CN107524544A - 梁氏季差转子外燃机 - Google Patents
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Abstract
梁氏季差转子外燃机，属于机械技术领域。结构包括：季差腔体构件、变速器及转子组件；基本工作原理：当工作室构造体的工作室转动到由透明区域与吸热隔热体所夹的高温季节区时，工作室内的气体受热膨胀，推动活塞沿着气缸向轴心方向运动，同时通过曲轴、连杆机构驱动变速器(23)的输入轴(24)转动，使得其输出轴(25)带动工作室构造体整体转动；当转动90度时，气体的工作室又回到了下一个高温季节区(15)状态，周而复始；变速器可以使用行星齿轮、少齿差变速器，要求外形匹配；体积小、重量轻，可以提高效率2‑3倍。
Description
所属领域：
本发明属于机械领域，具体的讲：是一种改进型的密闭工作物质外燃机的结构性技术。
背景技术：
150年来，尤其在1900-1990年代，美国、欧洲、日本及中国为代表的部分科研机构仍然进行了外燃机技术之探索，未获重大进展，应用稀有！1816年9月27日，罗伯特·斯特林向在苏格兰爱丁堡的大法官法庭申请了一项关于他开发的节能装置的专利。就职业而言，罗伯特·斯特林事实上是苏格兰教会的会长，并且他直到86岁高龄依旧在为大家提供服务。但是他在空闲时间于自己开设的工场内开发热机。罗德·开尔文在他的一些大学课堂上使用其中一种热机模型授课。这种发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林(RobertStirling)于1816年发明的，所以命名为“斯特林发动机”(Stirling engine)。斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特灵发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。由于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，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。但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、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。所以，还不能成为大批量使用的发动机。
由于与内燃机在体积，效率等很多方面无法竞争，目前外燃机的应用很少。
技术方案：
本发明的目的就在于解决已有技术的不足之处：解决外燃机的效率及功率密度问题。
本机的基本构造为：
转子组件(1)包含加工在圆饼状柱体上工作室构造体(6)、径向排列的且连通工作室(40)空间与过孔1(9)的气缸(4)、端面密封圈(5)、曲轴(7)、活塞(2)、连杆(3)。
变速器(23)放置在变速器容腔(8)内，其输入轴(24)与曲轴(7)的曲柄刚性连接，其输出轴(25)与工作室构造体(6)中的变速器容腔(8)的柱面无滑动紧配和在一起，其定轴(26)与季差腔体(10)的过孔2(17)紧配合；在选配变速器是需要满足：输入轴转速与输出轴转速比成减速关系，减速比等于，的季节的周期个数；减速比：(输入、输出轴的相对转动方向)相向减速的情况下为季节周期数减1；同向减速的情况下为季节周期数加1；变速器可以使用行星齿轮、少齿差等变速器，要求外形匹配。
季差腔体构件是一个容腔为圆柱状的腔体，内部构造分为：高温季节区(15)及低温季节热导体区(13)；高温季节区是给工作室气体加温的区域，由该圆柱状的腔体上的上、下及内柱面区域表面的扇形及近矩形的面元供热，材料或涂层是以导光、蓄热及隔热材料为主体；低温季节热导体区是给工作室气体降温的区域，由该圆柱状的腔体上的上、下及内柱面区域表面的扇形及近矩形的面元提供散热，是以金属材料为主体，并导热延伸到腔体外部，可以连接诸如热管及散热器件；低温季节热导体区是与高温季节区(15)相邻，交替排布；整个季差腔体内部表面平整光滑，适用于转子组件的转动。
工作原理：本结构是以光源热能为动力的外燃机，往往是将阳光聚光后照射到工作室(40)，由整流反光罩来整形光场；或直接热源向腔体内表面传递热量。
以下重点介绍光热源情况。当工作室构造体(6)的工作室(40)转动到由透明区域(11)与吸热隔热体(12)所夹的高温季节区(15)时，工作室(40)内的气体受热膨胀，推动活塞(2)沿着气缸(4)向轴心方向运动，同时通过曲轴(7)、连杆(3)机构驱动变速器(23)的输入轴(24)转动，使得其输出轴(25)带动工作室构造体(6)整体转动；当转动90度时，气体的工作室(40)又回到了高温季节区(15)状态，周而复始。需要说明，当气体的工作室(40)位于45度角度的位置附近情况下，处于低温季节热导体区(13)状态，气体被冷却，收缩同样在活塞的回程推动活塞作功。轴密封圈(14)起到密封工作室构造体及季差腔体的作用，是在季差腔体的工作室(40)以外的空间内注入高压气体，该气体压力是工作室(40)气体压力的中间值，有利于提高整机的比功率密度。
进一步：端面密封圈(5)的作用是密封工作室构造体(6)的各个工作室(40)，工作室(40)的数量取决于季差腔体(10)的季节的周期个数，可以相同也可以不同，一般是比季差腔体(10)的季节的周期个数少一个为宜；这样各工作室(40)的5个气缸轮流工作，力矩的输出比较平稳，或是：少或多1-3个为宜。
进一步：搅拌器(27)的作用是，使得内的气体流动，快速吸收或释放热量；丝杠(29)在活塞的约束下只能定轴转动(例如：通过嵌入活塞的轴承孔中)，随着活塞的平移，丝杠(29)在固定在工作室构造体(6)壁上的丝缸姆(28)中的来回运动将使丝杠(29)带动搅拌叶片(30)转动，达到搅拌空气的目的。
进一步：整流反光罩(31)的作用是使得，强光线选择性进入工作室构造体(6)内部，反射面(32)位于低温季节热导体区(13)的前方，恰好遮挡了光线，又把所遮挡的大部分光反射进邻近的高温季节区(15)，隔热层(33)的作用是使得热量更少的进入低温季节热导体区(13)；也就是为了提高效率，除了直射光线(34)进入外，反射光线(35)也能进入。
本技术带来的有益效果：吸热及放热的可控性好，高的工作介质压力使得比功率提升巨大，体积小及效率高。
附图说明：
图1转子组件的装配及构造示意图
图2季差腔体与转子组件的装配关系示意图
图3梁氏季差转子外燃机装配完成示意图
标号说明：
1 转子组件
2 活塞
3 连杆
4 气缸
5 端面密封圈
6 工作室构造体
7 曲轴
8 变速器容腔
9 过孔1
40 工作室
10 季差腔体
11 透明区域
12 吸热隔热体
13 低温季节热导体区
14 轴密封圈
15 高温季节区
16 散热片
17 过孔2
20 整流导光板
21 阻光反光部位
22 隔热层
23 变速器
24 输入轴
25 输出轴
26 定轴
27 搅拌器
28 丝缸姆
29 丝杠
30 搅拌叶片
31 整流反光罩
32 反射面
33 隔热层
34 直射光线
35 反射光线
实施例证：
以下结合附图就较佳实施例对本发明作进一步说明：
如图1、图2所示：
工作原理：本结构是以光源热能为动力的外燃机，往往是将阳光聚光后照射到工作室(40)，由整流反光罩来整形光场。
当工作室构造体(6)的工作室(40)转动到由透明区域(11)与吸热隔热体(12)所夹的高温季节区(15)时，工作室(40)内的气体受热膨胀，推动活塞(2)沿着气缸(4)向轴心方向运动，同时通过曲轴(7)、连杆(3)机构驱动变速器(23)的输入轴(24)转动，使得其输出轴(25)带动工作室构造体(6)整体转动；当转动90度时，气体的工作室(40)又回到了高温季节区(15)状态，周而复始。
需要说明，当气体的工作室(40)位于45度角度的位置附近情况下，处于低温季节热导体区(13)状态，气体被冷却，收缩同样在活塞的回程推动活塞作功。
转子组件(1)包含加工在圆饼状柱体上工作室构造体(6)、径向排列的且连通工作室(40)空间与过孔1(9)的气缸(4)、端面密封圈(5)、曲轴(7)、活塞(2)、连杆(3)。
变速器(23)放置在变速器容腔(8)内，其输入轴(24)与曲轴(7)的曲柄刚性连接，其输出轴(25)与工作室构造体(6)中的变速器容腔(8)的柱面无滑动紧配和在一起，其定轴(26)与季差腔体(10)的过孔2(17)紧配合；在选配变速器是需要满足：输入轴转速与输出轴转速比成减速关系，减速比等于，的季节的周期个数(本图为4个季节周期，考虑相对运动的特点：减速比：转速相向的减速情况下为3：1；同向减速的情况下为5：1，比值是周期个数加1或减1)；变速器可以使用行星齿轮、少齿差等变速器，要求外形匹配。
端面密封圈(5)的作用是密封工作室构造体(6)的各个工作室(40)，工作室(40)的数量取决于季差腔体(10)的季节的周期个数，可以相同也可以不同，一般是比季差腔体(10)的季节的周期个数少一个为宜；这样各工作室(40)的5个气缸轮流工作，力矩的输出比较平稳。
轴密封圈(14)起到密封工作室构造体及季差腔体的作用，是在季差腔体的工作室(40)以外的空间内注入高压气体，该气体压力是工作室(40)气体压力的中间值，有利于提高整机的比功率密度。
搅拌器(27)的作用是，使得内的气体流动，快速吸收或释放热量；丝杠(29)在活塞的约束下只能定轴转动(例如：通过嵌入活塞的轴承孔中)，随着活塞的平移，丝杠(29)在固定在工作室构造体(6)壁上的丝缸姆(28)中的来回运动将使丝杠(29)带动搅拌叶片(30)转动，达到搅拌空气的目的。
整流反光罩(31)的作用是使得，强光线选择性进入工作室构造体(6)内部，反射面(32)位于低温季节热导体区(13)的前方，恰好遮挡了光线，又把所遮挡的大部分光反射进邻近的高温季节区(15)，隔热层(33)的作用是使得热量更少的进入低温季节热导体区(13)；也就是为了提高效率，除了直射光线(34)进入外，反射光线(35)也能进入。
图中的工作室构造体(6)及季差腔体被使用为透明的方式表达，有利于理解构造。
如图3所示：
散热片(16)安装在阳光照射不到的一侧，以便于更好的散热，图中为了表达明晰起见，没有与工作室构造体(6)贴紧，正好在阳光的聚光所照射不到的背面。
当聚集的阳光照射到整流反光罩(31)时，直射光线(34)与来自反射面(32)的反射光线(35)都射入工作室构造体(6)的透明区域(11)，而进入内部。
从工程的角度而言，季差腔体是被加工成2体，甚至更多，以便转子组件(1)被装入季差腔体的内部，曲轴(7)作为动力输出轴，伸出外部；季差腔体被使用为透明的方式表达，有利于理解构造。
在使用密封圈(14)的轴孔处，也需要使用轴承。
Claims (4)
1.梁氏季差转子外燃机，结构包括：季差腔体构件、变速器及转子组件；基本工作原理以光源热能为动力的情况：是将阳光聚光后照射到工作室(40)，由整流反光罩来整形光场；或直接热源向腔体内表面传递热量，当工作室构造体的工作室转动到由透明区域与吸热隔热体所夹的高温季节区时，工作室内的气体受热膨胀，推动活塞沿着气缸向轴心方向运动，同时通过曲轴、连杆机构驱动变速器(23)的输入轴(24)转动，使得其输出轴(25)带动工作室构造体整体转动；当转动90度时，气体的工作室又回到了下一个高温季节区(15)状态，周而复始；需要说明，当气体的工作室位于45度角度的位置附近情况下，处于低温季节热导体区(13)状态，气体被冷却，收缩同样在活塞的回程推动活塞作功；轴密封圈起到密封工作室构造体及季差腔体的作用，允许工作室以外的空间内注入高压气体，该气体压力是工作室气体压力的中间值，有利于提高整机的比功率密度；其特征就在于：转子组件(1)包含加工在圆饼状柱体上工作室构造体(6)、径向排列的且连通工作室空间与过孔1(9)的气缸(4)、端面密封圈(5)、曲轴(7)、活塞(2)、连杆(3)；变速器(23)放置在变速器容腔(8)内，其输入轴(24)与曲轴(7)的曲柄刚性连接，其输出轴(25)与工作室构造体(6)中的变速器容腔(8)的柱面无滑动紧配和在一起，其定轴(26)与季差腔体(10)的过孔2(17)紧配合；在选配变速器是需要满足：输入轴转速与输出轴转速比成减速关系，减速比等于，的季节的周期个数；减速比：相向减速的情况下为季节周期数减1；同向减速的情况下为季节周期数加1；变速器可以使用行星齿轮、少齿差变速器，要求外形匹配；季差腔体构件是一个容腔为圆柱状的腔体，内部构造分为：高温季节区(15)及低温季节热导体区(13)；高温季节区是给工作室气体加温的区域，由该圆柱状的腔体上的上、下及内柱面区域表面的扇形及近矩形的面元供热，材料或涂层是以导光、蓄热及隔热材料为主体；低温季节热导体区是给工作室气体降温的区域，由该圆柱状的腔体上的上、下及内柱面区域表面的扇形及近矩形的面元提供散热，是以金属材料为主体，并导热延伸到腔体外部，可以连接诸如热管及散热器件；低温季节热导体区是与高温季节区(15)相邻，交替排布；整个季差腔体内部表面平整光滑，适用于转子组件的转动。
2.根据权利要求1所述的梁氏季差转子外燃机，其特征在于:所述端面密封圈(5)的作用是密封工作室构造体的各个工作室；工作室的数量取决于季差腔体的季节的周期个数或比季差腔体(10)的季节的周期个数少或多1-3个为宜。
3.根据权利要求1所述的梁氏季差转子外燃机，其特征在于:所述工作室空间要保持空气的自然流动或加装搅拌器(27)强制流动，随着活塞的平移，丝杠(29)在固定在工作室构造体壁上的丝缸姆(28)中的来回运动将使丝杠(29)带动搅拌叶片(30)转动。
4.根据权利要求1所述的梁氏季差转子外燃机，其特征在于:所述在光源热能工作下，使得阳光直射季差腔体构件的表面或加装整流反光罩(31)，其作用是使得，强光线选择性进入工作室构造体(6)内部，反射面(32)位于低温季节热导体区(13)的前方，恰好遮挡了光线，又把所遮挡的大部分光反射进邻近的高温季节区(15)，隔热层(33)的作用是使得热量更少的进入低温季节热导体区(13)；也就是为了提高效率，除了直射光线(34)进入外，反射光线(35)也能进入。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20171229 |