JP2020509282A - Regenerative cooling system - Google Patents
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Abstract
再生冷却システム(100)が再生熱機関(1)のために提供され、ガスエキスパンダ(78)を取り囲む冷却チャンバ(79)であって、上記チャンバ(79)と上記エキスパンダ(78)との間のガス循環空間(80)を開放したままにしておく冷却チャンバ(79)を備え、作動ガス(81)がガスエキスパンダ(78)から排出され上記空間(80)を循環したあと再生熱交換器(5)に戻りそこで冷却され、上記ガス(81)の熱の大部分は再生熱機関(1)の熱力学的サイクルに再導入される。【選択図】図1A regenerative cooling system (100) is provided for the regenerative heat engine (1) and is a cooling chamber (79) surrounding the gas expander (78), wherein the cooling chamber (79) is connected to the expander (78). A cooling chamber (79) that keeps the gas circulation space (80) open between them, and a regenerative heat exchange after the working gas (81) is exhausted from the gas expander (78) and circulated through the space (80). Returning to the unit (5), where it is cooled, most of the heat of the gas (81) is reintroduced into the thermodynamic cycle of the regenerative heat engine (1). [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、とりわけ、本出願人に属する2015年2月25日の特許出願FR第15 51593号の主題であった伝熱−膨張および再生熱機関(transfer−expansion and regeneration heat engine)の改良を構成する再生冷却システムに関し、その特許は同様に本出願人に属する米国特許出願公開第2016/0252048 A1号として2016年9月1日に公開された。 The present invention is, inter alia, an improvement of the transfer-expansion and regeneration heat engine that was the subject of patent application FR 15 51593, filed Feb. 25, 2015, belonging to the applicant. With regard to the regenerative cooling system to be constituted, the patent was published on September 1, 2016 as U.S. Patent Application Publication No. 2016/0252048 A1, also belonging to the applicant.
遠心圧縮機およびタービンを用いて通常実施されるブレイトン再生サイクルはよく知られている。 Brayton regeneration cycles commonly performed using centrifugal compressors and turbines are well known.
この実施形態によれば、このサイクルは、制御点火機関よりも著しく高い効率を提供する機関をもたらす。その効率は高速ディーゼルエンジンの効率に匹敵する。しかしながら、それは、例えば海軍の推進または定置型発電において見いだされる非常に大きな排気量を有する低速2ストロークディーゼルエンジンのそれよりも低いままである。 According to this embodiment, this cycle results in an engine that offers significantly higher efficiency than a controlled ignition engine. Its efficiency is comparable to that of high speed diesel engines. However, it remains lower than that of low speed two-stroke diesel engines with very large displacements found, for example, in naval propulsion or stationary power generation.
非常に慎ましい総合効率に加えて、ブレイトン再生サイクルを使用する遠心圧縮機およびタービンを備えた機関は、比較的狭い範囲の出力および回転速度でそれらの最高の効率を提供する。さらに、出力変調におけるそれらの応答時間は長い。これらの様々な理由のために、それらの適用範囲は限られており、そしてそれらは陸上輸送、特に乗用車およびトラックに適応するのは難しい。 In addition to the very modest overall efficiency, engines with centrifugal compressors and turbines that use the Brayton regeneration cycle offer their highest efficiency over a relatively narrow range of power and rotational speeds. Furthermore, their response time in output modulation is long. For these various reasons, their scope of application is limited and they are difficult to adapt to land transportation, especially passenger cars and trucks.
これらの欠点を改善するために、特許出願FR第15 51593号の伝熱−膨張および再生熱機関が提案された。その機関は、もはや遠心圧縮機およびタービンによってではなく、むしろ容積機械によって、または少なくとも「エキスパンダシリンダ」の周りに形成された容積エキスパンダによって、再生ブレイトンサイクルを実施するという特別な特徴を有する。 To remedy these drawbacks, a heat transfer-expansion and regenerative heat engine of patent application FR 15 51 593 was proposed. The engine has the special feature that it implements a regenerative Brayton cycle no longer by centrifugal compressors and turbines, but rather by positive displacement machines or at least by positive displacement expanders formed around "expander cylinders".
特許出願FR第15 51593号の図において、上記エキスパンダシリンダの各端部がエキスパンダシリンダヘッドによって閉じられ、上記シリンダは、可変容量の2つの伝熱−膨張チャンバを形成するために二重作用エキスパンダピストンを収容することに気付く。上記ピストンは、エキスパンダシリンダ内で変位されて、よく知られているコンロッドおよびクランクシャフトを介して動力出力シャフトに仕事を伝達することができる。 In the drawing of patent application FR 15 51 593, each end of the expander cylinder is closed by an expander cylinder head, the cylinder acting dually to form two heat transfer-expansion chambers of variable capacity. Notice that it houses the expander piston. The piston can be displaced in the expander cylinder to transfer work to the power output shaft via the well-known connecting rod and crankshaft.
特許出願FR第15 51593号の主題である本発明によって特許請求される利点の中には、いかなる作動原理の代替の従来の内燃機関のものよりもはるかに高い熱の仕事への変換の効率があり、同じ仕事に関してその手段は、上記従来の機関よりも低い燃料消費量、および同様に付随する二酸化炭素のより少ない排出量を供給した。 Among the advantages claimed by the present invention, which are the subject of patent application FR 15 51 593, include a much higher efficiency of converting heat to work than that of an alternative conventional internal combustion engine of any operating principle. Yes, for the same task, the measures provided lower fuel consumption than the conventional engines and also lower associated carbon dioxide emissions.
特許出願FR第15 51593号に明確に述べられているように、これらの目的を達成するためには、少なくとも3つの条件が満たされる必要がある。 As clearly stated in patent application FR 15 51 593, at least three conditions need to be fulfilled in order to achieve these objectives.
第1の条件は、容積エキスパンダが単一のシリンダから効率的に構成されていることであり、これはこのような機械を扱う従来技術の教示ではない。例として、2003年12月11日の米国特許出願公開第2003/228237 A1号明細書は、実際、圧縮機、再生熱交換器、熱源およびエキスパンダを含むが、エキスパンダはシリンダではなく、代わりにその特許の発明者らが「ジェロータ」と呼ぶものである。 The first condition is that the volume expander is efficiently constructed from a single cylinder, which is not the teaching of the prior art dealing with such machines. By way of example, U.S. Patent Application Publication No. 2003/228237 A1 on December 11, 2003 actually includes a compressor, a regenerative heat exchanger, a heat source and an expander, but the expander is not a cylinder, but instead a cylinder. What the inventors of the patent refer to as "Gerotor".
第2の条件は、エキスパンダシリンダ内のガスの出入口が、適切に調整された吸排気調量弁によって調節され、その結果、特許出願FR第15 51593号の図に示されている圧力対体積の図が得られることである。 The second condition is that the inlet and outlet of the gas in the expander cylinder is regulated by a properly adjusted intake and exhaust metering valve, so that the pressure vs. volume shown in the diagram of patent application FR 15 51 593 is shown. Is obtained.
第3の条件は、ピストンとシリンダとの間のシール装置が非常に高い温度で動作し得ることである。 A third condition is that the sealing device between the piston and the cylinder can operate at very high temperatures.
特許出願FR第15 51593号に記載されている伝熱−膨張および再生熱機関は、エキスパンダピストン内に考案された環状溝に収容された連続有孔インフレート可能および膨張可能リングによって形成される革新的なエアクッションセグメントを提案することによってこの第3の条件を満たすことに留意されたい。上記リングは、上記溝と共に加圧流体源に接続された圧力分配チャンバを画定する。 The heat transfer-expansion and regeneration heat engine described in patent application FR 15 51593 is formed by a continuous perforated inflatable and expandable ring housed in an annular groove devised in an expander piston. Note that this third condition is met by proposing an innovative air cushion segment. The ring, together with the groove, defines a pressure distribution chamber connected to a source of pressurized fluid.
エキスパンダシリンダと直接接触しないこの新しいシール装置は、高温でのシリンダの動作を可能にし、一方、上記シリンダを閉鎖するシリンダヘッド内の吸排気調量弁は、伝熱−膨張および再生熱機関の効率を最大にすることを可能にする。 This new sealing device, which does not come into direct contact with the expander cylinder, allows operation of the cylinder at high temperatures, while the intake and exhaust metering valves in the cylinder head that close the cylinder are equipped with heat transfer-expansion and regenerative heat engines. Enables to maximize efficiency.
エアクッションセグメントに基づく革新的なシール装置は、特許出願FR第15 51593号中、主請求項に従属する請求項に意図的に置かれた。容易に理解されるように、彼の発明をこのように提示することによって、発明者は、上記セグメントが伝熱−膨張および再生熱機関の重要な要素であるとして上記特許出願に提示されても、上記セグメントに取って代わり得る他のシール解決策を除外しなかった。 An innovative sealing device based on an air cushion segment was intentionally placed in patent application FR 15 51 593 in the dependent claims of the main claim. As will be readily appreciated, by presenting his invention in this manner, the inventor may also be presented in the above-mentioned patent application with the segment being a key element of a heat transfer-expansion and regenerative heat engine. Did not rule out other sealing solutions that could replace the above segments.
特許出願FR第15 51593号に明記されているように、伝熱−膨張および再生熱機関の効率を可能な限り高くするために、エキスパンダシリンダの内壁を高温にし、それにより上記シリンダ内に導入された高温ガスが、それらの壁と接触しても冷却されないか、または少なくともそれらの壁によって可能な限り少なく冷却されるようにする必要がある。これは、少なくともエキスパンダシリンダの内壁自体、および上記シリンダと協働するシリンダヘッドの内壁に当てはまる。 As specified in patent application FR 15 51 593, in order to make the efficiency of the heat transfer-expansion and regenerative heat engine as high as possible, the inner walls of the expander cylinder are brought to a high temperature and are thereby introduced into said cylinder. It is necessary to ensure that the heated hot gases are not cooled when they come into contact with their walls, or at least are cooled by the walls as little as possible. This applies at least to the inner wall of the expander cylinder itself and to the inner wall of the cylinder head cooperating with said cylinder.
Sadi Carnotによって提示された機関熱力学の原理によれば、特許出願FR第15 51593号は、伝熱−膨張および再生熱機関の効率は、エキスパンダシリンダに導入されたガスの温度が高いほど大きいことを提案している。 According to the principle of engine thermodynamics presented by Sadi Carnot, patent application FR 15 51 593 discloses that the efficiency of a heat transfer-expansion and regeneration heat engine is such that the higher the temperature of the gas introduced into the expander cylinder, the greater the temperature Propose that.
これは、特許出願FR第15 51593号が、伝熱−膨張および再生熱機関のエキスパンダシリンダ、エキスパンダシリンダのシリンダヘッドおよびエキスパンダピストンが、アルミナ、ジルコン、または炭化ケイ素をベースとするセラミックなどの非常に高い温度に耐える材料から作られることを要求する理由である。 This is because patent application FR 15 51 593 discloses that heat transfer-expansion and regeneration heat engine expander cylinders, cylinder heads and expander pistons of expander cylinders are made of ceramics based on alumina, zircon or silicon carbide. That is why it is required to be made from materials that withstand very high temperatures.
さらに、伝熱−膨張および再生熱機関の高温部分および高温の構成要素は、上記機関の改良に関する特許の主題である。したがって、本出願人に属する2015年9月14日の特許出願FR第15 58585号を引用することができ、それは二重作用および適応支持エキスパンダシリンダを扱い、上記シリンダは高温で動作することができそしてそれが取り付けられているトランスミッションケースとは異なる熱膨張にさらされることができる。同じように、2015年9月14日の特許出願FR第15 58593号が同様に本出願人に属し、プレストレスを与えられた組立体から構成されかつ温度で動作することができる二重作用ピストンを扱うことに気付くであろう。 Furthermore, the hot sections and hot components of heat transfer-expansion and regenerative heat engines are the subject of patents relating to improvements on such engines. Thus, reference may be made to patent application FR 15 58585, filed Sep. 14, 2015, belonging to the applicant, which deals with dual-action and adaptive-supporting expander cylinders, said cylinders being able to operate at high temperatures. And can be subjected to a different thermal expansion than the transmission case to which it is attached. Similarly, a patent application FR 15 58593, filed Sep. 14, 2015, also belonging to the applicant, consists of a prestressed assembly and is capable of operating at temperature You will notice that it deals with.
上記引用した特許出願FR第15 58585号およびFR第15 58593号は、同じ装置内で高温の部品と低温の部品の存在に対処するための非常に堅牢な解決策を提案していることに留意されたい。 Note that the above cited patent applications FR 15 58585 and FR 15 58593 propose a very robust solution for addressing the presence of hot and cold components in the same device. I want to be.
特に、上記特許で提案されている構成は、熱が高温部品からそれらが協働する低温部品へ移動するのをかなり防止する。これにより、伝熱−膨張および再生熱機関の効率が確実に向上する。 In particular, the arrangement proposed in the above patent significantly prevents heat from transferring from the hot components to the cold components with which they cooperate. This ensures that the efficiency of the heat transfer-expansion and regeneration heat engine is improved.
他方、特許出願FR第15 58585号およびFR第15 58593号で提案されている改良は、上記機関のエキスパンダシリンダに導入されるガスの温度が例えば1300℃である場合、そのシリンダの内壁の温度は局所的に1300℃に近くなり、それらの壁の平均温度は例えば1000℃に近づくという事実を変えるものではない。 On the other hand, the improvements proposed in patent applications FR 15 58585 and FR 15 58593 are that if the temperature of the gas introduced into the expander cylinder of the engine is, for example, 1300 ° C., the temperature of the inner wall of that cylinder Does not change the fact that the local temperature approaches 1300 ° C. and the average temperature of those walls approaches 1000 ° C., for example.
したがって、これらのガスの温度は、伝熱−膨張および再生熱機関のエキスパンダシリンダの高温部分を構成する材料が耐えなければならない温度を直接決定する。それ故、間接的に、これらの材料の温度抵抗がその機関の最大源利用できる効率を決定する。 Thus, the temperature of these gases directly determines the temperature that the material that makes up the hot section of the expander cylinder of the heat transfer-expansion and regenerative heat engine must withstand. Therefore, indirectly, the temperature resistance of these materials determines the maximum source availability of the engine.
さらに、非常に高い温度に耐えることができる問題の材料は、腐食および酸化に対しても耐性でありながら、これらと同じ温度で高い機械的強度をさらに提供する必要があるので、比較的少数であることに留意されたい。 In addition, the materials in question, which can withstand very high temperatures, are relatively resistant to corrosion and oxidation, while still providing a high mechanical strength at these same temperatures, so that relatively few Note that there is.
上記材料は主にアルミナ、ジルコン、炭化ケイ素または窒化ケイ素などのセラミックである。これらの材料は硬く、機械加工が難しい。その結果、完成部品の販売価格は比較的高くなり、これは特許出願FR第15 51593号に記載されている伝熱−膨張および再生熱機関の自動車産業による採用に対する障害である。実際、この産業は消費者市場を対象とするので、製造販売価格に非常に敏感であり、それはできるだけ低くする必要がある。 The material is mainly a ceramic such as alumina, zircon, silicon carbide or silicon nitride. These materials are hard and difficult to machine. As a result, the selling price of the finished part is relatively high, which is an obstacle to the adoption by the automotive industry of heat transfer-expansion and regenerative heat engines as described in patent application FR 15 51 593. In fact, since this industry targets the consumer market, it is very sensitive to manufacturing and selling prices, which need to be as low as possible.
したがって、理想は、この機関のエキスパンダシリンダの内壁が、例えば700〜900℃の最高温度に維持されることであろう。実際、そのような温度では、鋳鉄またはステンレス鋼または耐火物など、セラミックよりも製造および機械加工が安価なより一般的な材料を使用してエキスパンダシリンダを製造することができる。同じことが、シリンダヘッドならびにそのシリンダと協働するそれぞれのプレナムおよびダクトにも当てはまる。 Therefore, ideally, the inner wall of the expander cylinder of this engine would be maintained at a maximum temperature of, for example, 700-900C. In fact, at such temperatures, expander cylinders can be manufactured using more common materials that are less expensive to manufacture and machine than ceramics, such as cast iron or stainless steel or refractories. The same applies to the cylinder head and the respective plenums and ducts cooperating with the cylinder.
しかしながら、一方では伝熱−膨張および再生熱機関のエキスパンダシリンダに導入された高温ガスの温度の低下を防止し、他方ではこれらのガスの熱を、それらのガスが接触するシリンダのより冷たい壁を介して純粋な損失として逃げることを許容することが必須である。実際、これら二つの作用は、伝熱−膨張および再生熱機関の最終効率を著しく低下させるという有害な結果をもたらすであろう。 However, on the one hand, it prevents the temperature of the hot gases introduced into the expander cylinders of the heat transfer-expansion and regenerative heat engines, and, on the other hand, transfers the heat of these gases to the cooler walls of the cylinders they contact. It is imperative to allow them to escape as pure losses through. In fact, these two effects will have the deleterious consequences of significantly reducing the final efficiency of the heat transfer-expansion and regenerative heat engines.
したがって、現在の最先端技術では、非常に高い効率を有するが費用がかかりかつ製造が困難な伝熱−膨張および再生熱機関と、同じ原理に基づくが製造により費用がかからない材料に頼り、しかし効率の大幅な低下を犠牲にする機関との間で選択する必要がある。これはジレンマとなる。 Thus, the current state of the art relies on heat transfer-expansion and regenerative heat engines, which are very efficient but costly and difficult to manufacture, and materials based on the same principles but less expensive to manufacture, but Need to choose between institutions that sacrifice a significant decline in This is a dilemma.
このジレンマを解決するために、特定の一実施形態における本発明の再生冷却システムは、以下のことを可能にする:
・特許出願FR第15 51593号の主題である伝熱−膨張および再生熱機関のエキスパンダシリンダの内壁およびそのシリンダヘッドの温度を著しく低下させ、上記熱機関の総合効率を著しく低下させることなく、そのシリンダおよびそれらのシリンダヘッドを製造するためにより低い販売価格の材料の使用を可能にすること。
・本発明による再生冷却システムがない場合、セラミックなどの高価で複雑な材料に対して可能であるよりも高い温度のエキスパンダシリンダへのガスの吸入を可能にすること。
・セラミックなどの高価で複雑な材料を用いた同じ機関に対して可能であるよりも低い販売価格の材料を用いてより高い最終エネルギー効率を有する特許出願FR第15 51593号の主題である伝熱−膨張および再生熱機関を提供すること。
To solve this dilemma, the regenerative cooling system of the present invention in one particular embodiment allows:
Without significantly reducing the temperature of the inner wall of the expander cylinder and its cylinder head of the heat transfer-expansion and regenerative heat engine, which is the subject of patent application FR 15 51 593, without significantly reducing the overall efficiency of said heat engine; To enable the use of lower selling price materials to manufacture the cylinders and their cylinder heads.
-In the absence of a regenerative cooling system according to the invention, allowing the suction of gas into the expander cylinder at a higher temperature than is possible for expensive and complex materials such as ceramics.
Heat transfer which is the subject of patent application FR 15 51 593 having higher final energy efficiency with lower selling price materials than is possible for the same engine with expensive and complex materials such as ceramics Providing an expansion and regeneration heat engine;
本発明による再生冷却システムは、主に本出願人に属する特許出願FR第15 51593号の主題である伝熱−膨張および再生熱機関に向けられていることが理解される。 It is understood that the regenerative cooling system according to the invention is mainly directed to the heat transfer-expansion and regenerative heat engine which is the subject of patent application FR 15 51 593 belonging to the applicant.
しかしながら、このシステムはまた、エキスパンダが遠心分離機、容積式、またはいずれかの他の種類のものであるかどうかにかかわらず、そしてそれがいずれかの所与の種類の再生器と協働するという条件で、ブレイトン再生サイクルを有するいずれかの他の機関のエキスパンダに制限なく適用されてもよい。 However, the system is also independent of whether the expander is a centrifuge, a positive displacement, or any other type, and it works with any given type of regenerator And may be applied without limitation to any other institutional expander that has a Brayton regeneration cycle.
本発明の他の特徴は、本記載に、および主請求項に直接的または間接的に従属する副請求項に記載されている。 Other features of the invention are set forth in the description and in the sub-claims which are directly or indirectly dependent on the main claim.
本発明による再生冷却システムは再生熱機関用に設計され、再生熱機関は、高圧再生ダクトを有する少なくとも1つの再生熱交換器を備え、高圧再生ダクト内を、圧縮機によって予め圧縮された作動ガスがそこで予め加熱されるように循環し、一方、上記ダクトの出口でガスは熱源によって過熱され、その後ガスエキスパンダに導入され、そこで動力出力シャフト上で仕事を実行するために膨張され、上記ガスは次にガスエキスパンダの出口で排出され、再生熱交換器の低圧再生ダクトへ導入され、上記ガスは、上記ダクト内を循環することによって、その残留熱の大部分を高圧再生ダクト内を循環する作動ガスに引き渡し、上記システムは、
・ガスエキスパンダおよび/または熱源および/または上記熱源を上記エキスパンダに接続する高温ガス取り入れダクトを全体的または部分的に取り囲む少なくとも1つの冷却チャンバであって、一方で上記チャンバおよび/または他方で上記エキスパンダおよび/または上記熱源および/または上記ダクトの間のガス循環空間を開放したままにしておく少なくとも1つの冷却チャンバ、
・ガスエキスパンダの出口に直接または間接的に接続され、それによって上記エキスパンダから上記出口を介して排出された作動ガスの一部または全部がガス循環空間に入ることができる少なくとも1つのチャンバ入口ポート、
・低圧再生ダクトに直接または間接的に接続され、それによって作動ガスが上記低圧ダクトに導入される前にガス循環空間を出ることができる少なくとも1つのチャンバ出口ポート
を備える。
The regenerative cooling system according to the invention is designed for a regenerative heat engine, which comprises at least one regenerative heat exchanger having a high-pressure regenerative duct, in which a working gas pre-compressed by a compressor is passed. At the outlet of the duct, while the gas is superheated by a heat source and then introduced into a gas expander, where it is expanded to perform work on a power output shaft, where the gas is expanded. Is then discharged at the outlet of the gas expander and introduced into the low-pressure regeneration duct of the regenerative heat exchanger, and the gas circulates in the duct, circulating most of its residual heat in the high-pressure regeneration duct. To the working gas,
At least one cooling chamber which entirely or partially surrounds a gas expander and / or a heat source and / or a hot gas intake duct connecting said heat source to said expander, on the one hand said chamber and / or on the other hand At least one cooling chamber, which leaves the gas circulation space between the expander and / or the heat source and / or the duct open;
At least one chamber inlet connected directly or indirectly to the outlet of the gas expander so that some or all of the working gas discharged from the expander via the outlet can enter the gas circulation space; port,
It comprises at least one chamber outlet port connected directly or indirectly to the low-pressure regeneration duct, whereby the working gas can exit the gas circulation space before being introduced into said low-pressure duct;
本発明による再生冷却システムは、有効断面が流量制御弁によって調節されるチャンバ入口ダクトによってガスエキスパンダの出口に接続されたチャンバ入口ポートを備える。 The regenerative cooling system according to the invention comprises a chamber inlet port connected to the outlet of the gas expander by a chamber inlet duct whose effective cross section is regulated by a flow control valve.
本発明による再生冷却システムは、有効断面が流量制御弁によって調節されるチャンバ出口ダクトによって低圧再生ダクトに接続されるチャンバ出口ポートを備える。 The regenerative cooling system according to the invention comprises a chamber outlet port connected to the low pressure regeneration duct by a chamber outlet duct whose effective cross section is regulated by a flow control valve.
本発明による再生冷却システムは、チャンバ迂回ダクトによって低圧再生ダクトに接続されたガスエキスパンダの出口を備える。 A regenerative cooling system according to the present invention comprises an outlet of a gas expander connected to a low pressure regeneration duct by a chamber bypass duct.
本発明による再生冷却システムは、流量制御弁によって調節されるチャンバ迂回ダクトの有効断面を含む。 A regenerative cooling system according to the present invention includes an effective cross-section of a chamber bypass duct regulated by a flow control valve.
本発明による再生冷却システムは、遮熱材で被覆された冷却チャンバの外側を含む。 A regenerative cooling system according to the present invention includes an exterior of a cooling chamber coated with a thermal barrier.
添付の図面に関するおよび非限定的な例として与えられた以下の記載は、本発明、その特徴、およびそれが提供し得る利点のより深い理解を可能にするであろう。 The following description, taken in conjunction with the accompanying drawings and given as non-limiting examples, will allow a better understanding of the invention, its features, and the advantages it may provide.
図1は、再生冷却システム100、その構成要素、その変形形態、およびその付属品の様々な詳細を示している。
FIG. 1 shows various details of the
図1に示すように、再生冷却システム100は再生熱機関1用に提供され、再生熱機関1は高圧再生ダクト6を有する少なくとも1つの再生熱交換器5を有し、高圧再生ダクト6内を、圧縮機2によって予め圧縮された作動ガス81が循環し、そこで加熱される。
As shown in FIG. 1, the
高圧再生ダクト6を出ると、上記ガス81は熱源12によって過熱されてからガスエキスパンダ78に導入され、そこで膨張されて動力出力シャフト17に仕事をもたらす。
Upon exiting the high pressure regeneration duct 6, the
作動ガス81は次にガスエキスパンダ78から排出され、再生熱交換器5の低圧再生ダクト7に導入され、上記ガス81は、上記ダクト7内を循環することによって、高圧再生ダクト6内を循環する作動ガス81にかなりの程度のその残留熱を引き渡す。
The working
これに関連して、以下のことが図1に明確に示されている。本発明による再生冷却システム100は、少なくとも1つの冷却チャンバ79を備え、冷却チャンバ79は、ガスエキスパンダ78および/または熱源12および/または上記熱源12をエキスパンダ78に接続する高温ガス取り入れダクト19を全体的または部分的に取り囲む一方で、上記チャンバ79、および/または上記エキスパンダ78および/または上記熱源12および/または上記ダクト19の間のガス循環空間80を開放したままにしておき、作動ガス81はこの空間80内を循環することができる。
In this connection, the following is clearly shown in FIG. The
冷却チャンバ79は引き抜き加工されたまたはハイドロフォームされたステンレス鋼板から作製することができ、またそれは、溶接、ねじ止め、またはリベット締めによって互いに組み立てられたいくつかの部品で実現されてもよく、その後チャンバはそれが取り囲む構成要素78、12、19に直接的にまたは間接的に取り付けられてもよいことに注目されたい。
The cooling chamber 79 can be made from a drawn or hydroformed stainless steel sheet, which may be realized with several parts assembled together by welding, screwing or riveting, Note that the chamber may be attached directly or indirectly to the
図1は、本発明による再生冷却システム100が、ガスエキスパンダ78に直接または間接的に接続された少なくとも1つのチャンバ入口ポート82であって、それによって上記出口を介して上記エキスパンダ78から排出された作動ガス81の一部または全部がガス循環空間80に入ることができるチャンバ入口ポート82をさらに含むことを示す。
FIG. 1 shows a
再度、図1において、本発明による再生冷却システム100はまた、低圧再生ダクト7に直接または間接的に接続された少なくとも1つのチャンバ出口ポート83であって、それによって作動ガス81が上記低圧ダクト7に導入される前にガス循環空間80を離れ得るチャンバ出口ポート83を備えることに気付くであろう。
Referring again to FIG. 1, the
好ましくは冷却チャンバ79はガスエキスパンダ78および/または熱源12および/または高温ガス進入ダクト19を密に取り囲み、それにより作動ガス81はチャンバ入口ポート82を介してのみガス循環空間80に入ることができ、一方、そのガス81はチャンバ出口ポート83を介してのみその空間80を離れることができることに注目されたい。
Preferably, the cooling chamber 79 tightly surrounds the
図1に示すような本発明による再生冷却システム100の1つの変形実施形態によれば、チャンバ入口ポート82はチャンバ入口ダクト84を介してガスエキスパンダ78の出力に接続することができ、チャンバ入口ダクト84の有効断面は流量制御弁85によって調整され、この流量制御弁85は、その位置に応じて、上記ダクト84内の作動ガス81の循環を阻止、許容、または制限することができる。
According to one variant embodiment of the
図1に再び示すように、別の変形として、チャンバ出口ポート83は、チャンバ出口ダクト86によって低圧再生ダクト7に接続することができ、チャンバ出口ダクト86の有効断面は流量制御弁85によって調整され、この流量制御弁85は、その位置に応じて、上記チャンバ出口ダクト86内の作動ガス81の循環を阻止、許容、または制限することができる。
As shown in FIG. 1 again, as another variant, the chamber outlet port 83 can be connected to the low-pressure regeneration duct 7 by a
図1はまた、本発明による再生冷却システム100の別の変形例が、作動ガス81がガスエキスパンダ78の出口から排出されガス循環空間80を通って移動することなく直接この出口から低圧再生ダクト7へ進むことを許容するチャンバ迂回ダクト87によってガスエキスパンダ78の出口を低圧再生ダクト7に接続できるものであることを示す。
FIG. 1 also shows another variant of the
この後者の変形例によれば、チャンバ迂回ダクト87の有効断面は流量制御弁85によって任意選択的に調整することができ、流量制御弁85は、その位置に応じて、上記迂回ダクト87内の作動ガス81の循環を阻止、許容、または制限し得る。
According to this latter variant, the effective cross-section of the chamber bypass duct 87 can optionally be adjusted by the flow control valve 85, which, depending on its position, is provided in the bypass duct 87 The circulation of the working
図1において、有利なことに、冷却チャンバ79の外側は、当業者に知られている任意の断熱材料から形成することができる遮熱材88で被覆することができ、遮熱材88は、冷却チャンバ79に加えて、再生熱機関1を構成する様々な高温ダクトおよび要素を被覆し得ることに注目されたい。 In FIG. 1, the outside of the cooling chamber 79 can be advantageously covered with a thermal barrier 88, which can be formed from any insulating material known to those skilled in the art, It should be noted that in addition to the cooling chamber 79, various high-temperature ducts and elements constituting the regenerative heat engine 1 can be coated.
この場合、上記遮熱材88は、再生熱機関1の効率にとって好ましくない過剰な熱の損失を防ぐために設けられていることに注目されたい。 In this case, it should be noted that the heat shield 88 is provided to prevent excessive heat loss that is not desirable for the efficiency of the regenerative heat engine 1.
本発明の機能
本発明による再生冷却システム100の機能は、図1を考慮することによって容易に理解されるであろう。
Features of the Present Invention The features of the
この機能を記載するために、本発明による再生冷却システム100の例示的な実施形態をここで使用し、ここで、それが適用される再生機関1は、本出願人に属する2015年2月25日の特許出願FR第15 51593号の主題である伝達−膨張および再生熱機関からなる。
To describe this function, an exemplary embodiment of the
図1から分かるように、再生機関1は、ここでは、圧縮機入口ダクト3を介して大気中から作動ガス81を取り込む低圧圧縮機35からなる2段圧縮機2を備え、上記低圧圧縮機35の出口は中間圧縮機冷却器37を介して高圧圧縮機36の入口に接続される。
As can be seen from FIG. 1, the regeneration engine 1 here includes a two-stage compressor 2 including a low-
図1は、高圧圧縮機36の出口で、作動ガス81が再生熱交換器5、この場合それ自体良く知られている向流熱交換器41を備える高圧再生ダクト6内に排出されることを示している。ここでは作動ガス81は20バールの圧力および200℃の温度で高圧圧縮機36から排出されると仮定する。
FIG. 1 shows that at the outlet of the high-
高圧再生ダクト6内を循環することによって、作動ガス81は、隣接する低圧再生ダクト7内を循環する高温作動ガス81によって650℃の温度まで予熱される。
By circulating in the high-pressure regeneration duct 6, the working
簡単にするために、再生熱交換器5の効率は100パーセントであると考える。これは、低圧再生ダクト7内を循環する作動ガス81が650℃の温度で低圧再生ダクト7に入り、200℃の温度で上記ダクト7を出たあと、機関出口ダクト33を介して大気中に放出される一方、高圧再生ダクト6内を循環する作動ガス81は200℃の温度で高圧再生ダクト6に入り、650℃の温度で出ることを意味する。
For simplicity, consider that the efficiency of the regenerative heat exchanger 5 is 100%. This is because the working
高圧再生ダクト6を出ると、上記作動ガス81は、熱源12によって1,400℃まで過熱され、この熱源12は、本例示的実施形態によれば、燃料バーナ38から構成される。
Upon leaving the high-pressure regeneration duct 6, the working
バーナ38を出ると、作動ガス81は、高温ガス取り入れダクト19によって、ガスエキスパンダ78に運ばれる。ガスエキスパンダ78は、実際には、特許出願FR第15 51593号の主題である伝達−膨張および再生熱機関のエキスパンダシリンダ13である。
Upon leaving the
高温ガス取り入れダクト19は、エキスパンダシリンダ13の一方の端部または他方の端部を覆うエキスパンダシリンダのヘッド14へのその接続部分まで高温耐性を有するセラミックから作られるのが好ましいことに注目されたい。したがって、このダクト19の温度は、上記ダクト19内を循環する作動ガス81がその全経路に沿ってその温度を保持するように、ほぼ1,400℃に等しく維持される。
It is noted that the hot gas intake duct 19 is preferably made of a high temperature resistant ceramic up to its connection to the
したがって、図1に示すように、エキスパンダシリンダ13の各端部は、二重作用エキスパンダピストン15とともに2つの伝達−膨張チャンバ16を画定するように、エキスパンダシリンダヘッド14で覆われている。各シリンダヘッドは吸気調量弁24と排出調量弁31とを有することにも注目されたい。
Thus, as shown in FIG. 1, each end of the
本発明による再生冷却システム100のおかげで、伝達−膨張および再生熱機関は高温であるが、エキスパンダシリンダ13とエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14とは700℃に近い温度に維持される。これにより、上記シリンダ13および上記シリンダヘッド14を、ステンレス鋼またはフェライトシリコン鋳鉄などのセラミックよりも安価で一般的な材料から構成することが可能になる。
Thanks to the
二重作用エキスパンダピストン15に関して、および本発明の再生冷却システム100のこの非限定的な例によれば、それは窒化ケイ素から製造される。上記ピストン15の平均動作温度は約800℃である。
With respect to the dual-action expander piston 15 and according to this non-limiting example of the
図1において、上記ピストン15が機械的伝達手段19によって動力出力シャフト17に接続され、上記手段19は特にクランク43に連接されたコンロッド42から構成されることに気付くであろう。
In FIG. 1 it will be noted that the piston 15 is connected to the
作動ガス81は20バールの圧力まで上昇し、したがって、1,400℃の温度が、対応する吸気調量弁24によって一方または他方の伝熱−膨張チャンバ16に導入される。
The working
吸気調量弁24によって開放状態に保持されたオリフィスを通過すると、上記ガス81は、わずかに冷却し始める、特に、それが通過するエキスパンダシリンダのヘッド14の内壁と接触すると、およびそれが二重作用エキスパンダピストン15によってそこで膨張されるために導入される伝熱−膨張チャンバ16の内壁と接触すると、わずかに冷却し始める。上記壁は、先に見たように、再生冷却システム100によって700℃に維持されている。
Upon passing through the orifice held open by the
この地点で、作動ガス81は、エキスパンダシリンダのヘッド14の内壁、および伝熱−膨張チャンバ16の内壁を一掃することによって平均100℃を失うと仮定する。結果、作動ガス81の温度は、高温ガス取り入れダクト19から伝熱−膨張チャンバ16へ移動する間に低下して、1,400℃から1,300℃に移動する。
At this point, it is assumed that the working
所望量の作動ガス81が対応する吸気調量弁24によって伝熱−膨張チャンバ16に効果的に導入されると、吸気調量弁24は閉鎖され、二重作用エキスパンダピストン15が上記ガス81を膨張させる。そうすることで、ピストン15は、上記ガス81によって生成された仕事を収穫して、この仕事を、特にコンロッド42およびクランク43を介して、動力出力シャフト17に伝達する。
When the desired amount of working
作動ガス81が二重作用エキスパンダピストン15によって膨張させられると、そのガス81の圧力は約1絶対バールだけ低下する。同じことがこのガス81の温度にも当てはまり、温度は1,300℃から550℃まで変化する。
When the working
二重作用エキスパンダピストン15が下死点に達すると、排気調量弁31が開き、上記ピストン15は上記ガス81をチャンバ入口ダクト84に排出し、チャンバ入口ダクト84は上記ガス81をチャンバ入口ポート82へ運ぶ。
When the dual action expander piston 15 reaches the bottom dead center, the exhaust metering valve 31 opens, the piston 15 discharges the
次いで、作動ガス81はガス循環空間80に入り、この空間を経由してチャンバ出口ポート83に仕向けられる。そうすることで、上記ガス81は、エキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14の高温の外壁を一掃する。上記外壁は、上記ガス81がこれらの壁と接触して循環するときに作動ガス81に上記壁から多かれ少なかれ熱を奪わせる強制対流を引き起こすために全体的または部分的に粗面化されるようにおよび/または幾何学的パターンが点在するように設計されている。
Then, the working
さらに、冷却チャンバ79の内部形状および/またはエキスパンダシリンダ13の外部形状および/またはエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14の外部形状は、有利には、作動ガス81の全部または一部が、チャンバ入口ポート82からガス循環空間80を介してチャンバ出口ポート83に至る1つの経路またはいくつかの同時の経路をたどることを強いるチャネルを形成し得る。
Furthermore, the internal shape of the cooling chamber 79 and / or the external shape of the
作動ガス81の強制対流および強制経路の二重戦略が、第1に、エキスパンダシリンダ13のおよびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14の高温の外壁から上記ガス81へ熱を排出するゾーンを選択すること、第2に、上記ガス81によって一掃される上記ゾーンの順番を選択すること、そして第3におよび最後に、上記ガス81の経路に沿った強制対流の強度を選択することを可能にすることが理解されよう。
The dual strategy of forced convection and forced path of the working
いずれにしても、冷却チャンバ79を移動する間に、作動ガス81の温度は、エキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14の高温の外壁から、そのガス81の温度が550℃から650℃まで徐々に変化する点まで熱を引く。そうすることで、および作動ガス81のために選択された強制対流および経路の戦略と関連して、ガスは、エキスパンダシリンダ13の温度およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14の温度を均質化し、その温度は700℃近くに維持される。
In any case, while moving through the cooling chamber 79, the temperature of the working
作動ガス81が650℃のその新しい温度に達すると、ガス81はチャンバ出口ポート83に到達し、チャンバ出口ダクト86を介して低圧再生ダクト7に戻る。
When working
先行の記載から理解されるように、低圧再生ダクト7を循環することによって、および機関出口ダクト33を介して大気中に放出される前に、チャンバ出口ポート83から排出された作動ガス81は、その熱の大部分を隣接する高圧再生ダクト6内を循環する作動ガス81に与える。
As will be appreciated from the preceding description, the working
最終的にそして本発明による再生冷却システム100のおかげで、エキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14を約700℃の温度に維持するためにそれらから抽出された熱は純粋な損失として放散されない。
Finally and thanks to the
実際に、その熱は、エキスパンダシリンダ13に送られ次いで伝熱−膨張チャンバ16に導入される前に作動ガス81を1,400℃の温度にするために燃料バーナ38によって提供されることを必要とする熱の一部に取って代わるために再生熱機関1の熱力学的サイクルに再導入される。
In fact, that heat is provided by the
図1において、流量制御弁85を備えるチャンバ迂回ダクト87に気付くだろう。同じく図1において、チャンバ出口ダクト86が同様に流量制御弁85を有することに気付くだろう。これら2つの弁85は、本発明による再生冷却システム100の変形実施形態を構成し、エキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14の温度を調節するために設けられている。
In FIG. 1, you will notice a chamber bypass duct 87 with a flow control valve 85. Also in FIG. 1, you will notice that the
実際に、その温度が高すぎると、チャンバ迂回ダクト87の流量制御弁85が上記迂回ダクト87を閉鎖し、一方でチャンバ出口ダクト86の流量制御弁85がその出口ダクト86を開放する。これは伝熱−膨張チャンバ16からそれぞれの排気調量弁31によって排出された作動ガス81を強制的に循環空間80を通過させて低圧再生ダクト7に戻す効果を有する。
In fact, if the temperature is too high, the flow control valve 85 of the chamber bypass duct 87 will close the bypass duct 87, while the flow control valve 85 of the
他方、エキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14の温度が低すぎると、チャンバ迂回ダクト87の流量制御弁85はその迂回ダクト87を開放し、一方でチャンバ出口ダクト86の流量制御弁85は閉鎖される。これは、それぞれの排気調量弁31によって伝熱−膨張チャンバ16から排出された作動ガス81がガス循環空間80を通過して低圧再生ダクト7に戻るのを防止する効果を有する。したがって、上記ガス81は、チャンバ迂回ダクト87を介して直接上記ダクト7に戻る。
On the other hand, if the temperatures of the
実用においては、流量制御弁85が全開または全閉のいずれかであることはめったにないこと、および、上記弁85は、ガス循環空間80を循環する作動ガス81の流速を急激に変化させることなく、エキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14の温度を調節するために、わずかに開放した状態に維持することができることは理解されよう。
In practical use, the flow control valve 85 is rarely either fully open or fully closed, and the valve 85 does not suddenly change the flow rate of the working
上記温度の調節は、例えば、少なくとも1つの温度センサと、1つのマイクロコントローラとから構成された制御装置を必要とし、温度センサおよびマイクロコントローラは、それ自体既知であり、それぞれが流量制御弁85を開閉するように作動させるようにあらゆる種類のサーボモータを制御することを可能にすることも理解されよう。 The temperature adjustment requires, for example, a control device composed of at least one temperature sensor and one microcontroller, which are known per se and each have a flow control valve 85. It will also be appreciated that it is possible to control any kind of servomotor to operate to open and close.
本発明による再生冷却システム100の特定の実施形態によれば、流量制御弁85は、同じサーボモータを共有するために機械的連結部によって一緒に接続することもできる。この場合、上記連結部は、第1の弁85が閉鎖されたときに第2の弁85が開放されること、またその逆が確実に行われるようにする。
According to a particular embodiment of the
本発明による再生冷却システム100は、特に、本出願人に属する特許出願FR第15 51593号の主題である伝熱−膨張および再生熱機関を実施するときに、多くの利点をもたらすことを先の記載から容易に結論付けるであろう。
The
第1の利点として、エキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14を炭化ケイ素などのセラミック材料から製造する必要がなくなる。実際に、この種の材料は、その高い硬度のために従来の切削工具または研磨工具を使用して機械加工することを困難にするので、製造費が高くつくことが知られている。本発明による再生冷却システム100のおかげで、そのようなセラミックを鋳鉄またはステンレス鋼で置き換えることが可能である。これは、伝熱−膨張および再生熱機関の製造販売価格を大幅に下げ、これは特にそのような機関が自動車市場に参入するために決定的である。
First, there is no need to manufacture the
第2の利点として、エキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14はより低温であるので、本出願人に属する2015年9月14日の特許出願FR第15 58585号の主題である適応支持を有する二重作用エキスパンダシリンダの中空ピラーを製造するために、石英などの非常に低い熱伝導率および高い圧縮強度を有する材料を使用することができる。実際、石英は1300℃の温度に適応しないが、それは700℃の温度に完全に適応する。ここで、問題の適応支持を有する二重作用エキスパンダシリンダは、伝熱−膨張および再生熱機関の重要な改良の1つであることを覚えておくこと。
As a second advantage, since the
第3の利点として、エキスパンダシリンダのシリンダヘッド14は700℃に維持されるので、それらは、これらの温度レベルに適応する既存の窒化ケイ素弁を使用してもよい。そのような弁は、例えば「NGK」社によって開発されており、特に、第5回欧州FP5−GROWTHプログラムの枠組みにおいて資金を提供された「LIVALVES」と題されたプロジェクトNo.G3RD−CT−2000−00248という状況において、それらの低コスト産業化のための調査の主題であった。
Third, because the
第4の利点として、エキスパンダシリンダ13の内壁の温度が700℃付近に維持されるので、本出願人に属する特許出願FR第15 51593号で提案されたようなエアクッションセグメントを、これらの温度レベルに耐久性のある超合金から製造することができ、この際、特に、伝熱−膨張および再生熱機関が停止されるときおよびそれが冷える前、そのセグメントが700℃よりも著しく高い温度にさらされるリスクはない。
A fourth advantage is that, since the temperature of the inner wall of the
第5の利点として、特許出願FR第15 51593号の主題である伝熱−膨張および再生熱機関に適用される場合、本発明による再生冷却システム100は、エキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14を取り囲む遮熱材88の温度露出を制限することを可能にする。実際に、冷却チャンバ79は一方ではこれらシールド88と、他方では上記シリンダ13および上記シリンダヘッドとの間に挿入される。したがって、上記シールド88の販売価格および耐久性が大幅に改善される。
As a fifth advantage, when applied to the heat transfer-expansion and regenerative heat engine which is the subject of patent application FR 15 51 593, the
これらの利点は、伝熱−膨張および再生熱機関の最終エネルギー効率を妨げることなく得られる。 These advantages are obtained without interfering with the final energy efficiency of the heat transfer-expansion and regenerative heat engine.
対照的に、本発明による再生冷却システム100は、一方ではエキスパンダシリンダ13およびエキスパンダシリンダのシリンダヘッド14を構成する材料の温度抵抗性と、他方では燃料バーナ38から出る作動ガス81の温度との間の特許出願FR第15 51593号による既存の関係性を切り離すことを可能にする。
In contrast, the
ある程度、本発明による再生冷却システム100のおかげで、伝熱−膨張および再生熱機関の最終効率を向上させるために、および機関を構成する主要な要素の温度安定性を妥協することなく、燃料バーナ38から出る作動ガス81の温度を上昇させることが考えられる。
To some extent, thanks to the
特許出願FR第15 51593号の主題である伝熱−膨張および再生熱機関に加えて、本発明による再生冷却システム100は、その構成および温度特性が上記システム100に適応する他の任意の再生熱機関1に有利に適用できることに留意されたい。
In addition to the heat transfer-expansion and regenerative heat engine that is the subject of patent application FR 15 51 593, the
したがって、本発明による再生冷却システム100の可能性は、今記載した用途に限定されるものではなく、前述の記載は例としてのみ与えられたものであり、記載された実行の詳細をいずれの他の均等物で置き換えることによっても回避されない上記発明の範囲を決して限定しないことをさらに理解されたい。
Therefore, the potential of the
Claims (6)
・前記ガスエキスパンダ(78)および/または前記熱源(12)および/または前記熱源(12)を前記エキスパンダ(78)に接続する高温ガス取り入れダクト(19)を全体的または部分的に取り囲む少なくとも1つの冷却チャンバ(79)であって、一方で前記チャンバ(79)および/または他方で前記エキスパンダ(78)および/または前記熱源(12)および/または前記ダクト(19)の間のガス循環空間(80)を開放したままにしておく少なくとも1つの冷却チャンバ(79)と、
・前記ガスエキスパンダ(78)の出口に直接または間接的に接続され、それによって前記エキスパンダ(78)から前記出口を介して排出された前記作動ガス(81)の一部または全部が前記ガス循環空間(80)に入ることができる少なくとも1つのチャンバ入口ポート(82)と、
・前記低圧再生ダクト(7)に直接または間接的に接続され、それによって前記作動ガス(81)が前記低圧ダクト(7)に導入される前に前記ガス循環空間(80)を出ることができる少なくとも1つのチャンバ出口ポート(83)と
を備えることを特徴とする、再生冷却システム(100)。 A regenerative cooling system (100) designed for a regenerative heat engine (1), said regenerative heat engine (1) comprising at least one regenerative heat exchanger (5) having a high-pressure regenerative duct (6). The working gas (81) precompressed by the compressor (2) circulates in the high-pressure regeneration duct (6) so as to be preheated there, while the gas at the outlet of the duct (6) (81) is superheated by a heat source (12) and then introduced into a gas expander (78) where it is expanded to perform work on a power output shaft (17), and the gas (81) is then The gas is discharged at the outlet of the gas expander (78) and introduced into the low-pressure regeneration duct (7) of the regenerative heat exchanger (5). The gas (81) circulates in the duct (7), Most of that residual heat The delivery to the working gas (81) for circulating the high pressure regeneration duct (6) within said system (100),
At least totally or partially surrounding the gas expander (78) and / or the heat source (12) and / or the hot gas intake duct (19) connecting the heat source (12) to the expander (78); Gas circulation between one cooling chamber (79), on the one hand said chamber (79) and / or on the other hand said expander (78) and / or said heat source (12) and / or said duct (19) At least one cooling chamber (79) leaving the space (80) open;
A direct or indirect connection to the outlet of the gas expander (78), whereby some or all of the working gas (81) discharged from the expander (78) via the outlet is the gas At least one chamber inlet port (82) capable of entering the circulation space (80);
Connected directly or indirectly to the low pressure regeneration duct (7) so that the working gas (81) can exit the gas circulation space (80) before being introduced into the low pressure duct (7). A regenerative cooling system (100), comprising at least one chamber outlet port (83).
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004084564A (en) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Toyota Motor Corp | Exhaust heat recovering device |
JP2014522938A (en) * | 2011-06-28 | 2014-09-08 | ブライト エナジー ストレージ テクノロジーズ,エルエルピー. | Quasi-isothermal compression engine with separate combustor and expander and corresponding system and method |
JP2018508689A (en) * | 2015-01-30 | 2018-03-29 | ラビー, ヴィアニーRABHI Vianney | Transmission / expansion / regenerative combustion engine |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1551593A (en) | 1967-05-08 | 1968-12-27 | ||
FR1558585A (en) | 1968-01-18 | 1969-02-28 | ||
US3995431A (en) * | 1972-08-10 | 1976-12-07 | Schwartzman Everett H | Compound brayton-cycle engine |
DE2518554A1 (en) * | 1975-04-25 | 1976-11-11 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Continuous combustion type IC engine - has heat exchanger, combustion chamber, reciprocating rotary piston compressor and/or expander |
US7186101B2 (en) | 1998-07-31 | 2007-03-06 | The Texas A&M University System | Gerotor apparatus for a quasi-isothermal Brayton cycle Engine |
CN101484675B (en) * | 2006-05-02 | 2012-01-25 | 燃烧室能源系统有限公司 | Indirect-fired gas turbine power plant |
FR2904054B1 (en) * | 2006-07-21 | 2013-04-19 | Guy Joseph Jules Negre | CRYOGENIC MOTOR WITH AMBIENT THERMAL ENERGY AND CONSTANT PRESSURE AND ITS THERMODYNAMIC CYCLES |
GB0822720D0 (en) * | 2008-12-12 | 2009-01-21 | Ricardo Uk Ltd | Split cycle reciprocating piston engine |
US8146542B2 (en) * | 2009-07-29 | 2012-04-03 | International Engine Intellectual Property Company Llc | Adaptive EGR cooling system |
CN102840026B (en) * | 2011-06-23 | 2016-07-06 | 湖南大学 | A kind of system utilizing air circulation and stress engine exhaust gas waste heat energy |
CN104153910A (en) * | 2014-07-15 | 2014-11-19 | 合肥工业大学 | Opened circulating Stirling engine |
-
2017
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004084564A (en) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Toyota Motor Corp | Exhaust heat recovering device |
JP2014522938A (en) * | 2011-06-28 | 2014-09-08 | ブライト エナジー ストレージ テクノロジーズ,エルエルピー. | Quasi-isothermal compression engine with separate combustor and expander and corresponding system and method |
JP2018508689A (en) * | 2015-01-30 | 2018-03-29 | ラビー, ヴィアニーRABHI Vianney | Transmission / expansion / regenerative combustion engine |
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