專利名稱：具有連續(xù)循環(huán)制冷劑的熱力機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用制冷劑流體并基于卡諾原理運(yùn)行的熱力機(jī)。
本發(fā)明的主題涉及一種作為用于將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的馬達(dá)或泵運(yùn)行的熱力機(jī)。
背景技術(shù)：
從現(xiàn)有技術(shù)的情況來看，我們已經(jīng)熟悉了各種類型的熱力機(jī)。例如，文獻(xiàn)WO 30/031776中描述了一種包括熱交換器的熱力機(jī)，其具有用于循環(huán)制冷劑流體的通路(circuit)部分。該熱力機(jī)還包括相對地運(yùn)行并連接到交換器的熱出口的兩個(gè)可變體積腔體(enclosure)。腔體的出口通過冷卻器和泵連接到熱交換器的冷入口。這種熱力機(jī)的缺點(diǎn)為需要提供用于循環(huán)該制冷劑流體的泵，這降低了這種熱力機(jī)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種熱力機(jī)，其設(shè)計(jì)成與熱源獨(dú)立地運(yùn)行，以提高制冷劑流體的溫度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種熱力機(jī)，其效率優(yōu)于已知熱力機(jī)的效率。
為了達(dá)到這種目的，本發(fā)明的熱力機(jī)包括閉合通路，用于循環(huán)制冷劑流體；熱交換器，具有用于循環(huán)該制冷劑流體的部分，在該交換器的入口具有冷入口，且在該交換器的出口具有熱出口；至少一個(gè)第一可變體積腔體，其入口連接到該通路的熱出口且其出口連接到一冷卻器的入口，所述第一可變體積腔體作用于一運(yùn)動裝置，該運(yùn)動裝置將其運(yùn)動傳送到一輸出系統(tǒng)；以及冷卻器，設(shè)置于所述第一可變體積腔體的出口和該通路的冷入口之間。
根據(jù)本發(fā)明，該熱力機(jī)包括至少一個(gè)可變體積腔室，所述可變體積腔室通過放置于該通路的冷入口和該冷卻器的出口之間而由該輸出系統(tǒng)控制，其中在所述腔體的一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，所述可變體積腔室將流體重注入該交換器，從而將該通路的熱出口的壓力維持為基本恒定的值。
根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例變型，該熱力機(jī)包括第二可變體積腔體，該第二可變體積腔體的入口連接到該通路的熱出口且該第二可變體積腔體的出口連接到該冷卻器的入口，該第二可變體積腔體作用于與所述第一可變體積腔體的運(yùn)動裝置相對設(shè)置的一運(yùn)動裝置，從而將由該第二可變體積腔體該運(yùn)動裝置的運(yùn)動傳送到該輸出系統(tǒng)。
根據(jù)一種有利的實(shí)施例變型，所述可變體積腔室具有小于該第一可變體積腔體與/或該第二可變體積腔體的體積的可變體積，它們之間的比例取決于所使用的流體的特性，從而使運(yùn)動的氣體的質(zhì)量和運(yùn)動的流體的質(zhì)量相等。
優(yōu)選地，所述可變體積腔室由活塞控制，該活塞通過該輸出系統(tǒng)操縱并具有設(shè)計(jì)成將該流體重注入該熱交換器的截面。
有利地，該熱力機(jī)包括與所述第一可變體積腔體、第二可變體積腔體以及腔室的入口-出口相關(guān)聯(lián)的受控閉合裝置。例如所述閉合裝置由通過該輸出系統(tǒng)的運(yùn)動驅(qū)動的部件控制。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施示例，該輸出系統(tǒng)包括安裝有曲軸的輸出軸，所述腔體的運(yùn)動裝置連接到該曲軸，該輸出軸配備有用于控制所述閉合裝置的凸輪。優(yōu)選地，該輸出軸通過倍速系統(tǒng)作用于所述可變體積腔室的活塞上。
有利地，該循環(huán)通路的冷入口和熱出口配備有受控閉合裝置，所述閉合裝置的運(yùn)行與同所述第一可變體積腔體、第二可變體積腔體以及腔室相關(guān)聯(lián)的受控閉合裝置的運(yùn)行同步。


通過參考附圖的下述描述，將顯現(xiàn)其他各種特性，其中這些附圖通過非限制性示例示出了本發(fā)明主題的不同實(shí)施形式。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的熱力機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖2為圖1所示熱力機(jī)的輸出系統(tǒng)的原理的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的熱力機(jī)1的一個(gè)實(shí)施例，該熱力機(jī)1包括例如用于循環(huán)諸如R 407制冷劑氣體之類的制冷劑流體的閉合通路2。熱力機(jī)1包括諸如熱交換器3之類的熱源，其具有用于制冷劑流體的循環(huán)通路2的部分21。
該熱交換器3可以用于將制冷劑流體的溫度提高到例如介于60℃到100℃之間的水平，并設(shè)計(jì)成增大制冷劑流體的壓力，使得當(dāng)該制冷劑流體容納在密封腔體內(nèi)時(shí)的壓力達(dá)到40到50bar。作為示例，熱交換器3可以是太陽能型、工業(yè)水冷卻器型、煙管型等。
循環(huán)通路2包括位于交換器3入口處的冷入口2f和位于交換器出口處的熱出口2c。冷入口2f和熱出口2c分別配備有受控閥4f、4c。
熱力機(jī)1還包括至少一個(gè)第一可變體積腔體，在該示例中例如為第一可變體積腔體51和第二可變體積腔體52。各個(gè)可變體積腔體51、52均具有由至少一個(gè)可變形壁封閉的體積，該可變形壁用于改變密封腔體內(nèi)部的壓力和體積。這種可變體積腔體51、52或者內(nèi)燃腔室可以按照任何恰當(dāng)?shù)姆绞綄?shí)施，例如通過隔膜、渦輪或活塞實(shí)施。在圖示的示例中，各個(gè)腔體51、52均包括分別由活塞71、72封閉的缸體61、62。各個(gè)腔體51、52易于通過入口81、82供入制冷劑流體，該入口81、82分別通過通路2的部分22和23連接到熱出口2c。
各個(gè)活塞71、72將其運(yùn)動傳送到任意類型的輸出系統(tǒng)10，該輸出系統(tǒng)的運(yùn)動能量可以直接使用或者轉(zhuǎn)換用于各種用途。在圖2具體示出的示例中，輸出系統(tǒng)10包括安裝有曲軸12的轉(zhuǎn)動輸出軸11，其中活塞71、72的桿固定到該曲軸12上。有利地，活塞71、72的桿安裝在同一個(gè)軸上以相反地起作用，使得當(dāng)一個(gè)腔體具有最小體積時(shí)，另一個(gè)腔體具有最大體積。
各個(gè)腔體51、52均具有分別用于制冷劑流體的出口121、122，這些出口121、122通過部分24、25連接到冷卻器15的入口14。從而，循環(huán)通路2包括相對于冷卻器15延伸的部分27。有利地，冷卻器15可以用于將制冷劑流體從氣態(tài)轉(zhuǎn)變到液態(tài)，使得在冷卻器15內(nèi)建立上方具有氣體區(qū)域的液體區(qū)域。冷卻器15包括一出口16，該出口16位于液體區(qū)域的適當(dāng)位置(level)，并通過通路2的部分28連接到熱交換器3的冷入口2f。
應(yīng)注意，腔體51、52的入口和出口配備有分別為本身已知的任意類型的受控閉合裝置E1、E2、S1、S2，例如閥或分配器。有利地，這些受控閉合裝置E1、E2、S1、S2由部件17控制，該部件17反過來由輸出系統(tǒng)10的運(yùn)動驅(qū)動。為此，輸出軸11配備有依據(jù)運(yùn)行周期(說明書其余部分將更確切描述)而直接或間接作用于閉合裝置的凸輪。應(yīng)注意，由輸出系統(tǒng)10控制的這些部件17也可以用于控制受控閉合裝置4f、4c。然而，這些受控閉合裝置4f、4c也可以由制冷劑流體的壓力控制。在這種情況下，閉合裝置4f、4c是止回閥。
構(gòu)成熱力機(jī)1的冷源的冷卻器15是本身已知的任意類型，其用于降低制冷劑流體的溫度并由此降低其壓力。應(yīng)注意，制冷劑流體的膨脹必然導(dǎo)致吸收卡路里，從而產(chǎn)生冷氣，有利地，產(chǎn)生的冷氣可以被冷卻器回收。
熱力機(jī)1還包括由輸出系統(tǒng)10控制的至少一個(gè)可變體積腔室21，該可變體積腔室21放置于通路的冷入口2f和冷卻器15的出口16之間。在所示示例中，可變體積腔室21包括活塞211和缸體212，該缸體212首先配備有通過通路2的部分29連接到冷卻器的出口16的入口22，其次配備有通過該通路的部分28連接到該通路的冷入口2f的出口23。腔室21的入口22和出口23分別配備有閉合裝置E3和S3，這些閉合裝置E3和S3也由輸出系統(tǒng)10控制，例如由凸輪17控制。
按照優(yōu)選方式，可變體積腔室21具有小于第一與/或第二腔體的體積的可變體積，它們之間的比例隨著所使用流體的特性而變，從而使得進(jìn)入冷卻器15的運(yùn)動的氣體的質(zhì)量和活塞上運(yùn)動的流體的質(zhì)量相等。與該腔室相關(guān)聯(lián)的活塞211具有盡可能小的截面，使得將流體注入通路的部分28所需的力盡可能小，從而在輸出軸11上維持最大能量。
活塞211由輸出系統(tǒng)10驅(qū)動，從而在腔體51、52的一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，執(zhí)行將冷卻劑流體重注入熱交換器3，由此將通路的熱出口2c的壓力維持為基本恒定的值。從而，活塞211允許冷卻劑流體少量地重注入到熱交換器3。
有利地，活塞211通過倍速系統(tǒng)30連接到輸出軸11。例如，腔室21的活塞執(zhí)行一個(gè)完整的周期，而腔體51、52的活塞執(zhí)行沿一個(gè)確定方向的偏移。熱力機(jī)的運(yùn)行直接遵從上述描述。
在制冷劑流體的加熱階段，通路的部分21內(nèi)的冷卻劑流體溫度上升，壓力增大，且其可以改變狀態(tài)。應(yīng)注意，閉合裝置E1、S2、E3、S3是開啟的，而閉合裝置E1、E2和S1是閉合的。
當(dāng)制冷劑流體達(dá)到給定壓力值，例如介于30至50bar之間時(shí)，制冷劑流體進(jìn)入第一腔體51，對活塞71施加推力，并移動輸出系統(tǒng)的輸出軸11。同時(shí)，活塞72朝冷卻器15的方向驅(qū)趕容納于腔體52內(nèi)的流體。
在活塞71的前進(jìn)軌跡以及活塞72的返回軌跡的端部，閉合裝置E1和S2閉合而閉合裝置E2和S1開啟，允許繼續(xù)進(jìn)行如上所述的循環(huán)，并且腔體51和52之間的功能或任務(wù)顛倒。
應(yīng)注意，在活塞71的前進(jìn)軌跡期間，可變體積腔室21完成完整的前進(jìn)和返回循環(huán)，允許部分流體返回到交換器3。從而，可變體積腔室21允許制冷劑流體的壓力落在該通路的熱部分內(nèi)，允許更低溫度的冷卻劑流體注入熱交換器3。隨后，已經(jīng)填充熱交換器3的制冷劑流體的溫度和壓力都上升。當(dāng)熱出口2c的壓力低于交換器3內(nèi)制冷劑流體的壓力時(shí)，制冷劑流體可以從交換器3注入到熱出口2c。此外，應(yīng)理解，可變體積腔室21以下述方式將冷卻劑流體注入交換器3，即，使得熱出口2c的壓力返回到其額定值，這意味著其保持在基本恒定的值。如上所述的新的熱力循環(huán)隨后獨(dú)立或自動地再次開始。
由于在不脫離本發(fā)明請求保護(hù)的范圍的情況下可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)，因此本發(fā)明不限于上面描述和示出的示例。
權(quán)利要求
1.一種熱力機(jī)，包括閉合通路(2)，用于循環(huán)制冷劑流體；熱交換器(3)，具有該制冷劑流體的循環(huán)通路的部分(21)，在該交換器的入口處具有冷入口(2f)且在該交換器的出口處具有熱出口(2c)；至少一個(gè)第一可變體積腔體(51)，其入口連接到該通路的熱出口且其出口連接到一冷卻器(15)的入口，所述第一可變體積腔體作用于一運(yùn)動裝置，該運(yùn)動裝置將其運(yùn)動傳送到一輸出系統(tǒng)(10)；以及冷卻器(15)，放置于所述第一可變體積腔體的出口和該通路的冷入口(2f)之間；其特征在于，該熱力機(jī)包括至少一個(gè)可變體積腔室(21)，所述可變體積腔室(21)通過放置于該通路的冷入口(2f)和該冷卻器的出口之間而由該輸出系統(tǒng)(10)控制，其中在所述腔體的一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，所述可變體積腔室(21)將流體重注入該交換器，從而將該通路的熱出口(2c)的壓力維持為近似恒定的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱力機(jī)，其特征在于，該熱力機(jī)包括第二可變體積腔體(52)，該第二可變體積腔體(52)的入口連接到該通路的熱出口(2c)且該第二可變體積腔體(52)的出口連接到該冷卻器(15)的入口，該第二可變體積腔體(52)作用于與所述第一可變體積腔體的運(yùn)動裝置相對設(shè)置的一運(yùn)動裝置，從而將由該第二可變體積腔體作用的該運(yùn)動裝置的運(yùn)動傳送到該輸出系統(tǒng)(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱力機(jī)，其特征在于，所述可變體積腔室(21)具有小于所述第一可變體積腔體與/或所述第二可變體積腔體的體積的可變體積，它們之間的比例取決于所使用的流體的特性，從而使運(yùn)動的氣體的質(zhì)量和運(yùn)動的流體的質(zhì)量相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的熱力機(jī)，其特征在于，所述可變體積腔室(21)由活塞(211)控制，該活塞(211)通過該輸出系統(tǒng)(10)操縱并具有設(shè)計(jì)成將流體重注入該熱交換器(3)的截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱力機(jī)，其特征在于，該熱力機(jī)包括與所述第一可變體積腔體(51)、第二可變體積腔體(52)以及腔室(21)的入口一出口相關(guān)聯(lián)的受控閉合裝置(E1，S1；E2，S2；E3，S3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱力機(jī)，其特征在于，所述閉合裝置(E1，S1；E2，S2；E3，S3)由一部件(17)控制，該部件(17)反過來由該輸出系統(tǒng)(10)的運(yùn)動驅(qū)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱力機(jī)，其特征在于，該輸出系統(tǒng)(10)包括安裝有曲軸(12)的輸出軸(11)，所述腔體的運(yùn)動裝置連接到該曲軸(12)，該輸出軸(11)配備有用于控制所述閉合裝置的凸輪(17)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的熱力機(jī)，其特征在于，該輸出軸(11)通過倍速系統(tǒng)(30)作用于所述可變體積腔室(21)的活塞(211)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱力機(jī)，其特征在于，該循環(huán)通路的冷入口(2f)和熱出口(2c)配備有受控閉合裝置(4c，4f)，所述閉合裝置(4c，4f)的運(yùn)行與同所述第一可變體積腔體(51)、第二可變體積腔體(52)以及腔室(21)相關(guān)聯(lián)的受控閉合裝置的運(yùn)行同步。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱力機(jī)，包括閉合通路(2)，用于循環(huán)制冷劑；熱交換器(3)；冷入口(2f)；以及位于該交換器輸出端的熱出口(2c)；至少一個(gè)第一可變體積腔體(文檔編號F02G1/00GK101094973SQ200580042750
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月13日
發(fā)明者熱拉爾·繆拉 申請人:熱拉爾·繆拉