一种热功转换装置及运行方法
一种热功转换装置，包括依次相连的低温腔、低温换热器、高温换热器和高温腔，还包括与高温换热器并行的第一工质旁通流道和/或与低温换热器并行的第二工质旁通流道，低温腔内的冷工质通过所述第二工质旁通流道流出，高温腔内的热工质通过所述第一工质旁通流道流出。运行方法，当工质从高温腔流向回热器时，高温换热器与高温腔之间的流道关闭，第一工质旁通流道打开，工质通过高温腔和第一工质旁通流道流向回热器；当工质从低温腔流向回热器时，低温换热器与低温腔之间的流道关闭，第二工质旁通流道打开，工质通过低温腔和第二工质流入流道流向回热器。本发明可实现热功转换装置大压缩比、低损失运行，从而具备高热力学完善度、高储能密度。
发明专利
CN202311288262.8
2023-10-07
CN117469050A
2024-01-30
F02G1/044(2006.01)
湖南大学
罗宝军;苏晓雪;牛启明;刘凯
410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路麓山门
湖南兆弘专利事务所(普通合伙)
徐好
湖南;43
1.一种热功转换装置，包括依次相连的低温腔(2)、低温换热器(3)、高温换热器(5)和高温腔(7)，所述低温腔(2)和所述高温腔(7)设于气缸(1)内，所述气缸(1)内设有活塞(10)，其特征在于： 热功转换装置还包括与所述高温换热器(5)并行的第一工质旁通流道(61)，所述高温腔(7)内的热工质通过所述第一工质旁通流道(61)流出，低温腔(2)来的冷工质通过所述高温换热器(5)流入所述高温腔(7)，高温腔(7)来的热工质通过所述低温换热器(3)流入所述低温腔(2)； 和/或，热功转换装置还包括与所述低温换热器(3)并行的第二工质旁通流道(62)，所述低温腔(2)内的冷工质通过所述第二工质旁通流道(62)流出，低温腔(2)来的冷工质通过所述高温换热器(5)流入所述高温腔(7)，高温腔(7)来的热工质通过所述低温换热器(3)流入所述低温腔(2)。 2.根据权利要求1所述的热功转换装置，其特征在于：所述低温换热器(3)与所述高温换热器(5)之间设有回热器(4)，所述第一工质旁通流道(61)一端与所述回热器(4)一端相连，第一工质流入流道(61)另一端与所述高温腔(7)相连，所述第二工质旁通流道(62)一端与所述回热器(4)另一端相连，第二工质旁通流道(62)另一端与所述低温腔(2)相连。 3.根据权利要求2所述的热功转换装置，其特征在于：所述高温换热器(5)的换热器壁(503)上具有传热媒介流道(502)，所述传热媒介流道(502)的传热媒介入口(5021)位于靠近所述高温腔(7)的一端且传热媒介出口(5022)位于靠近所述低温腔(2)的一端，所述低温换热器(3)的换热器壁(503)上也具有传热媒介流道(502)且传热媒介流道(502)的传热媒介入口(5021)位于靠近低温腔(2)的一端，传热媒介出口(5022)位于靠近高温腔(7)的一端。 4.根据权利要求3所述的热功转换装置，其特征在于： 所述传热媒介流道(502)呈螺旋形； 和/或，所述低温换热器(3)长度≥10cm，所述高温换热器(5)长度≥10cm； 和/或，所述高温换热器(5)内传热媒介入口温度≤500℃； 和/或，所述高温换热器(5)内传热媒介入口与出口之间温差≥20℃，所述低温换热器(3)内传热媒介入口与出口之间温差≥20℃； 和/或，所述高温换热器(5)连接有第一储热单元(111)，所述低温换热器(3)连接有第二储热单元(112)。 5.根据权利要求3所述的热功转换装置，其特征在于： 所述低温换热器(3)内传热媒介入口(5021)与传热媒介出口(5022)之间温差和所述回热器(4)两端温差之比在0.15～10之间； 和/或，所述高温换热器(5)内传热媒介入口(5021)与传热媒介出口(5022)之间温差和所述回热器(4)两端温差之比在0.15～10之间； 和/或，所述低温腔(2)内工质最高压力与最低压力之比在1.2～10之间； 和/或，热功转换装置还包括压比调节机构。 6.根据权利要求1至5中任一项所述的热功转换装置，其特征在于：还包括弹性元件(15)，所述弹性元件(15)一端与所述活塞(10)连接，另一端固定。 7.根据权利要求1至5中任一项所述的热功转换装置，其特征在于： 所述高温换热器(5)长度大于所述第一工质旁通流道(61)长度； 所述低温换热器(3)长度大于所述第二工质旁通流道(62)长度。 8.一种热功转换装置，包括活塞(10)、传动机构(13)、以及依次相连的低温腔(2)、低温换热器(3)、高温换热器(5)和高温腔(7)，所述低温腔(2)、所述高温腔(7)和所述活塞(10)设于气缸(1)内，所述传动机构(13)具有传动轴(18)，所述活塞(10)连接于所述传动机构(13)的传动轴(18)，其特征在于： 所述活塞(10)包括第一活塞(101)和第二活塞(102)；或，所述热功转换装置还包括排出器(12)； 所述高温换热器(5)设有并行的第一工质旁通流道(61)和/或所述低温换热器(3)设有并行的第二工质旁通流道(62)； 发动机模式时，所述高温腔(7)的热工质通过所述第一工质旁通流道(61)流出，所述低温腔(2)的冷工质通过所述第二工质旁通流道(62)流出。 9.一种权利要求1至7中任一项所述的热功转换装置的运行方法，其特征在于： 当工质从高温腔(7)流向回热器(4)时，高温换热器(5)与高温腔(7)之间的流道关闭，第一工质旁通流道(61)打开，工质依次通过高温腔(7)和第一工质旁通流道(61)流向回热器(4)；当工质从回热器(4)流向高温腔(7)时，第一工质旁通流道(61)关闭，高温腔(7)与高温换热器(5)之间的流道打开，工质依次通过回热器(4)和高温换热器(5)流向高温腔(7)； 当工质从回热器(4)流向低温腔(2)时，低温腔(2)与低温换热器(3)之间的流道打开，第二工质旁通流道(62)关闭，工质依次通过回热器(4)和低温换热器(3)流向低温腔(2)；当工质从低温腔(2)流向回热器(4)时，低温换热器(3)与低温腔(2)之间的流道关闭，第二工质旁通流道(62)打开，工质依次通过低温腔(2)和第二工质流入流道(62)流向回热器(4)； 从第一储热单元(111)流出的传热媒介从高温换热器(5)的传热媒介入口(5021)流入，从高温换热器(5)的传热媒介出口(5022)流出，从第二储热单元(112)流出的传热媒介从低温换热器(3)的传热媒介入口(5021)流入，从低温换热器(3)的传热媒介出口(5022)流出。 10.一种权利要求8所述的热功转换装置的运行方法，其特征在于： 当热功转换装置包括第一活塞(101)和第二活塞(102)时，发动机模式时，所述第一活塞(101)运行相位领先于所述第二活塞(102)运行相位60～150°； 或，当热功转换装置包括活塞(10)和排出器(12)时，发动机模式时，所述排出器(12)运行相位领先于所述活塞(10)运行相位60～150°。