可变体积转移滑梭舱及阀机构制造技术

一种发动机包含：压缩室，其吸入并压缩工作流体；膨胀室，其使工作流体膨胀并排出工作流体；及转移室，其从所述压缩室接收工作流体且将工作流体转移到所述膨胀室，其中所述转移室的内部体积在工作流体的所述转移期间减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请案主张于2014年1月20日提出申请的第61/929,143号美国临时申请案的权益，所述美国临时申请案的内容以全文引用方式并入本文中。
本专利技术涉及分离循环式发动机，所述分离循环式发动机并入可大体来说增强发动机性能的众多改进及设计特征。特定来说，本专利技术可增加分离循环式发动机压缩比。本专利技术还可通过在压缩行程期间提供较凉工作流体，且在膨胀行程期间提供较热工作流体而提高工作流体温度差异。可通过减少通常驻存于分离循环式发动机的各种组件内的死体积且连接用作压缩气缸(冷)出口与膨胀气缸(热)进口之间的流体连接通路的管而实现所述改进。所减少死体积可使得能够利用较高压缩比，所述较高压缩比又产生较高功率密度输出及经改进效率。具有较高经压缩工作流体在外燃机(EC发动机)中实现更高效热转移。
技术介绍
EC发动机(举例来说，例如斯特林(Stirling)发动机)使用其热气缸与其冷气缸之间的温度差来建立工作流体的固定质量的封闭循环，所述工作流体经加热且膨胀并且经冷却且压缩，因此将热能转换成机械能。工作流体的热状态与冷状态之间的温度差越大，热效率越大。最大理论效率来源于卡诺(Carnot)循环；然而真实发动机的效率由于各种损失而小于此值。与蒸汽机及内燃机相比，斯特林发动机以其潜在的高效率、其安静的操作及使用几乎任何热源或燃料用于其操作的能力而著名。此与替代能源及可再生能源的兼容性已随着化石燃料的价格上涨且还鉴于例如气候改变及有限石油资源等问题而变得日益显著。斯特林发动机(具有且不具有再生器)在冷气缸与热气缸之间具有连接管。此管的体积(通常被视为“死体积”)导致主要效率损失。考虑经由管路连接到死体积的理想斯特林发动机。在循环的高压力部分期间，来自发动机的热空气与死体积中的较冷空气混合，
此导致效率的损失。此在循环的低压力部分期间也是如此，这是因为在发生压缩的发动机的部分处暖空气与较凉空气混合。相同情况将适用于任何其它死体积，例如置换器室内的死体积。为描述更清楚，将较冷空气与较暖空气混合在一起增加熵但减小为解决这些问题，再生器(或省煤器，如罗伯特斯特林(Robert Stirling)所称)经开发以增加斯特林发动机的效率。设计最初为位于环带中的大量钢丝，当工作流体通过环带时，其吸收过多能量。再生器基本上为预冷却器(其减少主冷却器上的热负荷)，以及预加热器(其减少主加热器用以加热工作流体所需要的能量)。
技术实现思路
本文中揭示用以以及时方式管理工作流体的转移且减少从分离循环式发动机的冷室到热室的压力能量损失的不同且有效机构。此可使用转移滑梭(shuttle)舱及阀系统来实现，所述转移滑梭舱及阀系统可借助高水平的密封而为耐用的。本文中所描述的系统及方法可借助冷气缸与热气缸之间的最小“死体积”来将冷气缸与热气缸分离，因此增加有效发动机压缩比及效率。鉴于已知类型的外部热发动机中固有的缺点，本文中所揭示的实施例包含转移滑梭舱及阀机构(TSCVM)作为外部热发动机的一部分(其也可为内燃机的一部分)，所述外部热发动机比常规外部热发动机(举例来说，各种斯特林发动机配置)提供对温度差异化气缸的更高效利用。一些实施例利用新颖TSCVM用于借助冷室与热室之间的最小“死体积”来促进工作流体从冷室到热室的高效且可靠转移。在示范性实施例中，TSCVM外部热发动机包含：一个气缸，其耦合到第二气缸；一个活塞，其定位于第一气缸内且经配置以执行吸入行程及压缩行程；及第二活塞，其定位于所述第二气缸内且经配置以执行膨胀行程及排出行程。所述第一气缸(代表冷(压缩)气缸)及所述第二气缸(代表热(膨胀)气缸)可被视为可通过TSCVM的往复运动直接地或间接地耦合的两个单独室，其中第一(冷)室驻存于冷气缸中，第二(热)室驻存于热气缸中。第三(转移)室驻存于TSCVM内且通过首先耦合到冷室且接着耦合到热室而将工作流体从一个室转移到另一室。在示范性实施例中，转移室的加热或冷却可经应用以获得额外效率。在又一示范性实施例中，第四(贮槽)室用于在于吸入行程期间被吸到冷气缸中之前冷却工作流体。热气缸在排出行程期间将热工作流体排到此第四(贮槽)室中。三通阀将冷室与贮槽室耦合及解耦。在又一示范性实施例中，相同三通阀还将热气缸内的第二热
室与贮槽室耦合及解耦。在又一示范性实施例中，发动机包含两个活塞连接杆及一曲轴，所述曲轴用于致动两个气缸内的两个活塞。所述两个连接杆将相应活塞连接到所述曲轴。所述曲轴将旋转运动转换成压缩活塞的往复运动。压缩曲轴弯程相对角相对于膨胀曲轴弯程可不同于彼此，因此实施相位角延迟(相位滞后)，使得压缩气缸的活塞在膨胀气缸的活塞前面移动。在一些实施例中，相位滞后可为如此，使得膨胀气缸的活塞在压缩气缸的活塞前面移动。所述两个活塞及两个气缸可设计为彼此呈直列式(平行)或彼此相对。在具有两个活塞及两个气缸的直列式配置的一个此实施例中，可安装低导热材料的绝缘层(举例来说)以将相对冷第一室与相对热第二室分离，如所属领域中通常已知的。在一些示范性实施例中，TSCVM可由数个组件构造而成：舱(滑阀)气缸、位于所述舱气缸内的舱滑梭、转移室端口、舱连接杆及舱曲轴。压缩气缸可具有输出端口且膨胀气缸可具有进口端口。取决于由于舱往复运动所致的滑梭舱(指的是舱气缸)的相对瞬时位置，所述转移室可耦合到压缩气缸输出端口及膨胀气缸进口端口或者与压缩气缸输出端口及膨胀气缸进口端口解耦。在另一实施例中，一种发动机包含：压缩室，其吸入并压缩工作流体；膨胀室，其使工作流体膨胀并排出工作流体；及转移室，其从所述压缩室接收工作流体且将工作流体转移到所述膨胀室，其中所述转移室的内部体积在工作流体的所述转移期间减小。在所述工作流体的转移期间减小所述转移室的所述内部体积可有利地增加所述发动机的效率。举例来说，减小体积可在转移之前进一步增加所述工作流体的压力，因此增加发动机的压缩比。所述发动机可为外部分离循环式发动机及内部分离循环式发动机或任何发动机。在又一实施例中，工作流体在所述转移室的所述内部体积中进一步被压缩。在又一实施例中，所述发动机包含热交换器，所述热交换器用于将来自外部热源的热能转移到工作流体。在又一实施例中，所述发动机包含将工作流体从所述膨胀室投送到所述压缩室的导管。在又一实施例中，所述发动机包含位于所述导管中的冷却室。在又一实施例中，所述发动机包含位于所述导管中的阀，所述阀将所述压缩室与所述膨胀室流体耦合及解耦。在又一实施例中，所述发动机包含位于所述发动机内侧的点火源，所述点火源起始膨胀。在又一实施例中，所述发动机包含所述转移室的转移端口，所述转移端口替代地流
体耦合到所述压缩室的出口端口及所述膨胀室的进口端口。在再一实施例中，在所述发动机的循环的一部分期间，所述转移端口同时将所述压缩室的所述出口端口与所述转移室的所述转移端口以及将所述膨胀室的所述进口端口与所述转移室的所述转移端口耦合。在又一实施例中，所述转移室包括转移气缸、转移气缸挤压部及转移气缸外壳，其中所述转移气缸定位于所述转移气缸外壳内且相对于所述转移气缸外壳移动，且其中所述转移气缸挤压部定位于所述转移气缸内且不相对于所述转移气缸外壳移动。在再一实施例中，所述挤压部为抛物线形的。在再一实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机，其包括：压缩室，其吸入并压缩工作流体；膨胀室，其使工作流体膨胀并排出工作流体；及转移室，其从所述压缩室接收工作流体且将工作流体转移到所述膨胀室，其中所述转移室的内部体积在工作流体的所述转移期间减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.20 US 61/929,1431.一种发动机，其包括：压缩室，其吸入并压缩工作流体；膨胀室，其使工作流体膨胀并排出工作流体；及转移室，其从所述压缩室接收工作流体且将工作流体转移到所述膨胀室，其中所述转移室的内部体积在工作流体的所述转移期间减小。2.根据权利要求1所述的发动机，其中工作流体在所述转移室的所述内部体积中进一步被压缩。3.根据权利要求1所述的发动机，其进一步包括热交换器，所述热交换器用于将来自外部热源的热能转移到工作流体。4.根据权利要求3所述的发动机，其进一步包括将工作流体从所述膨胀室投送到所述压缩室的导管。5.根据权利要求4所述的发动机，其进一步包括位于所述导管中的冷却室。6.根据权利要求4所述的发动机，其进一步包括位于所述导管中的阀，所述阀将所述压缩室与所述膨胀室流体耦合及解耦。7.根据权利要求1所述的发动机，其进一步包括位于所述发动机内侧的点火源，所述点火源起始膨胀。8.根据权利要求1所述的发动机，其进一步包括所述转移室的转移端口，所述转移端口替代地流体耦合到所述压缩室的出口端口及所述膨胀室的进口端口。9.根据权利要求8所述的发动机，其中在所述发动机的循环的一部分期间，所述转移端口同时将所述压缩室的所述出口端口与所述转移室的所述转移端口以及将所述膨胀室的所述进口端口与所述转移室的所述转移端口耦合。10.根据权利要求1所述的发动机，其中所述转移室包括转移气缸、转移气缸挤压部及转移气缸外壳，其中所述转移气缸定位于所述转移气缸外壳内且相对于所述转移气缸外壳移动，且其中所述转移气缸挤压部定位于所述转移气缸内且不相对于所述转移气缸外壳移动。11.根据权利要求10所述的发动机，其中所述挤压部为抛物线形的。12.根据权利要求10所述的发动机，其进一步包括介于所述转移气缸与转移气缸外壳之间及介于所述转移气缸与转移气缸挤...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡戈·本杰明·托尔，奥代德·托尔，吉拉德·托尔，埃胡德·西旺，麦克·H·沃尔，
申请(专利权)人：托尔发动机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US