CN103925106B - 一种负压动力机器及其做功方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负压动力机器及其做功方法，包括连接管、气缸、活塞、活塞环、连杆、散热器、排气控制阀、机壳、排液孔、进气单向阀、曲轴、轴承、缸盖和传动轴；活塞设在气缸内，活塞上设有活塞环；气缸上止点上部或缸盖上设有进气单向阀，活塞上设有排气控制阀，活塞连接连杆，连杆连接曲轴，曲轴设有轴承，轴承固定在传动轴上，传动轴通过轴承固定在机壳上，机壳上设有排液孔，进气单向阀连接连接管，气缸外层设有散热器。本发明具有热能转换效率15%-95%；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输入气体调整输出功率；该设备是对高温热气进行循环利用，经济效益高，噪音小；制造成本低。
Description
技术领域
本发明属于负压动力设备领域，尤其是利用太阳能、地热、可燃物燃烧产生的高温气体、内燃机热气或尾气、工厂排出的高温气体等热能导入气缸，利用气缸内的高温介质气体和气缸外部的散热构成温度差，使密闭气缸产生负压把热能转换成动能的动力设备。
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。
发明内容
本发明克服了斯特林发动机存在的膨胀室、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。本发明提出的负压动力设备是利用现有单缸或多缸发动机结构，结合斯特林发动机优点的动力设备。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力动力机器。
本发明采用的技术方案是：一种负压动力机器，其特征是：包括连接管、气缸、活塞、活塞环、连杆、散热器、排气控制阀、机壳、排液孔、进气单向阀、曲轴、轴承、缸盖和传动轴；活塞设在气缸内，活塞上设有活塞环；气缸上止点上部或缸盖上设有进气单向阀，活塞上设有排气控制阀，活塞连接连杆，连杆连接曲轴，曲轴设有轴承，轴承固定在传动轴上，传动轴通过轴承固定在机壳上，机壳下部设有排液孔，进气单向阀连接连接管，气缸外层设有设有散热器。
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。
进一步，所述活塞上设有排气控制阀能根据热气源温度自动调节排气。
上述负压动力机器做功方法如下：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气缸；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；动能通过传动轴输出。
本发明的优点是：1.热能转换效率15%-95%；2.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；3.在最达功率范围内能调整输入气体调整输出功率；4.该设备是对高温热气进行循环利用，经济效益高，噪音小；5.制造成本低。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中：1为连接管；2为气缸；3为活塞；4为活塞环；5为连杆；6为散热器；7为排气控制阀；8为机壳；9为排液孔；10为进气单向阀；11为曲轴；12为轴承；13为缸盖；14为传动轴。
具体实施方式
参照附图，本发明的实施方式是：
实施例1
一种负压动力机器，包括连接管1、气缸2、活塞3、活塞环4、连杆5、散热器6、排气控制阀7、机壳8、排液孔9、进气单向阀10、曲轴11、轴承12、缸盖13和传动轴14；活塞3设在气缸2内，活塞3上设有活塞环4；气缸2上止点上部或缸盖13上设有进气单向阀10，活塞3上设有排气控制阀7，活塞3连接连杆5，连杆5连接曲轴11，曲轴11设有轴承12，轴承12固定在传动轴14上，传动轴14通过轴承固定在机壳8上，机壳8下部设有排液孔9，进气单向阀10连接连接管1，气缸2外层设有设有散热器6。
实施例2
如实施例1中的负压动力机器，在缸盖13中部设有进气单向阀10，气缸5上止点设有排气控制阀7，进气单向阀10连接连接管1，连接管1连接内燃机热气出口或其他热气源；散热器6上设置循环管道和在管道内注入循环冷却介质水，利用循环流动的水进行冷却。
实施例3
如实施例1和实施例2中的负压动力机器，机壳8是由铜合金制成的散热器6，利用发动机自带冷却系统冷却；气缸2容量大小根据内燃机尾气排放量设计；进气单向阀10与传动轴14关联或者用电控方式控制，每一个循环开启关闭一次。
Claims (6)
1.一种负压动力机器，包括连接管（1）、气缸（2）、活塞（3）、活塞环（4）、连杆（5）、散热器（6）、排气控制阀（7）、机壳（8）、排液孔（9）、进气单向阀（10）、曲轴（11）、轴承（12）、缸盖（13）和传动轴（14）；活塞（3）设在气缸（2）内，活塞（3）上设有活塞环（4）；气缸（2）上止点上部或缸盖（13）上设有进气单向阀（10），活塞（3）上设有排气控制阀（7），活塞（3）连接连杆（5），连杆（5）连接曲轴（11），曲轴（11）设有轴承（12），轴承（12）固定在传动轴（14）上，传动轴（14）通过轴承固定在机壳（8）上，机壳（8）下部设有排液孔（9），进气单向阀（10）连接连接管（1），气缸（2）外层设有散热器（6）。
2.如权利要求1所述负压动力机器，其特征是：所述散热器（6）制成散热片形式。
3.如权利要求1所述负压动力机器，其特征是：在所述散热器（6）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所述负压动力机器，其特征是：当进气单向阀（10）设置在缸盖（13）上时，是指设置在所述缸盖（13）中部。
5.如权利要求1所述负压动力机器，其特征是：所述活塞（3）上设有排气控制阀（7）能根据热气源温度自动调节排气。
6.如权利要求1-5任一项所述负压动力机器做功方法如下：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气缸；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；动能通过传动轴输出。
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