102的远端部分处提供与燃烧室c102的流体连通。燃烧气体可以从调节管道c122的远端部分流到燃烧室c102的远端部分,并且从燃烧室c102的远端部分流到燃烧室c102的近端部分。在方框c476处,示例性方法c470可以包括在燃烧室c102中燃烧燃料c426。燃料可以至少部分地由从调节管道c122流到燃烧室c102的燃烧气体供应。
在方框478处,示例性方法c470可以附加地或替代地包括通过与燃烧室c102的远端部分流体连通的燃料喷嘴c214,将燃料的至少一部分供应到燃烧室c102。附加地或替代地,示例性方法c470可包括通过调节管道,将燃料的至少一部分供应到燃烧室。例如,示例性方法c470可包括使燃烧气体的至少一部分循环通过设置在调节管道的近端部分周围的一个或多个调节管道入口c414。
在方框c480处,示例性方法c470可包括使燃烧气体的至少一部分循环通过再循环路径c104,其中再循环路径c104提供从燃烧室c102的近端部分到调节管道c122的近端部分的流体连通。再循环路径c104可包括热侧热交换器c106和再循环喷射器c116。热侧热交换器c106可与燃烧室c102的近端部分流体连通,并且再循环喷射器c116可与热侧热交换器c106的下游部分和调节管道c122的近端部分和/或燃烧室c102的远端部分流体连通。示例性方法可包括燃烧循环通过再循环路径c104的燃烧气体的至少一部分。
燃料的至少一部分可通过设置在调节管道c122的近端部分周围的一个或多个调节管道入口c414而供应到燃烧室c102。通过一个或多个调节管道入口c414供应燃料可以包括通过一个或多个动力路径c418和/或一个或多个引出路径c420来供应燃料。一个或多个调节管道入口c414可以倾斜于调节管道c122,例如,以促进燃烧气体和/或燃料的旋流。
现在参考图4.2.5B,将描述燃烧燃料的另一个示例性方法c471。如图所示,示例性方法c471可以包括,在方框c473处,在第一燃烧区c405处燃烧燃料;在方框c475处,加热第二燃烧区c407;以及在方框c477处,在第二燃烧区c407处燃烧燃料。在一些实施例中,示例性方法c471可以包括在方框c479处,在第二燃烧区c407处自动点燃燃料。在第一燃烧区c405处燃烧燃料可包括在方框c481处,在第一燃烧区c405处燃烧来自冷区燃料注入器c411的燃料。在第二燃烧区c407处自动点燃燃料可包括在方框c483处,在第二燃烧区c407处自动点燃来自冷区燃料注入器c411和/或来自热区燃料注入器c413的燃料。在第二燃烧区c407处燃烧燃料可包括在方框c485处,在第二燃烧区c407处燃烧来自冷区燃料注入器c411和/或来自热区燃料注入器c413的燃料。加热第二燃烧区c407可包括在方框c487处,使汽化热交换器c417中的燃料汽化。
在一些实施例中,在第一燃烧区c405处燃烧燃料可包括在方框c489处,在贫燃环境和/或富燃环境中在第一燃烧区c405处燃烧燃料。在方框c491处,在第二燃烧区c407处燃烧燃料可包括在富燃环境中在第二燃烧区c407处燃烧燃料。在一些实施例中,示例性方法c471可包括,在方框c493A处,在贫燃环境中在第一燃烧区处燃烧燃料,并且在方框c493B处,当在第二燃烧区处自动点燃燃料时,在富燃环境中在第一燃烧区处燃烧燃料。在方框c491C处,示例性方法c471可以包括在贫燃环境中在第二燃烧区处燃烧燃料,同时在富燃环境中在第一燃烧区处燃烧燃料。
任何一个或多个参数可用于控制如本文所述的燃烧器本体c400、加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的一种或多种操作,包括与燃烧燃料的方法(例如本文参考图4.2.5A和4.2.5B描述的示例性方法)相关的一种或多种操作。作为示例,燃烧燃料c470、c471的示例性方法可以包括控制以下中的一个或多个:燃料流(例如,到冷区燃料注入器c411和/或热区燃料注入器c413的燃料流)、空气流(例如,进气气流、排气流和/或燃烧气流)。
现在参考图4.3.1至4.3.18,用于相对较小或紧凑的设备(例如汽车、船只或轻型飞行器的外燃机或内燃机,或动力单元)的燃料注入器在空间上受到限制,例如禁止提供双燃料系统。因此,需要为相对较小或紧凑的设备提供双燃料系统的燃料注入器组件。
提供了燃料注入器组件的实施例,其可以改进从燃料注入器组件流动的两种或更多种燃料的雾化和点火。示出和描述的实施例提供液体或气体燃料流过其中的第二燃料回路,第二燃料回路在下游端被一个或多个气体流体回路包围,例如在第二燃料回路处提供冷却以减轻焦化和燃料注入器劣化。本文提供的燃料注入器组件提供紧凑的组件,其可为汽车、船舶、辅助动力单元、旋翼或固定翼飞行器或其他需要较小燃烧组件的运载器提供双燃料燃烧。
现在参考图4.3.1,大体提供了燃料注入器组件d100(“燃料注入器d100”)的示例性实施例的横截面视图。燃料注入器d110的本体d110在上游端d99和下游端d98之间沿横向方向L延伸。参考燃料注入器中心线轴线d13被限定为通过本体d110的圆柱形部分d116。本体d110的圆柱形部分d116相对于参考中心线轴线d13周向限定,并且沿横向方向L延伸。本体d110还在下游端d98处包括截锥形部分d117。
燃料注入器d100包括各自限定在本体d110内的第一燃料回路d111和第二燃料回路d112。第一燃料回路d111和第二燃料回路d112各自沿横向方向L从上游端d99延伸到下游端d98。第一燃料回路d111和第二燃料回路d112各自彼此周向分离,例如关于图4.3.2至4.3.5进一步描绘的。
仍参考图4.3.1,在各种实施例中,第一燃料回路d111和第二燃料回路d112各自沿本体d110的横向距离d120延伸。本体d110的横向距离d120从下游端d98(即,对应于输出端口d105的尖端处)延伸至上游端d99(即,对应于入口端口d108)。对于横向距离d120的一部分,例如在从下游端d98延伸的参考尺寸d121处所描绘的,第一燃料回路d111在本体d110内环形延伸。对于横向距离d120的另一部分,例如在从下游端d98延伸的参考尺寸d122处描绘的,第二燃料回路d112在本体d110内环形延伸。在各种实施例中,第一燃料回路d111周向延伸通过本体d110的横向距离d120的部分d121大于第二燃料回路d112周向延伸通过本体d110的横向距离d120的部分d122。在一个实施例中,部分d122是部分d121的90%或更少。在另一个实施例中,部分d122是部分d121的75%或更少。在又一个实施例中,部分d122是部分d121的50%或更少。在各种实施例中,部分d122是部分d121的33%或更多。
现在参考图4.3.2至4.3.5,提供了描绘燃料流过其中的燃料注入器d100的部分的示例性实施例。在燃料注入器d100的操作期间,第一燃料流d101和第二燃料流d102各自通过燃料注入器d100的本体d110被提供。第一燃料流d101被提供到第一燃料回路d111,与提供到第二燃料回路d112的第二燃料流d102流体分离。为清楚起见,图4.3.2仅示出通过第一燃料回路d111的第一燃料流d101。此外,为了清楚起见,图4.3.3仅示出通过第二燃料回路d112的第二燃料流d102。图4.3.4和4.3.5各自描绘了燃料注入器d100的部分,其提供各自通过燃料注入器d100的第一燃料流d101和第二燃料流d102。参考图4.3.1至图4.3.5,第一燃料回路d111和第二燃料回路d112各自沿径向方向R相对于中心线轴线d13彼此间隔开。另外,对于第一燃料回路d111的非环形部分(即,部分d121和横向距离d120之间的差),第一燃料回路d111部分地环形延伸通过本体d110。此外,对于第二燃料回路d112的非环形部分(即,部分d122和横向距离d120之间的差),第二燃料回路d112部分地环形地延伸通过本体d110。
在各种实施例中,第一燃料回路d111限定通过燃料注入器d100的本体d110的单个通道,其中该通道从上游端d99开始是部分环形的(即,小于完全环形或以其它方式不完全地周向延伸),直到在燃料注入器d100的下游端d98处过渡(在部分d126处)到全环形通道(在部分d121处)。在各种实施例中,第二燃料回路d112限定通过燃料注入器d100的本体d110的单个通道,其中该通道是部分环形的,直到在燃料注入器d100的下游端d98处过渡(在部分d127处)到全环形通道(在部分d122处),并且在第一燃料回路d111过渡到全环形通道(在部分d121处)的位置的下游处。在一个实施例中,第一燃料流d101特别是气体燃料,并且第二燃料流d102是液体或气体燃料。气体第一燃料流d101在部分d121内周向延伸通过第一燃料回路d111,围绕在部分d122内周向延伸通过第二燃料回路d112的液体(或气体)第二燃料流d102。在第二燃料回路d112处包围液体第二燃料流d102的气体第一燃料流d101可在第二燃料回路d112处提供热衰减,从而防止在燃料注入器d100的相对较热的下游端d98处的液体第二燃料流d102结焦。
现在参考图4.3.6和4.3.7,提供了燃料注入器d100的示例性实施例的立体图。图4.3.6提供了从燃料注入器d100的下游端d98向上游看的视图。图4.3.7提供了从燃料注入器d100的上游端d99向下游看的视图。参考图4.3.6,结合图4.3.1至4.3.5,燃料注入器d100限定通过本体d110的多个第一燃料注入孔口d115。多个第一燃料注入孔口d115被限定为相对于参考中心线轴线d13通过本体d110的周向布置。多个第一燃料注入孔口d115提供多个单独的孔,第一燃料流d101的单独流通过多个单独的孔离开本体d110。在各种实施例中,多个第一燃料注入孔口d115限定通过本体d110的截锥形部分d117的横流射流(JICF)布置。
仍然参考图4.3.6,结合图4.3.1至4.3.5,燃料注入器d100还限定通过本体d110的环形第二燃料注入开口d125。第二燃料注入开口d125限定在燃料注入器d100的下游端d98处。在各种实施例中,第二燃料注入开口d125是全环形或完全周向开口,第二燃料流d102至少部分地作为锥形燃料流从该开口离开第二燃料回路d112到燃烧室。
返回参考图4.3.3,在各种实施例中,本体d110在第二燃料回路d112的下游端d98处限定会聚-发散流动路径。在一个实施例中,第二燃料回路d112在全环形部分d122内限定会聚部分d128,在会聚部分d128中,壁朝向参考中心线轴线d13会聚。第二燃料回路d112进一步在全环形部分d122内限定发散部分d129,在发散部分d129中,壁远离参考中心线轴线d13发散。在一个实施例中,发散部分d129限定在会聚部分d128的下游。发散部分d129可以提供离开第二燃料注入开口d125的第二燃料流d102的至少部分锥形几何形状。在各种实施例中,会聚部分d128可以限定在本体d110的截锥形部分d117处或以其他方式对应于本体d110的截锥形部分d117,例如关于图4.3.1和4.3.5所描绘的。
仍参考图4.3.3,本体d110还可以在第二燃料回路d112处限定轮叶结构d130。在一个实施例中,轮叶结构d130具体地限定在第二燃料回路d112的全环形部分d122处的燃料注入器d100的下游端d98处。轮叶结构d130被构造为通过第二燃料回路d112的全环形部分d122向第二燃料流d102赋予周向速度或旋流。在另一个实施例中,轮叶结构d130可以限定在全环形部分d122的上游。在特定实施例中,轮叶结构d130可以限定在第二燃料回路d112的过渡部分d127处,以便向进入第二燃料回路d112的全环形部分d122并离开第二燃料注入开口d125的第二燃料流d102赋予旋流。当燃料d102通过第二燃料注入开口d125进入燃烧室时,轮叶结构d130可以促进通过第二燃料回路d112的第二燃料流d102的周向加速,以便促进燃料d102的雾化,从而改善燃烧性能、可操作性和/或排放物输出。在一些实施例中,轮叶结构d130特别针对通过第二回路d112的液体流体(例如液体燃料)的流动,限定旋流特性。
在一个实施例中,轮叶结构d130包括通过其提供燃料的两排或更多排横向分离的轮叶。周向布置的多个轮叶d130各自在每对轮叶之间限定销孔。在一个实施例中,轮叶结构d130被构造为经由两排或更多排横向分离的轮叶和销孔,基本上不产生流体的周向旋流。轮叶d130和限定在在它们之间的销孔彼此周向偏移,使得每对轮叶d130之间的开口相对于轮叶结构d130在上游开口和下游开口之间横向不对准。在各种实施例中,无旋流轮叶结构d130布置产生通过第二回路d112的气体流体(例如气体燃料)的无旋流流。
现在参考图4.3.8,提供了燃料注入器d100的示例性实施例的另一个横截面视图。还参考图4.3.9,提供了图4.3.8的燃料注入器d100的示例性实施例的立体图。关于图4.3.8和4.3.9描绘的实施例的构造与关于图4.3.1至4.3.7所示和描述的基本相似。在图4.3.8和4.3.9中,燃料注入器d100还包括点火器d140,点火器d140延伸通过穿过本体d110的下游端d98的出口端口d105。在各种实施例中,出口端口d105延伸通过本体d110,与参考中心线轴线d13同心。点火器d140可以在燃料回路d111、d112的径向或同心内侧延伸通过腔d133,并且在本体d110内横向延伸。在特定实施例中,点火器d140可以从本体d110的上游端d99通过入口端口d108延伸通过腔d133,以允许点火器d140进入腔d133并从本体d110的下游端d98突出到燃烧室中。点火器d140延伸通过出口端口d105,以便将点火器d140的下游端d98设置到从它们相应的燃料回路d111、d112离开的燃料流d101、d102中的一个或多个。
在各种实施例中,点火器d140提供能量源以点燃并燃烧从它们相应的燃料回路d111、d112离开的燃料流d101、d102。在一个实施例中,点火器d140限定电热塞以提供热能源,使得当一个或多个燃料流d101、d102暴露于由点火器d140产生的热量时,使燃料d101、d102被点燃。在特定实施例中,限定液体燃料的第二燃料流d102暴露于由点火器d140产生的热量,以使燃料d102被点燃。
本文提供了用于操作燃料注入器d100的方法,其中通过第二燃料入口开口d107(图4.3.1、4.3.7和4.3.8)将相对低压的第二燃料流d102提供到第二燃料回路d112。相对低压的第二燃料流d102经由第二燃料注入开口d125从燃料注入器d100的本体d110离开。当离开的燃料d102流动更靠近点火器d140或接触点火器d140时,它最初被点燃(例如,起燃),并且可以进一步点燃从多个第一燃料注入孔口d115离开的第一燃料流d101。起燃之后,压力可能会增加,以例如改善雾化并期望地改变燃烧和热释放特性,例如改善可操作性、性能和减少排放物输出(例如,烟雾、未燃烧的碳氢化合物、氮氧化物等)。
通过燃料注入器d100的本体d110包括的点火器d140可以在相对较小的发动机设备(例如用于外燃机或内燃机的那些,包括用于汽车、个人或轻型船只或辅助动力单元应用的那些)处提供和/或改善提供燃料注入器d100的双燃料(即,第一燃料流d101和第二燃料流d102)操作。
在各种实施例中,在燃料注入器d100的操作期间,限定气体燃料的第一燃料流d101通过第一入口开口d106(图4.3.1、4.3.7和4.3.8)被提供到第一燃料回路d111。燃料d101通过多个第一燃料注入孔口d115从本体d110离开以用于燃烧。
现在参考图4.3.10,提供了燃料注入器d100的另一部分的示例性实施例。关于图4.3.10提供的实施例的构造与关于图4.3.1至4.3.9所示和描述的基本相似。在图4.3.10中,燃料注入器d100还包括设置在第二燃料注入开口d125的径向内侧的第二多个孔口d115(a)。在一个实施例中,第二多个孔口d115(a)可以与第一燃料回路d111(图4.3.8)流体连通,以允许另一气体流体流(经由箭头101(a)描绘)通过第二多个孔口d115(a)离开。第一多个孔口d115和第二多个孔口d115(a)可以一起提供第二燃料流d102的径向内侧和径向外侧的气体燃料流d101和流体流d101(a)。径向包围第二燃料流d102的燃料流d101和流体流d101(a)的组合可以期望地改变燃烧室中的第二燃料流d102的喷射、燃烧和/或热释放特性。例如,在第二燃料流d102的较高压操作期间,第一燃料流d101和流体流d101(a)可以防止或减轻不期望的液体燃料在点火器d140处的积聚,例如防止碳积聚、降解或不良燃烧和排放物的产生。作为另一个示例,第二燃料流d102的径向内侧的流体流d101(a)可以在燃料注入器d100的本体d110处提供热衰减(即,冷却),以便期望地衰减到第二燃料流d102的热传递,以减少第二燃料回路d112内的结焦。
在各种实施例中,流体流d101(a)可以限定来自第一燃料回路d111的第一燃料流d101的一部分。在其他实施例中,例如关于图4.3.11进一步描述的,流体流d101(a)可以限定从腔d133提供的空气或惰性气体,以例如向燃料注入器d100的部分提供热衰减。
现在参考图4.3.11,提供了燃料注入器d100的另一个示例性实施例的横截面视图。关于图4.3.11提供的实施例的构造与关于图4.3.1至4.3.10示出和描述的基本相似。在图4.3.11中,燃料注入器d100还包括提供从腔d133到第三回路d113的流体连通的流体入口开口d185。第三回路d113限定在第一回路d111和第二回路d112的径向内侧。在各种实施例中,第三回路d113在燃料注入器d100的下游端d98处限定在第二回路d112的径向内侧。在一个实施例中,第三回路d113限定在燃料注入器d100的截锥形部分d117处。第三回路d113与第二多个孔口d115(a)流体连通,如图4.3.10所示。流体入口开口d185提供氧化剂(例如,空气)流或惰性气体流(经由箭头d103示意性示出),以经由第三回路d113通过第二多个孔口d115(a)从腔d133离开。
在各种实施例中,燃料流d101(a)(图4.3.10)可以从第一燃料回路d111提供到第三回路d113。当流体流d103与燃料流d101(a)混合时(图4.3.10),从腔d133经由第三回路d113通过第二多个孔口d115(a)的流体流d103可以改善燃料雾化。在一个实施例中,燃料流d101(a)可以是来自第二回路d112的引燃燃料源。在另一个实施例中,燃料流d101(a)在点火器d140与点火器d140的径向外侧的燃料注入器d100的部分之间提供热和/或流体中断或屏障。
在另一个实施例中,从腔d133通过第二多个孔口d115(a)的流体流d103可提供流体保护幕或冷却膜,以减轻由于来自燃烧一个或多个燃料流d101、d102的热和压力引起的对点火器d140的劣化或损坏。例如,流体流d103可以从离开第二燃料注入开口d125的第二燃料流d102(图4.3.10)的径向内侧的第二多个孔口d115(a)离开。例如经由图4.3.10中的流体流101(a)所描绘的,流体流d103在点火器d140与燃料流d101、d102以及它们随后的燃烧和热释放之间提供屏障或冷却膜。
现在参考图4.3.12,提供了根据本公开的方面的燃料注入器d100的另一个示例性实施例。关于图4.3.12,燃料注入器d100的本体d110内的腔d133进一步相对于通过其中的流体流限定上游腔d133(a)和下游腔d133(b)。特别地,上游腔133(a)限定在燃料注入开口d115(b)处或上游,燃料注入开口d115(b)定位成在腔133处流动连通。下游腔d133(b)通常限定在燃料注入开口d115(b)的下游。
在各种实施例中,下游腔133(b)限定燃料/氧化剂预混合气室,燃料流d102在该气室处与流体流103(例如,氧化剂)混合。燃料注入开口d115(b)流体连接到第一燃料回路d111,例如如上所述。在某些实施例中,燃料注入开口d115(b)在腔d133中以轴向或同向流动布置定位,以便将通过燃料注入开口d115(b)的基本轴向或同向燃料流d101提供到通过下游腔d133(b)的流体流d103。在使预混合燃料/氧化剂混合物d101(b)通过如上所述的多个燃料孔口d115和/或d115(a)离开之前,燃料流d102和流体流d103(例如,氧化剂)在下游腔d133(b)处混合。
现在参考图4.3.13和4.3.14,提供了相应平面B-B和平面A-A处的燃料注入器d100的横截面视图,例如图4.3.12、图4.3.15、图4.3.16和图4.3.17中的截面。燃料注入开口d115(b)包括相对于中心线轴线d13以周向布置定位的多个离散的燃料注入开口d115(b)。如上进一步提供的,燃料注入开口d115(b)上游的第一燃料回路d111相对于中心线轴线d13大致环形延伸,然后燃料d101通过多个燃料注入开口d115(b)离开。
在各种实施例中,燃料注入器d100的本体d110的内本体d110(a)将腔d133(至少部分地包括上游腔d133(a)和下游腔d133(b))与第一燃料回路d111流体地隔离。在某些实施例中,第二内本体d110(b)定位在本体d110的径向内侧,以便将第一燃料回路d111和点火器d140流体地隔离。
现在参考图4.3.15,应当理解,燃料注入器d100的某些实施例可以包括基本实心的内本体d110(a)。此外,燃料注入器d100可包括延伸通过内本体d110(a)的第一燃料回路d111的至少一部分。
参考图4.3.12和4.3.15,应当理解,虽然燃料注入器d100的实施例被描述为具有从延伸通过内本体d110(a)的第一燃料回路d111延伸的燃料注入开口d115(b),但其他实施例可以包括从第一燃料回路d111延伸的燃料注入开口d115(b),该第一燃料回路d111从包围内本体d110(a)的外或外部本体d110延伸。
关于图4.3.12和图4.3.15提供的燃料注入器d100的实施例可以减少与提供相对大质量或流率的氧化剂(例如,流体103)以在相对小的预混合通道(例如,下游腔d133(b))中与燃料(例如,燃料101)预混合有关的不期望压力损失。通过燃料注入开口d115(b)以与流体流d103基本轴向或同向流动喷射燃料流d101所产生的动量或速度允许减少局部压力,并在下游腔d133(b)处减少流体d103的压力损失。在将燃料/氧化剂混合物d101(b)排出到燃烧室(例如,在d98处)之前,在下游腔d133(b)处改进的预混合可以减少不期望的排放物或颗粒物(例如,氮氧化物、一氧化碳、二氧化碳、烟雾、煤烟、未燃烧的碳氢化合物等)。
现在参考图4.3.16和图4.3.17,所描绘的燃料注入器d100的实施例可以与本文关于图4.3.1至图4.3.15描述的一个或多个实施例基本类似地构造。在图4.3.16和图4.3.17大体描绘的实施例中,燃料注入器d100还包括定位在下游腔d133(b)处的流动控制结构d150。流动控制结构d150周向延伸通过环形下游腔d133(b),例如在图4.3.18中描绘的平面C-C中的横截面视图中描绘的。流动控制结构d150被构造为减轻或消除例如燃料注入器内与燃料/氧化剂混合物的过早点火(即,回火或自动点燃)相关联的风险。
在某些实施例中,流动控制结构d150包括被构造为减轻或阻止从下游端d98朝向上游端d99流动的多个扩大部、凹部、凸起、挡板、突起、轮叶或其他结构。在各种实施例中,流动控制结构d150允许在下游腔d133(b)处混合燃料d101和流体d103,以形成燃料/氧化剂混合物d101(b)的期望停留时间。在各种实施例中,流动控制结构d150通过增加横截面流动区域并降低燃料d101和流体d103的整体流动速度,来期望地增加停留时间。在特定实施例中,流动控制结构d150是流体二极管,例如特斯拉阀。在另一个特定实施例中,如图4.3.17所示,流动控制结构d150是多孔网。
回到图4.3.9,在另一个实施例中,流体流d103可以附加地或替代地经由出口端口d105离开,点火器d140延伸通过该出口端口d105。流体流d103可以提供诸如关于图4.3.10和4.3.11所描述的保护幕或冷却膜。
返回参考图4.3.1和4.3.6至4.3.9,燃料注入器d100还包括沿横向方向L延伸并与参考中心线轴线d13同向的紧固端口d109。紧固端口d109延伸通过本体d110的一部分以提供延伸通过本体的机械紧固件(例如螺栓、螺钉、拉杆、杆等),从而将燃料注入器d100固定就位。在各种实施例中,紧固端口d109被构造为将燃料注入器d100的参考中心线轴线d13设置成与燃烧室的参考中心线同轴。因此,紧固端口d109可以将第一燃料回路d111和第二燃料回路d112设置成与通过燃烧室的燃烧气体流基本同向。燃料注入器d100相对于燃烧室的大致同轴和同向布置可以减少或消除转向、压降或其他阻抗,以提供通过燃料回路d111、d112并经由相应多个燃料孔口d115和燃料注入开口d125流出到燃烧室的燃料流d101、d102。
在各种实施例中,例如关于图4.3.6、4.3.9和4.3.11进一步描绘的,多个螺纹可以限定在本体d110的圆柱形部分d116的外表面上。限定多个螺纹的圆柱形部分d116使燃料注入器d100旋入发动机设备或其一部分(例如加热器本体c100),以将下游端d98设置在燃烧室(例如燃烧室c102)处。紧固端口d109处的紧固件还可用作保持燃料注入器d100相对于周围发动机设备的横向位置(即,沿横向方向L)的机构。
本文关于图4.3.1至4.3.18示出和描绘的燃料注入器d100的实施例可以经由本领域已知的一种或多种制造处理来构造。在各种实施例中,燃料注入器d100可以构造为单个整体结构。在另一个实施例中,本体d110可以被构造为与点火器d140分离的单个整体结构。用于构造燃料注入器d100的制造处理可包括通常称为增材制造或3D打印的一个或多个处理。附加地或替代地,用于构造燃料注入器d100的制造处理可以包括一个或多个机械加工处理或其他材料去除处理、材料添加处理(例如通常的焊接、铜焊、钎焊或粘合处理)、或一个或多个铸造或成型处理。
在各种实施例中,燃料注入器d100可以包括适用于将燃料喷射到燃烧室的一种或多种材料,例如但不限于铁或铁基材料、铝、镁、镍、钛、陶瓷或金属基复合材料,或合金或其组合,或适用于燃烧系统的其他材料。此外,燃料注入器d100可以包括适用于一般热力发动机,或者更具体地适用于外燃机或内燃机、闭式循环发动机、斯特林循环、兰金循环或布雷顿循环机器的一种或多种材料。
本文提供的燃料注入器d100的实施例可以被构造为通过第一回路d111和第二回路d112接收和期望地喷射多种类型的燃料。示例性燃料包括但不限于丙烷、乙烷、焦炉气、天然气、合成气、液体燃料(例如柴油燃料)、汽油、合成燃料,或多种规格的煤油或喷气燃料(例如,Jet A、JP-8等),或其气体和/或液体燃料的混合物。
用于操作燃料注入器d100的方法提供通过燃料注入器d100的每个回路d111、d112、d113的燃料的选择性相对低的压力/流量输出和相对高的压力/流量输出。燃料注入器d100提供燃料注入器d100的相对低的压力/流量操作,用于第一燃料流从燃料注入器d100离开并接触例如限定电热塞的热点火器d140,以点燃燃料。燃料注入器d100还提供燃料注入器d100的相对高的压力/流量操作,用于第一燃料流(或附加地或替代地第二燃料流)离开燃料注入器d100,以避免接触点火器d140。因此,燃料注入器d100的相对高的压力/流量操作防止点火器d140的不期望的燃烧、磨损或其他劣化。燃料注入器d100的高压力/流量操作可以附加地或替代地提供第二燃料流(例如,经由第二回路d112),以在来自第一回路d111的第一燃料流和点火器d140之间生成缓冲,例如流体和/或热中断。在各种实施例中,来自第一回路d111的第一燃料流限定液体燃料。来自第二回路d112的第二燃料流可以限定液体和/或气体燃料。在其他实施例中,可以通过第一回路d111、第二回路d112和/或第三回路d113提供一种或多种其他流体,例如非燃料流体。在一个实施例中,通过燃料注入器d100提供的流体包括惰性气体、尿素或其他物质,例如以期望地控制排放物、提供热或流体屏障、或清洁燃料注入器d100的一个或多个回路或通道。例如,可以将尿素添加到燃料中,以减少与柴油燃料或类似物相关联的排放物。
在各种实施例中,燃料注入器d100提供了用于操作的结构和方法,在该结构和方法中,轮叶结构d130通过第二回路d112向燃料提供或生成周向旋流,例如本文所述。在一个实施例中,用于操作的方法包括经由第二回路d112内的轮叶结构d130向液体流体或燃料提供周向旋流。液体燃料然后经由相应开口以至少部分周向速度分量离开燃料注入器d100,例如关于图4.3.1所描绘的。
在另一个实施例中,用于操作的结构和方法包括经由诸如本文所述的轮叶结构d130提供或生成通过第二回路d112的基本无旋流或轴向的燃料流。在一个实施例中,用于操作的方法包括通过相对于第二下游轮叶结构d130的第一上游轮叶结构d130提供气体流体或燃料。第二下游轮叶结构d130限定至少一个开口,该开口与限定在第一上游轮叶结构d130处的开口周向偏移。在一个实施例中,该方法可以包括在第一上游轮叶结构d130处提供单个开口d130,并且在第二下游轮叶结构d130处提供单个开口。轮叶结构d130还可以经由限定在每个轮叶结构d130处的周向偏移开口延迟流体的周向流动分量。该方法还可以包括经由具有基本无旋流或非周向流动分量的相应开口排出燃料流。气体流体的基本非涡流可以在点火器d140与点火器d140径向或同心外侧的或包围点火器d140的燃烧气体之间提供改进的热和/或流体屏障。
本文提供的燃料注入器d100的实施例可提供通过燃料注入器d100的燃料d101、d102的相对低压供应,用于通过多个第一燃料注入孔口d115和第二燃料注入开口d125离开并在燃烧室处燃烧。在一个实施例中,本文提供的燃料注入器d100可提供限定液体燃料的第二燃料流d102,该液体燃料将通过燃料注入器d100提供而无需燃料泵。例如,燃料注入器d100可以经由来自提供第二燃料流d102的燃料箱的集管压力而接收第二燃料流d102。通常,由于本文提供的燃料注入器d100可以使用相对低压的燃料源操作,所以双燃料燃料注入器d100可以提供给通常对于双燃料系统来说太小或太紧凑的设备,例如但不限于用于汽车、个人或商用船舶、私人船只、轻型飞行器(包括短距起飞和竖直着陆(STOVL)运载器、旋翼或固定翼飞行器)或辅助动力单元的外燃机或内燃机。
现在参考图4.4.1A和4.4.1B、4.4.2A和4.4.2B、以及4.4.3A和4.4.3B,将描述示例性热交换器本体c600(例如,热侧热交换器本体c600)。当前公开的热侧热交换器本体c600可以限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的一部分。例如,热侧热交换器本体c600可以限定整体本体或整体本体段的至少一部分。这种整体本体或整体本体段可以限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的至少一部分。附加地或替代地,当前公开的热侧热交换器本体c600可以被提供为分离部件,无论是与加热器本体c100、闭式循环发动机c002结合使用,还是与加热器本体c100或闭式循环发动机c002相关或无关的任何其他设定结合使用。热侧热交换器本体c600的至少一部分可以限定热侧热交换器c106。虽然图中描绘的加热器本体c100可以示出一个热侧热交换器本体c600和/或一个热侧热交换器c106,但是应当理解的是,加热器本体c100可以包括多个热侧热交换器本体c600和/或多个热侧热交换器c106。例如,加热器本体c100可以包括一个或多个热侧热交换器本体c600,和/或热侧热交换器本体c600可以包括一个或多个热侧热交换器c106。
如图所示,热侧热交换器本体c600和/或热侧热交换器c106可以包括多个加热壁c616。多个加热壁c616可以被构造和布置为加热壁c616的阵列。加热壁c616可以径向或同心地彼此相邻。加热壁c616可以被构造和布置为螺旋或螺旋弧,并且可以相对于燃烧室c102和/或其纵向轴线c204环形或半环形地设置。加热壁c616可以彼此同心嵌套。加热壁c616可以被构造和布置为基本同心的螺旋阵列和/或基本同心的螺旋弧阵列。作为示例,例如在基本同心的螺旋或螺旋弧阵列中,螺旋或螺旋弧可以对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线或方螺旋,以及这些的组合中的至少一部分。
加热壁c616限定多个加热流体路径c602。加热流体路径c602可以构成限定加热流体(例如循环燃烧气体)可以流过的路径的热侧热交换器本体c600和/或热侧热交换器c106的一部分。加热流体路径c602可以与入口气室c604流体连通。入口气室可包括燃烧室c602。加热流体路径c602可以被构造和布置为加热流体路径c602的阵列。加热流体路径c602可以径向或同心地彼此相邻,其中加热壁c616设置在相应的相邻加热流体路径c602之间。加热壁c616可以径向或同心地彼此相邻,其中加热流体路径c602设置在相应的相邻加热壁c616之间。加热壁c616可以被构造和布置为螺旋或螺旋弧,并且可以相对于燃烧室c102和/或其纵向轴线c204环形或半环形地设置。加热流体路径c602可以彼此同心嵌套。加热流体路径c602可以被构造和布置为基本同心的螺旋阵列和/或基本同心的螺旋弧阵列。热侧热交换器本体c600可以包括交替的加热壁c616和加热流体路径c602的阵列。
加热壁c616的上游端可以围绕入口气室c604(例如燃烧室)周向间隔开。加热流体路径c602的上游端可以分别限定入口c606,其可以围绕入口气室c604(例如燃烧室c102)周向间隔开。至少一些入口c606可以倾斜于入口气室c604定向。多个加热流体路径c602中的至少一些可以限定螺旋路径。
入口气室c604(例如燃烧室c102)可以与多个加热流体路径c602流体连通。多个加热流体路径c604可以分别限定围绕入口气室c604周向间隔开(和/或围绕入口气室c604径向设置)的入口c606。多个加热流体路径c604中的相应加热流体路径c604可以限定多个入口c606中的相应入口c606。多个入口c604可以围绕入口气室c604周向间隔开(和/或围绕入口气室c604径向设置)。例如,多个入口c604可以围绕燃烧室c102周向间隔开(和/或围绕燃烧室c102径向设置)。在一些实施例中,多个入口中的相应入口可以限定多个燃烧室出口c412中的相应燃烧室出口。附加地或替代地,入口气室c604可以限定与多个加热流体路径c602中的相应加热流体路径流体连通的多个入口c606。例如,燃烧室c102可以限定与多个加热流体路径c602中的相应加热流体路径c602流体连通的多个燃烧室出口c412和/或多个入口c606。
多个加热流体路径c602可以附加地或替代地与一个或多个出口气室c608(例如再循环环c208)流体连通。多个加热流体路径c602和一个或多个出口气室c608(例如再循环环c208)之间的流体连通可以在多个加热流体路径c602中的相应加热流体路径c602的下游部分处。出口气室c608或再循环环c208可以周向包围热侧热交换器本体c600和/或热侧热交换器c106的至少一部分。例如,出口气室c608或再循环环c208可以周向包围多个加热流体路径c602的至少一部分。
例如,如图4.4.1B和4.4.2B所示,热侧热交换器本体c600和/或工作流体本体c108可以限定多个热传递区域c612。多个热传递区域c612可以对应于工作流体本体c108的相应部分。相应热传递区域c612可以包含热侧热交换器本体c600的一部分和/或工作流体本体c108的一部分。多个热传递区域c612中的相应热传递区域c612与多个加热流体路径c602的对应部分c614(例如多个加热流体路径c602的半环形部分c614)具有热传导关系。多个热传递区域c612中的相应热传递区域c612可以包括热输入区域、至少一个热提取区域和多个工作流体路径c110。热输入区域可包括活塞本体c700,而热提取区域可包括再生器本体c800。
在一些实施例中,热传递区域c612可以至少包括工作流体本体c108的一部分。例如,热传递区域c612可以包括活塞本体c700的至少一部分和/或再生器本体c800的至少一部分。附加地或替代地,热传递区域c612包括一个或多个工作流体路径c110,其与多个加热流体路径c602中的至少一些的对应部分c614(例如,半环形部分)具有热传导关系。例如,热传递区域c612可以包括至少部分地限定在热侧热交换器c106的对应一个或多个加热壁c616内的一个或多个工作流体路径c110。这种工作流体路径c110可以限定用于发动机工作流体流过热侧热交换器c106(例如流过其一个或多个加热壁c616)的路径。在工作流体路径c110流过热侧热交换器c106的情况下,热传递区域c612可以包括热侧热交换器c106内(例如对应于热传递区域c612的热侧热交换器c106的一个或多个加热壁c616的区域内)或由热侧热交换器c106限定的工作流体路径的一部分。
热侧热交换器本体c600可以包括在多个加热壁c616内整体形成的多个工作流体路径c110。多个工作流体路径可以被分组为工作流体路径c110的阵列和/或多个工作流体路径c110的阵列。工作流体路径c110的阵列可以限定热传递区域c612。多个工作流体路径c110的阵列可以限定对应多个热传递区域c612。多个工作流体路径c110的阵列中的相应阵列可以围绕热侧热交换器本体c600周向间隔开。多个热传递区域c600中的相应热传递区域c600可以围绕热侧热交换器本体c600周向间隔开。
例如,如图4.4.2A和4.4.2B所示,工作流体路径c110中的至少一些可以径向地或同心地彼此相邻。附加地或替代地,还如图所示,工作流体路径c110中的至少一些可以彼此呈半环形。工作流体路径c110可以在热输入区域和至少一个热提取区域之间流体连通。多个加热流体路径c602可以设置成与多个工作流体路径c110中的对应的相应工作流体路径c110径向或同心相邻,例如与多个半环形工作流体路径c110中的相应半环形工作流体路径c110径向或同心相邻。多个加热流体路径c602中的相应加热流体路径c602可以与多个工作流体路径c110中的对应的相应工作流体路径c110具有热传导关系。
多个热传递区域c612可以围绕热侧热交换器本体c600周向间隔开。对应于相应热传递区域c612的多个加热流体路径c602的半环形部分c614可以对应于相应热传递区域c612的径向位置。例如,多个加热流体路径c602可以限定围绕纵向轴线A c214环形或半环形地螺旋的螺旋路径。通过相应热传递区域c612的径向位置的多个加热流体路径c602的部分c614可以限定对应于相应热传递区域c612的多个加热流体路径c602的半环形部分c614。
在一些实施例中,多个加热流体路径c602可以邻近周向系列中的多个热传递区域c612中的至少一些通过。例如,多个加热流体路径c602可以与多个热传递区域c612中的至少一些具有热传导关系,并且多个加热流体路径c604的相应部分c614与其具有热传导关系的特定热传递区域c612可以从一个热传递区域c612径向过渡到邻近的热传递区域c612。多个加热流体路径c602中的相应一个的周向系列可以具有至少部分地取决于到多个加热流体路径c602中的相应一个的入口c606的周向位置的顺序。
作为示例,第一加热流体路径c618可以邻近第一周向系列中的多个热传递区域c612中的至少一些通过,该第一周向系列包括第一热传递区域c620,随后是第二热传递区域c622。第一周向系列可以附加地或替代地包括第二热传递区域c622,随后是第三热传递区域c624和/或第四热传递区域c626。例如,第四热传递区域c626可以在第三热传递区域c624之前。第二加热流体路径c628可以邻近第二周向系列中的多个热传递区域c612中的至少一些通过。第二周向系列可以包括第二热传递区域c622,随后是第三热传递区域c624。第二周向系列可以附加地或替代地包括第三热传递区域c624,随后是第四热传递区域c626和/或第一热传递区域c620。例如,第一热传递区域c620可以在第四热传递区域c626之前。第三加热流体路径c630可以邻近第三周向系列中的多个热传递区域c612中的至少一些通过。第三周向系列可以包括第三热传递区域c624,随后是第四热传递区域c626。第三周向系列可以附加地或替代地包括第四热传递区域c626,随后是第一热传递区域c620和/或第二热传递区域c622。例如,第二热传递区域c622可以在第一热传递区域c620之前。第四加热流体路径c632可以邻近第四周向系列中的多个热传递区域c612中的至少一些通过。第四周向系列可以包括第四热传递区域c626,随后是第一热传递区域c620。第四周向系列可以附加地或替代地包括第一热传递区域c620,随后是第二热传递区域c622和/或第三热传递区域c624。例如,第三热传递区域c624可以在第二热传递区域c622之前。
在操作期间,加热流体(诸如流过多个加热流体路径c602的燃烧气体)可以将热量传递到多个热传递区域c612中的任何一个或多个。从加热流体传递到热传递区域c612的热量的速率或量可以在热传递路径c602中的相应热传递路径c602之间和/或在热传递区域c612中的相应热传递区域c612之间变化。例如,从加热流体传递到热传递区域c612的热量的速率或量可以至少部分地取决于加热流体和热传递区域之间的温度梯度,例如加热流体和发动机工作流体之间的温度梯度。然而,在一些实施例中,多个加热流体路径c602内的加热流体可在对应于相应热传递区域c612的至少两个部分c614(例如,至少两个半环形部分)之间和/或在对应于给定热传递区域c612的给定部分c614内(例如,半环形部分内)的至少两个加热流体路径c602之间呈现出不同的温度。附加地或替代地,多个热传递区域c612可以在至少两个热传递区域c612之间呈现出不同的温度。例如,对应于热传递区域c612中的相应热传递区域c612的多个工作流体路径c110内的发动机工作流体可以在至少两个热传递区域c612之间和/或在给定热传递区域c612内的至少两个工作流体路径c110之间呈现出不同的温度。
在一些实施例中,加热流体(诸如燃烧气体)的温度可以随着加热流体流过多个加热流体路径c602并且热量从加热流体传递到工作流体本体c108的热传递区域c612(例如从加热流体传递到工作流体路径c110中的发动机工作流体)而降低。然而,由于多个加热流体路径c602限定螺旋路径,例如图4.4.1A到4.4.2B所示,多个加热流体路径c602中的相应加热流体路径c602可以以不同顺序遇到多个热传递区域c612中的相应热传递区域c612,这可以至少部分地取决于到多个加热流体路径c602中的相应加热流体路径c602的入口c606的周向位置。
例如,第一加热流体路径c618可以例如根据第一周向系列最初遇到第一热传递区域c620,而第二加热流体路径c628可以例如根据第二周向系列最后遇到第一热传递区域c620。附加地或替代地,第三加热流体路径c630可以例如根据第三周向系列按顺序第三个遇到第一热传递区域c620,和/或第四加热流体路径c632可以例如根据第四周向系列按顺序第二个遇到第一热传递区域c620。
作为另一个示例,第二热传递区域c622可以例如根据第一周向系列与第二个出现的第一加热流体路径c618具有热传导关系。第二热传递区域c622可以例如根据第二周向系列与首先出现的第二加热流体路径c628具有热传导关系。第二热传递区域c622可以例如根据第三周向系列与最后出现的第三加热流体路径c630具有热传导关系。第二热传递区域c622可以例如根据第三周向系列与第三个出现的第四加热流体路径c632具有热传导关系。
在一些实施例中,热传递区域c622可以包括活塞本体c700和/或再生器本体c800,和/或在活塞本体c700和/或再生器本体c800之间流体连通的多个工作流体路径c110。当闭式循环发动机c002包括多个活塞本体时,活塞组件可具有交错或偏移的冲程循环,使得第一活塞和第二活塞可在冲程循环的至少一个点上位于相应冲程循环中的不同点处。例如,第一活塞可以在冲程循环的顶点并且第二活塞可以在冲程循环的底点。作为另一个示例,第一活塞可以在冲程循环的中点,而第二活塞可以在冲程循环的顶点或底点。在一些实施例中,从活塞本体c700(例如,从活塞室c112)流到再生器本体c800的发动机工作流体可以呈现出与在相对方向上从再生器本体c800流到活塞本体c700(例如,流到活塞室c112)的发动机工作流体不同的温度。
流过工作流体路径c110的发动机工作流体可以呈现出至少部分地取决于发动机工作流体是(例如,从活塞本体c700)流向再生器本体c800,还是(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700的温度。例如,发动机工作流体的温度在(例如,从活塞本体c700)流向再生器本体c800时可呈现出第一温度,并且在(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700时可呈现出第二温度。在一些实施例中,第一温度可以大于第二温度。
在一些实施例中,加热流体(诸如燃烧气体和发动机工作流体)可呈现出温度梯度,该温度梯度至少部分地取决于发动机工作流体是(例如,从活塞本体c700)流向再生器本体c800,还是(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700。例如,第一温度梯度可以对应于(例如,从活塞本体c700)流向再生器本体c800的发动机工作流体,并且第二温度梯度可以对应于(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700的发动机工作流体。在一些实施例中,第一温度梯度可以小于第二温度梯度。在一些实施例中,第二温度梯度可以大于第一温度梯度。例如,第一温度梯度可以小于第二温度梯度,这至少部分是因为(例如,从活塞本体c700)流向再生器本体c800的发动机工作流体的温度大于(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700的发动机工作流体的温度。
在一些实施例中,从加热流体到发动机工作流体的热传递速率和/或热传递量可取决于发动机工作流体是(例如,从活塞本体c700)流向再生器本体c800,还是(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700。例如,从加热流体到发动机工作流体的第一热传递速率和/或热传递量可以对应于(例如,从活塞本体c700)流向再生器本体c800的发动机工作流体,并且从加热流体到发动机工作流体的第二热传递速率和/或热传递量可以对应于(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700的发动机工作流体。在一些实施例中,第一热传递速率和/或热传递量可以小于第二热传递速率和/或热传递量。换言之,第二热传递速率和/或热传递量可以大于第一热传递速率和/或热传递量。例如,第一热传递速率和/或热传递量可以小于第二热传递速率和/或热传递量,这至少部分是因为对应于(例如,从活塞本体c700)流向再生器本体c800的发动机工作流体的第一温度梯度小于对应于(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700的发动机工作流体的第二温度梯度。
在一些实施例中,加热器本体c100的加热效率可以至少部分地通过对应于(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700的发动机工作流体的第二热传递速率和/或热传递量大于对应于(例如,从活塞本体c700)流向再生器本体c800的发动机工作流体的第一热传递速率和/或热传递量来增强。例如,以这种方式,当发动机工作流体流向活塞本体c700并由此向下驱动活塞时,由加热器本体c100输入的相对较大比例的热量可以被施加到发动机工作流体,从而执行冲程循环的下冲程部分。在下冲程期间输入到发动机工作流体的热量可通过进一步加热并由此进一步膨胀发动机工作流体而有助于下冲程(例如,直接地)。在冲程循环的上冲程部分期间,由加热器本体c100输入的相对较小比例的热量可以被施加到发动机工作流体,这可以减少或减轻输入到发动机工作流体的热量的可能性,以通过进一步加热并因此膨胀发动机工作流体来抵消上冲程,从而提供附加的或替代的效率提高。由于在向上冲程期间由加热器本体c100输入的相对较小比例的热量被施加到发动机工作流体,热输入的较小部分可以传递到再生器本体c800。虽然再生器本体c800可以被构造为保持热量,但传递到再生器本体c800的至少一些热量可能会损失。当(例如,从再生器本体c800)流向活塞本体c700时,通过将加热器本体c100的较大比例的热输入传递到发动机工作流体,较少的热能可以损失到再生器本体c800,从而提供又一种附加的或替代的效率提高。
在一些实施例中,加热器本体c100的至少一部分(例如,热侧热交换器本体c600和/或工作流体本体c108)可以被构造为使得当发动机工作流体流向再生器本体c800时,加热流体和发动机工作流体之间的温度梯度相对较小。例如,当发动机工作流体流向再生器本体c800时,加热流体和发动机工作流体之间的温度梯度可以是最小的。在相对小和/或最小的温度梯度的情况下,当流向再生器本体c800时,到发动机工作流体的热传递速率和/或热传递量可以是最小的或标称的。附加地或替代地,加热器本体c100的至少一部分(例如,热侧热交换器本体c600和/或工作流体本体c108)可以被构造为使得当发动机工作流体流向活塞本体c700时,加热流体和发动机工作流体之间的温度梯度相对较大。例如,当发动机工作流体流向活塞本体c700时,加热流体和发动机工作流体之间的温度梯度可以是最大的。在相对大和/或最大的温度梯度的情况下,当流向再生器本体c800时,到发动机工作流体的热传递速率和/或热传递量可以被最大化。
在一些实施例中,从加热流体传递到发动机工作流体的热量的速率和/或量可以呈现出流向活塞本体c700时的热传递与流向再生器本体c800时的热传递的比约1:1至约100:1,例如约2:1至约100:1,例如约2:1至约10:1,例如约10:1至约20:1,例如约20:1至约50:1,或例如约50:1至约100:1。该比可以是至少1:1,例如至少2:1,例如至少10:1,例如至少20:1,例如至少50:1,或例如至少90:1。该比可以小于100:1,例如小于90:1,例如小于50:1,例如小于20:1,例如小于10:1,或例如小于2:1。
当加热流体流过多个加热流体路径c602时,热量可以优先传递到温度梯度较大或最大的热传递区域c612,从而优先将热量提供到需要较多或最多热量的热传递区域,例如有利于具有较低或最低温度梯度的其他热传递区域c612。在一些实施例中,相对于在冲程循环的上冲程部分期间对应于活塞的热传递区域,热量可以优先传递到在冲程循环的下冲程部分期间对应于活塞的热传递区域(例如,传递到流过工作流体路径c110的发动机工作流体)。这种优先的热传递可以至少部分地通过在所描述的冲程循环的下冲程部分期间提供相对较大的温度梯度来实现。在多个加热流体路径c602限定螺旋路径的情况下,例如图4.4.1A至4.4.2B所示,多个加热流体路径c602可以遇到所有或部分热传递区域c612,从而允许优先热传递到温度梯度较大或最大的热传递区域c612。
在一些实施例中,热侧热交换器本体c600可包括围绕轴线c204环形设置的燃烧室c102。热侧热交换器本体c600还可以包括周向包围燃烧室c102的调节管道c122。调节管道c122可在燃烧室c102的远端部分c202处与燃烧室c102流体连通。
在一些实施例中,例如图4.4.2A和4.4.2B以及4.4.3A和4.4.3B所示,热侧热交换器本体c600可以包括围绕燃烧室c102的周边周向间隔开(和/或围绕燃烧室c102的周边径向设置)的多个燃烧翅片c450。多个燃烧翅片c450可占据热侧热交换器本体c600的径向或同心向内部分。在一些实施例中,热侧热交换器本体c600的一部分可以限定第二燃烧室c448。第二燃烧室c448可包括围绕燃烧室c102的周边周向间隔开(和/或围绕燃烧室c102的周边径向设置)的多个燃烧翅片c450。多个燃烧翅片c450可以限定多个加热流体路径c602的至少一部分。附加地或替代地,多个燃烧翅片c450可以限定多个燃烧气体路径c422,多个燃烧气体路径c422在上游与燃烧室c102流体连通,并且在下游与对应多个加热流体路径c602流体连通。这种燃烧气体路径c422可以同时限定第二燃烧室c448的至少一部分和多个加热流体路径c602的至少一部分。第二燃烧室c448可以允许以更接近化学计量空气燃料比的空气燃料比发生燃烧。
多个燃烧翅片c450可以与多个加热壁c616中的对应加热壁c616整体集成,多个加热壁c616分别限定多个加热流体路径c602。附加地或替代地,燃烧翅片c450和加热壁c616可以彼此间隔开,例如在加热壁c602的上游端和燃烧翅片c450的下游端之间具有间隙或路径。由燃烧翅片c450限定的加热流体路径c602的部分可被称为燃烧气体路径c422。燃烧气体路径c422可以至少部分地占据热侧热交换器c106的被构造为发生燃烧的区域。燃烧可在燃烧气体路径c42中发生,至少部分是由于燃烧翅片c450在操作期间被加热到足够高的温度以防止火焰熄灭。
多个加热流体路径c602可以在围绕热侧热交换器本体c600的对应多个周向位置处与出口气室c608流体连通。作为示例,第一加热流体路径c618可以在围绕热侧热交换器c106的周向轴线的第一周向位置c634处与出口气室c608流体连通。第一周向位置c634可以围绕周向轴线约0度到30度,例如围绕周向轴线约0度到15度。第二加热流体路径c628可以在围绕周向轴线的第二周向位置c636处与出口气室c608流体连通。第二周向位置c636可以围绕周向轴线约90度到120度,例如围绕周向轴线约90度到105度。第三加热流体路径c630可以在围绕周向轴线的第三周向位置c638处与出口气室c608流体连通。第三周向位置c638可以围绕周向轴线约180度到210度,例如围绕周向轴线c205约180度到195度。第四加热流体路径c632可以在围绕周向轴线c205的第四周向位置c640处与出口气室c608流体连通。第四周向位置c640可以围绕周向轴线c205约270度到300度,例如围绕周向轴线c205约270度到285度。
热侧热交换器本体c600和/或工作流体本体c108可以限定任意数量的热传递区域c612。例如,热交换器本体c600和/或工作流体本体c108可以限定1至10个热传递区域c612,例如2至8个热传递区域c612,例如3至5个热传递区域。多个热传递区域c612可以围绕热侧热交换器本体(例如在围绕周向轴线c205的相应周向区域处)周向间隔开。如图所示,四个热传递区域c612可以围绕热侧热交换器本体c600周向间隔开。作为示例,第一热传递区域c620可以围绕热侧热交换器c106的周向轴线c205设置在第一周向段或扇区周围。第一周向段或扇区可以围绕周向轴线c205约270度到约360度。第二热传递区域c622可以围绕周向轴线c205设置在第二周向段或扇区周围。第二周向段或扇区可以围绕周向轴线c205约180度到约270度。第三热传递区域c624可以围绕周向轴线c205设置在第三周向段或扇区周围。第三热传递区域c624可以围绕周向轴线c205约90度到约180度。第四热传递区域c626可以围绕周向轴线c205设置在第四周向段或扇区周围。第四周向段或扇区可以围绕周向轴线c205约0度到约90度。
热侧热交换器本体c600和/或热侧热交换器c106可包括任何数量的加热流体路径c602。例如,热侧热交换器本体c600和/或热侧热交换器c106可包括1至96个加热流体路径c602,例如1至48个加热流体路径c602,例如4至32个加热流体路径c602,例如8至24个加热流体路径c602,例如12至20个加热流体路径c602,例如4至16个加热流体路径c602,例如4至8个加热流体路径c602,例如至少4个、至少8个、至少16个或至少32个加热流体路径c602。
在一些实施例中,多个加热流体路径c602中的至少一些可以具有基本上一致的横截面宽度和/或基本上一致的横截面面积。加热流体路径c602的基本上一致的横截面宽度和/或基本上一致的横截面面积可以沿加热流体路径c602的长度的至少一部分存在。
加热流体路径c602中的至少一些可以限定螺旋路径,该螺旋路径围绕纵向轴线A214环形或半环形地螺旋。螺旋路径可以遵循具有任何期望曲率的螺旋弧。螺旋弧可以继续沿由加热流体路径c602限定的螺旋路径的全部或一部分。作为示例,例如在螺旋路径中,螺旋和/或螺旋弧可以对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线或方螺旋,以及这些的组合中的至少一部分。如图所示,在一些实施例中,多个加热流体路径c602可以限定方螺旋。方螺旋的至少一部分可以包括对应于方圆的弧。多个加热流体路径c602可以具有180度到1260度(例如180度到450度,例如315度到765度,例如675度到1260度)的弧长。
在一些实施例中,多个加热流体路径c602可包括径向或同心相邻的路径。附加地或替代地,多个加热流体路径c602可以包括一个或多个逆对。例如,逆对可以包括在入口气室c604(例如,燃烧室c102)的相对侧与入口气室c604流体连通的一对加热流体路径c602。附加地或替代地,逆对可以包括在出口气室c608(例如,再循环环c208)的相对侧与出口气室c608流体连通的一对加热流体路径c602。作为示例,第一加热流体路径c618和第三加热流体路径c630可以限定逆对。作为另一个示例,第二加热流体路径c628和第四加热流体路径c632可以限定逆对。逆对可以遵循具有任何期望曲率的螺旋弧,例如螺旋弧逆对。例如,加热流体路径c602可以限定多个螺旋弧逆对。在一些实施例中,逆对可以包括抛物线螺旋。
现在参考图4.4.3A和4.4.3B,将描述热侧热交换器本体c600的进一步示例性实施例。如图所示,在一些实施例中,热侧热交换器本体c600可具有分别包括多个传导中断c605的多个加热壁c616和/或燃烧翅片c450。传导中断c605可相对于多个燃烧翅片c450径向或同心向外设置,和/或相对于多个加热壁c616径向或同心向内设置。传导中断c605可以至少部分地抑制从多个燃烧翅片c450到多个加热壁c616的热传导。传导中断c605可以赋予相对于多个加热壁c616和/或多个燃烧翅片c450的热导率的降低的热导率。多个加热壁c616可以被构造成以螺旋阵列或螺旋弧(例如环形或半环形螺旋阵列或螺旋弧)布置。附加地或替代地,多个燃烧翅片c450可以被构造成以螺旋阵列或螺旋弧(例如环形或半环形螺旋阵列或螺旋弧)布置。燃烧翅片c450和对应加热壁c616可以遵循共同的轨迹。附加地或替代地,一个或多个燃烧翅片c450可以与一个或多个加热壁c616交错或偏移。传导中断c605可以被构造为减少沿多个加热壁c616(例如沿径向轴线或周向轴线)的热传导。例如,传导中断c450可以减少从燃烧翅片c450的下游部分到加热壁c616的上游部分,和/或从多个加热壁c616的上游部分到多个加热壁c616的下游部分的热传导。在操作期间,燃烧翅片c450可以在相对较高的温度下操作,这至少部分是因为可归因于传导中断的热传导减少。
在一些实施例中,传导中断c605上游的加热壁c616的一部分可以限定燃烧翅片c450。附加地或替代地,传导中断c605下游的加热壁c616的至少一部分可以限定热传递翅片c607。多个加热壁c616可以由一种或多种材料形成,和/或可以呈现出一种或多种材料特性和/或结构。例如,热传递翅片c607和燃烧翅片c450可以在材料成分、材料特性和/或材料结构方面彼此不同。在一些实施例中,热传递翅片c607相对于燃烧翅片c450可以呈现出较大的热导率。附加地或替代地,燃烧翅片c450可以相对于热传递翅片c607呈现出较大的热容。通过在增材制造期间增强材料特性和/或结构,可以至少部分地将期望的热导率和/或热容赋予燃烧翅片c450和/或热传递翅片c607。例如,可以通过修改增材制造参数来增加密度和/或孔隙率,以赋予期望的热力学特性,例如热容特性和/或热导率特性。可以通过修改粉末材料的固结度和/或通过提供粉末材料的未烧结区域或部分烧结区域来增加密度和/或孔隙率。附加地或替代地,可以增加材料结构以赋予期望的热力学特性。例如,可以提供晶格结构、多孔介质、蜂窝结构等,以向燃烧翅片c450和/或热传递翅片c607赋予期望的热容特性和/或热导率特性。
多个传导中断c605可以在多个加热壁c616中的相应加热壁c616处彼此周向相邻地设置。传导中断c605在相应加热壁c616处的位置可以限定传导中断c605的周向阵列。多个燃烧翅片c450可占据相对于传导中断c605的周向阵列的热侧热交换器本体c600的径向或同心向内位置。多个加热壁c616的至少一部分可以限定对应的多个热传递翅片c607。热传递翅片c616可占据相对于传导中断c605的周向阵列的热侧热交换器本体c600的径向或同心向外位置。例如,加热壁c616的径向或同心向外部分可限定热传递翅片c607。
多个燃烧翅片c450可以限定对应多个燃烧气体路径c422。多个燃烧翅片c450和/或多个燃烧气体路径c422可以被构造成以螺旋阵列(例如半环形螺旋阵列)布置。多个燃烧翅片c450可以从燃烧室出口c412朝向对应传导中断c605同心地向外螺旋。多个燃烧翅片c450可以相对于纵向轴线c204以环形或半环形的基本同心的螺旋阵列和/或基本同心的螺旋弧阵列布置。传导中断c605的周向阵列可以限定多个燃烧翅片c450的径向或同心向外周边。
多个热传递翅片c607可以限定对应多个加热流体路径c602。多个热传递翅片c607和/或多个加热流体路径c602可以被构造成以螺旋阵列(例如环形或半环形螺旋阵列)布置。多个热传递翅片c607可以从对应传导中断向外同心地螺旋,横切多个热传递区域c612中的相应热传递区域c612。传导中断c605的周向阵列可以限定多个加热壁c616的径向或同心向内周边。附加地或替代地,传导中断c605的周向阵列可以限定多个热传递区域c612的径向或同心向内周边。例如,多个工作流体本体c108和/或多个工作流体路径c110可以占据从传导中断c605的周向阵列径向或同心向外设置的热侧热交换器本体c600的区域。附加地或替代地,包括整体限定在其中的工作流体路径c110的热传递翅片c607和/或加热壁c616的部分可以占据从传导中断c605的周向阵列径向或同心向外设置的热侧热交换器本体c600的区域。
多个热传递区域c612可以分别包括工作流体路径c110的阵列,例如多个工作流体路径c110的阵列。工作流体路径c110的阵列可以整体地限定在多个加热壁c616中的相应加热壁内c616(例如,多个热传递翅片c607中的相应热传递翅片c607内)。传导中断c605的周向阵列可以限定多个工作流体路径c110的径向或同心向内周边。多个工作流体路径c110的阵列中的相应阵列可以围绕热侧热交换器本体c600彼此周向相邻地设置。多个工作流体路径c110的阵列中的相应阵列可以限定工作流体本体c108的至少一部分。多个工作流体本体c108可以围绕热侧热交换器本体c600彼此周向相邻地设置。传导中断c605的周向阵列可以限定多个工作流体本体c108的径向或同心向内周边。
在一些实施例中,燃料燃烧的至少一部分可发生在多个燃烧气体路径c422内。在燃烧气体路径c422内发生的燃烧可至少部分归因于由传导中断c605提供的沿加热壁c616的热传导减少。在一些实施例中,传导中断c605可以防止或降低燃烧可能过早熄灭的可能性。在操作期间,燃烧翅片c450可以达到足够高的温度以在多个燃烧气体路径c422内发生稳定燃烧,而不会过早熄灭,例如通过沿加热壁c616并进入工作流体本体c108的传导热传递。由传导中断c605提供的热传导的减少可以减少到工作流体路径c610的热传递可能将加热壁c616的温度降低到过早熄灭燃烧的水平的可能性。
传导中断c605可以允许燃烧翅片保持在足够高的温度,以允许燃料燃烧在多个燃烧气体路径c422内接近完全燃烧。传导中断c605的周向阵列可以定位在沿燃烧气体路径c422的一定距离处,该距离被选择为在燃烧气体遇到传导中断c605时允许有足够时间完全燃烧。以此方式,传导中断可提供归因于完全燃烧和排气中未燃烧的燃烧产物的对应减少的减少的排放物。多个热传递区域c612和/或工作流体路径c110的阵列可以位于基本上紧邻传导中断c605的周向阵列的下游,从而允许热燃烧气体在完全燃烧后基本上立即开始加热工作流体路径中的工作流体。
如本文所用,术语“完全燃烧”是指在不存在烃的情况下产生二氧化碳和水作为燃烧产物的燃料燃烧状态。完全燃烧可以产生百万分之几数量级的一氧化碳作为燃烧产物,例如个位数的百万分之几(ppm)。例如,在完全燃烧的情况下,一氧化碳可以以小于10ppm(例如小于5ppm,或例如小于1ppm)的量作为燃烧产物存在。在一些实施例中,完全燃烧可以定性地表征为蓝色火焰,而不完全燃烧可以定性地表征为橙色火焰。
在一些实施例中,加热器本体c100可以被构造为在贫燃环境中燃烧燃料。如上所述,贫燃环境可以由当量比(即,实际燃料空气比与化学计量燃料空气比之比)表征,例如约0.5至约1.0(例如约0.6至约0.9,或约0.7至约0.8)的当量比。贫燃环境可产生相对较长的火焰长度,否则这可能指向相对较大的燃烧区,作为减少过早熄灭的可能性和/或允许完全燃烧的方法。
在一些实施例中,被构造为允许燃烧在燃烧气体路径c422内发生的加热器本体c100不仅允许完全燃烧;而是附加地或替代地,被构造为允许燃料在多个燃烧气体路径c422内燃烧的加热器本体c100可以允许加热器本体c100以较高的当量比进行操作,从而提高燃料效率和/或加热效率,同时减少排放物。附加地或替代地,加热器本体c100可以被构造有相对较小的燃烧室c102,从而减少材料成本和重量。
在一些实施例中,燃烧区可占据包括燃烧气体路径c422的位置。例如,燃烧气体路径c422可以限定如本文所述的第二燃烧区c407的至少一部分。传导中断c605的周向阵列可以限定第二燃烧区c407的径向或同心向外周边。在一些实施例中,传导中断c605的阵列可以限定燃烧机间隙c421的阵列。这样的燃烧机间隙可以如本文所述地构造。附加地或替代地,热侧热交换器本体c600可包括传导中断c605的阵列和燃烧机间隙c421的阵列两者。
燃烧翅片c450可以与加热壁c616(例如,热传递翅片c607)在空间上分离,使得传导中断c605可以包括由燃烧翅片c450和加热壁c616(例如,热传递翅片c607)之间的空间分离所限定的物理间隙或空间。附加地或替代地,传导中断c605可以包括材料特性的变化、材料成分的变化和/或相对于燃烧翅片c450和/或热传递翅片c607的结构变化,其提供了相对于燃烧翅片c450和/或热传递翅片c607的热传导的减少。例如,传导中断c605可以包括诸如网格、三维晶格、多孔介质、或未烧结或部分烧结的粉末材料,以及这些的组合的结构。
如图4.4.3B所示,多个加热壁c616和/或燃烧翅片c450可具有多个开口c451(例如孔状开口),多个开口c451与热侧热交换器c106的多个燃烧气体路径c422流体连通并限定热区燃料注入器c413。在一些实施例中,热区燃料路径c415的至少一部分可以限定汽化热交换器c417,其提供燃烧火焰c426与热区燃料路径c415内的燃料之间,和/或热燃烧气体c426与热区燃料路径c415内的燃料之间的热传递关系。例如当燃料在热区燃料路径c415和/或热区燃料注入器c413内时,或当燃料从热区燃料注入器c413的开口(例如孔状开口)排出时,汽化热交换器c417可以有效地汽化燃料(例如,液体燃料)。
现在参考图4.4.4,将描述加热多个热传递区域的示例性方法。加热多个热传递区域的示例性方法可以包括例如加热一个或多个工作流体本体c108的方法。例如,示例性方法可以结合如本文所述的热侧热交换器本体c600、工作流体本体c108、加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的操作来执行。如图4.4.4所示,示例性方法c650可以包括在方框c652处,使第一热传递流体流过与入口气室c604流体连通的多个加热流体路径c602。多个加热流体路径c602中的相应加热流体路径c602可以限定螺旋路径。示例性方法c650可以包括在方框c654处,将热量从第一热传递流体传递到多个热传递区域c612。多个热传递区域c612中的相应热传递区域c612可以与多个加热流体路径c602的对应半环形部分具有热传递关系。
在一些实施例中,在方框654处,将热量从第一热传递流体传递到多个热传递区域可以包括将热量从多个加热流体路径c602传递到周向系列中的多个热传递区域c612中的至少一些。多个加热流体路径c612中的相应一个c612的周向系列可以具有至少部分地取决于到多个加热流体路径c602中的相应一个c602的入口c606的周向位置的顺序。
现在将参考图4.5.1A至4.5.1C、4.5.2、4.5.3以及4.5.4A至4.5.4E描述示例性工作流体本体c108。当前公开的工作流体本体c108可以限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的一部分。例如,工作流体本体c108可以限定整体本体或整体本体段的至少一部分。这种整体本体或整体本体段可以限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的至少一部分。附加地或替代地,当前公开的工作流体本体c108可以被提供为分离部件,无论是与加热器本体c100、闭式循环发动机c002结合使用,还是与加热器本体c100或闭式循环发动机c002相关或无关的任何其他设定结合使用。工作流体本体c108的至少一部分可以限定一个或多个活塞本体c700、一个或多个再生器本体c800和/或一个或多个工作流体路径c110。应当理解,加热器本体c100可以包括任何期望数量的工作流体本体c108,包括任何期望数量的活塞本体c700、再生器本体c800和/或工作流体路径c110。例如,加热器本体c100可以包括一个或多个工作流体本体c108,和/或工作流体本体c108可以包括一个或多个活塞本体c700、再生器本体c800和/或工作流体路径c110。
工作流体本体c108可以限定整体本体的第一部分,并且活塞本体c700可以限定整体本体的第二部分。替代地,活塞本体c700可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到工作流体本体c108的整体本体段。附加地或替代地,再生器本体c800可以是整体本体的第二部分,或者再生器本体c800可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到活塞本体700和/或工作流体本体c108的第二整体本体段。
图4.5.1A至4.5.1C中示出了示例性工作流体本体c108。如图所示,工作流体本体c108可包括多个活塞本体c700、多个再生器本体c800和/或多个工作流体路径c110。所示的工作流体本体c108仅描绘了活塞本体c700的一部分和再生器本体c800的一部分。活塞本体c700的剩余部分和/或再生器本体c800的剩余部分可以设置在可以可操作地彼此联接和/或联接至如图所示工作流体本体c108的其他整体本体和/或整体本体段中。图4.5.1A所示的立体图和图4.5.1B所示的俯视图描绘了工作流体本体c108,省略了热侧热交换器本体c600的周围部分,以便显示工作流体本体c108的细节。例如,从这些视图中省略了热侧热交换器本体c600的部分,以示出工作流体路径c110。然而,例如,如图4.5.1C和图4.5.2所示,在一些实施例中,热侧热交换器本体c600可以包围工作流体本体c108或与工作流体本体c108重叠。例如,如图4.5.2所示,热侧热交换器本体c600可以包括多个加热流体路径c602,工作流体本体c108可以包括多个工作流体路径c110,并且多个加热流体路径c602和工作流体路径c110可以彼此交错,例如以提供它们之间的热传导关系。
如图所示,示例性工作流体本体c108可以包括多个热传递区域c612。多个热传递区域中的相应热传递区域可以包括在热输入区域和热提取区域之间流体连通的多个工作流体路径c110。热输入区域可包括活塞本体c700,而热提取区域可包括再生器本体c800。
多个工作流体路径c110中的至少一些可以彼此径向或同心相邻和/或轴向相邻。在一些实施例中,加热流体路径c602可以设置在径向或同心相邻和/或轴向相邻的工作流体路径c110之间。附加地或替代地,工作流体路径c110中的至少一些可以彼此呈半环形。例如,工作流体本体c108可包括多个径向或同心相邻的半环形螺旋路径和/或多个轴向相邻的半环形螺旋路径。
多个工作流体路径c110可以被设置成轴向邻近多个加热流体路径c602中的对应的相应加热流体路径c602,例如径向或同心相邻的螺旋加热流体路径c602。多个工作流体路径c110中的相应工作流体路径c110可以与多个加热流体路径c602中的对应的相应加热流体路径c602具有热传导关系。
示例性工作流体本体c108可以包括第一热传递区域c620、第二热传递区域c622、第三热传递区域c624和/或第四热传递区域c626。第一热传递区域c620可以包括第一多个工作流体路径c701。第一多个工作流体路径c701可以包括半环形径向或同心相邻和/或轴向相邻的螺旋路径。第二热传递区域c622可以包括第二多个工作流体路径c702。第二多个工作流体路径c702可以包括半环形径向或同心相邻和/或轴向相邻的螺旋路径。第三热传递区域c624可以包括第三多个工作流体路径c703。第三多个工作流体路径c703可以包括半环形径向或同心相邻和/或轴向相邻的螺旋路径。第四热传递区域c626可以包括第四多个工作流体路径c704。第四多个工作流体路径c704可以包括半环形径向或同心相邻和/或轴向相邻的螺旋路径。
第一热传递区域c620可以与第二热传递区域c622周向相邻。第二热传递区域c622可以与第三热传递区域c624周向相邻。第三热传递区域c624可以与第四热传递区域c626周向相邻。第四热传递区域c626可以与第一热传递区域c620周向相邻。
第一多个工作流体路径c701可以与第二多个工作流体路径c702周向相邻。第二多个工作流体路径c702可以与第三多个工作流体路径c703周向相邻。第三多个工作流体路径c703可以与第四多个工作流体路径c704周向相邻。第四多个工作流体路径c704可以与第一多个工作流体路径c701周向相邻。
在一些实施例中,多个工作流体路径c110中的相应工作流体路径可包括周向相邻的工作流体路径c110。周向相邻的工作流体路径可以周向发起和/或周向终止工作流体路径c110的螺旋阵列c706。螺旋阵列c706可以径向或同心向外发散。当螺旋阵列c706从一个热传递区域转到下一个时,螺旋阵列c706可以从径向或同心向内过渡到径向或同心向中间,和/或从径向或同心向中间过渡到径向或同心向外。
例如,如图4.5.1B所示,第一多个工作流体路径c701中的相应工作流体路径c701可以与第二多个工作流体路径c702中的相应工作流体路径c702周向相邻。第一多个工作流体路径c701可以包括径向或同心向内的工作流体路径c708,工作流体路径c708与第二多个工作流体路径c704的径向向中间的工作流体路径c710周向相邻。径向或同心向内的工作流体路径c708可以周向发起工作流体路径的螺旋阵列c706。第一多个工作流体路径c701可以附加地或替代地包括与第二多个工作流体路径c702的径向或同心向外的工作流体路径c714周向相邻的径向向中间的工作流体路径c712。第一多个工作流体路径c701可以附加地或替代地包括径向或同心向外的工作流体路径c716。径向或同心向外的工作流体路径c716可以周向终止由多个工作流体路径中的至少一些限定的工作流体路径c110的螺旋阵列c706。
再次参考图4.5.1A,在一些实施例中,多个工作流体路径c110可以包括具有周向相邻的逆流路径和/或周向相邻的并流路径的周向相邻的工作流体路径。例如,如图所示,从活塞本体c700流到再生器本体c800的工作流体可以顺时针流过工作流体路径c110的第一部分c718,并且逆时针流过工作流体路径c110的第二部分c720。相反地,从再生器本体c800流到活塞本体c700的工作流体可以逆时针流过工作流体路径c110的第一部分c718,并且顺时针流过工作流体路径c110的第二部分c720。当发动机工作流体在相应活塞本体c700和再生器本体c800之间交替流动时,周向相邻的工作流体路径可以提供相对于多个加热流体路径c602的交替逆流路径和并流路径的阵列。通过第一多个工作流体路径c701的发动机工作流体的流动可以限定多个逆流工作流体路径和多个并流工作流体路径。第一多个逆流工作流体路径中的相应逆流工作流体路径可以与第一多个并流工作流体路径中的相应并流工作流体路径周向相邻。发动机工作流体相对于加热流体路径c602的并流和逆流流动可以随着发动机工作流体在相应活塞本体c700和相应再生器本体c800之间交替流动而交替。
仍参考图4.5.1A至4.5.4.5.1C,热传递区域c612可以包括可与一个或多个对应再生器本体c800流体连通的一个或多个热提取区域。热传递区域c612可以附加地或替代地包括可与一个或多个对应活塞本体c700流体连通的一个或多个热输入区域。第一再生器本体c722可对应于第一再生器本体c800,并且第二热提取c724可对应于第二再生器本体。第一多个工作流体路径c701可以在热输入区域c726和第一热提取区域c722之间流体连通。附加地或替代地,第二多个工作流体路径c702可以在热输入区域c726和第二热提取区域c724之间流体连通。热提取区域(例如,第一热提取区域c722和/或第二热提取区域c724)可以与对应热输入区域周向相邻。一个或多个热提取区域(例如,第一热提取区域c722和/或第二热提取区域c724)可以周向包围热输入区域c726的至少一部分。
在一些实施例中,多个工作流体路径c110中的至少一些可以具有基本一致的横截面宽度和/或基本一致的横截面面积。工作流体路径c110的基本一致的横截面宽度和/或基本一致的横截面面积可以沿工作流体路径c110的长度的至少一部分存在。
工作流体路径c110中的至少一些可限定围绕纵向轴线A214环形或半环形地螺旋的螺旋路径。螺旋路径可以遵循具有任何期望曲率的螺旋弧。螺旋弧可以继续沿由工作流体路径c110限定的螺旋路径的全部或一部分。作为示例,螺旋或螺旋弧可以对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线或方螺旋,以及这些的组合中的至少一部分。如图所示,在一些实施例中,多个工作流体路径c110可以限定方螺旋。方螺线的至少一部分可以包括对应于方圆的弧。多个工作流体路径c110可以具有180度到1260度(例如180度到450度,例如315度到765度,例如675度到1260度)的弧长。
在一些实施例中,多个工作流体路径c110可包括径向或同心相邻的路径。附加地或替代地,多个工作流体路径c110可包括一个或多个逆对。例如,逆对可以包括一对工作流体路径c110,该对工作流体路径c110在工作流体本体c108的相对侧分别与对应热提取区域(例如,再生器本体c800)流体连通。附加地或替代地,逆对可以包括一对工作流体路径c110,该对工作流体路径c110在工作流体本体c108的相对侧分别与对应热输入区域(例如,活塞本体c700)流体连通。逆对可以遵循具有任何期望曲率的螺旋弧,例如螺旋弧逆对。例如,加热流体路径c602可以限定多个螺旋弧逆对。在一些实施例中,逆对可以包括抛物线螺旋。
再次参考图4.5.2,工作流体本体c108可以包括与热侧热交换器本体c600的多个加热流体路径c602交错的多个工作流体路径c110,例如以提供它们之间的热传导关系。多个工作流体路径c110中的相应工作流体路径c110可以交替地邻近多个加热流体路径c602中的相应加热流体路径c602设置。在一些实施例中,限定工作流体路径c110中的至少一些的工作流体本体c108的一部分可以突出到多个加热流体路径c602中的相邻的相应加热流体路径c602中。附加地或替代地,限定加热流体路径c602中的至少一些的热侧热交换器本体c600的至少一部分可以突出到多个工作流体路径c110中的相邻的相应工作流体路径c110中。例如,限定交替相邻的工作流体路径c110和加热流体路径c602的工作流体本体c108的一部分和/或热侧热交换器本体c600的一部分可以突出到这样的工作流体路径c110和/或加热流体路径c602中。工作流体本体c108和/或热侧热交换器本体c600的突出部分可以在任何方向上朝向相邻的工作流体路径c110和/或加热流体路径c602突出。例如,工作流体本体c108和/或热侧热交换器本体c600可以径向或同心向内和/或径向或同心向外突出。
工作流体本体c108的突出部分和/或热侧热交换器本体c600的一部分可以限定传导增强突部c728。传导增强突部c728可以例如通过扰乱加热流体和加热流体路径c602之间的边界层和/或通过扰乱发动机工作流体和工作流体路径c110之间的边界层,来增强加热流体和发动机工作流体之间的传导。多个传导增强突部c728中的相应传导增强突部c728可以至少部分地由与突出到多个加热流体路径c602中的相邻的相应加热流体路径c602中的多个工作流体路径c110中的相应工作流体路径c110对应的工作流体本体c108的一部分限定。附加地或替代地,多个传导增强突部c728中的相应传导增强突部c728可以至少部分地由与突出到多个工作流体路径c110中的相邻的相应工作流体路径c110中的多个加热流体路径c602中的相应加热流体路径c602对应的热侧热交换器本体c600的一部分限定。
示例性传导增强突部可以包括具有各种形状和构造的突出特征的组合中的任何一个或多个,其包括结节、环、钩、隆起、突节、凝块、团块、旋钮、凸起、突起、鼓出、扩生、外生、增生、鼓泡、伸出部等。这些传导衰减突部c728以有序、半有序、随机或半随机的方式出现。然而,通过调节工作流体本体c108和/或热侧热交换器本体c600的至少一部分的构造或布置(诸如工作流体路径c110和/或加热流体路径c602的至少一部分的构造或布置),可以选择性地控制或修改传导增强突部c728的特定构造、布置或取向。
现在参考图4.5.3,将描述工作流体本体c108的另一个示例性横截面视图。在一些实施例中,图4.5.3中所示的横截面视图可对应于加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002相对于图4.5.1B中所示的横截面视图的轴向近端位置。例如,图4.5.1B可以表示示例性工作流体本体c108的顶部横截面视图,和/或图4.5.3可以表示示例性工作流体本体c108的底部横截面视图。如图4.5.3所示,多个活塞本体c700和多个再生器本体c800可以围绕工作流体本体c108的纵向轴线c204周向间隔开。多个活塞本体c700和再生器本体c800可以彼此配对,例如,其中多个工作流体路径c110在相应活塞本体c700和再生器本体c800对之间流体连通。例如,第一多个工作流体路径c701可以在由第一活塞本体c700限定的第一活塞室c112和由第一再生器本体c800限定的第一再生器室c802之间流体连通。第二多个工作流体路径c702可以在由第二活塞本体c700限定的第二活塞室c112和由第二再生器本体c800限定的第二再生器室c802之间流体连通。第三多个工作流体路径c703可以在由第三活塞本体c700限定的第三活塞室c112和由第三再生器本体c800限定的第三再生器室c802之间流体连通。第四多个工作流体路径c704可以在由第四活塞本体c700限定的第四活塞室c112和由第四再生器本体c800限定的第四再生器室c802之间流体连通。
流过多个工作流体路径c110的发动机工作流体的流动方向可以相对于流过与这种工作流体路径c110相邻的加热流体路径c602的加热流体的流动方向c732逆流或并流。例如,如图所示,从活塞室c112流向再生器室c802的发动机工作流体可以与流过相邻的加热流体路径c602的加热流体的流动方向c732逆流。从再生器室c802流向活塞室c112的发动机工作流体可以与流过相邻的加热流体路径c602的加热流体的流动方向c732并流。替代地,在其他实施例中,当从活塞室c112流向再生器室c802时,发动机工作流体可以与加热流体的流动方向c732逆流,而当从再生器室c802流向活塞室c112时,发动机工作流体可以与加热流体的流动方向c732并流。
一般而言,相对于并流流动,在逆流流动期间从热流体到冷流体的热传递可能更大。例如,对于并流流动,冷流体的温度可能总是低于热流体的温度,因此,热传递可能受到冷流体的排出温度的限制。相反,对于逆流流动,热传递不受冷流体的排出温度的限制,这可以允许更多的热传递量。另一方面,对于并流流动,相对于具有逆流流动的初始热传递区处的温度梯度,热流体和冷流体之间的温度梯度在达到热平衡之前在初始热传递区处可能更大。因此,在并流流动期间的非平衡条件期间可以实现更快的热传递。
在一些实施例中,当发动机工作流体从再生器本体c800流到活塞本体c700时,加热流体相对于发动机工作流体并流流动可能是有利的。例如,相对于在相对方向上流动的发动机工作流体,当发动机工作流体从再生器本体c800流向活塞本体c700时,发动机工作流体和加热流体之间的温度梯度可能更大。例如,由于热量从发动机工作流体传递到再生器本体c800并返回到发动机工作流体时的热损失,这种温度梯度可能更大。当发动机工作流体从再生器本体c800流向活塞本体c700时,存在更大的温度梯度,这种温度梯度可以促进从加热流体到发动机工作流体的更快速的热传递。特别地,当发动机工作流体流入活塞本体c800时,这种温度梯度可以促进向发动机工作流体的更快速的热传递,从而进一步膨胀发动机工作流体,并有助于活塞室内的活塞的下冲程(例如,直接地)。附加地或替代地,在加热流体相对于从活塞本体c700流向再生器本体c800的发动机工作流体逆流流动的情况下,从加热流体到发动机工作流体的热传递速率可以小于当发动机工作流体在相对方向上流动时的热传递速率。因此,当流入再生器本体c800时,相对较少的热传递可以被赋予发动机工作流体,例如当向闭式循环发动机c002输入热量时,从再生器本体c800流动的发动机工作流体进一步有助于加热器本体c100的效率。
现在参考图4.5.4A至4.5.4E,将描述工作流体本体c108的另一个示例性实施例。如图所示,在一些实施例中,工作流体本体c108的至少一部分可以限定加热室本体c998的至少一部分。附加地或替代地,热侧热交换器本体c600的至少一部分可以限定加热室本体c998的至少一部分。加热室本体c998可以包围多个工作流体路径c110的至少一部分。例如,加热室本体c998可以限定工作室c734。多个工作流体路径c110可以设置在工作室c734内。在一些实施例中,加热室本体c998可以提供工作室c734来代替或替代例如参考图4.4.1A所描述的工作流体路径c602的至少一部分。然而,在一些实施例中,多个工作流体路径c602可以与加热室本体c998和/或工作室c734一起提供。
在一些实施例中,多个工作流体路径c110的至少一部分可以限定管阵列c736。一个或多个管阵列可以设置在加热室本体内(例如,工作室c734内),并且加热室本体c998可以包围一个或多个管阵列c736。示例性管阵列c736在图4.5.4B到4.5.4E中示出。
加热室本体c998可与一个或多个加热流体入口c606(例如,图4.4.1A)和一个或多个加热流体出口c610(例如,图4.4.1A)流体连通。加热室本体c998可以限定再循环路径c104的至少一部分。一个或多个加热流体入口c606可以与燃烧室c102流体连通,并且一个或多个加热流体出口c610可以与再循环环c208流体连通。
根据本公开可以使用任何合适的发动机工作流体。在示例性实施例中,发动机工作流体可以包括气体,例如惰性气体。例如,稀有气体(诸如氦气)可用作发动机工作流体。示例性发动机工作流体优选地是惰性的,使得它们通常不参与化学反应,例如工作流体本体c108的环境内的氧化。示例性稀有气体包括单原子气体,例如氦气、氖气、氩气、氪气或氙气,以及这些的组合。在一些实施例中,发动机工作流体可以包括空气、氧气、氮气或二氧化碳,以及这些的组合。
现在转向图4.5.5A-4.5.5D,将描述加热器本体c100的示例性热膨胀接头c135。加热器本体c100可在加热器本体c100的任何一个或多个期望位置处包括一个或多个热膨胀接头c135。热膨胀接头c135可以包括膨胀间隙c149,膨胀间隙c149被构造为允许热膨胀接头c135的相应侧之间的热膨胀和/或热膨胀差异。在一些实施例中,热膨胀接头c135可以包括提供发夹构造的膨胀间隙c149,例如图4.5.5B所示。这种发夹构造可以在热膨胀接头c135的相应侧之间提供延伸的热传导路径。在一些实施例中,膨胀间隙c147可以包括绝缘材料c129(例如辐射热屏蔽件c129A(图4.1.8A-4.1.8G)),以提供改进的视角因子和热膨胀接头c135的相应侧之间的辐射热传递的对应减少。
如图所示,在一些实施例中,加热器本体c100可包括一个或多个燃烧器热膨胀接头c135A。燃烧器热膨胀接头c135A可以允许燃烧器本体c400的至少一部分与加热器本体c100的一个或多个相邻区域之间的热膨胀和/或热膨胀差异。例如,燃烧器热膨胀接头c135A可以允许燃烧器本体c400和热侧热交换器本体c600之间(例如燃烧室c102和热侧热交换器c106之间)的热膨胀和/或热膨胀差异。附加地或替代地,燃烧器热膨胀接头c135A可以允许燃烧器本体c400和工作流体本体c108之间(例如燃烧室c102和工作流体路径c110的阵列之间)的热膨胀和/或热膨胀差异。
燃烧器热膨胀接头c135A可以与燃烧室c102和/或加热器本体c100的纵向轴线c204同心定向,例如,如图4.5.5A、4.5.5C和4.5.5D所示。燃烧器热膨胀接头c135A可以周向包围燃烧器本体c400的至少一部分。例如,如图4.5.5A和4.5.5B所示,膨胀间隙c149可以设置在热侧加热器本体c600的至少一部分内。附加地或替代地,燃烧器热膨胀接头c135A可以至少部分地与燃烧室c102轴向偏移,如图所示。这种轴向偏移可以被构造为在燃烧器本体c400和热侧热交换器本体c600之间提供延伸的热传导路径。
在一些实施例中,加热器本体c100可以包括一个或多个热传递区域热膨胀接头c135B。热传递区域热膨胀接头c135B可以允许加热器本体c100的相应热传递区域c612之间的热膨胀和/或热膨胀差异。例如,热传递区域热膨胀接头c135B可以允许工作流体本体c108和再生器本体c800之间,和/或活塞本体c700和再生器本体c800之间的热膨胀和/或热膨胀差异。如图4.5.5C和4.5.5D所示,热传递区域热膨胀接头c135B可以设置在第一热传递区域c620的再生器本体c800和第二热传递区域c622的工作流体本体c108之间(和/或设置在第一热传递区域c620的再生器本体c800和第二热传递区域c622的活塞本体c700之间)。
附加地或替代地,热传递区域热膨胀接头c135B可以设置在工作流体本体c108的热输入区域c601和工作流体本体c108的热提取区域c603之间,例如设置在第一热传递区域c620的热输入区域c601和第二热传递区域c622的热提取区域c603之间。例如热输入区域c601包括靠近活塞本体c700的工作流体本体c108的一侧上的工作流体路径c110,例如包括靠近对应活塞室孔口c111的工作流体路径c110的一部分。这种热提取区域c603包括靠近再生器本体c800的工作流体本体的一侧上的工作流体路径c110,例如包括靠近对应再生器孔口c113的工作流体路径c110的一部分。
现在将参考图4.5.6描述加热发动机工作流体的示例性方法。加热发动机工作流体的示例性方法可以包括例如加热一种或多种工作流体本体c108的方法。例如,示例性方法可以结合如本文所述的热侧热交换器本体c600、工作流体本体c108、加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的操作来执行。如图所示,示例性方法c750可以包括在方框c752处,使发动机工作流体流过多个热传递区域c612中的相应热传递区域c612。多个热传递区域c612可以包括在热输入区域(例如活塞本体c700)和热提取区域(例如再生器c800)之间流体连通的多个工作流体路径c110。发动机工作流体可以流过例如在热输入区域(例如活塞本体c700)和热提取区域(例如再生器c800)之间交替的多个工作流体路径c110。在方框c754处,示例性方法可以包括将热量从加热源传递到发动机工作流体。多个工作流体路径c110可以与加热源具有热传递关系。加热源可以是加热流体,例如燃烧气体,其可以使用加热器本体c100被加热。
示例性方法c750可以包括使发动机工作流体从热输入区域交替地流到热提取区域,并且从热提取区域流到热输入区域。例如,方法c750可以包括交替地流过第一多个工作流体路径c701,发动机工作流体的第一部分从热输入区域到热提取区域并且从热提取区域到热输入区域。在一些实施例中,发动机工作流体的第一部分可以交替地从热输入区域流到第一热提取区域,并且从第一热提取区域流到热输入区域。附加地或替代地,方法c750可以包括交替地流过第二多个工作流体路径c702,发动机工作流体的第二部分从热输入区域流到热提取区域,并且从热提取区域流到热输入区域。在一些实施例中,发动机工作流体的第二部分可以交替地从热输入区域流到第二热提取区域,并且从第二热提取区域流到热输入区域。在另一个实施例中,发动机工作流体的第一部分可以在第一热输入区域和第一热提取区域之间交替流动,并且发动机工作流体的第二部分可以在第二热输入区域和第二热提取区域之间交替流动。
现在参考图4.6.1A至4.6.1C、4.6.2A至4.6.2C以及4.6.3A和4.6.3B,将描述示例性喷射器本体c300。当前公开的喷射器本体c300可以限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的一部分。例如,喷射器本体c300可以限定整体本体或整体本体段的至少一部分。这种整体本体或整体本体段可以限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的至少一部分。附加地或替代地,当前公开的喷射器本体c300可以被提供为分离部件,无论是与加热器本体c100、闭式循环发动机c002结合使用,还是与加热器本体c100或闭式循环发动机c002相关或无关的任何其他设定结合使用。
图4.6.1A至4.6.1C示出了喷射器本体c300的一个实施例。图4.6.2A至4.6.2C示出了喷射器本体c300的另一个实施例。图4.6.3A和4.6.3B示出了喷射器本体c300的又一实施例。示例性喷射器本体c300可以是例如用于当前公开的加热器本体c100或闭式循环发动机c002的再循环喷射器本体。然而,应当理解,当前公开的喷射器本体c300可以用于其他设定,所有这些都在本公开的范围内。
如图所示,喷射器本体c300可以包括与环c306流体连通的动力路径c302和引出路径c304。动力路径c302可以与引出路径c304相邻。动力路径c302和/或引出路径c304可以倾斜于环c306定向。动力路径c302可以限定进气路径c118的至少一部分。引出路径c304可以限定再循环路径c104的至少一部分。环c306可以限定燃烧器本体c400的至少一部分。例如,环c306可以包括调节管道c122和/或燃烧室c102。
动力路径c302可以提供构造成夹带和/或加速附近引出路径c304中的引出流体的动力流体射流。例如,动力路径可以提供构造成夹带和/或加速附近再循环路径c104中的燃烧气体的进气射流。燃烧气体的这种夹带和/或加速可至少部分地有助于燃烧气体循环通过再循环路径c104。
喷射器本体c300可以包括多个动力路径c302和/或多个引出路径c304,例如图4.6.1A和4.6.2A所示。附加地或替代地,如图4.6.3A所示,喷射器本体c300可以包括一个动力路径c302和/或一个引出路径c304。在一些实施例中,喷射器本体c300可以包括一个动力路径c302和多个引出路径c304。在其他实施例中,喷射器本体c300可以包括多个动力路径c302和一个引出路径c304。动力路径c302和引出路径c304可以具有任何期望的几何形状、构造和/或布置。如图所示,示出了狭缝状动力路径c302和狭缝状引出路径c304。动力路径c304和/或引出路径c304可具有多边形横截面构造(例如,三角形、四边形、五边形等)和/或曲线横截面构造(例如,圆形、椭圆形等)。动力路径c302和引出路径c304可以被构造和布置为彼此相邻和/或彼此共环。
在一些实施例中,动力路径c302可具有接近环c306会聚的横截面宽度和/或区域。会聚的横截面宽度和/或区域可以限定动力路径喷嘴c310。动力路径的轴向高度可以超过动力路径的径向宽度。附加地或替代地,动力路径喷嘴c310的轴向高度可以超过动力路径喷嘴c310的径向宽度。更进一步地,引出路径的轴向高度可以超过引出路径的径向宽度。
如图4.6.1A和4.6.2A所示,多个动力路径c302和/或多个引出路径c304可以围绕喷射器本体c300径向且周向间隔开设置。多个动力路径c302和/或多个引出路径c304可以倾斜于环c306定向。多个动力路径c302和多个引出路径c304可以被构造和布置为引出路径对。引出路径对可以包括可操作地作用于至少一个引出路径的至少一个动力路径。引出路径对可另外包括如本文所述的一个或多个排气路径和/或一个或多个引出喷嘴。动力路径和相邻的引出路径可以限定引出路径对。附加地或替代地,被一个或多个引出路径包围的动力路径可以限定引出路径对。作为示例,如图4.6.1B和4.6.2B所示,第一动力路径c302a和第一引出路径c304a可以限定引出路径对。附加地或替代地,第二动力路径c302b和第一引出路径c304a可以限定引出路径对。此外,引出路径对可以由第二动力路径c302b、第一引出路径c304a和第二引出路径c304b附加地或替代地限定。多个引出路径对可围绕喷射器本体c300径向且周向间隔开设置。
喷射器本体c300可以另外包括一个或多个排气路径c308。一个或多个排气路径c308中的相应排气路径c308可与至少一个引出路径c306流体连通。例如,多个排气路径c308可以围绕喷射器本体c300径向且周向间隔开设置。多个排气路径c308可以与多个引出路径c306中的相应引出路径c306流体连通。引出路径c306和排气路径c308之间的流体连通可以在引出路径c306和动力路径c302之间的流体连通的上游。一个或多个排气路径c308可以允许燃烧气体离开再循环路径c104。例如,一个或多个排气路径可以与加热器本体c100的排气环c218和/或回热器c124流体连通。
引出路径对或多个引出路径对可以倾斜于环c306定向。例如,动力路径c302和/或引出路径c302可以倾斜于环c306定向。在一些实施例中,多个倾斜定向的引出路径对可以相对于切线扫描定向。倾斜定向可以相对于环c306的向外环形壁c312和/或环c306的向内环形壁c314。环c306的向外环形壁c312可以是向外环形调节管道壁c408,和/或环c306的向内环形壁c314可以是向内环形调节管道壁c410。在一些实施例中,径向前动力路径壁c316可以倾斜于环c306定向。附加地或替代地,径向后动力路径壁c318可以倾斜于环c306定向。在一些实施例中,径向前引出路径壁c320可以倾斜于环c306定向。附加地或替代地,径向后引出路径壁c322可以倾斜于环c306定向。
引出路径对的倾斜定向可以相对于环c306的切线(例如相对于向外环形壁c312的切线和/或相对于向内环形壁c314的切线)以一定角度定位。倾斜定向可包括引出路径对的至少一个方面相对于环c306的切线、例如以对应于切线的倾斜角和/或偏离切线的倾斜角定向。可以选择倾斜定向以允许动力流体(诸如通过动力路径喷嘴c310喷射的进气)夹带和/或加速引出流体,诸如对应引出路径c304中的燃烧气体。附加地或替代地,可以选择倾斜定向以在环c306中引起涡流。例如,喷射到环c306中的动力流体和/或由动力流体夹带或加速的引出流体可在环c306中引起旋流。
作为示例,倾斜定向可包括倾斜于环定向的引出路径对的一个或多个方面,例如与环相切-60度至60度,例如与环相切-45度至45度,例如与环相切-20度至20度,例如与环相切-10度至10度,例如与环相切-5度至5度,或例如与环相切-1度到1度。倾斜于环定向的引出路径对的一个或多个方面可以包括动力路径c302的一个或多个方面(例如,径向前动力路径壁c316和/或径向后动力路径壁c318)和/或引出路径c304的一个或多个方面(例如,径向前引出路径壁c320和/或径向后引出路径壁c322)。
相对于切线扫描定向的多个引出路径对可以包括与环相切定向的径向前缘(例如,径向前动力路径壁c316和/或径向前引出路径壁c320)。附加地或替代地,切线扫描可以包括与环相切定向的径向后缘(例如,径向后动力路径壁c318和/或径向后引出路径壁c322)。径向前缘(例如,径向前动力路径壁c316和/或径向前引出路径壁c320)可以与径向后缘(例如,径向后动力路径壁c318和/或径向后引出路径壁c322)分离一弧长。该弧长可以是通过将引出路径对的数量除以由多个引出路径对所包围的环的周向度数而获得的商。例如,弧长可以是5度到45度,例如15度到35度,或者例如20度到30度。
仍然参考例如图4.4.1B和4.4.2B,在一些实施例中,引出路径c304可以至少部分地由动力路径本体c324限定,并且动力路径c302可以设置在动力路径本体c324的至少一部分内。例如,多个引出路径c304中的相应引出路径c304可以至少部分地由多个动力路径本体c324中的对应的相应动力路径本体c324限定。多个动力路径c302中的相应动力路径c302可以设置在多个动力路径本体c324中的对应的相应动力路径c324本体内。
一个或多个动力路径c302可以在环c306和/或环c306的上游处与对应引出路径c304流体连通。例如,如图4.6.1B所示,喷射器本体c300可以包括在环c306处与多个引出路径c304中的对应引出路径c304流体连通的多个动力路径c302。附加地或替代地,例如图4.6.2B所示,喷射器本体c300可以包括多个动力路径c302,多个动力路径c302与环c306上游的多个引出路径c304中的对应引出路径c304流体连通。在一些实施例中,动力路径c302中的一些可以在环c306处与一个或多个对应引出路径c304流体连通,并且动力路径c302中的一些可以与环c306上游的一个或多个对应引出路径c304流体连通。
如图4.4.2B所示,在一些实施例中,引出路径对可包括引出喷嘴c326。引出喷嘴c326可以设置在动力路径喷嘴c310的下游,例如在动力路径喷嘴c310和环c306之间。引出喷嘴c326可以夹带和/或加速来自引出路径c304的引出流体和/或来自动力路径c302的动力流体。引出喷嘴c326可包括喉部c328和出口c330。引出喷嘴c326的出口可包括径向前出口壁c332和/或径向后出口壁c334。引出喷嘴c326(例如,径向前出口壁c332和/或径向后出口壁c334)可以倾斜于环c306定向。引出喷嘴c326的倾斜定向可以相对于环c306的切线(例如相对于向外环形壁c312的切线和/或相对于向内环形壁c314的切线)以一定角度定位。倾斜定向可包括引出喷嘴c326的至少一个方面相对于环c306的切线、例如以对应于切线的倾斜角和/或偏离切线的倾斜角定向。可以选择倾斜定向以允许通过引出喷嘴c326喷射的动力流体(例如,进气)夹带和/或加速引出流体(例如,燃烧气体)。附加地或替代地,可以选择倾斜定向以在环c306中引起旋流。例如,喷射到环c306中的动力流体和/或由动力流体夹带或加速的引出流体可在环c306中引起旋流。
作为示例,倾斜定向可以包括引出喷嘴c326的一个或多个方面倾斜于环c306定向,例如与环相切-60度到60度,例如与环相切-45度到45度,例如与环相切-20度到20度,例如与环相切-10度到10度,例如与环相切-5度到5度,或例如与环相切-1度到1度。倾斜于环定向的引出喷嘴c326的一个或多个方面可包括径向前出口壁c332和/或径向后出口壁c334。
在一些实施例中,例如图4.6.1B所示,喷射器本体c300可以包括具有螺旋构造的排气路径c308。排气路径c308的螺旋构造可相对于环c306径向或同心向外发散。多个排气路径c308可以围绕喷射器本体c300径向且周向间隔开设置。多个排气路径c308可以与多个引出路径c304中的至少一个流体连通。
一个或多个排气路径c308和/或一个或多个引出路径c304可以被构造和布置成使得流过引出路径的引出流体的0%至100%可以流入环c306。例如,流过引出路径c304的引出流体的约10%至约90%可以流入环c306,并且流过引出路径c304的引出流体的剩余部分可以流入排气路径c308。从引出路径流入环的引出流体可以是引出流体的约30%至约70%,或例如引出流体的约40%至约60%。从引出路径c304流入排气路径c308的引出流体可以是引出流体的约10%至约90%,例如引出流体的约30%至约70%,或例如引出流体的约40%至约60%。
在一些实施例中,多个排气路径c308可分别横穿一个或多个动力路径本体c324。例如,排气路径可以横穿径向前引出路径壁c320和/或径向后引出路径壁c322。排气路径c308可以横穿动力路径本体c324的轴向远端部分。
现在参考图4.6.4A和4.6.4B,在一些实施例中,喷射器本体c300的一个或多个部分的开口区域可以是可调整的。如图所示,喷射器本体c300可以包括孔口机构c336,其被构造为调整一个或多个引出路径c304的开口区域的横截面尺寸和/或一个或多个排气路径c308的开口区域的横截面尺寸。对这种开口区域的调整可以改变(例如通过排气路径c120)从加热器本体c100排出的排气量和/或循环通过加热器本体(例如,通过再循环路径c104)的燃烧气体量。
一个或多个引出路径c304的开口区域和/或一个或多个排气路径c308的开口区域可以至少部分地基于加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的一个或多个操作参数而变化。例如,一个或多个引出路径c304和/或排气路径c308的开口区域可以在启动条件和稳态操作条件之间变化。附加地或替代地,一个或多个引出路径c304和/或排气路径c308的开口区域可以至少部分地基于加热器本体c100的热输出和/或闭式循环发动机c002的功率输出而变化。
孔口机构c336可包括一个或多个孔口c338。孔口机构c336可以可旋转地枢转,以便使一个或多个孔口c338移动穿过一个或多个对应的引出路径c304和/或排气路径c308,从而调节这种一个或多个路径的开口区域。例如,孔口机构c336可以通过致动器c340的操作而可旋转地枢转,该致动器c340可操作地构造为致动孔口机构c336。合适的致动器c340可以包括伺服马达、压电致动器、形状记忆致动器等。
在一些实施例中,孔口机构c336可以至少部分地基于加热器本体c100的至少一部分(例如喷射器本体c300的至少一部分)的温度和/或流过加热器本体c100的至少一部分(例如,流过喷射器本体c300的至少一部分)的燃烧气体的温度来操作。这种温度可以至少部分地使用温度传感器c342来确定。控制器344可以被可操作地构造为向致动器c340提供控制命令。一个或多个控制命令可以至少部分地基于与加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002相关联的任何一个或多个操作参数。例如,控制器c344可以被可操作地构造为至少部分地基于由温度传感器c342已经确定的温度来提供控制命令。示例性控制器c344,包括其结构和操作在本文进一步描述,例如参考图5.1.3。
在一些实施例中,致动器c340可以是热敏的,例如压电致动器或形状记忆致动器。这种热敏致动器c340可以与喷射器本体c300的至少一部分和/或流过其中的燃烧气体具有热传递关系,并且热敏致动器c340可以被构造和布置为响应于由于这种热传递关系导致的致动器温度变化而可旋转地枢转孔口机构c336。
附加地或替代地,在一些实施例中,孔口机构c336可以至少部分地限定致动器c340。例如,如图4.6.4C和4.6.4D所示,热敏致动器c340可以被构造和布置为响应于由第一热输入(例如,Q1)产生的第一温度而打开孔口c338,和/或响应于由第二热输入(例如,Q2)产生的第二温度而关闭孔口c338。热敏致动器c340可以响应于温度变化(例如从第一温度变化到第二温度)而在打开位置和关闭位置之间调节。附加地或替代地,如图4.6.4E和4.6.4F所示,热敏致动器可以被构造为响应于由第一热输入(例如,Q1)产生的第一温度而关闭孔口c338和/或响应于由第二热输入(例如,Q2)产生的第二温度而打开孔口c338。致动器可以被构造为响应于温度变化(例如从第一温度变化到第二温度)而在关闭位置和打开位置之间调节。在一些实施例中,热敏致动器c340可以集成到孔口机构c336中。附加地或替代地,孔口机构c336可以至少部分地由具有热敏特性的形状记忆材料(例如形状记忆合金)形成。
孔口机构c336可以可操作以将引出路径c304和/或排气路径c308的开口区域从0%调节到100%,例如从20%调节到80%,例如从40%调节到60%,例如从40%调节到100%,或例如从60%调节到100%。
现在转向图4.6.5,将描述循环流体(例如燃烧气体)的示例性方法。循环流体的示例性方法可包括例如再循环燃烧气体的方法。例如,示例性方法可以结合如本文所述的再循环喷射器c116、加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的操作来执行。如图所示,示例性方法c350可以包括在方框c352处,通过至少部分地由喷射器本体c300限定的动力路径c302,将动力流体喷射到环c306中。动力路径c302和/或引出路径c304可以与环c306流体连通并倾斜于环定向。示例性方法c350可以包括在方框c354处,使用动力流体加速和夹带喷射器流体,喷射器流体从至少部分地由喷射器本体c300限定的引出路径c304流入环c306。引出路径c304可以与动力路径c302相邻。
现在参考图4.7.1A至4.7.1C,将描述示例性回热器本体c500。当前公开的回热器本体c500可以限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的一部分。例如,回热器本体c500可以限定整体本体或整体本体段的至少一部分。这种整体本体或整体本体段可以限定加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的至少一部分。附加地或替代地,当前公开的回热器本体c500可以被提供为分离部件,无论是与加热器本体c100、闭式循环发动机c002结合使用,还是与加热器本体c100或闭式循环发动机c002相关或无关的任何其他设定结合使用。
示例性回热器本体c500可以限定热交换器,例如回热器c124。应当理解的是,术语回热器是作为示例使用的,而不是限制性的,并且当前公开的回热器本体c500可以与任何热交换系统结合使用或实施,所有这些都在本公开的范围内。如图4.7.1A至4.7.1C所示,示例性回热器本体c500可以围绕轴线c204环形设置。回热器本体c500可包括绕围轴线c204环形螺旋的多个第一路径c502和/或围绕轴线c204环形螺旋的多个第二路径c504。多个第一路径c502可以包括进气路径c118和/或可以共同限定进气路径c118的至少一部分。例如,进气路径c118可以限定用于将进气供应到加热器本体c100的路径的至少一部分。多个第二路径c504可以包括排气路径c120和/或可以共同限定排气路径c120的至少一部分。例如,排气路径c120可以限定用于从加热器本体c100排出排气的路径的至少一部分。多个第二路径c504中的相应第二路径c504可以与多个第一路径c502中的相应第一路c502交替相邻。多个第一路径c502中的相应第一路径c502可以与多个第二路径c504中的对应的相应第二路径c504具有热传导关系。作为示例,热量可以从第二流体(诸如流过多个第二路径c504的排气)传递到第一流体(诸如流过多个第一路径c502的进气)。
多个第一路径c502可以与第一进气环c508(例如图4.1.3A至4.1.3C所示的进气环c216)流体连通。第一进气环c508和多个第一路径c502之间的流体连通可以设置在多个第一路径c502的上游部分,例如多个第一路径c502的径向或同心向外部分。多个第一路径c502可以附加地或替代地与第一排出环c510(例如图4.1.3A至4.1.3C所示的动力环c228)流体连通。第一排出环c510和多个第一路径c502之间的流体连通可以设置在多个第一路径c502的下游部分,例如多个第一路径c502的径向或同心向内部分。多个第一路径c502可以包括围绕第一进气环环形流体连通的多个第一路径入口c512,以及围绕第一排出环c510环形流体连通的多个第一路径出口c514。
在一些实施例中,回热器本体c500可包括围绕轴线c204环形设置的第一进气环c508(例如,进气环c216)和/或围绕轴线c204环形设置的第一排出环c510(例如,动力环c228)。例如,第一进气环c508和/或第一排出环c510可以限定回热器本体c500的至少一部分。附加地或替代地,第一进气环c508和/或第一排出环c510可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到回热器本体c500的整体本体或整体本体段的至少一部分。
多个第二路径c504可以与第二进气环c516(例如图4.1.3A至4.1.3C所示的再循环环c208和/或再循环喷射器c116)流体连通。第二进气环c516和多个第二路径c504之间的流体连通可以设置在多个第二路径c504的上游部分,例如多个第二路径c504的径向或同心向内部分。多个第二路径c502可以附加地或替代地与第二排出环c518流体连通,例如如图4.1.3A至4.1.3C所示的排气环c218。第二排出环c518和多个第二路径c504之间的流体连通可以设置在多个第二路径c504的下游部分,例如多个第二路径c504的径向或同心向外部分。多个第二路径c504可以包括围绕第二进气环c516环形流体连通的多个第二路径入口c520,以及围绕第二排出环c518环形流体连通的多个第二路径出口c522。
在一些实施例中,回热器本体c500可包括围绕轴线c204环形设置的第二进气环c516(例如,再循环环c208和/或再循环喷射器c116),和/或围绕轴线c204环形设置的第二排出环c518(例如,排气环c218)。例如,第二进气环c516和/或第二排气环c518可以限定回热器本体c500的至少一部分。附加地或替代地,第二进气环c516和/或第二排出环c518可以限定可操作地联接或能够可操作地联接到回热器本体c500的整体本体或整体本体段的至少一部分。
第一进气环c508的至少一部分可以定位成与第二排出环c518的至少一部分轴向相邻。例如,如图4.7.1C所示,第一进气环c508的轴向近端部分可以与第二排出环c518的轴向远端部分相邻。第一进气环c508的至少一部分可以周向包围多个第一路径c502的至少一部分。附加地或替代地,第一进气环c508的至少一部分可以定位成与多个第一路径c502的至少一部分轴向相邻。例如,第一进气环c508的轴向近端部分可以与多个第一路径c502的轴向远端部分相邻。进一步附加地或替代地,例如图4.1.3C所示,多个第一路径c502的至少一部分可以周向包围第一排出环c518的至少一部分。
多个第一路径c502的至少一部分可以从第一进气环c508径向或同心向内螺旋到第一排出环c510。附加地或替代地,多个第一路径c502的至少一部分可以例如从回热器本体c500的轴向远端区域到回热器本体c500的轴向中间或轴向近端区域,或从回热器本体c500的轴向中间区域到回热器本体c500的轴向近端区域轴向近端横穿。
多个第一路径入口c512可以轴向邻近多个第一路径c502的至少一部分设置。多个第一路径入口c512可以围绕第一进气环c508径向和/或轴向流体连通。例如,多个第一路径入口c512可以从第一进气环c508在轴向近端方向和/或在径向或同心向内方向上横穿。在一些实施例中,多个第一路径入口c512可包括多个进气轮叶c513。
多个第一路径出口c514可以轴向邻近多个第一路径c502的至少一部分设置。多个第一路径出口c514可以围绕第一排出环c510径向和/或轴向流体连通。例如,多个第一路径出口c514可以朝向第一排出环c510在轴向近端方向和/或在径向或同心向内方向上横穿。在一些实施例中,多个第一路径出口c514可以包括多个出口轮叶c511。
第二进气环c516的至少一部分可以轴向邻近第二排出环c518的至少一部分定位。例如,如图4.7.1C所示,第二进气环c516的轴向远端部分可以与第二排出环c518的轴向近端部分相邻。第二排出环c518的至少一部分可以周向包围多个第二路径c504的至少一部分。附加地或替代地,第二进气环c516的至少一部分可以轴向邻近多个第二路径c504的至少一部分定位。例如,多个第二路径c504的轴向近端部分可以邻近第二进气环c516的轴向远端部分。进一步附加地或替代地,多个第二路径c504的至少一部分可以周向包围第二进气环c516的至少一部分。
多个第二路径c504的至少一部分可以从第二进气环c516径向或同心向外螺旋到第二排出环c518。附加地或替代地,多个第二路径c504的至少一部分可以例如从回热器本体c500的轴向近端区域到回热器本体c500的轴向中间或轴向远端区域,或从回热器本体c500的轴向中间区域到回热器本体c500的轴向远端区域轴向远端横穿。
多个第二路径入口c520可以轴向邻近多个第二路径c504的至少一部分设置。多个第二路径入口c520可以围绕第二入口环c516径向和/或轴向流体连通。例如,多个第二路径入口可以从第二进气环c516在轴向远端方向上和/或在径向或同心向外方向上横穿。在一些实施例中,多个第二路径入口c520可包括多个进气轮叶c521。
多个第二路径出口c522可以径向或同心邻近多个第二路径c502的至少一部分设置。例如,多个第二路径出口c522和多个第二路径c512可以以基本同心螺旋或基本同心螺旋弧的交替顺序布置。多个第二路径出口c522可以围绕第二排出环c518径向和/或轴向流体连通。例如,多个第二路径出口c522可以朝向第二排出环c518在轴向远端方向上和/或在径向或同心向外方向上横穿。在一些实施例中,多个第二路径出口c522可以包括多个出口轮叶c523。
在一些实施例中,例如图4.1.3C所示,第一进气环c508的至少一部分可以周向包围第二排出环c518的至少一部分。替代地或附加地,第二排出环c518的至少一部分可以周向包围第一进气环c508的至少一部分。多个第一路径可以从第一进气环c508径向或同心向外螺旋到第一排出环c510。多个第二路径c504可以从第二进气环c516径向或同心向内螺旋到第二排出环c518。第二进气环c516的至少一部分可以周向包围第一排出环c510的至少一部分。第一排出环c510的至少一部分可以周向包围第二进气环c516的至少一部分。
在一些实施例中,回热器本体c500可以被构造和布置成使得多个第一路径c502可以接收第一流体流,第一流体流相对于流过多个第二路径c504的第二流体在逆流流动方向上。多个第二路径c504可以接收相对于流过多个第一路径c502的第一流体在逆流流动方向上的第二流体流。替代地,回热器本体c500可以被构造和布置成使得多个第一路径c502可以接收第一流体流,第一流体流相对于流过多个第二路径c504的第二流体在并流流动方向上。多个第二路径c504可以接收相对于流过多个第一路径c502的第一流体在并流流动方向上的第二流体流。
在多个第一路径c502的一部分和/或多个第二路径c504的至少一部分处可以限定围绕纵向轴线A214环形或半环形螺旋的螺旋路径。螺旋路径可以遵循具有任何期望曲率的螺旋弧。螺旋弧可以继续沿由多个第一路径c502和/或多个第二路径c504限定的螺旋路径的全部或一部分。作为示例,螺旋或螺旋弧可以对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线或方螺旋,以及这些的组合中的至少一部分。如图所示,在一些实施例中,多个第一路径c502和/或多个第二路径c504可以限定方螺旋。方螺旋的至少一部分可以包括对应于方圆的弧。多个第一路径c502和/或多个第二路径c504可以具有60度到1260度(例如60度到750度,例如80度到190度,例如170度到370度,例如350度到730度,例如180度到450度,例如315度到765度,或者例如675度到1260度)的弧长。
在一些实施例中,多个第一路径c502和多个第二路径c504可以包括周向相邻的路径。例如,多个第一路径c502中的相应第一路径c502可以与多个第二路径c504中的对应的相应第二路径c504周向相邻。
在一些实施例中,多个第一路径c502和/或多个第二路径c504可以包括限定窄缝的横截面轮廓。窄缝的高宽比可为10:1至100:1,例如25:1至75:1,或例如40:1至60:1。
现在转向图4.7.2,将描述在流体流之间传递热量的示例性方法。在流体流之间传递热量的示例性方法可以包括例如从流体流(例如排气流)回收热量的方法。例如,示例性方法可以结合如本文所述的回热器本体c500、加热器本体c100和/或闭式循环发动机c002的操作来执行。如图4.7.2所示,示例性方法c550可以包括在方框c552处,使第一热传递流体从第一入口环c508流到第一排出环c510。第一进气环c508和/或第一排出环c510可以围绕轴线c204环形设置。第一热传递流体可以流过围绕轴线c204环形螺旋的多个第一路径c502到第一排出环c510。多个第一路径c502可以包括围绕第一进气环c508环形流体连通的多个第一路径入口c512。多个第一路径c502可以附加地或替代地包括围绕第一排出环c510环形流体连通的多个第一路径出口c514。
示例性方法c550可以包括在方框c554处,使第二热传递流体从第二入口环c516流到第二排出环c518。第二进气环c516和/或第二排出环c518可以围绕轴线c204环形设置。第二热传递流体可以流过围绕轴线c204环形螺旋的多个第二路径c504到第二排出环c518。多个第二路径c504中的相应第二路径c504可以邻近多个第一路径c502中的相应第一路径c502交替设置。多个第二路径c504可以包括围绕第二进气环c516环形流体连通的多个第二路径入口c520。多个第二路径c504可以附加地或替代地包括围绕第二排出环c518环形流体连通的多个第二路径出口c522。
示例性方法c550还可以包括在方框c556处,将热量从流过多个第二路径c504的第二热传递流体传递到流过多个第一路径c502的第一热传递流体。多个第一路径c502可以与多个第二路径c504具有热传导关系。
在一些实施例中,示例性方法c550可以包括使第一热传递流体旋流通过第一排出环c510。多个第一路径c502可以从第一进气环c508径向或同心向内螺旋到第一排出环c510。可以至少部分地通过使第一热传递流体流过多个第一路径c502进入第一排出环c510来使第一热传递流体旋流通过第一排出环c510。
在一些实施例中,示例性方法c550可以包括使第二热传递流体旋流通过第二排出环c518。多个第二路径c504可以从第二进气环径向或同心向外螺旋到第二排出环。可以至少部分地通过使第二热传递流体流过多个第二路径c504进入第二排出环c518来使第二热传递流体旋流通过第二排出环c518。
控制系统和方法
现在将提供控制本文公开的各种系统的控制系统和方法。控制系统生成提供给系统的一个或多个可控装置的控制命令。可控装置根据控制命令执行控制动作。因此,可以实现系统的期望输出。
图5.1.28提供了根据本公开的示例实施例的示例计算系统。本文描述的一个或多个控制器、计算装置或其他控制装置可以包括各种部件并且进行以下描述的计算系统b2000的一个或多个计算装置的各种功能。
如图5.1.28所示,计算系统b2000可以包括一个或多个计算装置b2002。计算装置b2002可以包括一个或多个处理器b2004和一个或多个存储器装置b2006。一个或多个处理器b2004可以包括任何合适的处理装置,诸如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置和/或其他合适的处理装置。一个或多个存储器装置b2006可以包括一个或多个计算机可读介质,包括但不限于非瞬时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器和/或其他存储器装置。
一个或多个存储器装置b2006可以存储能够由一个或多个处理器b2004访问的信息,包括可以由一个或多个处理器b2004执行的计算机可读指令b2008。指令b2008可以是在由一个或多个处理器b2004执行时使得一个或多个处理器b2004进行操作的任何指令集。在一些实施例中,指令b2008可以由一个或多个处理器b2004执行以使得一个或多个处理器b2004进行操作,诸如计算系统b2000和/或计算装置b2002被构造用于的任何操作和功能,诸如例如用于控制发电系统的某些方面和/或控制如本文所述的一个或多个闭式循环发动机的操作。例如,本文描述的方法可以全部或部分地由计算系统b2000实现。因此,该方法可以至少部分地是计算机实现的方法,使得该方法的至少一些步骤由一个或多个计算装置(诸如计算系统b2000的示例性计算装置b2002)进行。指令b2008可以是以任何合适的编程语言编写的软件,或者可以在硬件中实现。另外和/或替代地,指令b2008可以在处理器b2004上以逻辑和/或虚拟分开的线程执行。存储器装置b2006可以进一步存储能够由处理器b2004访问的数据b2010。例如,数据b2010可以包括模型、数据库等。
计算装置b2002还可以包括网络接口b2012,网络接口b2012用于例如与系统的其他部件(例如,经由网络)通信。网络接口b2012可以包括用于与一个或多个网络接口的任何适当部件,包括例如发射机、接收机、端口、控制器b1510、天线和/或其他适当的部件。一个或多个可控装置b1534和其他控制器b1510可以被构造成从计算装置b2002接收一个或多个命令或数据,或者向计算装置b2002提供一个或多个命令或数据。
本文讨论的技术参考基于计算机的系统和由基于计算机的系统所采取的行动以及发送到基于计算机的系统和从基于计算机的系统发送的信息。本领域普通技术人员将认识到,基于计算机的系统的固有灵活性允许各种可能的构造、组合以及在部件之间和部件之中的任务和功能的划分。例如,本文讨论的过程可以使用组合工作的单个计算装置或多个计算装置来实现。数据库、存储器、指令和应用可以在单个系统上实现或分布在多个系统上。分布式部件可以顺序地或并行地操作。
尽管可以在一些附图中而不是在其他附图中示出各种实施例的特定特征,但这仅仅是为了方便。根据本公开的原理,附图的任何特征可以与任何其他附图的任何特征结合引用和/或要求保护。
关于加热器本体,例如整体加热器本体,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种整体加热器本体,包括:燃烧器本体,所述燃烧器本体限定燃烧室和周向包围所述燃烧室的调节管道,所述调节管道在所述燃烧室的远端部分处与所述燃烧室流体连通;热侧热交换器本体,所述热侧热交换器本体限定热侧热交换器,所述热侧热交换器包括与所述燃烧室的近端部分流体连通的加热流体路径;以及喷射器本体,所述喷射器本体限定与所述加热流体路径的下游部分和所述调节管道的近端部分流体连通的引出路径。
2.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述燃烧室、所述加热流体路径、所述引出路径和所述调节管道一起限定再循环路径的至少一部分,所述再循环路径被构造为使燃烧气体再循环通过所述燃烧室。
3.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:燃料注入器本体,所述燃料注入器本体限定所述整体加热器本体的一部分或可操作地联接到所述整体加热器本体,所述燃料注入器本体包括燃烧器帽,所述燃烧器帽限定构造成接收燃料喷嘴的喷嘴端口,所述燃烧器帽邻近所述调节管道的远端部分轴向地设置。
4.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述燃烧器帽限定构造成使燃烧气体再循环通过所述燃烧室的再循环路径的至少一部分。
5.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述热侧热交换器本体限定与所述燃烧室的所述近端部分流体连通的多个加热流体路径,所述多个加热流体路径围绕所述燃烧室的周边同心螺旋。
6.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径包括螺旋路径。
7.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述热侧热交换器本体包括与所述多个加热流体路径具有热传递关系的热传递区域。
8.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述热侧热交换器本体包括分别绕所述热侧热交换器本体的半环形部分设置的多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述多个加热流体路径的对应半环形部分具有热传递关系。
9.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:工作流体本体,所述工作流体本体限定在热输入区域和热提取区域之间流体连通的工作流体路径。
10.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述工作流体本体限定多个热传递区域,所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括多个工作流体路径,所述多个工作流体路径在多个热输入区域中的相应一个热输入区域和多个热提取区域中的相应一个热提取区域之间流体连通。
11.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述热侧热交换器本体包括与工作流体本体具有热传递关系的热传递区域,所述工作流体本体限定在热输入区域和热提取区域之间流体连通的工作流体路径。
12.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述热输入区域包括限定活塞室的活塞本体,和/或其中所述热提取区域包括限定再生器管道的再生器本体。
13.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述喷射器本体限定与所述调节管道的所述近端部分流体连通的动力路径。
14.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:进气本体,所述进气本体限定进气路径,所述进气路径与由所述喷射器本体限定的动力路径流体连通,所述动力路径与所述调节管道的所述近端部分流体连通。
15.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:回热器本体,所述回热器本体限定排气路径的至少一部分和进气路径的至少一部分,所述排气路径与所述进气路径具有热传递关系。
16.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述整体加热器本体具有环形构造。
17.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:内壁和外壁;以及冷却套,所述冷却套限定在所述内壁和所述外壁之间;其中,所述冷却套与进气路径和所述燃烧室的近端部分流体连通。
18.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:热膨胀接头,所述热膨胀接头围绕所述燃烧室的纵向轴线环形或半环形设置。
19.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述整体加热器本体限定增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段的至少一部分。
20.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述整体加热器本体限定闭式循环发动机的至少一部分。
21.一种加热器本体,包括:燃烧室和再循环路径,所述再循环路径构造成使燃烧气体再循环通过所述燃烧室,所述再循环路径包括热侧热交换器和再循环喷射器,所述热侧热交换器与所述燃烧室的近端部分流体连通,并且所述再循环喷射器与所述热侧热交换器的下游部分和所述燃烧室的远端部分流体连通。
22.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述再循环喷射器包括与所述再循环路径流体连通的进气路径,所述进气路径构造成夹带和/或加速循环通过所述再循环路径的燃烧气体;和/或其中,所述再循环喷射器包括与所述再循环路径流体连通的排气路径,所述排气路径构造成将所述燃烧气体的一部分作为排气排出。
23.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:所述排气路径与所述进气路径上游的所述再循环路径流体连通。
24.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述再循环路径包括与所述再循环喷射器的下游部分和所述燃烧室的远端部分流体连通的调节管道,所述调节管道被构造为使流过其中的燃烧气体旋流。
25.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:回热器,所述回热器限定排气路径的至少一部分和进气路径的至少一部分,所述回热器构造成利用流过所述排气路径的排气预热流过所述进气路径的进气,所述排气路径与所述进气路径具有热传导关系。
26.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:所述回热器,所述回热器通过所述排气路径和所述进气路径与所述再循环喷射器处的所述再循环路径流体连通,所述排气路径在所述进气路径的上游。
27.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热侧热交换器包括:加热流体路径;以及热传递区域,所述热传递区域与所述加热流体路径具有热传导关系。
28.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热传递区域包括固体和/或至少部分地由所述固体限定的流体路径。
29.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热侧热交换器包括:多个加热流体路径;以及多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述加热流体路径的对应部分具有热传导关系。
30.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括固体和/或至少部分地由所述固体限定的流体路径。
31.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括至少部分地由与再生器和/或活塞室流体连通的所述固体限定的所述流体路径。
32.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述加热器本体限定闭式循环发动机的一部分,其中所述闭式循环发动机包括再生式热力发动机和/或斯特林发动机。
33.根据本文中任一条项所述的加热器本体,所述加热器本体具有环形构造。
34.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:所述热侧热交换器,所述热侧热交换器周向包围所述燃烧室的至少一部分;和/或调节管道,所述调节管道周向包围所述燃烧室的至少一部分。
35.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:所述热侧热交换器,所述热侧热交换器周向包围所述燃烧室的近端部分;和/或所述调节管道,所述调节管道周向包围所述燃烧室的中间部分和/或远端部分。
36.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:再循环喷射器,所述再循环喷射器周向包围所述燃烧室。
37.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:调节管道和再循环喷射器,所述再循环喷射器周向包围所述调节管道的至少一部分。
38.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:所述再循环喷射器,所述再循环喷射器邻近所述热侧热交换器的远端部分设置。
39.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:所述再循环路径,所述再循环路径周向包围所述燃烧室的至少一部分。
40.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:进气路径和/或排气路径,所述进气路径和/或所述排气路径周向包围所述燃烧室的至少一部分。
41.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:燃料喷嘴,所述燃料喷嘴可操作地联接到所述加热器本体。
42.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括根据本文中任一条项构造的燃烧器本体。
43.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括根据本文中任一条项构造的热侧热交换器本体。
44.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括根据本文中任一条项构造的喷射器本体。
45.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:喷射器本体,所述喷射器本体包括:引出路径,所述引出路径与环流体连通,所述引出路径倾斜于所述环定向;以及动力路径,所述动力路径与所述环流体连通,所述动力路径邻近所述引出路径并倾斜于所述环定向。
46.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括根据本文中任一条项构造的回热器本体。
47.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括根据本文中任一条项构造的工作流体本体。
48.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述加热器本体限定发动机组件的至少一部分,所述发动机组件根据本文中任一条项进行构造。
49.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述加热器本体包括根据本文中任一条项构造的再生器本体。
50.一种加热器本体,包括:进气环;排气环;和/或再循环环。
51.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述加热器本体是整体加热器本体,所述整体加热器本体根据本文中任一条项进行构造。
52.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述加热器本体被构造为执行本文中任一条项所述的方法。
53.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热屏蔽件,所述热屏蔽件被构造为将所述加热器本体的一个或多个部分与所述加热器本体内的热源隔离和/或屏蔽;和/或提供散热器,以从所述热源吸收和/或消散热量。
54.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热源包括循环通过再循环路径的燃烧火焰和/或燃烧气体。
55.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热屏蔽件包括冷却套。
56.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:一个或多个热屏蔽件、一个或多个热捕获路径和/或一个或多个热膨胀接头。
57.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述加热器本体限定闭式循环发动机的一部分,并且其中,所述闭式循环发动机呈现改进的卡诺效率,例如约40%至约60%,例如约50%至约70%,例如约60%至约70%,例如约60%至约80%的卡诺效率;所述卡诺效率至少部分归因于所述加热器本体,所述加热器本体包括一个或多个热屏蔽件、一个或多个热捕获路径和/或一个或多个热膨胀接头,其允许所述加热器本体在升高的温度下有效操作,以赋予这种卡诺效率。
58.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热屏蔽件,所述热屏蔽件周向包围热侧热交换器的至少一部分和/或工作流体本体的至少一部分。
59.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热屏蔽件,所述热屏蔽件围绕热侧热交换器和/或工作流体本体的向内环形或半环形部分设置。
60.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热屏蔽件,所述热屏蔽件围绕燃烧器本体的至少一部分设置。
61.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:第一热屏蔽件,所述第一热屏蔽件周向包围热侧热交换器的至少一部分和/或工作流体本体的至少一部分;第二热屏蔽件,所述第二热屏蔽件围绕热侧热交换器和/或工作流体本体的向内环形或半环形部分设置;以及第三热屏蔽件,所述第三热屏蔽件围绕燃烧器本体的至少一部分设置。
62.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热屏蔽件包括增材制造材料形成的绝缘材料。
63.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述绝缘材料包括辐射热屏蔽件。
64.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述绝缘材料与所述加热器本体的相邻材料一体地形成。
65.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述辐射热屏蔽件具有100微米到5,000微米的横截面厚度。
66.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述辐射热屏蔽件包括具有壁的晶胞,所述壁的厚度为50微米至500微米。
67.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述绝缘材料通过多个传导柱整体地连接到所述加热器本体的相邻部分,所述传导柱提供这种绝缘材料与所述加热器本体的这种相邻部分之间的分离。
68.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述绝缘材料包括增材制造粉末材料,所述增材制造粉末材料被烧结和/或未烧结。
69.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述绝缘材料包括粉末辐射热屏蔽件,所述粉末辐射热屏蔽件包括三维晶胞阵列和围绕所述三维晶胞阵列填隙地设置的增材制造粉末材料。
70.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:一个或多个热捕获路径,所述一个或多个热捕获路径被构造为输送热捕获流体。
71.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热捕获流体包括进气、排气、燃烧气体和/或燃料。
72.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热捕获路径被构造为将冷却流体排出到所述加热器本体的初级流动路径。
73.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述冷却流体包括冷冻机工作流体或发动机工作流体。
74.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热捕获路径,所述热捕获路径被构造为向工作流体本体、活塞本体和/或再生器本体提供冷却。
75.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热捕获路径被构造为将热量返回到内部加热器本体部分。
76.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述内部加热器本体部分包括燃烧器本体。
77.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热捕获路径被构造为向与发动机本体接口的所述加热器本体的一部分提供冷却。
78.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热捕获路径周向包围活塞室的至少一部分。
79.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热捕获路径被构造为通过所述燃烧室的远端部分将冷却流体排出到所述燃烧室中。
80.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述燃烧室包括涡流调节器,并且其中所述热捕获路径被构造为通过周向包围所述涡流调节器和/或围绕所述涡流调节器设置的多个孔状开口,将冷却流体排出到所述燃烧室中。
81.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述涡流调节器至少部分地被构造为建立和/或维持包括燃烧气体和/或火焰的涡流流场。
82.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述涡流流场包括双向同轴涡流流场。
83.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述涡流调节器具有圆锥形或截锥形形状。
84.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述热捕获路径包括围绕所述燃烧室的远端部分设置的多个螺旋热捕获路径。
85.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:发动机-加热器联接器,所述发动机-加热器联接器被构造为提供所述加热器本体和发动机本体之间的接口。
86.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述发动机-加热器联接器包括构造成将加热器本体法兰和发动机本体法兰彼此联接的配件。
87.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:垫圈,所述垫圈设置在所述加热器本体法兰和所述发动机本体法兰之间。
88.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热捕获路径,所述热捕获路径被构造为向包括所述加热器本体法兰的所述加热器本体的区域提供冷却。
89.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述垫圈至少部分地由聚合材料或非聚合材料形成。
90.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述聚合材料包括以下中的至少一种:硅树脂、氟硅树脂、碳氟化合物、丁腈橡胶、聚四氟乙烯(PTFE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、聚酰胺、芳纶纤维-聚合层压板、碳纤维聚合层压板或石墨聚合层压板。
91.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述非聚合材料包括陶瓷或金属材料。
92.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述加热器本体的至少一部分呈现至少400C(例如至少500C,例如至少600C,例如至少700C,或例如至少800C)的操作温度;和/或其中包括所述加热器本体法兰的所述加热器本体的区域呈现至少低于600C(例如至少低于500C,例如至少低于400C,例如至少低于300C,或例如至少低于200C)的操作温度。
93.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中包括所述加热器本体法兰的所述加热器本体的区域呈现比包括所述工作流体本体c108的所述加热器本体的一部分低至少50C(例如低至少75C,例如低至少100C,例如低至少200C,例如低至少300C,或例如低至少400C)的操作温度。
94.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中操作温度的这种差异至少部分归因于由热捕获路径中的冷却流体提供的冷却。
95.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括热膨胀接头,所述热膨胀接头具有包括膨胀间隙的发夹构造。
96.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述膨胀间隙包括绝缘材料。
97.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:燃烧器热膨胀接头。
98.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述燃烧器热膨胀接头被构造为允许燃烧器本体和热侧热交换器本体之间的热膨胀和/或热膨胀差异。
99.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述燃烧器热膨胀接头被构造为允许燃烧器本体和工作流体本体之间的热膨胀和/或热膨胀差异。
100.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中燃烧器热膨胀接头与燃烧室和/或所述加热器本体的纵向轴线同心定向。
101.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述燃烧器热膨胀接头周向包围所述燃烧器本体的至少一部分。
102.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述燃烧器热膨胀接头包括设置在热侧加热器本体的至少一部分内的膨胀间隙。
103.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述燃烧器热膨胀接头至少部分地与所述燃烧室轴向偏移。
104.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:一个或多个热传递区域热膨胀接头。
105.根据本文中任一条项所述的加热器本体,其中所述一个或多个热传递区域热膨胀接头被构造为至少部分地允许所述加热器本体的相应热传递区域之间的热膨胀和/或热膨胀差异。
106.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热传递区域热膨胀接头,所述热传递区域热膨胀接头至少部分地被构造为允许工作流体本体与再生器本体之间,和/或活塞本体与再生器本体之间的热膨胀和/或热膨胀差异。
107.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热传递区域热膨胀接头,所述热传递区域热膨胀接头设置在第一热传递区域的再生器本体和第二热传递区域的工作流体本体之间。
108.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热传递区域热膨胀接头,所述热传递区域热膨胀接头设置在第一热传递区域的再生器本体和第二热传递区域的活塞本体之间。
109.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热传递区域热膨胀接头,所述热传递区域热膨胀接头设置在工作流体本体的热输入区域和工作流体本体的热提取区域之间。
110.根据本文中任一条项所述的加热器本体,包括:热传递区域热膨胀接头,所述热传递区域热膨胀接头设置在第一热传递区域的热输入区域和第二热传递区域的热提取区域之间。
111.一种加热器本体,包括:燃烧器本体,所述燃烧器本体包括:围绕轴线环形设置的燃烧室;以及调节管道,所述调节管道周向包围所述燃烧室,所述调节管道在所述燃烧室的远端部分处与所述燃烧室流体连通。
关于加热闭式循环发动机的方法,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种加热闭式循环发动机的方法,所述方法包括:使燃烧气体循环通过燃烧室和再循环路径,所述再循环路径构造成使燃烧气体再循环通过所述燃烧室,所述再循环路径包括热侧热交换器和再循环喷射器,所述热侧热交换器与所述燃烧室的近端部分流体连通,并且所述再循环喷射器与所述热侧热交换器的下游部分和所述燃烧室的远端部分流体连通;以及将热量从所述热侧热交换器中的所述燃烧气体传递到多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述热侧热交换器的对应半环形部分具有热传递关系。
2.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过与所述再循环路径流体连通的进气路径将进气注入到所述再循环路径中,所述进气路径至少部分地由所述再循环喷射器限定。
3.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地通过将所述进气注入到所述再循环路径中来夹带和/或加速循环通过所述再循环路径的燃烧气体。
4.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将所述燃烧气体的一部分作为排气从所述再循环路径排出,所述排气通过与所述再循环路径流体连通的排气路径被排出,所述排气路径至少部分地由所述再循环喷射器限定。
5.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将所述燃烧气体的所述一部分作为排气从与所述再循环路径流体连通的所述进气路径上游的所述再循环路径排出。
6.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使燃烧气体旋流通过限定所述再循环路径的至少一部分的调节管道,所述调节管道与所述再循环喷射器的下游部分和所述燃烧室的远端部分流体连通。
7.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用流过排气路径的排气来预热流过进气路径的进气,所述排气路径与所述进气路径具有热传导关系。
8.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用回热器来预热所述进气,所述回热器限定所述进气路径的至少一部分和所述排气路径的至少一部分。
9.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过所述排气路径使燃烧气体从所述再循环路径流入所述再循环喷射器处的所述回热器;并且使进气从所述进气路径流入所述回热器处的所述再循环喷射器,所述排气路径在所述进气路径的上游。
10.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将热量从至少部分地由所述热侧热交换器限定的再循环路径传递到与所述加热流体路径具有热传导关系的热传递区域。
11.根据本文中任一条项所述的方法,其中将热量从所述再循环路径传递到所述热传递区域包括:将热量传递到固体;和/或将热量传递到至少部分地由所述固体限定的流体路径中的流体。
12.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将热量从至少部分地由所述热侧热交换器限定的多个加热流体路径传递到多个热传递区域中的相应热传递区域,其中所述多个热传递区域中的所述相应热传递区域与所述多个加热流体路径的对应部分具有热传导关系。
13.根据本文中任一条项所述的方法,其中将热量从所述多个加热流体路径传递到所述多个热传递区域中的相应一个热传递区域包括:将热量传递到固体;和/或将热量传递到至少部分地由所述固体限定的流体路径中的流体。
14.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使流体在再生器和活塞室之间流体地交替地流过至少部分地由所述固体限定的所述流体路径。
15.根据本文中任一条项所述的方法,包括:在所述燃烧室中燃烧燃料和所述燃烧气体的至少一部分,所述燃料由与所述燃烧室流体连通的燃料喷嘴供应。
16.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述燃烧气体的约10%至约90%循环通过所述燃烧室,所述燃烧气体的剩余部分作为排气,从所述再循环路径通过所述排气路径被排出。
17.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述燃烧气体的约30%至约70%循环通过所述燃烧室。
18.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述燃烧气体的约40%至约60%循环通过所述燃烧室。
19.根据本文中任一条项所述的方法,其中作为排气从所述再循环路径排出的所述燃烧气体的所述剩余部分包含约10%至约90%,或约30%至约70%,或约40%至约60%。
20.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法燃烧燃料。
21.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热多个热传递区域。
22.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法循环流体;或根据本文中任一条项所述的方法循环燃烧气体。
23.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法在流体流之间传递热量。
24.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法从排气中回收热量。
25.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热发动机工作流体。
26.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法在发动机工作流体中再生热量。
27.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用本文中任一条项所述的加热器本体来执行所述方法。
28.根据本文中任一条项所述的方法,包括任何后续条项所述的方法。
关于燃烧器本体,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种燃烧器本体,包括:燃烧室,所述燃烧室围绕轴线环形设置;以及调节管道,所述调节管道周向包围所述燃烧室的至少一部分,所述调节管道在所述燃烧室的远端部分处与所述燃烧室流体连通。
2.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧室包括环形燃烧室壁。
3.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述调节管道包括周向包围所述燃烧室的向外环形调节管道壁。
4.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:调节管道入口,所述调节管道入口围绕所述调节管道的近端部分设置,所述调节管道入口倾斜于所述调节管道。
5.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述调节管道入口,所述调节管道入口围绕所述向外环形调节管道壁的近端部分设置。
6.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:燃烧室出口,所述燃烧室出口围绕所述燃烧室的近端部分设置,所述燃烧室出口倾斜于所述燃烧室。
7.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述燃烧室出口,所述所述燃烧室出口围绕所述环形燃烧室壁的近端部分设置。
8.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:多个调节管道入口,所述多个调节管道入口围绕所述调节管道的近端部分周向间隔开。
9.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:向外环形调节管道壁,所述向外环形调节管道壁周向包围所述燃烧室;以及多个调节管道入口,所述多个调节管道入口围绕所述向外环形调节管道壁的近端部分周向间隔开。
10.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:多个燃烧室出口,所述多个燃烧室出口围绕所述燃烧室的近端部分周向间隔开。
11.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:环形燃烧室壁;以及所述多个燃烧室出口,所述多个燃烧室出口围绕所述环形燃烧室壁的近端部分周向间隔开。
12.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述调节管道包括向内环形调节管道壁和向外环形调节管道壁。
13.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述调节管道包括至少部分地由所述向内环形调节管道壁和所述向外环形调节管道壁限定的调节管道路径。
14.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:燃烧器帽,所述燃烧器帽邻近所述调节管道的远端部分轴向地设置。
15.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:可操作地联接到所述调节管道所述燃烧器帽;或限定包括所述燃烧器本体的至少一部分的整体本体或整体本体段的一部分的所述燃烧器帽;或与所述燃烧器本体的至少一部分一体地形成的所述燃烧器帽。
16.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述燃烧器帽,所述燃烧器帽限定所述调节管道的一部分。
17.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述燃烧器帽,所述燃烧器帽限定再循环路径的一部分,所述再循环路径包括在所述燃烧室的远端部分处与所述燃烧室流体连通的所述调节管道,所述燃烧器帽至少部分地可操作以将燃烧气体从所述调节管道引导至所述燃烧室。
18.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧室包括环形燃烧室壁,所述环形燃烧室壁具有设置在其远端的康达表面,所述康达表面至少部分地可操作以将燃烧气体从所述调节管道吸入所述燃烧室。
19.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧室包括环形燃烧室壁、至少部分地限定所述燃烧室的所述环形燃烧室壁的向内部分、以及限定向内环形调节管道壁的所述环形燃烧室壁的向外部分。
20.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述环形燃烧室壁的所述向内部分,所述环形燃烧室壁的所述向内部分在所述燃烧室的远端处邻接所述环形燃烧室壁的所述向外部分。
21.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:冷却套,所述冷却套设置在所述环形燃烧室壁的所述向内部分的至少一部分和所述环形燃烧室壁的所述向外部分之间,所述冷却套被构造成接收可操作以冷却所述燃烧室的冷却流体。
22.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:与进气路径流体连通的所述冷却套;与再循环路径流体连通的所述冷却套;或与工作流体路径流体连通的所述冷却套。
23.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:多个调节路径,所述多个调节路径围绕所述燃烧室的近端、中间和/或轴向部分设置,所述调节路径提供所述燃烧室和所述调节管道之间的流体连通。
24.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:多个调节管道入口,所述多个调节管道入口围绕所述调节管道的近端部分设置,所述多个调节管道入口倾斜于所述调节管道定向。
25.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述多个调节管道入口包括:动力路径,所述动力路径与所述调节管道流体连通,所述动力路径倾斜于所述调节管道定向;以及引出路径,所述引出路径与所述调节管道流体连通,所述引出路径邻近所述动力路径并倾斜于所述调节管道定向。
26.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述多个调节管道入口包括围绕所述调节管道周向间隔开的多个动力路径和围绕所述调节管道周向间隔开的多个引出路径,所述多个动力路径和所述多个引出路径倾斜于所述调节管道定向。
27.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述动力路径或多个动力路径限定进气路径的一部分,并且所述引出路径或多个引出路径限定再循环路径的一部分。
28.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:多个燃烧室出口,所述多个燃烧室出口围绕所述燃烧室的近端部分设置,所述多个燃烧室出口倾斜于所述燃烧室定向。
29.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述多个燃烧室出口,所述多个燃烧室出口与围绕所述燃烧室周向间隔开的对应多个螺旋路径流体连通。
30.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述多个螺旋路径限定热侧热交换器本体的至少一部分。
31.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧室的至少一部分具有包括圆柱体和/或截锥体的形状,所述截锥体的至少一部分向近端会聚和/或所述截锥体的至少一部分向近端发散。
32.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述调节管道的至少一部分具有包括圆柱体和/或截锥体的形状,所述截锥体的至少一部分向近端会聚和/或所述截锥体的至少一部分向近端发散。
33.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述燃烧室的第一部分,所述燃烧室的所述第一部分具有第一形状,所述第一形状包括被所述调节管道的第二部分周向包围的圆柱体,所述调节管道的所述第二部分具有包括圆柱体和/或截锥体的第二形状,所述截锥体的至少一部分向近端会聚和/或所述截锥体的至少一部分向近端发散。
34.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述燃烧室的第三部分,所述燃烧室的所述第三部分具有第三形状,所述第三形状包括被所述调节管道的第四部分周向包围的圆柱体和/或截锥体,所述调节管道的所述第四部分具有包括圆柱体的第四形状,所述截锥体的至少一部分向近端会聚和/或所述截锥体的至少一部分向近端发散。
35.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述燃烧室的第五部分,所述燃烧室的所述第五部分具有第五形状,所述第五形状包括向近端会聚并且被所述调节管道的第六部分周向包围的截锥体,所述调节管道的所述第六部分具有包括向近端会聚的截锥体和/或向近端发散的截锥体的第六形状。
36.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述燃烧室的第七部分,所述燃烧室的所述第七部分具有第七形状,所述第七形状包括向近端发散并且被所述调节管道的第八部分周向包围的截锥体,所述调节管道的所述第八部分具有包括向近端会聚的截锥体和/或向近端发散的截锥体的第八形状。
37.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,所述燃烧器本体被构造和布置成使燃烧气体从所述调节管道的近端部分旋流通过所述调节管道到所述调节管道的远端部分,并从所述燃烧室的远端部分通过所述燃烧室到所述燃烧室的近端部分。
38.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,所述燃烧器本体被构造和布置成以便提供双向同轴涡流流场。
39.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述燃烧室,所述燃烧室可操作以将所述双向同轴涡流流场的向外部分与所述双向同轴涡流流场的向内部分分离,所述调节管道限定用于所述双向同轴涡流流场的所述向外部分的路径,并且所述燃烧室限定所述双向同轴涡流流场的所述向内部分的路径。
40.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:一个或多个空气动力学特征,所述一个或多个空气动力学特征围绕所述调节管道的至少一部分和/或所述燃烧室的至少一部分设置。
41.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:环形燃烧室壁和围绕所述环形燃烧室壁的至少一部分设置的一个或多个空气动力学特征。
42.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:向内环形调节管道壁和围绕所述向内环形调节管道壁的至少一部分设置的一个或多个空气动力学特征;和/或向外环形调节管道壁和围绕所述向外环形调节管道壁的至少一部分设置的一个或多个空气动力学特征。
43.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述一个或多个空气动力学特征包括被构造和布置成调节流过所述调节管道和/或所述燃烧室的燃烧气体流的翅片、脊和/或凹槽。
44.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中调节所述燃烧气体流包括使所述燃烧气体旋流。
45.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中调节所述燃烧气体流包括提供双向同轴涡流流场。
46.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述一个或多个空气动力学特征包括螺旋形翅片、螺旋形脊和/或螺旋形凹槽。
47.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:燃烧器帽,所述燃烧器帽邻近所述调节管道的远端部分轴向设置,所述燃烧器帽包括构造成接收燃料喷嘴的喷嘴端口。
48.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:所述燃料喷嘴,所述燃料喷嘴可操作地联接到所述燃烧器帽的所述喷嘴端口。
49.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃料喷嘴包括电热塞,所述电热塞可操作以点燃所述燃烧室中的燃料和/或燃烧气体。
50.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,所述燃烧器本体和/或所述燃烧室具有至少部分地基于期望火焰长度和/或对应燃烧时间而选择的轴向长度。
51.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧时间为1至10毫秒,或其中所述燃烧时间为2至4毫秒。
53.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括被构造为提供贫燃环境的所述燃烧室的一个或多个特征和/或所述调节管道的一个或多个特征。
54.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述调节管道的所述一个或多个特征包括一个或多个调节管道入口,和/或其中所述燃烧室的所述一个或多个特征包括一个或多个燃烧室出口。
55.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括燃料喷嘴,所述燃料喷嘴可操作地构造成提供贫燃环境。
56.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,所述贫燃环境包括0.6至1.0的当量比或0.7至0.8的当量比。
57.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,所述贫燃环境包括按质量计40:1至90:1或按质量计55:1至75:1的空气燃料比。
58.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括所述燃烧室的一个或多个特征和/或所述调节管道的一个或多个特征,所述燃烧室的所述一个或多个特征和/或所述调节管道的所述一个或多个特征在尺寸上被构造成循环所述燃烧气体的约10%至约90%,并且引入所述燃烧气体的余量作为进气。
59.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述调节管道的所述一个或多个特征包括一个或多个调节管道入口,和/或其中所述燃烧室的所述一个或多个特征包括一个或多个燃烧室出口。
60.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括所述燃烧室的所述一个或多个特征和/或所述调节管道的所述一个或多个特征,所述燃烧室的所述一个或多个特征和/或所述调节管道的所述一个或多个特征在尺寸上被构造成循环所述燃烧气体的约30%至约70%、或所述燃烧气体的约40%至约60%,并且引入所述燃烧气体的余量作为进气。
61.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述进气包括所述燃烧气体的约10%至约90%。
62.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述进气包括所述燃烧气体的约30%至约70%或所述燃烧气体的约40%至约60%。
63.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:次级燃烧室,所述次级燃烧室包括多个燃烧翅片,所述多个燃烧翅片围绕所述燃烧室的周边周向间隔开。
64.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述多个燃烧翅片限定多个螺旋路径,所述多个螺旋路径与由所述热侧热交换器限定的对应多个螺旋路径流体连通。
65.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括同时限定所述次级燃烧室的至少一部分和所述热侧热交换器的至少一部分的所述多个燃烧翅片。
66.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括整体燃烧器本体,所述整体燃烧器本体构造成提供多级燃烧,其中所述燃烧器本体根据任何后续条项构造。
67.一种构造成提供多级燃烧的整体燃烧器本体,所述燃烧器本体包括:燃烧室本体,所述燃烧室本体围绕纵向轴线环形设置并限定燃烧室;多个加热壁,所述多个加热壁包括散热器,所述多个加热壁占据相对于所述燃烧室的径向或同心向外位置,并且限定与所述燃烧室的至少近端部分流体连通的对应多个燃烧气体路径;其中,在操作期间,所述燃烧器本体呈现多级燃烧,所述多级燃烧包括:第一燃烧区,所述第一燃烧区占据相对于所述纵向轴线的所述燃烧室的远端或中间位置;以及第二燃烧区,所述第二燃烧区占据相对于所述第一燃烧区的近端位置,以及所述燃烧室的径向或同心向外位置和/或所述多个燃烧气体路径的径向或同心向内位置。
68.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述第二燃烧区占据所述燃烧室的近端区域的至少一部分。
69.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述散热器包括多个工作流体路径,所述多个工作流体路径与所述多个燃烧气体路径具有热传递关系。
70.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述多个加热壁包括整体地形成在所述多个加热壁的至少一部分内的所述多个工作流体路径。
71.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括:多个燃烧翅片,所述多个燃烧翅片围绕所述燃烧室的周边周向间隔开,所述多个燃烧翅片限定所述多个燃烧气体路径的径向或同心向内部分。
72.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述多个燃烧翅片限定所述多个加热壁中的相应加热壁的一部分。
73.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述第二燃烧区占据由所述多个燃烧翅片限定的所述多个燃烧气体路径的所述径向或同心向内部分的至少一部分。
74.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述多个燃烧翅片和/或所述多个加热壁被构造为当在所述第一燃烧区被燃烧加热时,支持在所述第二燃烧区的自动点燃。
75.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述第二燃烧区占据所述燃烧室的近端区域的至少一部分。
76.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括:一个或多个燃料路径,所述一个或多个燃料路径与所述燃烧室本体的近端部分和/或所述多个燃烧气体路径的径向或同心向内部分整体集成。
77.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括:多个燃烧翅片,所述多个燃烧翅片围绕所述燃烧室的周边周向间隔开,所述多个燃烧翅片限定所述多个燃烧气体路径的径向或同心向内部分;其中所述一个或多个燃料路径通过所述多个燃烧翅片中的多个孔状开口与所述多个燃烧气体路径流体连通。
78.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括:一个或多个燃料注入器,所述一个或多个燃料注入器与所述燃烧器本体的近端部分和/或所述多个燃烧气体路径的径向或同心向内部分整体集成。
79.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述一个或多个燃料注入器与所述多个加热壁和/或与围绕所述燃烧室的周边周向间隔开的多个燃烧翅片整体集成,所述多个燃烧翅片限定所述多个燃烧气体路径的径向或同心向内部分。
80.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括:多个燃烧机间隙,所述多个燃烧机间隙中的相应燃烧机间隙限定在所述多个加热壁中的相应加热壁中,所述第二燃烧区至少部分地与所述多个燃烧机间隙重合;其中,所述多个燃烧机间隙包括以下中的一个或多个:开放空间、网格、三维晶格或多孔介质。
81.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括引燃器,所述引燃器被构造为提供占据所述第一燃烧区的引燃火焰,其中所述引燃火焰提供用于所述第二燃烧区中的燃烧的点火源。
82.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括:调节管道本体,所述调节管道本体周向包围所述燃烧室本体的至少一部分,所述调节管道本体和所述燃烧室本体限定调节管道,所述调节管道在所述燃烧室的远端部分处与所述燃烧室流体连通。
83.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述多个燃烧气体路径相对于所述燃烧室和/或所述纵向轴线遵循环形或半环形螺旋轨迹。
84.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括:所述多个燃烧气体路径的下游部分,所述多个燃烧气体路径的所述下游部分与由所述燃烧器本体限定的调节管道的近端部分流体连通;以及所述调节管道的远端部分,所述调节管道的所述远端部分与所述燃烧室的远端部分流体连通。
85.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括:涡流调节器,所述涡流调节器与所述燃烧室的近端部分整体集成,所述涡流调节器具有沿所述纵向轴线突出到所述燃烧室中的圆锥形或截锥形形状。
86.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,其中所述第二燃烧区占据相对于所述涡流调节器的径向或同心向外位置。
87.根据本文中任一条项所述的整体燃烧器本体,包括:一个或多个热捕获路径,所述一个或多个热捕获路径与所述燃烧器本体的近端部分整体集成,所述一个或多个热捕获路径在多个开口处与所述燃烧室流体连通,所述多个开口周向包围所述涡流调节器和/或围绕所述涡流调节器设置。
88.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧器本体限定多级燃烧器。
89.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧器本体限定加热器本体的至少一部分。
90.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧器本体包括增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。
91.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:根据本文中任一条项构造的喷射器本体。
92.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧器本体包括根据本文中任一条项构造的热侧热交换器本体。
93.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括根据本文中任一条项构造的回热器本体。
94.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:根据本文中任一条项构造的工作流体本体。
95.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括根据本文中任一条项构造的再生器本体。
96.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧器本体限定根据本文中任一条项构造的发动机组件的至少一部分。
97.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧器本体限定根据本文中任一条项构造的所述加热器本体的至少一部分。
98.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧器本体限定闭式循环发动机的至少一部分。
99.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,其中所述燃烧器本体被构造为执行本文中任一条项所述的方法。
100.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:引出路径,所述引出路径与环流体连通,所述引出路径倾斜于所述环定向;以及动力路径,所述动力路径与所述环流体连通,所述动力路径邻近所述引出路径并倾斜于所述环定向。
101.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:进气路径,所述进气路径与调节管道流体连通,所述进气路径倾斜于所述调节管道定向;以及再循环路径,所述再循环路径与所述调节管道流体连通,所述再循环路径邻近所述进气路径并倾斜于所述调节管道定向。
102.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:多个加热流体路径,所述多个加热流体路径围绕入口气室周向间隔开(和/或径向设置),所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径限定螺旋路径,并且所述入口气室与所述多个加热流体路径流体连通;以及多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述多个加热流体路径的对应半环形部分具有热传递关系。
103.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:回热器本体,所述回热器本体包括:围绕轴线环形设置的第一进气环、围绕所述轴线环形设置的第一排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第一路径,所述多个第一路径包括:围绕所述第一进气环环形流体连通的多个第一路径入口和围绕所述第一排出环环形流体连通的多个第一路径出口;以及围绕所述轴线环形设置的第二进气环、围绕所述轴线环形设置的第二排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第二路径,所述多个第二路径中的相应第二路径交替地与所述多个第一路径中的相应第一路径相邻,所述多个第二路径包括:围绕所述第二进气环环形流体连通的多个第二路径入口和围绕所述第二排出环环形流体连通的多个第二路径出口。
104.根据本文中任一条项所述的燃烧器本体,包括:再生器管道;以及多个翅片阵列,所述多个翅片阵列相邻地设置在所述再生器管道内,并以彼此间隔开的关系分别由所述再生器管道支撑,所述多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙。
关于燃烧燃料的方法,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种燃烧燃料的方法,所述方法包括:使燃烧气体旋流通过调节管道,所述燃烧气体在旋流的同时从所述调节管道的近端部分流到所述调节管道的远端部分;使所述燃烧气体旋流通过燃烧室,所述调节管道周向包围所述燃烧室并且在所述燃烧室的远端部分处提供与所述燃烧室的流体连通,所述燃烧气体从所述调节管道的所述远端部分流到所述燃烧室的所述远端部分,并且从所述燃烧室的所述远端部分流到所述燃烧室的近端部分;以及在所述燃烧室中燃烧燃料,所述燃料至少部分地由从所述调节管道流到所述燃烧室的所述燃烧气体供应。
2.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过与所述燃烧室的远端部分流体连通的燃料喷嘴,将所述燃料的至少一部分供应到所述燃烧室。
3.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过所述调节管道,将所述燃料的至少一部分供应到所述燃烧室。
4.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过围绕所述调节管道的近端部分设置的调节管道入口,将所述燃料的至少一部分供应到所述燃烧室,所述调节管道入口倾斜于所述调节管道。
5.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述燃烧气体的至少一部分循环通过围绕所述调节管道的近端部分设置的调节管道入口,所述调节管道入口倾斜于所述调节管道。
6.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述燃烧气体的至少一部分循环通过再循环路径,所述再循环路径提供从所述燃烧室的近端部分到所述调节管道的近端部分的流体连通。
7.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述再循环路径包括热侧热交换器和再循环喷射器,所述热侧热交换器与所述燃烧室的近端部分流体连通,并且所述再循环喷射器与所述热侧热交换器的下游部分以及所述调节管道的近端部分和/或所述燃烧室的远端部分流体连通。
8.根据本文中任一条项所述的方法,包括:燃烧循环通过所述再循环路径的所述燃烧气体的至少一部分。
9.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述燃烧气体的约10%至约90%循环通过所述调节管道和/或所述燃烧室;并通过进气路径引入所述燃烧气体的余量作为进气。
10.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过与所述进气路径上游的所述再循环路径流体连通的所述排气路径,从所述再循环路径排出所述燃烧气体的剩余部分作为排气。
11.根据本文中任一条项所述的方法,其中作为排气从所述再循环路径排出的所述燃烧气体的所述剩余部分包括所述燃烧气体的约10%至约90%,或所述燃烧气体的约30%至约70%,或所述燃烧气体的约40%至约60%。
12.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述燃烧气体的约30%至约70%循环通过所述调节管道和/或所述燃烧室,或使所述燃烧气体的约40%至约60%循环通过所述调节管道和/或所述燃烧室。
13.根据本文中任一条项所述的方法,其中通过进气路径引入的所述进气包括所述燃烧气体的约10%至约90%。
14.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将冷却流体供应到设置在环形燃烧室壁内的冷却套,所述冷却流体冷却所述燃烧室。
15.根据本文中任一条项所述的方法,包括:所述冷却套与进气路径流体连通并且所述冷却流体包括进气;所述冷却套与再循环路径流体连通并且所述冷却流体包括燃烧气体;或者所述冷却套与工作流体路径流体连通,并且所述冷却流体包括发动机工作流体。
16.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地通过围绕所述燃烧室的近端、中间和/或轴向部分设置的多个调节路径,将燃烧气体和/或进气供应到所述燃烧室,所述调节路径提供所述燃烧室和所述调节管道之间的流体连通。
17.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过围绕所述调节管道的近端部分设置的多个调节管道入口,将燃烧气体和/或进气旋流到所述调节管道中,所述多个调节管道入口倾斜于所述调节管道定向。
18.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过与所述调节管道流体连通的动力路径将进气旋流到所述调节管道中,所述动力路径倾斜于所述调节管道定向;以及通过与所述调节管道流体连通的引出路径,将燃烧气体旋流到所述调节管道中,所述引出路径邻近所述动力路径并倾斜于所述调节管道定向。
19.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过多个动力路径将进气旋流到所述调节管道中,并且通过多个引出路径将燃烧气体旋流到所述调节管道中,所述多个动力路径和所述多个引出路径被构造和布置为围绕所述调节管道周向间隔开的引出路径对,所述多个引出路径对倾斜于所述调节管道定向。
20.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过围绕所述燃烧室的近端部分设置的多个燃烧室出口排出燃烧气体,所述多个燃烧室出口倾斜于所述燃烧室定向。
21.根据本文中任一条项所述的方法,其中使燃烧气体旋流通过所述调节管道并且使所述燃烧气体旋流通过所述燃烧室包括提供双向同轴涡流流场。
22.根据本文中任一条项所述的方法,其中提供双向同轴涡流流场包括:利用所述燃烧室将所述双向同轴涡流流场的向外部分与所述双向同轴涡流流场的向内部分分离,所述调节管道限定用于所述双向同轴涡流流场的所述向外部分的路径,并且所述燃烧室限定用于所述双向同轴涡流流场的所述向内部分的路径。
23.根据本文中任一条项所述的方法,包括:调节流过所述调节管道和/或所述燃烧室的燃烧气体流,所述调节至少部分地由围绕环形燃烧室壁、向内环形调节管道壁和/或向外环形调节管道壁的至少一部分设置的一个或多个空气动力学特征提供。
24.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述一个或多个空气动力学特征包括翅片、脊和/或凹槽。
25.根据本文中任一条项所述的方法,其中调节所述燃烧气体流包括旋流所述燃烧气体。
26.根据本文中任一条项所述的方法,其中调节所述燃烧气体流包括提供双向同轴涡流流场。
27.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述一个或多个空气动力学特征包括螺旋形翅片、螺旋形脊和/或螺旋形凹槽。
28.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用一个或多个所述燃料喷嘴将燃料供应到所述燃烧室。
29.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使用电热塞点燃所述燃烧室中的燃料和/或燃烧气体。
30.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用一个或多个所述燃料喷嘴将燃料供应到所述燃烧室,并且使用电热塞点燃所供应的燃料。
31.根据本文中任一条项所述的方法,其中燃烧所述燃料包括1至10毫秒或2至4毫秒的燃烧时间。
32.根据本文中任一条项所述的方法,其中燃烧所述燃料包括提供贫燃环境。
33.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述贫燃环境包括0.6至1.0的当量比或0.7至0.8的当量比。
34.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述贫燃环境包括按质量计40:1至90:1或按质量计55:1至75:1的空气燃料比。
35.根据本文中任一条项所述的方法,其中使所述燃烧气体旋流通过所述调节管道包括提供螺旋形涡流和/或螺旋涡流,所述螺旋涡流向近端会聚和/或所述螺旋形涡流向近端发散。
36.根据本文中任一条项所述的方法,其中使所述燃烧气体旋流通过所述燃烧室包括提供螺旋形涡流和/或螺旋涡流,所述螺旋涡流向近端会聚和/或所述螺旋涡流向近端发散。
37.根据本文中任一条项所述的方法,包括:提供火焰并使所述火焰在所述燃烧室中旋流,所述旋流生成向心力,所述向心力径向或同心向内拉动火焰并提供周向包围所述火焰的环形燃烧气体缓冲器,所述环形燃烧气体缓冲器环形地设置在所述火焰和燃烧室壁之间。
38.根据本文中任一条项所述的方法,其中使所述燃烧气体旋流通过所述燃烧室包括:提供包括螺旋形涡流和/或螺旋涡流的火焰,所述螺旋涡流向近端会聚和/或所述螺旋涡流向近端发散;以及提供周向包围所述火焰的环形燃烧气体缓冲器,所述环形燃烧气体缓冲器包括螺旋形涡流和/或螺旋涡流,所述螺旋涡流向近端会聚和/或所述螺旋涡流向近端发散。
39.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热多个热传递区域。
40.本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法循环流体;或根据本文中任一条项所述的方法循环燃烧气体。
41.本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法在流体流之间传递热量。
42.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法从排气中回收热量。
43.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热发动机工作流体。
44.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用本文中任一条项的所述燃烧器本体来执行所述方法;和/或包括:至少部分地使用本文中任一条项的所述加热器本体来执行所述方法。
关于燃料注入器组件,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种燃料注入器组件,所述燃料喷嘴组件限定燃料从其进入的上游端和燃料通过其离开的下游端,并且进一步限定参考中心线轴线,所述燃料喷嘴组件包括:本体,所述本体沿横向方向从所述上游端延伸到所述下游端,其中第一燃料回路限定在所述本体内,第一燃料回路从所述上游端延伸到所述下游端,并且进一步其中,第二燃料回路在所述本体内从所述上游端延伸到所述下游端,所述第一燃料回路和所述第二燃料回路各自沿周向方向相对于所述参考中心线轴线分离,并且其中所述第一燃料回路在所述本体的所述下游端处在所述本体内环形延伸,并且进一步其中,所述第二燃料回路在所述下游端处在所述本体内环形延伸,其中所述第二燃料回路在所述第一燃料回路的径向或同心内侧间隔开。
2.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述第一燃料回路在所述下游端处在所述本体内环形延伸,并且包围在所述下游端处环形延伸的所述第二燃料回路。
3.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述燃料注入器组件限定所述本体的从所述下游端延伸到所述上游端的横向距离,并且其中,所述第一燃料回路环形延伸通过所述本体并包围所述第二燃料回路的所述横向距离的一部分大于所述第二燃料回路环形延伸通过所述本体的所述横向距离的一部分。
4.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述第二燃料回路环形延伸通过所述本体的所述下游端的所述横向距离的所述一部分是所述第一燃料回路在所述下游端处环形延伸通过所述本体的所述本体的所述横向距离的所述一部分的90%或更小。
5.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述第二燃料回路环形延伸通过所述本体的所述下游端的所述横向距离的所述一部分是所述第一燃料回路在所述下游端处环形延伸通过所述本体的所述本体的横向距离的所述一部分的33%或更大。
6.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中对于所述本体的所述下游端上游的非环形部分,所述第一燃料回路和所述第二燃料回路各自部分地环形延伸通过所述本体。
7.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述第一燃料回路和所述第二燃料回路各自限定通过所述本体的单个通道,其中所述通道从所述上游端到所述本体在所述下游端处的一部分是部分环形的。
8.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中本体限定圆柱形部分,并且进一步其中,所述本体在所述下游端处限定截锥形部分。
9.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述圆柱形部分在所述本体的外表面处限定多个螺纹。
10.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体进一步在所述本体的所述截锥形部分处限定多个燃料注入孔口,其中所述多个燃料注入孔口与所述第一燃料回路流体连通,以提供通过其中的第一燃料流。
11.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述多个燃料注入孔口限定通过所述本体的所述截锥形部分的喷气式横流布置。
12.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体将所述多个燃料注入孔口限定为多个单独孔,所述第一燃料流的单独流通过所述多个单独孔离开所述本体。
13.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体进一步限定通过所述本体的环形燃料注入开口,所述环形燃料注入开口与所述第二燃料回路流体连通,以提供通过其中的第二燃料流。
14.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述燃料注入开口被限定为通过所述多个燃料注入孔口的径向或同心内侧的所述本体的所述下游端。
15.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体在所述第二燃料回路环形延伸通过其中的所述本体的所述下游端的一部分处限定会聚部分,其中所述第二燃料回路朝向所述参考中心线轴会聚。
16.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体限定所述会聚部分下游的发散部分。
17.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体进一步在所述第二燃料回路被限定为环形通过其中的所述本体的所述下游端部分处限定轮叶结构。
18.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,进一步包括点火器,所述点火器延伸通过所述本体,并且在所述本体的所述下游端处从所述本体突出。
19.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体限定与所述参考中心线轴线同心的出口端口,并且进一步其中,腔被限定为在所述第一燃料回路和所述第二燃料回路的径向或同心内侧,从所述本体的所述上游端延伸至所述本体的所述下游端,并且其中,所述点火器被设置为经由所述腔和所述出口端口通过所述本体。
20.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体进一步限定在所述第二燃料回路的径向或同心内侧延伸的第三回路。
21.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体进一步在所述燃料注入开口的径向或同心内侧限定多个孔口,并且进一步其中,所述多个孔口与所述第三回路流体连通。
22.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体进一步限定通过限定在所述第一燃料回路和所述第二燃料回路内侧的腔的流体入口开口,其中所述流体入口开口与所述第三回路流体连通,以提供通过其中的流体流。
23.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述燃料注入器组件被构造为接收通过所述第一燃料回路的第一燃料流和通过所述第二燃料回路的第二燃料流,并且其中,所述第一燃料流限定气体燃料,并且其中,所述第二燃料流限定液体或气体燃料。
24.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述燃料注入器组件被构造为通过多个孔口流出流体流,所述多个孔口被限定为在所述燃料注入开口和延伸通过其中的点火器之间径向通过所述本体,并且其中,所述流体流在所述点火器处提供流体膜。
25.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述本体限定与所述参考中心线轴线同向延伸的紧固端口,其中所述紧固端口将所述燃料注入器组件与燃烧室中心线同轴设置。
26.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中腔形成在所述本体内,并且其中,燃料注入开口以轴向流动布置在所述腔内延伸,并且其中所述腔包括相对于所述燃料注入器开口的上游腔和下游腔。
27.根据本文中任一条项所述的燃料注入器组件,其中所述燃料注入开口被构造为将相对于氧化剂流的大致轴向燃料流提供至所述下游腔。
28.根据本文中任一条项所述的燃料注入器,其中多个燃料注入开口以周向布置定位在所述腔中。
29.根据本文中任一条项所述的燃料注入器,其中所述燃料注入开口定位成与所述第一燃料回路流体连通,并且其中所述第一燃料回路被构造为通过所述燃料注入开口向所述腔提供燃料。
30.根据本文中任一条项所述的燃料注入器,其中流动控制结构定位在所述下游腔处。
31.根据本文中任一条项所述的燃料注入器,其中所述流动控制结构定位在所述燃料注入开口和孔口之间的所述下游腔处,其中所述孔口被构造成从所述下游腔排出燃料/氧化剂混合物。
32.根据本文中任一条项所述的燃料注入器,其中多个离散孔口被定位成以周向布置通过所述燃料注入器的所述本体。
33.根据本文中任一条项所述的燃料注入器,其中多个离散燃料注入开口以周向布置定位在所述腔内。
34.根据本文中任一条项所述的燃料注入器,其中所述流动控制结构包括特斯拉阀。
35.根据本文中任一条项所述的燃料注入器,其中所述流动控制结构包括多孔网格。
关于热侧热交换器本体,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种热侧热交换器本体,包括:多个加热流体路径,所述多个加热流体路径围绕入口气室同心螺旋,所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径包括螺旋路径,并且所述入口气室与所述多个加热流体路径流体连通;以及多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述多个加热流体路径的对应半环形部分具有热传递关系。
2.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径分别包括围绕所述入口气室设置在相应周向位置处的入口。
3.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:出口气室,所述出口气室与所述多个加热流体路径流体连通。
4.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径分别包括多个出口,所述多个出口围绕所述出口气室设置在相应周向位置处。
5.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个热传递区域围绕所述热侧热交换器本体周向间隔开。
6.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径邻近周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述多个加热流体路径与所述多个热传递区域中的至少一些具有热传导关系,所述多个加热流体路径中的相应一个加热流体路径的周向系列具有至少部分地取决于到所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径的入口的周向位置的顺序。
7.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:第一加热流体路径,所述第一加热流体路径邻近第一周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述第一周向系列包括第一热传递区域,随后是第二热传递区域,随后是第三热传递区域。
8.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,所述第一周向系列包括所述第三热传递区域之后的第四热传递区域。
9.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:第二加热流体路径,所述第二加热流体路径邻近第二周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述第二周向系列包括所述第二热传递区域,随后是所述第三热传递区域,随后是所述第四热传递区域。
10.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,所述第二周向系列包括所述第四热传递区域之后的所述第一热传递区域。
11.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:第三加热流体路径,所述第三加热流体路径邻近第三周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述第三周向系列包括所述第三热传递区域,随后是所述第四热传递区域,随后是所述第一热传递区域。
12.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,所述第三周向系列包括所述第一热传递区域之后的所述第二热传递区域。
13.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:第四加热流体路径,所述第四加热流体路径邻近第四周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述第四周向系列包括所述第四热传递区域,随后是所述第一热传递区域,随后是所述第二热传递区域。
14.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,所述第四周向系列包括所述第二热传递区域之后的所述第三热传递区域。
15.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括第一加热流体路径,所述第一加热流体路径在围绕所述热侧热交换器的周向轴线约0度到30度的第一周向位置处与出口气室流体连通。
16.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括第二加热流体路径,所述第二加热流体路径在围绕所述周向轴线约90度到120度的第二周向位置处与出口气室流体连通。
17.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括第三加热流体路径,所述第三加热流体路径在围绕所述周向轴线约180度到210度的第三周向位置处与出口气室流体连通。
18.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括第四加热流体路径,所述第四加热流体路径在围绕所述周向轴线约270度到300度的第四周向位置处与出口气室流体连通。
19.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括第一热传递区域,所述第一热传递区域围绕所述多个加热流体路径的第一周向段或扇区设置,所述第一周向段或扇区围绕所述周向轴线约270度到约360度。
20.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括第二热传递区域,所述第二热传递区域围绕所述多个加热流体路径的第二周向段或扇区设置,所述第二周向段或扇区围绕所述周向轴线约180度到约270度。
21.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括第三热传递区域,所述第三热传递区域围绕所述多个加热流体路径的第三周向段或扇区设置,所述第三周向段或扇区围绕所述周向轴线约90度到约180度。
22.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括第四热传递区域,所述第四热传递区域围绕所述多个加热流体路径的第四周向段或扇区设置,所述第四周向段或扇区围绕所述周向轴线约0度到约90度。
23.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括4至32个加热流体路径,或8至24个加热流体路径,或12至20个加热流体路径,或16个加热流体路径。
24.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括围绕所述热侧热交换器本体周向间隔开的2至8个热传递区域,或包括围绕所述热侧热交换器本体周向间隔开的四个热传递区域。
25.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:出口气室,所述出口气室周向包围所述多个加热流体路径,所述出口气室与所述多个加热流体路径流体连通;和/或入口气室,所述入口气室被所述多个加热流体路径周向包围,所述入口气室与所述多个加热流体路径流体连通。
26.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括所述多个加热流体路径中的至少一些,所述多个加热流体路径中的至少一些沿所述多个加热流体路径中的至少一些的相应加热流体路径的长度的至少一部分具有基本一致的横截面宽度和/或基本一致的横截面面积。
27.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径中的相应一个加热流体路径包括螺旋弧,所述螺旋弧对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线和/或方螺旋中的至少一部分。
28.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径包括多个螺旋弧逆对,所述螺旋弧逆对中的相应螺旋弧逆对包括抛物线螺旋。
29.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径包括方螺旋。
30.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述方螺旋的至少一部分包括对应于方圆的弧。
31.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径中的相应一个具有180度到1260度的弧长。
32.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径中的相应一个加热流体路径具有180度到450度,或315度到765度的弧长。
33.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径中的相应一个加热流体路径具有675度到1260度的弧长。
34.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径包括周向相邻的路径。
35.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径中的相应一个加热流体路径包括倾斜于所述入口气室定向的加热流体路径入口。
36.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括热输入区域、至少一个热提取区域以及在所述热输入区域和所述至少一个热提取区域之间流体连通的多个径向或同心相邻的半环形工作流体路径。
37.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径,所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径轴向邻近所述多个径向或同心相邻的半环形工作流体路径中的对应的相应半环形工作流体路径设置,所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径与所述多个径向或同心相邻的半环形工作流体路径中的对应的相应半环形工作流体路径具有热传导关系。
38.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,根据本文中任一条项所述的工作流体本体构造。
39.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述入口气室包括燃烧室。
40.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径限定多个入口中的相应入口,所述多个入口围绕所述燃烧室的周边周向间隔开,所述多个入口中的相应入口限定多个燃烧室出口中的相应燃烧室出口。
41.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:出口气室,所述出口气室与所述多个加热流体路径流体连通,所述出口气室包括再循环环。
42.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述热侧热交换器本体包括增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。
43.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括根据本文中任一条项构造的燃烧器本体。
44.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:本文中任一条项所述的喷射器本体。
45.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:根据本文中任一条项构造的回热器本体。
46.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:根据本文中任一条项构造的工作流体本体。
47.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括:根据本文中任一条项构造的再生器本体。
48.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述热侧热交换器本体限定本文中任一条项所述的发动机组件的至少一部分。
49.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述热侧热交换器本体限定本文中任一条项所述的燃烧器本体的至少一部分。
50.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述热侧热交换器本体限定本文中任一条项所述的加热器本体的至少一部分。
51.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述热侧热交换器本体限定闭式循环发动机的至少一部分。
52.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,其中所述热侧热交换器本体被构造为执行本文中任一条项所述的方法。
53.根据本文中任一条项所述的热侧热交换器本体,包括根据任一后续条项构造的整体热交换器本体。
54.一种整体热交换器本体,包括:多个加热壁,所述多个加热壁相对于纵向轴线以螺旋阵列或螺旋弧阵列被构造和布置,其中所述多个加热壁的相邻部分分别在其间限定对应的多个加热流体路径;以及多个燃烧翅片,所述多个燃烧翅片围绕入口气室的周边周向间隔开,其中所述入口气室包括燃烧室或与燃烧室流体连通,并且所述多个加热流体路径与所述入口气室流体连通;其中,所述多个燃烧翅片占据所述整体热交换器本体的径向或同心向内部分,并且其中,所述多个加热流体路径与围绕所述整体热交换器本体的径向或同心向外部分设置的散热器具有热传递关系;并且其中,相对于所述多个燃烧翅片径向或同心向外设置的多个传导中断至少部分地抑制从所述多个燃烧翅片到所述多个加热壁的热传导。
55.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个传导中断的至少一部分由所述多个燃烧翅片的相应下游部分限定,所述多个燃烧翅片的相应下游部分被构造和布置为与所述多个加热壁的对应上游部分空间分离。
56.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个传导中断分别包括燃烧翅片和对应加热壁之间的间隙或空间。
57.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个传导中断相对于所述多个燃烧翅片和/或所述多个加热壁分别包括材料特性、材料成分和/或材料结构的差异。
58.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个传导中断包括以下中的一个或多个:网格结构、三维晶格结构或多孔介质结构。
59.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个传导中断包括具有未烧结或部分烧结的粉末材料的所述加热壁的相应区域,所述未烧结或部分烧结的粉末材料源自用于形成所述整体热交换器本体的增材制造处理。
60.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个燃烧翅片相对于所述纵向轴线以螺旋阵列或螺旋弧阵列被构造和布置。
61.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个燃烧翅片与所述多个加热壁中的对应加热壁整体集成。
62.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述散热器包括多个工作流体本体,所述多个工作流体本体包括与所述多个加热流体路径具有热传递关系的多个工作流体路径。
63.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述散热器包括围绕所述整体热交换器本体周向间隔开的多个热传递区域。
64.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,包括围绕所述整体热交换器本体周向间隔开的2至8个热传递区域。
65.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个加热流体路径被构造和布置为邻近周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述多个加热流体路径中的相应一个加热流体路径的所述周向系列具有至少部分取决于周向位置的顺序,所述多个加热流体路径中的相应一个加热流体路径在所述周向位置处与所述入口气室流体连通。
66.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,包括:第一加热流体路径,所述第一加热流体路径邻近第一周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述第一周向系列开始于第一热传递区域,随后是第二热传递区域,随后是第三热传递区域;以及第二加热流体路径,所述第二加热流体路径邻近第二周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述第二周向系列开始于所述第二热传递区域,随后是第三热传递区域,随后是第四热传递区域。
67.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个热传递区域占据所述整体热交换器本体的从所述多个传导中断径向或同心向外设置的区域。
68.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个热传递区域分别包括与所述多个加热流体路径具有热传递关系的工作流体路径阵列。
69.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述工作流体路径的至少一部分整体地限定在所述多个加热壁中的相应加热壁内。
70.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中:
所述燃烧翅片被构造和布置成在足够高的温度下操作,以在所述加热流体路径的设置在所述传导中断上游的部分内稳定燃烧。
71.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述传导中断被构造和布置成将来自所述燃烧翅片的热传导减少足以使所述传导翅片保持在用于燃料燃烧的足够高的温度的量,以在所述加热流体路径的设置在所述传导中断上游的部分内接近完全燃烧。
72.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述传导中断定位在沿所述加热流体路径的一距离处,以允许燃料燃烧在所述加热流体路径的设置在所述传导中断上游的部分内接近完全燃烧。
73.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,其中所述多个加热壁和/或所述多个燃烧翅片具有对应于以下一个或多个中的至少一部分的构造和布置:阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线和/或方螺旋。
74.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,包括:燃烧室,所述燃烧室围绕轴线环形设置;以及调节管道,所述调节管道周向包围所述燃烧室,所述调节管道在所述燃烧室的远端部分处与所述燃烧室流体连通。
75.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,包括:引出路径,所述引出路径与环流体连通,所述引出路径倾斜于所述环定向;以及动力路径,所述动力路径与所述环流体连通,所述动力路径邻近所述引出路径并倾斜于所述环定向。
76.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,包括:进气路径,所述进气路径与调节管道流体连通,所述进气路径倾斜于所述调节管道定向;以及再循环路径,所述再循环路径与所述调节管道流体连通,所述再循环路径邻近所述进气路径并倾斜于所述调节管道定向。
77.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,包括:回热器本体,所述回热器本体包括:围绕轴线环形设置的第一进气环、围绕所述轴线环形设置的第一排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第一路径,所述多个第一路径包括:围绕所述第一进气环环形流体连通的多个第一路径入口和围绕所述第一排出环环形流体连通的多个第一路径出口;以及围绕所述轴线环形设置的第二进气环、围绕所述轴线环形设置的第二排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第二路径,所述多个第二路径中的相应第二路径交替地与所述多个第一路径中的相应第一路径相邻,所述多个第二路径包括:围绕所述第二进气环环形流体连通的多个第二路径入口和围绕所述第二排出环环形流体连通的多个第二路径出口。
78.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,包括:多个热传递区域,所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括在热输入区域和热提取区域之间流体连通的多个工作流体路径。
79.根据本文中任一条项所述的整体热交换器本体,包括:再生器管道;以及多个翅片阵列,所述多个翅片阵列相邻地设置在所述再生器管道内,并以彼此间隔开的关系分别由所述再生器管道支撑,所述多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙。
关于加热多个热传递区域的方法,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种加热多个热传递区域的方法,所述方法包括:使第一热传递流体流过围绕入口气室同心螺旋的多个加热流体路径,所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径限定螺旋路径;以及将热量从所述第一热传递流体传递到多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述多个加热流体路径的对应半环形部分具有热传递关系。
2.根据本文中任一条项所述的方法,其中将热量从所述第一热传递流体传递到多个热传递区域包括:将热量从所述多个加热流体路径传递到周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些,所述多个加热流体路径中的相应一个加热流体路径的所述周向系列具有至少部分地取决于到所述多个加热流体路径中的相应一个加热流体路径的入口的周向位置的顺序。
3.根据本文中任一条项所述的方法,其中将热量从所述第一热传递流体传递到多个热传递区域包括:从流过第一加热流体路径的第一热传递流体传递热量,所述第一加热流体路径邻近第一周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述第一周向系列包括第一热传递区域,随后是第二热传递区域,随后是第三热传递区域。
4.根据本文中任一条项所述的方法,所述第一周向系列包括所述第三热传递区域之后的第四热传递区域。
5.根据本文中任一条项所述的方法,其中将热量从所述第一热传递流体传递到多个热传递区域包括:从流过第二加热流体路径的所述第一热传递流体传递热量,所述第二加热流体路径邻近第二周向系列中的所述多个热传递区中的至少一些通过,所述第二周向系列包括所述第二热传递区域,随后是所述第三热传递区域,随后是所述第一热传递区域。
6.根据本文中任一条项所述的方法,所述第二周向系列包括在所述第三热传递区域之后并且在所述第一热传递区域之前的第四热传递区域。
7.根据本文中任一条项所述的方法,其中将热量从所述第一热传递流体传递到多个热传递区域包括:从流过第三加热流体路径的所述第一热传递流体传递热量,所述第三加热流体路径邻近第三周向系列中的所述多个热传递区域中的至少一些通过,所述第三周向系列包括所述第三热传递区域,随后是所述第一热传递区域,随后是所述第二热传递区域。
8.根据本文中任一条项所述的方法,所述第三周向系列包括在所述第三热传递区域之后并且在所述第一热传递区域之前的第四热传递区域。
9.根据本文中任一条项所述的方法,其中将热量从所述第一热传递流体传递到多个热传递区域包括:从流过第四加热流体路径的所述第一热传递流体传递热量,所述第四加热流体路径邻近第四周向系列中的所述多个热传递区中的至少一些通过,所述第四周向系列包括第四热传递区域,随后是所述第一热传递区域,随后是所述第二热传递区域。
10.根据本文中任一条项所述的方法,所述第四周向系列包括在所述第二热传递区域之后并且在所述第四热传递区域之前的所述第三热传递区域。
11.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将所述第一热传递流体从所述第一加热流体路径排出到出口气室,所述第一加热流体路径在围绕所述热侧热交换器的所述周向轴线约0度到30度的第一周向位置处,与所述出口气室倾斜地流体连通。
12.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将所述第一热传递流体从所述第二加热流体路径排出到出口气室,所述第二加热流体路径在围绕所述周向轴线约90度到120度的第二周向位置处,与所述出口气室倾斜地流体连通。
13.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将所述第一热传递流体从所述第三加热流体路径排出到出口气室,所述第三加热流体路径在围绕所述周向轴线约180度到210度的第三周向位置处,与所述出口气室倾斜地流体连通。
14.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将所述第一热传递流体从所述第四加热流体路径排出到出口气室,所述第四加热流体路径在围绕所述周向轴线约270度到300度的第四周向位置处,与所述出口气室倾斜地流体连通。
15.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将热量从所述第一热传递流体传递到所述第一热传递区域,所述第一热传递区域设置在围绕所述周向轴线约270度到约360度的第一周向位置处。
16.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将热量从所述第一热传递流体传递到所述第二热传递区域,所述第二热传递区域设置在围绕所述周向轴线约180到约270度的第二周向位置处。
17.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将热量从所述第一热传递流体传递到所述第三热传递区域,所述第三热传递区域设置在围绕所述周向轴线约90度到约180度的第三周向位置处。
18.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将热量从所述第一热传递流体传递到第四热传递区域,所述第四热传递区域设置在围绕所述周向轴线约0度到约90度的第四周向位置处。
19.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述第一热传递流体流过4至32个加热流体路径,或8至24个加热流体路径,或12至20个加热流体路径,或16个加热流体路径。
20.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将热量从所述第一热传递流体传递到围绕所述热侧热交换器本体周向间隔开的2至8个热传递区域;或者将热量从所述第一热传递流体传递到围绕所述热侧热交换器本体周向间隔开的四个热传递区域。
21.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将所述第一热传递流体排出到周向包围所述多个加热流体路径的出口气室,所述出口气室与所述多个加热流体路径流体连通。
22.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括热输入区域、至少一个热提取区域、以及在所述热输入区域和所述至少一个热提取区域之间流体连通的多个径向或同心相邻的半环形工作流体路径。
23.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将热量从所述第一热传递流体传递到第二热传递流体,所述第二热传递流体在对应于所述多个热传递区域中的相应热传递区域的所述多个径向或同心相邻的半环形工作流体路径中,所述多个径向或同心相邻的半环形工作流体路径中的相应半环形工作流体路径与所述多个加热流体路径中的对应的相应加热流体路径的半环形部分具有热传导关系,所述半环形部分对应于所述相应热传递区域。
24.根据本文中任一条项所述的方法,包括轴向邻近所述多个径向或同心相邻的半环形工作流体路径中的对应的相应半环形工作流体路径设置的所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径。
25.根据本文中任一条项所述的方法,包括根据本文中任一条项所述的方法加热多个热传递区域。
26.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述入口气室包括燃烧室,并且所述第一热传递流体包括燃烧气体。
27.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使燃烧气体流过所述多个加热流体路径,所述燃烧气体通过围绕所述燃烧室周向间隔开的多个入口进入所述多个加热流体路径,所述多个入口包括燃烧室出口。
28.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将所述第一热传递流体排出到与所述多个加热流体路径流体连通的出口气室,所述出口气室包括再循环环,并且所述第一热传递流体包括燃烧气体。
29.根据本文中任一条项所述的方法,包括:在燃烧器本体中燃烧燃料,所述燃烧提供燃烧气体。
30.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法燃烧所述燃料。
31.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法循环流体;或根据本文中任一条项所述的方法循环燃烧气体。
32.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法在流体流之间传递热量。
33.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法从排气中回收热量。
34.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热发动机工作流体。
35.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法在发动机工作流体中再生热量。
36.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用本文中任一条项所述的热侧热交换器本体来执行所述方法;和/或包括:至少部分地使用本文中任一条项所述的加热器本体来执行所述方法。
关于工作流体本体,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种工作流体本体,包括:多个热传递区域,所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括在热输入区域和热提取区域之间流体连通的多个工作流体路径。
2.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个工作流体路径包括多个径向或同心相邻的半环形螺旋路径。
3.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个工作流体路径包括多个轴向相邻的半环形螺旋路径。
4.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述热输入区域和所述热提取区域。
5.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述热提取区域包括第一热提取区域和第二热提取区域。
6.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述热提取区域,所述热提取区域周向包围所述热输入区域。
7.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述热提取区域,所述热提取区域与所述热输入区域周向相邻。
8.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个工作流体路径包括:第一多个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径在所述热输入区域和第一热提取区域之间流体连通;以及第二多个工作流体路径,所述第二多个工作流体路径在所述热输入区域和第二热提取区域之间流体连通。
9.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:第一热传递区域,所述第一热传递区域包括第一多个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径;第二热传递区域,所述第二热传递区域包括第二多个工作流体路径,所述第二多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径;其中所述第一多个工作流体路径中的相应工作流体路径与所述第二多个工作流体路径中的相应工作流体路径周向相邻。
10.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:径向或同心向内的工作流体路径和径向向中间的工作流体路径,所述径向或同心向内的工作流体路径与所述径向向中间的工作流体路径周向相邻。
11.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:径向或同心向外的工作流体路径和径向或同心向中间的工作流体路径,所述径向或同心向外的工作流体路径与所述径向或同心向中间的工作流体路径周向相邻。
12.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述第一多个工作流体路径中的径向或同心向外的一个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径中的径向或同心向外的一个工作流体路径周向终止工作流体路径的螺旋阵列,所述工作流体路径的螺旋阵列由所述多个工作流体路径中的至少一些限定,所述工作流体路径的螺旋阵列径向或同心向外发散。
13.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述第一多个工作流体路径中的径向或同心向内的一个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径中的径向或同心向内的一个工作流体路径周向启动由所述多个工作流体路径中的至少一些限定的工作流体路径的螺旋阵列,所述工作流体路径的螺旋阵列径向或同心向外发散。
14.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:第一热传递区域,所述第一热传递区域包括第一多个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径,所述第一多个工作流体路径包括:第一多个逆流工作流体路径和第一多个并流工作流体路径,所述第一多个逆流工作流体路径中的相应逆流工作流体路径与所述第一多个并流工作流体路径中的相应并流工作流体路径周向相邻。
15.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:第一热传递区域,所述第一热传递区域包括第一多个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径;第二热传递区域,所述第二热传递区域与所述第一热传递区域周向相邻,所述第二热传递区域包括第二多个工作流体路径,所述第二多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径;第三热传递区域,所述第三热传递区域与所述第二热传递区域周向相邻,所述第三热传递区域包括第三多个工作流体路径,所述第三多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径;和/或第四热传递区域,所述第四热传递区域与所述第三热传递区域周向相邻,所述第四热传递区域包括第四多个工作流体路径,所述第四多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径。
16.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述第四热传递区域,所述第四热传递区域与所述第一热传递区域周向相邻。
17.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述第一多个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径与所述第二多个工作流体路径周向相邻;所述第二多个工作流体路径,所述第二多个工作流体路径与所述第三多个工作流体路径周向相邻;和/或所述第三多个工作流体路径,所述第三多个工作流体路径与所述第四多个工作流体路径周向相邻。
18.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述第四多个工作流体路径,所述第四多个工作流体路径与所述第一多个工作流体路径周向相邻。
19.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个工作流体路径包括限定螺旋的周向相邻的工作流体路径,所述螺旋径向或同心向外发散。
20.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个工作流体路径包括周向相邻的工作流体路径,所述周向相邻的工作流体路径包括交替逆流路径和并流路径的阵列。
21.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括所述多个螺旋路径,所述多个螺旋路径跨所述多个螺旋路径中的相应螺旋路径的长度具有一致的横截面宽度和/或一致的横截面面积。
22.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个螺旋路径中的相应一个螺旋路径包括螺旋弧,所述螺旋弧对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线和/或方螺旋的至少一部分。
23.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个螺旋路径包括多个螺旋弧逆对,所述螺旋弧逆对中的相应螺旋弧逆对包括抛物线螺旋。
24.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个螺旋路径包括方螺旋。
25.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述方螺旋的至少一部分包括对应于方圆的弧。
26.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个螺旋路径中的相应一个螺旋路径具有180度到1260度的弧长。
27.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个螺旋路径中的相应一个螺旋路径具有180度到450度,或315度到765度的弧长。
28.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个螺旋路径中的相应一个螺旋路径具有675度到1260度的弧长。
29.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个螺旋路径包括周向相邻的路径。
30.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:多个加热流体路径,所述多个加热流体路径围绕入口气室同心地螺旋,所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径限定螺旋路径,并且所述入口气室与所述多个加热流体路径流体连通,所述多个工作流体路径中的相应工作流体路径与所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径交替相邻,所述多个工作流体路径中的相应工作流体路径与所述多个加热流体路径中的交替相邻的相应加热流体路径具有热传导关系。
31.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述工作流体本体的至少一部分,所述工作流体本体的至少一部分限定突出到所述多个加热流体路径中的相邻的相应加热流体路径中的所述多个工作流体路径中的至少一些;和/或所述热侧热交换器本体的至少一部分,所述热侧热交换器本体的至少一部分限定突出到所述多个工作流体路径中的相邻的相应工作流体路径中的所述多个加热流体路径中的至少一些。
32.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述多个加热流体路径,所述多个加热流体路径包括多个传导增强突起,所述多个传导增强突起中的相应传导增强突起至少部分地由所述工作流体本体的一部分限定,所述工作流体本体的所述一部分对应于突出到所述多个加热流体路径中的相邻的相应加热流体路径中的所述多个工作流体路径中的相应工作流体路径。
33.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述多个工作流体路径,所述所述多个工作流体路径包括多个传导增强突起,所述多个传导增强突起中的相应传导增强突起至少部分地由所述热侧热交换器本体的一部分限定,所述热侧热交换器本体的所述一部分对应于突出到所述多个工作流体路径中的相邻的相应工作流体路径中的所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径。
34.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:活塞本体,其中所述工作流体本体限定整体本体的第一部分,并且所述活塞本体限定所述整体本体的第二部分,或其中,所述活塞本体限定可操作地联接或能够可操作地联接到所述工作流体本体的第一整体本体段。
35.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述热输入区域包括所述活塞本体。
36.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:再生器本体,所述再生器本体限定可操作地联接或能够可操作地联接到所述活塞本体和/或所述工作流体本体的所述整体本体的第二部分或第二整体本体段。
37.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述热提取区域包括所述再生器本体。
38.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述多个工作流体路径,所述多个工作流体路径在所述活塞本体和所述再生器本体之间流体连通。
39.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:加热室本体,所述加热室本体包围所述多个工作流体路径的至少一部分。
40.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述多个工作流体路径的至少一部分限定管阵列,所述管阵列设置在所述加热室本体内并且所述加热室本体包围所述管阵列。
41.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述加热室本体,所述加热室本体与加热流体入口和加热流体出口流体连通。
42.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述加热室本体,所述加热室本体限定再循环路径的至少一部分。
43.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:所述加热室本体,所述加热室本体包括与燃烧室流体连通的加热流体入口和与再循环环流体连通的加热流体出口。
44.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:工作流体,所述工作流体设置在所述工作流体路径内。
45.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述发动机工作流体包括气体。
46.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述发动机工作流体包括惰性气体。
47.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述发动机工作流体包括稀有气体。
48.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述稀有气体包括氦气。
49.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述工作流体本体包括增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。
50.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:根据本文中任一前述或后续条项构造的燃烧器体。
51.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:根据本文中任一条项构造的热侧热交换器本体。
52.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:根据本文中任一条项构造的喷射器本体。
53.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:根据本文中任一条项构造的回热器本体。
54.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:本文中任一条项所述的再生器本体。
55.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述工作流体本体限定本文中任一条项所述的发动机组件的至少一部分。
56.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述工作流体本体限定本文中任一条项所述的加热器本体的至少一部分。
57.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述工作流体本体限定闭式循环发动机的至少一部分。
58.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,其中所述工作流体本体被构造为执行本文中任一条项所述的方法。
59.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:燃烧室,所述燃烧室围绕轴线环形设置;以及调节管道,所述调节管道周向包围所述燃烧室,所述调节管道在所述燃烧室的远端部分处与所述燃烧室流体连通。
60.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:多个加热流体路径,所述多个加热流体路径围绕入口气室周向间隔开(和/或径向设置),所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径限定螺旋路径,并且所述入口气室与所述多个加热流体路径流体连通;以及多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述多个加热流体路径的对应半环形部分具有热传递关系。
61.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:引出路径,所述引出路径与环流体连通,所述引出路径倾斜于所述环定向;以及动力路径,所述动力路径与所述环流体连通,所述动力路径邻近所述引出路径,并倾斜于所述环定向。
62.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:进气路径,所述进气路径与调节管道流体连通,所述进气路径倾斜于所述调节管道定向;以及再循环路径,所述再循环路径与所述调节管道流体连通,所述再循环路径邻近所述进气路径,并倾斜于所述调节管道定向。
63.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:回热器本体,所述回热器本体包括:围绕轴线环形设置的第一进气环、围绕所述轴线环形设置的第一排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第一路径,所述多个第一路径包括:围绕所述第一进气环环形流体连通的多个第一路径入口,以及围绕所述第一排出环环形流体连通的多个第一路径出口;围绕所述轴线环形设置的第二进气环、围绕所述轴线环形设置的第二排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第二路径,所述多个第二路径中的相应第二路径交替地与所述多个第一路径中的相应第一路径相邻,所述多个第二路径包括:围绕所述第二进气环环形流体连通的多个第二路径入口,以及围绕所述第二排出环环形流体连通的多个第二路径出口。
64.根据本文中任一条项所述的工作流体本体,包括:再生器管道;以及多个翅片阵列,所述多个翅片阵列相邻地设置在所述再生器管道内,并以彼此间隔开的关系分别由所述再生器管道支撑,所述多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙。
关于加热发动机工作流体的方法,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种加热发动机工作流体的方法,所述方法包括:使发动机工作流体流过多个热传递区域中的相应热传递区域,多个热传递区域中的相应热传递区域包括在热输入区域和热提取区域之间流体连通的多个工作流体路径,所述发动机工作流体流过所述多个工作流体路径;以及将热量从加热源传递到所述发动机工作流体,所述多个工作流体路径与所述加热源具有热传递关系。
2.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个工作流体路径包括多个径向或同心相邻的半环形螺旋路径。
3.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个工作流体路径包括多个轴向相邻的半环形螺旋路径。
4.根据本文中任一项所述的方法,包括:交替地使所述发动机工作流体从所述热输入区域流到所述热提取区域以及从所述热提取区域流到所述热输入区域。
5.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过第一多个工作流体路径,交替地使所述发动机工作流体的第一部分从所述热输入区域流到所述热提取区域并且从所述热提取区域流到所述热输入区域;以及通过第二多个工作流体路径,交替地使所述发动机工作流体的第二部分从所述热输入区域流到所述热提取区域并且从所述热提取区域流到所述热输入区域。
6.根据本文中任一项所述的方法,包括:交替地使所述发动机工作流体从所述热输入区域流到所述热提取区域,所述热提取区域周向包围所述热输入区域。
7.根据本文中任一条项所述的方法,包括:交替地使所述发动机工作流体从所述热输入区域流到所述热提取区域,所述热提取区域与所述热输入区域周向相邻。
8.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个工作流体路径包括:通过第一多个工作流体路径,交替地使所述发动机工作流体的第一部分从所述热输入区域流到第一热提取区域并且从所述第一热提取区域流到所述热输入区域,所述第一多个工作流体路径在所述热输入区域和所述第一热提取区域之间流体连通;以及通过第二多个工作流体路径,交替地使所述发动机工作流体的第二部分从所述热输入区域流到第二热提取区域并且从所述第二热提取区域流到所述热输入区域,所述第二多个工作流体路径在所述热输入区域和所述第二热提取区域之间流体连通。
9.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使第一体积的发动机工作流体流过第一热传递区域,所述第一热传递区域包括在第一热输入区域、第一热提取区域以及流过所述第一多个工作流体路径的所述第一体积的发动机工作流体之间流体连通的第一多个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径;使第二体积的发动机工作流体流过第二热传递区域,所述第二热传递区域包括在第二热输入区域、第二热提取区域以及流过所述第二多个工作流体路径的所述第二体积的发动机工作流体之间流体连通的第二多个工作流体路径,所述第二多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径;其中所述第一多个工作流体路径中的相应工作流体路径与所述第二多个工作流体路径中的相应工作流体路径周向相邻。
10.根据本文中任一条项所述的方法,包括:所述第一多个工作流体路径中的径向或同心向内的一个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径中的所述径向或同心向内的一个工作流体路径与所述第二多个工作流体路径中的径向向中间的一个工作流体路径周向相邻。
11.根据本文中任一条项所述的方法,包括:所述第二多个工作流体路径中的径向或同心向外的一个工作流体路径,所述第二多个工作流体路径中的径向或同心向外的一个工作流体路径与所述第一多个工作流体路径中的径向向中间的一个工作流体路径周向相邻。
12.根据本文中任一条项所述的方法,包括:所述第一多个工作流体路径中的径向或同心向外的一个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径中的径向或同心向外的一个工作流体路径周向终止由所述多个工作流体路径中的至少一些限定的螺旋,所述螺旋径向或同心向外发散。
13.根据本文中任一条项所述的方法,包括:所述第一多个工作流体路径中的径向或同心向内的一个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径中的径向或同心向内的一个工作流体路径周向启动由所述多个工作流体路径中的至少一些限定的螺旋,所述螺旋径向或同心向外发散。
14.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使第一体积的发动机工作流体交替地流过第一热传递区域,所述第一热传递区域包括第一多个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径,以及所述第一体积的发动机工作流体交替地流过所述第一多个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径包括:第一多个逆流工作流体路径,所述第一体积的发动机工作流体的第一部分在逆流方向上流过所述第一多个逆流工作流体路径;以及第一多个并流工作流体路径,所述第一体积的发动机工作流体的第二部分在逆流方向上流过所述第一多个逆流工作流体路径;其中所述第一多个逆流工作流体路径中的相应逆流工作流体路径与所述第一多个并流工作流体路径中的相应并流工作流体路径周向相邻。
15.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使第一体积的发动机工作流体交替地流过第一热传递区域,所述第一热传递区域包括第一多个工作流体路径,所述第一多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻螺旋路径;使第二体积的发动机工作流体交替地流过与所述第一热传递区域周向相邻的第二热传递区域,所述第二热传递区域包括第二多个工作流体路径,所述第二多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径;使第三体积的发动机工作流体交替地流过与所述第二热传递区域周向相邻的第三热传递区域,所述第三热传递区域包括第三多个工作流体路径,所述第三多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径;使第四体积的发动机工作流体交替地流过与所述第三热传递区域周向相邻的第四热传递区域,所述第四热传递区域包括第四多个工作流体路径,所述第四多个工作流体路径包括半环形径向或同心相邻的螺旋路径。
16.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述第四热传递区域与所述第一热传递区域周向相邻。
17.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使相应体积的所述发动机工作流体交替地流过所述多个工作流体路径,所述多个工作流体路径包括限定螺旋的周向相邻的工作流体路径,所述螺旋径向或同心向外发散。
18.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使加热流体从入口气室流过围绕所述入口气室同心螺旋的多个加热流体路径,所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径限定螺旋路径,并且所述入口气室与所述多个加热流体路径流体连通,所述多个工作流体路径中的相应工作流体路径交替地与所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径相邻;以及将热量从所述加热流体传递到所述发动机工作流体,所述多个工作流体路径中的相应工作流体路径与所述多个加热流体路径中的交替相邻的相应加热流体路径具有热传导关系。
19.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个工作流体路径中的相应工作流体路径径向或同心向内和/或径向或同心向外突出到所述多个加热流体路径中的交替相邻的相应加热流体路径中。
20.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个加热流体路径包括多个传导增强突起,所述多个传导增强突起中的相应传导增强突起至少部分地由所述工作流体本体的一部分限定,所述工作流体本体的所述一部分对应于突出到所述多个加热流体路径中的相邻的相应加热流体路径中的所述多个工作流体路径中的相应工作流体路径。
21.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个加热流体路径包括多个传导增强突起,所述多个传导增强突起中的相应传导增强突起至少部分地由所述热侧热交换器本体的一部分限定,所述热侧热交换器本体的所述一部分对应于突出到所述多个工作流体路径中的相邻的相应工作流体路径中的所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径。
22.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述发动机工作流体包括发动机工作流体。
23.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述发动机工作流体包括惰性气体。
24.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述发动机工作流体包括稀有气体。
25.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述稀有气体包括氦气。
26.根据本文中任一条项所述的方法,包括:在燃烧器本体中燃烧燃料,所述燃烧提供燃烧气体。
27.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法燃烧燃料。
28.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热多个热传递区域。
29.本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法循环流体;或根据本文中任一条项所述的方法循环燃烧气体。
30.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法在流体流之间传递热量。
31.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法从排气中回收热量。
32.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法在发动机工作流体中再生热量。
33.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用本文中任一条项所述的工作流体本体来执行所述方法;和/或包括:至少部分地使用本文中任一条项所述的加热器本体来执行所述方法。
关于喷射器本体,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种喷射器本体,包括:动力路径,所述动力路径与环流体连通,所述动力路径邻近所述引出路径并倾斜于所述环定向;以及引出路径,所述引出路径与环流体连通,所述引出路径倾斜于所述环定向。
2.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:排气路径,所述排气路径与所述引出路径流体连通,所述排气路径具有相对于所述环径向或同心向外发散的螺旋构造。
3.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:围绕所述喷射器本体周向间隔开的多个动力路径和围绕所述喷射器本体周向间隔开的多个引出路径,所述多个动力路径和所述多个引出路径倾斜于所述环定向。
4.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述多个动力路径和所述多个引出路径被构造和布置为围绕所述喷射器本体周向间隔开的引出路径对。
5.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个排气路径,所述多个排气路径围绕所述喷射器本体周向间隔开,所述多个排气路径与对应的引出路径或所述多个引出路径中的相应一个引出路径流体连通,所述多个排气路径具有相对于所述环径向或同心向外发散的螺旋结构。
6.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述引出路径或多个引出路径,所述引出路径或所述多个引出路径具有倾斜于所述环定向的径向前引出路径壁和/或倾斜于所述环定向的径向后壁。
7.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述引出路径或多个引出路径,所述引出路径或所述多个引出路径具有倾斜于所述环定向的径向前引出路径壁和/或倾斜于所述环定向的径向后壁。
8.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中倾斜于所述环定向包括与所述环相切-20度至20度,或与所述环相切-10度至10度,或与所述环相切-5度至5度。
9.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述引出路径或多个引出路径,所述引出路径或所述多个引出路径相对于切线扫描定向。
10.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个引出路径对,所述多个引出路径对相对于切线扫描定向。
11.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述切线扫描包括倾斜于所述环定向的径向前引出路径壁和/或倾斜于所述环定向的径向后引出路径壁,所述径向前引出路径壁和所述径向后引出路径壁被分离一弧长。
12.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个引出路径对,所述多个引出路径对围绕所述喷射器本体周向间隔开,其中所述弧长是通过将引出路径对的数量除以由所述多个引出路径对所包围的所述环的周向度数而获得的商。
13.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,所述弧长为5度至45度,或15度至35度,或20度至30度。
14.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中倾斜包括相对于切线的角度,所述角度对于喷射到所述环中的所述动力流体有效,以在所述环中引起旋流。
15.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述动力路径或多个动力路径,所述动力路径或所述多个动力路径具有接近所述环的会聚横截面宽度和/或面积,所述会聚横截面宽度和/或面积限定动力路径喷嘴。
16.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中动力路径和/或动力路径喷嘴的轴向高度超过所述动力路径和/或动力路径喷嘴的径向宽度,和/或引出路径的轴向高度超过所述引出路径的径向宽度。
17.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述动力路径或多个动力路径,所述动力路径或所述多个动力路径具有接近所述环的会聚横截面宽度和/或面积,所述会聚横截面宽度和/或面积限定动力路径喷嘴。
18.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中动力路径和/或动力路径喷嘴的轴向高度超过所述动力路径和/或所述动力路径喷嘴的径向宽度,和/或引出路径的轴向高度超过所述引出路径的径向宽度。
19.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述引出路径,所述引出路径至少部分地由动力路径本体限定,所述动力路径设置在动力路径本体的至少一部分内。
20.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个引出路径、至少部分地由动力路径本体限定的所述多个引出路径中的相应引出路径、以及多个动力路径,所述多个动力路径中的相应动力路径设置在对应于所述多个引出路径中的相应引出路径的所述动力路径本体内。
21.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述动力路径,所述动力路径在所述环或所述环的上游处与所述引出路径流体连通。
22.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:排气路径,所述排气路径与所述引出路径流体连通,所述排气路径和所述引出路径被构造和布置为使得流过所述引出路径的约10%至约90%的所述引出流体流入所述环,流过所述引出路径的所述引出流体的剩余部分流入所述排气路径。
23.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述排气路径和所述引出路径,所述排气路径和所述引出路径构造和布置为使得流过所述引出路径的约30%至约70%的所述引出流体流入所述环,或使得流过所述引出路径的约40%至约60%的所述引出流体流入所述环。
24.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中流入所述排气路径的所述引出流体的剩余部分包括流过所述引出路径的所述引出流体的约10%至约90%。
25.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中流入所述排气路径的所述引出流体的剩余部分包括流过所述引出路径的所述引出流体的约30%至约70%,或流过所述引出路径的所述引出流体的约40%至约60%。
26.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个排气路径,所述多个排气路径与所述多个引出路径中的相应一个或多个引出路径流体连通,所述多个引出路径与所述环流体连通,所述多个排气路径和所述多个引出路径被构造和布置成使得流过所述多个引出路径的所述引出流体的约10%至约90%流入所述环,流过所述多个引出路径的所述引出流体的剩余部分流入所述多个排气路径。
27.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述多个排气路径和所述多个引出路径,所述多个排气路径和所述多个引出路径被构造和布置成使得流过所述多个引出路径的所述引出流体的约30%至约70%流入所述环,或使得流过所述多个引出路径的所述引出流体的约40%至约60%流入所述环。
28.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中流入所述多个排气路径的所述引出流体的剩余部分包括流过所述多个引出路径的所述引出流体的约10%至约90%。
29.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中流入所述多个排气路径的所述引出流体的剩余部分包括流过所述多个引出路径的所述引出流体的约30%至约70%,或流过所述多个引出路径的所述引出流体的约40%至约60%。
30.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述引出路径,所述引出路径至少部分地由动力路径本体限定;以及多个排气路径,所述多个排气路径与所述引出路径流体连通,所述多个排气路径穿过所述动力路径本体。
31.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述多个排气路径穿过径向前引出路径壁和/或径向后引出路径壁。
32.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述多个排气路径穿过所述动力路径本体的轴向远端部分。
33.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个引出路径和多个引出路径壁,所述多个引出路径中的相应引出路径至少部分地由所述动力路径本体中的相应动力路径本体限定;以及多个排气路径,所述多个排气路径与所述多个引出路径中的相应一个引出路径或相应多个引出路径流体连通,所述多个排气路径穿过所述动力路径本体中的相应一个动力路径本体或相应多个动力路径本体。
34.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述多个排气路径,所述多个排气路径穿过径向前引出路径壁和/或径向后引出路径壁。
35.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:所述多个排气路径,所述多个排气路径穿过所述动力路径本体中的相应一个动力路径本体或相应多个动力路径本体的轴向远端部分。
36.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述动力路径或多个动力路径限定进气路径的至少一部分。
37.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述引出路径或多个引出路径限定再循环路径的至少一部分。
38.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述环包括调节管道。
39.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:孔口机构,所述孔口机构被构造为调整一个或多个引出路径的开口区域和/或一个或多个排气路径的开口区域。
40.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:致动器,所述致动器可操作地构造为致动所述孔口机构。
41.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:温度传感器,所述温度传感器可操作地构造为确定对应于所述喷射器本体的加热器本体的至少一部分的温度,和/或流过所述加热器本体的至少一部分和/或流过所述喷射器本体的至少一部分的燃烧气体的温度。
42.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:控制器,所述控制器可操作地构造为向所述致动器提供控制命令,所述控制命令至少部分地基于与加热器本体和/或对应于所述喷射器本体的闭式循环发动机相关联的操作参数。
43.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:热敏致动器,所述热敏致动器与所述喷射器本体和/或流过其中的燃烧气体的至少一部分具有热传递关系。
44.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括所述热敏致动器,所述热敏致动器被构造和布置成响应于所述热敏致动器的温度变化而可旋转地枢转所述孔口机构。
45.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括所述孔口机构,所述孔口机构至少部分地由形状记忆材料形成。
46.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:喷射喷嘴,所述喷射喷嘴设置在动力路径喷嘴的下游。
47.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述喷射器本体包括增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。
48.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:根据本文中任一条项构造的燃烧器本体。
49.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:根据本文中任一条项构造的热侧热交换器本体。
50.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:根据本文中任一条项构造的回热器本体。
51.根据本文中任一条项所述的喷射器,包括:根据本文中任一条项构造的工作流体本体。
52.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述喷射器本体被构造为执行本文中任一条项所述的方法。
53.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:燃烧室,所述燃烧室围绕轴线环形设置;以及调节管道,所述调节管道周向包围所述燃烧室,所述调节管道在所述燃烧室的远端部分处与所述燃烧室流体连通。
54.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个加热流体路径,所述多个加热流体路径围绕入口气室周向间隔开(和/或径向设置),所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径限定螺旋路径,并且所述入口气室与所述多个加热流体路径流体连通;以及多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述多个加热流体路径的对应半环形部分具有热传递关系。
55.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:回热器本体,所述回热器本体包括:围绕轴线环形设置的第一进气环、围绕所述轴线环形设置的第一排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第一路径,所述多个第一路径包括:围绕所述第一进气环环形流体连通的多个第一路径入口和围绕所述第一排出环环形流体连通的多个第一路径出口;以及围绕所述轴线环形设置的第二进气环、围绕所述轴线环形设置的第二排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第二路径,所述多个第二路径中的相应第二路径交替地与所述多个第一路径中的相应第一路径相邻,所述多个第二路径包括:围绕所述第二进气环环形流体连通的多个第二路径入口和围绕所述第二排出环环形流体连通的多个第二路径出口。
56.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个热传递区域,所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括在热输入区域和热提取区域之间流体连通的多个工作流体路径。
57.一种喷射器本体,包括:进气路径,所述进气路径与调节管道流体连通,所述进气路径倾斜于所述调节管道定向;以及再循环路径,所述再循环路径与所述调节管道流体连通,所述再循环路径邻近所述进气路径并倾斜于所述调节管道定向。
58.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:排气路径,所述排气路径与所述再循环路径流体连通,所述排气路径具有相对于所述调节管道径向向外发散的螺旋构造。
59.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个再循环路径和多个进气路径,所述多个再循环路径围绕所述喷射器本体周向间隔开和/或径向设置,所述多个进气路径围绕所述喷射器本体周向间隔开和/或径向设置,所述多个再循环路径和所述多个进气路径倾斜于所述调节管道定向。
60.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述多个进气路径和所述多个再循环路径被构造和布置为围绕所述喷射器本体周向间隔开和/或径向设置的引出路径对。
61.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个排气路径,所述多个排气路径围绕所述喷射器本体周向间隔开和/或径向设置,所述多个排气路径与对应的再循环路径或所述多个再循环路径中的相应一个再循环路径流体连通,所述多个排气路径具有相对于所述调节管道径向向外发散的螺旋构造。
62.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述进气路径包括动力路径,或者其中,多个进气路径中的相应进气路径包括动力路径。
63.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述再循环路径包括引出路径,或者其中,多个再循环路径中的相应再循环路径包括引出路径。
64.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述调节管道包括环。
65.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,其中所述喷射器本体包括增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。
66.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:燃烧室,所述燃烧室围绕轴线环形设置;以及调节管道,所述调节管道周向包围所述燃烧室,所述调节管道在所述燃烧室的远端部分处与所述燃烧室流体连通。
67.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个加热流体路径,所述多个加热流体路径围绕入口气室周向间隔开和/或径向设置,所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径限定螺旋路径,并且所述入口气室与所述多个加热流体路径流体连通;以及多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述多个加热流体路径的对应半环形部分具有热传递关系。
68.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:回热器本体,所述回热器本体包括:围绕轴线环形设置的第一进气环、围绕所述轴线环形设置的第一排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第一路径,所述多个第一路径包括:围绕所述第一进气环环形流体连通的多个第一路径入口和围绕所述第一排出环环形流体连通的多个第一路径出口;以及围绕所述轴线环形设置的第二进气环、围绕所述轴线环形设置的第二排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第二路径,所述多个第二路径中的相应第二路径交替地与所述多个第一路径中的相应第一路径相邻,所述多个第二路径包括:围绕所述第二进气环环形流体连通的多个第二路径入口和围绕所述第二排出环环形流体连通的多个第二路径出口。
69.根据本文中任一条项所述的喷射器本体,包括:多个热传递区域,所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括在热输入区域和热提取区域之间流体连通的多个工作流体路径。
关于包括喷射器本体的整体加热器本体,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种整体加热器本体,包括:燃烧器本体,所述燃烧器本体包括环和燃烧室,所述环具有向外环形壁和向内环形壁,所述环在所述向外环形壁和所述向内环形壁之间限定调节管道,所述燃烧室由所述向内环形壁周向包围,其中所述调节管道的远端部分与所述燃烧室的远端部分流体连通;以及喷射器本体,所述喷射器本体限定围绕所述环的周边周向间隔开的多个引出路径对,所述引出路径对中的相应引出路径对包括分别倾斜于所述环定向并且与所述调节管道流体连通的动力路径和引出路径;其中,所述多个动力路径中的相应动力路径被构造为从对应多个进气路径向所述调节管道提供进气射流,并且其中所述多个引出路径被构造为将燃烧气体再循环到所述调节管道;并且其中,所述燃烧器本体和所述喷射器本体分别限定整体本体的部分,或者其中,所述燃烧器本体限定第一整体本体段并且所述喷射器本体限定第二整体本体段。
2.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述整体加热器本体限定闭式循环发动机的一部分。
3.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述多个引出路径对相对于切线扫描来构造和布置。
4.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述动力路径和所述引出路径以相对于切线的角度定向,所述角度对于喷射到所述调节管道中的所述进气有效,以在所述调节管道中引起旋流。
5.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述多个动力路径具有接近所述环的会聚横截面宽度和/或面积,所述会聚横截面宽度和/或面积限定动力路径喷嘴.
6.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述多个动力路径中的相应动力路径的轴向高度超过所述动力路径的径向宽度;和/或其中,所述多个引出路径中的相应引出路径的轴向高度超过所述引出路径的径向宽度。
7.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:多个动力路径本体;其中,所述多个引出路径中的相应引出路径至少部分地由所述多个动力路径本体中的对应一个动力路径本体限定,并且其中所述多个动力路径分别设置在所述多个动力路径本体中的相应动力路径本体内。
8.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述喷射器本体限定围绕所述喷射器本体周向间隔开的多个排气路径,所述排气路径中的相应排气路径与一个或多个对应引出路径流体连通,所述多个排气路径被构造为排出所述燃烧气体的一部分。
9.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述多个排气路径被构造和布置为相对于所述环径向或同心向外发散的螺旋或螺旋弧。
10.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:所述多个排气路径,所述多个排气路径穿过径向前引出路径壁和/或径向后引出路径壁。
11.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:所述多个排气路径,所述多个排气路径穿过所述动力路径本体的轴向远端部分。
12.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:回热器本体,所述回热器本体限定所述多个排气路径的至少一部分和所述多个进气路径的至少一部分,所述多个排气路径中的相应排气路径与所述多个进气路径中的对应进气路径具有热传递关系;其中,所述回热器本体限定所述整体本体的一部分,或者其中,所述回热器本体限定第三整体本体段。
13.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述回热器本体位于所述喷射器本体的轴向远端。
14.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述多个进气路径中的相应进气路径与所述回热器本体下游的所述多个动力路径中的相应动力路径流体连通。
15.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:孔口机构,所述孔口机构被构造为调整所述多个引出路径中的一个或多个的开口区域和/或所述多个排气路径中的一个或多个的开口区域。
16.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:致动器,所述致动器可操作地构造成致动所述孔口机构。
17.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括温度传感器,所述温度传感器被构造为确定所述整体加热器本体的至少一部分的温度和/或流过所述整体加热器本体的至少一部分的燃烧气体的温度;以及控制器,所述控制器被构造为向所述致动器提供控制命令,所述控制命令至少部分地基于与所述整体加热器本体和/或对应于所述喷射器本体的闭式循环发动机相关联的操作参数。
18.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:进气环,所述进气环与所述多个进气路径流体连通,所述进气环周向包围所述多个进气路径的至少一部分,和/或所述进气环轴向远离所述多个进气路径的至少一部分。
19.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,包括:排气环,所述排气环与所述多个排气路径流体连通,所述排气环周向包围所述多个排气路径的至少一部分,和/或所述排气环轴向远离所述多个排气路径的至少一部分。
20.根据本文中任一条项所述的整体加热器本体,其中所述整体加热器本体包括增材制造的整体本体或多个增材制造的整体本体段。
关于循环流体的方法,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种循环流体的方法,所述方法包括:通过至少部分地由喷射器本体限定的动力路径将动力流体喷射到环中,所述动力路径与所述环流体连通并倾斜于所述环定向;以及使用所述动力流体来加速和夹带喷射器流体,所述喷射器流体从至少部分地由所述喷射器本体限定的引出路径流入所述环,所述引出路径邻近所述动力路径,并且所述引出路径与所述环流体连通并倾斜于所述环定向。
2.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述引出流体的一部分流过与所述引出路径流体连通的排气路径,所述排气路径具有相对于所述环径向或同心向外发散的螺旋结构。
3.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过至少部分地由所述喷射器本体限定的多个动力路径将所述动力流体喷射到所述环中,所述多个动力路径围绕所述环的周边周向间隔开并倾斜于所述环定向;并且使用所述动力流体来加速和夹带所述喷射器流体,所述喷射器流体从至少部分地由所述喷射器本体限定的多个引出路径流入所述环,所述多个引出路径围绕所述环的周边周向间隔开并倾斜于所述环定向。
4.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个动力路径和所述多个引出路径被构造和布置为围绕所述喷射器本体周向间隔开的引出路径对。
5.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述引出流体的一部分流过围绕所述喷射器本体周向间隔开的多个排气路径,所述多个排气路径与对应的引出路径或所述多个引出路径中的相应引出路径流体连通,所述多个排气路径具有相对于所述环径向或同心向外发散的螺旋结构。
6.根据本文中任一条项所述的方法,包括:加速和夹带至少部分地在所述环的上游的所述喷射器流体,所述动力路径与所述环上游的所述引出路径流体连通,或多个动力路径中的相应动力路径与所述环上游的多个引出路径中的相应引出路径流体连通。
7.根据本文中任一条项所述的方法,包括:加速和夹带至少部分地在所述环内的所述喷射器流体,所述动力路径在所述环处或在所述环的上游与所述引出路径流体连通,或多个动力路径中的相应动力路径在所述环处或在所述环的上游与多个引出路径中的相应引出路径流体连通。
8.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使流过所述引出路径的所述喷射器流体的约10%至约90%流入所述环;并且使流过所述引出路径的所述喷射器流体的剩余部分流入排气路径,所述排气路径与所述引出路径流体连通。
9.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使流过所述引出路径的所述喷射器流体的约30%至约70%流入所述环,或使流过所述引出路径的所述喷射器流体的约40%至约60%流入所述环。
10.根据本文中任一条项所述的方法,其中流入所述排气路径的所述喷射器流体的剩余部分包括流过所述引出路径的所述流体的约10%至约90%。
11.根据本文中任一条项所述的方法,其中流入所述排气路径的所述流体的剩余部分包括流过所述引出路径的所述流体的约30%至约70%,或流过所述引出路径的所述流体的约40%至约60%。
12.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使流过多个引出路径的流体的约10%至约90%流入所述环;并且使流过所述多个引出路径的所述流体的剩余部分流入多个排气路径,所述多个排气路径中的相应排气路径与所述多个引出路径中的对应的相应一个或多个引出路径流体连通。
13.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使流过多个引出路径的流体的约30%至约70%流入所述环,或使流过所述多个引出路径的流体的约40%至约60%流入所述环。
14.根据本文中任一条项所述的方法,其中流入所述多个排气路径的所述流体的剩余部分包括流过所述多个引出路径的所述流体的约10%至约90%。
15.根据本文中任一条项所述的方法,其中流入所述多个排气路径的所述流体的剩余部分包括流过所述多个引出路径的所述流体的约30%至约70%,或流过所述多个引出路径的所述流体的约40%至约60%。
16.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述喷射器流体的一部分切向地流入所述环;以及使所述喷射器流体的剩余部分流过一个或多个排气路径,所述一个或多个排气路径具有相对于所述环径向或同心向外并轴向远端发散的螺旋构造。
17.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述动力路径或多个动力路径限定进气路径的至少一部分。
18.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述引出路径或多个引出路径限定再循环路径的至少一部分。
19.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述环包括调节管道。
20.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述动力流体和所述喷射器流体旋流通过所述环。
21.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述动力流体和所述喷射器流体旋流通过所述环。
22.根据本文中任一条项所述的方法,包括:在燃烧器本体中燃烧燃料,所述燃烧提供燃烧气体。
23.一种循环燃烧气体的方法,所述方法包括:通过至少部分地由再循环喷射器限定的进气路径将进气喷射到调节管道中,所述进气路径与所述调节管道流体连通并倾斜于所述调节管道定向;以及使用所述进气来加速和夹带燃烧气体,所述燃烧气体从至少部分地由所述再循环喷射器限定的再循环路径流入所述调节管道,所述再循环路径邻近所述进气路径,并且所述再循环路径与所述调节管道流体连通并倾斜于所述调节管道定向。
24.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述燃烧气体的一部分流过至少部分地由所述再循环喷射器限定的排气路径,所述排气路径与所述再循环路径流体连通,所述排气路径具有相对于所述调节管道径向或同心向外并轴向远端发散的螺旋构造。
25.根据本文中任一条项所述的方法,包括:通过至少部分地由所述再循环喷射器限定的多个进气路径将所述进气喷射到所述调节管道中,所述多个进气路径围绕所述再循环喷射器周向间隔开并倾斜于所述调节管道定向;以及使用所述进气来加速和夹带燃烧气体,所述燃烧气体从所述再循环喷射器的多个引出路径流入所述调节管道,所述多个引出路径围绕所述再循环喷射器周向间隔开并倾斜于所述调节管道定向。
26.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述进气路径包括所述再循环喷射器的动力路径。
27.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述再循环路径包括所述再循环喷射器的引出路径。
28.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述调节管道包括环。
29.根据本文中任一条项所述的方法,包括:在燃烧器本体中燃烧燃料,所述燃烧提供燃烧气体。
30.本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法燃烧燃料。
31.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热多个热传递区域。
32.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法在流体流之间传递热量。
33.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法从排气中回收热量。
34.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热发动机工作流体。
35.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用本文中任一条项所述的喷射器本体来执行所述方法;和/或包括:至少部分地使用本文中任一条项所述的加热器本体来执行所述方法。
关于回热器本体,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种回热器本体,包括:围绕轴线环形设置的第一进气环、围绕所述轴线环形设置的第一排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第一路径,所述多个第一路径包括:围绕所述第一进气环环形流体连通的多个第一路径入口和围绕所述第一排出环环形流体连通的多个第一路径出口;以及围绕所述轴线环形设置的第二进气环、围绕所述轴线环形设置的第二排出环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个第二路径,所述多个第二路径中的相应第二路径交替地与所述多个第一路径中的相应第一路径相邻,所述多个第二路径包括:围绕所述第二进气环环形流体连通的多个第二路径入口和围绕所述第二排出环环形流体连通的多个第二路径出口。
2.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第一进气环的至少一部分,所述第一进气环的至少一部分定位成与所述第二排出环的至少一部分轴向相邻。
3.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第一进气环的轴向近端部分,所述第一进气环的轴向近端部分与所述第二排出环的轴向远端部分相邻。
4.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第一进气环的至少一部分,所述第一进气环的至少一部分周向包围所述多个第一路径的至少一部分。
5.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第一进气环的至少一部分,所述第一进气环的至少一部分定位成与所述多个第一路径的至少一部分轴向相邻。
6.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第一进气环的轴向近端部分,所述第一进气环的轴向近端部分与所述多个第一路径的轴向远端部分相邻。
7.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第一路径的至少一部分,所述多个第一路径的至少一部分周向包围所述第一排出环的至少一部分。
8.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第一路径,所述多个第一路径从所述第一进气环到所述第一排出环径向或同心向内螺旋。
9.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第一路径的至少一部分,所述多个第一路径的至少一部分轴向近端横穿。
10.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第一路径入口,所述多个第一路径入口轴向近端横穿。
11.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径入口包括多个进气轮叶,所述多个进气轮叶在轴向近端方向和/或径向或同心向内方向上从所述第一进气环横穿。
12.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:多个第一路径入口,所述多个第一路径入口围绕所述第一进气环径向和/或轴向流体连通。
13.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:多个第一路径入口,所述多个第一路径入口轴向邻近所述多个第一路径的至少一部分设置。
14.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径入口包括多个进气轮叶。
15.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第一路径出口,所述多个第一路径出口围绕所述第一排出环径向和/或轴向流体连通。
16.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第一路径出口,所述多个第一路径出口轴向邻近所述多个第一路径的至少一部分设置。
17.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径出口包括多个出口轮叶。
18.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第二进气环的至少一部分,所述第二进气环的至少一部分定位成与所述第二排出环的至少一部分轴向相邻。
19.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第二进气环的轴向远端部分,所述第二进气环的轴向远端部分与所述第二排出环的轴向近端部分相邻。
20.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第二路径的至少一部分,所述多个第二路径的至少一部分周向包围所述第二进气环的至少一部分。
21.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第二进气环的至少一部分,所述第二进气环的至少一部分定位成与所述多个第二路径的至少一部分轴向相邻。
22.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第二路径的轴向近端部分,所述多个第二路径的轴向近端部分与所述第二进气环的轴向远端部分相邻。
23.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第二排出环的至少一部分,所述第二排出环的至少一部分周向包围所述多个第二路径的至少一部分。
24.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第二路径,所述多个第二路径从所述第二进气环到所述第二排出环径向或同心向外螺旋。
25.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第二路径的至少一部分,所述多个第二路径的至少一部分轴向远端横穿。
26.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第二路径入口,所述多个第二路径入口轴向远端横穿。
27.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第二路径入口包括多个进气轮叶,所述多个进气轮叶在轴向远端方向和/或径向或同心向外方向上从所述第二进气环横穿。
28.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第二路径入口,所述多个第二路径入口围绕所述第二进气环径向和/或轴向流体连通。
29.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第二路径入口,所述多个第二路径入口轴向邻近所述多个第二路径的至少一部分设置。
30.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第二路径入口包括多个进气轮叶。
31.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第二路径出口,所述多个第二路径出口围绕所述第二排出环径向和/或轴向流体连通。
32.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第二路径出口,所述多个第二路径出口径向或同心邻近所述多个第二路径的至少一部分设置。
33.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第二路径出口包括多个出口轮叶。
34.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第一进气环的至少一部分,所述第一进气环的至少一部分周向包围所述第二排出环的至少一部分。
35.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第二排出环的至少一部分,所述第二排出环的至少一部分周向包围所述第一进气环的至少一部分。
36.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个第一路径,所述多个第一路径从所述第一进气环到所述第一排出环径向或同心向外螺旋;和/或所述多个第二路径,所述多个第二路径从所述第二进气环到所述第二排出环径向或同心向内螺旋。
37.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第二进气环的至少一部分,所述第二进气环的至少一部分周向包围所述第一排出环的至少一部分。
38.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述第一排出环的至少一部分,所述第一排出环的至少一部分周向包围所述第二进气环的至少一部分。
39.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中:所述第一进气环包括入口进气环;所述多个第一路径包括多个入口路径;所述第一排出环包括入口排出环;所述第二进气环包括出口进气环;所述多个第二路径包括多个出口路径;和/或所述第二排出环包括出口排出环。
40.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中:所述第一进气环包括进气环;所述多个第一路径限定进气路径的至少一部分;所述第一排出环包括动力环;所述第二进气环包括再循环环和/或再循环喷射器;所述多个第二路径限定排气路径的至少一部分;和/或所述第二排出环包括排气环。
41.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径中的相应第一路径与所述多个第二路径中的相应第二路径具有热传导关系。
42.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径被构造和布置为接收第一流体流,并且所述多个第二路径被构造和布置为接收第二流体流,所述第一流体流与所述第二流体流逆流。
43.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径被构造和布置为接收第一流体流,并且所述多个第二路径被构造和布置为接收第二流体流,所述第一流体流与所述第二流体流并流。
44.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径和/或所述多个第二路径包括螺旋弧,所述螺旋弧对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线和/或方螺旋的至少一部分。
45.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径和/或所述多个第二路径具有60度到750度的弧长。
46.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径和/或所述多个第二路径具有80度到190度、或170度到370度、或350度到730度的弧长。
47.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径和/或所述多个第二路径包括周向相邻的路径。
48.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个第一路径和/或所述多个第二路径包括限定窄缝的横截面轮廓。
49.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述窄缝包括10:1到100:1、或25:1到75:1、或40:1到60:1的高宽比。
50.一种回热器本体,包括:围绕轴线环形设置的进气环、围绕所述轴线环形设置的动力环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个进气路径,所述多个进气路径包括:围绕所述进气环环形流体连通的多个进气入口和绕所述动力环环形流体连通的多个进气出口;以及围绕所述轴线环形设置的再循环环和/或再循环喷射器、围绕所述轴线环形设置的排气环、以及围绕所述轴线环形螺旋的多个排气路径,所述多个排气路径交替地与所述多个进气路径中的相应进气路径相邻,所述多个排气路径包括:围绕所述再循环环和/或所述再循环喷射器环形流体连通的多个排气路径入口和围绕所述排气环环形流体连通的多个排气路径出口。
51.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述进气环的轴向近端部分,所述进气环的轴向近端部分与所述排气喷射器的轴向远端部分相邻,所述进气环的至少一部分周向包围所述多个进气路径的至少一部分,并且所述多个进气路径的至少一部分周向包围所述动力环的至少一部分。
52.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个进气路径,所述多个进气路径从所述进气环到所述动力环径向或同心向内螺旋。
53.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个进气路径入口包括多个进气轮叶。
54.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个进气路径入口,所述多个进气路径入口围绕所述进气环周向流体连通。
55.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:与所述排气环的轴向近端部分相邻的所述再循环环和/或所述再循环喷射器的轴向远端部分;和/或与所述多个进气路径的轴向近端部分和/或所述多个排气路径的轴向近端部分相邻的所述再循环环和/或所述再循环喷射器的轴向远端部分。
56.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:与所述再循环环和/或所述再循环喷射器的轴向远端部分相邻的所述动力环的轴向近端部分、与所述再循环环和/或所述再循环喷射器的轴向远端部分相邻的所述多个排气路径的轴向近端部分、以及周向包围所述多个排气路径的至少一部分的所述排气环的至少一部分。
57.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个排气路径,所述多个排气路径从所述再循环喷射器到所述排气环径向或同心向外螺旋。
58.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个排气路径出口包括多个出口轮叶。
59.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:所述多个排气路径出口,所述多个排气路径出口围绕所述排气环周向流体连通。
60.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述回热器本体包括增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。
61.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述回热器本体包括根据本文中任一条项构造的燃烧器本体。
62.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述回热器本体包括根据本文中任一条项构造的热侧回热器本体。
63.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述回热器本体包括根据本文中任一条项构造的喷射器本体。
64.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述回热器本体包括根据本文中任一条项构造的工作流体本体。
65.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述回热器本体限定根据本文中任一条项构造的加热器本体的至少一部分。
66.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述回热器本体限定闭式循环发动机的至少一部分。
67.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述回热器本体被构造为执行本文中任一条项所述的方法。
68.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述回热器本体包括增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。
69.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:燃烧室,所述燃烧室围绕轴线环形设置;以及调节管道,所述调节管道周向包围所述燃烧室,所述调节管道在所述燃烧室的远端部分出与所述燃烧室流体连通。
70.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:多个加热流体路径,所述多个加热流体路径围绕入口气室周向间隔开和/或径向设置,所述多个加热流体路径中的相应加热流体路径限定螺旋路径,并且所述入口气室与所述多个加热流体路径流体连通;以及多个热传递区域,其中所述多个热传递区域中的相应热传递区域与所述多个加热流体路径的对应半环形部分具有热传递关系。
71.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:引出路径,所述引出路径与环流体连通,所述引出路径倾斜于所述环定向;以及动力路径,所述动力路径与所述环流体连通,所述动力路径邻近所述引出路径并倾斜于所述环定向。
72.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:进气路径,所述进气路径与调节管道流体连通,所述进气路径倾斜于所述调节管道定向;以及再循环路径,所述再循环路径与所述调节管道流体连通,所述再循环路径邻近所述进气路径并倾斜于所述调节管道定向。
73.根据本文中任一条项所述的回热器本体,包括:多个热传递区域,所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括在热输入区域和热提取区域之间流体连通的多个工作流体路径。
74.根据本文中任一条项所述的回热器本体,其中所述多个进气路径和/或所述多个排气路径包括螺旋弧,所述螺旋弧对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线和/或方螺旋的至少一部分。
关于在流体流之间传递热量的方法,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种在流体流之间传递热量的方法,所述方法包括:通过围绕轴线环形螺旋的多个第一路径,使第一热传递流体从围绕所述轴线环形设置的第一进气环流到围绕所述轴线环形设置的第一排出环,所述多个第一路径包括:围绕所述第一进气环环形流体连通的多个第一路径入口和围绕所述第一排出环环形流体连通的多个第一路径出口;通过围绕所述轴线环形螺旋的多个第二路径,使第二热传递流体从围绕所述轴线环形设置的第二进气环流到围绕所述轴线环形设置的第二排出环,所述多个第二路径中的相应第二路径交替地与所述多个第一路径中的相应第一路径相邻,所述多个第二路径包括:围绕所述第二进气环环形流体连通的多个第二路径入口和围绕所述第二排出环环形流体连通的多个第二路径出口;以及将热量从流过所述多个第二路径的所述第二热传递流体传递到流过所述多个第一路径的所述第一热传递流体,所述多个第一路径与所述多个第二路径具有热传递关系。
2.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述第一热传递流体从所述第一进气环径向或同心向内流入所述多个第一路径,所述第一进气环的至少一部分周向包围所述多个第一路径的至少一部分,并且所述多个第一路径围绕所述第一进气环周向流体连通。
3.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述第一热传递流体从所述第一进气环轴向近端流入所述多个第一路径,所述第一进气环的至少一部分定位成轴向邻近所述多个第一路径的至少一部分,并且所述多个第一路径围绕所述第一进气环轴向流体连通。
4.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述第一热传递流体从所述多个第一路径径向或同心向内流入所述第一排出环,所述多个第一路径的至少一部分周向包围所述第一排出环的至少一部分,并且所述多个第一路径围绕所述第一排出环周向流体连通。
5.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地通过使所述第一热传递流体流过所述多个第一路径进入所述第一排出环,使所述第一热传递流体旋流通过所述第一排出环,所述多个第一路径从所述第一进气环到所述第一排出环径向或同心向内螺旋。
6.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述第二热传递流体从所述第二进气环轴向远端流入所述多个第二路径,所述多个第二路径的至少一部分定位成轴向远离所述第二进气环的至少一部分,并且所述多个第二路径围绕所述第二进气环轴向流体连通。
7.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述第二热传递流体从所述多个第二路径径向或同心向外流到所述第二排出环,所述第二排出环的至少一部分周向包围所述多个第二路径的至少一部分,并且所述多个第二路径围绕所述第二排出环周向流体连通。
8.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地通过使所述第二热传递流体流过所述多个第二路径进入所述第二排出环,使所述第二热传递流体旋流通过所述第二排出环,所述多个第二路径从所述第二进气环到所述第二排出环径向或同心向外螺旋。
9.根据本文中任一条项所述的方法,其中:所述第一进气环包括入口进气环;所述多个第一路径包括多个入口路径;所述第一排出环包括入口排出环;所述第二进气环包括出口进气环;所述多个第二路径包括多个出口路径;和/或所述第二排出环包括出口排出环。
10.根据本文中任一条项所述的方法,其中:所述第一进气环包括进气环;所述多个第一路径限定进气路径的至少一部分;所述第一排出环包括动力环;所述第二进气环包括再循环环和/或再循环喷射器;所述多个第二路径限定排气路径的至少一部分;和/或所述第二排出环包括排气环。
11.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述第一热传递流体流过所述多个第一路径,并且使所述第二热传递流体流过彼此逆流的所述多个第二路径。
12.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述第一热传递流体流过所述多个第一路径,并且使所述第二热传递流体流过彼此并流的所述多个第二路径。
13.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个第一路径和/或所述多个第二路径包括螺旋弧,所述螺旋弧对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线和/或方螺旋的至少一部分。
14.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个第一路径和/或所述多个第二路径具有60度到750度的弧长。
15.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个第一路径和/或所述多个第二路径包括周向相邻的路径。
16.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个第一路径和/或所述多个第二路径包括限定窄缝的横截面轮廓。
17.一种从排气中回收热量的方法,所述方法包括:通过围绕轴线环形螺旋的多个进气路径,使进气从围绕所述轴线环形设置的进气环流到围绕所述轴线环形设置的动力环,所述多个进气路径包括:围绕所述进气环环形流体连通的多个进气路径入口和围绕所述动力环环形流体连通的多个进气路径出口;通过围绕所述轴线环形螺旋的多个排气路径,使排气从围绕所述轴线环形设置的再循环环和/或再循环喷射器流到围绕所述轴线环形设置的排气环,所述多个排气路径中的相应排气路径交替地与所述多个进气路径中的相应进气路径相邻,所述多个排气路径包括:围绕所述再循环环和/或所述再循环喷射器环形流体连通的多个排气路径入口和围绕所述排气环环形流体连通的多个排气路径出口;以及将热量从流过所述多个排气路径的所述排气传递到流过所述多个进气路径的所述进气,所述多个进气路径与所述多个排气路径具有热传导关系。
18.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述进气从所述进气环径向或同心向内流入所述多个进气路径,所述进气环的至少一部分周向包围所述多个进气路径的至少一部分,并且所述多个进气路径围绕所述进气环周向流体连通。
19.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述进气从所述进气环轴向近端流入所述多个进气路径,所述进气环的至少一部分定位成轴向邻近所述多个进气路径的至少一部分,并且所述多个进气路径围绕所述进气环轴向流体连通。
20.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述进气从所述多个进气路径径向或同心向内流入所述动力环,所述多个进气路径的至少一部分周向包围所述动力环的至少一部分,并且所述多个进气路径围绕所述动力环周向流体连通。
21.根据本文中任一项所述的方法,包括:至少部分地通过使所述进气流过所述多个进气路径进入所述动力环,使所述进气旋流通过所述动力环,所述多个进气路径从所述进气环到所述动力环径向或同心向内螺旋。
22.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述排气从所述再循环环和/或所述再循环喷射器轴向远端流入所述多个排气路径,所述多个排气路径的至少一部分定位成轴向远离所述再循环环和/或所述再循环喷射器的至少一部分,并且所述多个排气路径围绕所述再循环环和/或所述再循环喷射器轴向流体连通。
23.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述排气从所述多个排气路径径向或同心向外流到所述排气环,所述排气环的至少一部分周向包围所述多个排气路径的至少一部分,并且所述多个排气路径围绕所述排气环周向流体连通。
24.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地通过使所述排气流过所述多个排气路径进入所述排气环,使所述排气旋流通过所述排气环,所述多个排气路径从所述再循环环和/或所述再循环喷射器到所述排气环径向或同心向外螺旋。
25.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述进气流过所述多个进气路径,并且使所述排气彼此逆流的流过所述多个排气路径。
26.根据本文中任一项所述的方法,包括:使所述进气流过所述多个进气路径,并且使所述第二热传递流体彼此并流的流过所述多个排气路径。
27.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个进气路径和/或所述多个排气路径包括螺旋弧,所述螺旋弧对应于阿基米德螺旋、科努螺旋、费马螺旋、双曲螺旋、对数螺旋、斐波那契螺旋、渐开线和/或方螺旋的至少一部分。
28.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个进气路径和/或所述多个排气路径具有60度到750度的弧长。
29.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个进气路径和/或所述多个排气路径包括周向相邻的路径。
30.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个进气路径和/或所述多个排气路径包括限定窄缝的横截面轮廓。
31.根据本文中任一条项所述的方法,包括:在燃烧器本体中燃烧燃料,所述燃烧提供燃烧气体。
32.根据本文中任一条项所述的方法,包括:在燃烧器本体中燃烧燃料,所述燃烧提供燃烧气体。
33.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法燃烧燃料。
34.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热多个热传递区域。
35.本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法循环流体;或根据本文中任一条项所述的方法循环燃烧气体。
36.根据本文中任一条项所述的方法,包括:根据本文中任一条项所述的方法加热发动机工作流体。
37.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用根据本文中任一条项构造的回热器本体来执行所述方法。
38.根据本文中任一条项所述的方法,包括:至少部分地使用根据本文中任一条项构造的加热器本体来执行所述方法。
关于再生器本体,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种再生器本体,包括:再生器管道;以及热存储介质,所述热存储介质设置在所述再生器管道内,所述热存储介质包括:多个翅片阵列,所述多个翅片阵列相邻地设置在所述再生器管道内,并且以彼此间隔开的关系分别由所述再生器管道支撑,所述多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙。
2.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。
3.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列与所述再生器管道整体集成。
4.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体限定可插入到整体本体或整体本体段中的模块。
5.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列包括一起限定互连翅片和翅片支撑件的阵列的多个翅片支撑件和多个翅片。
6.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述互连翅片和翅片支撑件的阵列限定整体结构。
7.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括在任何前述条项所述的加热器本体中。
关于整体发动机组件,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种整体发动机组件,包括:发动机本体,所述发动机本体包括再生器本体,其中所述发动机本体和所述再生器本体分别限定整体本体的至少一部分,或者其中,所述发动机本体限定第一整体本体段的至少一部分,并且所述再生器本体限定第二整体本体段的至少一部分,所述第二整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一整体本体段。
2.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,包括:活塞本体,其中所述活塞本体限定所述发动机本体的至少一部分,或者其中,所述活塞本体限定可操作地联接或能够可操作地联接到所述发动机本体的第三整体本体段;并且其中,所述再生器本体限定所述活塞本体的一部分,或其中,所述再生器本体可操作地联接或能够可操作地联接到所述活塞本体。
3.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,包括:工作流体热交换器本体,所述工作流体热交换器本体包括在由所述活塞本体限定的活塞室和由所述再生器本体限定的再生器管道之间流体连通的多个工作流体路径;其中所述工作流体热交换器本体限定所述整体本体的一部分,或者其中,所述工作流体热交换器本体限定第四整体本体段,所述第四整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一整体本体段或所述第二整体本体段。
4.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述再生器本体包括:再生器管道;以及多个翅片阵列,所述多个翅片阵列相邻地设置在所述再生器管道内,并以彼此间隔开的关系分别由所述再生器管道支撑,所述多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙。
5.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,包括:燃烧器本体,其中所述燃烧器本体限定所述整体本体的至少一部分,或者其中,所述燃烧器本体限定第四整体本体段;其中所述燃烧器本体限定燃烧室、热侧热交换器本体以及与所述燃烧室和所述热侧热交换器本体流体连通的再循环路径,所述再循环路径构造成使燃烧气体再循环通过所述燃烧室和所述热侧热交换器本体;其中所述热侧热交换器本体包括多个加热流体路径和与所述多个加热流体路径具有热传导关系的热传递区域;并且其中,所述热传递区域包括与所述再生器本体和由所述活塞本体限定的活塞室流体连通的多个工作流体路径。
6.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,包括:工作流体热交换器本体,所述工作流体热交换器本体包括多个热传递区域,所述多个热传递区域中的相应热传递区域包括在由所述再生器本体限定的再生器管道和由活塞本体限定的活塞室之间流体连通的多个工作流体路径;其中所述工作流体热交换器本体限定所述整体本体的一部分,或者其中,所述工作流体热交换器本体限定第三整体本体段,所述第三整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一整体本体段或所述第二整体本体段;其中所述活塞本体限定所述工作流体热交换器本体的一部分,或者其中,所述活塞本体限定可操作地联接或能够可操作地联接到所述工作流体热交换器本体的第四整体本体段;其中所述再生器本体限定所述工作流体热交换器本体的一部分,或者其中,所述再生器本体可操作地联接或能够可操作地联接到所述工作流体热交换器本体和/或所述活塞本体;并且其中,所述再生器本体包括再生器管道和设置在所述再生器管道内的热存储介质。
7.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述再生器本体包括:再生器管道;以及多个翅片阵列,所述多个翅片阵列相邻地设置在所述再生器管道内,并以彼此间隔开的关系分别由所述再生器管道支撑,所述多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙。
8.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列包括具有远端表面的近端翅片阵列和具有近端表面的远端翅片阵列,所述远端表面和所述近端表面限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的所述间隙,所述远端表面面向所述近端表面。
9.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述间隙将所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列纵向分离约10微米至约1毫米的纵向距离。
10.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,包括:
所述再生器管道和所述多个翅片阵列,所述再生器管道围绕纵向轴线设置,所述多个翅片阵列至少部分地由所述再生器管道以相对于所述纵向轴线的倾斜角度支撑。
11.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,包括:
所述多个翅片阵列,所述多个翅片阵列至少部分地由所述再生器管道以相对于所述纵向轴线的垂直角度支撑。
12.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列包括限定晶格的多个翅片,所述晶格包括在其间限定多面体通道的多个晶格壁。
13.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述多个翅片阵列与所述再生器管道整体集成。
14.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述再生器管道包括陶瓷。
15.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述多个翅片阵列和/或所述再生器管道包括金属或金属合金。
16.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述再生器本体限定可插入到整体本体或整体本体段中、或能够可操作地与整体本体或整体本体段联接的模块。
17.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列包括一起限定互连翅片和翅片支撑件的阵列的多个翅片支撑件和多个翅片,其中所述互连翅片和翅片支撑件的阵列限定整体结构。
18.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述再生器本体包括:热侧部分,所述热侧部分包括热侧多个翅片阵列;以及冷侧部分,所述冷侧部分包括冷侧多个翅片阵列;其中所述热侧多个翅片阵列和所述冷侧多个翅片阵列以彼此间隔开的关系相邻地设置在所述再生器管道内,所述间隔开的关系限定纵向分离所述热侧多个翅片阵列和所述冷侧多个翅片阵列的热冷间隙。
19.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,包括:多个热侧工作流体路径,所述多个热侧工作流体路径与所述再生器管道的热侧部分流体连通;和/或多个冷侧工作流体路径,所述多个冷侧工作流体路径与所述活塞室的冷侧流体连通。
20.根据本文中任一条项所述的整体发动机组件,其中所述再生器本体包括:侧壁;再生器管道;以及热存储介质,所述热存储介质设置在所述再生器管道内;其中所述侧壁具有沿所述再生器管道的纵向轴线定向的横截面厚度和/或材料厚度的梯度,和/或其中,所述侧壁具有沿所述再生器管道的纵向轴线和/或径向轴线定向的表面面积和/或材料密度或孔隙率的梯度;和/或其中,所述再生器管道和/或所述热存储介质具有沿所述再生器管道的纵向轴线定向的横截面厚度或材料厚度的梯度,和/或其中,所述再生器管道和/或所述热存储介质具有沿所述再生器管道的纵向轴线和/或径向轴线定向的表面面积和/或材料密度或孔隙率的梯度。
21.一种再生器本体,包括:再生器管道;以及热存储介质,所述热存储介质设置在所述再生器管道内,所述热存储介质包括:多个翅片阵列,所述多个翅片阵列相邻设置在所述再生器管道内,并以彼此间隔开的关系分别由所述再生器管道支撑,所述多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙。
22.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:从所述再生器管道的至少一部分倾斜地朝向所述再生器本体的热侧部分延伸的所述多个翅片阵列;和/或从所述再生器管道的至少一部分倾斜地朝向所述再生器本体的冷侧部分延伸的所述多个翅片阵列。
23.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:从所述再生器管道的至少一部分垂直延伸的所述多个翅片阵列。
24.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器管道包括侧壁,所述侧壁周向包围所述多个翅片阵列。
25.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器管道限定环。
26.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器管道包括径向向外侧壁和径向向内侧壁,所述径向向外侧壁周向包围所述多个翅片阵列,并且所述多个翅片阵列周向包围所述径向向内侧壁。
27.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体周向包围活塞本体的至少一部分。
28.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列包括具有远端表面的近端翅片阵列和具有近端表面的远端翅片阵列,所述远端表面和所述近端表面限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的所述间隙,所述远端表面面向所述近端表面。
29.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述间隙将所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列纵向分离约10微米至约1毫米,或约10微米至约100微米,或约100微米至约500微米,或约500微米至约1毫米的纵向距离。
30.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:所述再生器管道和所述多个翅片阵列,所述再生器管道围绕纵向轴线设置,所述多个翅片阵列至少部分地由所述再生器管道以相对于所述纵向轴线的倾斜角度支撑。
31.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:所述倾斜角度,所述倾斜角度朝向所述再生器本体的热侧部分定向。
32.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:所述多个翅片阵列,所述多个翅片阵列至少部分地由所述再生器管道以相对于所述纵向轴线的垂直角度支撑。
33.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列具有远端表面和/或近端表面,所述再生器管道与所述远端表面和/或所述近端表面的至少一部分成倾斜角度,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向,所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向。
34.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:具有远端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述远端表面以锐角与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向;和/或具有近端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述近端表面以锐角与所述再生器管道连通,所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向。
35.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:具有远端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述远端表面以30度到60度或40度到50度的角度与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向;和/或具有近端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述近端表面以30度到60度或40度到50度的角度与所述再生器管道连通,所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向;和/或具有远端表面和/或近端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述远端表面和/或所述近端表面以垂直于所述再生器管道的角度与所述再生器管道连通。
36.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:具有近端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述近端表面以钝角与所述再生器管道连通,所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向;和/或具有远端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述远端表面以钝角与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向;和/或具有远端表面和/或近端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述远端表面和/或所述近端表面以垂直于所述再生器管道的角度与所述再生器管道连通。
37.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:具有近端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述近端表面以120度到150度或130度到140度的角度与所述再生器管道连通,所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向;和/或具有远端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述远端表面以120度到150度或130度到140度的角度与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向;和/或具有远端表面和/或近端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述远端表面和/或所述近端表面以垂直于所述再生器管道的角度与所述再生器管道连通。
38.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:具有远端表面和/或近端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述远端表面和/或所述近端表面以垂直角度与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向,并且所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向;和/或具有远端表面和/或近端表面的所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列,所述远端表面和/或所述近端表面以倾斜角度与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向,并且所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向。
39.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列包括限定晶格的多个翅片。
40.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述晶格包括在其间限定多面体通道的多个晶格壁。
41.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:所述再生器管道,所述再生器管道围绕纵向轴线设置,所述晶格壁平行于所述纵向轴线定向。
42.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多面体通道包括多边形横截面。
43.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多面体通道包括菱面体、直棱柱、斜棱柱、截锥体和/或圆柱体。
44.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段。
45.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列与所述再生器管道整体集成。
46.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列包括第一材料,并且所述再生器管道包括第二材料,所述第一材料的热导率超过所述第二材料的热导率。
47.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述第一材料的热容超过所述第二材料的热容。
48.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列包括金属或金属合金。
49.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器管道包括金属或金属合金。
50.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述金属或金属合金包括铜、铝、锡、锌、镍、铬、钛、碲、镁和/或铁。
51.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述金属或金属合金包括稀土元素。
52.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述金属或金属合金包括CuSn、CuZn、CuZnAs、CuZnP、CuZnFe、CuZnNi、CuCr和/或CuTeSn。
53.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器管道包括陶瓷。
54.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述陶瓷包括氧化铝、氧化铍、氧化铈和/或氧化锆。
55.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述陶瓷包括碳化物、硼化物、氮化物和/或硅化物。
56.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列包括针对热导率选择的材料,并且其中,所述再生器管道包括针对热阻率选择的材料。
57.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:多个工作流体路径,所述多个工作流体路径与所述再生器管道流体连通。
58.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:多个热侧工作流体路径,所述多个热侧工作流体路径与所述再生器管道的热侧部分流体连通。
59.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:多个冷侧工作流体路径,所述多个冷侧工作流体路径与所述活塞室的冷侧流体连通。
60.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:多个冷侧工作流体路径,所述多个冷侧工作流体路径与所述再生器管道的冷侧部分流体连通。
61.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:多个冷侧工作流体路径,所述多个冷侧工作流体路径与所述活塞室的冷侧流体连通。
62.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列通过边界层被彼此隔离。
63.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括热侧部分和/或冷侧部分。
64.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:热侧多个翅片阵列和冷侧多个翅片阵列,所述热侧多个翅片阵列和所述冷侧多个翅片阵列以彼此间隔开的关系相邻地设置在所述再生器管道内,所述热侧多个翅片阵列与所述冷侧多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述热侧多个翅片阵列与所述冷侧多个翅片阵列的热冷间隙。
65.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:热侧部分和冷侧部分,所述热侧部分与所述冷侧部分流体连通;其中所述热侧部分包括:热侧再生器管道;以及热侧多个翅片阵列,所述热侧多个翅片阵列以彼此间隔开的关系相邻地设置在所述热侧再生器管道内,所述热侧多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述热侧多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙;并且其中所述冷侧部分包括:冷侧再生器管道;以及冷侧多个翅片阵列,所述冷侧多个翅片阵列以彼此间隔开的关系相邻地设置在所述冷侧再生器管道内,所述冷侧多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述冷侧多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙。
66.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:所述热侧部分,所述热侧部分可操作地联接到所述冷侧部分。
67.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体限定可插入到整体本体或整体本体段中的模块。
68.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列包括一起限定互连翅片和翅片支撑件的阵列的多个翅片支撑件和多个翅片。
69.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述互连翅片和翅片支撑件的阵列限定整体结构。
70.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片阵列中的相应翅片阵列包括多个横向设置的翅片支撑件和设置在所述横向设置的翅片支撑件中的相邻翅片支撑件之间的多个翅片。
71.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片支撑件从所述再生器管道倾斜地延伸。
72.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器管道围绕纵向轴线设置,并且所述多个翅片支撑件至少部分地由所述再生器管道以相对于所述纵向轴线的倾斜角度支撑。
73.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:所述倾斜角度,所述倾斜角度朝向所述再生器本体的热侧部分定向。
74.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:具有远端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述远端表面以锐角与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向;和/或具有近端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述近端表面以锐角与所述再生器管道连通,所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向;和/或具有远端表面和/或近端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述远端表面和/或所述近端表面以垂直于所述再生器管道的角度与所述再生器管道连通。
75.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:具有远端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述远端表面以30度到60度或40度到50度的角度与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向;和/或具有近端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述近端表面以30度到60度或40度到50度的角度与所述再生器管道连通,所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向;和/或具有远端表面和/或近端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述远端表面和/或所述近端表面以垂直于所述再生器管道的角度与所述再生器管道连通。
76.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:具有近端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述近端表面以钝角与所述再生器管道连通,所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向;和/或具有远端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述远端表面以钝角与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向;和/或具有远端表面和/或近端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述远端表面和/或所述近端表面以垂直于所述再生器管道的角度与所述再生器管道连通。
77.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:具有近端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述近端表面以120度到150度或130度到140度的角度与所述再生器管道连通,所述近端表面朝向所述再生器本体的冷侧部分定向;和/或具有远端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述远端表面以120度到150度或130度到140度的角度与所述再生器管道连通,所述远端表面朝向所述再生器本体的热侧部分定向;和/或具有远端表面和/或近端表面的所述多个翅片支撑件中的相应翅片支撑件,所述远端表面和/或所述近端表面以垂直于所述再生器管道的角度与所述再生器管道连通。
78.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片的至少一部分从所述再生器管道垂直延伸。
79.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器管道围绕纵向轴线设置,并且所述多个翅片的至少一部分至少部分地由所述再生器管道以相对于所述纵向轴线的垂直角度支撑。
80.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器管道围绕纵向轴线设置,并且所述多个翅片沿所述纵向轴线从所述多个翅片支撑件延伸。
81.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述多个翅片中的相应翅片包括人字形形状,所述人字形形状具有朝向所述再生器本体的热侧部分定向的尖端和/或朝向所述再生器本体的冷侧部分定向的尾部。
82.一种再生器本体,包括:侧壁;再生器管道;以及热存储介质,所述热存储介质设置在所述再生器管道内。
83.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述侧壁具有沿所述再生器管道的纵向轴线定向的横截面厚度和/或材料厚度的梯度,和/或沿所述再生器管道的纵向轴线和/或径向轴线定向的表面面积和/或材料密度或孔隙率的梯度。
84.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器管道具有沿所述再生器管道的纵向轴线定向的横截面厚度或材料厚度的梯度,和/或沿所述再生器管道的纵向轴线和/或径向轴线定向的表面面积和/或材料密度或孔隙率的梯度。
85.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述热存储介质具有沿所述再生器管道的纵向轴线定向的横截面厚度、材料厚度、表面面积和/或材料密度或孔隙率的梯度。
86.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述热存储介质包括:多个翅片阵列,所述多个翅片阵列相邻地设置在所述再生器管道内,并且以彼此间隔开的关系分别由所述再生器管道支撑,所述多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙。
87.根据本文中任一条项所述的再生器本体,包括:第一再生器本体部分,所述第一再生器本体部分具有第一热传递时间常数;以及第二再生器本体部分,所述第二再生器本体部分具有第二热传递时间常数,所述第一热传递时间常数不同于所述第二热传递时间常数。
88.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述第一再生器本体部分和所述第二再生器本体部分具有全等热传递时间常数,所述全等热传递时间常数至少部分归因于一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性,一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性在所述再生器本体的所述第一再生器本体部分和所述第二再生器本体部分之间或跨所述第一再生器本体部分和所述第二再生器本体部分而不同、变化和/或改变。
89.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述第一再生器本体部分包括热侧部分,和/或其中,所述第二再生器本体部分包括冷侧部分。
90.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述热侧部分和所述冷侧部分之间的热通量差为30%或更小,例如20%或更小,例如10%或更小,例如5%或更少,或例如1%或更少,其中包括氦的发动机工作流体在900C下进入所述热侧部分,并且所述发动机工作流体在90C下进入所述冷侧部分。
91.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体跨所述再生器本体的一个或多个部分具有热传递时间常数梯度,所述热传递时间常数梯度沿所述再生器管道的纵向轴线和/或径向轴线定向。
92.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括具有全等热传递时间常数梯度的一个或多个部分,所述全等热传递时间常数梯度至少部分归因于跨所述再生器本体的所述一个或多个部分中的相应部分而不同、变化和/或改变的一个或多个几何参数和/或一种或多种材料特性。
93.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括具有热通量梯度的一个或多个部分,所述热通量梯度为0.3或更小,例如0.2或更小,例如0.1或更小,例如0.05或更小,或例如0.01或更小,其中包括氦的发动机工作流体在900C下进入所述热侧部分,并且所述发动机工作流体在90C下进入所述冷侧部分。
94.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括在第一再生器本体部分和第二再生器本体部分之间不同的一个或多个几何参数。
95.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括沿所述再生器管道的纵向轴线和/或径向轴线变化的一个或多个几何参数。
96.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括在第一再生器本体部分和第二再生器本体部分之间不同的一种或多种材料特性。
97.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括沿所述再生器管道的纵向轴线和/或径向轴线变化的一种或多种材料特性。
98.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述侧壁包括:彼此间隔开的内侧壁和外侧壁;以及限定在所述内侧壁和所述外侧壁之间的空隙空间。
99.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括热侧部分和冷侧部分,并且其中,所述内侧壁的横截面厚度沿所述再生器管道的纵向轴线减小和/或变化。
100.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述侧壁的总横截面厚度保持基本恒定,而所述内侧壁的所述横截面厚度沿所述再生器管道的所述纵向轴线减小和/或变化。
101.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括热侧部分和冷侧部分,并且其中,所述再生器管道和/或所述热存储介质在横截面厚度、表面面积和/或体积方面在所述热侧部分和所述冷侧部分之间不同。
102.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体包括热侧部分和冷侧部分,并且其中,所述再生器管道和/或所述热存储介质在横截面厚度、表面面积和/或体积方面沿所述再生器管道的纵向轴线变化。
103.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述侧壁的至少一个方面、所述再生器管道的至少一个方面和/或所述热存储介质的至少一个方面包括沿所述再生器管道的所述纵向轴线的横截面厚度的多个交替变化。
104.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体限定整体加热器本体的至少一部分。
105.根据本文中任一条项所述的再生器本体,其中所述再生器本体限定发动机组件的至少一部分。
关于在发动机工作流体中再生热量的方法,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种在发动机工作流体中再生热量的方法,所述方法包括:使发动机工作流体从再生器本体的热侧部分流向所述再生器本体的冷侧部分,所述再生器本体包括再生器管道和相邻设置在所述再生器管道内的多个翅片阵列;将热量从所述发动机工作流体传递到所述多个翅片阵列,所述多个翅片阵列以彼此间隔开的关系分别由所述再生器管道支撑,所述多个翅片阵列的所述间隔开的关系限定纵向分离所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列的间隙;使所述发动机工作流体从所述再生器本体的所述冷侧部分流向所述再生器本体的所述热侧部分;以及将热量从所述多个翅片阵列传递到所述发动机工作流体。
2.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述发动机工作流体从多个热侧工作流体路径流入所述再生器管道,所述多个热侧工作流体路径与所述再生器本体的所述热侧部分流体连通。
3.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述发动机工作流体从所述活塞室的热侧流入所述多个热侧工作流体路径,所述活塞室的所述热侧与所述多个热侧工作流体路径流体连通。
4.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述发动机工作流体从多个冷侧工作流体路径流入所述再生器管道,所述多个冷侧工作流体路径与所述再生器本体的所述冷侧部分流体连通。
5.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述发动机工作流体从所述活塞室的冷侧流入所述多个冷侧工作流体路径,所述活塞室的所述冷侧与所述多个冷侧工作流体路径流体连通。
6.根据本文中任一条项所述的方法,包括:使所述发动机工作流体流过周向包围活塞本体的至少一部分的所述再生器本体的至少一部分。
7.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将每单位面积的第一热量从所述发动机工作流体传递到所述多个翅片阵列,同时将每单位面积的第二热量从所述发动机工作流体传递到所述再生器管道,所述每单位面积的第一热量超过所述每单位面积的第二热量。
8.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个翅片阵列包括第一材料,并且所述再生器管道包括第二材料,所述第一材料的热导率超过所述第二材料的热导率。
9.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述第一材料的热容超过所述第二材料的热容。
10.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个翅片阵列包括金属或金属合金。
11.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述再生器管道包括金属或金属合金。
12.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述金属或金属合金包括铜、铝、锡、锌、镍、铬、钛、碲、镁和/或铁。
13.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述金属或金属合金包括稀土元素。
14.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述金属或金属合金包括CuSn、CuZn、CuZnAs、CuZnP、CuZnFe、CuZnNi、CuCr和/或CuTeSn。
15.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述再生器管道包括陶瓷。
16.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述陶瓷包括氧化铝、氧化铍、氧化铈和/或氧化锆。
17.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述陶瓷包括碳化物、硼化物、氮化物和/或硅化物。
18.根据本文中任一条项所述的方法,其中,所述多个翅片阵列包括针对热导率选择的材料,并且其中所述再生器管道包括针对热阻率选择的材料。
19.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述多个翅片阵列中的相邻翅片阵列通过边界层被彼此隔离。
20.根据本文中任一条项所述的方法,其中所述再生器本体根据本文中任一条项所述的再生器被构造。
关于发动机组件,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种发动机组件,包括:第一加热器本体,所述第一加热器本体限定第一整体本体的第一部分或第一整体本体段的至少一部分;以及第一发动机本体,所述第一发动机本体限定所述第一整体本体的第二部分或第二整体本体段的至少一部分,所述第二整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一加热器本体。
2.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一发动机本体包括:第一活塞本体,所述第一活塞本体限定所述第一整体本体的第三部分或所述第二整体本体段的至少一部分,所述第二整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一加热器本体;和/或第一机器本体,所述第一机器本体限定所述第一整体本体的第四部分或第三整体本体段,所述第三整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一活塞本体和/或所述第二整体本体段。
3.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一加热器本体和/或所述第一发动机本体包括第一再生器本体,所述第一再生器本体限定所述第一整体本体的第五部分或所述第二整体本体段的至少一部分,所述第二整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一加热器本体和/或所述第一发动机本体。
4.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一加热器本体和/或所述第一发动机本体包括第一冷冻机本体,所述第一冷冻机本体限定所述第一整体本体的第六部分或所述第二整体本体段的至少一部分,所述第二整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一加热器本体和/或所述第一发动机本体。
5.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第二加热器本体,所述第二加热器本体限定可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一整体本体的第二整体本体或可操作地联接或能够可操作地联接到第二发动机本体的第四整体本体段的一部分。
6.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第二加热器本体,所述第二加热器本体限定第二整体本体或第四整体本体段的一部分;以及第二发动机本体,所述第二发动机本体限定所述第二整体本体或第五整体本体段的一部分,所述第五整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二加热器本体和/或所述第一发动机本体。
7.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括:第二活塞本体,所述第二活塞本体限定所述第二整体本体的第三部分或可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二加热器本体的第六整体本体段;和/或第二机器本体,所述第二机器本体限定所述第二整体本体的第四部分或可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二发动机本体的第七整体本体段。
8.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二加热器本体和/或所述第二发动机本体包括第二再生器本体,所述第二再生器本体限定所述第二整体本体的一部分或所述第五整体本体段的至少一部分,所述第五整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二加热器本体和/或所述第二发动机本体。
9.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二加热器本体和/或所述第二发动机本体包括第二冷冻机本体,所述第二冷冻机本体限定所述第二整体本体的一部分或所述第五整体本体段的至少一部分,所述第五整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二加热器本体和/或所述第二发动机本体。
10.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第二加热器本体,所述第二加热器本体限定第二整体本体的第一部分或第七整体本体段;第二发动机本体,所述第二发动机本体限定所述第二整体本体的第二部分或第八整体本体段,所述第八整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二加热器本体和所述第一发动机本体;以及第三发动机本体,所述第三发动机本体限定第三整体本体的第一部分或第九整体本体段,所述九整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一发动机本体。
11.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第三发动机本体包括:第三机器本体,所述第三机器本体限定所述第三整体本体的第一部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二发动机本体;以及第三活塞本体,所述第三活塞本体限定所述第三整体本体的第二部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一发动机本体。
12.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第三活塞本体包括第一冷冻机本体,所述第一冷冻机本体限定所述第三整体本体的一部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第三活塞本体。
13.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第四发动机本体,所述第四发动机本体限定第四整体本体的第一部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第三发动机本体和/或所述第二发动机本体。
14.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第四发动机本体包括:第四机器本体,所述第四机器本体限定所述第四整体本体的第一部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第三发动机本体;和/或第四活塞本体,所述第四活塞本体限定所述第四整体本体的第二部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二发动机本体。
15.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第四活塞本体包括第二冷冻机本体,所述第二冷冻机本体限定所述第四整体本体的至少一部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第四活塞本体。
16.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第二发动机本体,所述第二发动机本体限定所述第二整体本体的第二部分或第六整体本体段,所述第六整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二加热器本体和所述第一发动机本体。
17.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括:第二活塞本体,所述第二活塞本体限定所述第二整体本体的第三部分或第六整体本体段,所述第六整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二个发动机本体;和/或第二机器本体,所述第二机器本体限定所述第二整体本体的第四部分或第七整体本体段,所述第七整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二发动机本体。
18.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第一燃料注入器本体,所述第一燃料注入器本体可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一加热器本体,所述第一燃料注入器本体包括第一燃烧器帽和/或第一燃料喷嘴。
19.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:活塞组件,所述活塞组件可操作地插入或能够可操作地插入到第一活塞室中,所述第一活塞室至少部分地由所述第一发动机本体限定。
20.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:负载装置,所述负载装置可操作地插入或能够可操作地插入到第一发电机外壳中,所述第一发电机外壳至少部分地由所述第一发动机本体限定。
21.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一整体本体包括所述第一加热器本体。
22.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一整体本体包括所述第一发动机本体。
23.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一整体本体包括第一活塞本体。
24.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一整体本体包括第一活塞本体和第一机器本体。
25.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括:第二活塞本体,所述第二活塞本体限定所述第二整体本体的至少一部分或所述第五整体本体段的至少一部分,所述第五整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二加热器本体。
26.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:所述第二活塞本体,所述第二活塞本体可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一发动机本体。
27.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二加热器本体限定所述第二整体本体的所述第一部分,所述第二整体本体可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一发动机本体。
28.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体限定所述第二整体本体的所述第二部分。
29.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括:第二活塞本体,所述第二活塞本体限定所述第二整体本体的第三部分。
30.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括:第二活塞本体,所述第二活塞本体限定所述第二整体本体的第三部分;以及第二机器本体,所述第二机器本体限定所述第二整体本体的第四部分。
31.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:所述第一加热器本体,所述第一加热器本体限定所述第一整体本体的所述第一部分;以及第一发动机本体,所述第一发动机本体限定所述第一整体本体的所述第二部分。
32.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一发动机本体包括:第一活塞本体,所述第一活塞本体限定所述第一整体本体的第三部分;以及第一机器本体,所述第一机器本体限定所述第一整体本体的第四部分。
33.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一活塞本体包括第一再生器本体,所述第一再生器本体限定所述第一活塞本体的一部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一活塞本体。
34.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一活塞本体包括第一冷冻机本体,所述第一冷冻机本体限定所述第一活塞本体的一部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一活塞本体。
35.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第二加热器本体,所述第二加热器本体限定第二整体本体的第一部分;以及第二发动机本体,所述第二发动机本体限定所述第二整体本体的第二部分,所述第二发动机本体可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一发动机本体。
36.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括:第二活塞本体,所述第二活塞本体限定所述第二整体本体的第三部分,所述第二活塞本体可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一发动机本体的第一机器本体,所述第一机器本体限定所述第一整体本体的第四部分。
37.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二活塞本体包括第二再生器本体,所述第二再生器本体限定所述第二活塞本体的一部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二活塞本体。
38.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二活塞本体包括第二冷冻机本体,所述第二冷冻机本体限定所述第二活塞本体的一部分或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二活塞本体。
39.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一发动机本体包括:第一活塞本体,所述第一活塞本体限定所述第一整体本体的第三部分;以及第一机器本体,所述第一机器本体限定所述第一整体本体的第四部分;并且其中,所述第二发动机本体包括:第二活塞本体,所述第二活塞本体限定所述第二整体本体的第三部分;以及第二机器本体,所述第二机器本体限定所述第二整体本体的第四部分,所述第二机器本体可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一机器本体。
40.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一机器本体限定发电机外壳的第一部分,并且所述第二机器本体限定所述发电机外壳的第二部分,所述发电机外壳的所述第一部分可操作地联接或能够可操作地联接到所述发电机外壳的所述第二部分。
41.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:所述第一加热器本体,所述第一加热器本体限定所述第一整体本体的所述第一部分;以及所述第一发动机本体,所述第一发动机本体限定所述第一整体本体的所述第二部分。
42.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一发动机本体包括:第一活塞本体,所述第一活塞本体限定所述第一整体本体的第三部分。
43.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一活塞本体包括第一再生器本体,所述第一再生器本体限定所述第一整体本体的第五部分或第五整体本体段,所述第五整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一活塞本体。
44.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一活塞本体包括第一冷冻机本体,所述第一冷冻机本体限定所述第一整体本体的第六部分或第六整体本体段,所述第六整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一活塞本体。
45.根据本文中任一条项中的任一项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括:所述第二活塞本体,所述第二活塞本体限定所述第二整体本体的所述第三部分。
46.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二活塞本体包括第二再生器本体,所述第二再生器本体限定所述第二整体本体的第五部分或第十一整体本体段,所述第十一整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二活塞本体。
47.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二活塞本体包括第二冷冻机本体,所述第二冷冻机本体限定所述第二整体本体的第六部分或第十二整体本体段,所述第十二整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二活塞本体。
48.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第三发动机本体包括:所述第三机器本体,所述第三机器本体限定所述第三整体本体的第二部分或第十四整体本体段,所述第十四整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一发动机本体和/或所述第二发动机本体。
49.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一活塞本体限定第一活塞室的第一部分,并且所述第三活塞本体限定所述第一活塞室的第二部分,所述第一活塞本体可操作地联接或能够可操作地联接到所述第三活塞本体。
50.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第四发动机本体包括:第四机器本体,所述第四机器本体限定所述第四整体本体的第二部分或第十八整体本体段,所述第十八整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第三发动机本体。
51.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二活塞本体限定第二活塞室的第一部分,并且所述第四活塞本体限定所述第二活塞室的第二部分,所述第二活塞本体可操作地联接或能够可操作地联接到第四活塞本体。
52.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中第三机器本体限定发电机外壳的第一部分,并且第四机器本体限定发电机外壳的第二部分,第三机器本体可操作地联接或能够可操作地联接至第四机器本体。
53.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第二发动机本体,所述第二发动机本体限定所述第二整体本体的第二部分或第五整体本体段,所述第五整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接至所述第二加热器本体和所述第一发动机本体。
54.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第一加热器本体,所述第一加热器本体限定第一整体本体的第一部分;并且所述第一发动机本体限定所述第一整体本体的所述第二部分。
55.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一发动机本体包括:第一活塞本体,所述第一活塞本体限定所述第一整体本体的第三部分或第三整体本体段,所述第三整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一加热器本体。
56.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一发动机本体包括:第一活塞本体,所述第一活塞本体限定所述第一整体本体的第三部分或第三整体本体段,所述第三整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接至所述第一加热器本体;以及第一机器本体,所述第一机器本体限定所述第一整体本体的第四部分或第四整体本体段,所述第四整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一活塞本体。
57.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一发动机本体包括:第一活塞本体,所述第一活塞本体限定所述第一整体本体的第三部分;以及第一机器本体,所述第一机器本体限定所述第一整体本体的第四部分。
58.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一活塞本体包括第一再生器本体,所述第一再生器本体限定所述第一整体本体的第五部分或第五整体本体段,所述第五整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一活塞本体。
59.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一活塞本体包括第一冷冻机本体,所述第一冷冻机本体限定所述第一整体本体的第六部分或第六整体本体段,所述第六整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一活塞本体。
60.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括:第二活塞本体,所述第二活塞本体限定所述第二整体本体的第三部分;以及第二机器本体,所述第二机器本体限定所述第二整体本体的第四部分。
61.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一机器本体限定发电机外壳的第一部分,并且所述第二机器本体限定所述发电机外壳的第二部分,所述发电机外壳的所述第一部分可操作地联接或能够可操作地联接到所述发电机外壳的所述第二部分。
62.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一活塞本体限定第一活塞室,并且所述第二活塞本体限定第二活塞室。
63.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一活塞本体限定第一活塞室,并且所述第二活塞本体限定第二活塞室,所述发电机外壳将所述第一活塞室与所述第二活塞室可操作地分开。
64.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括第二冷冻机本体,所述第二冷冻机本体限定所述第二整体本体的第六部分或第十二整体本体段,所述第十二整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二发动机本体。
65.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第二发动机本体包括第二再生器本体,所述第二再生器本体限定所述第二整体本体的第五部分或第五整体本体段,所述第五整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第二发动机本体。
66.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:第一燃料喷嘴,所述第一燃料喷嘴可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一燃烧器帽。
67.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一发动机本体包括:第一活塞本体,所述第一活塞本体限定所述第一发动机本体或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一发动机本体;以及第一再生器本体,所述第一再生器本体限定所述第一发动机本体或整体本体段的至少一部分,所述整体本体段可操作地联接或能够可操作地联接到所述第一发动机本体。
68.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一加热器本体和/或所述第一发动机本体包括工作流体热交换器本体,所述工作流体热交换器本体包括多个工作流体路径,所述多个工作流体路径在所述第一活塞本体与所述第一再生器本体之间流体连通。
69.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述发动机工作流体交换器本体限定所述第一加热器本体的至少一部分和/或所述第一发动机本体的至少一部分。
70.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:限定第一整体本体段的至少一部分的所述第一加热器本体;限定第二整体本体段的至少一部分的所述第一发动机本体;包括所述工作流体热交换器本体的至少一部分的所述第二整体本体段。
71.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:限定所述第二整体本体段的至少一部分的所述第一活塞本体。
72.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述第一加热器本体包括加热室本体,所述加热室本体包围所述工作流体热交换器本体的至少一部分,所述加热室本体限定所述第一整体本体段的至少一部分。
73.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:包围所述工作流体路径的至少一部分的所述加热室本体。
74.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:与加热流体入口和加热流体出口流体连通的所述加热室本体。
75.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:限定再循环路径的至少一部分的所述加热室本体。
76.根据本文中任一条项所述的发动机组件,包括:所述加热室本体,所述加热室本体包括与燃烧室流体连通的加热流体入口和与再循环环流体连通的加热流体出口。
77.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述发动机组件限定定位在第一再生器本体和第一冷冻机本体之间的热中断。
78.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中热中断定位在第一整体本体和整体本体段的接口处。
79.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述热中断相对于所述活塞组件处的密封组件限定活塞室的区域,所述密封组件被构造成当所述活塞组件在下死点位置和上死点位置之间移动时,减轻膨胀腔和压缩腔之间的热传递。
80.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述热中断是所述再生器本体和所述冷冻机本体之间的空间。
81.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述热中断包括所述再生器本体和所述冷冻机本体之间的横向尺寸。
82.根据本文中任一条项所述的发动机组件,其中所述热中断对应于所述活塞组件处的密封组件的厚度。
83.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中所述密封组件定位在所述活塞组件的活塞处,并且其中,当所述活塞处于下死点位置时,所述密封组件定位在所述第一整体本体的远端,并且其中,当所述活塞组件处于上死点位置时,所述密封组件定位在所述活塞处以不完全延伸超过所述热中断。
84.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中所述密封组件定位在所述活塞组件的活塞处,并且其中,当所述活塞处于下死点位置时,所述密封组件定位在所述再生器本体的远端,并且其中,当所述活塞组件处于上死点位置时,所述密封组件定位在所述活塞处以不完全延伸超过所述热中断。
85.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中所述密封组件定位在所述活塞组件的活塞处,并且其中,当所述活塞处于下死点位置时,所述密封组件定位在所述第一整体本体的远端,并且其中,当所述活塞延伸到上死点位置时,所述密封组件定位在所述活塞处以不延伸超过所述热中断。
86.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中所述密封组件定位在所述活塞组件的活塞处,并且其中,当所述活塞处于下死点位置时,所述密封组件定位在所述再生器本体的远端,并且其中,当所述活塞延伸到上死点位置时,所述密封组件定位在所述活塞处以不延伸超过所述热中断。
87.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中所述密封组件定位在所述活塞组件的活塞处,并且其中所述密封组件定位在所述第一整体本体附近,其中当所述活塞组件延伸到下死点位置时,所述密封组件定位在所述活塞处以不会完全延伸超过所述热中断。
88.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中所述密封组件定位在所述活塞组件的活塞处,并且其中,所述密封组件定位成靠近所述再生器本体,其中当所述活塞组件延伸到下死点位置时,所述密封组件定位在所述活塞处以不会完全延伸超过所述热中断。
89.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中所述活塞组件的活塞包括密封组件和第二密封件,所述密封组件和所述第二密封件中的每一个都定位在所述活塞和周围的活塞室之间。
90.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中所述第二密封件是阻隔密封件。
91.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中所述第二密封件和所述密封组件一起限定在所述密封组件和所述第二密封件之间限定的密封件间尺寸,并且其中所述密封件间尺寸对应于所述活塞组件的最大冲程长度。
92.根据本文中任一条项所述的活塞组件,其中腔被限定在所述第二密封件、所述密封组件、所述活塞和所述活塞室之间。
关于构建发动机组件的方法,本发明的进一步方面由以下条项的主题提供:
1.一种构建发动机组件的方法,所述方法包括:将第一整体本体或第一整体本体段联接到第二整体本体或第二整体本体部段,第一整体本体或第一整体本体段已被增材制造并包括第一加热器本体和/或第一发动机本体,第二整体本体或第二整体本体段已被增材制造并包括第二加热器本体和/或第二发动机本体;其中第一整体本体或第一整体本体段包括安装在其中的第一活塞组件和/或第一负载装置,和/或第二整体本体或第二整体本体段包括安装在其中的第一活塞组件和/或第一负载装置。
2.根据本文中任一条项所述的方法,包括:增材制造第一整体本体或第一整体本体段,其中增材制造第一整体本体或第一整体本体段包括增材制造第一加热器本体和/或第一发动机本体;和/或增材制造第二整体本体或第二整体本体段,其中增材制造第二整体本体或第二整体本体段包括增材制造第二加热器本体和/或第二发动机本体。
3.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将第一活塞组件和/或第一负载装置安装在第一整体本体或第一整体本体段中;和/或将第一活塞组件和/或第一负载装置安装在第二整体本体或第二整体本体段中。
4.根据本文中任一条项所述的方法,包括:增材制造第一活塞本体,第一活塞本体限定第一整体本体的至少一部分或第一整体本体段的至少一部分,或者第一活塞本体限定第二整体本体的至少一部分或第二整体本体段的至少一部分。
5.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将第一活塞组件安装在第一活塞本体中。
6.根据本文中任一条项所述的方法,包括:增材制造第一机器本体,第一机器本体限定第一整体本体的至少一部分或第一整体本体段的至少一部分,或第一机器本体限定第二整体本体的至少一部分或第二整体本体段的至少一部分。
7.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将第一负载装置安装在第一机器本体中。
8.根据本文中任一条项所述的方法,包括:增材制造第一再生器本体,第一再生器本体限定第一整体本体的至少一部分或第一整体本体段的至少一部分,或第一再生器本体限定第二整体本体的至少一部分或第二整体本体段的至少一部分。
9.根据本文中任一条项所述的方法,包括:增材制造第一冷冻机本体,第一冷冻机本体限定第一整体本体的至少一部分或第一整体本体段的至少一部分,或第一冷冻机本体限定第二整体本体的至少一部分或第二整体本体段的至少一部分。
10.根据本文中任一条项所述的方法,其中第一加热器本体限定第一整体本体的第一部分。
11.根据本文中任一条项所述的方法,其中第一发动机本体限定第一整体本体的第二部分。
12.根据本文中任一条项所述的方法,其中第一发动机本体包括:第一活塞本体,第一活塞本体限定第一整体本体的第三部分。
13.根据本文中任一条项所述的方法,其中第一发动机本体包括:第一活塞本体,第一活塞本体限定第一整体本体的第三部分;以及第一机器本体,第一机器本体限定第一整体本体的第四部分。
14.根据本文中任一条项所述的方法,包括:将第二加热器本体联接到第一发动机本体,第二加热器本体已被增材制造,第二加热器本体限定第二整体本体的第一部分或第七整体本体段。
15.根据本文中任何条项所述的方法,其中发动机组件包括根据本文中任一条项所述的发动机组件。
该书面描述使用示例来描述当前公开的主题,包括最佳模式,并且还提供任何本领域技术人员实践该主题,包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。当前公开的主题的可专利范围由权利要求限定,并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构要素,或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等效结构要素,则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种整体加热器本体(c100),其特征在于,包括:
燃烧器本体(c400),所述燃烧器本体(c400)限定燃烧室(c102)和周向包围所述燃烧室(c102)的调节管道(c122),所述调节管道(c122)在所述燃烧室(c102)的远端部分处与所述燃烧室(c102)流体连通;
热侧热交换器本体(c600),所述热侧热交换器本体(c600)限定热侧热交换器(c106),所述热侧热交换器(c106)包括与所述燃烧室(c102)的近端部分流体连通的加热流体路径(c602);以及
喷射器本体(c300),所述喷射器本体(c300)限定与所述加热流体路径(c602)的下游部分和所述调节管道(c122)的近端部分流体连通的引出路径(c304)。
2.根据权利要求1所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述燃烧室(c102)、所述加热流体路径(c602)、所述引出路径(c304)和所述调节管道(c122)一起限定再循环路径(c104)的至少一部分,所述再循环路径(c104)被构造为使燃烧气体再循环通过所述燃烧室(c102)。
3.根据权利要求1或2所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,包括:
燃料注入器本体(c401),所述燃料注入器本体(c401)限定所述整体加热器本体(c100)的一部分或可操作地联接到所述整体加热器本体(c100),所述燃料注入器本体(c401)包括燃烧器帽(c210),所述燃烧器帽(c210)限定构造成接收燃料喷嘴(c214)的喷嘴端口(c212),所述燃烧器帽(c210)邻近所述调节管道(c122)的远端部分轴向地设置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述燃烧器帽(c210)限定构造成使燃烧气体再循环通过所述燃烧室(c102)的再循环路径(c104)的至少一部分。
5.根据权利要求1-4所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述热侧热交换器本体(c600)限定与所述燃烧室(c102)的所述近端部分流体连通的多个加热流体路径(c602),所述多个加热流体路径(c602)围绕所述燃烧室(c102)周向间隔开。
6.根据权利要求5所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述多个加热流体路径(c602)中的相应加热流体路径(c602)包括螺旋路径。
7.根据权利要求5或6所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述热侧热交换器本体(c600)包括与所述多个加热流体路径(c602)具有热传递关系的热传递区域(c612)。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述热侧热交换器本体(c600)包括分别围绕所述热侧热交换器本体(c600)的半环形部分设置的多个热传递区域(c612),其中所述多个热传递区域(c612)中的相应热传递区域(c612)与所述多个加热流体路径(c602)的对应半环形部分具有热传递关系。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,包括:
工作流体本体(c108),所述工作流体本体(c108)限定在热输入区域(c726)和热提取区域(c722)之间流体连通的工作流体路径(c110)。
10.根据权利要求9所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述工作流体本体(c108)限定多个热传递区域(c612),所述多个热传递区域(c612)中的相应热传递区域(c612)包括多个工作流体路径(c110),所述多个工作流体路径(c110)在多个热输入区域(c726)中的相应一个热输入区域(c726)和多个热提取区域(c722)中的相应一个热提取区域(c722)之间流体连通。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述热侧热交换器本体(c600)包括与工作流体本体(c108)具有热传递关系的热传递区域(c612),所述工作流体本体(c108)限定在热输入区域(c726)和热提取区域(c722)之间流体连通的工作流体路径(c110),其中所述热输入区域(c726)包括限定活塞室(c112)的活塞本体(c700),和/或其中,所述热提取区域(c722)包括限定再生器管道(c1000)的再生器本体(c800)。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,包括:
进气本体(c216),所述进气本体(c216)限定进气路径(c118),所述进气路径(c118)与由所述喷射器本体(c300)限定的动力路径(c418)流体连通,所述动力路径(C418)与所述调节管道(c300)的所述近端部分(c122)流体连通。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,包括:
回热器本体(c500),所述回热器本体(c500)限定排气路径(c120)的至少一部分和进气路径(c118)的至少一部分,所述排气路径(c120)与所述进气路径(c118)具有热传递关系。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述整体加热器本体(c100)限定增材制造的整体本体或增材制造的整体本体段的至少一部分。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的整体加热器本体(c100),其特征在于,其中所述整体加热器本体(c100)限定闭式循环发动机(a100)的至少一部分。
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