[发明专利]高压氦气换热系统、换热方法及回热式热机系统

权利要求书

1.一种高压氦气换热系统，用于回热式热机中，所述高压氦气换热系统的一侧与外部热源连通，另一侧与回热式热机的高温换热器的壳程连通；其特征在于，包括：

换热环路(1)，所述换热环路(1)内部充入高压氦气；

轴流式风机(2)，设置于所述换热环路(1)上，所述轴流式风机(2)用于所述换热环路(1)中产生氦气直流与所述外部热源耦合换热。

2.根据权利要求1所述的高压氦气换热系统，其特征在于，所述外部热源(14)为核反应堆、太阳能、工业废热或燃烧生物质能的其中一种。

3.一种换热方法，其特征在于，包括以下步骤：

将换热环路的一侧与外部热源连通，另一侧与回热式热机的高温换热器的壳程连通；

在换热环路的内部充入高压氦气；

通过轴流式风机形成沿固定方向的气体驱动力，以使换热环路中产生氦气直流并经过外部热源进行吸热；

吸热升温后的高压氦气经过回热式热机的高温换热器的壳程以加热换热管内的氦气工质；

所述回热式热机从高温换热器吸收管外氦气直流的热量最终实现做功。

4.一种回热式热机系统，其特征在于，包括：

外部热源，用于提供热量；

回热式热机，内部采用氦气为气体工质，通过热声效应将热量转换成气体工质在往复振荡中具有的声能，从而对外做功；

权利要求1或2所述的高压氦气换热系统，一侧与所述外部热源(14)连通，另一侧与所述回热式热机的高温换热器的壳程连通。

5.根据权利要求4所述的回热式热机系统，其特征在于，所述回热式热机为自由活塞斯特林发电机，所述自由活塞斯特林发电机包括：

缸体(3)，一端形成有膨胀腔(4)；

定位法兰(5)和调相器，设置于所述缸体(3)内，所述调相器设置于所述定位法兰(5)靠近所述膨胀腔(4)的一侧；所述调相器的外周侧设置有热声单元(6)，所述热声单元(6)用于产生声功，所述定位法兰(5)远离所述膨胀腔(4)的一侧形成安装腔；

动力活塞(7)，设置于所述安装腔内；所述动力活塞(7)的外周设置有发电单元(8)；所述动力活塞(7)在声功作用下相对所述定位法兰(5)往复运动；

所述定位法兰(5)与所述缸体(3)形成压缩腔(9)，所述压缩腔(9)位于所述热声单元(6)和所述发电单元(8)之间且与所述安装腔连通。

6.根据权利要求5所述的回热式热机系统，其特征在于，所述调相器包括：

调相器本体(10)，所述调相器本体(10)的外周设置有所述热声单元；

调相器杆(11)，连接于所述调相器本体(10)远离所述膨胀腔(4)的一端；且所述调相器杆(11)从所述动力活塞(7)内部穿过。

7.根据权利要求6所述的回热式热机系统，其特征在于，所述缸体(3)内还设置有板弹簧(12)，所述板弹簧(12)与所述调相器杆(11)连接。

8.根据权利要求5所述的回热式热机系统，其特征在于，所述热声单元(6)包括依次连接的高温换热器(61)、回热器(62)和低温换热器(63)，所述高温换热器(61)靠近所述膨胀腔(4)的一侧设置；

所述定位法兰(5)上设置有连接孔，所述连接孔用于将所述热声单元(6)产生的声功传输至所述动力活塞(7)。

9.根据权利要求5所述的回热式热机系统，其特征在于，所述回热式热机为热声发动机、热声制冷机、斯特林热泵或斯特林制冷机中的其中一种。