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1、(10)申请公布号 CN 102996282 A(43)申请公布日 2013.03.27CN102996282A*CN102996282A*(21)申请号 201210465071.X(22)申请日 2012.11.16201110397712.8 2011.12.03 CN201110398388.1 2011.12.05 CN201110414893.0 2011.12.10 CNF02G 1/055(2006.01)(71)申请人摩尔动力(北京)技术股份有限公司地址 100101 北京市朝阳区北苑路168号中安盛业大厦24层(72)发明人靳北彪(54) 发明名称一种热气机用工质加热器(5。
2、7) 摘要本发明公开了一种热气机用工质加热器，包括工质加热通道和高承压壳体，所述高承压壳体上设有氧化剂入口、燃料入口和排气口，所述工质加热通道设置在所述高承压壳体内，且所述工质加热通道的入口端和出口端穿出所述高承压壳体，所述高承压壳体的承压能力大于1MPa，所述氧化剂入口与氧化剂源连通，所述燃料入口与燃料源连通，由所述氧化剂入口导入的氧化剂和由所述燃料入口导入的燃料在由所述工质加热通道的外壁和所述高承压壳体的内壁围成的空间内发生燃烧化学反应，反应产物由所述排气口导出。本发明能有效的提高热气机内循环工质的温度和压力，进而提高热气机的工作效率。(66)本国优先权数据(51)Int.Cl.权利要求书。
3、1页 说明书5页 附图6页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 6 页1/1页21.一种热气机用工质加热器，包括工质加热通道（1）和高承压壳体（2），其特征在于：在所述高承压壳体（2）上设氧化剂入口（3）、燃料入口（5）和排气口（4），所述工质加热通道（1）设置在所述高承压壳体（2）内，且所述工质加热通道（1）的入口端和出口端穿出所述高承压壳体（2），所述高承压壳体（2）的承压能力大于1MPa，所述氧化剂入口（3）与氧化剂源（6）连通，所述燃料入口（5）与燃料源（7）连通，由所述氧化剂入口（3）导入的氧化剂和由所述燃料入口（5）导入的。
4、燃料在由所述工质加热通道（1）的外壁和所述高承压壳体（2）的内壁围成的空间内发生燃烧化学反应。2.如权利要求1所述热气机用工质加热器，其特征在于：所述工质加热通道（1）的入口端和出口端的外壁与所述高承压壳体（2）的连接位置密封。3.如权利要求1所述热气机用工质加热器，其特征在于：在所述排气口（4）处设控制阀（8）。4.如权利要求1所述热气机用工质加热器，其特征在于：在所述氧化剂源（6）和所述氧化剂入口（3）之间的连通通道上设控制阀（8）。5.如权利要求1所述热气机用工质加热器，其特征在于：在所述燃料源（7）和所述燃料入口（5）之间的连通通道上设控制阀（8）。6.如权利要求3至5中任一项所述热气。
5、机用工质加热器，其特征在于：所述热气机用工质加热器还包括压力控制装置（9），所述控制阀（8）受所述压力控制装置（9）控制。7.如权利要求1至5中任一项所述热气机用工质加热器，其特征在于：所述氧化剂入口（3）与所述燃料入口（5）合并为一体，使得所述氧化剂源（6）与所述燃料源（7）共用同一通道。8.如权利要求1至5中任一项所述热气机用工质加热器，其特征在于：在所述高承压壳体（2）内和/或在所述工质加热通道（1）内设压力传感器（10）。9.如权利要求1至5中任一项所述热气机用工质加热器，其特征在于：在所述高承压壳体（2）内和/或在所述工质加热通道（1）内设温度传感器（11）。10.如权利要求1至5中。
6、任一项所述热气机用工质加热器，其特征在于：在所述高承压壳体（2）的外表面上设散热片（13）。权 利 要 求 书CN 102996282 A1/5页3一种热气机用工质加热器0001 技术领域0002 本发明涉及一种工质加热器，尤其是一种热气机用工质加热器。背景技术0003 近年来，关于热气机的研究和开发日趋火热，所有关于热气机的研究和开发的主要目的都是如何提高热气机的工作效率。热气机的效率受工质的最高能量状态时的温度和压力的影响，要想提高热气机的效率就必须提高这一状态下的温度和压力。然而温度和压力的提高，必然导致循环系统承压能力的提高，特别会导致对热气机工质加热器的承压能力和耐高温能力的更高要求。
7、，这往往会造成现有材料无法实现的状态。而且，工质加热器的承压能力和耐高温能力是一对矛盾，在材料性能不变的前提下，要想提高工质加热器的工作温度，其承压能力必然下降，同理，要想提高工质加热器的工作压力，其耐高温能力必然下降。如果能够利用现有材料，通过改变结构设计明显提高热气机工质加热器的耐高温能力和承压能力，哪怕是在耐高温能力不变的前提下提高承压能力，或者是在承压能力不变的前提下提高耐高温能力，都将明显提高热气机的工作效率。发明内容0004 为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：一种热气机用工质加热器，包括工质加热通道和高承压壳体，在所述高承压壳体上设氧化剂入口、燃料入口和排气口，所述工质加。
8、热通道设置在所述高承压壳体内，且所述工质加热通道的入口端和出口端穿出所述高承压壳体，所述高承压壳体的承压能力大于1MPa，所述氧化剂入口与氧化剂源连通，所述燃料入口与燃料源连通，由所述氧化剂入口导入的氧化剂和由所述燃料入口导入的燃料在由所述工质加热通道的外壁和所述高承压壳体的内壁围成的空间内发生燃烧化学反应，反应产物由所述排气口导出。0005 可选择的，所述工质加热通道的入口端和出口端的外壁与所述高承压壳体的连接位置密封。0006 可选择的，在所述排气口处设控制阀。0007 可选择的，在所述氧化剂源和所述氧化剂入口之间的连通通道上设控制阀。0008 可选择的，在所述燃料源和所述燃料入口之间的连。
9、通通道上设控制阀。0009 可选择的，所述热气机用工质加热器还包括压力控制装置，所述控制阀受所述压力控制装置控制。0010 可选择的，所述氧化剂入口与所述燃料入口合并为一体，使得所述氧化剂源与所述燃料源共用同一通道。0011 可选择的，在所述高承压壳体内和/或在所述工质加热通道内设压力传感器。0012 可选择的，在所述高承压壳体内和/或在所述工质加热通道内设温度传感器。说 明 书CN 102996282 A2/5页40013 可选择的，在所述高承压壳体的外表面上设散热片。0014 本发明以上提供的所有方案中都可以将所述工质加热通道设为斯特林发动机工质加热通道或布雷登循环热动力系统的工质加热通道。
10、。0015 本发明的原理是，将热气机的所述工质加热通道设置在所述高承压壳体内，将所述高承压壳体的内壁和所述工质加热通道的外壁围成的空间作为燃烧室并建立适当的压力，这样就可以使所述工质加热通道承受的工质内部的压力减小，从而使提高所述工质加热通道内部的工质压力和温度成为可能，进而提高热气机的效率。0016 本发明中，根据热气机领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。0017 本发明的有益效果如下:能有效的提高热气机内循环工质的温度和压力，进而提高热气机的工作效率。附图说明0018 图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；图3所示的是本发明实施。
11、例3的结构示意图；图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；图6所示的是本发明实施例6的结构示意图；图中：1工质加热通道、2高承压壳体、3氧化剂入口、4排气口、5燃料入口、6氧化剂源、7燃料源、8控制阀、9压力控制装置、10压力传感器、11温度传感器、12液压泵、13散热片。具体实施方式0019 实施例1如图1所示的热气机用工质加热器，包括工质加热通道1和高承压壳体2，在所述高承压壳体2上设氧化剂入口3、燃料入口5和排气口4，所述工质加热通道1设置在所述高承压壳体2内，且所述工质加热通道1的入口端和出口端穿出所述高承压壳体2，所述工质加热通道1的入口端和出。
12、口端的外壁与所述高承压壳体2的连接位置密封，所述高承压壳体2的承压能力大于1MPa，所述氧化剂入口3与氧化剂源6连通，所述燃料入口5与燃料源7连通，由所述氧化剂入口3导入的氧化剂和由所述燃料入口5导入的燃料在由所述工质加热通道1的外壁和所述高承压壳体2的内壁围成的空间内发生燃烧化学反应，反应产物由所述排气口4导出。0020 本实施例中，可以在所述氧化剂源6、所述燃料源7的装置上设一体的液阀结构，分别实现对所述氧化剂入口3和所述燃料入口5的输送量的调节。0021 本实施例中，可以通过调整所述排气口4的大小、燃料的燃烧速度来调节所述高承压壳体2内部的压力平衡。0022 作为可以变换的实施方式，所述。
13、工质加热通道1的入口端和出口端的外壁与所述高承压壳体2的连接位置可以不必密封，不影响发明目的的实现。说 明 书CN 102996282 A3/5页50023 作为可以变换的实施方式，可以参照实施例4，将所述氧化剂入口3与所述燃料入口5合并为一体。0024 作为可以变换的实施方式，可以参照实施例5，在所述高承压壳体2内和/或在所述工质加热通道1内分别设压力传感器10，在所述高承压壳体2内和/或在所述工质加热通道1内分别设温度传感器11。0025 作为可以变换的实施方式，可以参照实施例6，在所述高承压壳体2外表面设散热片13。0026 实施例2如图2所示的热气机用工质加热器，其与实施例1的区别在于。
14、：在所述排气口4处设控制阀8，通过所述控制阀8来调节所述高承压壳体2内部的压力平衡。0027 在所述氧化剂源6和所述氧化剂入口3之间的连通通道上设控制阀8，并可根据需要设置液压泵12，通过泵阀组合来控制氧化剂的注入量。0028 在所述燃料源7和所述燃料入口5之间的连通通道上设控制阀8，并可根据需要设置液压泵12，通过泵阀组合来控制燃料的注入量。0029 作为可以变换的实施方式，所述排气口4处、所述氧化剂源6和所述氧化剂入口3之间的连通通道上、所述燃料源7和所述燃料入口5之间的连通通道上可以择一设置所述控制阀8或者任择两处设置所述控制阀8。0030 作为可以变换的实施方式，可以参照实施例4，将所。
15、述氧化剂入口3与所述燃料入口5合并为一体。0031 作为可以变换的实施方式，可以参照实施例5，在所述高承压壳体2内和/或在所述工质加热通道1内分别设压力传感器10，在所述高承压壳体2内和/或在所述工质加热通道1内分别设温度传感器11。0032 作为可以变换的实施方式，可以参照实施例6，在所述高承压壳体2外表面设散热片13。0033 实施例3如图3所示的热气机用工质加热器，其与实施例2的区别在于：所述热气机用工质加热器还包括压力控制装置9，三个所述控制阀8都受所述压力控制装置9控制。0034 作为可以变换的实施方式，当所述排气口4处、所述氧化剂源6和所述氧化剂入口3之间的连通通道上、所述燃料源7。
16、和所述燃料入口5之间的连通通道上择一设置所述控制阀8或者任择两处设置所述控制阀8时，相应的一个或两个所述控制阀8受所述压力控制装置9控制。0035 实施例4如图4所示的热气机用工质加热器，其与实施例3的区别在于：所述氧化剂入口3与所述燃料入口5合并为一体，使得所述氧化剂源6与所述燃料源7共用同一通道及同一所述控制阀8，在所述氧化剂源6与所述控制阀8之间的连通通道上、在所述燃料源7与所述控制阀8之间的连通通道上分别设液压泵12。这样可以节省一条输送通道，可以减少所述高承压壳体2的开口数量，只需要对氧化剂和燃料的供给量进行配说 明 书CN 102996282 A4/5页6比调节即可实现，并且可以提。
17、前进行一定的混合，有利于氧化剂和燃料的充分燃烧。0036 实施例5如图5所示的热气机用工质加热器，其与实施例3的区别在于：在所述高承压壳体2内和在所述工质加热通道1内分别设压力传感器10。0037 在所述高承压壳体2内和在所述工质加热通道1内分别设温度传感器11。0038 作为可以变换的实施方式，所述压力传感器10可择一设置在所述高承压壳体2内、所述工质加热通道1内，所述温度传感器11可择一设置在所述高承压壳体2内、所述工质加热通道1内。0039 作为可以变换的实施方式，所述压力传感器10、所述温度传感器11可择一设置。0040 通过所述压力传感器10、所述温度传感器11的设置，可以实时的监控。
18、到所述高承压壳体2内和/或在所述工质加热通道1内部的压力和/或温度数据，进而为调节所述控制阀8的开闭和氧化剂和燃料的供给速度提供依据。0041 实施例6如图6所示的热气机用工质加热器，其与实施例3的区别在于：在所述高承压壳体2外表面上设散热片13，通过外表面的所述散热片13可以实现对所述高承压壳体2进行降温的效果。0042 在实施的过程中，可选择的在所述高承压壳体2的外部设风扇进行辅助降温。0043 本发明的所有实施方式中，都可以将所述工质加热通道1设为斯特林发动机工质加热通道或布雷登循环热动力系统的工质加热通道。0044 本发明的原理是，将热气机的燃烧室设置在所述工质加热通道1的外壁和所述高。
19、承压壳体2的内壁围成的空间内，并在该空间内建立适当的压力，以减轻工质对所述热气机循环系统的承压能力的要求，特别是在外燃机的燃烧室及其所述工质加热器（即将燃烧室的热量传递给工质的热交换器）的结构中，可以大幅度提高外燃机工质的温度和压力，从而提高热动力系统的效率。0045 具体而言，假设所述高承压壳体2外部的气压为P0，所述高承压壳体2内压为P2，所述工质加热通道1内压为P1，在工作温度Q1的条件下所述工质加热通道1的极限承压能力P1maxQ1=65MPa，在工作温度Q2的条件下所述工质加热通道1的极限承压能力P1maxQ2=45MPa，Q1、Q2均为超过100的高温，并且，Q2Q1。0046 在。
20、所述工质加热通道1工作温度为Q1的条件下，所述高承压壳体2外部的气压为P0=0MPa，设定所述工质加热通道1内压P1=60MPa65 MPa，如果不设置所述高承压壳体2，那么所述工质加热通道1的外壁的承压为P=P1- P0=60MPa；如果设置了所述高承压壳体2，并且所述高承压壳体2内部气压为50MPa，那么所述工质加热通道1的外壁的承压为P=P1- P2=10MPa65 MPa。0047 由于燃烧室内的火焰直接对所述工质加热通道1加热，所述高承压壳体2的内壁不直接接触火焰，所以即使在所述高承压壳体2的外表面不加所述散热片13的情况下，所述高承压壳体2所承受的温度远也低于所述工质加热通道1的温。
21、度，所以高承压壳体2的承压能力可以远大于所述工质加热通道1的承压能力，也就是说，如果所述工质加热通道1的承压能力为60MPa，那么温度更低的所述高承压壳体2的承压能力可以达到100MPa以上，而此时所述工质加热通道1的外壁的承压为P=P1- P2=60MPa-100MPa=-40MPa65 MPa，即为说 明 书CN 102996282 A5/5页7负压。0048 由此可以断定，可以在此基础上进一步提高所述工质加热通道1的内压P1至100MPa，并且工作温度为Q2，此时P=P1- P2=100MPa-100MPa=0MPa45 MPa。0049 所以可以突破所述工质加热通道1在Q2条件下45MPa的极限承压能力。0050 显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。说 明 书CN 102996282 A1/6页8图1说 明 书 附 图CN 102996282 A2/6页9图2说 明 书 附 图CN 102996282 A3/6页10图3说 明 书 附 图CN 102996282 A10。