CN103925020B - 一种v型高低压动力机器及其做功方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种V型高低压动力机器及其做功方法，包括集热器、保温管、气化反应器、雾化器、气缸、活塞、活塞环、自动排气阀、排气控制阀、储液罐、压力阀、连杆、曲轴、保温层、单向进气阀、机壳、散热器和转动轴；机壳上气缸分成左右两组，两组气缸成V型结构，左边气缸最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组高压缸；右边气缸最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组低压缸。本发明的V型结构缩短了机体的长度和高度；气缸之间已相互错开布置，有较大的空间，能扩大气缸直径来提高排量和功率；工质循环使用，无污染；热能转换效率65%-98%；能替代常规能源消耗，经济效益高，节能环保，噪音小。

Description

一种V型高低压动力机器及其做功方法

技术领域

本发明属于热能动力机器领域，尤其是利用太阳能、地热、可燃物燃烧产生的高温气体、内燃机热能或尾气、工厂排出的高温气体等热能转换成动能的动力机器。

背景技术

传统的动力机器有蒸汽机、内燃机、外燃机。

蒸汽机：离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度不能过高，排气压力不能过低，热效率难以提高；它是一种往复式机器，惯性限制了转速的提高；工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

内燃机：结构复杂，对燃料要求较高，对燃料的洁净度要求严格，对环境污染。

外燃机，如斯特林发动机是其中一种，斯特林发动机与内燃机比较具备以下优点：

适用于各种能源，无论是液态的、气态的或固态的燃料，当采用载热系统(如热管)间接加热时，几乎可以使用任何高温热源(太阳能放射性同位素和核反应等)，而发动机本身(除加热器外)不需要作任何更改。同时斯特林发动机无需压缩机增压，使用一般风机即可满足要求，并允许燃料具有较高的杂质含量；斯特林发动机单机容量小，机组容量从20－50kw，可以因地制宜的增减系统容量；结构简单，零件数比内燃机少40%，降价空间大；维护成本低。

斯特林发动机在运行时，由于燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，独立于燃气的工质通过加热器吸热，并按斯特林循环对外做功，因此避免了类似内燃机的爆震做功和间歇燃烧过程，从而实现了高效、低噪和低排放运行。高效：总能效率达到80%以上；低噪：1米处裸机噪音底于68dBA；低排放：尾气排放达到欧5标准。

由于工质不燃烧，外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃，机器即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。外燃机最大的优点是出力和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。

同时斯特林发动机尚存在的主要问题和缺点是：制造成本较高，工质密封技术较难，密封件的可靠性和寿命还存在问题，材料成本高，功率调节控制系统较复杂，机器较为笨重；膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失是内燃发动机的2-3倍等。

有机朗肯循环系统包括泵、蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器等。集热器吸收太阳辐照，集热器内换热介质温度升高，换热介质通过蒸发器把热量传给有机工质。有机工质在蒸发器中定压加热，高压的气态有机工质进入膨胀机膨胀做功，带动发电机发电；膨胀机尾部排出的有机工质进入冷凝器中定压冷凝，冷凝器出口的有机工质经过泵加压后进入蒸发器完成一次发电循环。

有机朗肯循环系统存在转换效率不高，体积大，需要借助结构复杂的膨胀机做功。

V型发动机，简单的说就是将所有汽缸分成两组，把相邻汽缸以一定夹角布置一起（左右两列气缸中心线的夹角γ＜180°），使两组汽缸形成一个夹角的平面，从侧面看汽缸呈V字形（通常的夹角为60°），故称V型发动机。

与直列布局形式相比，V型发动机缩短了机体的长度和高度，而更低的安装位置可以便于设计师设计出风阻系数更低的车身，同时得益于汽缸对向布置，还可抵消一部分振动，使发动机运转更为平顺。由于汽缸之间已相互错开布置，因此在汽缸之间有较大的空间，这样便于通过扩大汽缸直径来提高排量和功率。V型发动机的汽缸均成一角度对向布置，可以抵消一部分振动。不足之处是：V型发动机的缺点是必须使用两个汽缸盖，结构较为复杂。另外其宽度加大后，发动机两侧空间较小，不易再安排其它装置。

发明内容

本发明克服了外燃机存在的膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失是内燃发动机的2-3倍等问题；克服了有机朗肯循环系统需要膨胀机或汽轮机，制造成本高的技术难题；克服了内燃机V型发动机结构较为复杂、制造成本高的问题。本发明提出的V型高低压动力机器是采用了现有V型发动机结构，结合斯特林发动机、有机朗肯循环系统和内燃机V型发动机优点的热动力机器。由集热器把热能吸收后对气化反应器进行加热，使工质高温气化彭胀推动活塞产生动能做功；把热能吸收后对气缸进行散热冷却产生负压拉动活塞做功。

本发明提供了一种热能转换效率高、工质能循环使用、最大功率范围内能调整工质数量来调整输出功率、能通过调整温度进行调整输出功率、机器输出功率平稳的热能动力机器。

本发明采用的技术方案是：一种V型高低压动力机器，包括集热器、保温管、气化反应器、雾化器、气缸、活塞、活塞环、自动排气阀、排气控制阀、储液罐、压力阀、连杆、曲轴、保温层、单向进气阀、机壳、散热器和转动轴；机壳上气缸分成左右两组，两组气缸成V型结构，左边气缸最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组高压缸；右边气缸最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组低压缸；或者左边气缸最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组低压缸；右边气缸最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组高压缸；高压缸上的上止点设有气化反应器，高压缸上的下止点设有自动排气阀，高压缸外层设有保温层；低压缸上的上止点设有单向进气阀和排气控制阀，低压缸外层设有散热器；自动排气阀连接低压缸上的进气单向阀；排气控制阀通过管道连接储液罐；气缸内分别设有活塞，活塞上设有活塞环；活塞连接连杆，连杆连接曲轴，曲轴连接转动轴，转动轴通过轴承固定在机壳上；集热器通过保温管连接气化反应器，气化反应器进气端设有雾化器，雾化器通过管道连接压力阀，压力阀通过管道连接储液罐；自动排气阀通过缓冲管连接进气单向阀。

进一步，集热器能吸收太阳能、地热、可燃物燃烧产生的高温气体、内燃机尾气、工厂排出的高温气体等热能。

进一步，气化反应器包括压力壳、气化导热片、气孔、雾化器，气化导热片设置在压力壳上，气化导热片上阵列设有气孔，压力壳进气端设有雾化器。

进一步，压力阀关联曲轴，每完成一次循环压力阀开启关闭一次。

上述V型热能动力机器做功的方法是：左右两排气缸成V型结构，左边气缸最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组高压缸；右边气缸最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组低压缸；或者左边气缸最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组低压缸；右边气缸最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组高压缸；集热器吸收太阳能、地热、可燃物燃烧产生的高温气体、内燃机热能或尾气、工厂排出的高温气体等热能直接或者通过管道传递热量给气化反应器，管道内设有流动的导热介质；液体工质通过压力阀注入到雾化器进行雾化，气化反应器对雾化的工质进行气化膨胀；活塞到达气缸的下止点时，做功气体通过自动排气阀排出，排出的气态工质通过冷却器冷却，此时另一组活塞到达气缸的上止点，此对气缸的压力阀打开，液体工质通过雾化器注入到气化反应器内气化膨胀推动活塞做功；压力阀轮流开启关闭，两组气缸内的活塞轮流做功带动转动轴旋转，转动轴带动飞轮把动能输出。

本发明的优点是：1）V型结构缩短了机体的长度和高度；2）气缸之间已相互错开布置，有较大的空间，能扩大气缸直径来提高排量和功率；3）工质循环使用，无污染；4）热能转换效率65%-98%；5）能根据所需功率调整机器气缸容量和数量调整输出功率；6）在最达功率范围内能调整注液调整输出功率；7）对工质进行气化做功整个过程不产生爆震；8）能替代常规能源消耗，经济效益高，节能环保，噪音小。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明气化反应器结构示意图；

图3是V型发动机结构图；

图中：1为集热器；2为保温管；3为气化反应器；4为雾化器；5为气缸；6为活塞；7为活塞环；8为自动排气阀；9为排气控制阀；10为储液罐；11为压力阀；12为连杆；13为曲轴；14为保温层；15为进气单向阀；16为机壳；17为散热器；18为转动轴；19为缓冲管；20为压力壳；21为气化导热片；22为气孔。

具体实施方式

参照附图，本发明的实施方式是：

实施例1

一种V型高低压动力机器，包括集热器1、保温管2、气化反应器3、雾化器4、气缸5、活塞6、活塞环7、自动排气阀8、排气控制阀9、储液罐10、压力阀11、连杆12、曲轴13、保温层14、单向进气阀15、机壳16、散热器17和转动轴18；机壳16上气缸5分成左右两组，两组气缸5成V型结构，左边气缸5最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组高压缸；右边气缸5最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组低压缸；或者左边气缸5最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组低压缸；右边气缸5最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组高压缸；高压缸上的上止点设有气化反应器3，高压缸上的下止点设有自动排气阀8，高压缸外层设有保温层14；低压缸上的上止点设有单向进气阀15和排气控制阀9，低压缸外层设有散热器17；自动排气阀8连接低压缸上的进气单向阀15；排气控制阀9通过管道连接储液罐10；气缸5内分别设有活塞6，活塞6上设有活塞环7；活塞6连接连杆12，连杆12连接曲轴13，曲轴13连接转动轴18，转动轴18通过轴承固定在机壳16上；集热器1通过保温管2连接气化反应器3，气化反应器3进气端设有雾化器4，雾化器4通过管道连接压力阀11，压力阀11通过管道连接储液罐10；自动排气阀8通过缓冲管19连接进气单向阀15。

实施例2

如实施例1中的V型热能动力机器，所述气化反应器3包括压力壳20、气化导热片21、气孔22、雾化器4，气化导热片21设置在压力壳20上，气化导热片21上阵列设有气孔22，压力壳20进气端设有雾化器4；所述压力阀11关联曲轴13，每完成一次循环压力阀开启关闭一次；V型热能动力机器气缸5数量一般为5、6、8、10、12、16；相邻气缸5以一定夹角布置一起，左右两列气缸5中心线的夹角γ＜180°，两组气缸5形成一个夹角的平面，从侧面看气缸5排列呈V字形，通常的夹角为60°。

Claims (5)

1.一种V型高低压动力机器，包括集热器（1）、保温管（2）、气化反应器（3）、雾化器（4）、气缸（5）、活塞（6）、活塞环（7）、自动排气阀（8）、排气控制阀（9）、储液罐（10）、压力阀（11）、连杆（12）、曲轴（13）、保温层（14）、单向进气阀（15）、机壳（16）、散热器（17）和转动轴（18）；机壳（16）上气缸（5）分成左右两组，两组气缸（5）成V型结构，左边气缸（5）最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组高压缸；右边气缸（5）最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组低压缸；或者左边气缸（5）最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组低压缸；右边气缸（5）最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组高压缸；高压缸上的上止点设有气化反应器（3），高压缸上的下止点设有自动排气阀（8），高压缸外层设有保温层（14）；低压缸上的上止点设有单向进气阀（15）和排气控制阀（9），低压缸外层设有散热器（17）；自动排气阀（8）连接低压缸上的进气单向阀（15）；排气控制阀（9）通过管道连接储液罐（10）；气缸（5）内分别设有活塞（6），活塞（6）上设有活塞环（7）；活塞（6）连接连杆（12），连杆（12）连接曲轴（13），曲轴（13）连接转动轴（18），转动轴（18）通过轴承固定在机壳（16）上；集热器（1）通过保温管（2）连接气化反应器（3），气化反应器（3）进气端设有雾化器（4），雾化器（4）通过管道连接压力阀（11），压力阀（11）通过管道连接储液罐（10）；自动排气阀（8）通过缓冲管（19）连接进气单向阀（15）。

2.如权利要求1所述V型高低压动力机器，其特征是，所述集热器（1）能吸收太阳能、地热、可燃物燃烧产生的高温气体、内燃机尾气、工厂排出的高温气体。

3.如权利要求1所述V型高低压动力机器，其特征是，所述气化反应器（3）包括压力壳（20）、气化导热片（21）、气孔（22），气化导热片（21）设置在压力壳（20）上，气化导热片（21）上阵列设有气孔（22）。

4.如权利要求1所述V型高低压动力机器，其特征是，所述压力阀（11）关联曲轴（13），每完成一次循环压力阀开启关闭一次。

5.如权利要求1-4任一项所述V型高低压动力机器做功的方法是：左右两排气缸成V型结构，左边气缸最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组高压缸；右边气缸最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组低压缸；或者左边气缸最外边两个气缸和右边最中间一个气缸组成一组低压缸；右边气缸最外边两个气缸和左边最中间一个气缸组成一组高压缸；集热器吸收太阳能、地热、可燃物燃烧产生的高温气体、内燃机尾气、工厂排出的高温气体热能直接或者通过管道传递热量给气化反应器，管道内设有流动的导热介质；液体工质通过压力阀注入到雾化器进行雾化，气化反应器对雾化的工质进行气化膨胀；高压缸活塞到达气缸的下止点时，做功气体通过自动排气阀排出，排出的气态工质通过冷却器冷却，低压缸活塞到达气缸的上止点，之后低压缸活塞到达气缸的下止点，高压缸活塞到达气缸的上止点时，气缸的压力阀打开，液体工质通过雾化器注入到气化反应器内气化膨胀推动高压缸活塞做功；压力阀轮流开启关闭，两组气缸内的活塞轮流做功带动转动轴旋转，转动轴带动飞轮把动能输出。