廢熱發動機的製作方法

2023-09-21 07:29:35 3

專利名稱：廢熱發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種蒸汽機，特別是涉及一種低壓、低溫自起動的蒸汽機，其使用外源的廢熱，並且其中的發動機包括一個具有往復活塞以驅動機軸轉動的間隔排列的汽缸。有關現有技術的討論由於需要在較高的溫度和壓力下進行操作導致了傳統蒸汽機的相當多的熱量的流失。而且，蒸汽機通常比內燃機和柴油機尺寸大且效率低，(除非在高溫和高壓下操作)， 所有類型的發動機中熱量的流失都會顯著較低其效率。所以，有能力利用發動機操作中的熱量流失是極其有用的，而且可以提高整個發動機的效率。而且，源於正常的發動機操作的餘熱，以及其他的熱源，可以用在其他的發動機設計中用於產生動力。例如，在操作內燃機、 垃圾焚化爐或者太陽能聚集器過程中的餘熱中的能量可以用於在可選的發動機操作中操縱電力發生器。本發明目的和優點考慮到前面所提到的，本發明的主要目的是提供一種在低壓和低溫蒸汽條件下操作的蒸汽機，其利用外部熱源的廢熱，例如內燃機，廢物(例如，垃圾)焚化爐或者太陽能聚集器。本發明的又一目的是提供一種用外部熱源的廢熱操作的蒸汽機，其中的發動機是自啟動的。本發明的又一目的是提供一種具有徑向間隔排列的活塞配置的蒸汽機，其中的發動機用低壓低溫蒸汽操作的發動機，並具有從2psi到高於200psi的操作壓力。本發明的又一目的是提供一種在範圍從225下到600°的低壓下操作的蒸汽機。本發明的又一目的是提供一種用外部熱源的廢熱操作的蒸汽機，並且其中的發動機有助於電力的產生。本發明的又一目的也是提供一種是採用廢熱的用低壓低溫蒸汽操作的蒸汽機，其中的發動機是可擴展的以根據需要增加或者減少尺寸和輸出。本發明的這些和其他的目的和優點參照詳細的說明和附圖會更加明顯。

發明內容
本發明是一種發動機包括徑向間隔排列的汽缸，每一個汽缸包括一個具有活塞頭的往復活塞和一個與上端的活塞頭樞軸連接的連接導杆。每個連接導杆的下端樞軸連接於一個轉動性適配在機軸的曲臂上的曲軸盤。每個汽缸的蒸汽進氣閥由因曲軸盤的轉動而在環形路徑上運動的軸承凸輪滾柱瞬間開啟繼而開啟位於放射狀的延伸閥杆的向內端的彈簧驅動的凸輪從動件。低壓蒸汽或者氣體射入每個汽缸的頂部，由於進氣閥是依序開啟的， 因此迫使每個汽缸的活塞通過一個動力衝程以移動曲軸盤和轉動機軸。每個連接導杆的角位移通過活塞的逆程促使活塞頭上的一個排氣簧片閥處於開啟位置，因此將廢氣釋放至一蓄電式電離箱中。發動機是自啟動的並在低壓，低溫範圍下操作，使用外源的廢熱，例如從一個內燃機，廢物(例如垃圾或者其他的固體廢棄物)焚化或者太陽的熱。


為了充分理解本發明的本質，應該參照下面的描述和附圖，其中圖1是廢熱發動機的俯視截面圖；圖2是一個從圖1所示出的區域中隔離出的橫截面3是廢熱發動機的分離的十字軸軸承(例如，曲柄盤)和活塞以及汽缸布置的分離的俯視圖；圖4是一個分離的蒸汽進氣閥和用於控制低壓蒸汽或者氣體注射入廢熱發動機的每個汽缸的進氣閥控制組件的分離的俯視截面圖；圖5A是一個分離的橫截面俯視圖，取自於圖4所示出的5A區域，示出了一個與閥杆的凸輪從動件在向內端位置上相接觸的軸承凸輪滾軸，因此使得在閥杆另一端的進氣閥處於開啟位置。圖5B是圖5A的分離的橫截面視圖，軸承凸輪滾軸同時與兩個位置相鄰的位於閥杆的舷內端之上的環繞軸承凸輪滾軸的轉動路徑的徑向上間隔排列的凸輪從動件。圖6是一個圖4中的標號為6的區域分離出來的截面視圖，示出了其中一個汽缸的處於開啟位置的進氣閥從而允許將低壓蒸汽或者氣體注射入汽缸的頂部；圖7是圖5所示出的處於關閉位置的進氣閥的分離的橫截面視圖；圖8A-8D示出了汽缸中的活塞從上死點位置通過一個排氣衝程的往復運動。圖9是沿著圖1中線9-9的平面的部分橫截面的俯視圖；以及圖10是廢熱發動機的外部的透視圖。在附圖中的所有視圖中，相同的參考數字指的是相同的部件。
具體實施例方式首先，請參見附圖1-3，它們示出了本發明的廢熱發動機並標示為10。發動機10的上部具有徑向間隔排列的汽缸20。低壓(例如，通常在20psi到200psi之間)，低溫(例如，通常介於225下到6000F之間)通過使用外部熱源(未示出)的廢熱產生，例如內燃機， 廢物(例如垃圾，廢料)焚化爐，或者太陽能聚集器使用廢熱產生。低溫低壓蒸汽被導入由廢熱發動機10的上部12支撐的通常為圓形的多支管18上的一個蒸汽進氣口 19相連接的幹線(未示出)。多支管18本構建和排列成可以平均地將低壓配送入每個汽缸20的進氣閥。發動機10的中部包括冷凝器30，冷凝器30具有一個由一個摺疊的星形冷凝器壁34 的腔室32。廢熱蒸汽機10的下部16包括一個具有一個將進風流上引穿過冷凝器的底部的冷卻口 44的風機葉片陣列42的風機40。風機40由發動機10的機軸M的轉動進行驅動。冷卻氣流穿過環繞冷凝機30的摺疊壁結構34的外部的氣流傳輸管道46從風機排氣口 48排出，從而在冷凝器腔室32內冷卻廢蒸汽。發動機上的液壓泵36通過傳動帶37由機軸M的轉動驅動。液壓泵36將在冷凝器腔室32的底部中冷凝後收集液體M回送給蒸汽發生源(例如，一個汽鍋)，其中的廢熱再一次用於產生廢熱蒸汽機10操作中使用的低壓低溫的蒸汽。
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參見圖3，徑向間隔排列的每個汽缸20包括一個往復活塞組件50，往復活塞組件 50包括一個穿過一個完整的活塞行程在汽缸20內做往復運動的活塞頭52。連接導杆M 樞軸連接於活塞頭52和中心曲軸盤或者十字軸軸承60。更具體地說，每個活塞組件50的連接導杆M樞軸連接於具有一個活塞銷軸承56的活塞頭52的上端。類似地，連接導杆M 的下端樞軸連接於一個具有活塞銷軸承58的曲軸盤60。曲軸盤60離開中心地固定於機軸 M上。更加具體地說，位於機軸M上的曲臂可旋轉地安裝在曲軸盤60的中心以至於曲軸盤60相對於機軸M的縱向軸偏移。由於蒸汽被注射入每個汽缸20的頂部並且活塞52在汽缸20中向下運動，連接導杆M在樞軸上轉動並傳遞由相對於機軸M上的相對於曲軸盤對縱向中心軸偏移的力量，由於機軸被動轉動，從而曲軸盤60的繞著機軸M的縱向中心軸的軌道運動的運動。曲軸盤60大致完整的軌道運動，以及機軸M的完整轉動，促使每個連接導杆M的下部樞軸端穿過一個環形路徑，如圖8A-8D中的箭頭所示。與每個汽缸關聯的節流針64固定於曲軸盤60並且具體地徑向各個相對間隔地布置以緊靠連接導杆M下部的耳部59以限制每個連接導杆M的角偏轉。圖4-7示出了蒸汽噴射閥組件。參見圖4，圖6，圖7，閥頭70位於每個汽缸的頂部。閥頭包括一個閥座72和閥蓋74。提升閥76做與閥座72相關的運動，在開啟位置(見圖6)和一個關閉位置(圖7)之間運動。源於多支管18中的蒸汽被引入閥頭70內的閥室 78並且，當提升閥76開啟時，蒸汽被注入並穿過一個埠 80並進入汽缸20的頂部。閥室 78由一絕緣材料82包圍以在提升閥76關閉後保持閥室78內的蒸汽的溫度。一延伸閥杆 84從提升閥76向內伸向凸輪從動件導環86，參見圖4-5B。參見圖4，閥杆84被布置成像汽缸20那樣的間隔配置，同時閥杆84從汽缸頂部的閥頭70向內伸向凸輪從動件導環86。每個閥杆84延伸穿過一個安裝在位於閥頭70的底部的密封蓋90上的閥杆管88。密封填料91和密封圈92有助於阻止蒸汽從閥頭70中逃脫。閥杆管88的舷內端相對的另一端安裝於一個伸入凸輪從動件導環86的附管94。凸輪從動件96安裝於每個閥杆84的放射狀向內延伸入相對於內部凸輪從動件導環86的內圓周等間距布置在的區域87的的端部凸輪從動件96通過各個附件管94內的復位彈簧97被向內地朝向內部凸輪從動件導環86內的區域。一滾珠軸承凸輪滾柱100連接於十字軸軸承的頂部和/或連接於機軸的曲柄行程。凸輪滾柱100在由凸輪從動件導環86環繞的外部區域87內的環形路徑。一凸輪計數器-配重102平衡凸輪滾柱100在凸輪從動件導環86內的偏心路徑上的運動。凸輪滾柱 100根據凸輪從動件導環86的接觸而具體地定尺寸、製造以及排列。尤其是，由於凸輪滾柱100在軌道路徑周圍運動，它與至少一個凸輪從動件96 —直保持接觸。活塞50的驅動星形軸承60和機軸M的運動用於移動凸輪滾柱100在環形路徑上的運動。由於凸輪滾柱 100和每個凸輪從動件96接觸，輔助的閥杆84軸向向外以開啟各個提升閥76，因此將蒸汽射入關聯汽缸20。正如前面指出的，凸輪滾柱100總是與至少一個凸輪從動件96保持接觸，從而任何時候，蒸汽被注入至少一個汽缸。由於凸輪滾柱100離開凸輪從動件96，它同時與下一個凸輪從動件96相接觸，以至於射入兩個相鄰的汽缸20的蒸汽有一個時間重疊。參見圖8A-8D，各個汽缸20內的活塞組件50包括一個具有與氣缸的內壁表面的封條53相銜接的活塞頭52。由於連接導杆M在排氣行程中是有角度設置的(見圖8D) — 個位於連接導杆M頂端上的閥挺杆110，由一個具有一個頂點的三角形結構確定，碰撞一個活塞頭52頂部之上的廢氣簧片閥120。閥挺杆110推動一個簧片閥120從一個放鬆位置到一個提升位置，與通過一緊固件122將一端固定於活塞頭52的簧片閥閥瓣彈簧作用力相反。由於簧片閥瓣120處於開啟位置，如圖8D中所示，汽缸的上部的低壓蒸汽被釋放穿過通過活塞頭52的埠 130，由於活塞50回復到上死點位置使得廢蒸汽排進發動機10的頂部冷凝腔32。機軸M的受驅動轉動，由汽缸20內的活塞50強制運動，以通過皮帶傳動或者相似的機軸M和交流發電機140之間的聯動裝置操作一交流發電機140 (或者其他的電力發生裝置)。因此，發動機10的操作是用於產生電力。尤其需要的是發動機10是自啟動的。在一個優選的實施例中，徑向間隔排列的汽缸20總共包括6個汽缸，如圖3所示。 6個汽缸的間隔排列特別有助於自啟動並且允許相鄰設置的兩個汽缸在重疊期間內具有他們的進氣閥以至於，在任意給定的時刻，兩個活塞在蒸汽的壓力作用下在一個向下的動力衝程中以驅動曲軸盤的運動和機軸的轉動。 雖然本發明的優選實施方式已經示出和描述，應該認識到在對於及時公開的偏離在下面的權利要求所確定的本發明的精神和範疇內是完全可預期的。
權利要求
1.一種發動機，其特徵在於，包括多個環繞中心區域徑向間隔排列設置的汽缸，且每個所述的汽缸具有一個穿過一個向下的動力衝程和向上的回覆排氣衝程可操作地滑動的往復活塞組件，且每個活塞組件包括一個可移動地置於汽缸內的活塞和一個樞軸連接在所述活塞的第一端的連接導杆並從汽缸延伸並終止在中心區域內的另外的第二端；一機軸沿著所述發動機的縱向中轉軸軸向延伸並穿過述發動機的縱向中轉軸並包括一個上端部和一個下端部且所述機軸在所述中心縱向軸周圍附近轉動；一曲軸盤驅動式連接於機軸的上端部並在一所述曲軸盤的中心樞軸附近運動，所述曲軸盤相對於機軸的中心轉軸抵消以至於由於機軸轉動所述曲軸盤在所述中心轉軸周圍的軌道運動；一蒸汽分部組件包括一個用於幾首蒸汽供應的多支管以及多個連接於所述多支管以可控地注射壓力蒸汽入汽缸內的多個蒸汽進氣閥組件，並且每個所述的多個閥杆進氣閥組件包括一個每個多個所述汽缸都具有的進氣閥，並且每個汽缸的所述閥杆進氣閥包括一相對於閥座位於開啟位置和關閉位置可操作的子閥，以及一進氣口在所述閥座和所述活塞上方的所述汽缸的外部之間延伸，並期望每個所述的蒸汽進氣閥進一步包括一閥杆從所述閥子件延伸至一舷內端，並且所述舷內端和一彈簧觸發的凸輪從動件安裝在那裡；一凸輪滾軸在所述曲軸盤轉動時的環形路徑和所述機軸周圍是可移動地以與每個所述閥杆的舷內端上的彈簧觸發的凸輪從動件順序地嚙合並在頃刻之間促使所述閥子件遠離所述閥座，因此開啟進氣閥並將蒸汽注射至所述所述汽缸以迫使所述活塞穿過向下的動力行程並移動在軌道運動中的曲軸盤，因此轉動所述機軸；一簧片閥固定在每個所述的多個汽缸的活塞的頂部並確定了一個排氣閥，並且所述簧片閥在所述活塞的頂部相對的關閉位置和由至少部分地提升離活塞頂部的所述簧片閥定義的開啟位置之間是可以動地。一閥挺杆位於所述連接導杆之上，所述閥挺杆被構造成並傾向於在所述活塞到達所述向上的回覆排氣行程式時與所述簧片閥瓣嚙合，以因此提升和開啟所述簧片閥瓣並使得汽缸頂部的蒸汽穿過所述汽缸排出進入中心區域；一冷凝器包括一與中心區域連通的冷凝腔以接收排出的蒸汽；一風機被構造成和傾向於在所述冷凝器之上導引冷卻氣流，因此在所述冷凝器中將蒸汽壓縮成液體；一泵可操作地由所述機軸的轉動進行驅動以將液體抽出禁絕蒸汽產生源的外部；並且一電力發電機可操作地連接於所述機軸並由所述機軸的轉動進行操作以因此產生電力。
2.如權利要求1所述的發動機，其特徵在於，進一步包括耳部子件從所述另一第二端上的每個所述連接導杆的另一邊伸出；位於所述曲軸盤之上的節流針用於與所述連接導杆的第二段上的所述耳部子件相嚙合以在所述往復活塞組件穿過向下的動力行程一向上的回覆排氣行程的運動中限制每個所述連接導杆的角偏轉。
3.如權利要求1所述的發動機，其特徵在於，進一步包括，一凸輪從動件導環，環繞所述中心區域並構造成和傾向於控制住在中心區域周圍間隔排列的彈簧觸發的凸輪從動件。
4.如權利要求1所述的發動機，其特徵在於，所述的閥挺杆包括一位於每個所述連接導杆的所述第一端之上的大體上的三角形結構，並且所述的大體上的三角形結構包括一個頂點，用於與簧片閥瓣嚙合並在所述活塞到達向上的回覆排氣行程的頂部時移動所述簧片閥瓣至開啟位置。
全文摘要
一發動機包括徑向間隔排列的汽缸，所述的每個汽缸具有一個帶有往復活塞頭的活塞以及一個樞軸連接在上端的活塞頭的連接導杆。每個連接導杆的下端樞軸連接於一可轉動地安裝在一機軸的曲臂之上的曲軸盤。所述每個汽缸的蒸汽進氣閥由一個曲軸盤的轉動的環形路徑上移動軸承凸輪滾軸開啟從而依次與放射狀延伸閥杆的向內端上的彈簧觸發的凸輪從動件相嚙合。低壓蒸汽或者氣體被注射入每個汽缸的頂部，因為所述汽缸的進氣閥是順序依次開啟的，因此使得每個汽缸的活塞穿過一動力衝程移動所述曲軸盤並轉動機軸。每個連接導杆穿過活塞的回覆行程的角位移促使活塞上的排氣簧片閥至一開啟位置，因此將排出的蒸汽釋放入一冷凝腔中。本廢熱蒸汽機是自啟動的並用低壓、低溫氛圍下操作，使用外部源的廢熱，例如以內燃機排出的廢熱，焚燒廢物(如垃圾或者其他的固體廢料)的熱或者太陽熱。
文檔編號F01B17/04GK102203383SQ200980144724
公開日2011年9月28日 申請日期2009年11月3日 優先權日2008年11月3日
發明者哈裡·史庫爾 申請人:賽克龍動力科技有限公司