CN1269465A - 一种超临界回热加热发动机 - Google Patents

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Abstract

一种超临界回热加热发动机,包括一动力活塞,动力活塞与气缸、吸入阀、排出阀组成动力输出机构,并分别与加热器及超临界流体回热器的壳侧相连通,加热器通过管道与超临界流体回热器的管侧及循环泵的排出端相连通,循环泵的吸入端通过管道与冷凝器的液相相连通,冷凝器的气相经管道与超临界流体回热器的壳侧相连通,具有外部加热,热效率高,结构简单的优点。

Description

一种超临界回热加热发动机
本发明涉及一种外部加热发动机，特别涉及一种超临界回热加热发动机。
外部加热发动机是指工质在系统内部封闭循环，加热过程通过间壁式换热方式进行。水蒸汽动力循环、斯特林循环都是典型的外部加热发动机循环，特别是斯特林发动机具有回热再生器，理论效率等于卡诺效率。外部加热的优点是：可适应多种燃料，包括煤、油、生物质、各种余热，甚至核能燃料；燃烧过程效率高；排放可严格控制；工质可根据热力性能需要进行选择。目前斯特林循环发动机工质都是采用氢气、氦气或空气等气体介质作工质，为了获得较高的热效率和较高的功率输出，系统内的充气压力一般在6.0MPa～15.0Mpa，实际的热效率不能令人满意。研究表明，利用相变介质可在中等充气压力水平获得较高的比功率，而且还可以利用相变过程改善传热，同时减轻往复密封带来的问题(Walker，G.“stirlingEngine”，Oxford University Press，1980；West，C.D.“Principles and Applicatiors of Stirling Engines”，VananNostrand Reinhold，New York，1986”)。但是，如何实现相变介质循环热力发动机一直没有突破。
本发明旨在利用超临界流体回热加热过程实现液体到气体的连续转换原理，提出一种外部加热相变放热热力发动机，其优点在于，除了利用相变介质降低平均充气压力，提高比功率、改善传热之外，可提高热力发动机的效率，选择合适的工质，其循环热效率将达到目前其它热力循环的最高效率。
图1是本发明的结构原理图及实施例一。
图2是本发明的实施例二。
下面结合附图对本发明的结构原理及工作原理作进一步说明。
本发明包括一动力活塞1，动力活塞1与气缸2组成一工作腔，工作腔通过吸入阀3及管道与外部加热器9相连通，外部加热器9通过管道与超临界流体回热器5的管侧相连通，超临界流体回热器5的管侧通过管道与循环泵8的排出端相连通，循环泵8的吸入端通过管道与冷凝器6的液相相连通，冷凝器6的气相通过管道与超临界流体回热器5的壳体相连通，超临界流体回热器5的壳侧通过管道及排出阀10与动力活塞1和气缸2组成的工作腔相连通，加热器9包括外部加热回路4，冷凝器6包括外部冷却回路7。回热器5是间壁式回热器。
本发明的工作原理是，由动力活塞1及气缸2组成的工作腔，在吸入阀3打开后，吸入来自外部加热器9的高温高压工质，对外作功，工作腔容积达到某一值，吸入阀3关闭，此后，工作腔容积继续增加，并继续对外作功，直至动力活塞1的内止点，动力活塞1由内止点返回，排出阀10立即打开，直到动力活塞1到达外止点，排出阀10关闭，其过程工作腔的气体介质，被排入超临界流体回热器5的壳侧，失去显热后，进入冷凝器6，被冷凝成液体，放出低温热量，接着冷凝液被循环泵7提高压力至临界压力以上，送入超临界流体回热器5的管侧，吸收热量，实现气液连续转换，并进入加热器9被继续加热，提高温度，再通过管道及吸入阀3进入动力活塞1与气缸2组成的工作腔，以完成循环。
图2是本发明的实施例二，其特征在于，透平膨胀机10代替了实施例1中由动力活塞1、气缸2、吸入阀3、排出阀10组成的往复机构，可适用于功率较大的场合，或余热发电场合，而实施例1可适用于较小功率场合及移动装置等。

Claims (3)

1.一种超临界回热加热发动机，包括一动力活塞(1)，动力活塞(1)与气缸(2)组成一工作腔，其特征在于，工作腔通过吸入阀(3)及管道与加热器(9)相连通，通过排出阀(10)及管道与超临界流体回热器(5)的壳侧相连通，加热器(9)通过管道与超临界流体回热器(5)的管侧相连通，超临界流体回热器(5)的管侧又通过管道与循环泵(8)的排出端相连通，循环泵(8)的吸入端通过管道与冷凝器(6)的液相侧相连通，冷凝器(6)的气相侧通过管道与超临流体回热器(5)的壳侧相连通。
2.根据权利要求1所述的超临界回热加热发动机，其特征在于，回热器(5)是间壁式回热器。
3.根据权利要求1所述的超临界回热加热发动机，其特征在于，动力活塞(1)与气缸(2)、吸入阀(3)、排出阀(10)组成的动力输出机构，可以用透平膨胀机代替。
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