用于具有热力学循环的热机的盒和相关联热机制造技术

本发明专利技术涉及一种用于热机的用于移位热力学流体的盒(1)，该盒的特征在于该盒包括：第一型材区段(2)，该第一型材区段包括用于循环传热流体的第一循环装置(3)；第二型材区段(8)，该第二型材区段包括用于循环传热流体的第二循环装置(9)；第三型材区段(15)，该第三型材区段能够并且旨在连接至至少一种工作流体的至少一个供应回路(J,H)，该第三型材区段(15)放置在该第一型材区段(2)和该第二型材区段(8)内侧；腔室(24)，该腔室用于容纳热力学流体；移位器(25)，该移位器放置在该腔室(24)内并且安装成以便能够相对于该第三型材区段(15)的外壁(17)滑动；活塞(26)，该活塞放置在该第三型材区段(15)内侧并且安装成以便能够相对于该第三型材区段(15)的内壁(16)滑动，该活塞(26)能够并且旨在由该至少一种工作流体(J,H)移动，该移位器(25)和该活塞(26)彼此联接。该移位器(25)和该活塞(26)彼此联接。该移位器(25)和该活塞(26)彼此联接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有热力学循环的热机的盒和相关联热机
[0001]本专利技术涉及热力学循环热机盒和相关联的热力学循环热机模块的领域。
[0002]当前的能量跃迁在许多方面提出挑战，该许多方面包括减少主要能量消耗。工业部门产生大量热能，该大量热能中的大部分热能仍然以废热的形式排出。这种废热表示可直接获得并且已经付费的巨大能量源，并且该废热的回收对工业而言是一项战略挑战。废热可通过直接供应至热网络、或通过临时储存、或通过转化为电力以供内部或外部使用来回收。对于低温(即，低于100摄氏度)废热，由于缺乏经济可行性，目前不存在用于转化为电力的商业上可行的机器，在热网络中的使用是唯一可能的替代方式。然而，在实施上存在许多约束，尤其是需要接近最终用途。
[0003]因此，具有外部热输入的机器的当前开发受限于储热器最终不太显著的温度。
[0004]其它自然热源诸如低温地热能或太阳热能易于获得。当今，这些可再生资源仅用于加热网络。
[0005]具有外部热供应和没有相变的闭循环工作流体的机器通常被称为斯特灵发动机。特别地，β或γ类型的斯特灵发动机具有工作活塞和移位器，以将工作流体交替地从热侧传递到冷侧。在这种类型的马达中，工作活塞和移位器是机械链接的。这些马达的特征在于非常低的功率密度和困难的功率控制，因为旋转速度主要取决于源之间的温差。因此，市场上的少数机器需要热源之间的大温差，通常为大约几百摄氏度，以补偿所采用的工作气体的低热导率、发生器的小热交换表面和死体积。
[0006]为了提高功率密度，从公开WO2018062627A1已知，某些斯特灵发动机已经被开发以利用加压气体或者甚至利用处于超临界相的流体(诸如二氧化碳)进行操作。然而，所需的非常高压力与通常为大约3000rpm的高马达旋转速度组合由于工作流体的摩擦和泵送而导致有问题的损耗。在工作活塞的情况下，动态密封件承受高压和高温的能力对于确保发动机的特定寿命以及避免泄漏仍然是一项挑战。
[0007]利用近临界二氧化碳的性质的这类机器中的另一构思在公开WO02/01052A2中被提出，在该公开中工作流体不移动，但热源经由可移动热屏蔽件交替地与流体接触。由于交替的热源和冷源被整合进每个气缸中，因此该系统在构造上实施起来较为复杂。这种构型产生显著的热损耗，特别是经由相继地与热源接触的热屏蔽件，这些热屏蔽件不像常规发生器那样直接有助于加热或冷却流体。
[0008]公开WO2016/165687A1还描述了使用二氧化碳进行超临界循环的热转化方法，在该热转化方法中膨胀因振荡器系统而等温。必须根据工作活塞的冲程控制的振荡活塞在膨胀期间用作超临界流体的主动搅拌器，以增加对流传热。由于将振荡器、发生器、活塞和移位器整合在每个气缸中，构造的复杂性使得该构思对于大规模安装和生产不具吸引力。此外，通过增加气缸中的对流来改进传热受限于气缸与热源的小接触面积。因此，本构思被设计为在超过150摄氏度的温度差下操作。
[0009]所谓的自由活塞斯特灵发动机(FPSE)的开发已经导致试图限制热源和冷源之间的热损耗，以便提高马达效率。公开WO2005/042958提出将发生器整合在连接热部分和冷部分的低热导率陶瓷部分中。然而，这种构型不允许控制移位器，并且发电机必须被整合到每
个活塞中，这对于需要若干气缸的高功率装备而言变得有问题。
[0010]在公开WO02088536中提出一种多缸外部传热发动机架构。所使用的“液体”移位器技术以及用于将热力学流体从一个活塞腔室传递到另一活塞腔室的活塞的串联连接不允许独立于工作流体管理热力学流体的位置，并且因此不允许优化所实现的热力学循环。
[0011]在常规的斯特灵发动机中，由于连续旋转，移位器和工作活塞之间的机械联接不允许正确地进行热力学转换，因此大大降低了这种类型的发动机的实际效率。由于高旋转速度，压力腔室在高压(>10巴)下无法适当地密封，从而导致高摩擦损耗。热传递在低温下非常低，从而导致非常低的功率密度。
[0012]如在现有技术中所解释的移位器和工作活塞的机械脱离使得能够更好地控制热力学转变以提高效率，在当前解决方案中需要添加附加外部致动器系统，因为移位器不再由发动机旋转驱动。在多缸发动机的情况下，这些系统实施起来变得非常复杂并且昂贵，因为每个气缸中的每个移位器需要致动器。
[0013]本专利技术的目的是提供一种用于在低于150摄氏度的温度下操作热源的可缩放模块解决方案。
[0014]为此，本专利技术涉及一种用于热力学循环热机的盒，该盒用于使热力学流体在连接至第一热源的冷部分和连接至第二热源的热部分之间移动，其特征在于，该盒至少包括：
[0015]第一热交换器，该第一热交换器形成所谓的冷部分，该第一热交换器包括第一中空型材，该第一中空型材包括用于循环至少一种传热流体的第一装置，该第一装置适于并且旨在连接至与第一热源连接的第一传热流体供应回路，该第一型材包括内壁和外壁，
[0016]第二热交换器，该第二热交换器形成所谓的热部分，该第二热交换器包括第二中空区段，该第二中空区段包括用于循环至少一种传热流体的第二装置，该第二装置适用于并且旨在用于连接至与第二热源连接的第二传热流体供应回路，该第二区段包括内壁和外壁，
[0017]第三中空区段，该第三中空区段适用于并且旨在用于连接至用于至少一种工作流体的至少一个供应回路，该第三区段布置在该第一区段和该第二区段内侧，该第三区段包括内壁和外壁，
[0018]该第一区段的该内壁的至少一部分和该第三区段的该外壁的第一部分被间隔开并且彼此面对以形成第一填充空间，
[0019]该第二型材的该内壁的至少一部分和该第三型材的该外壁的第二部分被间隔开并且彼此面对以便形成第二填充空间，
[0020]至少一个腔室，该至少一个腔室适于并且设计成，优选地在高压下和在超临界状态下，容纳至少一种热力学流体，该腔室至少包括连通的该第一填充空间和该第二填充空间，
[0021]至少一个移位器，该至少一个移位器设置在该腔室内侧并且相对于该第三型材的该外壁可滑动地安装并且能够在第一位置和第二位置之间移动，并且被构造成在该第一填充空间和该第二填充空间之间交替地移位该至少一种热力学流体，
[0022]活塞，该活塞设置在该第三型材内侧并且相对于该第三型材的该内壁可滑动地安装并且能够在该第一位置和该第二位置之间移动，该活塞适于并且旨在通过该至少一种工作流体在该第一位置和该第二位置之间移动。
[0023]该移位器和该活塞彼此联接。
[0024]本专利技术还涉及一种用于热力学循环热机的模块，该模块用于使热力学流体在连接至第一热源的冷部分和连接至第二热源的热部分之间交替地移动，其特征在于，该模块包括根据本专利技术所述的至少一个盒或多个盒，以及在于该模块包括：
[0025]第一传热流体供应回路，该第一传热流体供应回路经由第一循环装置的至少一个第一供应端口和至少一个第二供应端口连接至该至少一个盒的该第一循环装置，
[0026]第二传热流体供应回路，该第二传热流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于热力学循环热机的盒(1,1')，所述盒用于使热力学流体在连接至第一热源的冷部分和连接至第二热源的热部分之间移动，其特征在于，所述盒至少包括：
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第一交换器，所述第一交换器形成“冷”部分，所述第一交换器包括第一中空区段(2)，所述第一中空区段包括用于循环至少一种传热流体的第一装置(3)，所述第一装置适用于并且旨在用于连接至与第一热源连接的第一传热流体供应回路(A,B)，所述第一区段(2)包括内壁(4)和外壁(5)，
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第二热交换器，所述第二热交换器形成所谓的热区段，所述第二热交换器包括第二中空区段(8)，所述第二中空区段包括用于循环至少一种传热流体的第二装置(9)，所述第二装置适于并且设计成连接至与第二热源连接的第二传热流体供应回路(C,D)，所述第二区段(8)包括内壁(10)和外壁(11)，
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第三中空区段(15)，所述第三中空区段适于并且旨在连接至用于至少一种工作流体的至少一个供应回路(J,H)，所述第三区段(15)设置在所述第一区段(2)和所述第二区段(8)内侧，所述第三区段(15)包括内壁(16)和外壁(17)，所述第一区段(2)的所述内壁(4)的至少一部分和所述第三区段(15)的所述外壁(17)的第一部分(20)被间隔开并且彼此面对以便形成第一填充空间(21)，所述第二区段(8)的所述内壁(10)的至少一部分和所述第三区段(15)的所述外壁(17)的第二部分(22)被间隔开并且彼此面对以形成第二填充空间(23)，
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至少一个腔室(24)，所述至少一个腔室适于并且设计成，优选地在高压下和在超临界状态下，容纳至少一种热力学流体，所述腔室(24)至少包括连通的所述第一填充空间(21)和所述第二填充空间(23)，
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至少一个移位器(25)，所述至少一个移位器布置在所述腔室(24)内侧并且相对于所述第三型材(15)的所述外壁(17)能够滑动地安装并且能够在第一位置(P1)和第二位置(P2)之间移动，并且被构造成在所述第一填充空间(21)和所述第二填充空间(23)之间交替地移位所述至少一种热力学流体，
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活塞(26)，所述活塞设置在所述第三型材(15)内侧并且相对于所述第三型材(15)的所述内壁(16)能够滑动地安装并且能够在所述第一位置(P1)和所述第二位置(P2)之间移动，所述活塞(26)适于并且设计成通过所述至少一种工作流体(J,H)在所述第一位置(P1)和所述第二位置(P2)之间移位，所述移位器(25)和所述活塞(26)彼此联接。2.根据权利要求1所述的盒，其特征在于，所述第三型材(15)优选地由非磁性材料制成，以及在于所述移位器(25)和所述活塞(26)通过所述第三型材(15)由磁性连接装置(27)彼此磁性地联接。3.根据权利要求1至2中任一项所述的盒，其特征在于，所述第一型材(2)沿轴线A1纵向延伸第一长度L1，以及在于所述第二型材(8)沿所述轴线A1纵向延伸第二长度L2。4.根据权利要求3所述的盒，其特征在于，所述第三型材(15)沿所述轴线A1纵向延伸第三长度L3，所述第三长度L3大于所述第一长度L1或所述第二长度L2，并且优选地大于或等于所述第一长度L1和所述第二长度L2之和。5.根据权利要求1至4中任一项所述的盒，其特征在于，所述第二型材(8)在轴线A1的方向上位于所述第一型材(2)的延伸部中。6.根据权利要求1至5中任一项所述的盒，其特征在于，所述第一型材(2)包括第一端部
(6)和第二接合端部(7)，在于所述第二型材(8)包括第一端部(12)和第二接合端部(13)，以及在于所述第一型材(2)和所述第二型材(8)通过接合装置(14)在所述第一型材和所述第二型材的相应第二接合端部(7,13)处彼此接合。7.根据权利要求6所述的盒，其特征在于，所述第三区段(15)包括第一端部(18)和第二端部(19)，在于所述第一区段(2)的所述第一端部(6)和所述第三区段(15)的所述第一端部(18)通过连接装置接合，以及在于所述第二区段(8)的所述第一端部(12)和所述第三区段(15)的所述第二端部(19)通过连接装置接合。8.根据权利要求1至7中任一项所述的盒，其特征在于，所述第三型材(15)、所述第一型材(2)和所述第二型材(8)、所述移位器(25)和所述活塞(26)沿所述轴线A1同轴。9.根据权利要求1至8中任一项所述的盒，其特征在于，所述盒包括所述第一型材(2)被捆扎在其中的第一径向和/或轴向应力加强部分(28)以及所述第二型材(8)被捆扎在其中的第二径向和/或轴向应力加强部分(29)。10.根据权利要求6至9中任一项所述的盒，其特征在于，所述接合装置(14)所具有的热导率低于所述第一型材(2)和/或所述第二型材(8)的热导率。11.根据权利要求1至10中任一项所述的盒，其特征在于，所述第一型材(2)的所述内壁(4)和/或所述第二型材(8)的所述内壁(10)具有锯齿状表面和/或平滑表面。12.根据权利要求1至11中任一项所述的盒，其特征在于，所述第一型材(2)在所述内壁(4)和所述外壁(5)之间具有第一厚度E1，以及在于所述第一型材(2)在其第一厚度E1中包括形成所述第一循环装置(3)的至少一个通道(30)和/或至少一个沟槽(31)，所述至少一个通道(30)和/或所述至少一个沟槽(31)在平行...

【专利技术属性】
技术研发人员：PY，
申请(专利权)人：希克斯汀公司，
类型：发明
国别省市：