一種常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構的製作方法

2024-03-09 07:15:15

專利名稱：一種常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱氣機，尤其是關於小型常壓空氣熱氣機工質系統。
背景技術：
熱氣機又稱斯特林發動機，它是一種採用外部熱源加熱的外燃式發動機，因此具 有對多種熱源或燃料的適應性，如可採用傳統的燃油、天然氣、沼氣、酒精等燃料，也可以採 用太陽能、工業餘熱、固體燃料、生物質能等，範圍十分廣泛。熱氣機主要由加熱系統、工質 循環系統、傳動系統等組成，加熱系統產生的熱量通過加熱器傳遞給熱氣機的內部工質，通 過斯特林循環，推動活塞做功，並通過傳動系統的曲軸或輸出軸對外輸出。傳統的熱氣機一 般有兩個活塞，即動力活塞和配氣活塞，動力活塞和配氣活塞之間有一個連接通道，即工質 流道，配氣活塞在加熱器、回熱器、冷卻器內不斷穿梭運動，起到配氣的作用；動力活塞對工 質進行壓縮，同時在工質受熱膨脹時，工質又推動動力活塞向外做功。公開號為CN101216001A的中國專利公開了一種小型熱氣機，包括機身、動力活塞 組、配氣活塞組、加熱器、回熱器、冷卻器和輸出軸和加熱裝置；動力活塞組通過長連杆與曲 拐二活動連接，配氣活塞組通過短連杆與曲拐一活動連接；回熱器由配氣活塞與配氣氣缸 套之間的配合間隙構成。上述的小型熱氣機是一種典型的常壓空氣熱氣機，即熱氣機的工 質採用空氣，因此工質系統和熱氣機循環系統工質的密封結構可以做的十分簡單，從而可 以大大簡化熱氣機的結構，提高可靠性。上述的常壓空氣熱氣機因開放式結構使用純空氣作為工質，理論上最低循環壓力 等於大氣壓，在熱氣機運行初期最低循環壓力等於外部壓力(大氣壓)。而當運行至最高循 環壓力，內部工質壓力經過壓縮高於外部壓力(大氣壓)，此時由於活塞杆存在動密封不可 避免地會發生洩漏，熱氣機工作腔內的工質就會減少，當熱氣機再次運行至最低循環壓力 時，由於內部工質的洩漏就會造成最低循環壓力低於外部壓力(即大氣壓)而形成負壓，此 時工質(空氣)就會經原路從外部吸入熱氣機，進行自動補氣。但是由於工質最高循環壓 力和大氣壓的壓差絕對值，大於最低循環壓力和大氣壓的壓差絕對值，這使得熱氣機在最 低循環壓力時實際吸入的工質量會少於洩漏出去的工質量，使熱氣機內部工質的量減少。 隨著熱氣機內部工質的量逐步減少，最低循環壓力和大氣壓差絕對值不斷提高，最終會與 最高循環壓力和大氣壓的壓差絕對值相等，熱氣機洩漏量和進入量會達到平衡，但此時的 熱氣機內部工質量已經小於運行初期的工質量，因此會影響熱氣機的功率和效率。此外，熱 氣機的工質(空氣)從動力活塞的活塞環處和配氣活塞的活塞杆密封處進行吸入，由於工 質(空氣)沒有進行過濾，特別是在環境惡劣的工作環境中，補氣時會將灰塵和雜質吸入， 導致活塞、軸承、密封件等部件的加速磨損。

發明內容
本發明的目的在於提供一種常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，解決常壓空氣 熱氣機空氣工質補充效率低，且空氣工質已受汙染，進而容易引起活塞及運動部件磨損的技術問題，其具有結構緊湊、補氣效率高、可靠性好的特點，可以實現常壓空氣熱氣機自動 補充空氣工質的需要。本發明的目的是通過以下的技術方案來解決的—種常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，在連接熱氣機冷腔和熱腔之間，即配 氣活塞和動力活塞之間的工質連接通道上設置一個單向閥，單向閥的入口通向大氣，單向 閥的出口與上述的工質連接通道連通。上述的常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，單向閥的設置位置儘可能靠近熱氣 機的冷腔即配氣活塞端；所述單向閥的啟閥壓力為2. 1 X 10_3 6. 89X IO-3MPa0上述的常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，所述的單向閥包括閥殼、簧片、滑 塊、濾芯安裝座、濾芯、節流元件，濾芯、節流元件布置在單向閥的進口，閥殼為圓筒形結構， 其內部從出口到進口依次安裝有簧片、滑塊、濾芯安裝座、節流元件、濾芯；滑塊側面均勻布 置有凹槽，滑塊下端抵靠在簧片上，上端面可以與濾芯安裝座的底面形成良好密封，即當單 向閥關閉狀態下，簧片將滑塊壓緊，滑塊上端面與濾芯安裝座的底面形成良好密封；濾芯安 裝座內部布置有節流元件，節流元件為一端封閉的筒體結構，內布置可拆卸的濾芯，在節流 元件的封閉端開有一個節流孔。上述的常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，所述的單向閥在進口設置有一個 濾芯，過濾精度為0. 05 0. 08mm ；在單向閥上設置有一個節流元件，節流孔直徑為0. 6 0. 8mm。本發明的有益效果是傳統的常壓空氣工質熱氣機為提高其工作的穩定性和提高功率往往在動密封的 配合精度和材料上有嚴格的設計要求，例如氣缸與活塞進行精磨和互配，以降低洩漏率，此 夕卜，還採用犧牲效率的方法彌補因工質洩漏而損失的功率。而上述的技術方案採用自動補 氣機構可以有效提高補氣效率，顯著增強常壓空氣熱氣機工作穩定性，提高工作效率。該自 動補氣機構工作無任何耗功，結構簡單、體積小、可靠性高。經試驗，採用上述的技術方案可以將熱氣機的最低循環壓力提高10%，可以提高 熱氣機的效率近一個百分點，此外由於自動補氣機構的進氣阻力遠小於動密封漏點的阻 力，動密封的氣體流動由雙向流動變成只出不進的單向流動，可以有效防止空氣雜質或粉 塵進入熱氣機工作腔，可以有效提高熱氣機的工作可靠性。


下面結合附圖和具體實施例對本發明進一步說明。圖1是傳統小型熱氣機工質系統的結構原理圖。圖2是本發明小型熱氣機用工質自動補氣機構的結構原理圖。圖3是圖2中單向閥的結構剖視圖。圖中1.動力活塞，2.單向閥，201.濾芯，202.節流元件，203.濾芯安裝座，204. 滑塊，205.簧片，206.閥殼，3.配氣活塞，4.連接通道。
具體實施例方式圖1所示為傳統的常壓空氣工質熱氣機的結構原理圖，其包括配氣活塞3和動力活塞1，動力活塞1和配氣活塞3之間有一個工質連接通道4，熱氣機工作時，空氣工質在動 力活塞1和配氣活塞3之間往複流動。圖中箭頭A、B所示為工質洩漏的部位和方向示意， 箭頭C、D所示為工質吸入或補氣的流向和位置示意。工質的補氣經由其洩漏點補入，熱氣 機在動密封的漏點有「吸」和「漏」兩個方向的氣流，由於漏點阻力大，壓差小，熱氣機最低 循環壓力將低於大氣壓，將影響熱氣機的效率和功率，此外外部空氣雜質和粉塵吸入動密 封會加速熱氣機的磨損，影響可靠性。圖2和圖3所示為本發明的一個實施例，在配氣活塞3和動力活塞1的連接通道 4上設置有一個帶有濾器的單向閥2，單向閥2的入口通向大氣，單向閥2的出口與上工質 流道連通；為保證補氣的效率，縮短壓力波傳遞的時間，單向閥2的設置位置儘可能靠近熱 氣機的冷腔，即配氣活塞端，單向閥2的啟閥壓力一般為2. IXlO-3 6. 89X IO-3MPa0圖2 中箭頭E、F所示為工質洩漏的部位和方向示意，箭頭G所示為工質補氣的流向示意。上述的單向閥2由閥殼206、簧片205、滑塊204、濾芯安裝座203、濾芯201、節流元 件202等部件組成，濾芯201、節流元件202布置在單向閥2的進口，閥殼206為圓筒形結 構，其內部從出口到進口依次安裝有簧片205、滑 塊204、濾芯安裝座203、節流元件202、濾 芯201 ；滑塊204側面均勻布置有凹槽，滑塊204下端抵靠在簧片205上，上端面可以與濾 芯安裝座203的底面形成良好密封，即當單向閥2關閉狀態下，簧片205將滑塊204壓緊， 滑塊204上端面與濾芯安裝座203的底面形成良好密封；濾芯安裝座203內部布置有節流 元件202，節流元件202為一端封閉的筒體結構，內布置可拆卸的濾芯201，在節流元件202 的封閉端開有一個節流孔，節流孔的直徑為0. 6 0. 8mm。濾芯201的過濾精度為0. 05 0. 08mm。上述的單向閥2集成了單向閥2、濾器和節流元件202的綜合功能，結構緊湊，體積 小，安裝方便。當然，上述的結構也可以設置成單向閥、濾器、節流功能各自分離的結構，或 兩種功能組合的結構。上述的自動補氣機構能自動補充洩漏的工質並始終保持最低循環壓力等同外部 壓力，在某些配氣活塞掃氣容積大於動力活塞工作容積的機型中，最低循環壓力將比外部 壓力高 0. 98 X ICT3MPa 1. 47 X IO-3MPa0本發明的自動補氣機構是基於配氣活塞過上止點至之後1/16周期內內部壓力低 於外部壓力的原理，實現自動補氣的，其工作原理如下當熱氣機工質出現洩漏後，配氣活 塞3過上止點至之後1/16周期內由於大氣壓力高於熱氣機內部壓力，自動補氣機構的單向 閥2打開進氣，當熱氣機運動至內部壓力高於外部壓力時，單向閥2關閉，完成補氣。由於單 向閥2開啟後流通能力遠高於洩漏點處的流通能力，且進入的氣體流速高，進入的氣體量 會大於洩漏量，此時熱氣機的最低循環壓力將大於外部壓力，單向閥2關閉，補氣結束，直 至熱氣機最低循環壓力低於大氣壓時單向閥2再次開啟完成下一次補氣過程。因自動補氣 機構的單向閥2流通能力大，為防止瞬時進氣量過大導致熱氣機內部工作循環擾動過大， 甚至導致熱氣機停機，特設置了節流元件202，對進氣進行節流，一般設計時節流孔的孔徑 和流通能力與熱氣機的排量、轉速和洩漏率等參數有關，如排量在10 20ml、轉速為600 1400r/min的熱氣機，其節流孔直徑可選0. 6 0. 8mm。採用上述方案對一臺缸徑為40mm，行程為14mm的Gama型空氣工質常壓熱氣機進 行了改造，試驗測得熱氣機效率提高了約一個百分點，且經300小時試驗考核，熱氣機功率 穩定，動密封部件工作正常，無異常磨損，可靠性得到顯著提高。
以上實施例僅用於說明本發明而非限制本發明所描述的技術方案，並不局限於以上的形式，還可以對本發明進行修改或等同的替換；一切不脫離本發明的精神和範圍的技 術方案及其改進，都將落入本發明的保護範圍。
權利要求
一種常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，其特徵在於在連接熱氣機冷腔和熱腔之間，即配氣活塞(3)和動力活塞(1)之間的工質連接通道(4)上設置一個單向閥(2)，單向閥(2)的入口通向大氣，單向閥(2)的出口與上述的工質連接通道(4)連通。
2.根據權利要求1所述的常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，其特徵在於單向閥 (2)的設置位置儘可能靠近熱氣機的冷腔即配氣活塞(3)端；所述單向閥(2)的啟閥壓力 為 2. 1 X 1(T3 6. 89 X l(T3MPa。
3.根據權利要求1或2所述的常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，其特徵在於所 述的單向閥(2)包括閥殼(206)、簧片(205)、滑塊(204)、濾芯安裝座(203)、濾芯(201)、節 流元件(202)，濾芯(201)、節流元件(202)布置在單向閥(2)的進口，閥殼(206)為圓筒形 結構，其內部從出口到進口依次安裝有簧片(205)、滑塊(204)、濾芯安裝座(203)、節流元 件(202)、濾芯(201)；滑塊(204)側面均勻布置有凹槽，滑塊(204)下端抵靠在簧片(205) 上，上端面可以與濾芯安裝座(203)的底面形成良好密封，即當單向閥(2)關閉狀態下，簧 片(205)將滑塊(204)壓緊，滑塊(204)上端面與濾芯安裝座(203)的底面形成良好密封； 濾芯安裝座(203)內部布置有節流元件(202)，節流元件(202)為一端封閉的筒體結構，內 布置可拆卸的濾芯(201)，在節流元件(202)的封閉端開有一個節流孔。
4.根據權利要求1或2所述的常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，其特徵在於所 述的單向閥(2)在進口設置有一個濾芯(201)，過濾精度為0.05 0.08mm;在單向閥(2) 上設置有一個節流元件(202)，節流孔直徑為0. 6 0. 8mm。
5.根據權利要求3所述的常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，其特徵在於所述的 濾芯(201)的過濾精度為0. 05 0. 08mm ；節流孔直徑為0. 6 0. 8mm。
全文摘要
本發明公開了一種常壓空氣熱氣機用工質自動補氣機構，在連接熱氣機冷腔和熱腔之間，即配氣活塞和動力活塞之間的工質連接通道上設置一個單向閥，單向閥的入口通向大氣，單向閥的出口與上述的工質連接通道連通；其具有結構緊湊、補氣效率高、可靠性好的特點，可以實現常壓空氣熱氣機自動補充空氣工質的需要。
文檔編號F16K15/02GK101832197SQ20101015351
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月22日 優先權日2010年4月22日
發明者忻晟, 潘衛明 申請人:上海齊耀動力技術有限公司