[发明专利]一种外加热式无泵自压缩有机朗肯循环系统

权利要求书

1.一种外加热式无泵自压缩有机朗肯循环系统，其特征在于，非等径圆柱型气缸(1)中，安装有主活塞(2)和辅助活塞(3)，非等径圆柱型气缸(1)上部为大径空间部分，下部为小径空间部分；主活塞(2)位于非等径圆柱型气缸(1)上部大径空间内，主活塞(2)在第一上止点(2a)和第一下止点(2b)之间做往复运动；辅助活塞(3)为非等径T型结构，上部为大径部分部分，下部为小径部分，辅助活塞(3)小径部分和非等径圆柱型气缸(1)底部小径空间部分配合，辅助活塞(3)大径部分和非等径圆柱型气缸(1)大径空间部分配合，辅助活塞(3)在第二上止点(3a)和第二下止点(3b)之间做往复运动；主活塞(2)通过连接如可与连杆、曲轴等连接，把往复运动变换为旋转运动，实现机械能输出；非等径圆柱型气缸(1)底部的小径空间部分为吸入室(A)，主活塞(2)和辅助活塞(3)之间对应的气缸容积为工作容积(B)即第一上止点(2a)和第二上止点(3a)之间的工作容积(B)，实现工质压缩、加热和膨胀；第一上止点(2a)和第二上止点(3a)之间的工作容积(B)分别经第一阀门(5)连接冷凝器(9)进口和经第二阀门(6)连接蒸发器(10)出口；辅助活塞(3)小径与气缸(1)之间形成的环状空隙为辅助活塞空隙(C)，其内安装弹簧(4)，辅助活塞空隙(C)通过管道(11)与冷凝器(9)进口连接；吸入室(A)分别通过第一单向阀片(7)与蒸发器(10)进口连接、通过第二单向阀片(8)与冷凝器(9)出口相连；蒸发器(10)出口和冷凝器(9)进口之间经由膨胀机(12)连接；系统内充满有机物作为工作介质。

2.按照权利要求1所述的一种外加热式无泵自压缩有机朗肯循环系统，第一阀门(5)、第二阀门(6)启闭由控制系统控制，其开闭取决于曲轴角度或活塞位置、运动方向；其控制方式可为机械控制或电子控制。

3.按照权利要求1所述的一种外加热式无泵自压缩有机朗肯循环系统，其工作方式为：正常工作状态下，主活塞(2)运行至第一上止点(2a)时，辅助活塞(3)也位于第二上止点(3a)，此时工作容积(B)最小，吸入室(A)最大，并且吸入室(A)内已充满有机工质液体，第一阀门(5)关闭，第二阀门(6)开启，从蒸发器(10)出来的一部分高压蒸气进入工作容积(B)，其余部分进入膨胀机(12)；工作容积(B)充入高压蒸气后，其处于高压状态，高压气体一方面迫使主活塞(2)向第一下止点(2b)运动，输出机械功，一方面迫使辅助活塞(3)压缩弹簧(4)，并向第二下止点(3b)运动；由于辅助活塞空隙(C)与冷凝器(9)进口通过管道(11)连通，一直处于低压状态，辅助活塞(3)的运动会使吸入室(A)内压力高于工作容积(B)和蒸发器(10)进口压力，第一单向阀片(7)开启，吸入室(A)内有机工质液体进入蒸发器(10)；当主活塞(2)向第一下止点(2b)运动至某一中间位置时，辅助活塞(3)已运动至第二下止点(3b)，吸入室(A)内液体已全部送入蒸发器，并且单向阀片(7)关闭，然后关闭第二阀门(6)，主活塞(2)继续向第一下止点(2b)运动，运动过程中，由于工作容积(B)体积增加，其内工质压力下降；当主活塞(2)运动至第一下止点(2b)时，工作容积(B)内压力已下降至冷凝压力附近，此时，第一阀门(5)打开，主活塞(2)开始由第一下止点(2b)向第一上止点(2a)运动，将工作容积(B)内膨胀终了乏气排出非等径圆柱型气缸(1)送入冷凝器(9)冷凝，此期间工作容积(B)内压力较低，约为冷凝压力，辅助活塞(3)在弹簧(4)的作用下逐渐向第二上止点(3a)运动，吸入室(A)内压力下降，第二单向阀片(8)开启，从冷凝器(9)出来的冷凝液进入吸入室(A)；当辅助活塞(3)运动至第二上止点(3a)时，吸入室(A)已充满有机工质液体，第二单向阀片(8)关闭；当主活塞(2)运动至第一上止点(2a)时，第一阀门(5)关闭，第二阀门(6)开启，从蒸发器(10)出来的高压蒸气进入工作容积(B)，开始下一循环。

4.按照权利要求1-3任一项所述的一种外加热式无泵自压缩有机朗肯循环系统，其特征在于，或不设置膨胀机(12)，即蒸发器(10)出来的全部高压蒸气进入工作容积(B)，膨胀做功和压缩、输送有机工质液体。