CN105840343B - 高效双活塞热气机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效双活塞热气机。它包括膨胀腔和压缩腔，膨胀腔和压缩腔之间通过回热器连通，膨胀腔内设置膨胀活塞，压缩腔内设置压缩活塞，膨胀活塞和压缩活塞分别和动力输出端连接，膨胀腔和压缩腔内分别具有加热沉孔和冷却沉孔，膨胀活塞内具有加热器封门，加热器封门安置腔内具有加热器压缩弹簧，压缩活塞内具有冷却器封门，冷却器封门安置腔内具有冷却器压缩弹簧，膨胀活塞和压缩活塞上分别设置有与回热器相通的柱面凹槽。采用上述的结构后，实现了加热做功时冷却器容积关闭，冷却压缩时，加热器容积关闭的目的，另外动力输出轴上的曲柄之间的相位角是可以进行微调，使发动机达到最佳工作状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种双活塞热气机，具体地说是一种高效双活塞热气机。
背景技术
在一定的工质压强，一定的冷热端温差的前提下影响热气机效能提升的主要因素有冷热端工质气流往返的热穿梭损失，无益容积损失，传统的加热器容积通过回热器容积和冷却器容积相互连通，也就是说在加热器加热膨胀腔内工质膨胀推动活塞做功的同时，另一部分高温工质气体通过回热器被冷却器中和冷却，白白浪费，主要的无益容积有加热器容积，回热器容积，冷却器容积之和，且工作全过程该无益容积不变。另外传统热气机动力输出轴上的曲柄之间的相位角是固定的，不便于进行角度微调，难以使发动机达到最佳工作状态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种加热做功时冷却器容积关闭，冷却压缩时，加热器容积关闭的高效双活塞热气机。
为了解决上述技术问题，本发明的高效双活塞热气机，包括具有加热器的膨胀腔和具有冷却器的压缩腔，膨胀腔和压缩腔之间通过回热器连通，膨胀腔内设置膨胀活塞，压缩腔内设置压缩活塞，膨胀活塞和压缩活塞分别和动力输出端连接，膨胀腔的端部具有均布设置的与膨胀活塞端面配合的加热沉孔，压缩腔的端部具有均布设置的与膨胀活塞端面配合的冷却沉孔，所述膨胀活塞包括膨胀活塞本体以及与膨胀活塞本体配合并能够作相对往复滑动的膨胀封门，膨胀活塞本体和膨胀封门之间设置有一号压缩弹簧，所述膨胀封门能够在膨胀活塞本体的往复运动作用下打开或封闭加热沉孔和膨胀腔之间的通道，所述压缩活塞包括压缩活塞本体以及与压缩活塞本体配合可作相对往复滑动的压缩封门，所述压缩活塞本体和压缩封门之间设置有二号压缩弹簧，所述压缩封门能够在压缩活塞本体的往复运动作用下打开或封闭冷却沉孔和压缩腔之间的通道。
所述膨胀活塞本体内具有膨胀封门安置腔，所述膨胀封门的一端安置在膨胀封门安置腔内，另外一端伸出到膨胀腔内，所述一号压缩弹簧安置在膨胀封门安置腔内并靠压在膨胀封门的底部，所述压缩活塞本体内具有压缩封门安置腔，所述压缩封门的一端安置在压缩封门安置腔内，另外一端伸出到压缩腔内，所述二号压缩弹簧安置在压缩封门安置腔内并靠压在压缩封门的底部，所述膨胀活塞本体和压缩活塞本体上还分别设置有与回热器相通的柱面凹槽。
所述膨胀活塞本体和压缩活塞本体上分别具有设置有活塞限位台阶，所述膨胀封门和压缩封门的底部分别设置有使其不能脱离各自安置腔的封门限位凸台。
所述膨胀封门和压缩封门均具有中心导孔，所述膨胀封门和压缩封门的底部均设置有轴承安置孔，膨胀封门和压缩封门的轴承安置孔内分别安置有直线轴承，所述膨胀封门安置腔和压缩封门安置腔的底部分别设置有导杆，所述导杆伸入到中心导孔内。
所述回热器的一端连接在膨胀腔的侧壁上，另外一端连接在压缩腔的侧壁上，所述膨胀腔的加热沉孔为热交换加热管，所述压缩腔的冷却沉孔为热交换冷却管。
所述膨胀腔的底部为膨胀平衡腔体，所述膨胀平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的膨胀平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中膨胀活塞工作的相位角成180度；压缩腔的底部为压缩平衡腔体，所述压缩平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的压缩平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中压缩活塞工作的相位角成180度。
所述膨胀平衡腔体和压缩平衡腔体的连接管之间连接一条连通管，所述连通管上分别经过一个气压平衡阀和两套所述高效双活塞热气机中的压缩腔的冷却端连通。
所述膨胀活塞和压缩活塞通过连杆机构连接两根曲柄轴上的曲柄，两根曲柄轴端分别固定连接齿轮，两齿轮之间通过动力输出齿轮轴相互啮合将动力输出。
所述膨胀活塞本体具有一个与膨胀腔内径配合的膨胀活塞密封柱面以及一段直径小于膨胀腔内径的膨胀活塞内柱面，所述膨胀封门具有与膨胀腔内径配合的膨胀封门外柱面以及与膨胀活塞内柱面配合的膨胀封门内柱面，所述一号压缩弹簧安置在膨胀活塞密封柱面与膨胀封门的端面之间，所述压缩活塞本体具有一个与压缩腔内径配合的压缩活塞密封柱面以及一段直径小于压缩腔内径的压缩活塞内柱面，所述压缩封门具有与压缩腔内径配合的压缩封门外柱面以及与压缩活塞内柱面配合的压缩封门内柱面，所述二号压缩弹簧安置在压缩活塞密封柱面与压缩封门的端面之间。
所述膨胀封门和压缩封门上分别具有设置有封门限位台阶，所述膨胀活塞本体和压缩活塞本体的底部分别设置有使其不能脱离各自封门内柱面的活塞限位凸台。
所述膨胀腔和压缩腔的端面之间设置有回热器通道，所述回热器安置在回热器通道内，所述加热沉孔位于膨胀腔一侧的回热器通道的外圆周上，所述冷却沉孔位于压缩腔一侧的回热器通道的外圆周上。
所述膨胀腔的上部为膨胀平衡腔体，所述膨胀平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的膨胀平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中膨胀活塞工作的相位角成180度；压缩腔的上部为压缩平衡腔体，所述压缩平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的压缩平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中压缩活塞工作的相位角成180度。
所述膨胀平衡腔体和压缩平衡腔体的连接管之间连接一条连通管，所述连通管上分别经过一个气压平衡阀和两套所述高效双活塞热气机中的压缩腔的冷却端连通。
所述膨胀活塞和压缩活塞通过连杆机构连接两根曲柄轴上的曲柄，两根曲柄轴端分别固定连接齿轮，两齿轮之间通过动力输出齿轮轴相互啮合将动力输出。
所述膨胀活塞本体和压缩活塞本体的底部均设置有流体通道，所述膨胀封门上设置有与流体通道配合的贯通孔，所述压缩封门上同样设置有与流体通道配合的贯通孔。
采用上述的结构后，由于设置的膨胀活塞，与膨胀活塞配合的加热器封门，压缩活塞，与压缩活塞配合的冷却器封门以及膨胀活塞和压缩活塞上分别设置的与回热器相通的柱面凹槽，由此实现了加热做功时冷却器容积关闭，冷却压缩时，加热器容积关闭的目的，另外动力输出轴上的曲柄之间的相位角是可以进行微调，使发动机达到最佳工作状态。
附图说明
图1为本发明实施例一结构示意图；
图2为本发明实施例二结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的高效双活塞热气机作进一步详细说明。
实施例一：
如图1所示，本发明的高效双活塞热气机，包括具有加热器1的膨胀腔2和具有冷却器3的压缩腔4，膨胀腔2和压缩腔4之间通过回热器5连通，膨胀腔2内设置膨胀活塞6，压缩腔4内设置压缩活塞7，膨胀活塞6和压缩活塞7分别和动力输出端连接，膨胀腔2的端部具有均布设置的与膨胀活塞端面配合的加热沉孔8，压缩腔4的端部具有均布设置的与膨胀活塞端面配合的冷却沉孔9，膨胀活塞6包括膨胀活塞本体10以及与膨胀活塞本体10配合并能够作相对往复滑动的膨胀封门11，膨胀活塞本体10和膨胀封门11之间设置有一号压缩弹簧12，膨胀封门11能够在膨胀活塞本体10的往复运动作用下打开或封闭加热沉孔8和膨胀腔2之间的通道，压缩活塞7包括压缩活塞本体13以及与压缩活塞本体配合可作相对往复滑动的压缩封门14，压缩活塞本体13和压缩封门14之间设置有二号压缩弹簧15，压缩封门14能够在压缩活塞本体的往复运动作用下打开或封闭冷却沉孔9和压缩腔4之间的通道；所说的膨胀活塞本体10内具有膨胀封门安置腔16，膨胀封门11的一端安置在膨胀封门安置腔16内，另外一端伸出到膨胀腔2内，一号压缩弹簧12安置在膨胀封门安置腔10内并靠压在膨胀封门的底部，所述压缩活塞本体13内具有压缩封门安置腔17，压缩封门14的一端安置在压缩封门安置腔17内，另外一端伸出到压缩腔内，二号压缩弹簧15安置在压缩封门安置腔13内并靠压在压缩封门的底部，所述膨胀活塞本体10和压缩活塞本体13上还分别设置有与回热器5相通的柱面凹槽，膨胀活塞本体10和压缩活塞本体13上分别具有设置有活塞限位台阶，所述膨胀封门11和压缩封门14的底部分别设置有使其不能脱离各自安置腔的封门限位凸台，膨胀封门11和压缩封门14均具有中心导孔，所述膨胀封门11和压缩封门14的底部均设置有轴承安置孔，膨胀封门11和压缩封门14的轴承安置孔内分别安置有直线轴承，所述膨胀封门安置腔16和压缩封门安置腔17的底部分别设置有导杆，所述导杆伸入到中心导孔内，回热器5的一端连接在膨胀腔2的侧壁上，另外一端连接在压缩腔4的侧壁上，所述膨胀腔的加热沉孔8为热交换加热管，所述压缩腔的冷却沉孔9为热交换冷却管。
进一步地，所说的膨胀腔2的底部为膨胀平衡腔体，膨胀平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的膨胀平衡腔体，两套高效双活塞热气机中膨胀活塞工作的相位角成180度；压缩腔4的底部为压缩平衡腔体，所述压缩平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的压缩平衡腔体，两套高效双活塞热气机中压缩活塞工作的相位角成180度，膨胀平衡腔体和压缩平衡腔体的连接管之间连接一条连通管，所述连通管上分别经过一个气压平衡阀和两套高效双活塞热气机中的压缩腔的冷却端连通，其中，膨胀活塞6和压缩活塞7通过连杆机构连接两根曲柄轴上的曲柄，两根曲柄轴端分别固定连接齿轮，两齿轮之间通过动力输出齿轮轴相互啮合将动力输出。
实施例二：
如图2所示，本发明的高效双活塞热气机，包括具有加热器1的膨胀腔2和具有冷却器3的压缩腔4，膨胀腔2和压缩腔4之间通过回热器5连通，膨胀腔2内设置膨胀活塞6，压缩腔4内设置压缩活塞7，膨胀活塞6和压缩活塞7分别和动力输出端连接，膨胀腔2的端部具有均布设置的与膨胀活塞端面配合的加热沉孔8，压缩腔4的端部具有均布设置的与膨胀活塞端面配合的冷却沉孔9，膨胀活塞6包括膨胀活塞本体10以及与膨胀活塞本体10配合并能够作相对往复滑动的膨胀封门11，膨胀活塞本体10和膨胀封门11之间设置有一号压缩弹簧12，膨胀封门11能够在膨胀活塞本体10的往复运动作用下打开或封闭加热沉孔8和膨胀腔2之间的通道，压缩活塞7包括压缩活塞本体13以及与压缩活塞本体配合可作相对往复滑动的压缩封门14，压缩活塞本体13和压缩封门14之间设置有二号压缩弹簧15，压缩封门14能够在压缩活塞本体的往复运动作用下打开或封闭冷却沉孔9和压缩腔4之间的通道；所说的膨胀活塞本体10具有一个与膨胀腔2内径配合的膨胀活塞密封柱面18以及一段直径小于膨胀腔内径的膨胀活塞内柱面19，膨胀封门11具有与膨胀腔2内径配合的膨胀封门外柱面20以及与膨胀活塞内柱面配合的膨胀封门内柱面21，一号压缩弹簧12安置在膨胀活塞密封柱面18与膨胀封门11的端面之间，压缩活塞本体13具有一个与压缩腔4内径配合的压缩活塞密封柱面22以及一段直径小于压缩腔内径的压缩活塞内柱面23，压缩封门14具有与压缩腔4内径配合的压缩封门外柱面24以及与压缩活塞内柱面配合的压缩封门内柱面25，二号压缩弹簧15安置在压缩活塞密封柱面22与压缩封门14的端面之间，膨胀封门11和压缩封门14上分别具有设置有封门限位台阶，所述膨胀活塞本体10和压缩活塞本体13的底部分别设置有使其不能脱离各自封门内柱面的活塞限位凸台，膨胀腔2和压缩腔4的端面之间设置有回热器通道，所述回热器安置在回热器通道内，加热沉孔8位于膨胀腔一侧的回热器通道的外圆周上，冷却沉孔9位于压缩腔一侧的回热器通道的外圆周上。
所说的膨胀活塞本体10和压缩活塞本体13的底部均设置有流体通道，膨胀封门11上设置有与流体通道配合的贯通孔，压缩封门14上同样设置有与流体通道配合的贯通孔。
进一步地，所说的膨胀腔2的上部为膨胀平衡腔体，膨胀平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的膨胀平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中膨胀活塞工作的相位角成180度；压缩腔4的上部为压缩平衡腔体，压缩平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的压缩平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中压缩活塞工作的相位角成180度，膨胀平衡腔体和压缩平衡腔体的连接管之间连接一条连通管，所述连通管上分别经过一个气压平衡阀和两套高效双活塞热气机中的压缩腔的冷却端连通，膨胀活塞6和压缩活塞7通过连杆机构连接两根曲柄轴上的曲柄，两根曲柄轴端分别固定连接齿轮，两齿轮之间通过动力输出齿轮轴相互啮合将动力输出。
Claims (15)
1.一种高效双活塞热气机，包括具有加热器（1）的膨胀腔（2）和具有冷却器（3）的压缩腔（4），所述膨胀腔（2）和压缩腔（4）之间通过回热器（5）连通，所述膨胀腔（2）内设置膨胀活塞（6），压缩腔（4）内设置压缩活塞（7），所述膨胀活塞（6）和压缩活塞（7）分别和动力输出端连接，其特征在于：所述膨胀腔（2）的端部具有与膨胀活塞端面配合的加热沉孔（8），所述压缩腔（4）的端部具有与膨胀活塞端面配合的冷却沉孔（9），所述膨胀活塞（6）包括膨胀活塞本体（10）以及与膨胀活塞本体（10）配合并能够作相对往复滑动的膨胀封门（11），所述膨胀活塞本体（10）和膨胀封门(11)之间设置有一号压缩弹簧(12)，所述膨胀封门(11)能够在膨胀活塞本体(10)的往复运动作用下打开或封闭加热沉孔（8）和膨胀腔（2）之间的通道，所述压缩活塞（7）包括压缩活塞本体（13）以及与压缩活塞本体配合可作相对往复滑动的压缩封门（14），所述压缩活塞本体（13）和压缩封门（14）之间设置有二号压缩弹簧（15），所述压缩封门（14）能够在压缩活塞本体的往复运动作用下打开或封闭冷却沉孔（9）和压缩腔（4）之间的通道。
2.按照权利要求1所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀活塞本体（10）内具有膨胀封门安置腔（16），所述膨胀封门(11)的一端安置在膨胀封门安置腔（16）内，另外一端伸出到膨胀腔（2）内，所述一号压缩弹簧(12)安置在膨胀封门安置腔（16）内并靠压在膨胀封门的底部，所述压缩活塞本体（13）内具有压缩封门安置腔（17），所述压缩封门（14）的一端安置在压缩封门安置腔（17）内，另外一端伸出到压缩腔内，所述二号压缩弹簧（15）安置在压缩封门安置腔（17）内并靠压在压缩封门的底部，所述膨胀活塞本体（10）和压缩活塞本体（13）上还分别设置有与回热器（5）相通的柱面凹槽。
3.按照权利要求2所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀活塞本体（10）和压缩活塞本体（13）上分别具有设置有活塞限位台阶，所述膨胀封门（11）和压缩封门（14）的底部分别设置有使其不能脱离各自安置腔的封门限位凸台。
4.按照权利要求2或3所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀封门（11）和压缩封门（14）均具有中心导孔，所述膨胀封门（11）和压缩封门（14）的底部均设置有轴承安置孔，膨胀封门（11）和压缩封门（14）的轴承安置孔内分别安置有直线轴承，所述膨胀封门安置腔（16）和压缩封门安置腔（17）的底部分别设置有导杆，所述导杆伸入到中心导孔内。
5.按照权利要求4所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述回热器（5）的一端连接在膨胀腔（2）的侧壁上，另外一端连接在压缩腔（4）的侧壁上，所述膨胀腔的加热沉孔（8）为热交换加热管，所述压缩腔的冷却沉孔（9）为热交换冷却管。
6.按照权利要求5所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀腔（2）的底部为膨胀平衡腔体，所述膨胀平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的膨胀平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中膨胀活塞工作的相位角成180度；压缩腔（4）的底部为压缩平衡腔体，所述压缩平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的压缩平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中压缩活塞工作的相位角成180度。
7.按照权利要求6所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀平衡腔体和压缩平衡腔体的连接管之间连接一条连通管，所述连通管上分别经过一个气压平衡阀和两套所述高效双活塞热气机中的压缩腔的冷却端连通。
8.按照权利要求7所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀活塞（6）和压缩活塞（7）通过连杆机构连接两根曲柄轴上的曲柄，两根曲柄轴端分别固定连接齿轮，两齿轮之间通过动力输出齿轮轴相互啮合将动力输出。
9.按照权利要求1所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀活塞本体（10）具有一个与膨胀腔（2）内径配合的膨胀活塞密封柱面（18）以及一段直径小于膨胀腔内径的膨胀活塞内柱面（19），所述膨胀封门(11)具有与膨胀腔（2）内径配合的膨胀封门外柱面(20)以及与膨胀活塞内柱面配合的膨胀封门内柱面（21），所述一号压缩弹簧(12)安置在膨胀活塞密封柱面（18）与膨胀封门(11)的端面之间，所述压缩活塞本体（13）具有一个与压缩腔（4）内径配合的压缩活塞密封柱面（22）以及一段直径小于压缩腔内径的压缩活塞内柱面（23），所述压缩封门（14）具有与压缩腔（4）内径配合的压缩封门外柱面(24)以及与压缩活塞内柱面配合的压缩封门内柱面（25），所述二号压缩弹簧（15）安置在压缩活塞密封柱面（22）与压缩封门（14）的端面之间。
10.按照权利要求9所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀封门(11)和压缩封门（14）上分别设置有封门限位台阶，所述膨胀活塞本体（10）和压缩活塞本体（13）的底部分别设置有使其不能脱离各自封门内柱面的活塞限位凸台。
11.按照权利要求9或10所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀腔（2）和压缩腔（4）的端面之间设置有回热器通道，所述回热器安置在回热器通道内，所述加热沉孔（8）位于膨胀腔一侧的回热器通道的外圆周上，所述冷却沉孔（9）位于压缩腔一侧的回热器通道的外圆周上。
12.按照权利要求11所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀腔（2）的上部为膨胀平衡腔体，所述膨胀平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的膨胀平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中膨胀活塞工作的相位角成180度；压缩腔（4）的上部为压缩平衡腔体，所述压缩平衡腔体通过连接管连接另外一套高效双活塞热气机的压缩平衡腔体，两套所述高效双活塞热气机中压缩活塞工作的相位角成180度。
13.按照权利要求12所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀平衡腔体和压缩平衡腔体的连接管之间连接一条连通管，所述连通管上分别经过一个气压平衡阀和两套所述高效双活塞热气机中的压缩腔的冷却端连通。
14.按照权利要求13所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀活塞（6）和压缩活塞（7）通过连杆机构连接两根曲柄轴上的曲柄，两根曲柄轴端分别固定连接齿轮，两齿轮之间通过动力输出齿轮轴相互啮合将动力输出。
15.按照权利要求14所述的高效双活塞热气机，其特征在于：所述膨胀活塞本体（10）和压缩活塞本体（13）的底部均设置有流体通道，所述膨胀封门(11)上设置有与流体通道配合的贯通孔，所述压缩封门（14）上同样设置有与流体通道配合的贯通孔。
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