專利名稱：一種余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種利用余熱加熱工作介質(zhì)使得工作介質(zhì)汽化并將氣化后的蒸汽通入二沖程發(fā)動(dòng)的氣缸內(nèi)驅(qū)動(dòng)活塞做功的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的汽車保有量持續(xù)增加，增加的汽車消耗了大量的能源，并將含有余熱的尾氣排入大氣中，汽車尾氣內(nèi)含有大量的余熱，這部分熱量被排入大氣中不僅造成了能源的損失而且使得城市的溫度升高，在現(xiàn)有技術(shù)中，內(nèi)燃機(jī)的燃油的熱量利用率僅僅在40%，60%的能量都沒有得到利用，這個(gè)問題直接制約著汽車工業(yè)的發(fā)展，因此，汽車節(jié)能問題必須解決。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中有兩處廢熱源尾氣和冷卻水，冷卻水的溫度在8(Γ120度之間，而尾氣的溫度在700度左右。內(nèi)燃機(jī)的燃油中沒有利用的能量的大部分都以尾氣余熱的形式排放到了大氣中，這造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣能量的回收一般都是小型設(shè)備，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)較小，排氣量也相對(duì)較小。不適于應(yīng)用大型工業(yè)余熱回收裝置來回收發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的余熱，現(xiàn)有的尾氣余熱一般被回收來用于發(fā)電或驅(qū)動(dòng)吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)。利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱發(fā)電較為簡(jiǎn)單，直接將溫差發(fā)電模塊安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管上，即可將余熱直接轉(zhuǎn)換為電能，但溫差發(fā)電模塊的成本高、發(fā)電效率較低，采用尾氣余熱驅(qū)動(dòng)吸收式空調(diào)時(shí)， 需要設(shè)置吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)并且還需要設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜?，F(xiàn)有技術(shù)中的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)可以回收高位余熱，但是熱氣機(jī)的密封問題沒有得到很好的解決，還有就是它的響應(yīng)性差、制造成本高，傳動(dòng)系統(tǒng)一般都比較復(fù)雜，這些因素致使熱氣機(jī)的發(fā)展受到很大的限制?，F(xiàn)有技術(shù)中的另一種回收余熱的技術(shù)是用低沸點(diǎn)工質(zhì)在蒸汽透平機(jī)械中膨脹做功，但是這種膨脹做功的方式應(yīng)用在大功率系統(tǒng)中時(shí)，優(yōu)點(diǎn)比較突出，但是當(dāng)應(yīng)用在小功率機(jī)器上時(shí)就有一定的弊端了，比如需要配備減速機(jī)構(gòu)，而減速機(jī)構(gòu)的噪聲都比較大，另外， 透平機(jī)械的加工成本比較高，低速運(yùn)行時(shí)的效率低、扭矩小，同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)控制起來比較復(fù)雜，還需要設(shè)置專門的高壓循環(huán)泵。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以提供一種新的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱的回收方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括配合形成一個(gè)封閉空間的氣缸與曲軸箱，氣缸內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有活塞，曲軸箱內(nèi)設(shè)置有通過連桿與活塞構(gòu)成曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的曲軸，氣缸通過頂端設(shè)置的有壓氣體進(jìn)口連接有加熱器，加熱器為內(nèi)部具有廢熱介質(zhì)容腔與工作介質(zhì)容腔的換熱器型的加熱器，氣缸的有壓氣體進(jìn)口通過與工作介質(zhì)容腔的出氣口的連通連接有加熱器，氣缸的有壓氣體進(jìn)口與工作介質(zhì)容腔的出氣口之間設(shè)置有在工作介質(zhì)容腔向氣缸內(nèi)注入有壓氣體使活塞移向下止點(diǎn)做功的過程中處于開啟狀態(tài)的第一開關(guān)閥，氣缸通過頂端設(shè)置的有壓氣體出口連接有液化器，液化器上設(shè)置的氣體進(jìn)出口與曲軸箱上設(shè)置的氣體進(jìn)出口連通，氣缸的有壓氣體出口通過與液化器上設(shè)置的進(jìn)氣口之間的連通連接有液化器，氣缸的有壓氣體出口與液化器的進(jìn)氣口之間設(shè)置有在液化器向曲軸箱內(nèi)補(bǔ)入氣體活塞移向上止點(diǎn)的過程中處于開啟狀態(tài)的第二開關(guān)閥，液化器上設(shè)置的液體出口通過用于將液化器內(nèi)的液體泵入工作介質(zhì)容腔內(nèi)的泵液裝置與工作介質(zhì)容腔上設(shè)置的進(jìn)液口相連。所述的液化器的進(jìn)氣口處和/或液化器上設(shè)置有用于冷卻由第二開關(guān)閥流進(jìn)液化器的工作介質(zhì)的冷卻結(jié)構(gòu)。所述的冷卻結(jié)構(gòu)為串聯(lián)設(shè)置在液化器的進(jìn)氣口處的散熱器。所述的泵液裝置包括蓄壓器，蓄壓器的進(jìn)氣口通過允許氣流流向蓄壓器的第一單向閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口連通，蓄壓器的出氣口通過在活塞處于下止點(diǎn)部位時(shí)處于開啟狀態(tài)的第三開關(guān)閥與一集液器的進(jìn)氣口相連，液化器的出液口通過允許液化器內(nèi)的液體流向集液器的第二單向閥與集液器上設(shè)置的進(jìn)液口相連，工作介質(zhì)容腔的進(jìn)液口通過允許液體流向工作介質(zhì)容腔的第三單向閥與集液器的出液口相連，集液器的進(jìn)氣口通過在液化器中的液體流向集液器并且第三開關(guān)閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)處于開啟狀態(tài)的第四開關(guān)閥與液化器液面以上的容腔部分連通。所述的曲軸箱上設(shè)置有啟動(dòng)氣體進(jìn)口，啟動(dòng)氣體進(jìn)口通過在余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)并第一開關(guān)閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)處于開啟狀態(tài)的啟動(dòng)開關(guān)閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口連通。所述啟動(dòng)開關(guān)閥包括設(shè)置在工作介質(zhì)容腔的出氣口處的第五開關(guān)閥與設(shè)置在啟動(dòng)氣體進(jìn)口處的延時(shí)開關(guān)閥，延時(shí)開關(guān)閥包括閥體，閥體內(nèi)設(shè)置有閥芯，閥體的一端具有彈簧腔，另一端具有控制腔，彈簧腔內(nèi)設(shè)置有頂壓閥芯的彈簧，閥體上設(shè)置有與控制腔連通的阻尼口，阻尼口通過第五開關(guān)閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口相連，閥體上設(shè)置有當(dāng)閥芯在彈簧的作用下移向控制腔時(shí)連通并當(dāng)閥芯在來自工作介質(zhì)容腔的氣體的作用下移向彈簧腔時(shí)斷開的進(jìn)氣口和出氣口，延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口通過第五開關(guān)閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口相連，延時(shí)開關(guān)閥的出氣口與曲軸箱的啟動(dòng)氣體進(jìn)口相連，延時(shí)開關(guān)閥的彈簧腔上設(shè)置有泄壓口。所述延時(shí)開關(guān)閥的泄壓口與液化器相連。所述的液化器的氣體進(jìn)出口與曲軸箱的氣體進(jìn)出口之間串聯(lián)設(shè)置有分液器，分液器的出口與曲軸箱的氣體進(jìn)出口相連，分液器的進(jìn)口分為兩路，其中一路通過在活塞移向下止點(diǎn)的過程中處于開啟狀態(tài)的第六開關(guān)閥與液化器的氣體進(jìn)出口相連，另一路通過允許氣體由液化器流向分液器的第四單向閥與液化器的氣體進(jìn)出口相連。所述的曲軸箱的氣體進(jìn)出口通過一個(gè)節(jié)流閥與工作介質(zhì)容腔的底部相連。所述第一開關(guān)閥包括第一閥體，第一閥體的圓形內(nèi)孔中轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)有與所述曲軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第一閥芯，第一閥芯與第一閥體之間設(shè)置有在第一閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)過程中能分別與設(shè)置在第一閥體上的第一開關(guān)閥的兩個(gè)閥口連通的第一閥口空間和第二閥口空間，第一閥芯上設(shè)置有連通第一閥口空間和第二閥口空間的孔道，第一閥芯的外周面上設(shè)置有周向延伸的弧形槽，第一閥芯的弧形槽形成第一閥口空間，第一閥芯的一端具有與第一閥體間隙配合的小直徑段，第一閥芯的小直徑段與第一閥體之間的間隙為第二閥口空間，第二閥口空間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)填設(shè)有將第二閥口空間的一部分封上的瓦形控制芯。[0015]本實(shí)用新型的加熱器為換熱器型加熱器，攜帶有余熱的廢氣進(jìn)入加熱器的廢熱介質(zhì)容腔將熱量傳遞給工作介質(zhì)容腔中的工作介質(zhì)，使得工作介質(zhì)蒸發(fā)產(chǎn)生有壓氣體，有壓氣體通過開啟的第一開關(guān)閥可以進(jìn)入氣缸中推動(dòng)活塞移向下止點(diǎn)并在此過程中通過曲軸對(duì)外界做功，同時(shí)，曲軸箱內(nèi)的氣體通過氣體進(jìn)出口排入液化器中，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)至下止點(diǎn)后在慣性作用下開始向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)第一開關(guān)閥關(guān)閉，第二開關(guān)閥打開，氣缸內(nèi)的氣體通過第二開關(guān)閥進(jìn)入液化器中，由于壓力和溫度的下降，進(jìn)入液化器中的氣體中的一部分液化，另一部分補(bǔ)入曲軸箱內(nèi)，而液化器內(nèi)的液體通過泵液裝置被泵入加熱器的工作介質(zhì)容腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)的回流。當(dāng)排氣結(jié)束后，第二開關(guān)閥會(huì)關(guān)閉，同時(shí)第一開關(guān)閥打開，來自工作介質(zhì)容腔的氣體會(huì)推動(dòng)活塞再次做功，如此，周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)余熱向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，提供了一種新的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱的回收方法。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的原理圖；圖2是圖1中的延時(shí)開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中的第一開關(guān)閥的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的A-A剖視圖；圖5是圖3的B-B剖視圖。
具體實(shí)施方式
一種余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例，在圖1中，包括氣缸和曲軸箱，與現(xiàn)有技術(shù)中的二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸和曲軸箱的布置方式相同，氣缸位于曲軸箱的上部，氣缸與曲軸箱形成一個(gè)封閉的空腔，氣缸內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有活塞9，曲軸箱內(nèi)設(shè)置有曲軸，曲軸通過連桿19與活塞9形成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，氣缸的頂端設(shè)置有有壓氣體進(jìn)口 8，有壓氣體進(jìn)口 8通過第一開關(guān)閥6連接有加熱器1。加熱器1為換熱器型的加熱器，該加熱器1具有兩個(gè)容腔，其中一個(gè)容腔為廢熱介質(zhì)容腔，另一個(gè)為工作介質(zhì)容腔25，工作介質(zhì)容腔25內(nèi)的工作介質(zhì)與廢熱介質(zhì)容腔內(nèi)攜帶有廢熱的廢熱介質(zhì)進(jìn)行換熱，這里的廢熱介質(zhì)即為發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣，工作介質(zhì)吸收尾氣中攜帶的廢熱蒸發(fā)成為高壓的蒸汽。工作介質(zhì)容腔25的上端具有一個(gè)出氣口 2，該出氣口 2與第一開關(guān)閥6相連，第一開關(guān)閥6與有壓氣體進(jìn)口 8相連。有壓氣體進(jìn)口 8分為了兩路，一路通過第一開關(guān)閥6與工作介質(zhì)容腔25的出氣口 2相連，另一路通過第二開關(guān)閥10連接有液化器16，液化器16的進(jìn)氣口 14與第二開關(guān)閥10相連，液化器16的上端設(shè)置有氣體進(jìn)出口 15，氣體進(jìn)出口 15與曲軸箱上設(shè)置的氣體進(jìn)出口相連。液化器16的下端設(shè)置有液體出口 17，液化器16的液體出口 17與集液器23的進(jìn)液口相連，液化器16的液體出口 17與集液器23的進(jìn)液口之間串設(shè)有第二單向閥21，第二單向閥允許液體由液化器17內(nèi)流向集液器23內(nèi)。集液器23的進(jìn)氣口通過三通閥M與蓄壓器27的出氣口相連。三通閥M包括閥體，三通閥M的閥體上沿周面間隔設(shè)置有三個(gè)閥口，其中一個(gè)閥口的尺寸較大，這個(gè)較大的閥口為常通閥口，另兩個(gè)閥口的尺寸較小，三通閥的閥體內(nèi)設(shè)置有旋轉(zhuǎn)閥芯，三通閥的旋轉(zhuǎn)閥芯上設(shè)置有徑向貫通孔，當(dāng)三通閥的旋轉(zhuǎn)閥芯在其閥體內(nèi)往復(fù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，徑向貫通孔的一端始終與常通閥口連通，徑向貫通孔的另一端隨著三通閥的旋轉(zhuǎn)閥芯在其閥體內(nèi)的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)交替與三通閥M的閥體上設(shè)置的另兩個(gè)閥口連通。集液器23的進(jìn)氣口與三通閥M的常通閥口連通，三通閥M的另一個(gè)閥口與蓄壓器27的出氣口相連，三通閥M的第三個(gè)閥口在液化器16的液面以上與液化器16連通。蓄壓器27的進(jìn)氣口通過第一單向閥4與工作介質(zhì)容腔25的出氣口連通，第一單向閥4允許氣體由工作介質(zhì)容腔流向蓄壓器27。集液器23的下部設(shè)置有出液口，集液器23的出液口與工作介質(zhì)容腔25的進(jìn)液口 3相連，集液器23的出液口與工作介質(zhì)容腔25的進(jìn)液口 3之間設(shè)置有第三單向閥22，第三單向閥22容許液體由集液器流向工作介質(zhì)容腔。上述實(shí)施例在工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣進(jìn)入加熱器1的廢熱介質(zhì)容腔內(nèi)，將熱量傳遞給工作介質(zhì)，工作介質(zhì)受熱蒸發(fā)成為有壓氣體，在活塞向上運(yùn)動(dòng)接近上止點(diǎn)時(shí)，需要向氣缸內(nèi)注入有壓氣體以便驅(qū)動(dòng)活塞移向下止點(diǎn)做功時(shí)，打開第一開關(guān)閥6，有壓氣體由工作介質(zhì)容腔25的出氣口出來壓入氣缸內(nèi)，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)以后，在有壓氣體的作用下，活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)并做功，同時(shí)將曲軸箱內(nèi)的氣體壓入液化器中，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)后，由于慣性作用，活塞開始上移，這時(shí)，將第一開關(guān)閥6關(guān)閉，同時(shí)打開第二開關(guān)閥10，在活塞上移的過程中，氣缸內(nèi)的做完功后的蒸汽通過第二開關(guān)閥進(jìn)入液化器，在液化器中，一部分蒸汽因壓力和溫度下降而液化，另一部分蒸汽通過液化器上設(shè)置的氣體進(jìn)出口補(bǔ)入曲軸箱內(nèi)， 當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)附近時(shí)，第一開關(guān)閥6再次打開，同時(shí)第二開關(guān)閥關(guān)閉，工作介質(zhì)容腔再次向氣缸內(nèi)注入有壓氣體驅(qū)動(dòng)活塞做功，如此循環(huán)。當(dāng)工作介質(zhì)容腔25內(nèi)的壓力大于蓄壓器27內(nèi)的壓力時(shí)，工作介質(zhì)容腔25內(nèi)的有壓氣體就會(huì)頂開第一單向閥向蓄壓器內(nèi)充入氣體，當(dāng)蓄壓器內(nèi)的壓力大于工作介質(zhì)容腔內(nèi)的壓力時(shí)，第一單向閥就會(huì)關(guān)閉，因此，蓄壓器27內(nèi)的壓力會(huì)一直大于等于工作介質(zhì)容腔內(nèi)的壓力。當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)的下止點(diǎn)處時(shí)，三通閥會(huì)將蓄壓器的出氣口與集液器的進(jìn)氣口連通，這時(shí)由于工作介質(zhì)容腔向氣缸中輸入了大量的蒸汽，工作介質(zhì)容腔內(nèi)的壓強(qiáng)較低，蓄壓器的蒸汽會(huì)將集液器內(nèi)的液體壓入工作介質(zhì)容腔，實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)的回流，使得整個(gè)系統(tǒng)得以循環(huán)。當(dāng)集液器內(nèi)的液體被壓入工作介質(zhì)容腔后，三通閥會(huì)將蓄壓器的出氣口與集液器的進(jìn)氣口斷開，同時(shí)將集液器的進(jìn)氣口與液化器連通，這樣，集液器內(nèi)的壓強(qiáng)會(huì)與液化器上部的壓力相等，這樣，液化器內(nèi)液體會(huì)將第二單向閥21打開，液體流入集液器中，為下一次的液體回流做好準(zhǔn)備。上述實(shí)施例中的第三開關(guān)閥與第四開關(guān)閥集成為了一個(gè)三通閥，也可以分開設(shè)置兩個(gè)開關(guān)閥，集液器的進(jìn)氣口通過一個(gè)開關(guān)閥與蓄壓器的出氣口相連，集液器的進(jìn)氣口通過另一個(gè)開關(guān)閥與液化器相連。上述實(shí)施例中的液化器中的液體通過蓄壓器與集液器的配合被壓入工作介質(zhì)容腔內(nèi)，也可以在分液器與工作介質(zhì)容腔之間設(shè)置上一個(gè)間歇運(yùn)行的溶液泵，通過該溶液泵將液化器內(nèi)的液體泵入工作介質(zhì)容腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)工作介質(zhì)的循環(huán)。上述實(shí)施例中的氣缸頂端設(shè)置的有壓氣體進(jìn)口兼做有壓氣體出口使用，也可以另外設(shè)置一個(gè)有壓氣體出口。作為上述實(shí)施例的改進(jìn)，在液化器的進(jìn)氣口處串設(shè)有散熱器13，散熱器13設(shè)置在第二開關(guān)閥與液化器的進(jìn)氣口之間，由第二開關(guān)閥中流出的氣體經(jīng)過散熱器13的冷卻可以更好的凝結(jié)為液體，保證有足夠液體能夠回到工作介質(zhì)容腔內(nèi)，保證余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行。上述實(shí)施例中的冷卻結(jié)構(gòu)為散熱器，散熱器串聯(lián)設(shè)置在了液化器的進(jìn)口處，也可以將冷卻結(jié)構(gòu)直接設(shè)置在液化器上，如，在液化器的外表面上設(shè)置上散熱翅片，或是在液化器的外部上設(shè)置冷卻水道對(duì)進(jìn)入液化器內(nèi)的氣體進(jìn)行冷卻。作為上述實(shí)施例的改進(jìn)，曲軸箱上設(shè)置有啟動(dòng)氣體進(jìn)口 28，啟動(dòng)氣體進(jìn)口 28通過啟動(dòng)開關(guān)閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口 2連通，啟動(dòng)開關(guān)閥包括第五開關(guān)閥5和延時(shí)開關(guān)閥 7，如圖2所示，延時(shí)開關(guān)閥7包括閥體42，閥體42為筒狀體，閥體42內(nèi)腔的一端為控制腔 33，第五開關(guān)閥5的一個(gè)閥口與工作介質(zhì)容腔的出口相連，第五開關(guān)閥的5的另一個(gè)閥口與控制腔33相連，控制腔的內(nèi)側(cè)連接設(shè)置有阻尼孔，閥體42的內(nèi)腔的另一端為彈簧腔43，彈簧腔內(nèi)設(shè)置有彈簧31。閥體42的內(nèi)腔中插設(shè)有閥芯30，閥芯30的一端靠近控制腔，閥芯的另一端靠近彈簧腔，彈簧31的一端頂壓在閥芯上，彈簧的另一端頂壓在閥體上。閥芯30 的外周面上設(shè)置有環(huán)槽，閥體42上設(shè)置有進(jìn)氣口四與出氣口 32，當(dāng)閥芯30在彈簧力的作用下靠近控制腔時(shí)，延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口四與出氣口 32通過閥芯30上設(shè)置的環(huán)槽連通， 當(dāng)控制腔內(nèi)充滿有壓氣體，有壓氣體克服彈簧力的作用將閥芯推向彈簧腔時(shí)，閥芯會(huì)將延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口四與出氣口 32封上，使得兩者斷開。延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口四通過第五開關(guān)閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口相連，延時(shí)開關(guān)閥的出氣口 32與曲軸箱上的啟動(dòng)氣體進(jìn)口相連。閥體42的內(nèi)腔與彈簧腔連通的端口為泄壓口，泄壓口與液化器相連通。在啟動(dòng)時(shí)，如果活塞處于向上運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，第一開關(guān)閥就是是關(guān)閉的，而第二開關(guān)閥是打開的，同時(shí)第五開關(guān)閥也是打開的，來自加熱器的工作介質(zhì)容腔的蒸汽會(huì)通過處于打開狀態(tài)的第五開關(guān)閥進(jìn)入延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口 29，而此時(shí)延時(shí)開關(guān)閥的控制腔中也剛剛進(jìn)入有壓氣體， 由于阻尼孔的存在，作用在閥芯上的壓力不足以克服彈簧力將閥芯推向延時(shí)開關(guān)閥的彈簧腔，那么延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口四與出氣口 32就是連通的，這樣，來自加熱器的蒸汽就會(huì)通過第五開關(guān)閥與延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口四和出氣口 32進(jìn)入曲軸箱內(nèi)并推動(dòng)活塞上移，隨著活塞的上移第一開關(guān)閥就會(huì)打開，有壓氣體就可以通過第一開關(guān)閥進(jìn)入氣缸中，使得整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。與此同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，延時(shí)開關(guān)的控制腔內(nèi)就會(huì)充滿來自加熱器的蒸汽，氣體的壓力會(huì)慢慢增大直至克服彈簧力推動(dòng)閥芯移向彈簧腔一側(cè)并將延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口四和出氣口 32封上使得兩者斷開，不再向曲軸箱內(nèi)充入有壓氣體，啟動(dòng)過程結(jié)束，啟動(dòng)過程持續(xù)的時(shí)間由阻尼孔的阻尼效果，彈簧力的大小以及延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口 29和出氣口 32的尺寸決定，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)需要改變上述參數(shù)以改變延時(shí)開關(guān)閥的開啟時(shí)間。上述實(shí)施例中的延時(shí)開關(guān)閥的泄壓口與液化器相連，這樣可以保證工作介質(zhì)不外流，保證系統(tǒng)中的工作介質(zhì)的量恒定，否則，為了保證系統(tǒng)的正常工作就需要不時(shí)向系統(tǒng)內(nèi)補(bǔ)充工作介質(zhì)。作為上述實(shí)施例的改進(jìn)，液化器16的氣體進(jìn)出口 15與曲軸箱的氣體進(jìn)出口之間串聯(lián)設(shè)置有分液器18，分液器18的出口與曲軸箱的進(jìn)氣口相連，分液器的進(jìn)口分為兩路， 其中一路通過第六開關(guān)閥11與液化器16的氣體進(jìn)出口 15連通，另一路通過第四單向閥12 與液化器16的氣體進(jìn)出口 15連通，第四單向閥12允許氣體由液化器流向曲軸箱。在加熱器向氣缸充入有壓氣體，活塞移向下止點(diǎn)時(shí)第六開關(guān)閥打開，曲軸箱內(nèi)的氣體通過第六開關(guān)閥回到液化器內(nèi)，當(dāng)活塞上移，在曲軸箱內(nèi)形成負(fù)壓時(shí)，液化器內(nèi)的氣體會(huì)推開第四單向閥補(bǔ)入曲軸箱中。單向閥與分液器的存在可以避免液體進(jìn)入曲軸箱內(nèi)，防止液擊現(xiàn)象的出現(xiàn)。作為上述實(shí)施例的改進(jìn)，曲軸箱的氣體進(jìn)出口與工作介質(zhì)容腔的底部相連通，曲軸箱的氣體進(jìn)出口與工作介質(zhì)容腔之間設(shè)置有節(jié)流閥20。在上述實(shí)施例中的系統(tǒng)中使用與工作介質(zhì)不相溶的潤(rùn)滑油，進(jìn)入工作介質(zhì)容腔內(nèi)的潤(rùn)滑油會(huì)沉在工作介質(zhì)容腔的底部，在工作介質(zhì)容腔內(nèi)的壓力作用下潤(rùn)滑油會(huì)通過節(jié)流閥流回曲軸箱內(nèi)。作為上述實(shí)施方式的改進(jìn)，如圖3、4、5所示，第一開關(guān)閥6包括第一閥體34，第一閥體34的圓形內(nèi)孔中轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)有第一閥芯35，第一閥芯35的周面上設(shè)置有弧形槽37，弧形槽37沿第一閥芯35的周向延伸，也就是說弧形槽37是環(huán)形槽的一部分?；⌒尾?7形成了第一閥口空間，第一閥芯35的一端為小直徑段，第一閥芯35的小直徑段與第一閥體為間隙配合，第一閥芯35的小直徑段與第一閥體34之間的間隙形成第二閥口空間40，第二閥口空間40內(nèi)填設(shè)有瓦形控制芯39，瓦形控制芯39的形狀為筒狀體的沿平行于軸線的平面切去一部分后剩下的部分，瓦形控制芯39轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第二閥口空間40內(nèi)，將第二閥口空間40的一部分封上了。第一閥口空間與第二閥口空間為相互獨(dú)立的空間，在第一閥芯上設(shè)置有連通第一閥口空間和第二閥口空間的孔道36，該孔道36包括設(shè)置在第一閥芯的中心位置的軸向孔以及分別與該軸向孔連通的徑向孔，這里的軸向孔可以是由第一閥芯的端頭向內(nèi)鉆入的孔，將該孔處于第一閥芯端頭處的部分封死即可。在第一閥體上設(shè)置有分別與氣缸上的有壓氣體進(jìn)口和工作介質(zhì)容腔的氣體出口連口的第一閥口 38和第二閥口 41，當(dāng)?shù)谝婚y芯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第一閥口 38和第二閥口 41可以通過第一閥口空間、孔道以及第二閥口空間連通。第一閥芯設(shè)置在曲軸上并與曲軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)需要安裝第一閥芯與第一閥體，使得第一閥口與第二閥口在活塞移向下止點(diǎn)時(shí)連通，實(shí)現(xiàn)第一開關(guān)閥的功能。在沒有設(shè)置瓦形控制芯時(shí)，第二閥口空間40始終可以與第二閥口以及孔道 36連通，因此，一旦第一閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)到第一閥口與第一閥口空間連通的位置處時(shí)，第一閥口和第二閥口就可以連通，當(dāng)設(shè)置了瓦形控制芯后，瓦形控制芯將第二閥口空間的一部分封鎖， 第一閥口空間就無法始終與孔道連通了，也就是說，當(dāng)?shù)谝婚y口與第一閥口空間已經(jīng)連通， 而瓦形控制芯仍然封著孔道與第二閥口空間的連通口，就需要等第一閥芯繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使得孔道與第二閥口空間的連通孔讓過瓦形控制芯時(shí)第一閥口與第二閥口才可以連通，轉(zhuǎn)動(dòng)瓦形控制芯就可以改變第一閥口與第二閥口導(dǎo)通的時(shí)刻，從而調(diào)整進(jìn)入氣缸的氣體的膨脹比，以便控制系統(tǒng)效率。根據(jù)第一開關(guān)閥的開啟時(shí)刻與關(guān)閉時(shí)刻，調(diào)整第一閥口與第一閥口空間的相位對(duì)位置，當(dāng)活塞上移至上止點(diǎn)附近時(shí)使得第一閥口與第一閥口空間連通即可，而第一開關(guān)閥的關(guān)閉時(shí)刻則與第一閥口空間的尺寸有關(guān)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)需要改變第一開關(guān)閥的開啟時(shí)刻及關(guān)閉時(shí)刻，使得第一開關(guān)閥在合適的時(shí)刻開啟及關(guān)閉以滿足系統(tǒng)的需要，并可以調(diào)整第一開關(guān)閥的第一閥口與第二閥口的相位位置，以增大瓦形控制芯對(duì)第一開關(guān)閥開啟時(shí)刻的調(diào)整范圍，這里需要指出，如果在轉(zhuǎn)動(dòng)瓦形控制芯時(shí)將第二閥口封上了，第一閥口與第二閥口就永遠(yuǎn)不可能連通了，這時(shí)，第一開關(guān)閥失效。因此，在調(diào)整瓦形控制芯的位置時(shí)需要注意。上述實(shí)施例中的第二開關(guān)閥、三通閥、第五開關(guān)閥、第六開關(guān)閥均可以設(shè)置成閥芯與曲軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)閥，各個(gè)開關(guān)閥的開啟時(shí)刻均可以直接由曲軸轉(zhuǎn)角決定。上述實(shí)施例中的第一開關(guān)閥、第二開關(guān)閥、三通閥、第五開關(guān)閥、第六開關(guān)閥均可以設(shè)置成電磁閥，通過傳感器測(cè)試曲軸轉(zhuǎn)角并根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角控制各個(gè)開關(guān)閥的開啟與關(guān)閉。上述實(shí)施例中的加熱器的內(nèi)側(cè)為工作介質(zhì)容腔，在工作介質(zhì)容腔的外側(cè)設(shè)置有廢熱介質(zhì)容腔，兩個(gè)容腔通過公共的腔壁傳遞熱量，也可以直接將加熱器的內(nèi)腔設(shè)置成工作介質(zhì)容腔，并在工作介質(zhì)容腔內(nèi)設(shè)置上蛇管，讓攜帶有廢熱的介質(zhì)由蛇管中通過將熱量傳遞給工作介質(zhì)，這樣蛇管的內(nèi)腔就形成了廢熱介質(zhì)容腔；當(dāng)然加熱器還可以是其他的板式或是管式換熱器。上述實(shí)施例中的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)適于任何形式的氣體、液體攜帶的余熱的回收利用。上述實(shí)施例中的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施例中使用的工作介質(zhì)主要特性為沸點(diǎn)低、臨界點(diǎn)低，在這里可以是丁烷也可以是氨氣。以上實(shí)施例中的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以應(yīng)用于交通工具的尾氣廢熱回收；地?zé)岚l(fā)電、火力發(fā)電輪機(jī)組的冷卻水的余熱利用；化工企業(yè)的廢熱利用；太陽能的利用；小型家庭用熱泵設(shè)施、農(nóng)作物秸稈等低品位燃料的利用、可用作高原地帶的動(dòng)力設(shè)施和發(fā)電設(shè)施，可以應(yīng)用在極地等非常惡劣的環(huán)境中。以上實(shí)施例中的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)利用低沸點(diǎn)工質(zhì)的溫度敏感性，讓工質(zhì)在加熱器中等溫加熱，在氣缸中絕熱膨脹，在散熱器中等溫壓縮(壓縮比在廣1.5之間)， 液化后的工質(zhì)通過泵液裝置回流到加熱器中。近似于工業(yè)上所應(yīng)用的朗肯循環(huán)，采用活塞式膨脹單元可以更加接近卡諾循環(huán)中的定溫壓縮過程，膨脹終了的濕度可以更大。由于是閉式循環(huán)，可以把余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的最高壓力提升至15MP以上，而系統(tǒng)的工作溫度比較低，一般，工作溫度都在工質(zhì)的臨界溫度以下。選擇不同的工質(zhì)和工作溫度可以讓余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同的工作狀態(tài)，當(dāng)余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)使用多種混合工質(zhì)時(shí)(臨界點(diǎn)高低依次排列)可以同時(shí)提升有效功率和有效熱效率(因?yàn)檫@樣可以提高溫差)。此余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)如果使用氫氣或氦氣的話，可以實(shí)現(xiàn)更高的熱效率，因?yàn)槭褂玫头悬c(diǎn)工質(zhì)的時(shí)候會(huì)損失部分液化潛熱，而用氣體工質(zhì)就可以避免這一熱量的損失，壓縮后的氣體直接回流到加熱器里面。但這樣將會(huì)導(dǎo)致余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工作溫度的升高和升功率的下降。
權(quán)利要求1.一種余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，包括配合形成一個(gè)封閉空間的氣缸與曲軸箱，氣缸內(nèi)滑動(dòng)設(shè)置有活塞，曲軸箱內(nèi)設(shè)置有通過連桿與活塞構(gòu)成曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的曲軸，其特征在于氣缸通過頂端設(shè)置的有壓氣體進(jìn)口連接有加熱器，加熱器為內(nèi)部具有廢熱介質(zhì)容腔與工作介質(zhì)容腔的換熱器型的加熱器，氣缸的有壓氣體進(jìn)口通過與工作介質(zhì)容腔的出氣口的連通連接有加熱器，氣缸的有壓氣體進(jìn)口與工作介質(zhì)容腔的出氣口之間設(shè)置有在工作介質(zhì)容腔向氣缸內(nèi)注入有壓氣體使活塞移向下止點(diǎn)做功的過程中處于開啟狀態(tài)的第一開關(guān)閥，氣缸通過頂端設(shè)置的有壓氣體出口連接有液化器，液化器上設(shè)置的氣體進(jìn)出口與曲軸箱上設(shè)置的氣體進(jìn)出口連通，氣缸的有壓氣體出口通過與液化器上設(shè)置的進(jìn)氣口之間的連通連接有液化器，氣缸的有壓氣體出口與液化器的進(jìn)氣口之間設(shè)置有在液化器向曲軸箱內(nèi)補(bǔ)入氣體活塞移向上止點(diǎn)的過程中處于開啟狀態(tài)的第二開關(guān)閥，液化器上設(shè)置的液體出口通過用于將液化器內(nèi)的液體泵入工作介質(zhì)容腔內(nèi)的泵液裝置與工作介質(zhì)容腔上設(shè)置的進(jìn)液口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述的液化器的進(jìn)氣口處和/或液化器上設(shè)置有用于冷卻由第二開關(guān)閥流進(jìn)液化器的工作介質(zhì)的冷卻結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述的冷卻結(jié)構(gòu)為串聯(lián)設(shè)置在液化器的進(jìn)氣口處的散熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述的泵液裝置包括蓄壓器，蓄壓器的進(jìn)氣口通過允許氣流流向蓄壓器的第一單向閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口連通，蓄壓器的出氣口通過在活塞處于下止點(diǎn)部位時(shí)處于開啟狀態(tài)的第三開關(guān)閥與一集液器的進(jìn)氣口相連，液化器的出液口通過允許液化器內(nèi)的液體流向集液器的第二單向閥與集液器上設(shè)置的進(jìn)液口相連，工作介質(zhì)容腔的進(jìn)液口通過允許液體流向工作介質(zhì)容腔的第三單向閥與集液器的出液口相連，集液器的進(jìn)氣口通過在液化器中的液體流向集液器并且第三開關(guān)閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)處于開啟狀態(tài)的第四開關(guān)閥與液化器液面以上的容腔部分連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述的曲軸箱上設(shè)置有啟動(dòng)氣體進(jìn)口，啟動(dòng)氣體進(jìn)口通過在余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)并第一開關(guān)閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)處于開啟狀態(tài)的啟動(dòng)開關(guān)閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述啟動(dòng)開關(guān)閥包括設(shè)置在工作介質(zhì)容腔的出氣口處的第五開關(guān)閥與設(shè)置在啟動(dòng)氣體進(jìn)口處的延時(shí)開關(guān)閥，延時(shí)開關(guān)閥包括閥體，閥體內(nèi)設(shè)置有閥芯，閥體的一端具有彈簧腔，另一端具有控制腔， 彈簧腔內(nèi)設(shè)置有頂壓閥芯的彈簧，閥體上設(shè)置有與控制腔連通的阻尼口，阻尼口通過第五開關(guān)閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口相連，閥體上設(shè)置有當(dāng)閥芯在彈簧的作用下移向控制腔時(shí)連通并當(dāng)閥芯在來自工作介質(zhì)容腔的氣體的作用下移向彈簧腔時(shí)斷開的進(jìn)氣口和出氣口， 延時(shí)開關(guān)閥的進(jìn)氣口通過第五開關(guān)閥與工作介質(zhì)容腔的出氣口相連，延時(shí)開關(guān)閥的出氣口與曲軸箱的啟動(dòng)氣體進(jìn)口相連，延時(shí)開關(guān)閥的彈簧腔上設(shè)置有泄壓口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述延時(shí)開關(guān)閥的泄壓口與液化器相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述的液化器的氣體進(jìn)出口與曲軸箱的氣體進(jìn)出口之間串聯(lián)設(shè)置有分液器，分液器的出口與曲軸箱的氣體進(jìn)出口相連，分液器的進(jìn)口分為兩路，其中一路通過在活塞移向下止點(diǎn)的過程中處于開啟狀態(tài)的第六開關(guān)閥與液化器的氣體進(jìn)出口相連，另一路通過允許氣體由液化器流向分液器的第四單向閥與液化器的氣體進(jìn)出口相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述的曲軸箱的氣體進(jìn)出口通過一個(gè)節(jié)流閥與工作介質(zhì)容腔的底部相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述第一開關(guān)閥包括第一閥體，第一閥體的圓形內(nèi)孔中轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)有與所述曲軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第一閥芯，第一閥芯與第一閥體之間設(shè)置有在第一閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)過程中能分別與設(shè)置在第一閥體上的第一開關(guān)閥的兩個(gè)閥口連通的第一閥口空間和第二閥口空間，第一閥芯上設(shè)置有連通第一閥口空間和第二閥口空間的孔道，第一閥芯的外周面上設(shè)置有周向延伸的弧形槽，第一閥芯的弧形槽形成第一閥口空間，第一閥芯的一端具有與第一閥體間隙配合的小直徑段，第一閥芯的小直徑段與第一閥體之間的間隙為第二閥口空間，第二閥口空間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)填設(shè)有將第二閥口空間的一部分封上的瓦形控制芯。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種余熱驅(qū)動(dòng)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，氣缸通過頂端設(shè)置的有壓氣體進(jìn)口連接有加熱器，加熱器為內(nèi)部具有廢熱介質(zhì)容腔與工作介質(zhì)容腔的換熱器，工作介質(zhì)容腔的出氣口與氣缸的有壓氣體進(jìn)口通過在工作介質(zhì)容腔向氣缸內(nèi)注入有壓氣體使活塞移向下止點(diǎn)做功的過程中處于開啟狀態(tài)的第一開關(guān)閥連通，氣缸通過頂端的有壓氣體出口連接有液化器，液化器上的氣體進(jìn)出口與曲軸箱上設(shè)置的氣體進(jìn)出口連通，氣缸的有壓氣體出口通過在液化器向曲軸箱內(nèi)補(bǔ)入氣體活塞移向上止點(diǎn)的過程中處于開啟狀態(tài)的第二開關(guān)閥與液化器的進(jìn)氣口連通，液化器上設(shè)置的液體出口通過用于將液化器內(nèi)的液體泵入工作介質(zhì)容腔內(nèi)的泵液裝置與工作介質(zhì)容腔的進(jìn)液口相連。
文檔編號(hào)F01K27/02GK202132078SQ20112020851
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者婁會(huì)建, 王新春 申請(qǐng)人:婁會(huì)建