CN102203383A - 废热发动机 - Google Patents

Abstract

一发动机包括径向间隔排列的汽缸，所述的每个汽缸具有一个带有往复活塞头的活塞以及一个枢轴连接在上端的活塞头的连接导杆。每个连接导杆的下端枢轴连接于一可转动地安装在一机轴的曲臂之上的曲轴盘。所述每个汽缸的蒸汽进气阀由一个曲轴盘的转动的环形路径上移动轴承凸轮滚轴开启从而依次与放射状延伸阀杆的向内端上的弹簧触发的凸轮从动件相啮合。低压蒸汽或者气体被注射入每个汽缸的顶部，因为所述汽缸的进气阀是顺序依次开启的，因此使得每个汽缸的活塞穿过一动力冲程移动所述曲轴盘并转动机轴。每个连接导杆穿过活塞的回复行程的角位移促使活塞上的排气簧片阀至一开启位置，因此将排出的蒸汽释放入一冷凝腔中。本废热蒸汽机是自启动的并用低压、低温氛围下操作，使用外部源的废热，例如以内燃机排出的废热，焚烧废物(如垃圾或者其他的固体废料)的热或者太阳热。

Description

废热发动机

背景技术

技术领域

本发明涉及一种蒸汽机，特别是涉及一种低压、低温自起动的蒸汽机，其使用外源的废热，并且其中的发动机包括一个具有往复活塞以驱动机轴转动的间隔排列的汽缸。

有关现有技术的讨论

由于需要在较高的温度和压力下进行操作导致了传统蒸汽机的相当多的热量的流失。而且，蒸汽机通常比内燃机和柴油机尺寸大且效率低，(除非在高温和高压下操作)，所有类型的发动机中热量的流失都会显著较低其效率。所以，有能力利用发动机操作中的热量流失是极其有用的，而且可以提高整个发动机的效率。而且，源于正常的发动机操作的余热，以及其他的热源，可以用在其他的发动机设计中用于产生动力。例如，在操作内燃机、垃圾焚化炉或者太阳能聚集器过程中的余热中的能量可以用于在可选的发动机操作中操纵电力发生器。

本发明目的和优点：

考虑到前面所提到的，本发明的主要目的是提供一种在低压和低温蒸汽条件下操作的蒸汽机，其利用外部热源的废热，例如内燃机，废物(例如，垃圾)焚化炉或者太阳能聚集器。

本发明的又一目的是提供一种用外部热源的废热操作的蒸汽机，其中的发动机是自启动的。

本发明的又一目的是提供一种具有径向间隔排列的活塞配置的蒸汽机，其中的发动机用低压低温蒸汽操作的发动机，并具有从2psi到高于200psi的操作压力。

本发明的又一目的是提供一种在范围从225℉到600°的低压下操作的蒸汽机。

本发明的又一目的是提供一种用外部热源的废热操作的蒸汽机，并且其中的发动机有助于电力的产生。

本发明的又一目的也是提供一种是采用废热的用低压低温蒸汽操作的蒸汽机，其中的发动机是可扩展的以根据需要增加或者减少尺寸和输出。本发明的这些和其他的目的和优点参照详细的说明和附图会更加明显。

发明内容

本发明是一种发动机包括径向间隔排列的汽缸，每一个汽缸包括一个具有活塞头的往复活塞和一个与上端的活塞头枢轴连接的连接导杆。每个连接导杆的下端枢轴连接于一个转动性适配在机轴的曲臂上的曲轴盘。每个汽缸的蒸汽进气阀由因曲轴盘的转动而在环形路径上运动的轴承凸轮滚柱瞬间开启继而开启位于放射状的延伸阀杆的向内端的弹簧驱动的凸轮从动件。低压蒸汽或者气体射入每个汽缸的顶部，由于进气阀是依序开启的，因此迫使每个汽缸的活塞通过一个动力冲程以移动曲轴盘和转动机轴。每个连接导杆的角位移通过活塞的逆程促使活塞头上的一个排气簧片阀处于开启位置，因此将废气释放至一蓄电式电离箱中。发动机是自启动的并在低压，低温范围下操作，使用外源的废热，例如从一个内燃机，废物(例如垃圾或者其他的固体废弃物)焚化或者太阳的热。

附图说明

为了充分理解本发明的本质，应该参照下面的描述和附图，其中：

图1是废热发动机的俯视截面图；

图2是一个从图1所示出的区域中隔离出的横截面图

图3是废热发动机的分离的十字轴轴承(例如，曲柄盘)和活塞以及汽缸布置的分离的俯视图；

图4是一个分离的蒸汽进气阀和用于控制低压蒸汽或者气体注射入废热发动机的每个汽缸的进气阀控制组件的分离的俯视截面图；

图5A是一个分离的横截面俯视图，取自于图4所示出的5A区域，示出了一个与阀杆的凸轮从动件在向内端位置上相接触的轴承凸轮滚轴，因此使得在阀杆另一端的进气阀处于开启位置。

图5B是图5A的分离的横截面视图，轴承凸轮滚轴同时与两个位置相邻的位于阀杆的舷内端之上的环绕轴承凸轮滚轴的转动路径的径向上间隔排列的凸轮从动件。

图6是一个图4中的标号为6的区域分离出来的截面视图，示出了其中一个汽缸的处于开启位置的进气阀从而允许将低压蒸汽或者气体注射入汽缸的顶部；

图7是图5所示出的处于关闭位置的进气阀的分离的横截面视图；

图8A-8D示出了汽缸中的活塞从上死点位置通过一个排气冲程的往复运动。

图9是沿着图1中线9-9的平面的部分横截面的俯视图；

以及图10是废热发动机的外部的透视图。

在附图中的所有视图中，相同的参考数字指的是相同的部件。

具体实施方式

首先，请参见附图1-3，它们示出了本发明的废热发动机并标示为10。发动机10的上部具有径向间隔排列的汽缸20。低压(例如，通常在20psi到200psi之间)，低温(例如，通常介于225℉到6000F之间)通过使用外部热源(未示出)的废热产生，例如内燃机，废物(例如：垃圾，废料)焚化炉，或者太阳能聚集器使用废热产生。低温低压蒸汽被导入由废热发动机10的上部12支撑的通常为圆形的多支管18上的一个蒸汽进气口19相连接的干线(未示出)。多支管18本构建和排列成可以平均地将低压配送入每个汽缸20的进气阀。发动机10的中部包括冷凝器30，冷凝器30具有一个由一个折叠的星形冷凝器壁34的腔室32。废热蒸汽机10的下部16包括一个具有一个将进风流上引穿过冷凝器的底部的冷却口44的风机叶片阵列42的风机40。风机40由发动机10的机轴24的转动进行驱动。冷却气流穿过环绕冷凝机30的折叠壁结构34的外部的气流传输管道46从风机排气口48排出，从而在冷凝器腔室32内冷却废蒸汽。发动机上的液压泵36通过传动带37由机轴24的转动驱动。液压泵36将在冷凝器腔室32的底部中冷凝后收集液体24回送给蒸汽发生源(例如，一个汽锅)，其中的废热再一次用于产生废热蒸汽机10操作中使用的低压低温的蒸汽。

参见图3，径向间隔排列的每个汽缸20包括一个往复活塞组件50，往复活塞组件50包括一个穿过一个完整的活塞行程在汽缸20内做往复运动的活塞头52。连接导杆54枢轴连接于活塞头52和中心曲轴盘或者十字轴轴承60。更具体地说，每个活塞组件50的连接导杆54枢轴连接于具有一个活塞销轴承56的活塞头52的上端。类似地，连接导杆54的下端枢轴连接于一个具有活塞销轴承58的曲轴盘60。曲轴盘60离开中心地固定于机轴24上。更加具体地说，位于机轴24上的曲臂可旋转地安装在曲轴盘60的中心以至于曲轴盘60相对于机轴24的纵向轴偏移。由于蒸汽被注射入每个汽缸20的顶部并且活塞52在汽缸20中向下运动，连接导杆54在枢轴上转动并传递由相对于机轴24上的相对于曲轴盘24纵向中心轴偏移的力量，由于机轴被动转动，从而曲轴盘60的绕着机轴24的纵向中心轴的轨道运动的运动。曲轴盘60大致完整的轨道运动，以及机轴24的完整转动，促使每个连接导杆54的下部枢轴端穿过一个环形路径，如图8A-8D中的箭头所示。与每个汽缸关联的节流针64固定于曲轴盘60并且具体地径向各个相对间隔地布置以紧靠连接导杆54下部的耳部59以限制每个连接导杆54的角偏转。

图4-7示出了蒸汽喷射阀组件。参见图4，图6，图7，阀头70位于每个汽缸的顶部。阀头包括一个阀座72和阀盖74。提升阀76做与阀座72相关的运动，在开启位置(见图6)和一个关闭位置(图7)之间运动。源于多支管18中的蒸汽被引入阀头70内的阀室78并且，当提升阀76开启时，蒸汽被注入并穿过一个端口80并进入汽缸20的顶部。阀室78由一绝缘材料82包围以在提升阀76关闭后保持阀室78内的蒸汽的温度。一延伸阀杆84从提升阀76向内伸向凸轮从动件导环86，参见图4-5B。

参见图4，阀杆84被布置成像汽缸20那样的间隔配置，同时阀杆84从汽缸顶部的阀头70向内伸向凸轮从动件导环86。每个阀杆84延伸穿过一个安装在位于阀头70的底部的密封盖90上的阀杆管88。密封填料91和密封圈92有助于阻止蒸汽从阀头70中逃脱。阀杆管88的舷内端相对的另一端安装于一个伸入凸轮从动件导环86的附管94。凸轮从动件96安装于每个阀杆84的放射状向内延伸入相对于内部凸轮从动件导环86的内圆周等间距布置在的区域87的的端部凸轮从动件96通过各个附件管94内的复位弹簧97被向内地朝向内部凸轮从动件导环86内的区域。

一滚珠轴承凸轮滚柱100连接于十字轴轴承的顶部和/或连接于机轴的曲柄行程。凸轮滚柱100在由凸轮从动件导环86环绕的外部区域87内的环形路径。一凸轮计数器-配重102平衡凸轮滚柱100在凸轮从动件导环86内的偏心路径上的运动。凸轮滚柱100根据凸轮从动件导环86的接触而具体地定尺寸、制造以及排列。尤其是，由于凸轮滚柱100在轨道路径周围运动，它与至少一个凸轮从动件96一直保持接触。活塞50的驱动星形轴承60和机轴24的运动用于移动凸轮滚柱100在环形路径上的运动。由于凸轮滚柱100和每个凸轮从动件96接触，辅助的阀杆84轴向向外以开启各个提升阀76，因此将蒸汽射入关联汽缸20。正如前面指出的，凸轮滚柱100总是与至少一个凸轮从动件96保持接触，从而任何时候，蒸汽被注入至少一个汽缸。由于凸轮滚柱100离开凸轮从动件96，它同时与下一个凸轮从动件96相接触，以至于射入两个相邻的汽缸20的蒸汽有一个时间重叠。

参见图8A-8D，各个汽缸20内的活塞组件50包括一个具有与气缸的内壁表面的封条53相衔接的活塞头52。由于连接导杆54在排气行程中是有角度设置的(见图8D)一个位于连接导杆54顶端上的阀挺杆110，由一个具有一个顶点的三角形结构确定，碰撞一个活塞头52顶部之上的废气簧片阀120。阀挺杆110推动一个簧片阀120从一个放松位置到一个提升位置，与通过一紧固件122将一端固定于活塞头52的簧片阀阀瓣弹簧作用力相反。由于簧片阀瓣120处于开启位置，如图8D中所示，汽缸的上部的低压蒸汽被释放穿过通过活塞头52的端口130，由于活塞50回复到上死点位置使得废蒸汽排进发动机10的顶部冷凝腔32。机轴24的受驱动转动，由汽缸20内的活塞50强制运动，以通过皮带传动或者相似的机轴24和交流发电机140之间的联动装置操作一交流发电机140(或者其他的电力发生装置)。因此，发动机10的操作是用于产生电力。尤其需要的是发动机10是自启动的。在一个优选的实施例中，径向间隔排列的汽缸20总共包括6个汽缸，如图3所示。6个汽缸的间隔排列特别有助于自启动并且允许相邻设置的两个汽缸在重叠期间内具有他们的进气阀以至于，在任意给定的时刻，两个活塞在蒸汽的压力作用下在一个向下的动力冲程中以驱动曲轴盘的运动和机轴的转动。

虽然本发明的优选实施方式已经示出和描述，应该认识到在对于及时公开的偏离在下面的权利要求所确定的本发明的精神和范畴内是完全可预期的。

Claims (4)

1.一种发动机，其特征在于，包括多个环绕中心区域径向间隔排列设置的汽缸，且每个所述的汽缸具有一个穿过一个向下的动力冲程和向上的回复排气冲程可操作地滑动的往复活塞组件，且每个活塞组件包括一个可移动地置于汽缸内的活塞和一个枢轴连接在所述活塞的第一端的连接导杆并从汽缸延伸并终止在中心区域内的另外的第二端；一机轴沿着所述发动机的纵向中转轴轴向延伸并穿过述发动机的纵向中转轴并包括一个上端部和一个下端部且所述机轴在所述中心纵向轴周围附近转动；一曲轴盘驱动式连接于机轴的上端部并在一所述曲轴盘的中心枢轴附近运动，所述曲轴盘相对于机轴的中心转轴抵消以至于由于机轴转动所述曲轴盘在所述中心转轴周围的轨道运动；一蒸汽分部组件包括一个用于几首蒸汽供应的多支管以及多个连接于所述多支管以可控地注射压力蒸汽入汽缸内的多个蒸汽进气阀组件，并且每个所述的多个阀杆进气阀组件包括一个每个多个所述汽缸都具有的进气阀，并且每个汽缸的所述阀杆进气阀包括一相对于阀座位于开启位置和关闭位置可操作的子阀，以及一进气口在所述阀座和所述活塞上方的所述汽缸的外部之间延伸，并期望每个所述的蒸汽进气阀进一步包括一阀杆从所述阀子件延伸至一舷内端，并且所述舷内端和一弹簧触发的凸轮从动件安装在那里；一凸轮滚轴在所述曲轴盘转动时的环形路径和所述机轴周围是可移动地以与每个所述阀杆的舷内端上的弹簧触发的凸轮从动件顺序地啮合并在顷刻之间促使所述阀子件远离所述阀座，因此开启进气阀并将蒸汽注射至所述所述汽缸以迫使所述活塞穿过向下的动力行程并移动在轨道运动中的曲轴盘，因此转动所述机轴；一簧片阀固定在每个所述的多个汽缸的活塞的顶部并确定了一个排气阀，并且所述簧片阀在所述活塞的顶部相对的关闭位置和由至少部分地提升离活塞顶部的所述簧片阀定义的开启位置之间是可以动地。一阀挺杆位于所述连接导杆之上，所述阀挺杆被构造成并倾向于在所述活塞到达所述向上的回复排气行程式时与所述簧片阀瓣啮合，以因此提升和开启所述簧片阀瓣并使得汽缸顶部的蒸汽穿过所述汽缸排出进入中心区域；一冷凝器包括一与中心区域连通的冷凝腔以接收排出的蒸汽；一风机被构造成和倾向于在所述冷凝器之上导引冷却气流，因此在所述冷凝器中将蒸汽压缩成液体；一泵可操作地由所述机轴的转动进行驱动以将液体抽出禁绝蒸汽产生源的外部；并且一电力发电机可操作地连接于所述机轴并由所述机轴的转动进行操作以因此产生电力。

2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，进一步包括耳部子件从所述另一第二端上的每个所述连接导杆的另一边伸出；位于所述曲轴盘之上的节流针用于与所述连接导杆的第二段上的所述耳部子件相啮合以在所述往复活塞组件穿过向下的动力行程一向上的回复排气行程的运动中限制每个所述连接导杆的角偏转。

3.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，进一步包括，一凸轮从动件导环，环绕所述中心区域并构造成和倾向于控制住在中心区域周围间隔排列的弹簧触发的凸轮从动件。

4.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述的阀挺杆包括一位于每个所述连接导杆的所述第一端之上的大体上的三角形结构，并且所述的大体上的三角形结构包括一个顶点，用于与簧片阀瓣啮合并在所述活塞到达向上的回复排气行程的顶部时移动所述簧片阀瓣至开启位置。

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