CN103089483A - 压气单元热气机 - Google Patents

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靳北彪
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Abstract

本发明公开了一种压气单元热气机，包括气缸活塞机构、加热器、冷却器和附属气缸活塞机构，所述气缸活塞机构的气缸上和所述附属气缸活塞机构的气缸上均设有往复流通口，所述气缸活塞机构的气缸和所述附属气缸活塞机构的气缸经各自所述往复流通口连通，所述加热器设置在所述气缸活塞机构的气缸上和/或设置在靠近所述气缸活塞机构的所述往复流通口处的通道上，所述冷却器设置在所述附属气缸活塞机构上和/或设置在靠近所述附属气缸活塞机构的所述往复流通口处的通道上；所述附属气缸活塞机构的所述往复流通口处设有正时控制阀。本发明结构简单、效率高、造价低使用寿命长。

Description

压气单元热气机
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种压气单元热气机。
背景技术
传统热气机例如斯特林发动机，其冷缸和热缸的压力基本相同，而且压缩比非常低（目前世界上最好的斯特林发动机的压缩比仅为2左右），这些都严重影响着斯特林发动机的效率，不仅如此，冷缸和热缸之间必须具有特定的相位差，这就不可避免的影响其使用范围。因此需要发明一种新型热气机。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
一种压气单元热气机，包括气缸活塞机构、加热器、冷却器和附属气缸活塞机构，所述气缸活塞机构的气缸上和所述附属气缸活塞机构的气缸上均设有往复流通口，所述气缸活塞机构的气缸和所述附属气缸活塞机构的气缸经各自所述往复流通口连通，所述加热器设置在所述气缸活塞机构的气缸上和/或设置在靠近所述气缸活塞机构的所述往复流通口处的通道上，所述冷却器设置在所述附属气缸活塞机构上和/或设置在靠近所述附属气缸活塞机构的所述往复流通口处的通道上；所述附属气缸活塞机构的所述往复流通口处设有正时控制阀。
所述正时控制阀设为与所述往复流通口对应的控制气门。
所述压气单元热气机还包括有储气罐，所述储气罐经阀门与靠近所述附属气缸活塞机构的所述往复流通口处的通道连通。
所述正时控制阀设有两个。
所述压气单元热气机还包括有回热器，所述回热器设在两个所述往复流通口连通的通道上。
所述加热器设为以外燃燃烧室为热源的外燃热交换器、以余热为热源的余热热交换器或以太阳能为热源的太阳能热交换器。
所述加热器设为内燃燃烧室，该热气机还包括有工质导出口；所述工质导出口设在所述冷却器与所述附属气缸活塞机构之间的通道上，或设在所述附属气缸活塞机构上。
所述气缸活塞机构和所述附属气缸活塞机构的活塞经各自连杆与同一曲轴连接，且两个连杆轴颈的相位差为180度。
所述气缸活塞机构和所述附属气缸活塞机构的活塞经各自连杆分别与两个联动的曲轴连接，且两个连杆轴颈的相位差为180度。
本发明的原理是：在所述气缸活塞机构的活塞处于上止点附近时，将所述正时控制阀关闭，并将经所述附属气缸活塞机构增压后的压缩空气直接或经所述回热器供送到所述加热器内，在所述加热器内吸热（恒温吸热、吸热升压或吸热升温）后推动所述气缸活塞机构的活塞下行对外做功，当所述气缸活塞机构的活塞下行到一定程度时停止向所述加热器内供送压缩空气，当所述气缸活塞机构的活塞趋近下止点时（或越过下止点时）打开所述正时控制阀，气体工质直接或经所述回热器进入所述冷却器并在所述冷却器内被冷却后进入所述附属气缸活塞机构，如此循环周而复始对外做功。
本发明所述加热器是指能够对工质进行加热的装置，它可以是热交换器，也可以是内燃燃烧室，还可以是太阳能加热器。
本发明中，所述气缸包括气缸套、气缸盖以及由气缸套和气缸盖所形成的容积空间，所述气缸上的连通口可设置在气缸盖上，也可设置在气缸套上。
本发明中，所述回热器是指当高温工质流过回热器时将自身的热量留在回热器中，当低温工质逆行流过回热器时吸收回热器所存储的热量的装置。
本发明中，所述冷却器是指能够使本发明中工质降温的装置，它可以是散热器，也可以是热交换器。
本发明中，所述压气单元热气机的工质为在循环中不发生相变或不完全发生相变的气体工质，例如空气、水和二氧化碳混合物、氦气、氩气、氢气等。
本发明中，所谓的“相位差为180度”是指完全180度，以及由于机构结构的特点以及加工精度所造成的实际工作误差，如180度±某一微小角度。
本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单、效率高、造价低使用寿命长。
附图说明
图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；
图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；
图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；
图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；
图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；
图6所示的是本发明实施例6的结构示意图；
图7所示的是本发明实施例7的结构示意图。
图中：
1气缸活塞机构、11往复流通口、2加热器、21工质导出口、3冷却器、4附属气缸活塞机构、41往复流通口、410控制气门、5正时控制阀、6回热器、7储气罐。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的压气单元热气机，包括气缸活塞机构1、加热器2、冷却器3和附属气缸活塞机构4，所述气缸活塞机构1的气缸上设有往复流通口11，所述附属气缸活塞机构4的气缸上设有往复流通口41，所述往复流通口11与所述往复流通口41连通。
所述加热器2设置在靠近所述气缸活塞机构1的所述往复流通口11处的通道上，所述加热器2设为外燃式加热方式。所述冷却器3设置在靠近所述附属气缸活塞机构4的所述往复流通口41处的通道上；所述附属气缸活塞机构4的所述往复流通口41处设正时控制阀5。
可选择的，所述加热器2可设为以太阳能为热源的太阳能热交换器。
实施例2
如图2所示的压气单元热气机，其与实施例1的区别在于：所述正时控制阀5改设为与所述往复流通口41对应的控制气门410。
实施例3
如图3所示的压气单元热气机，其与实施例2的区别在于：所述压气单元热气机还包括有回热器6，所述附属气缸活塞机构4上的所述往复流通口41不设控制气门410，而在靠近所述往复流通口41的通道上设有正时控制阀5；所述冷却器3设在所述附属气缸活塞机构4上；所述加热器2设为以余热为热源的余热热交换器。所述回热器6设在所述加热器2与所述正时控制阀5之间的通道上。
实施例4
如图4所示的压气单元热气机，其与实施例2的区别在于：所述加热器2设为内燃燃烧室结构，在靠近所述往复流通口41的通道上还设有正时控制阀5；所述加热器2与所述正时控制阀5之间的通道上设有工质导出口21，所述冷却器3设在所述附属气缸活塞机构4上。
实施例5
如图5所示的压气单元热气机，其与实施例4的区别在于：所述加热器2设在所述气缸活塞机构1内，所述压气单元热气机还包括有储气罐7，所述储气罐7经控制阀和所述正时控制阀5与所述往复流通口41之间的通道连通；所述往复流通口11与所述工质导出口21之间的通道上设有回热器6。
实施例6
如图6所示的压气单元热气机，其与实施例4的区别在于：所述气缸活塞机构1的活塞经连杆与曲轴的连杆轴颈连接，所述附属气缸活塞机构4的活塞经连杆与同一曲轴的不同连杆轴颈连接，与所述气缸活塞机构1的活塞连接的所述连杆轴颈和与所述附属气缸活塞机构4的活塞连接的所述连杆轴颈之间的相位差为180度，且所述气缸活塞机构1和所述附属气缸活塞机构4共线设置。
所述冷却器3设在所述正时控制阀5与所述工质导出口21之间的通道上。在所述加热器2与所述工质导出口21之间的通道上设有回热器6。
实施例7
如图7所示的压气单元热气机，其与实施例6的区别在于：所述附属气缸活塞机构4设为并联设置的两个，两个所述往复流通口41并联连通后与另一个所述往复流通口11连通；所述气缸活塞机构1的活塞经连杆与曲轴的连杆轴颈连接，所述附属气缸活塞机构4的活塞经连杆与同一曲轴的不同连杆轴颈连接，与所述气缸活塞机构1的活塞连接的所述连杆轴颈和与所述附属气缸活塞机构4的活塞连接的所述连杆轴颈之间的相位差为180度，且所述气缸活塞机构1和所述附属气缸活塞机构4共线设置。
上述实施例1-7的所述压气单元热气机的工质均可设为水蒸气或设为气体混合物。
显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1. 一种压气单元热气机，其特征在于：包括气缸活塞机构（1）、加热器（2）、冷却器（3）和附属气缸活塞机构（4），所述气缸活塞机构（1）的气缸上和所述附属气缸活塞机构（4）的气缸上均设有往复流通口，所述气缸活塞机构（1）的气缸和所述附属气缸活塞机构（4）的气缸经各自所述往复流通口连通，所述加热器（2）设置在所述气缸活塞机构（1）的气缸上和/或设置在靠近所述气缸活塞机构（1）的所述往复流通口处的通道上，所述冷却器（3）设置在所述附属气缸活塞机构（4）上和/或设置在靠近所述附属气缸活塞机构（4）的所述往复流通口处的通道上；所述附属气缸活塞机构（4）的所述往复流通口处设有正时控制阀（5）。
2. 如权利要求1所述压气单元热气机，其特征在于：所述正时控制阀（5）设为与所述往复流通口对应的控制气门。
3. 如权利要求1所述压气单元热气机，其特征在于：所述压气单元热气机还包括有储气罐（7），所述储气罐（7）经阀门与靠近所述附属气缸活塞机构（4）的所述往复流通口处的通道连通。
4. 如权利要求1所述压气单元热气机，其特征在于：所述正时控制阀（5）设有两个。
5. 如权利要求1所述压气单元热气机，其特征在于：所述压气单元热气机还包括有回热器（6），所述回热器（6）设在两个所述往复流通口连通的通道上。
6. 如权利要求1所述压气单元热气机，其特征在于：所述加热器（2）设为以外燃燃烧室为热源的外燃热交换器、以余热为热源的余热热交换器或设为以太阳能为热源的太阳能热交换器。
7. 如权利要求1所述压气单元热气机，其特征在于：所述加热器（2）设为内燃燃烧室，该热气机还包括有工质导出口（21）；所述工质导出口（21）设在所述冷却器（3）与所述附属气缸活塞机构（4）之间的通道上，或设在所述附属气缸活塞机构（4）上。
8. 如权利要求1所述压气单元热气机，其特征在于：所述气缸活塞机构（1）和所述附属气缸活塞机构（4）的活塞经各自连杆与同一曲轴连接，且两个连杆轴颈的相位差为180度。
9. 如权利要求1所述压气单元热气机，其特征在于：所述气缸活塞机构（1）和所述附属气缸活塞机构（4）的活塞经各自连杆分别与两个联动的曲轴连接，且两个连杆轴颈的相位差为180度。
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