CN1160819A - 温差发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效率地利用太阳光、地热、液固气燃料及可再生的酸碱稀释等多种热源工作的温差发动机，由汽缸主体、做功活塞传动主体、无阻力冷凝箱、热传导装置组成，易汽化且易液化的乙醚、1-戊烯、1-丁炔等储存于冷凝箱中，发动机汽缸底上装有吸热元件(87)或特殊结构透光器(66)。本发明介质能循环使用，无污染，利用热源广，结构简单，节能效果好。

Description

温差发动机

本发明涉及一种发动机，特别是一种利用液汽固体燃料、太阳能、酸碱稀释等热源的温差发动机。

现有的发动机种类较多，但大都利用的热源太窄，使用燃料单一，如汽油机不能使用柴油，更不能利用廉价的地热、太阳光、化学反应热源等。并且热量利用率低，其工作介质不能循环使用，恶化生态环境。中国专利公开的一种柴草内燃机(申请号88109113.8)，即明显存在上述缺点。江西省本城矿务局李同强发明的一种温差发动机(申请号90106729.6)，是利用温差使冷剂产生压力差而使发动机活塞运动，工质能反单循环使用，但所存在热源和工质单一的缺点。实用新型太阳能温差发电装置(专利号93110911.6)仅限利用太阳能这一单一热源。

本发明的目的在于提供一种利用液固汽体燃料、太阳光、化学反应热等多种热源的温差发动机。

为实现上述目的，本发明的实施方案为：本发明具有转动主体、汽缸主体做功活塞、冷凝装置、热源导热装置，其不同之处在于其热源导热装置因热源的不同分为传导热源装置和幅射热源装置两种。当使用液固汽体燃料为热源时，其采用传导热源系统，主要是一个燃烧炉，汽缸底的吸热元件伸入热源炉中，炉内有炉桥、燃烧池或者与涂石黑的汽缸底连接的酸碱稀释石黑放热池，炉壁外有磁探风门和液体燃料磁控阀门及固态燃料自动送料斗。当使用地热、太阳能为热源时，采用幅射热源系统，主要包括由高硼硅特硬环璃做成的透光器、加固杠和磁控遮光器。

该发明的冷凝装置是一个特殊结构的无阻力冷凝箱。利用两种直径不同的小铝管或小铜管套合在一起，并把多个套管并流式汇合焊接成一个箱式的冷凝部件，在套管上拦腰打一个孔，此孔与套管内管腔相通，形成四通，在冷凝箱的一个主管上安一个呼吸活塞，其作用是吸液时，大气压可以作用活塞容易吸液，活塞内缩下降，可以避免把空气吸进介质液里，排蒸汽时，活塞受胀力上升，发动机排汽受到的阻力小。

发动机工作时，发动机汽缸从冷凝箱中吸入易汽化且易液化的乙醚、1-戊烯或1-T炔等低沸点液态物质，经热源系统传热，产生高压介质蒸汽推动活塞，通过连杆使曲轴转动，曲轴的一端通过间歇传动机构与负载轴相联接，另一端配有小发电机、凸轮机构箱和惯性飞轮。

本发明按四个过程工作，1/2冲程吸液、1/3冲程做功，1/6冲程产生惯性，1冲程排汽。吸液是要吸入低沸点的液体介质，这种液体介质储存于处于低温环境的冷凝箱中。如热天，可将凝箱置于地下，将凝箱平仰放置掩上洼泥，或者把冷凝箱平仰放入水中，冷凝箱的连接主管及呼吸活塞露出地面(或水面)，呼吸活塞稍高于发动机的吸液排汽位置，让介质液充满冷凝箱主管。也可以把冷凝箱竖立放在水槽上，汽缸使用与沸点环境气温相近的乙醚作工作介质，用水泵从水槽中抽水淋在冷凝箱有四通孔的散热套管上，水能流进四通孔里，到达较好冷凝效果。传导热源系统供热的，由于是快速吸液，所用时间很短，液体介质来不及进行对流吸热，可以看作近乎是饱热过程。用辐射热源系统供热的，光能很快达到整个汽缺空间，在吸液时，遮光器在电磁力作用下遮住汽缸，以免先吸进的液体受热膨胀占体积影响后面的吸液，使汽缸能多吸一些低沸点液体介质。吸液时，负载间歇传动机构处于脱离负载。吸液未，负载接合，有遮光器的，此时遮光器立即张开，进入做功冲程，汽缸内液体在热传递下受热化膨胀，同时使飞轮储存惯性动能，活塞在惯性动能的驱使下，向汽缸底部运动，把已汽化温度高的乙醚等介质蒸汽排出汽缸外进入冷凝箱。排汽冲程末，进液门打开，又开始新的吸液过程，每一循环，活塞往复一次。利用液固汽燃料作热源的，通过双金属片温控器控制磁控阀门或风门来控制燃料的用量或氧气量自动控制温度。利用太阳光等获取能源的，活塞底表面涂成黑色，汽缸壳可用玻璃纤维增强可耐高温的热固性塑料即厚玻璃钢做成，金属缸套，活塞底充当集热箱的吸热元件。

本发明因为是采用传导和幅射两种热传递方式从汽缸外部给汽缸内的易汽化的乙醚等低沸点液体物质加热，液体汽化膨胀做功，因此容易利用各种形式的热源。对燃料热源产生方式没有特殊要求，不象柴油机等需要间隙性与冲程运动同步地向汽缸内的高温空气喷液体油料燃烧提供热源，使热源的种类受到限制，而且结构简单造价低，活塞推动力大。由于汽缸底部的许多圆锥谷凹陷吸热元件使汽缸具有极大的热交换面积，介质液汽化得快，发动机起动快。同时又保留了柴油机等利用飞轮储存动能的性质，使本发明能自动吸液、排汽，提供机构能连续工作，工作介质冷凝后重新利用，发动机体积小、轻便。本发明的冷凝箱由于具有并流式套管夹层冷凝及呼吸活塞，使介质散热冷凝极快，使发动机吸液、排汽容易，比已有的螺旋独管式冷凝器所受阻力小得多，又可避免空气混进介质里，造成加热时燃烧。同时，又降低了冷凝箱的材料抗压强度要求，降低了材料成本。本发明根据冷凝箱所处的环境温度选用不同的低沸点介质容易汽化，能高效率利用廉价的太阳光和地热能源。由于本发明采用了集热箱，用绝热材料及其主措施保温，并采用低温供热释能方式并通过双金属片、磁控阀门和风门进行控制，减少了热损失，提高了节能效果。利用配上发电机的本发明获取廉价电能，与硅光电池获得同等电能相比，所花代价要低得多。因此，本发明不仅能使用液固体燃料，而且容易实现大规模地利用太阳能。

本发明的具体结构由以上的附图及实施例结出。

图1是利用燃料和地热工作的本发明复合剖主视图

图2是B-B局剖图

图3是A向(俯视)图

图4是C-C局剖图

图5是D-D阶梯剖图

图6是E-E剖图

图7是F-F剖图

图8是H向左视图

图9是G-G剖图

图10是I-I剖图

图11是固态粉末燃料自动送料部件示意图

图12是利用太阳光工作的本发动机主视图

图13是利用太阳光工作的本发动机俯视图

图14是利用自然冷区域冷却工作介质的冷凝箱示意图

图15是本发动机电路图

如图1所示，该温差发动机具有一个圆柱形气缸主体，该气缸主体包括缸壳(1)、缸套(2)及保温绝热材料层，气缸内有一个能上下滑动的圆柱形活塞(9)，活塞(9)通过连杆(10)与曲轴板座(7)中的曲轴(16)连接，曲轴座(7)由两块厚板架合拢组成，曲轴(16)通过圆柱滚子轴承与曲轴座(7)配合在一起。曲轴(16)的一端有一个间歇传动机构，该间歇传动机构的主动传动块(6)套在曲轴(16)圆柱形的轴头上，传动块(6)的一端有牙齿，用螺冒把曲轴(6)的轴头与传动块(6)的牙齿部分栓紧固定，防止轴向移动。结合图2，间歇传动机构的从动传动块(4)与从动轴连成一体，从动传动块(4)一端有经向弹簧耳(83)，弹簧(81)的一端挂在此耳上，另一端挂在板座(7)上的凸耳(82)上，在从动块(4)的接触边上粘有一减振橡皮。(42)是板座(7)上阻档从动块(4)的凸出阻档墩，焊在板座(7)上。处于曲轴(16)下的板座(7)上有一个轴承座头，内有向心球轴承，与从动块(4)连为一体的从动轴的一端肩抵住轴承内圈。结合图(8)，从动块(4)的从动轴的另一端是定向离合器(3)。曲轴(16)的另一端有小发电机(17)，定子固定在曲轴板座(7)上，永磁体转子固定在曲轴(16)上。(20)是紧挨发电机的发动机吸液、排汽凸轮机构箱，箱的上端开口，曲轴从箱的两壁穿上，飞轮(19)套在曲轴轴头上，轴头有一外螺纹段，螺冒套简(21)旋套固紧飞轮于轴头上，防止飞轮轴向滑脱。螺冒套筒又是摇棒嘴，上有两个相对的缺口，供人力起动发动机。(26)是缸壳外壁上的进液湾管头，与之相邻还有一个排汽弯管头，减磨套(25)下端头有“Y”形密封圈(26)，进液门、排汽门口处有硅橡胶门垫(29)，门垫(29)外壁有锯齿形墩环沿，进液及排汽门盖呈喇叭状，喇叭中央填涂绝热材料层，外包一层不锈钢外层。(27)是进液弯管头(26)内的一段保温隔热层，有两层，外层为石棉等绝热层，里层为塑料，通过螺钉固定在进液弯管头(16)内，从吸液门口插入管头(26)内后固定，进液管头(26)外壁上涂有保温粉末。结合图4，(55)是连接进液弯管头(26)的输液管，外包有保温材料。

结合图1、图4、图5所示，凸轮箱(20)底部的横向弧形脚通过螺栓固定在缸壳(1)的汽门套的平墩上，凸轮机构箱(20)内有一吸液凸轮轴(46)与曲轴平行，它的一端与向心球滚动轴承配合也伸入右箱壁的另一凸出轴套座中，另一端与向心球轴承配合伸入左箱壁的轴套座中，轴孔不打穿，留有一溥壁，成为轴承端盖，以免箱内的润滑油漏进活塞中。(47)是凸轮轴上的传动齿轮，它的轮齿数与箱内曲轴上的传动齿轮(44)的轮齿数相等并与之吻合。凸轮轴(46)上有一吸液凸轮(48)，其凸起部分占1/4圆周，实现1/2冲程吸气。与吸液凸轮(47)相对的排汽凸轮轴(58)上的排汽凸轮(57)的凸起部分占1/2圆周，实现一个全冲程排汽，排汽凸轮(57)的传动齿轮(56)与吸液传动齿轮相同。在凸轮下有顶压凸轮的上下滑块部件(53)，上滑块的顶面是平面，是凸轮机构的平底从动件。距离调节大齿轮(51)上的伸缩螺桩头旋入上滑件中，齿轮(51)下有一截圆柱桩头插入下滑块的圆周孔里与汽门杆头顶接触，与调节小齿轮连成一体的柱销(52)上端开槽，伸插入在上滑块的柱形孔里，柱销小齿轮与大齿轮(51)吻合，柱销(52)齿轮下的桩头伸入在下滑块的柱形孔里。下滑块外凸部分上的螺钉(50)与不转垫一起旋压固定大齿轮(51)，防止大齿轮自由转动。(54)是抵档滑块的导向边，滑块(53)下是一个弹簧机构。处于凸轮箱(20)下部中央有一个滑动的电路开关机构，(49)是开关机构的传动齿轮，其齿轮数与曲轴(43)上的齿轮数相等并与之吻合。传动齿轮(49)的小短轴内有方形孔，内有带球面冒方柱塞头，短轴一端伸入在左箱壁中的轴孔里，轴孔不打穿，留有溥壁，小短轴的另一端伸入箱内凸出的轴套筒头中。(22)是固定在套筒处箱壁中的电路塑料盖，盖内有凸出环，占圆周3/4的铜质圆环盖环中，用万能胶粘固在电路盖(22)内壁上，外焊导线，铜质圆片处于铜环中央，胶粘在盖(22)壁上，外焊导线，半月形铜质导通桥块(23)的一端抵压在圆周片上，另一端抵压在铜质圆环上。(24)是柱敦形塑料载桥头，处于盖环内，载桥头(24)端开槽，导通桥块(23)处于槽中，载桥头(24)另一端上的方形柱桩伸入小短轴内，短轴内有弹簧弹压载桥头(24)柱桩。

如图1和图3所示，(15)是罩在发动机整个转动主体上的座罩，罩座(15)下端外壁有横向环边，与缸壳(1)上端的外缘边叠合，螺栓使座罩(15)和缸壳(1)固定连接在一起。座罩(15)是两处弦切壁，在弦切壁上端有稳度脚，稳度脚下有支承肋板。(18)是装在肋板上的塑料电路盒，内有电路板，电路板上有电容器、整流二板管及接线柱。小铅蓄电池(5)通过螺栓固定在另一弦切壁上，此弦切壁直缘边中间部分演变成定向离合器(3)的轴承盖座，左弦的壁下端是横伸的凸轮箱(20)盖板，凸轮箱(20)与盖板用螺栓连接固紧。凸轮箱(20)上端缘与盖板缘边间有密封橡胶垫，盖板上有两个处于箱内滑块(53)调节螺钉上方的圆周孔窗，用塞子(45)旋塞着。调节时旋开塞子，润滑油从此倒入凸轮箱(20)内。(8)是座罩顶上的油孔塞，油孔塞(8)下有链子油标，外套一段硬管，防止曲轴转动时缠住链子。

如图1所示的本发动机活塞(9)，其外壁有两道汽环，上汽环(14)分为内外两层，外层为金属环，内层为硅橡胶环，下汽环圈(II)也分为内外两层，内层为硅橡胶环，外层由两个上下重叠在一起的金属环组成，两金属环的接头处错开叠合。活塞(9)壁上有许多向心油孔，活塞内有格子状纵横增强板(图6所示)。活塞(9)有双层底，上层底与活塞壁、增强板连在一起，下层底(13)为可拆底。两层底通过螺栓固定在一起，其间填充保温绝垫材料(12)，两底缘边有环状隔热纸垫，活塞中有润滑油液。当发动机利用燃料工作时，活塞(9)下底层(13)外表面有许多圆锥峰凸起(13′)，圆周锥峰凸起(13′)与传导汽缸上的圆周锥凹陷(30′)相吻合。当利用太阳光工作时，其活塞(9)底外表面有许多球面凹坑，球面凹坑与透光器(66)上的球面凸起相吻合。

图14是本发动的冷凝箱(79)，它是先由两种直径不同的小铝管或铜管套合成套管，再由多个套管焊接而成一个箱式冷凝装置，在套管上拦腰打一个孔，此孔与套管内管腔相通，形成四勇。在套管夹层间隙有介质液，这种介质液可以是乙醚或1-戊烯或1-丁炔。在冷凝箱(79)的一个主管上安有一呼吸活塞(79)，另一主管(84)与进液弯管(26)相连。

图1所示的是利用燃料、地热和化学反应热工作的本发明复合剖主视图，其传导热源装置主要是一个热源炉(38)，热源炉(38)上端外有环边，进液排汽门下的汽缸底部的吸热元件伸入上端开口的热源炉中，热源炉上端外有环边，进液排汽门下的热源炉(38)没有环边，成为缺口，用螺栓把缸壳(1)下端外缘边和热源炉(38)端环边栓接起来，使汽缸主体和热源炉(38)固定在一起。在炉(38)中有一个双金属片温控触头电路开关(36)，横伸入炉内吸热元件中，固定在热源炉(38)壁上，双金属片用两个螺销对顶固定在开关盒中。也可把双金属片及其保炉盆做成圆周弧形，固定在炉(38)内壁上，不伸入吸热元件中。双金属片的一端是导通触头，触点在盒壁上，通过调节对顶螺销可调节温度控制范围。热源炉(38)壁外有铁心绒圈(41)、剪形板条架(40)、档风门叶(37)组成的磁控风门。结合图8，在炉壁外还有一个磁控阀门(84)，控制液体或气体物质的流量，安有手控阀门开关(61)的金属硬管一端接在磁控阀门(84)的入口处，输出皮轮管(85)一端接在磁控阀门(84)的出口上，另一端接在浮块式自动堵流盒(63)上。堵流盒(63)通过连接管与热源炉(38)内的燃烧池(34)或封闭石黑池固定在一起，堵流盒(63)中有一顶为圆锥形的浮块(64)。堵流盒(63)与燃烧池是一个连通器，堵流盒内的浮块边有两个油孔缺口。浮块下面有三个小脚使浮块(64)与堵流盒(63)底面有空隙，便于放油。

结合图10，堵流盒(63)处又是固体燃料入口，(65)是入口的档板，堵流盒(63)连接管穿过档板(65)。当使用固态燃料时，折去燃烧池(34)和堵流盒(63)，让固态燃料在炉桥(35)上燃烧，在燃烧炉(38)外有堵流盒处一个如图11所示的自动送料斗。

使用酸碱稀释等化学反应热源时，其燃烧池(34)部分是一个封闭的石黑放热池。

图12是利用太阳光工作的本发动机主视图。折去金属气缸底及热源炉部分，把发动机倒立，安装一块由高硼硅特硬玻璃做成的透光器(66)，通过螺栓固定在缸壳下端内壁环槽的槽底上，代替汽缸底。透光器中有蜂窝状夹层，夹层内的蜂窝状小室内抽成真空，防止空气对流散热，小室窗显球面形外凸。透光器上有遮光器(68)，遮光器支承架(67)环状脚上的两根加固杠(77)槽压在透光器上，支承臂(67)的另一端头上有一竖立的短轴，下端焊紧在支承臂(67)上，板剪臂(70)的支点轴孔套在竖立轴上，弹性钢丝(69)中部穿在短轴上端的横孔里，钢丝两端头分别在板剪臂(70)端头的孔里。(76)是遮光器的黑色遮光叶，遮光叶骨壁内含薄金属管，外包一层黑色塑料，骨壁的另一端插套在板剪臂(70)一端的圆柱桩头上，板剪臂另一端垂直焊接有小圆周铁板。(71)是支承臂(67)端头上铁心线圈(72)的电源导线，当凸轮箱(20)中的滑动开关(49)导通时，铁心线圈产生电磁力，吸住两端的圆铁板，使遮光器闭合，太阳光在发动机吸液、排汽时不能射进透光器。(74)是座罩壁上的另一油标塞，(75)是放油管头，结合L向，凸轮箱(20)底上还有一油孔塞(73)。把发动机固定在太阳光自动跟踪装置的支架上，利用温差工作。(80)是冷热区域分界面，可以是地面、水面等其它界面。

图15是本发动机的电路接线图。滑动开关、遮光器线圈(72)和发动机串联。磁控阀门线圈(84)与磁控风门线圈(41)并联后与双金属片触头开关(36)和发电机(17)串联，由于有铁心线圈是电感电路，并联一个电容器，提高功率因数。为了使磁控风门得到持续的电流，与发电机(17)并联一个小铝蓄电池(5)，连续电池正极的发电机电源引出导线上串联一个整流二极管，二极管电容器装在塑料电路盒(22)中。当利用燃料热源工作时，滑动开关(49)与双金属片触头开关(36)并联(如图15虚线连接)，一起控制磁控阀门和风门。

本发明带动负载工作时，须用一个摩擦离合器，把本发明的负载轴连接起来。启动时，摩擦离合器松开，先用外力驱动飞轮，使活塞吸液，然后拨动滑环，使摩擦离合器接合。同时，点火供热。本发明没有现有发动机很高的转速，需要高转速时，可把减速器的从动轴与主动轴对调接合，当成加速器使用。

Claims (11)

1、一种温差发动机，具有圆柱形汽缸主体、做功活塞(9)，无阻止冷凝箱(29)、传动主体和热传导装置，活塞(9)通过连杆(10)与曲轴(16)连接，曲轴的一端通过间歇传动机构与负载轴连接，另一端配有小发电机(17)、凸轮机构箱(20)和惯性飞轮(19)，其特征在于，其热传导装置主要是一个可拆的与缸壳

(1)下端外缘边栓接的热源炉(38)，热源炉(38)中有炉桥(35)，燃烧池(34)，汽缸底部有吸热元件(87)，伸入热源炉(38)中，在炉中有一个固定在热源炉(38)壁上的双金属片温控触头电路开关(36)横伸入炉(38)内的吸热元件(87)中，炉壁外有由铁心线圈(41)、剪形板条架(40)、控风门叶(37)组成的磁控风门。

2、根据权利要求1所述的温差发动机，其特征在于，活塞(9)下底层(13)外表面有许多圆锥蜂凸起(13′)，圆锥蜂凸起(13′)与传导汽缸底上的圆锥谷凹陷(30′)相吻合。

3、根据权利要求1所述的温差发动机，其特征在于拆去燃烧池(34)和堵流盒(63)，固态燃料在炉桥(35)上燃烧，燃烧炉(38)外有一自动送料斗(图11)。

4、根据权利要求1所述的温差发动机，其特征在于，其汽缸底涂有石墨，用封闭的石墨放热池代替燃烧池(34)。

5、根据权利要求1或4所述的温差发动机，其特征在于，在燃烧炉(38)外有一磁控阀门(84)，磁控阀门(84)的入口处通过金属硬管接有手控阀门开关(61)，磁控阀门的出口通过输入皮软管(85)与浮块式自动堵流盒(63)相接，堵流盒(63)通过连接管与燃烧池(34)或封闭石墨池固定在一起。

6、一种温差发动机，在发动机的汽缸底部安装一块透光器(68)代替汽缸底，其特征在于，透光器(68)中有蜂窝状夹层，夹层内的螺窝状小室内抽成真空，小室窝呈球面形外凸，透光器(66)上有遮光器(68)、遮光器支承架(67)，遮光器(68)上有黑色遮光叶(76)，遮光叶骨壁(86)内含外包黑色塑料的薄金属管，环状脚上的两根加固杆(71)横压在透光器(66)上，支承臂(67)的端头有一铁心线圈(72)，遮光叶骨臂(67)经电源导成(71)与铁心线圈(72)相接，铁心线圈(72)与凸轮箱(20)里的滑动开关(49)接通。

7、根据权利要求6所述的温差发动机，其活塞(9)的下层底(13)外表面有许多个球面凹坑，球面凹坑与透光器(66)上的球面凸起相吻合。

8、根据权利要求1至7任何一个所述的发动机，其特征在于，凸轮箱(20)中的吸液凸轮轴(46)与曲轴(43)平行，其齿轮数与曲轴(44)相同并吻合，排汽凸(57)与吸液凸轮(48)的传动齿轮数相同，凸轮轴(46)上的吸液凸轮(48)的凸起部分占1/4圆周，排汽凸轮轴(57)凸起部分占1/2圆周，在处于凸轮箱下部中央有一滑动电路开关机构，其传动齿轮(49)数与曲轴(43)上的齿轮数相等并吻合。

9、根据权利要求1至8任何一个所述的温差发动机，其特征在于，活塞外壁上有两道汽环，上汽环(14)分为内外两层，外层为金属环，内层为硅橡胶环，下汽环圈(II)也分为内外两层，内层为硅橡胶环，外层由两个上下重叠在一起的金属环组成，两金属环的接头处叠合，活塞(9)有两层底，上底层与活塞壁、增强板连在一起，下底层(13)为可拆底，两底层之间有保温绝热材料层。

10、根据权利要求1至9任何一个所述的温差发动机，其特征在于，其冷凝箱(79)是由两种直径不同的小铝管或小铜管套合成套管，再由多个套管焊接而成的一个箱式装置，在套管上拦腰打一孔，此孔与套管内腔形成四通，套管夹层充满介质液，在冷凝箱(79)的一个主管上安有一呼吸活塞(79)。

11、根据权利要求10所述的发动机，其特征在于其介质液是乙醚或1-丁炔或1-戌烯。

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