一種星型負壓動力設備及其做功方法
2023-10-19 18:55:07 2
一種星型負壓動力設備及其做功方法
【專利摘要】本發明涉及一種星型負壓動力設備及其方法，包括連接管、進氣單向閥、排氣控制閥、氣缸、活塞、活塞環、連杆、曲軸、散熱器、轉動軸和機殼；機殼上設有氣缸環繞曲軸呈星型排列，活塞通過連杆連接到曲軸上。本發明的星型結構具有有剛性大、重量輕；可靠性、維修性和生存性好，功率增長潛力大，轉速高；熱能轉換效率65%-98%；生產時能根據所需功率調整機器氣缸容量和數量調整輸出功率；在最達功率範圍內能調整進氣調整輸出功率；能替代常規能源消耗，經濟效益高，節能環保，噪音小。
【專利說明】一種星型負壓動力設備及其做功方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於熱能動力設備領域，尤其是利用太陽能、地熱、可燃物燃燒產生的高溫氣體、內燃機熱能或尾氣、工廠排出的高溫氣體等熱能轉換成動能的動力機器。
【背景技術】
[0002]傳統的動力設備有蒸汽機、內燃機、外燃機。
[0003]蒸汽機:離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性限制了轉速的提高；工作過程是不連續的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。
[0004]內燃機:結構複雜，對燃料要求較高，對燃料的潔淨度要求嚴格，對環境汙染。
[0005]外燃機，如斯特林發動機是其中一種，斯特林發動機與內燃機比較具備以下優
佔-
^ \\\.適用於各種能源，無論是液態的、氣態的或固態的燃料，當採用載熱系統(如熱管)間接加熱時，幾乎可以使用任何高溫熱源(太陽能放射性同位素和核反應等)，而發動機本身(除加熱器外)不需要作任何更改。同時斯特林發動機無需壓縮機增壓，使用一般風機即可滿足要求，並允許燃料具有較高的雜質含量；斯特林發動機單機容量小，機組容量從20 -50kw，可以因地制宜的增 減系統容量；結構簡單，零件數比內燃機少40%，降價空間大；維護成本低。
[0006]斯特林發動機在運行時，由於燃料在氣缸外的燃燒室內連續燃燒，獨立於燃氣的工質通過加熱器吸熱,並按斯特林循環對外做功，因此避免了類似內燃機的爆震做功和間歇燃燒過程，從而實現了高效、低噪和低排放運行。高效:總能效率達到80%以上；低噪:1米處裸機噪音底於68dBA ;低排放:尾氣排放達到歐5標準。
[0007]由於工質不燃燒，外燃機避免了傳統內燃機的震爆做功問題，從而實現了高效率、低噪音、低汙染和低運行成本。外燃機可以燃燒各種可燃氣體，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，以及利用太陽能等。只要熱腔達到700°C，設備即可做功運行，環境溫度越低，發電效率越高。外燃機最大的優點是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合於高海拔地區使用。
[0008]同時斯特林發動機尚存在的主要問題和缺點是:製造成本較高，工質密封技術較難，密封件的可靠性和壽命還存在問題，材料成本高，功率調節控制系統較複雜，機器較為笨重；膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內燃發動機的2-3倍等。
[0009]有機朗肯循環系統包括泵、蒸發器、膨脹機、發電機、冷凝器等。集熱器吸收太陽輻照，集熱器內換熱介質溫度升高，換熱介質通過蒸發器把熱量傳給有機工質。有機工質在蒸發器中定壓加熱，高壓的氣態有機工質進入膨脹機膨脹做功，帶動發電機發電；膨脹機尾部排出的有機工質進入冷凝器中定壓冷凝，冷凝器出口的有機工質經過泵加壓後進入蒸發器完成一次發電循環。[0010]有機朗肯循環系統存在轉換效率不高，體積大，需要藉助結構複雜的膨脹機做功。
[0011]星型發動機是一種氣缸環繞曲軸排列呈星型排列的一種活塞式發動機，活塞通過一根主連杆連接到曲軸上，最上方的活塞連接的連杆為主連杆；其它活塞的連杆為活節式連杆，它們通過梢孔連接在主連杆中央位置的環上。
[0012]星型發動機具有有剛性大,重量輕,可靠性、維修性和生存性好,功率增長潛力大，轉速高，不足之處是製造成本較高、對加工工藝要求高、對保養要求高。
【發明內容】
[0013]本發明克服了外燃機存在的膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內燃發動機的2-3倍等問題；克服了有機朗肯循環系統需要膨脹機或汽輪機，製造成本高的技術難題；克服了內燃機星型發動機結構較為複雜、製造成本高的問題。本發明提出的星型負壓動力設備是採用了現有星型發動機結構，結合斯特林發動機、有機朗肯循環系統和內燃機星型發動機優點的熱動力設備。是把熱能吸收後對氣缸進行散熱冷卻產生負壓拉動活塞做功。
本發明提供了一種熱能轉換效率高、最大功率範圍內能調整工質數量來調整輸出功率、能通過調整溫度進行調整輸出功率、機器輸出功率平穩的負壓動力設備。
[0014]本發明採用的技術方案是:一種星型負壓動力設備，包括連接管、進氣單向閥、排氣控制閥、氣缸、活塞、活塞環、連杆、曲軸、散熱器、轉動軸和機殼；機殼上設有氣缸環繞曲軸呈星型排列，活塞通過連杆連接到曲軸上；氣缸內分別設有活塞，活塞上設有活塞環；活塞連接連杆，連杆連接曲軸，曲軸連接轉動軸，轉動軸通過軸承固定在機殼上；氣缸的上止點設有進氣單向閥和排氣控制閥；氣缸外層設有散熱器；氣缸頂部設有缸蓋。
[0015]進一步，所述散熱器製成散熱片形式。
[0016]進一步，在所述散熱器上設置循環管道和在管道內注入循環冷卻介質。
[0017]進一步，在所述缸蓋中部設有進氣單向閥。
[0018]進一步，所述氣缸上的排氣控制閥能根據熱氣源溫度自動調節排氣。
[0019]上述星型負壓動力設備做功方法如下:外界熱氣源通過連接管經開啟的進氣單向閥，活塞向後移動把熱氣輸入到低壓缸；活塞到達下止點時關閉進氣單向閥；氣缸內的熱氣通過散熱器散熱冷卻，氣缸內產生負壓拉動活塞向前運動做功；冷卻後的做功氣體或液體利用活塞到達上止點時，通過排氣控制閥排出；通過多個氣缸輪流做功，通過轉動軸把動能輸出。
[0020]本發明的優點是:1)星型結構具有有剛性大、重量輕；2)可靠性、維修性和生存性好，功率增長潛力大，轉速高；3)熱能轉換效率65%-98% ；4)生產時能根據所需功率調整機器氣缸容量和數量調整輸出功率；5)在最達功率範圍內能調整高溫氣體進氣量調整輸出功率；6)該設備是對高溫熱氣進行循環利用，經濟效益高，節能環保，噪音小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明結構示意圖；
圖中:1為連接管；2為進氣單向閥；3為排氣控制閥；4為氣缸；5為活塞；6為活塞環；7為連杆；8為曲軸；9為散熱器；10為轉動軸；11為機殼；12為缸蓋。【具體實施方式】
[0022]參照附圖，本發明的實施方式是:
實施例1
一種星型負壓動力設備，包括連接管1、進氣單向閥2、排氣控制閥3、氣缸4、活塞5、活塞環6、連杆7、曲軸8、散熱器9、轉動軸10、機殼11和缸蓋12 ;機殼11上設有氣缸4環繞曲軸8呈星型排列，活塞5通過連杆7連接到曲軸8上；氣缸4內分別設有活塞5，活塞5上設有活塞環6 ;活塞5連接連杆7，連杆7連接曲軸8，曲軸8連接轉動軸10，轉動軸10通過軸承固定在機殼11上；氣缸4的上止點設有進氣單向閥2和排氣控制閥3 ;氣缸4外層設有散熱器9 ;氣缸4頂部設有缸蓋12。
[0023]實施例2
如實施例1中的星型熱能動力設備，所述氣化反應器3包括氣化導熱片和分布在氣化導熱片上的氣孔；所述進氣單向閥2關聯曲軸，每完成一次循環壓力閥開啟關閉五次；本實施例是五個氣缸結構，五個氣缸內的活塞輪流做功；星型發動機的氣缸組數是奇數個，有5缸，7缸，9缸，為了增加功率還可以將其多排疊加，將多個氣缸組排成好幾排，最多能到4排X 7缸，達到28個氣缸。
【權利要求】
1.一種星型負壓動力設備，包括連接管(I)、進氣單向閥(2)、排氣控制閥(3)、氣缸(4)、活塞(5)、活塞環(6)、連杆(7)、曲軸(8)、散熱器(9)、轉動軸(10)、機殼(11)和缸蓋(12);機殼(11)上設有氣缸(4)環繞曲軸(8)呈星型排列，活塞(5)通過連杆(7)連接到曲軸(8)上；氣缸(4)內分別設有活塞(5)，活塞(5)上設有活塞環(6);活塞(5)連接連杆(7)，連杆(7)連接曲軸(8)，曲軸(8)連接轉動軸(10)，轉動軸(10)通過軸承固定在機殼(11)上；氣缸(4)的上止點設有進氣單向閥(2)和排氣控制閥(3);氣缸(4)外層設有散熱器(9);氣缸(4)頂部設有缸蓋(12)。
2.如權利要求1所述星型負壓動力設備，其特徵是，所述散熱器(9)製成散熱片形式。
3.如權利要求1所述星型負壓動力設備，其特徵是，在所述散熱器(9)上設置循環管道和在管道內注入循環冷卻介質。
4.如權利要求1所述星型負壓動力設備，其特徵是，在所述缸蓋(12)中部設有進氣單向閥(2)。
5.如權利要求1所述星型負壓動力設備，其特徵是，所述氣缸(4)上的排氣控制閥(3)能根據熱氣源溫度自動調節排氣。
6.如權利要求1-5任一項所述星型負壓動力設備做功的方法是:外界熱氣源通過連接管經開啟的進氣單向閥，活塞向後移動把熱氣輸入到低壓缸；活塞到達下止點時關閉進氣單向閥；氣缸內的熱氣通過散熱器散熱冷卻，氣缸內產生負壓拉動活塞向前運動做功；冷卻後的做功氣體或液體利用活塞到達上止點時，通過排氣控制閥排出；通過多個氣缸輪流做功，通過轉動軸把動能輸出。
【文檔編號】F02B75/18GK103925080SQ201410177225
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】郭遠軍 申請人:郭遠軍