一種水平對置式高低壓動力機器及其做功方法

2023-07-18 17:30:46

一種水平對置式高低壓動力機器及其做功方法
【專利摘要】本發明涉及一種水平對置式高低壓動力機器及其做功方法，包括集熱器、保溫管、氣化反應器、霧化器、高壓缸I、活塞、活塞環、自動排氣閥、壓力閥I、儲液罐、壓力閥II、連杆、保溫層、機殼、飛輪、曲軸、低壓缸I、高壓缸II、低壓缸II、進氣單向閥、排氣控制閥和散熱器；高壓缸I和低壓缸II、低壓缸I和高壓缸II以曲軸為中心成180°角度水平對置設置在機殼上。本發明具有工質循環使用無汙染；熱能轉換效率65%-98%；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注液調整輸出功率；機器結構簡單，製造成本低；經濟效益高，節能環保，噪音小，重心低、低振動、穩定性好。
【專利說明】一種水平對置式高低壓動力機器及其做功方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於負壓動力機器領域，尤其是利用太陽能、地熱、可燃物燃燒產生的高溫氣體、內燃機尾氣、工廠排出的高溫氣體等熱能使機器內的介質氣體和機器外部的散熱構成溫度差，使密閉氣缸產生負壓把熱能轉換成動能的動力機器。
【背景技術】
[0002]傳統的動力機器有蒸汽機、內燃機、外燃機。
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。
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。
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點:
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。
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。
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，機器即可做功運行，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。
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。
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。
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。 水平對置發動機，發動機活塞平均分布在曲軸兩側，在水平方向上左右運動。使發動機的整體高度降低、長度縮短、整車的重心降低，車輛行駛更加平穩，發動機安裝在整車的中心線上，兩側活塞產生的力矩相互抵消，大大降低車輛在行駛中的振動，使發動機轉速得到很大提升，減少噪音。
水平對置發動機的最大優點是重心低。由於它的汽缸為「平放」，不僅降低了汽車的重心，還能讓車頭設計得又扁又低，這些因素都能增強汽車的行駛穩定性。同時，水平對置的汽缸布局是一種對稱穩定結構，這使得發動機的運轉平順性比V型發動機更好，運行時的功率損耗也是最小。當然更低的重心和均衡的分配也為車輛帶了更好的操控性。低重心:產生的橫向震動容易被支架吸收、有效將全車較重的發動機重心降低，更容易達到整體平衡。低振動:活塞運動的平衡良好(180度左右抵消)。相比直列式，在曲軸方面所需的平衡配重因素減少，有助轉速提升。它能保持650轉的低轉速，並保證發動機平穩的工作。同樣相比其它發動機行式油耗最低。
缺點是:除了因為水平對置結構較為複雜外，還有如機油潤滑等問題很難解決。橫置的氣缸因為重力的原因，會使機油流到底部，使一邊氣缸得不到充分的潤滑。雖然保時捷和斯巴魯很好的解決了眾多技術難題，但高精度的製造要求也帶來了更高的養護成本，並且由於機體較寬，因而並不利於布局。

【發明內容】

[0003]本發明克服了斯特林發動機存在的膨脹室、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。本發明提出的水平對置式高低壓動力機器是利用現有水平對置式結構，結合斯特林發動機和有機朗肯循環系統優點的負壓動力機器。加熱器把熱能吸收後對高壓缸進行加熱使工質高溫氣化彭脹推動活塞做功，對低壓缸進行散熱冷卻產生負壓拉動活塞做功。
[0004]本發明提供了一種熱能轉換效率高、工質能循環使用、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動力機器。
[0005]本發明採用的技術方案是:一種水平對置式高低壓動力機器，包括集熱器、保溫管、氣化反應器、霧化器、高壓缸1、活塞、活塞環、自動排氣閥、壓力閥1、儲液罐、壓力閥I1、連杆、保溫層、機殼、飛輪、曲軸、低壓缸1、高壓缸I1、低壓缸I1、進氣單向閥、排氣控制閥和散熱器；高壓缸I和低壓缸I1、低壓缸I和高壓缸II以曲軸為中心成180°角度水平對置設置在機殼上，高壓缸I和高壓缸I1、低壓缸I和低壓缸II並列對置分布在機殼兩邊，高壓缸1、低壓缸I1、低壓缸I和高壓缸II內設有活塞，活塞上設有活塞環，活塞連接連杆，連杆連接曲軸，曲軸連接飛輪，曲軸通過軸承固定在機殼上；高壓缸I和高壓缸II下止點設有自動排氣閥，上止點設有氣化反應器，氣化反應器進氣端設有霧化器；集熱器通過保溫管連接氣化反應器；低壓缸I和低壓缸II上止點分別設有進氣單向閥和排氣控制閥，排氣控制閥通過管道連接儲液罐，儲液罐連接壓力閥I和壓力閥II，壓力閥I連接高壓缸II上的霧化器；低壓缸I上的進氣單向閥通過緩衝管連接高壓缸II上的自動排氣閥；低壓缸II上的進氣單向閥通過緩衝管連接高壓缸I上的自動排氣閥；高壓缸I和高壓缸II外層設有保溫層，低壓缸I和低壓缸II外層設有散熱器。
[0006]進一步，所述散熱器製成散熱片形式。
[0007]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。
[0008]進一步，所述低壓缸I和低壓缸II上的排氣控制閥能根據熱氣源溫度自動調節排氣。
[0009]進一步，集熱器能吸收太陽能、地熱、可燃物燃燒產生的高溫氣體、內燃機尾氣、工廠排出的高溫氣體等熱能。
[0010]進一步，氣化反應器包括壓力殼、氣化導熱片、氣孔、霧化器，氣化導熱片設置在壓力殼上，氣化導熱片上陣列設有氣孔，壓力殼進氣端設有霧化器。
[0011]上述水平對置式負壓力動力機器工作方法如下:集熱器吸收太陽能、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直接或者通過管道傳遞熱量給高壓缸上的氣化反應器，管道內設有流動的導熱介質；液體工質通過壓力閥注入到氣化反應器霧化，氣化反應器對霧化的工質進行氣化膨脹；活塞到達氣缸的下止點時，做功氣體通過自動排氣閥排出，排出的高溫氣態工質通過進氣單向閥進入低壓缸，低壓缸內的高溫氣態工質被散熱器瞬間冷卻產生負壓拉動活塞做功；高壓缸和低壓缸組成的一組和高壓缸和低壓缸組成的另一組內的活塞輪流做功帶動曲軸旋轉，曲軸帶動飛輪把動能輸出。
[0012]本發明的優點是:1.工質循環使用，無汙染；2.熱能轉換效率65%_98% ；3.能根據所需功率調整機器氣缸容量和數量調整輸出功率；4.在最達功率範圍內能調整注液調整輸出功率；5.該機器是對工質進行氣化做功整個過程不產生爆震；6.機器結構簡單，製造成本低，利用自動排氣功能，減少能量損耗；7.做功功率是單缸做功功率的多倍；8.能替代常規能源消耗，經濟效益高，節能環保，噪音小；9.重心低、低振動、穩定性好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發明結構示意圖；
圖2是本發明氣化反應器結構示意圖；
圖中:1為集熱器；2為保溫管；3為氣化反應器；4為霧化器；5為高壓缸I ;6為活塞；7為活塞環；8為自動排氣閥；9為壓力閥I ;10為儲液罐；11為壓力閥II ;12為連杆；13為保溫層；14為機殼；15飛輪；16為曲軸；17為低壓缸I ;18為高壓缸II ;19為低壓缸II ；20為進氣單向閥；21為排氣控制閥；22為散熱器；23為緩衝管；24為壓力殼；25為氣化導熱片；26為氣孔。
【具體實施方式】
[0014]參照附圖1-2，本發明的實施方式是:
實施例1
一種水平對置式高低壓動力機器，包括集熱器1、保溫管2、氣化反應器3、霧化器4、高壓缸15、活塞6、活塞環7、自動排氣閥8、壓力閥19、儲液罐10、壓力閥1111、連杆12、保溫層13、機殼14、飛輪15、曲軸16、低壓缸117、高壓缸1118、低壓缸1119、進氣單向閥20、排氣控制閥21和散熱器22 ;高壓缸15和低壓缸1119、低壓缸117和高壓缸1118以曲軸為中心成180°角度水平對置設置在機殼14上，高壓缸15和高壓缸1118、低壓缸117和低壓缸1119並列對置分布在機殼14兩邊，高壓缸15、低壓缸1119、低壓缸117和高壓缸1118內設有活塞6，活塞6上設有活塞環7，活塞6連接連杆12，連杆12連接曲軸16，曲軸16連接飛輪15，曲軸16通過軸承固定在機殼14上；高壓缸15和高壓缸1118下止點設有自動排氣閥8，上止點設有氣化反應器3，氣化反應器3進氣端設有霧化器4 ;集熱器I通過保溫管2連接氣化反應器3 ;低壓缸117和低壓缸1119上止點分別設有進氣單向閥20和排氣控制閥21，排氣控制閥21通過管道連接儲液罐10，儲液罐10連接壓力閥19和壓力閥1111，壓力閥19連接高壓缸II18上的霧化器4 ;低壓缸117上的進氣單向閥20通過緩衝管23連接高壓缸II18上的自動排氣閥8 ;低壓缸II19上的進氣單向閥20通過緩衝管23連接高壓缸15上的自動排氣閥8 ;高壓缸15和高壓缸1118外層設有保溫層13，低壓缸117和低壓缸1119外層設有散熱器22。
[0015] 實施例2
如上述實施例1中的水平對置式高低壓動力機器，所述散熱器22製成散熱片形式；在所述散熱器22上設置循環管道和在管道內注入循環冷卻介質；在所述低壓缸117和低壓缸1119上的排氣控制閥21能根據熱氣源溫度自動調節排氣；進氣單向閥20設置在低壓缸117和低壓缸1119頂部中間；散熱器22上設置循環管道和在管道內注入循環冷卻介質水，利用循環流動的水進行冷卻；氣化反應器3包括壓力殼24、氣化導熱片25、氣孔26、霧化器
4,氣化導熱片25設置在壓力殼24上,氣化導熱片25上陣列設有氣孔26,壓力殼24進氣端設有霧化器4。
【權利要求】
1.一種水平對置式高低壓動力機器，包括集熱器(I)、保溫管(2)、氣化反應器(3)、霧化器(4)、高壓缸I (5)、活塞(6)、活塞環(7)、自動排氣閥(8)、壓力閥I (9)、儲液罐(10)、壓力閥II (11)、連杆(12)、保溫層(13)、機殼(14)、飛輪(15)、曲軸(16)、低壓缸I (17)、高壓缸II (18)、低壓缸II (19)、進氣單向閥(20)、排氣控制閥(21)和散熱器(22);高壓缸I(5)和低壓缸II (19)、低壓缸I (17)和高壓缸II (18)以曲軸為中心成180°角度水平對置設置在機殼(14)上，高壓缸I (5)和高壓缸II (18)、低壓缸I (17)和低壓缸II (19)並列對置分布在機殼(14)兩邊，高壓缸I (5)、低壓缸II (19)、低壓缸I (17)和高壓缸II(18)內設有活塞(6)，活塞(6)上設有活塞環(7)，活塞(6)連接連杆(12)，連杆(12)連接曲軸(16)，曲軸(16)連接飛輪(15)，曲軸(16)通過軸承固定在機殼(14)上；高壓缸I (5)和高壓缸II (18)下止點設有自動排氣閥(8)，上止點設有氣化反應器(3)，氣化反應器(3)進氣端設有霧化器(4);集熱器(I)通過保溫管(2)連接氣化反應器(3);低壓缸I (17)和低壓缸II (19)上止點分別設有進氣單向閥(20)和排氣控制閥(21)，排氣控制閥(21)通過管道連接儲液罐(10)，儲液罐(10)連接壓力閥I (9)和壓力閥II (11)，壓力閥I (9)連接高壓缸II (18)上的霧化器(4);低壓缸I (17)上的進氣單向閥(20)通過緩衝管(23)連接高壓缸II (18)上的自動排氣閥(8);低壓缸II (19)上的進氣單向閥(20)通過緩衝管(23)連接高壓缸I (5)上的自動排氣閥(8);高壓缸I (5)和高壓缸II (18)外層設有保溫層(13)，低壓缸I (17)和低壓缸II (19)外層設有散熱器(22)。
2.如權利要求1所述水平對置式高低壓動力機器，其特徵是:所述散熱器(22)製成散熱片形式。
3.如權利要求1所述水平對置式高低壓動力機器，其特徵是:在所述散熱器(22)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所述水平對置式高低壓動力機器，其特徵是:所述低壓缸I(17)和低壓缸II (19)上的排氣控制閥(21)能根據熱氣源溫度自動調節排氣。
5.如權利要求1所述水平對置式高低壓動力機器，其特徵是:所述進氣單向閥(20)設置在低壓缸I (17)和低壓缸II (19)頂部中間。
6.如權利要求5所述水平對置式高低壓動力機器，其特徵是:在所述散熱器(22)上設置循環管道和在管道內注入循環冷卻介質水，利用循環流動的水進行冷卻。
7.如權利要求1-6任一項所述水平對置式高低壓動力機器，其特徵是:所述氣化反應器(3)包括壓力殼(24)、氣化導熱片(25)、氣孔(26)、霧化器(4),氣化導熱片(25)設置在壓力殼(24)上,氣化導熱片(25)上陣列設有氣孔(26),壓力殼(24)進氣端設有霧化器(4)。
8.如權利要求7所述水平對置式高低壓動力機器做功方法是:集熱器吸收太陽能、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直接或者通過管道傳遞熱量給高壓缸上的氣化反應器，管道內設有流動的導熱介質；液體工質通過壓力閥注入到氣化反應器霧化，氣化反應器對霧化的工質進行氣化膨脹；活塞到達氣缸的下止點時，做功氣體通過自動排氣閥排出，排出的高溫氣態工質通過進氣單向閥進入低壓缸，低壓缸內的高溫氣態工質被散熱器瞬間冷卻產生負壓拉動活塞做功；高壓缸和低壓缸組成的一組和高壓缸和低壓缸組成的另一組內的活塞輪流做功帶動曲軸旋轉，曲軸帶動飛輪把動能輸出。
【文檔編號】F02B75/24GK103939209SQ201410177311
【公開日】2014年7月23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