热力发动机制造技术

一种热力发动机(100)。在一个实施例中，热力发动机(100)包括压缩机(10a、10b、11)；膨胀器(20a、20b、21)；反应器(40)，在反应器中，工作流体中的第一反应物和第二反应物可以相互反应，反应器(40)布置在压缩机(10a、10b、11)和膨胀器(20a、20b、21)之间；以及冷凝器(50)，用于冷凝工作流体中的气体，冷凝器布置在膨胀器(20a、20b、21)和压缩机(10a、10b、11)之间。还提供了一种操作热力发动机的方法。

Thermal engine

A thermal engine (100). In one embodiment, the thermal engine (100) includes a compressor (10a, 10b, 11); an expander (20a, 20b, 21); a reactor (40), in which the first and second reactants in the working fluid can react with each other, and the reactor (40) is arranged between the compressor (10a, 10b, 11) and the expander (20a, 20b, 21); and a condenser (50) for condensing the Gas and condenser are arranged between expander (20a, 20b, 21) and compressor (10a, 10b, 11). A method for operating a thermal engine is also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热力发动机本专利技术涉及一种热力发动机。一个多世纪以来，研究人员和工程师一直关注热量向机械功的有效转化，近年来，在政府监管和消费者需求的推动下，人们越来越关注能源效率和来自发电的污染物排放。因此，有一种持续的动力来改进热力发动机技术，以适应各种各样的应用。这种努力的例子包括BellMA、PartridgeT.的ThermodynamicdesignofareciprocatingJoule-cycleengine(往复焦耳循环发动机的热力学设计)，Proc.Inst.Mech.Eng.；电力和能源杂志，2003年第217卷第239-246页，MossRW等人，ReciprocatingJoulecycleenginefordomesticCHPsystems(家用热电联产系统往复焦耳循环发动机)，应用能源，2005年第80卷第169-185页，美国专利文件3,577,729和4,044,558以及国际专利申请WO2010/116172。概述本专利技术涉及一种用于将来自固体、液体或气体燃料的能量转化为例如电能、液压能或气动能的发动机概念。其旨在用于诸如发电、热电联供系统、推进系统以及目前使用常规燃烧发动机或其他类型能量变换器的其他应用中。根据本专利技术的第一方面，提供了一种热力发动机，其包括压缩机；膨胀器；第一导管，其将压缩机的出口流体地联接到膨胀器的进口；第二导管，其将膨胀器的出口流体地联接到压缩机的进口；反应器，其中工作流体中的第一反应物和第二反应物可以相互反应，该反应器在压缩机和膨胀器之间布置在第一导管中；以及冷凝器，其用于冷凝工作流体中的气体，冷凝器在膨胀器和压缩机之间布置在第二导管中。在一个实施例中，压缩机包括压缩室和可在所述压缩室内往复运动的第一正位移(positivedisplacement)构件，并且膨胀器包括膨胀室和可在所述膨胀室内往复运动的第二正位移构件。在一个实施例中，第一正位移构件和第二正位移构件机械地联接成以自由活塞的构造一致地往复运动。在一个实施例中，第一正位移构件和第二正位移构件通过曲轴连接。根据本专利技术的第二方面，提供了热力发动机，包括：压缩室；第一正位移元件，其可在所述压缩室内往复运动；膨胀室；第二正位移元件，其可在所述膨胀室内往复运动；其中所述第一正位移元件和所述第二正位移元件机械地联接成以自由活塞的构造一致的往复运动；第一导管，其将压缩室的出口流体地联接到膨胀室的进口；第二导管，其将膨胀室的出口流体地联接到压缩室的进口；反应器(40)，其中工作流体中的第一反应物和第二反应物可以相互反应，反应器(40)在压缩室(10a、10b)和膨胀室(20a、20b)之间布置在第一导管(31、32)中；和冷凝器(50)，其用于在第二导管(33、34)中冷凝工作流体中的气体，冷凝器在膨胀室(20a、20b)和压缩室(10a、10b)之间布置在第二导管(33、34)中。热力发动机还可以包括第一供应管线，其被配置成用于将第一反应物供应到第一导管和/或第二导管中。反应器可以包括第二供应管线，其用于将第二反应物供应到工作流体中。冷凝器可以包括排出管线，其用于从冷凝器排出冷凝物。冷凝器可以包括冷却回路，其用于冷却来自膨胀室的工作流体。热力发动机还可以包括工作流体。工作流体可以包括稀释剂，工作流体中的稀释剂的浓度为按体积计至少5％，或按体积计至少10％，或按体积计至少20％，或按体积计至少30％，或按体积计至少40％，或按体积计至少50％，或按体积计至少60％，或按体积计至少70％，或按体积计至少80％。稀释剂具有至少1.4、或至少1.45、或至少1.5、或至少1.6的比热比。稀释剂可以是Ar、He、Ne、Kr、或Xe。工作流体中的N2的浓度可以为按体积计小于70％，按体积计小于60％，按体积计小于50％，按体积计小于40％，按体积计小于30％，按体积计小于20％，按体积计小于10％，或按体积计小于5％。热力发动机还可以包括用于控制工作流体流入压缩室中的第一阀；用于控制工作流体流出压缩室的第二阀；用于控制工作流体从压缩室流入膨胀室中的第三阀；和用于控制工作流体流出膨胀室的第四阀。热力发动机还可以包括传感器，该传感器适于输出对应于第一正位移元件和第二正位移元件的位置和/或速度的信号；以及控制器，其用于根据由传感器输出的信号持续控制第三阀和/或第四阀和/或第二反应物向反应器的供应速率。控制器可以被配置成控制第一阀、第二阀、第三阀和第四阀(36、37、38、39、40)。第二位移构件可以将膨胀室分成两个膨胀子室。第三阀可适于控制工作流体交替地流到每个膨胀子室。第一位移构件可以将压缩室分成两个压缩子室。第一阀可适于控制工作流体交替地流到每个压缩子室。热力发动机还可以包括能量转换装置，该能量转换装置包括至少一个可往复运动元件，该至少一个可往复运动元件被联接以用于与所述第一位移构件和第二位移构件一起往复运动。能量转换装置可以位于压缩室和膨胀室之间。压缩机可以是涡轮机，并且膨胀器可以是涡轮机。压缩机和膨胀气缸可以通过轴连接。根据本专利技术的第三个方面，提供了热力发动机(101)，包括：反应器；冷凝器(50)，其用于冷凝热力发动机(101)的工作流体中的气体，第一导管(33)，其将反应器的出口(71)流体地联接至冷凝器(50)的进口(56)；和第二导管(34)，其将冷凝器(50)的出口(55)流体地联接到反应器的进口(72)。反应器可以是内燃发动机的燃烧室。热力发动机还可以包括第一供应管线(35)，其被配置为用于将第一反应物供应到第一和/或第二导管(33、34)中。热力发动机可以包括第二供应管线(41)，用于将第二反应物供应到工作流体中。第二供应管线(41)可以被配置为将第二反应物；供应到第二导管(34)中，或者供应到反应器中。冷凝器(50)可以包括排出管线(54)，用于从冷凝器(50)排出冷凝物。冷凝器(50)可以包括冷却回路(53、57)，用于冷却工作流体。热力发动机可进一步包括工作流体，其中工作流体包括稀释剂，工作流体中的稀释剂的浓度为按体积计至少5％，或按体积计至少10％，或按体积计至少20％，或按体积计至少30％，或按体积计至少40％，或按体积计至少50％，或按体积计至少60％，或按体积计至少70％，或按体积计至少80％。稀释剂可以具有至少1.4、或至少1.45、或至少1.5、或至少1.6的比热比。稀释剂可以是Ar、He、Ne、Kr、或Xe。工作流体中的N2的浓度可以是按体积计小于70％，按体积计小于60％，按体积计小于50％，按体积计小于40％，按体积计小于30％，按体积计小于20％，按体积计小于10％，或按体积计小于5％。根据本专利技术的第四方面，提供了一种操作根据第一、第二或第三方面的热力发动机的方法，该方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热力发动机(100)，包括；/n压缩机(10a、10b、11)；/n膨胀器(20a、20b、21)；/n第一导管(31、32)，所述第一导管将所述压缩机(10a、10b、11)的出口流体地联接到所述膨胀器(20a、20b、21)的进口；/n第二导管(33、34)，所述第二导管将所述膨胀器(20a、20b、21)的出口流体地联接到所述压缩机(10a、10b、11)的进口；/n反应器(40)，在所述反应器中，工作流体中的第一反应物和第二反应物能够相互反应，所述反应器(40)在所述压缩机(10a、10b、11)和所述膨胀器(20a、20b、21)之间布置在所述第一导管(31、32)中；和/n冷凝器(50)，其用于冷凝所述工作流体中的气体，所述冷凝器在所述膨胀器(20a、20b、21)和所述压缩机(10a、10b、11)之间布置在所述第二导管(33、34)中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170127 GB 1701368.11.一种热力发动机(100)，包括；
压缩机(10a、10b、11)；
膨胀器(20a、20b、21)；
第一导管(31、32)，所述第一导管将所述压缩机(10a、10b、11)的出口流体地联接到所述膨胀器(20a、20b、21)的进口；
第二导管(33、34)，所述第二导管将所述膨胀器(20a、20b、21)的出口流体地联接到所述压缩机(10a、10b、11)的进口；
反应器(40)，在所述反应器中，工作流体中的第一反应物和第二反应物能够相互反应，所述反应器(40)在所述压缩机(10a、10b、11)和所述膨胀器(20a、20b、21)之间布置在所述第一导管(31、32)中；和
冷凝器(50)，其用于冷凝所述工作流体中的气体，所述冷凝器在所述膨胀器(20a、20b、21)和所述压缩机(10a、10b、11)之间布置在所述第二导管(33、34)中。


2.根据权利要求1所述的热力发动机(100)，其中，所述压缩机(10a、10b、11)包括压缩室(10a、10b)和能够在所述压缩室(10a、10b)内往复运动的第一正位移构件(11)，并且所述膨胀器(20a、20b、21)包括膨胀室(20a、20b)和能够在所述膨胀室(20a、20b)内往复运动的第二正位移构件(21)。


3.根据权利要求2所述的热力发动机(100)，其中：
所述第一正位移构件和所述第二正位移构件(11、21)机械地联接成以自由活塞的构造一致地往复运动，或者
所述第一正位移构件和所述第二正位移构件(11、21)通过曲轴连接。


4.根据权利要求1所述的热力发动机(100)，其中，所述压缩机(10a、10b、11)是涡轮机，并且所述膨胀器(20a、20b、21)是涡轮机。


5.根据权利要求4所述的热力发动机(100)，其中，所述压缩机(10a、10b、11)和所述膨胀器(20a、20b、21)通过轴连接。


6.根据任一项前述权利要求所述的热力发动机，还包括第一供应管线(35)，所述第一供应管线(35)被配置为用于将所述第一反应物供应到所述第一导管和/或所述第二导管(31、32、33、34)中。


7.根据任一项前述权利要求所述的热力发动机，其中，所述反应器(40)包括第二供应管线(41)，所述第二供应管线(41)用于将所述第二反应物供应到所述工作流体中。


8.根据任一项前述权利要求所述的热力发动机，其中，所述冷凝器(50)包括排出管线(54)，所述排出管线(54)用于从所述冷凝器(50)排出冷凝物。


9.根据任一项前述权利要求所述的热力发动机，其中，所述冷凝器(50)包括冷却回路(53、57)，所述冷却回路(53、57)用于冷却工作流体。


10.根据任一项前述权利要求所述的热力发动机，还包括工作流体，其中所述工作流体包括稀释剂，所述工作流体中的所述稀释剂的浓度为按体积计至少5％，或按体积计至少10％，或按体积计至少20％，或按体积计至少30％，或按体积计至少40％，或按体积计至少50％，或按体积计至少60％，或按体积计至少70％，或按体积计至少80％。


11.根据权利要求10所述的热力发动机，其中，所述稀释剂具有为至少1.4、或至少1.45、或至少1.5、或至少1.6的比热比。


12.根据权利要求10或11所述的热力发动机，其中，所述稀释剂是Ar、He、Ne、Kr、或Xe。


13.根据任一项前述权利要求所述的热力发动机，其中，所述工作流体中的N2的浓度按体积计小于70％、按体积计小于60％、按体积计小于50％、按体积计小于40％、按体积计小于30％、按体积计小于20％、按体积计小于10％，或按体积计小于5％。


14.根据任一项前述权利要求所述的热力发动机，还包括：
第一阀(36)，其用于控制工作流体流入所述压缩室(10a、10b)中；
第二阀(37)，其用于控制工作流体流出所述压缩室(10a、10b)；
第三阀(39)，其用于控制工作流体从所述压缩室流入所述膨胀室(20a、20b)中；和
第四阀(40)，其用于控制工作流体流出所述膨胀室(40)。


15.根据权利要求14所述的热力发动机，还包括：
传感器(62)，其适于输出对应于所述第一正位移元件和所述第二正位移元件(11、21)的位置和/或速度的信号；和
控制器(63)，其用于根据由所述传感器(62)输出的信号连续控制所述第三阀和/或所述第四阀(39、40)和/或向所述反应器(40)供应所述第二反应物的速率。


16.根据权利要求14或权利要求15所述的热力发动机，其中，所述控制器(63)被配置为控制所述第一阀、所述第二阀、所述第三阀和所述第四阀(36、37、38、39、40)。


17.根据任一项前述权利要求所述的热力发动机，其中，所述第二位移构件(21)将所述膨胀室(20a、20b)分成两个膨胀子室(20a、20b)。


18.根据结合权利要求10至12中任一项的权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼·保罗·罗斯基利，安德鲁·约翰·斯莫尔博恩，
申请(专利权)人：泰恩河畔纽卡斯尔大学，
类型：发明
国别省市：英国;GB