浮动头活塞组件制造技术

一种具有活塞的组件，活塞在浮动头的帮助下往复运动，浮动头与活塞液压连通。组件可以利用浮动头，浮动头被移动到适当的位置以通过从压力体积调节器供给至浮动头的压力的帮助来促进活塞的往复运动。替代性地，浮动头可以在头的一个侧部处与活塞流体的连通，并且浮动头可以在另一侧部处与活塞隔离。以这种方式，在往复运动期间在头的另一侧部处的体积和压力的改变可以最终导致浮动头朝向活塞运动，因此促进持续的往复运动。也可以通过关于操作流体和工作流体循环的独特的液压布局来实现更高的效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】浮动头活塞组件
技术介绍
多年来，已经采取各种努力来通过不同的热力学循环获得动力。例如，已经研发了从依靠“布雷顿(Brayton)”，“斯特林(Stirling)”或“有机朗肯(OrganicRankine)”循环(ORC)的设备中产生电力的技术。不幸的是，这些技术在低温热源的情况下通常是无效的且效率低的，该低温热源例如低于水的沸点。举例来说，ORC设备或发动机制造商经常提供一种这样的系统，该系统允许在输入热温度低至170°F的情况下进行实际操作。然而，结果是，这仅仅可以在也获得显著降低的输出的情况下被允许，因此使得该任务大大减少经济性。在某种程度上，这是由于这样的事实，操作的方法使用每个循环两个相变，即从液体到气体并且从气体返回到液体，并且使用涡轮或类似涡轮的技术以将气体的气动力转换成生成生产功。用于将非常低等级的热量转换为可用功的替代性的技术也存在。本文中非常低等级的热量定义为低于在海平面处水的沸点。无论如何，这些技术通常还是无效的或非生产性的。同样，这些技术中的大多数也基于有机朗肯热力学循环，该循环涉及将液体转化为气体并且又将气体转化回液体。即，每个循环呈现两个相变。因此，这些“热气动热力发动机”在效率方面面临挑战。ORC发动机将诸如制冷剂之类的具有低沸点温度的液体转化为气体，然后通过类似涡轮的装置来输送气体、或气体和液体混合物，以产生旋转运动。这种发动机以接近5,000rpm的“低”旋转速度操作。然后气体混合物冷却返回到液体状态，在重新使用之前再改变相。即使不考虑这些自然发生的低效率的相变，这种速度和相变也产生明显的噪音，不同于喷气发动机。已经尝试的另一种技术被称为“热液压热力发动机”。这些涉及施加到可能具有相对高的膨胀系数的液体的热量的使用。然而，实际上，大多数液体在加热时膨胀很小并且在冷却时收缩很小。因此，在实际应用中，这种发动机主要由于难以在液体中获得足够的膨胀和足够迅速的膨胀和收缩而未能实现成功的商业化，这种困难又限制这种发动机的经济可行性。此外，即使在利用时，考虑到就不同用途的可用修改而言总体的不灵活性，这种发动机实际上仅仅在一组窄范围的特定情况中使用。实际上，即使对于发动机可以被有效地利用的情况，大量的反复试验通常也是需要的。在某种程度上，这是由于涉及依靠以下方面的固有限制：液体由于热量的引入和移除而膨胀和收缩。相对而言，这些类型的发动机通常包括使用活塞，该活塞通过交替地应用加热气体和冷却液体而往复运动。因此，活塞非常适用于以线性方式往复运动。因此，从理论上讲，线性往复运动的附加效率可以用于产生功。然而，实际上，从这种线性往复活塞有效地获得功的能力面临更多的挑战。即，除了相变和与如上所述的其他热加热系统常见的其他发动机低效率性能之外，与任何线性往复运动活塞一样，在每个行程中完全的停止和方向上反向是需要的。然而，由于通常在促进活塞的行程中较低的输入温度的使用，活塞可能在每个行程中面临效率挑战。这是因为到达行程的端部的活塞必须克服来自一个方向的力，以仅仅通过通常低的输入温度来促进沿相反方向的行程，该低的输入温度通常低于约200°F。
技术实现思路
提供了一种用于热循环发动机的活塞组件。该组件包括具有头部的活塞，该头部限定用于改变体积的操作室。还包括有浮动头，该浮动头限定了可压缩的室，并且该浮动头与操作室液压连通，以增强活塞的往复运动。另外，可压缩的室的体积动态地取决于操作室的体积。在一个实施方式中，操作室由在一个侧部处的活塞头部限定，然而浮动头本身限定在室的另一侧部。在另一个实施方式中，操作室实际上是第一操作室，并且与浮动头的液压连通件包括从第一操作室至第二操作室的管状连接件，该第二操作室由浮动头限定在远离第一操作室的位置处。附图说明图1是浮动头活塞组件的整体实施方式的侧视立体图。图2A是浮动头活塞组件的分段式实施方式的示意图。图2B是图2A的分段式实施方式的示意图的部分的放大图。图3是使用循环操作流体以引导图1的浮动头活塞组件的往复运动的系统的示意图。图4A是使用循环工作流体的图3的系统的示意图，其中，组件的活塞在第一上位置中。图4B是图4A的系统的示意图，其中，上中间室的体积通过活塞而减小以使工作流体从上中间室循环。图4C是图4B的系统的示意图，其中，活塞基本上关闭工作室。图4D是图4C的系统的示意图，其中，下浮动头向上移动以促进活塞在下工作室的减小的体积从而使工作流体从下工作室循环。图5是总结了在系统中使用浮动头活塞组件以产生用于供给能量的功的实施方式的流程图。具体实施方式在以下描述中，许多细节被阐述以使得理解本公开。然而，本领域技术人员将理解的是，描述的实施方式可以在没有这些特别的细节的情况下实践。此外，可以采用多种变型或改型，多种变型或改型仍然通过具体描述的实施方式来构想。例如，本文中的实施方式是参考描绘某些浮动双头活塞组件系统或发动机的图示描述的。然而，通过结合额外的活塞组件、大量额外的阀控制器或时间控制器等，各种布局可以被使用。然而，这些系统/发动机布局仅仅是说明性的，因为根据系统约束和预期的应用，各种不同的液压的或甚至机械的布局和其他设计方案可以被使用。本文中详述的实施方式可以使用可压缩流体的受控的膨胀和收缩以移动活塞，从而生成生产功，该可压缩流体可以是超临界流体。虽然不需要操作流体是超临界流体，但是系统可以控制与在针对热循环发动机的美国临时专利申请62/424,494中和针对高动态密度范围热循环发动机的PCT/US17/60722中描述的实施方式相类似的热力学循环，本文中热力学循环中的每个热力学循环通过引用被并入本文。例如，发动机可以呈现小于每分钟低于约50个循环的“低”往复运动速度。此外，本文中详述的实施方式可以避免相的变化，因此固有地具有更高的热力学效率，并且其中适当的操作流体可以使用低于200°F的输入温度来有效地操作。实际上，在输入热量低于150°F的情况下，该实施方式可以容易地调整以在效率略有降低的情况下操作。该实施方式还可以在具有极大降低的噪音的情况下操作。如所示的，本文中详述的实施方式不需要超临界流体的循环。另外，如在美国临时专利申请62/618,689中所详述的，对于浮动头相对活塞组件，超临界流体的更完全的循环可以被利用，该专利的全部内容通过引用并入本文。在这些实施方式中，独特的浮动头可以邻近于活塞头部被使用以提供顺序计时、类似弹簧的辅助以填充工作流体室，并且提供活塞的行进以用于提高活塞的效率。现在具体参照图1，浮动头活塞组件100的整体实施方式的侧视立体图被示出。在该实施方式中，工作活塞110与浮动活塞142、147共享同一整体式壳体101。壳体101可以是单一结构或分开连结的分段件。例如，独立的外壳可以分开构造并且焊接在一起，独立的外壳中的一个外壳用于每个浮动头142、147，并且独立的外壳中的另一个外壳用于工作活塞110。无论如何，对于示出的实施方式，整体特征通过整体式壳体101来显示，无需任何液压管线以支持在工作活塞110与浮动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于热循环发动机的活塞组件，所述组件包括：/n活塞，所述活塞具有活塞头部，所述活塞头部限定用于使操作流体循环的相邻室；以及/n浮动头，所述浮动头限定浮动室，并且所述浮动头与所述相邻室液压连通，以增强所述活塞头部的往复运动，所述浮动头的位置与所述相邻室的体积动态地相关。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180118 US 62/618,6891.一种用于热循环发动机的活塞组件，所述组件包括：
活塞，所述活塞具有活塞头部，所述活塞头部限定用于使操作流体循环的相邻室；以及
浮动头，所述浮动头限定浮动室，并且所述浮动头与所述相邻室液压连通，以增强所述活塞头部的往复运动，所述浮动头的位置与所述相邻室的体积动态地相关。


2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述活塞头部限定用于使工作流体循环的中间室，以用于从所述工作流体获得动力。


3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述工作流体是不可压缩的流体。


4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述浮动室是气体填充的隔离室。


5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述相邻室和所述浮动室具有呈以下形式中的一者的构型：相对于彼此基本上成一体式的；以及相对于彼此是分段式的。


6.根据权利要求5所述的组件，其中，所述一体式的构型包括用于限定所述相邻室和所述浮动室的整体式壳体。


7.根据权利要求5所述的组件，其中，所述分段式的构型包括：
头室，所述头室用于容纳所述浮动头并且限定所述浮动室；以及
液压管线，所述液压管线用于在所述浮动头与所述相邻室之间的流体连通。


8.一种系统，包括：
活塞，所述活塞限定相邻室，所述相邻室与浮动头液压连通，所述浮动头限定浮动室，所述浮动头的位置与所述相邻室的体积动态地相关；以及
压力体积调节器装置，所述压力体积调节器装置与所述浮动室液压连通，以通过所述浮动头的位置方面的改变来便于所述相邻室的体积方面的改变。


9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述活塞还限定用于使工作流体循环的中间室，所述系统还包括动力获取装置，以获得循环的工作流体。


10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述动力获取装置是马达、...

【专利技术属性】
技术研发人员：约书亚·M·施米特，
申请(专利权)人：热电技术控股公司，
类型：发明
国别省市：美国;US