CN103089313B - 一种气能机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气能机，包括有：供压系统、动力输出系统、复位系统、控制系统，本发明通过对各个系统的特殊结构设计，即在第一储气装置、第二储气装置、第三储气装置以及大气压力之间形成有压力差，通过压力差驱动活塞等组件进行运动，从而完成压力能向动能的转换并持续对外输出能量。由于本发明提供的气能机相比于传统的动力设备而言，不采用燃油对外输出能量，使得本发明提供的气能机具有绿色环保的优点。同时，通过其特殊的结构设计，能够将第一储气装置中的压力能持续转变为动力对外输出，在不考虑部件间摩擦所产生的能量消耗，本发明提供的气能机不会对外放热，极大程度地降低了能量的损失，提高了本发明能量的转化效率。

Description

一种气能机

技术领域

本发明涉及动力装置技术领域，更具体地说，特别涉及一种气能机。

背景技术

目前，能量转换装置中以发动机最为人们熟知，并且应用范围最为广泛，一些其他的能量转换装置如电池等也对人们的生活、工作有着至关重要的影响。

发动机是一种将燃料进行反应时产生的化学能量转化为机械部件的动能的装置，根据使用的燃料不同发动机可分为汽油发动机和柴油发动机，下面对汽油发动机的运转过程做简单介绍。

现有技术中，典型的汽油发动机包括套筒、燃烧室、活塞和连杆，活塞密封设置于套筒中，并与套筒可滑动地密封连接；套筒与燃烧室相连通，活塞与连杆相连接。当汽油以雾状形式喷入到燃烧室中，与空气进行混合，在火花塞的作用下发生爆燃，瞬间产生较大的热能和膨胀势能。其中，膨胀势能通过活塞推动汽油发动机的连杆进行运动，使得这种膨胀势能转化为汽油发动机的动能。由于汽油发动机仅能对爆燃时产生的势能进行利用，而爆燃时产生的热能将会通过与空气的热量交换流失掉，造成资源浪费。

上述能量转换过程中，由于油气是在燃烧室中进行燃烧，燃烧室内的新鲜空气受空间限制不能提供充足的氧气供油气燃烧，因此，非充分燃烧也造成了能源的浪费。

此外，面对日益严重的环境污染以及资源短缺，发展绿色能源成为了当代社会能源发展的主流方向，汽油发动机或者柴油发动机所排放的尾气也是对大气污染的主要污染物之一。

因此，如何提供一种绿色的具有较高的能量转化率的动力装置成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种气能机，该气能机能够将气体压力转变为动力进行能量输出，其能量转换效率较高，并且没有污染。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种气能机，包括：

供压系统，

所述供压系统包括第一储气装置，所述第一储气装置内设置有活塞缸套，所述活塞缸套内可活动地设置有高压活塞，所述高压活塞与所述活塞缸套的内壁气密接触，所述高压活塞上设置有伸出所述第一储气装置的第一驱动杆，所述活塞缸套上还设置有连塞部件，所述连塞部件的一端伸入至所述活塞缸套内并可于所述活塞缸套内移动，所述连塞部件的端部能够与所述高压活塞抵接，所述连塞部件的另一端可滑动地安装有锁压连筒，所述锁压连筒与所述连塞部件气密连接，所述锁压连筒与大气相连通，所述锁压连筒上设置有伸出所述第一储气装置第二驱动杆；

动力输出系统，

所述动力输出系统包括可逆转传动轮和与所述可逆转传动轮啮合的驱动齿条，所述驱动齿条设置于所述第一驱动杆上，所述传动轴单方向旋转地设置于所述第一储气装置上；

复位系统，

所述复位系统包括第二储气装置和第三储气装置，所述第二储气装置上设置有第一低压套筒，所述第一低压套筒内设置有第一低压活塞，所述第一低压活塞与所述第一驱动杆连接，所述第二低压套筒内设置有第二低压活塞，所述第二低压活塞与所述第二驱动杆连接；

控制系统，

所述控制系统包括：智控单片机，铰接于所述第一储气装置上的杠杆，所述杠杆的一端与所述第一驱动杆连接，所述杠杆的另一端铰接有调控杆，所述调控杆上设置有可与所述锁压连筒抵接并可推动其朝向所述第三储气装置移动的推杆，锁止器，所述锁止器设置于所述锁压连筒上，并可锁住所述连塞部件实现其与所述锁止器的相对固定，进气阀门和出气阀门，所述进气阀门与所述出气阀门均设置于所述活塞缸套上，所述进气阀门与所述出气阀门受所述智控单片机的控制进行开启或者关闭。

优选地，所述驱动齿条与所述第一驱动杆为一体式结构设计。

优选地，本发明还包括补压系统，所述补压系统包括第四储气装置，所述第四储气装置与所述第一储气装置连通。

优选地，本发明还设置有用于检测所述第一储气装置内部气压的检测部件，所述检测部件与所述第一储气装置相连接。

本发明提供了一种气能机，通过上述结构设计，第一储气装置、第二储气装置、第三储气装置以及大气压力之间形成有压力差，通过压力差驱动活塞等组件进行运动，从而完成压力能向动能的转换并持续对外输出能量。由于本发明提供的气能机相比于传统的动力设备而言，不采用燃油对外输出能量，使得本发明提供的气能机具有绿色环保的优点。同时，通过其特殊的结构设计，能够将第一储气装置中的压力能持续转变为动力对外输出，在不考虑部件间摩擦所产生的能量消耗，本发明提供的气能机不会对外放热，极大程度地降低了能量的损失，提高了本发明能量的转化效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例中供压系统的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中气能机的结构示意图；

图1和图2中部件名称与附图标记的对应关系为：

活塞缸套1；高压活塞2；连塞部件3；锁压连筒4；

可逆转传动轮5；第一低压活塞6；第二低压活塞7；

杠杆8；调控杆9；锁止器10；进气阀门11；出气阀门12；

第一储气装置a；第二储气装置b；第三储气装置c；第四储气装置d。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种气能机，该气能机能够将气体压力转变为动力进行能量输出，其能量转换效率较高，并且没有污染。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，其中，图1为本发明一种实施例中供压系统的结构示意图；图2为本发明一种实施例中气能机的结构示意图。

本发明提供了一种气能机，包括：

供压系统，

供压系统包括第一储气装置a，第一储气装置a内设置有活塞缸套1，活塞缸套1内可活动地设置有高压活塞2，高压活塞2与活塞缸套1的内壁气密接触，高压活塞2上设置有伸出第一储气装置a的第一驱动杆，活塞缸套1上还设置有连塞部件3，连塞部件3的一端伸入至活塞缸套1内并可于活塞缸套1内移动，连塞部件3的端部能够与高压活塞2抵接，连塞部件3的另一端可滑动地安装有锁压连筒4，锁压连筒4与连塞部件3气密连接，锁压连筒4与大气相连通，锁压连筒4上设置有伸出第一储气装置a第二驱动杆；

动力输出系统，

动力输出系统包括可逆转传动轮5和与可逆转传动轮5啮合的驱动齿条，驱动齿条设置于第一驱动杆上，传动轴单方向旋转地设置于第一储气装置a上；

复位系统，

复位系统包括第二储气装置b和第三储气装置c，第二储气装置b上设置有第一低压套筒，第一低压套筒内设置有第一低压活塞6，第一低压活塞6与第一驱动杆连接，第二低压套筒内设置有第二低压活塞7，第二低压活塞7与第二驱动杆连接；

控制系统，

控制系统包括：智控单片机，铰接于第一储气装置a上的杠杆8，杠杆8的一端与第一驱动杆连接，杠杆8的另一端铰接有调控杆9，调控杆9上设置有可与锁压连筒4抵接并可推动其朝向第三储气装置c移动的推杆，锁止器10，锁止器10设置于锁压连筒4上，并可锁住连塞部件3实现其与锁止器10的相对固定，进气阀门11和出气阀门12，进气阀门11与出气阀门12均设置于活塞缸套1上，进气阀门11与出气阀门12受智控单片机的控制进行开启或者关闭。

控制系统采用单片机，其具有逻辑、运算的功能，单片机内存储有控制程序，控制程序能够根据本发明的运转工况，对具有控制功能的部件进行开启或者关闭操作。由于单片机在工业领域的运用较为成熟，在此将不再进行赘述。

基于上述结构设计，本发明的具体工作流程为：

供压系统为设备的运转提供压力能，其包括有一个储气装置，即第一储气装置a。第一储气装置a中存储有大量的气体，较为优选地气体采用惰性气体，保证其在运转过程中性能较为稳定。

具体地，第一储气装置a中的压力为八个大气压。

当然，出于运行成本的考虑，在本发明中，第一储气装置a中存储的气体为净化空气。第一储气装置a内设置有活塞缸套1，活塞缸套1内设置有高压活塞2，由于高压活塞2上设置有第一驱动杆，并且第一驱动杆伸出第一储气装置a，并且为了能够保证高压活塞2可运动，第一储气装置a上开设有第一驱动杆伸出孔，第一驱动杆伸出孔与活塞缸套1连通。活塞杆套与高压活塞2之间为气密接触，因此，当高压活塞2设置于活塞缸套1中，能够使得高压活塞2的两个端面上承受有不同压力，一侧为第一储气装置a施加的气压（八个大气压），另一侧为大气压（一个大气压），由于活塞的两侧承受有不同压力，因此，高压活塞2在第一储气装置a的作用下能够向外（相对于第一储气装置a的内部）移动。

连塞部件3的一端插入至活塞缸套1内，连塞部件3的另一端设置有锁压连筒4，从而形成连塞部件3相对于活塞缸套1可移动、锁压连筒相对于连塞部件3可移动的结构。连塞部件3的两端分设于活塞缸套1、锁压连筒4中，活塞缸套1中的压力与第一储气装置a内的压力相同，而锁压连筒4由于与大气相连通，因此，锁压连筒4内的压力为大气压力，因此，连塞部件3的两端产生压差，使得连塞部件3也能够移动。

动力输出系统包括可逆转传动轮5和与可逆转传动轮5啮合的驱动齿条，驱动齿条设置于第一驱动杆上，传动轴单方向旋转地设置于第一储气装置a上。

第一驱动杆通过高压活塞2运动，并通过驱动齿条带动可逆转传动轮5转动，可逆转传动轮5能够于一个旋转方向上给予传动轴转动作用力，并能够进行另一个方向上的空载转动。当可逆转传动轮5带动传动轴进行运动时，传动轴通过外接设备将这种动能输出。当活塞2将第一驱动杆推移到设定的位置时在第二低压储气装置b压力的作用下将第一驱动杆推回，第一驱动杆将带动已处于等压状态下的高压活塞2复位至初始状态，然后再通过气压缸内的压力作用进行下一次运动。

上述结构能够使得活塞相对于其一储气装置而言向外运动，为了保证本装置的持续运转，本发明还提供了复位系统。

复位系统包括第二储气装置b和第三储气装置c，第二储气装置b上设置有第一低压套筒，第一低压套筒内设置有第一低压活塞6，第一低压活塞6与第一驱动杆连接，第二低压套筒内设置有第二低压活塞7，第二低压活塞7与第二驱动杆连接。

首先需要说明的是，活塞缸套1上设置有进气阀门11和出气阀门12，在活塞向外运动过程中，进气阀门11始终打开，保证第一储气装置a内的气体进入至活塞缸套1中，使得活塞缸套1中的气体压力与第一储气装置a内的气体压力保持平衡，即使得活塞缸套1内的气体压力为八个大气压，从而驱动高压活塞2移动。当高压活塞2向外移动之极限位置后，进气阀门11关闭，出气阀门12打开，并保持该工作状态。

本发明提供的气能机，在其运转过程中，部件间由于摩擦会产生热量（根据发明人的试验统计，其热量一般维持于40℃至60℃之间）。当第一储气装置受热后（高压活塞2设置于活塞缸套1中，高压活塞2与活塞缸套1之间的摩擦热为主要热源），第一储气装置a内的气体温度升高，其压强进一步提升。由此可知，在本发明中虽然能量会以热能形式出现，但是该热能仍作用于气能机内不会散失，进一步提高了气能机能量的转换效率。这也是本发明与现有技术的主要区别之处。

当高压活塞2向外移动之极限后，连塞部件3也同时向外移动至极限，在该状态下锁止器10开启将连塞部件3与锁压连筒之间形成刚性连接。如此使得锁止器10与连塞部件3的组合部件的两端气压相同，即都为八个大气压，使其两端压差为零保持平衡。由于第二驱动杆与锁压连筒连接，第二低压活塞7与第二驱动杆连接，锁压连筒在受到第三储气装置c的压力作用下，能够驱动锁止器10与连塞部件3的组合部件向高压活塞2移动，并能够使得连塞部件3与高压活塞2抵接。（上述可知，出气阀门12开启，在连塞部件3向高压活塞2移动并与其抵接前的运动过程中，活塞缸套1内的气体通过出气阀门12排出）

当连塞部件3与高压活塞2抵接后，锁止器10开启，使得连塞部件3与锁压连筒回复至可滑动连接的连接结构。由于锁压连筒与大气连通，连塞部件3与高压活塞2抵接形成的组合部件将在第二储气装置b的压力作用下进行复位，进入下一运转周期。

具体地，在本发明的一个具体实施方式中，第一储气装置a内的气体压力为八个大气压，第二与第三储气装置c内的气体压力为两个大气压，锁压连筒与大气连通其内为一个大气压。

具体地，驱动齿条与第一驱动杆为一体式结构设计。

具体地，本发明还包括补压系统，补压系统包括第四储气装置d，第四储气装置d与第一储气装置a连通。

具体地，本发明还设置有用于检测第一储气装置a内部气压的检测部件，检测部件与第一储气装置a相连接。

在本发明的具体实施方式中,高压活塞2完成一个做工周期具体可以分为四个步骤：

第一、依靠密闭的第一储气装置a储备高压气体（具体采用八个大气压），使其与第二储气装置b和第三储气装置c及外部环境形成压力差，利用所形成的压差产生的动能推动高压活塞2做功；

第二、当高压活塞2被高压气体推移到尽端时（贴近第一储气装置a的内壁），锁压连筒4与连塞部件3锁接在一起性成一体组件，由此使得形成的一体组件的两端压强平衡，这时锁压连筒4在第二低压活塞7通过第二驱动杆连通连塞部件3一起推向高压活塞2，使得连塞部件3与高压活塞2抵接；

第三、当连塞部件3与高压活塞2吻接后，两塞的两端压强均为一个大气压，两塞各部压强处于等压状态时，第二储气装置b推动第一低压活塞6将两塞复位；

第四、当两塞复位时，连塞部件3上安装的弹力开关将进气阀门11弹开，第一储气装置a内的高压气体从进气阀门11进入活塞缸套1内将两塞分离，在高压气体的推动下活塞开始下一次做功。如此周而复始的工作使气能机源源不断地将能量对外输出。

鉴此，气能机的工作原理可以概括为以下四点：一、压差推动；二、锁压接移；三、等压复位；四、弹力分离。有了推、接、复、分的过程也就保证了气能机的周而复始的运动。

需要说明的是：

一、空气是可以压缩封存的；

二、受压缩空气的密度越大其膨胀力也就越大；

三、储备压缩空气的容器体积不变其膨胀力就保持不变；

四、空气有能量承储功能；

五、压缩过的空气可以循环使用。气能机是根据空气这五种特性设计其结构的，该机的储气箱是一个体积不变密封良好的容器，所以被封存的空气量不会丢失，

另外，第四储气装置d储备有高压气体，当第一储气装置a的压强低于八大气压时，智控系统的检测部件掌握补压时机随时指令第四储气装置d的补压阀给予补压。只要受压缩空气的质量恒定，其膨胀力就保持不变，这就体现了空气有能量承储功能等五大特性，也就是说空气既是能量的介质也是产生能量的物质，气能机是将气压能转换为机械能的动力装置，只有二者相互配合才能实现受压缩空气的作用和气能机的功能。虽然活塞移动靠受压缩空气膨胀来完成，但活塞缸套1的容积仅是高压储气箱容积的几十分之一，它的膨胀过程几乎不影响受压缩空气的总体势能，因为活塞复位之前缸套内的气体已被连塞推进高压储气箱内，也就是说活塞往复运动时高压储气箱内的受压缩空气的总质量没有改变，所以气能机是可以持续做功的。这不仅没有违背能量守恒，恰恰说明了能量守恒定律。

因为该机是靠压差做功，只要差动条件存在，气能机系统就可以持续运转。该机系统内具备两组压差相互作用，第一组是机械构造与环境压差，高压储气箱内封存的压缩空气是八大气压，低压储气箱内是两个大气压，环境内的空气压强是一个大气压，这样机械构造与环境压差也就形成了。第二组是构件与构件的功能压差，如高压活塞2面积是50平方厘米，高压储气箱内是八个大气压，活塞的动力为50×8=400公斤力，第二储气装置b和第三储气装置c内均为两个大气压，第一低压活塞6与第二低压活塞7的面积为28平方厘米，两塞所产生的动力为28×2+28×2=112公斤力，当高压活塞2推动两个低压活塞时为400公斤力抵对112公斤力，差动力为288公斤力。当高压活塞2与连塞部件3完全吻接时两塞成为一体，两塞两端均与外部环境接处，两塞的端面相等，外部环境压强是一个大气压，所以两塞两端的压强相等，其两塞移动的空气阻力为零，只有活塞缸套1与两塞间的磨擦阻力，其阻力约为2公斤力。当第一低压活塞6将高压活塞2和连塞部件3复位时是56公斤抵对2公斤，其差动力为54公斤力。当锁压连筒4与连塞部件3锁接时两者端面都是50平方厘米，压强都是8大气压，所以两者的空气阻力为零，只是连塞部件3在移动时与活塞缸套1间的磨擦阻力，其阻力约为2公斤力。当第二低压活塞7推动锁压连筒4和连塞部件3向活塞缸套1内移动时是56公斤抵对2公斤，其差动为54公斤力。由此可以看出气能机的差动是恒定不变的，所以气能机上安装的可逆转传动轮能够实现持续运转的目的。

以上对本发明所提供的一种气能机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种气能机，其特征在于，包括：

供压系统，

所述供压系统包括第一储气装置(a)，所述第一储气装置(a)内设置有活塞缸套(1)，所述活塞缸套(1)内可活动地设置有高压活塞(2)，所述高压活塞(2)与所述活塞缸套(1)的内壁气密接触，所述高压活塞(2)上设置有伸出所述第一储气装置(a)的第一驱动杆，所述活塞缸套(1)上还设置有连塞部件(3)，所述连塞部件(3)的一端伸入至所述活塞缸套(1)内并可于所述活塞缸套(1)内移动，所述连塞部件(3)的端部能够与所述高压活塞(2)抵接，所述连塞部件(3)的另一端可滑动地安装有锁压连筒(4)，所述锁压连筒(4)与所述连塞部件(3)气密连接，所述锁压连筒(4)与大气相连通，所述锁压连筒(4)上设置有伸出所述第一储气装置(a)的第二驱动杆；

动力输出系统，

所述动力输出系统包括可逆转传动轮(5)和与所述可逆转传动轮(5)啮合的驱动齿条，所述驱动齿条设置于所述第一驱动杆上，传动轴单方向旋转地设置于所述第一储气装置(a)上；

复位系统，

所述复位系统包括第二储气装置(b)和第三储气装置(c)，所述第二储气装置(b)上设置有第一低压套筒，所述第一低压套筒内设置有第一低压活塞(6)，所述第一低压活塞(6)与所述第一驱动杆连接，所述第二低压套筒内设置有第二低压活塞(7)，所述第二低压活塞(7)与所述第二驱动杆连接；

控制系统，

所述控制系统包括：智控单片机，铰接于所述第一储气装置(a)上的杠杆(8)，所述杠杆(8)的一端与所述第一驱动杆连接，所述杠杆(8)的另一端铰接有调控杆(9)，所述调控杆(9)上设置有可与所述锁压连筒(4)抵接并可推动其朝向所述第三储气装置(c)移动的推杆，锁止器(10)，所述锁止器(10)设置于所述锁压连筒(4)上，并可锁住所述连塞部件(3)实现其与所述锁止器(10)的相对固定，进气阀门(11)和出气阀门(12)，所述进气阀门(11)与所述出气阀门(12)均设置于所述活塞缸套(1)上，所述进气阀门(11)与所述出气阀门(12)受所述智控单片机的控制进行开启或者关闭。

2.根据权利要求1所述的气能机，其特征在于，所述驱动齿条与所述第一驱动杆为一体式结构设计。

3.根据权利要求1所述的气能机，其特征在于，还包括补压系统，所述补压系统包括第四储气装置(d)，所述第四储气装置(d)与所述第一储气装置(a)连通。

4.根据权利要求1所述的气能机，其特征在于，还设置有用于检测所述第一储气装置(a)内部气压的检测部件，所述检测部件与所述第一储气装置(a)相连接。