一種星型高低壓動(dòng)力設(shè)備及其做功方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種星型高低壓動(dòng)力設(shè)備及其做功方法，包括集熱器、保溫管、氣化反應(yīng)器、霧化器、氣缸、活塞、活塞環(huán)、自動(dòng)排氣閥、散熱器、儲(chǔ)液罐、壓力閥、連桿、曲軸、保溫層、轉(zhuǎn)動(dòng)軸和機(jī)殼；機(jī)殼上設(shè)有五個(gè)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，氣缸組成三個(gè)高壓缸兩個(gè)低壓缸，其中兩個(gè)高壓缸并列，第三個(gè)高壓缸設(shè)置在兩個(gè)低壓缸之間。本發(fā)明的星型結(jié)構(gòu)具有剛性大、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；能擴(kuò)大氣缸直徑來(lái)提高排量和功率；工質(zhì)循環(huán)使用，無(wú)污染；熱能轉(zhuǎn)換效率65%-98%；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(zhuān)利說(shuō)明】一種星型高低壓動(dòng)力設(shè)備及其做功方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高低壓動(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(chǎng)排出的高溫氣體等熱能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的動(dòng)力設(shè)備。
【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)式設(shè)備，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(mǎn)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(lèi)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，設(shè)備較為笨重；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)明提出的星型高低壓動(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。由集熱器把熱能吸收后對(duì)氣化反應(yīng)器進(jìn)行加熱，使工質(zhì)高溫氣化彭脹推動(dòng)活塞產(chǎn)生動(dòng)能做功。
[0014]本發(fā)明提供了一種熱能轉(zhuǎn)換效率高、工質(zhì)能循環(huán)使用、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、設(shè)備輸出功率平穩(wěn)的星型高低壓動(dòng)力設(shè)備。
[0015]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種星型高低壓動(dòng)力設(shè)備，包括集熱器、保溫管、氣化反應(yīng)器、霧化器、氣缸、活塞、活塞環(huán)、自動(dòng)排氣閥、散熱器、儲(chǔ)液罐、壓力閥、連桿、曲軸、保溫層、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、機(jī)殼和緩沖管；機(jī)殼設(shè)有五個(gè)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，氣缸組成三個(gè)高壓缸兩個(gè)低壓缸，其中兩個(gè)高壓缸并列，第三個(gè)高壓缸設(shè)置在兩個(gè)低壓缸之間；氣缸內(nèi)分別設(shè)有活塞，活塞上設(shè)有活塞環(huán)；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；集熱器通過(guò)保溫管連接氣化反應(yīng)器，氣化反應(yīng)器進(jìn)氣端設(shè)有霧化器，霧化器通過(guò)管道連接壓力閥，壓力閥通過(guò)管道連接儲(chǔ)液罐；氣化反應(yīng)器設(shè)置在高壓缸的上止點(diǎn)；高壓缸的下止點(diǎn)設(shè)有自動(dòng)排氣閥，自動(dòng)排氣閥通過(guò)緩沖管連接進(jìn)氣單向閥，排氣控制閥通過(guò)管道連接儲(chǔ)液罐；所述高壓缸外層設(shè)有保溫層；所述低壓缸外層設(shè)有散熱器。
[0016]進(jìn)一步，集熱器能吸收太陽(yáng)能、地?zé)?、可燃物燃燒產(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)燃機(jī)尾氣、工廠(chǎng)排出的高溫氣體等熱能。
[0017]進(jìn)一步，氣化反應(yīng)器包括壓力殼、氣化導(dǎo)熱片、氣孔、霧化器，氣化導(dǎo)熱片設(shè)置在壓力殼上，氣化導(dǎo)熱片上陣列設(shè)有氣孔，壓力殼進(jìn)氣端設(shè)有霧化器。
[0018]進(jìn)一步，壓力閥關(guān)聯(lián)曲軸，每完成一次循環(huán)壓力閥開(kāi)啟關(guān)閉五次。
[0019]上述星型高低壓動(dòng)力設(shè)備做功的方法是:氣缸成星型結(jié)構(gòu)排列，兩個(gè)低壓缸接收三個(gè)高壓缸做功后的高溫氣體；集熱器吸收太陽(yáng)能、地?zé)帷⒖扇嘉锶紵a(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)燃機(jī)熱能或尾氣、工廠(chǎng)排出的高溫氣體等熱能直接或者通過(guò)管道傳遞熱量給氣化反應(yīng)器，管道內(nèi)設(shè)有流動(dòng)的導(dǎo)熱介質(zhì)；液體工質(zhì)通過(guò)壓力閥注入到霧化器進(jìn)行霧化，氣化反應(yīng)器對(duì)霧化的工質(zhì)進(jìn)行氣化膨脹；活塞到達(dá)氣缸的下止點(diǎn)時(shí)，做功氣體通過(guò)自動(dòng)排氣閥排出，排出的氣態(tài)工質(zhì)通過(guò)散熱器冷卻，此時(shí)另一活塞到達(dá)氣缸的上止點(diǎn)，此對(duì)氣缸的壓力閥打開(kāi)，液體工質(zhì)通過(guò)霧化器注入到氣化反應(yīng)器內(nèi)氣化膨脹推動(dòng)活塞做功；壓力閥輪流開(kāi)啟關(guān)閉，氣缸內(nèi)的活塞輪流做功帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)飛輪把動(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)工質(zhì)循環(huán)使用，無(wú)污染；4)熱能轉(zhuǎn)換效率65%-98% ；5)能根據(jù)所需功率調(diào)整設(shè)備氣缸容量調(diào)整輸出功率；6)在最達(dá)功率范圍內(nèi)能調(diào)整注液調(diào)整輸出功率；7)對(duì)工質(zhì)進(jìn)行氣化做功整個(gè)過(guò)程不產(chǎn)生爆震；8)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(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明氣化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1為集熱器；2為保溫管；3為氣化反應(yīng)器；4為霧化器；5為氣缸；6為活塞；7為活塞環(huán)；8為自動(dòng)排氣閥；9為散熱器；10為儲(chǔ)液罐；11為壓力閥；12為連桿；13為曲軸；14為保溫層；15為轉(zhuǎn)動(dòng)軸；16為機(jī)殼；17為壓力殼；18為氣化導(dǎo)熱片；19為氣孔；20為緩沖管；21為進(jìn)氣單向閥；22為排氣控制閥。
【具體實(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
一種星型高低壓動(dòng)力設(shè)備，包括集熱器1、保溫管2、氣化反應(yīng)器3、霧化器4、氣缸5、活塞6、活塞環(huán)7、自動(dòng)排氣閥8、散熱器9、儲(chǔ)液罐10、壓力閥11、連桿12、曲軸13、保溫層14、轉(zhuǎn)動(dòng)軸15、機(jī)殼16和緩沖管20 ;機(jī)殼16設(shè)有五個(gè)氣缸5環(huán)繞曲軸13呈星型排列，活塞6通過(guò)連桿12連接到曲軸13上，氣缸5組成三個(gè)高壓缸兩個(gè)低壓缸，其中兩個(gè)高壓缸并列，第三個(gè)高壓缸設(shè)置在兩個(gè)低壓缸之間；氣缸5內(nèi)分別設(shè)有活塞6,活塞6上設(shè)有活塞環(huán)7 ;曲軸13連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸15，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15通過(guò)軸承固定在機(jī)殼16上；集熱器I通過(guò)保溫管2連接氣化反應(yīng)器3，氣化反應(yīng)器3進(jìn)氣端設(shè)有霧化器4，霧化器4通過(guò)管道連接壓力閥11，壓力閥11通過(guò)管道連接儲(chǔ)液罐10 ;氣化反應(yīng)器3設(shè)置在高壓缸的上止點(diǎn)；高壓缸的下止點(diǎn)設(shè)有自動(dòng)排氣閥8，自動(dòng)排氣閥8通過(guò)緩沖管20連接進(jìn)氣單向閥21，排氣控制閥22通過(guò)管道連接儲(chǔ)液罐10 ;所述高壓缸外層設(shè)有保溫層14 ;所述低壓缸外層設(shè)有散熱器9。
[0023]實(shí)施例2
如實(shí)施例1中的星型高低壓動(dòng)力設(shè)備，所述氣化反應(yīng)器3包括壓力殼17、氣化導(dǎo)熱片18、氣孔19、霧化器4，氣化導(dǎo)熱片18設(shè)置在壓力殼17上，氣化導(dǎo)熱片18上陣列設(shè)有氣孔19，壓力殼17進(jìn)氣端設(shè)有霧化器4 ;所述壓力閥11關(guān)聯(lián)曲軸13，每完成一次循環(huán)壓力閥開(kāi)啟關(guān)閉五次；本實(shí)施例以五個(gè)氣缸結(jié)構(gòu)為例，五個(gè)氣缸成星型結(jié)構(gòu)，五個(gè)氣缸輪流做功；星型高低壓動(dòng)力設(shè)備氣缸5數(shù)量一般為5、6、8、10、12、16。
【權(quán)利要求】
1.一種星型高低壓動(dòng)力設(shè)備，包括集熱器(I)、保溫管(2)、氣化反應(yīng)器(3)、霧化器(4)、氣缸(5)、活塞(6)、活塞環(huán)(7)、自動(dòng)排氣閥(8)、散熱器(9)、儲(chǔ)液罐(10)、壓力閥(11)、連桿(12)、曲軸(13)、保溫層(14)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15)、機(jī)殼(16)和緩沖管(20);機(jī)殼(16)設(shè)有五個(gè)氣缸(5)環(huán)繞曲軸(13)呈星型排列，活塞(6)通過(guò)連桿(12)連接到曲軸(13)上，氣缸(5 )組成三個(gè)高壓缸兩個(gè)低壓缸，其中兩個(gè)高壓缸并列，第三個(gè)高壓缸設(shè)置在兩個(gè)低壓缸之間；氣缸(5)內(nèi)分別設(shè)有活塞(6)，活塞(6)上設(shè)有活塞環(huán)(7);曲軸(13)連接轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(15)通過(guò)軸承固定在機(jī)殼(16)上；集熱器(I)通過(guò)保溫管(2)連接氣化反應(yīng)器(3)，氣化反應(yīng)器(3)進(jìn)氣端設(shè)有霧化器(4)，霧化器(4)通過(guò)管道連接壓力閥(11)，壓力閥(11)通過(guò)管道連接儲(chǔ)液罐(10);氣化反應(yīng)器(3)設(shè)置在高壓缸的上止點(diǎn)；高壓缸的下止點(diǎn)設(shè)有自動(dòng)排氣閥(8 )，自動(dòng)排氣閥(8 )通過(guò)緩沖管(20 )連接進(jìn)氣單向閥(21)，排氣控制閥(22)通過(guò)管道連接儲(chǔ)液罐(10);所述高壓缸外層設(shè)有保溫層(14);所述低壓缸外層設(shè)有散熱器(9)。
2.如權(quán)利要求1所述星型高低壓動(dòng)力設(shè)備，其特征是，所述集熱器(I)能吸收太陽(yáng)能、地?zé)?、可燃物燃燒產(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)燃機(jī)尾氣、工廠(chǎng)排出的高溫氣體。
3.如權(quán)利要求1所述星型高低壓動(dòng)力設(shè)備，其特征是，所述氣化反應(yīng)器(3)包括壓力殼(17)、氣化導(dǎo)熱片(18)、氣孔(19)、霧化器(4)，氣化導(dǎo)熱片(18)設(shè)置在壓力殼(17)上，氣化導(dǎo)熱片(18)上陣列設(shè)有氣孔(19)，壓力殼(17)進(jìn)氣端設(shè)有霧化器(4)。
4.如權(quán)利要求1所述星型高低壓動(dòng)力設(shè)備，其特征是，所述壓力閥(11)關(guān)聯(lián)曲軸(13)，每完成一次循環(huán)壓力閥開(kāi)啟關(guān)閉五次。
5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述星型高低壓動(dòng)力設(shè)備做功的方法是:氣缸成星型結(jié)構(gòu)排列，兩個(gè)低壓缸接收三個(gè)高壓缸做功后的高溫氣體；集熱器吸收太陽(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(chǎng)排出的高溫氣體等熱能直接或者通過(guò)管道傳遞熱量給氣化反應(yīng)器，管道內(nèi)設(shè)有流動(dòng)的導(dǎo)熱介質(zhì)；液體工質(zhì)通過(guò)壓力閥注入到霧化器進(jìn)行霧化，氣化反應(yīng)器對(duì)霧化的工質(zhì)進(jìn)行氣化膨脹；活塞到達(dá)氣缸的下止點(diǎn)時(shí)，做功氣體通過(guò)自動(dòng)排氣閥排出，排出的氣態(tài)工質(zhì)通過(guò)散熱器冷卻，此時(shí)另一活塞到達(dá)氣缸的上止點(diǎn)，此對(duì)氣缸的壓力閥打開(kāi)，液體工質(zhì)通過(guò)霧化器注入到氣化反應(yīng)器內(nèi)氣化膨脹推動(dòng)活塞做功；壓力閥輪流開(kāi)啟關(guān)閉，氣缸內(nèi)的活塞輪流做功帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)飛輪把動(dòng)能輸出。
【文檔編號(hào)】F01B1/06GK103912326SQ201410177321
【公開(kāi)日】2014年7月9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