能量转换系统和设备技术方案

本公开的一个方面针对用于能量转换的系统。该系统包括闭式循环发动机，该闭式循环发动机包含一定体积的工作流体。发动机包括膨胀室和压缩室，膨胀室和压缩室各自通过附接到活塞组件的连接构件的活塞而分离。发动机进一步包括从膨胀室延伸的多个加热器管道。发动机包括从压缩室延伸的多个冷冻机管道。膨胀室和加热器管道经由壁式管道流体连接到压缩室和冷冻机管道。冻机管道。冻机管道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】能量转换系统和设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求美国临时专利申请号62/850,701、美国临时专利申请号62/850,678、美国临时专利申请号62/850,599、美国临时专利申请号62/850,623、美国临时专利申请号62/850,692、和标题为“用于能量转换的系统和设备”的美国专利申请号16/418,129的最早可用有效申请日的优先权和权益，它们各自具有2019年5月21日的申请日，并且它们各自的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本主题大体上涉及能量转换系统、发电系统和能量分配系统。本主题另外涉及热交换器和热交换器系统。本主题进一步涉及活塞发动机组件，诸如闭式循环发动机系统。本主题还进一步涉及用于控制或操作本文中的本主题的一个或多个系统的系统和方法。

技术介绍

[0004]发电和配电系统面临着提供改进的发电效率和/或降低的排放量的挑战。此外，发电和配电系统面临着以较低的传输损失提供改进的功率输出的挑战。某些发电和配电系统在改进发电效率、功率输出和排放量的同时，通常进一步面临着改进尺寸、便携性或功率密度的挑战。
[0005]某些发动机系统布置，例如闭式循环发动机，可以比其他发动机系统布置提供一些改进的效率。然而，与其它发动机布置相比，诸如斯特林发动机之类的闭式循环发动机布置面临着提供相对较大的功率输出或功率密度、或改进效率的挑战。闭式循环发动机可能由于低效率燃烧、低效率热交换器、低效率质量传递、对环境的热损失、工作流体的非理想行为、不完全密封、摩擦、泵送损失和/或其他低效率和缺陷而受到影响。因此，需要能够提供改进功率输出、改进功率密度或进一步改进效率的改进的闭式循环发动机和系统布置。另外，需要改进的闭式循环发动机，其可以被提供以改进发电和配电系统。
[0006]另外或替代地，一般需要改进的热传递装置，例如用于热力发动机，或可应用于发电系统、分配系统、推进系统、运载器系统或工业或住宅设施。

技术实现思路

[0007]本专利技术的方面和优点将在下面的描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实施本专利技术来学习。
[0008]本公开的一个方面针对用于能量转换的系统。该系统包括闭式循环发动机，该闭式循环发动机包含一定体积的工作流体。发动机包括膨胀室和压缩室，膨胀室和压缩室各自通过附接到活塞组件的连接构件的活塞而分离。发动机进一步包括从膨胀室延伸的多个加热器管道。发动机包括从压缩室延伸的多个冷冻机管道。膨胀室和加热器管道经由壁式管道流体连接到压缩室和冷冻机管道。
[0009]在各种实施例中，该系统包括冷侧热交换器，多个冷冻机管道被定位成通过冷侧
热交换器。冷侧热交换器包括与多个冷冻机管道直接热连通的冷冻机工作流体通道。冷冻机工作流体通道与多个冷冻机管道内的冷冻机通道流体分离。在一个实施例中，多个冷冻机管道至少部分地与活塞本体内的膨胀室和压缩室的延伸部同向地延伸。在另一个实施例中，多个冷冻机管道至少部分地相对于活塞本体周向延伸。在又一个实施例中，该系统进一步包括在内体积壁与外体积壁之间延伸的室壁。内体积壁至少部分地限定压缩室。室壁、内体积壁和外体积壁一起限定冷冻机工作流体通道，并且多个冷冻机管道被定位在冷冻机工作流体通道内，与冷冻机工作流体通道内的冷冻机工作流体流体分离。
[0010]在各种实施例中，该系统进一步包括两个或更多个活塞本体，其中膨胀室和压缩室被定位在每个活塞本体内。冷冻机工作流体通道至少部分地周向包围与多个冷冻机管道热连通的活塞本体。在各种实施例中，冷冻机工作流体通道包括第一冷冻机工作流体通道和第二冷冻机工作流体通道。第一冷冻机工作流体通道被定位成横向靠近膨胀室，并且第二冷冻机工作流体通道被定位成相对于第一冷冻机工作流体通道横向远离膨胀室。在一个实施例中，冷冻机工作流体流动路径从一个活塞本体处的第一冷冻机工作流体通道延伸到另一个活塞本体处的第二冷冻机工作流体通道。
[0011]在一个实施例中，发动机包括工作流体的最大循环体积与多个冷冻机管道的体积的比率在10到100之间。
[0012]在各种实施例中，该发动机包括多个冷冻机管道的表面面积(surface area)与多个冷冻机管道内的工作流体的体积的比率在7到40之间。在一个实施例中，多个冷冻机管道的表面面积在与压缩室流体连通的冷冻机通道开口和与冷冻机收集器流体连通的冷冻机收集室开口之间。
[0013]在一个实施例中，该发动机包括工作流体的最大循环体积与多个加热器管道的体积的比率在2.5与25之间。
[0014]在还有的各种实施例中，该发动机包括多个加热器管道的表面面积与多个加热器管道内的工作流体的体积的比率在8到40之间。在一个实施例中，多个加热器管道的表面面积在与膨胀室直接流体连通的第一开口和与壁式管道直接流体连通的第二开口之间。
[0015]在各种实施例中，该发动机包括第一操作参数，第一操作参数限定从连接构件输出的功率的最大比率，其中第一操作参数包括工作流体的压力、工作流体的波及体积和活塞组件的循环频率的乘积，最大比率大于或等于0.15。在一个实施例中，从连接构件输出的功率与工作流体的压力、工作流体的波及体积和活塞组件的循环频率的积的最大比率小于或等于0.35。
[0016]在一个实施例中，该发动机包括第二操作参数，第二操作参数限定在至少50％的发动机效率下，从活塞组件输出的机械功率与工作流体的最大循环体积的比率在0.0005到0.0040之间。
[0017]在各种实施例中，该系统包括加热器本体，加热器本体被构造成在多个加热器管道处向发动机工作流体提供热能。发动机限定各自相对于活塞组件的横向延伸部的外端和内端，并且外端限定发动机的横向远端，以及内端限定发动机的横向向内位置，并且加热器本体被定位在外端处。在一个实施例中，该系统进一步包括可操作地联接到活塞组件的负载装置，其中负载装置在系统的内端处被定位在活塞组件的活塞之间。
[0018]在一个实施例中，发动机包括四个或更多个活塞组件。
[0019]在另一个实施例中，该系统包括第三操作参数，第三操作参数限定功率密度和效率的乘积在51到400kW/立方米之间。在一个实施例中，第三操作参数限定功率密度和系统效率的乘积在51到400之间。在又一个实施例中，第三操作参数限定功率密度和系统的卡诺效率的乘积在51到400之间。
[0020]参考下面的描述和所附的权利要求，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好地理解。并入本说明书并且构成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与说明书一起用于说明本专利技术的原理。
附图说明
[0021]本说明书参考附图阐述了包括针对本领域普通技术人员的最佳模式的完整且使能的公开，附图中：
[0022]图1.2.1是描绘根据本公开的一方面的用于能量转换的系统的示意框图；
[0023]图1.3.1是根据本公开的一方面的闭式循环发动机和负载装置的示例性实施例的截面图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于能量转换的系统，其特征在于，所述系统包括：闭式循环发动机，所述闭式循环发动机包含一定体积的工作流体，所述发动机包括膨胀室，所述膨胀室通过活塞与压缩室分离，其中所述发动机包括冷侧热交换器，多个冷冻机管道从所述压缩室延伸通过所述冷侧热交换器，其中所述冷侧热交换器包括与所述多个冷冻机管道热连通的冷冻机工作流体通道，并且其中所述发动机包括两个或更多个活塞本体，所述压缩室和所述膨胀室被定位在每个活塞本体内，并且其中所述冷冻机工作流体通道包括第一冷冻机工作流体通道，所述第一冷冻机工作流体通道被定位在每个活塞本体处，横向靠近所述膨胀室，并且其中所述冷冻机工作流体通道进一步包括第二冷冻机工作流体通道，所述第二冷冻机工作流体通道被定位在每个活塞本体处，相对于所述第一冷冻机工作流体通道横向远离所述膨胀室，并且其中冷冻机工作流体流动路径从一个活塞本体处的所述第一冷冻机工作流体通道延伸到另一个活塞本体处的所述第二冷冻机工作流体通道。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述冷冻机工作流体通道与所述多个冷冻机管道内的冷冻机通道流体分离。3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，其中所述多个冷冻机管道至少部分地与活塞本体的所述膨胀室和所述压缩室的中心线轴线同向延伸。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，其中所述多个冷冻机管道至少部分地相对于所述活塞本体的所述中心线轴线周向延伸。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，进一步包括：在内体积壁与外体积壁之间延伸的室壁，其中所述内体积壁至少部分地限定所述压缩室，并且其中所述室壁、所述内体积壁和所述外体积壁一起限定所述冷冻机工作流体通道。6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，其中所述冷冻机工作流体通道至少部分地周向包围与所述多个冷冻机管道热连通的每个活塞本体。7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，其中所述发动机包括所述工作流体的最大循环体积与所述多个冷冻机管道中的所述工作流体的体积的比率在10到100之间。8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，其中所述发动机包括所述多个冷冻机管道的表面面积与所述多个冷冻机管道中的所述工作流体的体积的比率在7到40之间。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，其中所述多个冷冻机管道的所述表面面积在与所述压缩室流体连通的冷冻机通道开口和与冷冻机收集器流体连通的冷冻机收集室开口之间。10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：约书亚，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：