CN104696178A - 一种自循环式节能温差发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自循环式节能温差发动机，属于发动机技术领域。其技术方案为：一种自循环式节能温差发动机，其特征在于，包括设置在同一根曲轴上的低温缸和高温缸，所述低温缸的缸头分别设置与热交换器低温端口连接的进气管道和排气管道，所述进气管道和排气管道上分别设置气门；所述高温缸的缸头分别设置与热交换器高温端口连接排气管道和进气管道，所述进气管道和排气管道内分别设置气门。本发明的有益效果为：结构简单，机械效率高，只要存在温差就能将热能转化为机械能；本发明的发动机将热能转化为机械能，利用尾气热能的时候可以和现在的发动机（柴油机、汽油机）联合使用。
Description
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种自循环式节能温差发动机。
背景技术
目前能源日益紧缺，迫使不得不使用新的能源，提高能源使用效率。斯特林是一种著名的热气机，也是一种温差发动机，它具有效率高，污染低等优点，但是斯特林发动机也有很大的缺陷，它采用加热缸和冷却缸的设计，缸体本身就是热交换器，缸体有限的表面积限制了它的热交换能力，因此很难做出大功率的机器，目前所知最大功率也不到200kw。总之，斯特林发动机自身的缺陷限制了它的使用范围，对斯特林发动机的研究热情极高，应用案例却很少。
另外，斯特林发动机的热能只能利用一次，不能重复利用，没有热交换器（又称热能回收器），机械效率低，对低温副作用大，大部分热能都白白浪费掉。
发明内容
为了解决上述已有技术的不足，本发明的目的是：提供一种自循环式节能温差发动机。
一种自循环式节能温差发动机，其特征在于，包括设置在同一根曲轴上的低温缸1和高温缸2，所述低温缸1的缸头分别设置排气管道3和进气管道6，所述排气管道3连接热交换器4低温端口5，所述进气管道6与热交换器4低温端口7连接，在所述低温缸1的缸头还设置分别控制排气管道3排气的气门9和控制进气管道6进气的气门8；
所述高温缸2的缸头分别设置排气管道12和进气管道10，所述排气管道12连接热交换器4高温端口13，所述进气管道10与热交换器4高温端口11连接，在所述高温缸2的缸头还设置分别控制排气管道12排气的气门15和控制进气管道10进气的气门14；
在所述热交换器4的低温端口7连接冷却器16的进气口,在所述热交换器4高温端口11处设置有加热设备17，所述加热设备17为循环加热器。
所述低温缸1和高温缸2内设有活塞组件，所述活塞组件包括活塞，活塞杆，活塞环，连接活塞和活塞杆的活塞销，所述活塞杆设置在所述曲轴上。
所述热交换器4为多层式热交换器：所述热交换器4设有低温端口和高温端口，低温端口为低温端上层管、低温端内层管由外到内设置的二层管结构；高温端口为高温端外层管、高温端内层管由外到内设置的二层管结构；高温端口分别通过排气管道3和进气管道6连接高温端外层管和高温端内层管的一端；低温端口为低温端外层管、低温端内层管由外到内设置的二层管结构；低温端口分别通过排气管道12和进气管道10连接低温端外层管和低温端内层管的一端。
所述低温端外层管和低温端内层管的另一端通过管路连通，所述连通低温端外层管与低温端内层管的管路与高温端内层管的另一端通过管路连通；
所述高温端外层管和高温端内层管的另一端通过管路连通，所述连通高温端外层管和高温端内层管的管路与低温端内层管的另一端通过管路连通。
所述高温缸2的活塞面积大于低温缸1活塞的面积，在两个缸体的活塞同时运转时有体积变化，同时释放压力，对外做功；高温缸2的活塞面积和低温缸1活塞的面积比值的大小是根据温度差能使气体膨胀体积设定。
所述冷却器16为管式冷却器。
本发明的工作过程为：参照图1：当低温缸1的活塞从 A端向B端运行时，吸入来自热交换器4的低温端口7并冷却的低温气体，同时高温2的活塞由B端向A端运行，将高温气体排到热交换器4的高温端口13，气门8和气门15打开，气门9和气门14关闭，通过排气管道12的气体冷却器16和热交换器4进行冷却，气体收缩，压力降低，产生负压，对外做功，因为高温缸2的活塞面积大于低温缸1的活塞面积，只有低温缸1的活塞由A端向B端运行，高温缸2的活塞由B端向A端运行时体积减小；做功=(高温缸活塞2面积-低温缸活塞1面积) ×压力，当本过程完成后，就会成为图2的工作状态；热交换器4的上面的气体温度高于下面的气体温度，上面的气体是从高温端13向低温端7流动，越走越低，因为热量向下传递，下面的气体是由低温端5向高温端11流动，越走越高，接受上面传递的热量，加热的气体流向发动机，加热设备17是补充热能，热能损失一部分，对外做功消耗热能，气体流动方向如图1和图2中箭头标示。当在图2工作状态时气门9和气门14打开，气门8和气门15关闭，气门的开启和关闭是由飞轮运转的角度自动控制，气压向各个方向传递，排气管道12和进气管道6的压强相等，低温缸1活塞面积小，受到的压力小，高温缸2活塞面积大，受到的压力大，运动的同时整个体积扩大，压力降低，对外做功。
参见图2：当低温缸1的活塞由B端向A端运行时，把低温气体排向热交换器4的低温端口5，同时高温缸1活塞由A端向B端运行，吸入来自热交换器4高温端口9经加热的高温气体；气门9和气门14打开，气门8和气门15关闭，气体通过热交换器4的预加热和加热设备17进行加热，气体膨胀，压力升高，产生高压，对外做功。因为高温缸2的活塞面积大于低温缸1活塞面积，当低温缸1的活塞由B端向A端运行，高温缸2由A端向B端运行时体积增大。做功=(高温缸2大活塞面积-低温缸1活塞面积) ×压力，就会成为图1的工作状态，如此循环下去。
通过试验，本发明的有益效果是：结构简单，机械效率高，只要存在温差就能将热能转化为机械能；本发明的发动机将热能转化为机械能，利用尾气热能的时候可以和现在的发动机（柴油机、汽油机）联合使用。
附图说明
图1 为本发明实施例的结构示意图
图2为本发明实施例的结构示意图。
其中，附图标记为：1、低温缸；2、高温缸；3、排气管道；4、热交换器；5、低温端口；6、进气管道； 7、低温端口；8、气门；9、气门；10、气管道；11、高温端口；12、排气管道； 13、高温端口；14、气门；15、气门；16、冷却器；17、加热设备。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
实施例1
参见图1和图2，本发明是：一种自循环式节能温差发动机，其特征在于，包括设置在同一根曲轴上的低温缸1和高温缸2，所述低温缸1的缸头分别设置排气管道3和进气管道6，所述排气管道3连接热交换器4低温端口5，所述进气管道6与热交换器4低温端口7连接，在所述低温缸1的缸头还设置分别控制排气管道3排气的气门9和控制进气管道6进气的气门8；
所述高温缸2的缸头分别设置排气管道12和进气管道10，所述排气管道12连接热交换器4高温端口13，所述进气管道10与热交换器4高温端口11连接，在所述高温缸2的缸头还设置分别控制排气管道12排气的气门15和控制进气管道10进气的气门14；
在所述热交换器4的低温端口7连接冷却器16的进气口,在所述热交换器4高温端口11处设置有加热设备17。
所述低温缸1和高温缸2内设有活塞组件，所述活塞组件包括活塞，活塞杆，连接活塞和活塞杆的活塞销，所述活塞杆设置在所述曲轴上。
所述热交换器4为多层式热交换器：所述热交换器4设有低温端口和高温端口，低温端口为低温端上层管、低温端内层管由外到内设置的二层管结构；高温端口为高温端外层管、高温端内层管由外到内设置的二层管结构；高温端口分别通过排气管道3和进气管道6连接高温端外层管和高温端内层管的一端；低温端口为低温端外层管、低温端内层管由外到内设置的二层管结构；低温端口分别通过排气管道12和进气管道10连接低温端外层管和低温端内层管的一端。
所述低温端外层管和低温端内层管的另一端通过管路连通，所述连通低温端外层管与低温端内层管的管路与高温端内层管的另一端通过管路连通；
所述高温端外层管和高温端内层管的另一端通过管路连通，所述连通高温端外层管和高温端内层管的管路与低温端内层管的另一端通过管路连通。
所述高温缸2的活塞面积大于低温缸1活塞的面积，在两个缸体的活塞同时运转时因为有体积变化，同时释放压力，对外做功；高温缸2的活塞面积和低温缸1活塞的面积比值的大小是根据温度差能使气体膨胀体积设定。
所述冷却器16为管式冷却器。
所述加热设备17为循环加热器。
本发明的工作过程为：参照图1：当低温缸1的活塞从 A端向B端运行时，吸入来自热交换器4的低温端口7并冷却的低温气体，同时高温2的活塞由B端向A端运行，将高温气体排到热交换器4的高温端口13，气门8和气门15打开，气门9和气门14关闭，通过排气管道12的气体冷却器16和热交换器4进行冷却，气体收缩，压力降低，产生负压，对外做功，因为高温缸2的活塞面积大于低温缸1的活塞面积，只有低温缸1的活塞由A端向B端运行，高温缸2的活塞由B端向A端运行时体积减小；做功=(高温缸活塞1面积-低温缸活塞1面积) ×压力，当本过程完成后，就会成为图2的工作状态。
热交换器4的上面的气体温度高于下面的气体温度，上面的气体是从高温端13向低温端7流动，越走越低，因为热量向下传递的，下面的气体是由低温端5向高温端11流动，越走越高，接受上面传递的热量，加热的气体流向发动机，加热设备17是补充热能，热能损失一部分，对外做功消耗热能，气体流动方向如图1和图2中箭头标示。当在图2工作状态时气门9和气门14打开，气门8和气门15关闭，气门的开启和关闭是由飞轮运转的角度自动控制，气压向各个方向传递，排气管道12和进气管道6的压强相等，低温缸1活塞面积小，受到的压力小，高温缸2活塞面积大，受到的压力大，运动的同时整个体积扩大，压力降低，对外做功。
参见图2：当低温缸1的活塞由B端向A端运行时，把低温气体排向热交换器4的低温端口5，同时高温缸1活塞由A端向B端运行，吸入来自热交换器4高温端口9经加热的高温气体；气门9和气门14打开，气门8和气门15关闭，气体通过热交换器4和加热设备17进行加热，气体膨胀，压力升高，产生高压，对外做功。因为高温缸2的活塞面积大于低温缸1活塞面积，当低温缸1的活塞由B端向A端运行，高温缸2由A端向B端运行时体积增大。做功=(高温缸2活塞面积-低温缸1活塞面积) ×压力，就会成为图1的工作状态，如此循环下去。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明。
Claims (7)
1.一种自循环式节能温差发动机，其特征在于，包括设置在同一根曲轴上的低温缸（1）和高温缸（2），所述低温缸（1）的缸头分别设置排气管道（3）和进气管道（6），所述排气管道（3）连接热交换器（4）低温端口（5），所述进气管道（6）与热交换器（4）低温端口（7）连接，在所述低温缸（1）的缸头还设置分别控制排气管道（3）排气的气门（9）和控制进气管道（6）进气的气门（8）；
所述高温缸（2）的缸头分别设置排气管道（12）和进气管道（10），所述排气管道（12）连接热交换器（4）高温端口（13），所述进气管道（10）与热交换器（4）高温端口（11）连接，在所述高温缸（2）的缸头还设置分别控制排气管道（12）排气的气门（15）和控制进气管道（10）进气的气门（14）；
在所述热交换器（4）的低温端口（7）连接冷却器（16）的进气口,在所述热交换器（4）高温端口（11）处设置有加热设备（17）。
2.根据权利要求1所述的自循环式节能温差发动机，其特征在于：所述低温缸（1）和高温缸（2）内设有活塞组件，所述活塞组件包括活塞，活塞杆，活塞环，连接活塞和活塞杆的活塞销，所述活塞杆设置在所述曲轴上。
3.根据权利要求1所述的自循环式节能温差发动机，其特征在于：所述热交换器（4）为多层式嵌套热交换器：所述热交换器（4）设有低温端口和高温端口，低温端口为低温端上层管、低温端内层管由外到内设置的二层管结构；高温端口为高温端外层管、高温端内层管由外到内设置的二层管结构；高温端口分别通过排气管道（3）和进气管道（6）连接高温端外层管和高温端内层管的一端；低温端口为低温端外层管、低温端内层管由外到内设置的二层管结构；低温端口分别通过排气管道（12）和进气管道（10）连接低温端外层管和低温端内层管的一端。
4.根据权利要求3所述的自循环式节能温差发动机，其特征在于：所述低温端外层管和低温端内层管的另一端通过管路连通，所述连通低温端外层管与低温端内层管的管路与高温端内层管的另一端通过管路连通；
根据权利要求3所述的自循环式节能温差发动机，其特征在于：所述高温端外层管和高温端内层管的另一端通过管路连通，所述连通高温端外层管和高温端内层管的管路与低温端内层管的另一端通过管路连通。
5.根据权利要求1所述的自循环式节能温差发动机，其特征在于:所述高温缸（2）的活塞面积大于低温缸（1）活塞的面积。
6.根据权利要求1所述的自循环式节能温差发动机，其特征在于:所述冷却器（16）为管式冷却器。
7.根据权利要求1所述的自循环式节能温差发动机，其特征在于:所述加热设备（17）为循环加热器。
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