电耦合热循环系统及方法技术方案

在依据本发明专利技术的一个实施方案中，提供了采用工作气体热循环生成电能的方法。该方法包括采用气缸（５０１）内的活塞（５０３、５０４）的运动电磁感应耦合在气缸上的电路内的电流，该气缸包含执行热循环的工作气体（５０２）；采用电路（５０９、５１０）在电存储设备中存储电能，该电能由电路中诱导电流生成；（４３７、４３８）和采用存储在电存储设备中的电能电磁提供给活塞动力。循环使用电路存储电能并使用存储的电能提供给活塞动力来实现热循环过程中净正平均功率传输到电存储器中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请i玄申i青是2006年1月24日提出的美国申i青No. 11/338,421 的继续申请并且要求2006年1月24日提出的美国申请No. 11/338,421的优先4又。上述申i青的全部教导通过引述合并于本文 中。
技术介绍
釆用一定量气体作为工作介质的热才几的热循环可通过参考 P-V图进行描述。附图说明图1和2显示出两个众所周知的热循环的P-V 图，卡诺循环(图1 )和理想的斯特林循环(图2 )。净能量由一个热循环l命出，该热循环是P-V图中工作路径构 成的回-各区域。在每个循环过禾呈中，发动积4命送部分循环的能量， 并且剩下循环的能量^皮发动才几吸收。》于于一些循环的某些部分，能量既不^皮存^f诸也不^皮iir送。例如，理想的斯特林循环，在4九线 平行于p轴的循环的那些部分中，机械能既不被吸收也不被输送。必要地，在循环基础上，用于获得净正平均输出功率的部分 体系一定包括存储和将能量从热发动机中获得或将能量返回到 热发动机中的设备。在传统热发动机中，这种循环能量存储由机 械方法完成，例如通过附属调速4仑的才几轴的转动惯性。
技术实现思路
令人期望的是，能够通过一种方法将热转变成电，其中这种 设备是可靠的、有效的、无噪声、无振动，并且能够采用多种燃 料运转。也令人期望的是，能够采用电通过具有这种属性的设备实现 传热。为了得到这些和其它目的，本专利技术的一个实施方案提供了釆 用工作气体的热循环生成电能的方法。该方法包括采用气缸中活塞运动来电石兹感应l禺合在气缸上的电路内的电流，该气缸中包含实现热循环的工作气体。该电^各用于将由电路中感应的电流所生成的电能存储在电存储器中；并且存储在电存储器中的电能被用 于向活塞电磁供给动力。循环使用电路存储电能并使用存储的能 量提供给活塞动力来实现热循环过程中净正平均功率传输到电 存储器中。电3各可包4舌电子电力变4灸器，并且该方法进一步包括采用电 子电力转换器执行活塞运动的闭环电控制。电子电力变换器可基 于与工作气体状态相关的电信号执行闭环控制。温度传感器、压力传感器、和位置传感器中的至少一个可用于向电子电力变换器 中输送与工作气体状态相关的电信号。热循环可接近斯特林循 环、卡诺循环、奥4毛循环、或者其它循环。热循环可^人外燃获^寻 热，或者工作气体可通过内燃循环进^f亍循环。第一活塞和第二活塞之间工作气体的压缩和膨胀可用于执 行热循环。电^各可包括耦合于气缸的一组线圈，并且该方法包括 使用附属在第 一活塞上的第 一永久f兹铁和附属在第二活塞上的 第二7Jc久^兹4失来电^兹感应该组线圈中的电流。另外，第一活塞和第二活塞的运动可用于将气体沿着气缸移动而使用气缸的加热 区和冷却区实王见连续4专热。第一活塞的至少部分轴可在第二活塞轴内同心移动。电子电 力变换器可用于通过控制第一活塞和第二活塞的运动来控制热循环定时；包4舌通过控制第一循环和第二循环的运动佳:得工作气 体在气缸的加热区、冷却区、和无作用区之间运动。热屏蔽可附 着在第 一活塞或第二活塞上隔离气缸内非工作气体；并且桨状搅 拌器可附着在第一活塞或第二活塞上搅拌工作气体生成湍流。外 部回流可用于在气釭的第 一末端区和第二末端区之间流动非工 作气体。第一活塞和第二活塞将固定在共同中心轴周围。依据本专利技术的两个气缸工作可在彼此相反的轴向操作。同样 地，四个气缸可在具有气缸平4亍轴的线圏内操作，气缸中的两个 与气缸中的另两个反平行操作。依据本专利技术的另一个实施方案中，提供了釆用电能对热泵供 以动力的方法，热泵扭^亍热循环。该方法包括使用电存^f渚器中的 电能对气缸中的活塞电磁供给动力，该气缸包含执行热循环的工 作气体。活塞运动用于电磁感应耦合于气缸上的电路中的电流； 并且电路用于在电存储器中存储电能，该电能由电路中诱导的电 流产生。循环使用存储能对活塞供给动力并且在热循环过程中， 使用电路存储电能实现从电存储器中传输净正平均功率。如与生 成电能方法一起4吏用的类4以方法，可与对热泵供以动力的方法一 起使用。附图简要说明如下面附加附图中举例i兌明的，本专利技术的前述和其他目的、 特征和优点从下列本专利技术的优选实施方案的更特殊描述中将是显而易见的，其中相同参考字符统指贯穿不同^L图中的相同部 分。这些附图不必按比例规定，重点不在于举例说明本专利技术的原理。图1显示出本领域中已知的卡诺循环的压力-体积图2显示出本领域中已知的理想的斯特林循环的压力-体积图3A显示出依据本专利技术实施方案，线圈、磁铁、和外燃气 缸活塞的配置图3B显示出图3A中实施方案的活塞的单独^见图。图4为耦合于图3A-3B的外燃气缸配置上的电气元件的示意图5A依据本专利技术的实施方案，举例说明了可用于代替图3A 的机械设备配置的可供选择的实施方案；图5B和5C显示出图5A的实施方案中活塞的单独—见图6为依据本专利技术的实施方案，当按照通过每一个图2描述 的斯特林循环的发电机操作，图3 A和5 A的热力发电机的定时 图7为依据本专利技术的实施方案中才喿作的斯特林循环热泵的 P隱V图8为图7的斯特才木二婚环热泵的定时图9依据本专利技术的实施方案，举例i兌明了可用于代替图 3A-3B和5A-5C机械设备配置的可供选择的实施方案；图IO显示出依据本专利技术的实施方案向轴对置式热力发动才几；图IIA和IIB依据本专利技术的实施方案，举例说明了图5A显 示的该类型的平行中心轴并行放置的四个气缸总体配置；图12为依据本专利技术的实施方案，当按照通过每次图1描述 的卡i若循环的发电积4喿作时，图3 A和5 A的热力发电4几的定时 图13为依据本专利技术的实施方案，内燃发动才几的活塞配置的 截面-见图14为依^居本专利技术的实施方案，内燃发动才几的定时图；和图15为依据本专利技术的实施方案，通过内燃发动机才喿作的奥 4乇循环的P-V图。具体实施例方式自从十八世纪以来，转动惯性已成为循环能量在热力发动机 中存4诸的选择方法。因此，用于循环存卡者和/人热力发动才几获得能 量和将能量返回到热力发动机中的设备通常是机械制的。例如， 发动机可采用附属调速l仑的机轴的转动惯性存储循环能量。在这 种方式中，传统的热力发动机可被认为是机械耦合热循环。然而，在这种机械耦合热循环中，活塞的运动受到机轴运动 的限制。因此，活塞不能按照使工作气体的状态遵循预期的P-V 循环的方式运动。该循环的每个部分所用时间的相对量受到调速專仑运动的才几械约束而^皮固定。此外，枳i械耦合热力发动才几受到其 可靠性和效率、其产生的噪音和振动、以及由多种燃料操作的能 力约束。为了提高这些特性，依据本专利技术的实施方案，采用电存储器 容纳乂人热循环中产生的循环流动能量。热循环可描述为电耦合。 一个实施方案利用电》兹剪切直4妻电动的活塞。适于这种应用的电存储器包括，如电容器、电池、和(如果 可以)超导线圈。采用电磁剪切的直接电动可釆用附属于每个活 塞装置上的永久》兹铁来实现、以及采用线圏或绕线内的受控电流提供动力来实现，或者利用永久》兹4失的电^兹感应来实现。电耦合热循环的实施方案可用于从热循环中生成电，例如采 用气体外燃或者气体内燃给蓄电池充电；或者为了热循环的电功 率，例如釆用电池或者其4也直; 危电源给热泵供应电力。依据本专利技术，电力电子电路可被建立起来，使活塞运动受到 限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用工作气体的热循环生成电能的方法，该方法包括：　采用气缸中活塞运动来电磁感应耦合到气缸上的电路内的电流，所述的气缸中包含进行热循环的工作气体；　采用电路将由电路中感应的电流生成的电能存储在电存储器中；并且　采用存储在电存储器中的电能向活塞电磁供给动力；　其中循环使用电路存储电能并使用存储的能量提供给活塞动力实现热循环过程中净正平均功率传输到电存储器中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-1-24 11/338,4211.一种采用工作气体的热循环生成电能的方法，该方法包括:采用气缸中活塞运动来电磁感应耦合到气缸上的电路内的电流，所述的气缸中包含进行热循环的工作气体；采用电路将由电路中感应的电流生成的电能存储在电存储器中；并且采用存储在电存储器中的电能向活塞电磁供给动力；其中循环使用电路存储电能并使用存储的能量提供给活塞动力实现热循环过程中净正平均功率传输到电存储器中。2. 依据权利要求1所述的方法，其中电路包括电子电力变换器， 该方法进一步包括釆用电子电力变换器执行活塞运动的闭 环电控制。3. 依据权利要求2所述的方法，其中电子电力变换器可基于与 工作气体状态相关的电信号执行闭环控制。4. 依据权利要求3所述的方法，进一步包括使用温度传感器、压力传感器、和位置传感器中的至少 一个向电子电力变换器中输送与工作气体状态相关的电信号。5. 依据4又利要求1所述的方法，其中热循环乂人外燃中吸收热。6. 依据斥又利要求5所述的方法，其中热循环近似于斯特纟木循环。7. 依据权利要求5所述的方法，其中热循环近似于卡诺循环。8. 依据权利要求5所述的方法，进一步包括使用第 一 活塞和第二活塞之间工作气体的压缩和膨胀来 执行热循环。9. 依据权利要求8所述的方法，其中电路包括与气缸耦合的一 组线圏，该方法进一步包4舌使用附属在第一活塞上的第一永久磁铁和附属在第二活 塞上的第二永久i兹《失来电f兹感应该组线圈中的电流。10. 依据4又利要求9所述的方法，进一步包4舌通过第一活塞和第二活塞的运动^f吏气体沿着气缸移动从 而实现与气缸的加热区和冷却区进4亍连续的传热。11. 依据斥又利要求9所述的方法，其中第一活塞的至少部分轴可 在第二活塞轴内同心移动。12. 依据权利要求8所述的方法，进一步包括采用电子电力变换器通过控制第一活塞和第二活塞的运 动来控制热循环定时。13. 依据4又利要求12所述的方法，进一步包4舌采用电子电力变换器控制第 一 循环和第二循环的运动使 得工作气体在气缸的加热区、冷却区、和无作用区之间运动。14. 依据权利要求8所述的方法，进一步包括采用附属在第一活塞或第二活塞上的热屏蔽来隔离气缸 内非工作气体。15. 依据权利要求8所述的方法，进一步包括采用附属在第一活塞或第二活塞上的桨状搅拌器在工作 气体内生成湍 流。16. 依据权利要求8所述的方法，进一步包括采用外部回流在气缸的第 一末端区和第二末端区之间流 动非工作气体。17. 依据4又利要求8所述的方法，进一步包括将第一活塞和第二活塞固定在共同中心轴周围。18. 依据权利要求1所述的方法，进一步包括通过内燃循环来循环工作气体。19. 依据4又利要求18所述的方法，其中热循环近似于奥4乇循环。20. 依据权利要求1所述的方法，进一步包括采用第一气缸和第二气缸，每个都按照依据权利要求1 所述方法纟喿作来生成电能，第一气缸和第二气缸在4皮此轴向 相反的方向上操作。21. 依据权利要求1所述的方法，进一步包括采用第一气缸、第二气缸、第三气缸、和第四气缸，每 个都依据权利要求1所述的方法操作生成电能，第一气缸、 第二气缸、第三气缸、和第四气缸在具有气缸平行轴的线圈 内操作，这些气缸中的两个与第一气缸、第二气缸、第三气 缸、和第四气缸中的另两个气缸反平行操作。...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR伍德，
申请(专利权)人：阿尔托有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]