一種v型高低壓動力機器及其做功方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種V型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、氣缸、活塞、活塞環(huán)、自動排氣閥、排氣控制閥、儲液罐、壓力閥、連桿、曲軸、保溫層、單向進氣閥、機殼、散熱器和轉(zhuǎn)動軸；機殼上氣缸分成左右兩組，兩組氣缸成V型結(jié)構(gòu)，左邊氣缸最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；右邊氣缸最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸。本發(fā)明的V型結(jié)構(gòu)縮短了機體的長度和高度；氣缸之間已相互錯開布置，有較大的空間，能擴大氣缸直徑來提高排量和功率；工質(zhì)循環(huán)使用，無污染；熱能轉(zhuǎn)換效率65%-98%；能替代常規(guī)能源消耗，經(jīng)濟效益高，節(jié)能環(huán)保，噪音小。
【專利說明】—種V型高低壓動力機器及其做功方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱能動力機器領(lǐng)域，尤其是利用太陽能、地熱、可燃物燃燒產(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)燃機熱能或尾氣、工廠排出的高溫氣體等熱能轉(zhuǎn)換成動能的動力機器。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的動力機器有蒸汽機、內(nèi)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(zhuǎn)速的提高；工作過程是不連續(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:結(jié)構(gòu)復雜，對燃料要求較高，對燃料的潔凈度要求嚴格，對環(huán)境污染。
[0005]外燃機，如斯特林發(fā)動機是其中一種，斯特林發(fā)動機與內(nèi)燃機比較具備以下優(yōu)
點：.適用于各種能源，無論是液態(tài)的、氣態(tài)的或固態(tài)的燃料，當采用載熱系統(tǒng)(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(fā)動機本身(除加熱器外)不需要作任何更改。同時斯特林發(fā)動機無需壓縮機增壓，使用一般風機即可滿足要求，并允許燃料具有較高的雜質(zhì)含量；斯特林發(fā)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(tǒng)容量；結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)比內(nèi)燃機少40%，降價空間大；維護成本低。
[0006]斯特林發(fā)動機在運行時，由于燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，獨立于燃氣的工質(zhì)通過加熱器吸熱,并按斯特林循環(huán)對外做功，因此避免了類似內(nèi)燃機的爆震做功和間歇燃燒過程，從而實現(xiàn)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米處裸機噪音底于68dBA ;低排放:尾氣排放達到歐5標準。
[0007]由于工質(zhì)不燃燒，外燃機避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機的震爆做功問題，從而實現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染和低運行成本。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(huán)境溫度越低，發(fā)電效率越高。外燃機最大的優(yōu)點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]同時斯特林發(fā)動機尚存在的主要問題和缺點是: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題，材料成本高，功率調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)較復雜，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(nèi)燃發(fā)動機的2-3倍等。
[0009]有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括泵、蒸發(fā)器、膨脹機、發(fā)電機、冷凝器等。集熱器吸收太陽輻照，集熱器內(nèi)換熱介質(zhì)溫度升高，換熱介質(zhì)通過蒸發(fā)器把熱量傳給有機工質(zhì)。有機工質(zhì)在蒸發(fā)器中定壓加熱，高壓的氣態(tài)有機工質(zhì)進入膨脹機膨脹做功，帶動發(fā)電機發(fā)電；膨脹機尾部排出的有機工質(zhì)進入冷凝器中定壓冷凝，冷凝器出口的有機工質(zhì)經(jīng)過泵加壓后進入蒸發(fā)器完成一次發(fā)電循環(huán)。[0010]有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)換效率不高，體積大，需要借助結(jié)構(gòu)復雜的膨脹機做功。
[0011]V型發(fā)動機，簡單的說就是將所有汽缸分成兩組，把相鄰汽缸以一定夾角布置一起(左右兩列氣缸中心線的夾角Y <180° )，使兩組汽缸形成一個夾角的平面，從側(cè)面看汽缸呈V字形(通常的夾角為60° )，故稱V型發(fā)動機。
[0012]與直列布局形式相比，V型發(fā)動機縮短了機體的長度和高度，而更低的安裝位置可以便于設(shè)計師設(shè)計出風阻系數(shù)更低的車身，同時得益于汽缸對向布置，還可抵消一部分振動，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更為平順。由于汽缸之間已相互錯開布置，因此在汽缸之間有較大的空間，這樣便于通過擴大汽缸直徑來提高排量和功率。V型發(fā)動機的汽缸均成一角度對向布置，可以抵消一部分振動。不足之處是:V型發(fā)動機的缺點是必須使用兩個汽缸蓋，結(jié)構(gòu)較為復雜。另外其寬度加大后，發(fā)動機兩側(cè)空間較小，不易再安排其它裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)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(nèi)燃發(fā)動機的2-3倍等問題；克服了有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)需要膨脹機或汽輪機，制造成本高的技術(shù)難題；克服了內(nèi)燃機V型發(fā)動機結(jié)構(gòu)較為復雜、制造成本高的問題。本發(fā)明提出的V型高低壓動力機器是采用了現(xiàn)有V型發(fā)動機結(jié)構(gòu)，結(jié)合斯特林發(fā)動機、有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)和內(nèi)燃機V型發(fā)動機優(yōu)點的熱動力機器。由集熱器把熱能吸收后對氣化反應器進行加熱，使工質(zhì)高溫氣化彭脹推動活塞產(chǎn)生動能做功；把熱能吸收后對氣缸進行散熱冷卻產(chǎn)生負壓拉動活塞做功。
[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)量來調(diào)整輸出功率、能通過調(diào)整溫度進行調(diào)整輸出功率、機器輸出功率平穩(wěn)的熱能動力機器。
[0015]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種V型高低壓動力機器，包括集熱器、保溫管、氣化反應器、霧化器、氣缸、活塞、活塞環(huán)、自動排氣閥、排氣控制閥、儲液罐、壓力閥、連桿、曲軸、保溫層、單向進氣閥、機殼、散熱器和轉(zhuǎn)動軸；機殼上氣缸分成左右兩組，兩組氣缸成V型結(jié)構(gòu)，左邊氣缸最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；右邊氣缸最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；或者左邊氣缸最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；右邊氣缸最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；高壓缸上的上止點設(shè)有氣化反應器，高壓缸上的下止點設(shè)有自動排氣閥，高壓缸外層設(shè)有保溫層；低壓缸上的上止點設(shè)有單向進氣閥和排氣控制閥，低壓缸外層設(shè)有散熱器；自動排氣閥連接低壓缸上的進氣單向閥；排氣控制閥通過管道連接儲液罐；氣缸內(nèi)分別設(shè)有活塞，活塞上設(shè)有活塞環(huán)；活塞連接連桿，連桿連接曲軸，曲軸連接轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動軸通過軸承固定在機殼上；集熱器通過保溫管連接氣化反應器，氣化反應器進氣端設(shè)有霧化器，霧化器通過管道連接壓力閥，壓力閥通過管道連接儲液罐；自動排氣閥通過緩沖管連接進氣單向閥。
[0016]進一步，集熱器能吸收太陽能、地熱、可燃物燃燒產(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)燃機尾氣、工廠排出的高溫氣體等熱能。
[0017]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(shè)置在壓力殼上，氣化導熱片上陣列設(shè)有氣孔，壓力殼進氣端設(shè)有霧化器。[0018]進一步，壓力閥關(guān)聯(lián)曲軸，每完成一次循環(huán)壓力閥開啟關(guān)閉一次。
[0019]上述V型熱能動力機器做功的方法是:左右兩排氣缸成V型結(jié)構(gòu)，左邊氣缸最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；右邊氣缸最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；或者左邊氣缸最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；右邊氣缸最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；集熱器吸收太陽能、地熱、可燃物燃燒產(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)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氣化反應器，管道內(nèi)設(shè)有流動的導熱介質(zhì)；液體工質(zhì)通過壓力閥注入到霧化器進行霧化，氣化反應器對霧化的工質(zhì)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，排出的氣態(tài)工質(zhì)通過冷卻器冷卻，此時另一組活塞到達氣缸的上止點，此對氣缸的壓力閥打開，液體工質(zhì)通過霧化器注入到氣化反應器內(nèi)氣化膨脹推動活塞做功；壓力閥輪流開啟關(guān)閉，兩組氣缸內(nèi)的活塞輪流做功帶動轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動軸帶動飛輪把動能輸出。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點是:1) V型結(jié)構(gòu)縮短了機體的長度和高度；2)氣缸之間已相互錯開布置，有較大的空間，能擴大氣缸直徑來提高排量和功率；3)工質(zhì)循環(huán)使用，無污染；4)熱能轉(zhuǎn)換效率65%-98% ；5)能根據(jù)所需功率調(diào)整機器氣缸容量和數(shù)量調(diào)整輸出功率；6)在最達功率范圍內(nèi)能調(diào)整注液調(diào)整輸出功率；7)對工質(zhì)進行氣化做功整個過程不產(chǎn)生爆震；8)能替代常規(guī)能源消耗，經(jīng)濟效益高，節(jié)能環(huán)保，噪音小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明氣化反應器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是V型發(fā)動機結(jié)構(gòu)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為氣缸；6為活塞；7為活塞環(huán)；8為自動排氣閥；9為排氣控制閥；10為儲液罐；11為壓力閥；12為連桿；13為曲軸；14為保溫層；15為進氣單向閥；16為機殼；17為散熱器；18為轉(zhuǎn)動軸；19為緩沖管；20為壓力殼；21為氣化導熱片；22為氣孔。
【具體實施方式】
[0022]參照附圖，本發(fā)明的實施方式是:
實施例1
一種V型高低壓動力機器，包括集熱器1、保溫管2、氣化反應器3、霧化器4、氣缸5、活塞6、活塞環(huán)7、自動排氣閥8、排氣控制閥9、儲液罐10、壓力閥11、連桿12、曲軸13、保溫層14、單向進氣閥15、機殼16、散熱器17和轉(zhuǎn)動軸18 ;機殼16上氣缸5分成左右兩組，兩組氣缸5成V型結(jié)構(gòu),左邊氣缸5最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；右邊氣缸5最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；或者左邊氣缸5最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；右邊氣缸5最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；高壓缸上的上止點設(shè)有氣化反應器3,高壓缸上的下止點設(shè)有自動排氣閥8，高壓缸外層設(shè)有保溫層14 ;低壓缸上的上止點設(shè)有單向進氣閥15和排氣控制閥9，低壓缸外層設(shè)有散熱器17 ;自動排氣閥8連接低壓缸上的進氣單向閥15 ;排氣控制閥9通過管道連接儲液罐10 ;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 ;活塞6連接連桿12，連桿12連接曲軸13，曲軸13連接轉(zhuǎn)動軸18，轉(zhuǎn)動軸18通過軸承固定在機殼16上；集熱器I通過保溫管2連接氣化反應器3，氣化反應器3進氣端設(shè)有霧化器4，霧化器4通過管道連接壓力閥11，壓力閥11通過管道連接儲液罐10 ;自動排氣閥8通過緩沖管19連接進氣單向閥15。
[0023]實施例2
如實施例1中的V型熱能動力機器，所述氣化反應器3包括壓力殼20、氣化導熱片21、氣孔22、霧化器4，氣化導熱片21設(shè)置在壓力殼20上，氣化導熱片21上陣列設(shè)有氣孔22，壓力殼20進氣端設(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)壓力閥開啟關(guān)閉一次；V型熱能動力機器氣缸5數(shù)量一般為5、6、8、10、12、16 ;相鄰氣缸5以一定夾角布置一起，左右兩列氣缸5中心線的夾角Y <180°，兩組氣缸5形成一個夾角的平面，從側(cè)面看氣缸5排列呈V字形，通常的夾角為60°。
【權(quán)利要求】
1.一種V型高低壓動力機器，包括集熱器(I)、保溫管(2)、氣化反應器(3)、霧化器(4)、氣缸(5)、活塞(6)、活塞環(huán)(7)、自動排氣閥(8)、排氣控制閥(9)、儲液罐(10)、壓力閥(11)、連桿(12)、曲軸(13)、保溫層(14)、單向進氣閥(15)、機殼(16)、散熱器(17)和轉(zhuǎn)動軸(18);機殼(16)上氣缸(5)分成左右兩組，兩組氣缸(5)成V型結(jié)構(gòu)，左邊氣缸(5)最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；右邊氣缸(5)最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；或者左邊氣缸(5)最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；右邊氣缸(5)最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；高壓缸上的上止點設(shè)有氣化反應器(3)，高壓缸上的下止點設(shè)有自動排氣閥(8)，高壓缸外層設(shè)有保溫層(14);低壓缸上的上止點設(shè)有單向進氣閥(15)和排氣控制閥(9)，低壓缸外層設(shè)有散熱器(17 );自動排氣閥(8 )連接低壓缸上的進氣單向閥(15 );排氣控制閥(9 )通過管道連接儲液罐(10);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);活塞(6)連接連桿(12)，連桿(12)連接曲軸(13)，曲軸(13)連接轉(zhuǎn)動軸(18)，轉(zhuǎn)動軸(18)通過軸承固定在機殼(16 )上；集熱器(I)通過保溫管(2 )連接氣化反應器(3 )，氣化反應器(3 )進氣端設(shè)有霧化器(4 )，霧化器(4 )通過管道連接壓力閥(11)，壓力閥(11)通過管道連接儲液罐(10);自動排氣閥(8)通過緩沖管(19)連接進氣單向閥(15)。
2.如權(quán)利要求1所述V型高低壓動力機器，其特征是，所述集熱器(I)能吸收太陽能、地熱、可燃物燃燒產(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)燃機尾氣、工廠排出的高溫氣體。
3.如權(quán)利要求1所述V型高低壓動力機器，其特征是，所述氣化反應器(3)包括壓力殼(20)、氣化導熱片(21)、氣孔(22)、霧化器(4)，氣化導熱片(21)設(shè)置在壓力殼(20)上，氣化導熱片(21)上陣列設(shè)有氣孔(22)，壓力殼(20)進氣端設(shè)有霧化器(4)。
4.如權(quán)利要求1所述V型高低壓動力機器，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)壓力閥開啟關(guān)閉一次。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述V型高低壓動力機器做功的方法是:左右兩排氣缸成V型結(jié)構(gòu)，左邊氣缸最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；右邊氣缸最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；或者左邊氣缸最外邊兩個氣缸和右邊最中間一個氣缸組成一組低壓缸；右邊氣缸最外邊兩個氣缸和左邊最中間一個氣缸組成一組高壓缸；集熱器吸收太陽能、地熱、可燃物燃燒產(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)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氣化反應器，管道內(nèi)設(shè)有流動的導熱介質(zhì)；液體工質(zhì)通過壓力閥注入到霧化器進行霧化，氣化反應器對霧化的工質(zhì)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，排出的氣態(tài)工質(zhì)通過冷卻器冷卻，此時另一組活塞到達氣缸的上止點，此對氣缸的壓力閥打開，液體工質(zhì)通過霧化器注入到氣化反應器內(nèi)氣化膨脹推動活塞做功；壓力閥輪流開啟關(guān)閉，兩組氣缸內(nèi)的活塞輪流做功帶動轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動軸帶動飛輪把動能輸出。
【文檔編號】F01K11/00GK103925020SQ201410177835
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】郭遠軍 申請人:郭遠軍