一種星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備及其做功方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備及其方法，包括連接管、進(jìn)氣單向閥、排氣控制閥、氣缸、活塞、活塞環(huán)、連桿、曲軸、散熱器、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和機(jī)殼；機(jī)殼上設(shè)有氣缸環(huán)繞曲軸呈星型排列，活塞通過(guò)連桿連接到曲軸上。本發(fā)明的星型結(jié)構(gòu)具有有剛性大、重量輕；可靠性、維修性和生存性好，功率增長(zhǎng)潛力大，轉(zhuǎn)速高；熱能轉(zhuǎn)換效率65%-98%；生產(chǎn)時(shí)能根據(jù)所需功率調(diào)整機(jī)器氣缸容量和數(shù)量調(diào)整輸出功率；在最達(dá)功率范圍內(nèi)能調(diào)整進(jìn)氣調(diào)整輸出功率；能替代常規(guī)能源消耗，經(jīng)濟(jì)效益高，節(jié)能環(huán)保，噪音小。
【專利說(shuō)明】一種星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備及其做功方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱能動(dòng)力設(shè)備領(lǐng)域，尤其是利用太陽(yáng)能、地?zé)?、可燃物燃燒產(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)燃機(jī)熱能或尾氣、工廠排出的高溫氣體等熱能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的動(dòng)力機(jī)器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的動(dòng)力設(shè)備有蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)。
[0003]蒸汽機(jī):離不開(kāi)鍋爐，整個(gè)裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過(guò)高，排氣壓力不能過(guò)低，熱效率難以提高；它是一種往復(fù)式機(jī)器，慣性限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過(guò)程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。
[0004]內(nèi)燃機(jī):結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)燃料要求較高，對(duì)燃料的潔凈度要求嚴(yán)格，對(duì)環(huán)境污染。
[0005]外燃機(jī)，如斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是其中一種，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)燃機(jī)比較具備以下優(yōu)
占-
^ \\\.適用于各種能源，無(wú)論是液態(tài)的、氣態(tài)的或固態(tài)的燃料，當(dāng)采用載熱系統(tǒng)(如熱管)間接加熱時(shí)，幾乎可以使用任何高溫?zé)嵩?太陽(yáng)能放射性同位素和核反應(yīng)等)，而發(fā)動(dòng)機(jī)本身(除加熱器外)不需要作任何更改。同時(shí)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需壓縮機(jī)增壓，使用一般風(fēng)機(jī)即可滿足要求，并允許燃料具有較高的雜質(zhì)含量；斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)單機(jī)容量小，機(jī)組容量從20 -50kw，可以因地制宜的增 減系統(tǒng)容量；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)比內(nèi)燃機(jī)少40%，降價(jià)空間大；維護(hù)成本低。
[0006]斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，獨(dú)立于燃?xì)獾墓べ|(zhì)通過(guò)加熱器吸熱,并按斯特林循環(huán)對(duì)外做功，因此避免了類似內(nèi)燃機(jī)的爆震做功和間歇燃燒過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了高效、低噪和低排放運(yùn)行。高效:總能效率達(dá)到80%以上；低噪:1米處裸機(jī)噪音底于68dBA ;低排放:尾氣排放達(dá)到歐5標(biāo)準(zhǔn)。
[0007]由于工質(zhì)不燃燒，外燃機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的震爆做功問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染和低運(yùn)行成本。外燃機(jī)可以燃燒各種可燃?xì)怏w，如:天然氣、沼氣、石油氣、氫氣、煤氣等，也可燃燒柴油、液化石油氣等液體燃料，還可以燃燒木材，以及利用太陽(yáng)能等。只要熱腔達(dá)到700°C，設(shè)備即可做功運(yùn)行，環(huán)境溫度越低，發(fā)電效率越高。外燃機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區(qū)使用。
[0008]同時(shí)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)尚存在的主要問(wèn)題和缺點(diǎn)是:制造成本較高，工質(zhì)密封技術(shù)較難，密封件的可靠性和壽命還存在問(wèn)題，材料成本高，功率調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)較復(fù)雜，機(jī)器較為笨重；膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的2-3倍等。
[0009]有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括泵、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器等。集熱器吸收太陽(yáng)輻照，集熱器內(nèi)換熱介質(zhì)溫度升高，換熱介質(zhì)通過(guò)蒸發(fā)器把熱量傳給有機(jī)工質(zhì)。有機(jī)工質(zhì)在蒸發(fā)器中定壓加熱，高壓的氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；膨脹機(jī)尾部排出的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器中定壓冷凝，冷凝器出口的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)泵加壓后進(jìn)入蒸發(fā)器完成一次發(fā)電循環(huán)。[0010]有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)換效率不高，體積大，需要借助結(jié)構(gòu)復(fù)雜的膨脹機(jī)做功。
[0011]星型發(fā)動(dòng)機(jī)是一種氣缸環(huán)繞曲軸排列呈星型排列的一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞通過(guò)一根主連桿連接到曲軸上，最上方的活塞連接的連桿為主連桿；其它活塞的連桿為活節(jié)式連桿，它們通過(guò)梢孔連接在主連桿中央位置的環(huán)上。
[0012]星型發(fā)動(dòng)機(jī)具有有剛性大,重量輕,可靠性、維修性和生存性好,功率增長(zhǎng)潛力大，轉(zhuǎn)速高，不足之處是制造成本較高、對(duì)加工工藝要求高、對(duì)保養(yǎng)要求高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明克服了外燃機(jī)存在的膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的2-3倍等問(wèn)題；克服了有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)需要膨脹機(jī)或汽輪機(jī)，制造成本高的技術(shù)難題；克服了內(nèi)燃機(jī)星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、制造成本高的問(wèn)題。本發(fā)明提出的星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備是采用了現(xiàn)有星型發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，結(jié)合斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)和內(nèi)燃機(jī)星型發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)的熱動(dòng)力設(shè)備。是把熱能吸收后對(duì)氣缸進(jìn)行散熱冷卻產(chǎn)生負(fù)壓拉動(dòng)活塞做功。
本發(fā)明提供了一種熱能轉(zhuǎn)換效率高、最大功率范圍內(nèi)能調(diào)整工質(zhì)數(shù)量來(lái)調(diào)整輸出功率、能通過(guò)調(diào)整溫度進(jìn)行調(diào)整輸出功率、機(jī)器輸出功率平穩(wěn)的負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備。
[0014]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備，包括連接管、進(jìn)氣單向閥、排氣控制閥、氣缸、活塞、活塞環(huán)、連桿、曲軸、散熱器、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和機(jī)殼；機(jī)殼上設(shè)有氣缸環(huán)繞曲軸呈星型排列，活塞通過(guò)連桿連接到曲軸上；氣缸內(nèi)分別設(shè)有活塞，活塞上設(shè)有活塞環(huán)；活塞連接連桿，連桿連接曲軸，曲軸連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)軸承固定在機(jī)殼上；氣缸的上止點(diǎn)設(shè)有進(jìn)氣單向閥和排氣控制閥；氣缸外層設(shè)有散熱器；氣缸頂部設(shè)有缸蓋。
[0015]進(jìn)一步，所述散熱器制成散熱片形式。
[0016]進(jìn)一步，在所述散熱器上設(shè)置循環(huán)管道和在管道內(nèi)注入循環(huán)冷卻介質(zhì)。
[0017]進(jìn)一步，在所述缸蓋中部設(shè)有進(jìn)氣單向閥。
[0018]進(jìn)一步，所述氣缸上的排氣控制閥能根據(jù)熱氣源溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)排氣。
[0019]上述星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備做功方法如下:外界熱氣源通過(guò)連接管經(jīng)開(kāi)啟的進(jìn)氣單向閥，活塞向后移動(dòng)把熱氣輸入到低壓缸；活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣單向閥；氣缸內(nèi)的熱氣通過(guò)散熱器散熱冷卻，氣缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓拉動(dòng)活塞向前運(yùn)動(dòng)做功；冷卻后的做功氣體或液體利用活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，通過(guò)排氣控制閥排出；通過(guò)多個(gè)氣缸輪流做功，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸把動(dòng)能輸出。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1)星型結(jié)構(gòu)具有有剛性大、重量輕；2)可靠性、維修性和生存性好，功率增長(zhǎng)潛力大，轉(zhuǎn)速高；3)熱能轉(zhuǎn)換效率65%-98% ；4)生產(chǎn)時(shí)能根據(jù)所需功率調(diào)整機(jī)器氣缸容量和數(shù)量調(diào)整輸出功率；5)在最達(dá)功率范圍內(nèi)能調(diào)整高溫氣體進(jìn)氣量調(diào)整輸出功率；6)該設(shè)備是對(duì)高溫?zé)釟膺M(jìn)行循環(huán)利用，經(jīng)濟(jì)效益高，節(jié)能環(huán)保，噪音小。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1為連接管；2為進(jìn)氣單向閥；3為排氣控制閥；4為氣缸；5為活塞；6為活塞環(huán)；7為連桿；8為曲軸；9為散熱器；10為轉(zhuǎn)動(dòng)軸；11為機(jī)殼；12為缸蓋?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]參照附圖，本發(fā)明的實(shí)施方式是:
實(shí)施例1
一種星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備，包括連接管1、進(jìn)氣單向閥2、排氣控制閥3、氣缸4、活塞5、活塞環(huán)6、連桿7、曲軸8、散熱器9、轉(zhuǎn)動(dòng)軸10、機(jī)殼11和缸蓋12 ;機(jī)殼11上設(shè)有氣缸4環(huán)繞曲軸8呈星型排列，活塞5通過(guò)連桿7連接到曲軸8上；氣缸4內(nèi)分別設(shè)有活塞5，活塞5上設(shè)有活塞環(huán)6 ;活塞5連接連桿7，連桿7連接曲軸8，曲軸8連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸10，轉(zhuǎn)動(dòng)軸10通過(guò)軸承固定在機(jī)殼11上；氣缸4的上止點(diǎn)設(shè)有進(jìn)氣單向閥2和排氣控制閥3 ;氣缸4外層設(shè)有散熱器9 ;氣缸4頂部設(shè)有缸蓋12。
[0023]實(shí)施例2
如實(shí)施例1中的星型熱能動(dòng)力設(shè)備，所述氣化反應(yīng)器3包括氣化導(dǎo)熱片和分布在氣化導(dǎo)熱片上的氣孔；所述進(jìn)氣單向閥2關(guān)聯(lián)曲軸，每完成一次循環(huán)壓力閥開(kāi)啟關(guān)閉五次；本實(shí)施例是五個(gè)氣缸結(jié)構(gòu)，五個(gè)氣缸內(nèi)的活塞輪流做功；星型發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸組數(shù)是奇數(shù)個(gè)，有5缸，7缸，9缸，為了增加功率還可以將其多排疊加，將多個(gè)氣缸組排成好幾排，最多能到4排X 7缸，達(dá)到28個(gè)氣缸。
【權(quán)利要求】
1.一種星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備，包括連接管(I)、進(jìn)氣單向閥(2)、排氣控制閥(3)、氣缸(4)、活塞(5)、活塞環(huán)(6)、連桿(7)、曲軸(8)、散熱器(9)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸(10)、機(jī)殼(11)和缸蓋(12);機(jī)殼(11)上設(shè)有氣缸(4)環(huán)繞曲軸(8)呈星型排列，活塞(5)通過(guò)連桿(7)連接到曲軸(8)上；氣缸(4)內(nèi)分別設(shè)有活塞(5)，活塞(5)上設(shè)有活塞環(huán)(6);活塞(5)連接連桿(7)，連桿(7)連接曲軸(8)，曲軸(8)連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸(10)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(10)通過(guò)軸承固定在機(jī)殼(11)上；氣缸(4)的上止點(diǎn)設(shè)有進(jìn)氣單向閥(2)和排氣控制閥(3);氣缸(4)外層設(shè)有散熱器(9);氣缸(4)頂部設(shè)有缸蓋(12)。
2.如權(quán)利要求1所述星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備，其特征是，所述散熱器(9)制成散熱片形式。
3.如權(quán)利要求1所述星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備，其特征是，在所述散熱器(9)上設(shè)置循環(huán)管道和在管道內(nèi)注入循環(huán)冷卻介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備，其特征是，在所述缸蓋(12)中部設(shè)有進(jìn)氣單向閥(2)。
5.如權(quán)利要求1所述星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備，其特征是，所述氣缸(4)上的排氣控制閥(3)能根據(jù)熱氣源溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)排氣。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述星型負(fù)壓動(dòng)力設(shè)備做功的方法是:外界熱氣源通過(guò)連接管經(jīng)開(kāi)啟的進(jìn)氣單向閥，活塞向后移動(dòng)把熱氣輸入到低壓缸；活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣單向閥；氣缸內(nèi)的熱氣通過(guò)散熱器散熱冷卻，氣缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓拉動(dòng)活塞向前運(yùn)動(dòng)做功；冷卻后的做功氣體或液體利用活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，通過(guò)排氣控制閥排出；通過(guò)多個(gè)氣缸輪流做功，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸把動(dòng)能輸出。
【文檔編號(hào)】F02B75/18GK103925080SQ201410177225
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】郭遠(yuǎn)軍 申請(qǐng)人:郭遠(yuǎn)軍