CN103925080A - 一种星型负压动力设备及其做功方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星型负压动力设备及其方法，包括连接管、进气单向阀、排气控制阀、气缸、活塞、活塞环、连杆、曲轴、散热器、转动轴和机壳；机壳上设有气缸环绕曲轴呈星型排列，活塞通过连杆连接到曲轴上。本发明的星型结构具有有刚性大、重量轻；可靠性、维修性和生存性好，功率增长潜力大，转速高；热能转换效率65%-98%；生产时能根据所需功率调整机器气缸容量和数量调整输出功率；在最达功率范围内能调整进气调整输出功率；能替代常规能源消耗，经济效益高，节能环保，噪音小。

Description

一种星型负压动力设备及其做功方法

技术领域

本发明属于热能动力设备领域，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

传统的动力设备有蒸汽机、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℃，设备即可做功运行，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。

星型发动机是一种气缸环绕曲轴排列呈星型排列的一种活塞式发动机，活塞通过一根主连杆连接到曲轴上，最上方的活塞连接的连杆为主连杆；其它活塞的连杆为活节式连杆，它们通过梢孔连接在主连杆中央位置的环上。

星型发动机具有有刚性大，重量轻，可靠性、维修性和生存性好，功率增长潜力大，转速高，不足之处是制造成本较高、对加工工艺要求高、对保养要求高。 

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；克服了内燃机星型发动机结构较为复杂、制造成本高的问题。本发明提出的星型负压动力设备是采用了现有星型发动机结构，结合斯特林发动机、有机朗肯循环系统和内燃机星型发动机优点的热动力设备。是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、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负压动力设备。

本发明采用的技术方案是：一种星型负压动力设备，包括连接管、进气单向阀、排气控制阀、气缸、活塞、活塞环、连杆、曲轴、散热器、转动轴和机壳；机壳上设有气缸环绕曲轴呈星型排列，活塞通过连杆连接到曲轴上；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；气缸的上止点设有进气单向阀和排气控制阀；气缸外层设有散热器；气缸顶部设有缸盖。

进一步，所述散热器制成散热片形式。

进一步，在所述散热器上设置循环管道和在管道内注入循环冷却介质。

进一步，在所述缸盖中部设有进气单向阀。

进一步，所述气缸上的排气控制阀能根据热气源温度自动调节排气。

上述星型负压动力设备做功方法如下：外界热气源通过连接管经开启的进气单向阀，活塞向后移动把热气输入到低压缸；活塞到达下止点时关闭进气单向阀；气缸内的热气通过散热器散热冷却，气缸内产生负压拉动活塞向前运动做功；冷却后的做功气体或液体利用活塞到达上止点时，通过排气控制阀排出；通过多个气缸轮流做功，通过转动轴把动能输出。

本发明的优点是：1）星型结构具有有刚性大、重量轻；2）可靠性、维修性和生存性好，功率增长潜力大，转速高；3）热能转换效率65%-98%；4）生产时能根据所需功率调整机器气缸容量和数量调整输出功率；5）在最达功率范围内能调整高温气体进气量调整输出功率；6）该设备是对高温热气进行循环利用，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；

图中：1为连接管；2为进气单向阀；3为排气控制阀；4为气缸；5为活塞；6为活塞环；7为连杆；8为曲轴； 9为散热器；10为转动轴；11为机壳；12为缸盖。

具体实施方式

参照附图，本发明的实施方式是：

实施例1 

一种星型负压动力设备，包括连接管1、进气单向阀2、排气控制阀3、气缸4、活塞5、活塞环6、连杆7、曲轴8、散热器9、转动轴10、机壳11和缸盖12；机壳11上设有气缸4环绕曲轴8呈星型排列，活塞5通过连杆7连接到曲轴8上；气缸4内分别设有活塞5，活塞5上设有活塞环6；活塞5连接连杆7，连杆7连接曲轴8，曲轴8连接转动轴10，转动轴10通过轴承固定在机壳11上；气缸4的上止点设有进气单向阀2和排气控制阀3；气缸4外层设有散热器9；气缸4顶部设有缸盖12。

实施例2

如实施例1中的星型热能动力设备，所述气化反应器3包括气化导热片和分布在气化导热片上的气孔；所述进气单向阀2关联曲轴，每完成一次循环压力阀开启关闭五次；本实施例是五个气缸结构，五个气缸内的活塞轮流做功；星型发动机的气缸组数是奇数个，有5缸，7缸，9缸，为了增加功率还可以将其多排叠加，将多个气缸组排成好几排，最多能到4排×7缸，达到28个气缸。

Claims (6)

1.一种星型负压动力设备，包括连接管（1）、进气单向阀（2）、排气控制阀（3）、气缸（4）、活塞（5）、活塞环（6）、连杆（7）、曲轴（8）、散热器（9）、转动轴（10）、机壳（11）和缸盖（12）；机壳（11）上设有气缸（4）环绕曲轴（8）呈星型排列，活塞（5）通过连杆（7）连接到曲轴（8）上；气缸（4）内分别设有活塞（5），活塞（5）上设有活塞环（6）；活塞（5）连接连杆（7），连杆（7）连接曲轴（8），曲轴（8）连接转动轴（10），转动轴（10）通过轴承固定在机壳（11）上；气缸（4）的上止点设有进气单向阀（2）和排气控制阀（3）；气缸（4）外层设有散热器（9）；气缸（4）顶部设有缸盖（12）。

2.如权利要求1所述星型负压动力设备，其特征是，所述散热器（9）制成散热片形式。

3.如权利要求1所述星型负压动力设备，其特征是，在所述散热器（9）上设置循环管道和在管道内注入循环冷却介质。

4.如权利要求1所述星型负压动力设备，其特征是，在所述缸盖（12）中部设有进气单向阀（2）。

5.如权利要求1所述星型负压动力设备，其特征是，所述气缸（4）上的排气控制阀（3）能根据热气源温度自动调节排气。

6.如权利要求1-5任一项所述星型负压动力设备做功的方法是：外界热气源通过连接管经开启的进气单向阀，活塞向后移动把热气输入到低压缸；活塞到达下止点时关闭进气单向阀；气缸内的热气通过散热器散热冷却，气缸内产生负压拉动活塞向前运动做功；冷却后的做功气体或液体利用活塞到达上止点时，通过排气控制阀排出；通过多个气缸轮流做功，通过转动轴把动能输出。