CN103939231B - 一种水平对置式负压动力设备及其做功方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平对置式负压动力设备及其做功方法，包括连接管、进气单向阀、缸盖、排气控制阀、气缸、活塞、活塞环、连杆、散热器、机壳、曲轴和飞轮；气缸以曲轴为中心呈现180°角度水平对置式设置，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，气缸上设有排气控制阀，进气单向阀连接连接管，气缸外层设有散热器，活塞连接连杆，连杆连接曲轴，曲轴通过轴承固定在机壳，曲轴连接飞轮。本发明具有热能转换效率65%-98%；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；重心低、低振动、稳定性好。

Description

一种水平对置式负压动力设备及其做功方法

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。

水平对置式发动机，发动机活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动。使发动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳,发动机安装在整车的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大大降低车辆在行驶中的振动，使发动机转速得到很大提升，减少噪音。

水平对置式发动机的最大优点是重心低。由于它的汽缸为“平放”，不仅降低了汽车的重心，还能让车头设计得又扁又低，这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。同时，水平对置式的汽缸布局是一种对称稳定结构，这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好，运行时的功率损耗也是最小。当然更低的重心和均衡的分配也为车辆带了更好的操控性。低重心：产生的横向震动容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低，更容易达到整体平衡。低振动：活塞运动的平衡良好（180度左右抵消）。相比直列式，在曲轴方面所需的平衡配重因素减少，有助转速提升。它能保持650转的低转速，并保证发动机平稳的工作。同样相比其它发动机行式油耗最低。

缺点是：除了因为水平对置式结构较为复杂外，还有如机油润滑等问题很难解决。横置的气缸因为重力的原因，会使机油流到底部，使一边气缸得不到充分的润滑。虽然保时捷和斯巴鲁很好的解决了众多技术难题，但高精度的制造要求也带来了更高的养护成本，并且由于机体较宽，因而并不利于布局。

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。本发明提出的水平对置式负压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力动力机器。

本发明采用的技术方案是：一种水平对置式负压动力设备，包括连接管、进气单向阀、缸盖、排气控制阀、气缸、活塞、活塞环、连杆、散热器、机壳、曲轴和飞轮；气缸以曲轴为中心呈现180°角度水平对置设置，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，气缸上设有排气控制阀，进气单向阀连接连接管，气缸外层设有散热器，活塞连接连杆，连杆连接曲轴，曲轴通过轴承固定在机壳，曲轴连接飞轮。

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。

上述水平对置式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4排出；通过活塞轮流做功，把动能输出。

本发明的优点是：1.热能转换效率65%-98%；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；6.重心低、低振动、稳定性好。

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为缸盖；4为排气控制阀；5为气缸；6为活塞；7为活塞环；8为连杆；9为散热器；10为机壳；11为曲轴；12为飞轮。

具体实施方式

参照附图，本发明的实施方式是：

实施例1

一种水平对置式负压动力设备，包括连接管1、进气单向阀2、缸盖3、排气控制阀4、气缸5、活塞6、活塞环7、连杆8、散热器9、机壳10、曲轴11和飞轮12；气缸5以曲轴11为中心呈现180°角度水平对置设置，活塞6设在气缸5内，活塞6上设有活塞环7；气缸5上止点上部或缸盖3上设有进气单向阀2，气缸5上设有排气控制阀4，进气单向阀2连接连接管1，气缸5外层设有散热器9，活塞6连接连杆8，连杆8连接曲轴11，曲轴11通过轴承固定在机壳10，曲轴11连接飞轮12。

实施例2

如实施例1中的水平对置式负压动力设备，在缸盖3中部设有进气单向阀2，气缸5上设有排气控制阀4，进气单向阀2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9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。

Claims (2)

1.一种水平对置式负压动力设备，包括连接管（1）、进气单向阀（2）、缸盖（3）、排气控制阀（4）、气缸（5）、活塞（6）、活塞环（7）、连杆（8）、散热器（9）、机壳（10）、曲轴（11）和飞轮（12）；气缸（5）以曲轴（11）为中心呈现180°角度水平对置设置，活塞（6）设在气缸（5）内，活塞（6）上设有活塞环（7）；气缸（5）上止点上部或缸盖（3）上设有进气单向阀（2），气缸（5）上设有排气控制阀（4），进气单向阀（2）连接连接管（1），气缸（5）外层设有散热器（9），活塞（6）连接连杆（8），连杆（8）连接曲轴（11），曲轴（11）通过轴承固定在机壳（10），曲轴（11）连接飞轮（12）；所述散热器（9）制成散热片形式；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；在所述缸盖（3）中部设有进气单向阀（2）；所述气缸（5）上的排气控制阀（4）能根据热气源温度自动调节排气。

2.如权利要求1所述水平对置式负压动力设备做功方法是：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（4）排出；通过活塞轮流做功，把动能输出。