CN102720599A - 一种外热机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种外热机及其工作方法，本外热机包括吸热组件、气缸部件、气体增压设备三部分。吸热组件包括壳体和吸热芯体；气缸部件包括进气阀、排气阀、气缸、缸盖和活塞；所述壳体设置有气体通道，该气体通道的一端设有吸热芯体，另一端连接气缸，气缸内的气体可通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；气体增压设备包括风机、储气罐、冷却器和补气泵。本发明的热机系统结构简单、制造方便，既可以有效地使用低品位能源，也可以实现百瓦以下的领域，同时还能很方便的用于太阳能发电、垃圾发电等新能源领域，有助于有效地开发利用新能源。

Description

一种外热机及其工作方法

技术领域

本发明涉及外热机领域，特别涉及一种把外部热能转化为机械能的热机系统；同时，本发明还涉及外热机的工作方法。

背景技术

所谓外热机，是一种使用热源从热机外部加热，完成热能转换成机械能的机械装置。有代表性的是蒸汽机和斯特林发动机。蒸汽机，利用热源对水加热使之产生高压蒸汽，推动汽缸或汽轮机做功。但是蒸汽机需要水资源，同时在中温300～400℃转换效率较低，而且随着温度的降低效率下降较快。斯特林发动机，利用气体的加热膨胀与冷却压缩来做功。斯特林发动机虽不需要水，但是制造精密，密封要求非常高，成本高昂，目前离规模商业化使用仍有不少距离。本技术旨在提出一种使用气体做工质，同时制造容易的外热机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种外热机，能有效利用气体工质，把热能转化为机械能并且制造成本相对低廉。

此外，本发明还提供上述外热机的工作方法，能有效利用气体工质，把热能转化为机械能并且制造成本相对低廉。

为解决上述技术问题，一种外热机，其包括吸热组件、气缸部件，吸热组件包括壳体和吸热芯体，吸热芯体被固定在壳体内；气缸部件包括进气阀、排气阀、气缸、缸盖和活塞；所述壳体设置有气体通道，该气体通道的一端设有吸热芯体，另一端连接气缸，气缸内的气体可通过气体通道进入吸热芯体吸收热能。本发明利用现今内燃机、压缩机领域的成熟制造技术，使机器制造简单同时成本低廉。设计上采用设置具有大表面积，对工质具有很强加热作用的吸热芯体，同时缸内气体在经活塞压缩后才进入吸热芯体，气体压缩后导热能力有较大提高，又进一步加强了对工质的加热作用，使之具备对工质的快速加热作用。本发明的加热过程与内燃机的点火爆炸效果相似，使之具备内燃机相似的循环过程，也就具备了内燃机的高效特性。同时具备利用外热的功能，使之不像内燃机仅仅局限于流体燃料，可以方便利用300℃以上的各种热源，因此，在新能源领域可以大显身手。

本发明结构简单，方便制造，可有效使用300度以上热源发电，而且不需要水，整体效率高、造价低，并且在采用闭式增压模式后能有效提高单位排量下的功率，同时延长机体的使用寿命。另外本发明也可以用于百瓦以下的领域。

在上述方案基础上，所述的壳体为T形、锥形、球形、柱形、矩形、H形或多管形。

在上述方案基础上，所述的进气阀和排气阀沿气缸镜像分布或轴向分布。

在上述方案基础上，所述的进气阀和排气阀设置于缸盖上或气缸上或两者皆有。

在上述方案基础上，所述的吸热芯体由若干层丝网叠加而成，或由多孔材料烧结而成，或由多层孔板叠加而成，并具有较小的体积表面积比。

在上述方案基础上，所述的活塞端头设置有空心杯，用于防止热量从壳体向活塞传递，活塞壁上设有散热环和密封环，其中，散热环可用于活塞散热，密封环用于阻止气缸内气体泄漏。

在上述方案基础上，所述的进气阀与气体增压设备相连。

在上述方案基础上，所述的气体增压设备包括储气罐、冷却器，储气罐与排气阀、进气阀连通，从气缸排出的气体经冷却器冷却进入储气罐。

在上述方案基础上，所述的储气罐连接风机，用于使储气罐的气体通过进气阀进入气缸。

在上述方案基础上，所述的增压设备还包括补气泵，用于补充外热机运行中泄漏的气体。

在上述方案基础上，初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；当热源对壳体加热时，将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；压缩完毕后，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近端点时进气阀、排气阀打开，气缸外冷气体在风机设备的增压作用下从进气阀进入气缸，推动缸内热气从排气阀排出，执行换气过程；换气完毕后，进气阀、排气阀关闭；活塞向第一方向运动继续下个循环。其中，第一方向与第二方向可以相反。

在上述方案基础上，初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；当热源对壳体加热时，将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；压缩完毕后，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近第二端点时排气阀打开，活塞向第一方向运动，缸内气体在活塞的推动作用下排出气缸，活塞到达第一端点，排气阀关闭，进气阀打开，活塞向第二方向运动，缸外气体通过进气阀进入气缸，活塞到达第二端点，进气阀关闭，完成换气过程；换气完毕后，活塞向第一方向运动继续下个循环。其中，第一方向与第二方向可以相反。

一种上述外热机的工作方法，所述方法包括如下步骤：

初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；

热源对壳体加热，并将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；

压缩完毕，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近端点时进气阀、排气阀打开，气缸外的冷气体在风机设备的增压作用下从进气阀进入气缸，推动缸内热气从排气阀排出，执行换气过程；

换气完毕，进气阀、排气阀关闭；活塞向第一方向运动继续下个循环。

一种上述外热机的工作方法，所述方法包括如下步骤：

初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；

热源对壳体加热，并将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；

压缩完毕，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近第二端点时排气阀打开，活塞向第一方向运动，缸内气体在活塞的推动作用下排出气缸，活塞到达第一端点，排气阀关闭，进气阀打开，活塞向第二方向运动，缸外气体通过进气阀进入气缸，活塞到达第二端点，进气阀关闭，完成换气过程；

换气完毕，活塞向第一方向运动继续下个循环。

其中，第一方向与第二方向可以相反。

本发明可以很方便的用于太阳能发电、垃圾场沼气发电、核能发电等能源领域，有助于开发利用新能源。

本发明的优越功效在于：本发明的热机系统结构简单、制造方便，造价较低，同时具备较高的热效率，既可以有效地使用低品位能源，也可以实现百瓦以下的领域，同时还能很方便的用于太阳能发电、垃圾发电等新能源领域，有助于有效地开发利用新能源。

附图说明

图1为本发明的具体实施例一的结构示意图；

图2为本发明的具体实施例二的结构示意图；

图3为本发明的具体实施例三的结构示意图；

图4为本发明的具体实施例四的结构示意图；

图5为本发明的具体实施例五的结构示意图；

图6为本发明的具体实施例六的结构示意图；

图中标号说明：

1-壳体；       2-进气阀；

3-排气阀；     4-活塞；

5-气缸；       6-吸热芯体；

7-气体通道；   8-隔热圈；

9-空心杯；     10-散热环；

11-密封环；    12-风机；

13-储气罐；    14-冷却器；

15-补气泵。    16-缸盖

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步描述。

实施例1

如图1所示，为本发明的具体实施例一的结构示意图，包括壳体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5、缸盖16，壳体1的为T形，其内部固定有吸热芯体6，且其内侧面设置有气体通道7；进气阀2设置于缸盖16上，排气阀3设置于气缸5上。散热环10、密封环11设置于活塞4上。活塞4前端设置有空心杯9。进气阀2连接有风机设备，热源对壳体1加热，并将热量传递给吸热芯体6。初始状态，假设缸内有冷气，活塞4在图示的气缸5的最右端，进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕，活塞4在气体的膨胀压力下向右运动，对外做功，在接近最右端时进气阀2、排气阀3打开，缸外冷气体在风机设备的增压作用下从进气阀2进入气缸5，推动缸内热气从排气阀3排出，执行换气过程。换气完毕，进气阀2、排气阀3关闭。活塞4向左运动继续下个循环。

实施例2

如图2所示，为本发明的具体实施例二的结构示意图，包括壳体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5、缸盖16，壳体1的为矩形，设置于气缸5外，其内部固定有吸热芯体6，且其内侧面设置有气体通道7；进气阀2、排气阀3沿气缸5镜像对称布置于气缸5上。热源对壳体1加热，并将热量传递给吸热芯体6。初始状态，假设缸内有冷气，活塞4在图示的气缸5的最右端，进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕，活塞4在气体的膨胀压力下向右运动，对外做功，在接近最右端时排气阀3打开，活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的推动作用下排出气缸5，活塞4到达最左端，排气阀3关闭，进气阀2打开，活塞4向右运动，缸外气体通过进气阀2进入气缸5，活塞到达最右端，进气阀2关闭，完成换气过程。换气完毕，活塞4向左运动继续下个循环。

实施例3

如图3所示，为本发明的具体实施例三的结构示意图，包括壳体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5、缸盖16，壳体1的为矩形，设置于气缸5内，其内部固定有吸热芯体6，且其内侧面设置有气体通道7；进气阀2、排气阀3沿气缸5镜像对称布置于气缸5上。热源对壳体1加热，并将热量传递给吸热芯体6。初始状态，假设缸内有冷气，活塞4在图示的气缸5的最右端，进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕，活塞4在气体的膨胀压力下向右运动，对外做功，在接近最右端时排气阀3打开，活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的推动作用下排出气缸5，活塞4到达最左端，排气阀3关闭，进气阀2打开，活塞4向右运动，缸外气体通过进气阀2进入气缸5，活塞到达最右端，进气阀2关闭，完成换气过程。换气完毕，活塞4向左运动继续下个循环。

实施例4

如图4所示，为本发明的具体实施例四的结构示意图，包括壳体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5、缸盖16，壳体1的为多管形，设置于气缸5外，其内部固定有吸热芯体6，且其内侧面设置有气体通道7；进气阀2、排气阀3沿气缸5镜像对称布置于气缸5上。热源对壳体1加热，并将热量传递给吸热芯体6。初始状态，假设缸内有冷气，活塞4在图示的气缸5的最右端，进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕，活塞4在气体的膨胀压力下向右运动，对外做功，在接近最右端时排气阀3打开，活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的推动作用下排出气缸5，活塞4到达最左端，排气阀3关闭，进气阀2打开，活塞4向右运动，缸外气体通过进气阀2进入气缸5，活塞4到达最右端，进气阀2关闭，完成换气过程。换气完毕，活塞4向左运动继续下个循环。

实施例5

如图5所示，为本发明的具体实施例五的结构示意图，包括壳体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5、缸盖16，壳体1的为T形，其内部固定有吸热芯体6，且其内侧面设置有气体通道7；进气阀2、排气阀3沿气缸5镜向对称布置于缸盖16上。进气阀2连接气体增压设备，气体增压设备包括储气罐13、冷却器14、补气泵15，排气阀3与冷却器14连接。冷却器14用于将从排气阀3排出的热气冷却，储气罐13用于储存冷却后的气体，补气泵15用于补充系统运行中泄漏的气体。热源对壳体1加热，并将热量传递给吸热芯体6。初始状态，假设气缸内有冷气，活塞4在图示的气缸5的最右端，进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕，活塞4在气体的膨胀压力下向右运动，对外做功，在接近最右端时排气阀3打开，活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的推动下从排气阀3排出气缸5，经过冷却器14的冷却进入储气罐13。活塞4到达最左端后，排气阀3关闭，进气阀2打开，活塞4向右运动，储气罐13内的气体进入气缸5。进气完毕，进气阀2关闭，换气完毕。活塞4向左运动继续完成下个循环。

实施例6

如图6所示，为本发明的具体实施例六的结构示意图，包括壳体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5、缸盖16，壳体1的为T形，其内部固定有吸热芯体6，且其内侧面设置有气体通道7；进气阀2、排气阀3沿气缸5轴向平行布置于气缸5上。散热环10、密封环11设置于活塞4上。活塞4前端设置有空心杯9。进气阀2连接气体增压设备，气体增压设备包括储气罐13、冷却器14、风机12、补气泵15，排气阀3与冷却器14连接，进气阀2与风机12连接。冷却器14用于将从排气阀3排出的热气冷却，储气罐13用于储存冷却后的气体，补气泵15用于补充系统运行中泄漏的气体。热源对壳体1加热，并将热量传递给吸热芯体6。初始状态，假设气缸内有冷气，活塞4在图示的气缸5的最右端，进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动，缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕，活塞4在气体的膨胀压力下向右运动，对外做功，在接近最右端时排气阀3、进气阀2打开，风机12将气体从储气罐13压入气缸5。缸内热气从排气阀3排出，经过冷却器14冷却后进入储气罐13。换气完毕，进气阀2、排气阀3关闭。活塞4向左运动继续完成下个循环。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (12)

1.一种外热机，其特征在于：包括吸热组件、气缸部件，吸热组件包括壳体和吸热芯体，吸热芯体被固定在壳体内；气缸部件包括进气阀、排气阀、气缸、缸盖和活塞；所述壳体设置有气体通道，该气体通道的一端设有吸热芯体，另一端连接气缸，气缸内的气体可通过气体通道进入吸热芯体吸收热能。

2.根据权利要求1所述的外热机，其特征在于：所述的壳体为矩形、T形、球形、柱形或多管形。

3.根据权利要求1所述的外热机，其特征在于：所述的吸热芯体由若干层丝网叠加而成，或由多孔材料构成，或由多层孔板叠加而成，并具有较小的体积表面积比。

4.根据权利要求1所述的外热机，其特征在于：所述的活塞端头设置有空心杯，活塞壁上设有散热环和密封环。

5.根据权利要求1所述的外热机，其特征在于：吸热组件设置于气缸内或气缸外。

6.根据权利要求1所述的一种外热机，其特征在于：所述的进气阀相连一气体增压设备，所述的气体增压设备包括储气罐、冷却器，储气罐与排气阀、进气阀、冷却器连通，从排气阀排出的气体经冷却器冷却进入储气罐。

7.根据权利要求6述的外热机，其特征在于：所述的储气罐连接风机，用于使储气罐里的气体被风机从进气阀压入气缸。

8.根据权利要求6或7所述的外热机，其特征在于：所述的增压设备还包括补气泵，用于补充外热机运行中泄漏的气体。

9.根据权利要求1至7之一所述的外热机，其特征在于：初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；

当热源对壳体加热时，将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；

压缩完毕后，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近端点时进气阀、排气阀打开，气缸外冷气体在风机设备的增压作用下从进气阀进入气缸，推动缸内热气从排气阀排出，执行换气过程；

换气完毕后，进气阀、排气阀关闭；活塞向第一方向运动继续下个循环。

10.根据权利要求1至7之一所述的外热机，其特征在于：初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；

当热源对壳体加热时，将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；

压缩完毕后，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近第二端点时排气阀打开，活塞向第一方向运动，缸内气体在活塞的推动作用下排出气缸，活塞到达第一端点，排气阀关闭，进气阀打开，活塞向第二方向运动，缸外气体通过进气阀进入气缸，活塞到达第二端点，进气阀关闭，完成换气过程；

换气完毕后，活塞向第一方向运动继续下个循环。

11.一种权利要求1至10之一所述外热机的工作方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；

热源对壳体加热，并将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；

压缩完毕，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近端点时进气阀、排气阀打开，气缸外的冷气体在风机设备的增压作用下从进气阀进入气缸，推动缸内热气从排气阀排出，执行换气过程；

换气完毕，进气阀、排气阀关闭；活塞向第一方向运动继续下个循环。

12.一种权利要求1至10之一所述外热机的工作方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；

热源对壳体加热，并将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；

压缩完毕，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近第二端点时排气阀打开，活塞向第一方向运动，缸内气体在活塞的推动作用下排出气缸，活塞到达第一端点，排气阀关闭，进气阀打开，活塞向第二方向运动，缸外气体通过进气阀进入气缸，活塞到达第二端点，进气阀关闭，完成换气过程；

换气完毕，活塞向第一方向运动继续下个循环。

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