CN1228538C - 一种新型的旋转气缸 - Google Patents

Abstract

一种旋转气缸发动机，以能量转换率高于活塞式发动机为目标，其核心是旋转气缸，具有定子、转子、腔道和驱动板，关键在于：将腔道设置为闭气，使气缸能够形成一个截面均匀的驱动腔，驱动板进入驱动腔在工质压力的推动下运动并带动转子转动作功。在作功的过程中，工质的作用力始终保持最佳推动角度，发挥最大值，从而实现高效率的能量转换；在需要的时候，工质还可以匀力匀速地不间断地推动气缸旋转作功，实现高效率的能量转换。另外，旋转气缸系列装置在不同的环境下实现高效率的能量转换。

Description

一种新型的旋转气缸

技术领域

本发明涉及一种旋转气缸。

背景技术

活塞式发动机在日常生活中广泛应用，它的能量转换的形式是“热能——膨胀气体的压力——往复直线运动——圆周运动”，其中存在一个弱点就是能量转换的效率低。这是由多种因素造成的：往复直线运动转换为圆周运动的过程中，作用力的角度不好，存在上、下止点；在运行的过程当中作功所占的过程短，燃料燃烧不充分；活塞和连杆的惯性对运行产生反向的力，持续地消耗能量，并产生振动；活塞和连杆的运动并不是匀速的，而是加速度或反向加速度的，持续地消耗能量；多气缸连动时，在协同推动的同时也存在着互相牵制(因不同部位自身的速度不同)，抵消能量；机体体积大，输出小，自身损耗的能量多等等。这些因素集中在一起，决定了活塞式发动机的能量转换是低效率的。

为了使发动机有高的能量转换率，中国专利申请号为99125602.6的发明专利提出了一种转轮发动机：转轮装在机壳内，机壳的两端装设端盖，转轮或/机壳可以转动，在转轮或/机壳中装设可以移动或/转动的挡板或/转板或/转块或/挡块，该挡板或/转板或/转块或/挡块由弹簧或/弹片或/传动机构推出或/推开，由转轮或/机壳推入或/推闭，在转轮、机壳、端盖、挡板或/转板或/转块或/挡块之间形成至少一个动力腔02，动力腔02内燃料燃烧产生的热力功，可以使转轮或/机壳转动，通过固定连接在转轮上的动力输出轴或/机壳输出机械动力。另外，中国专利号为99216204.1的实用新型专利提出了一种高压流体发动机：有一个壳体1，一侧设有入口2，另一侧设有出口3，壳体里是一个周围圆滑过度的内腔4，内腔内设有一个圆柱形转子5，转子直径小于内腔最小径向尺寸，且一侧紧贴内腔壁，转子上设有可向外伸缩的承压板6，转子及承压板的两端面与壳体的两端面分别密封，转子上固连一支动力输出轴9伸出壳体。这两种发动机同时都存在这样一个问题：发动机的动力腔(在转轮发动中称为动力腔02的截面不均匀，这就使作功的推动力忽大忽小，能量损耗大，因而能量转换率也不高。

发明内容

本发明的目的是要提出一种旋转气缸发动机，它能够实现高效率的能量转换；同时提出旋转气缸的系列装置，在不同的环境条件下实现高效率的能量转换。

本发明的目的是这样实现的：一种旋转气缸，包括定子、及转子、其特征在于：定子101与转子102之间形成一个环形腔道103，转子上设置有可伸缩的驱动板104、105，在定子上设置有进气口107和排气口111，进气口和排气口把腔道103分为做功区108和非做功区113，在非做功区113内，进气口107和排气口111被一块固定的分隔板106分隔，在分隔板两侧设置有引导条112、114，以引导驱动板逐步缩入转子中或逐步从转子中弹出。

本发明所述的旋转气缸，进气口和排气口被一块固定的分隔板106分隔，使气缸能够形成一个截面均匀的做功区，驱动板进入做功区，在工质压力的推动下运动并带动转子转动作功。旋转气缸与燃烧缸相连，燃料和空气在燃烧缸内燃烧，产生的膨胀气体送入旋转气缸作功。工质的作用力在作功的过程中能够保持最佳推动角度，发挥最大值，从而实现高效率的能量转换；在需要的时候，工质还可以匀力匀速地不间断地推动气缸旋转作功，实现高效率的能量转换。

本发明由于能够提高能量转换的效率，因而在有效利用能源，保护生态环境，减少空气污染，促进社会发展等方面有着重要的意义。

附图说明

图1为旋转气缸发动机的外观示意图；

图2为图1的A-A剖视图：

图3为图1的B-B剖视图；

图4为实施例2所述的旋转气缸的结构示意图；

图5为实施例3所述的旋转气缸的结构示意图；

图6为实施例4所述的旋转气缸的结构示意图：

图7为实施例5所述的旋转气缸的结构示意图；

图8为实施例6所述的旋转气缸的结构示意图；

图8A为图8的截面图；

图9为实施例7所述的旋转气缸的结构示意图；

图9A为图9的截面图；

图10为实施例8所述的旋转气缸的结构示意图；

图11为实施例9所述的旋转气缸的结构示意图；

图12为实施例10所述的旋转气缸的结构示意图；

图13为图12的截面图；

图14为旋转气缸用作旋转液泵的结构示意图；

图15为另外一种形式的旋转气缸用作旋转液泵的结构示意图；

图16为旋转气缸用于模拟心脏脉搏的连接示意图。

实施例

下面结合附图说明依据本发明所提出的旋转气缸、旋转气缸发动机以及旋转气缸系列装置的实施例。

实施例1

图1是本发明的旋转气缸发动机的核心——旋转气缸1和燃烧缸2的外观示意图。以A——A为剖切线向下剖切旋转气缸1，得到剖视图(图2)，以B——B为剖切线向轴心方向剖切旋转气缸1，得到的剖视图(图3)。

如图2、3所示，旋转气缸发动机的核心——旋转气缸，包括定子101、转子102、定子101与转子102为一同心圆，转子102设置于定子101中央，其外壁109与定子的内壁110之间形成一个截面均匀的环形腔道103，转子上设置有可伸缩的驱动板104、105，在定子上设置有进气口107和排气口111，进气口和排气口把腔道103分为做功区108和非做功区113，在非做功区113内，进气口107和排气口111被一块固定的分隔板106分隔。腔道103从进气口107至排气口之间的做功区为一段截面均匀的驱动腔108。在旋转气缸中的非做功区内还设置有引导条112、114，分别由排气口111、进气口107的边缘向分隔板106的底部过渡，它的作用是使驱动板104、105经过排气口111后，顺着引导条112滑动，并逐步被压缩进入转子102中，并在到达分隔板106的位置时，完全缩入转子中，而顺利地从分隔板106通过，并顺着引导条114而逐步伸展，从而避免直接与分隔板撞击。工作介质从进气口107进入，转子驱动板104在工作介质的压力的推动下顺时针运动，并带动转子102转动作功；工作介质在排气口排出。而驱动板105在引导条112的引导下，经过分隔板106，在引导条114的引导下经过进气口107，到达驱动板104开始时的位置，而形成新的一个驱动行程，从而不间断地以最大值连续作功。

实施例2

如图4所示，设置一条进气道115在进气口107处切线通向腔道108，这样能最大限度地利用工作介质的能量。并通过进气道115的外壁106把进气口107与排气口111分隔，而起到分隔板的作用。其余与实施例1相同。

实施例3

如图5所示，让非做功区113部分的定子壁110变形而与转子109接合，替代了分隔板的分隔作用，而引导条112与定子的内壁重合。其余与实施例1相同。、

实施例4

如图6所示，设活动分隔板106而将进气口107与排气口111分隔，工作介质通过进气口107进入腔道，推动驱动板104在做功区108运转作功，当驱动板104运转到排气口的位置时，通过机械或电子调节让气门116关闭，膨胀气体停止进入腔道做功区108，当驱动板104转动到排气口111时排气，排气之后，活动分隔板106通过调节转开(向虚线箭头方向)，让驱动板104凭惯性通过。驱动板回复到原来的位置时，活动分隔板106受调节复位而关闭，气门116打开，膨胀气体进入腔道做功区108，开始下一个行程。

实施例5

如图7所示，分隔板106任意伸延变形而将进气口107与排气口111分隔，其余与实施例1相同。膨胀气体的压力使驱动板104在做功区108运转做功。

实施例6

如图8、gA所示，与实施例1相反，以气缸的芯作定子101，外壳作转子102；其余与实施例1相同，排气口111与进气口107设置在定子101上，并通过一固定的分隔板106分隔，驱动板104、105设置在转子102上，并可伸缩进入转子102，在非做工区还设置有引导条112，以引导驱动板104、105缩入转子102，以使驱动板104、105顺利通过分隔板106。

图8A为图8的截面图。

实施例7

如图9、9A所示，气缸的定子101与转子102两边接合。分隔板106把进气口107和排气口111分隔，驱动板104、105从转子102伸进腔道，驱动板104接受膨胀气体压力的推动在做功区108作功，排气后驱动板被引导条112由一则117引导到另一则118(驱动板被引导缩进驱动板的弹套119内)，从而驱动板缩入，通过分隔板106而不会发生撞击。当驱动板104运动到驱动板105的位置，准备接近排气位排气时，驱动板105已被带动到驱动板104的位置，也就是当前一驱动行程即将完成(准备排气)时，后一驱动行程已经接续，从而平稳地不间断地以最大值连续作功。

实施例8

驱动板的样式是多样的，如图10所示，为另外一种形式的驱动板。弯曲状的驱动板104一端铰接于转子102上，另外一端被一可伸缩入转子102的撑杆120支撑。其余与实施例1相同。

实施例9

如图11所示，为旋转气缸的功能改进。其附设有加压功能。在上述的气缸附设有与进气口107、排气口111相隔离的加压腔201，加压腔有吸入口202，有压出口203，并设置活塞204防止倒流，旋转气缸在作功输出的同时，驱动板104、105顺便在加压腔201为某些工质加压。被加压的可以是空气、水、燃料或润滑油等，附设加压腔的数量可以是一个或多个。

实施例10

为实施例1所述的旋转气缸，加设一种润滑设置。如图12所示，它是在分隔板106的一侧设一个贮机油腔3，贮机油腔3开有一注油口301，另，贮机油腔3有小孔或缝通往分隔板106与转子的接触面以润滑接触面、驱动板、驱动腔、转子与定子的磨擦位等。

另外，在旋转气缸的两边设贮机油腔(图13)302，机油腔盖303上设置轴承304和油封。使转子与定子的磨擦位从另一则得到润滑。这一设置同时也稳固了定子与转子的相对位置。

实施例11

根据旋转气缸而制作的旋转气缸蒸汽机，其特征是：旋转气缸用于与蒸汽发生器配合，用蒸汽驱动旋转气缸作功；所述的蒸汽发生器可以是使用燃料的、核能的、地热的等等。

根据旋转气缸而制作的旋转液缸水轮发动机，其特征在于：进入旋转气缸的是带压力的水，旋转气缸用于水力驱动而旋转作功，气缸转称为液缸。旋转液缸水轮发动机与传统的冲击式水轮机比较，传统的冲击式水轮机主要依靠水的冲击力，需要高水头，而冲击力仅是水的能量中的一个方面，因而能量转换率不高。而旋转液缸水轮机将水的压力和冲击力都转换为所需的能量，因而点滴能量都能转换过来。而且它还适应低水头(因为对它主要是压力而不是冲击力)，因而不仅适用于水库蓄水发电，而且适用于溪流的发电和海潮蓄水发电。当用于水库发电时，由于有低水头和点滴能量都能转换过来这个优点，因而可以分级蓄水发电，能够免去冲击式水轮机所需要的高水头和大堤坝，能够免去浩大的工程和对生态环境的影响。

根据旋转气缸而制作的旋转气缸工具，其特征是旋转气缸由压缩气体或带压的液体驱动作功，用于工具的动力。

根据旋转气缸而制造的旋转气缸(或液缸)泵，其特征是由外部动力(例如电动机)驱动旋转气缸，旋转气缸驱动气体、液体或流体。工质的进入与排出相应逆转，运动方向也相逆转，所制作的泵特别适用于要求高精确度的地方。例如用于泵血液(人造心脏)，它每旋转一周所泵的血液都能精确地预先设定，不会多一滴，也不会少一滴，而且耗能少。如图14所示，入口107，出口111，活门131防止倒流，旋转的全过程都驱动工质，没有脉动，适用于附加一个人造心脏的情况；如图15所示，旋转的过程中驱动板从A至B这段行程是驱动工质的，而从B至A这段行程是不驱动工质的，所具有的工质的脉动跟心脏脉搏的机理吻合，因而更具不可多得的优越性。如图16所示，由电动机141带动的旋转气缸142、143两个并联以满足肺循环C和体循环D的要求。

Claims (7)

1、一种旋转气缸，包括定子、及转子、其特征在于：定子(101)与转子(102)之间形成一个腔道，转子上设置有可伸缩的驱动板(104、105)，在定子上设置有进气口(107)和排气口(111)，进气口和排气口把腔道(103)分为做功区(108)和非做功区(113)，在非做功区(113)内，进气口(107)和排气口(111)被一块固定的分隔板(106)分隔，在分隔板两侧设置有引导条(112、114)，以引导驱动板逐步缩入转子中或逐步从转子中弹出。

2、按权利要求1所述的旋转气缸，其特征在于：气缸的外壳为转子，芯为定子，定子与转子为一同心圆。

3、按权利要求1所述的旋转气缸，其特征在于：气缸的外壳为定子，芯为转子，定子与转子为一同心圆。

4、按权利要求1所述的旋转气缸，其特征在于：气缸的定子(101)与转子(102)两边接合。

5、按权利要求3所述的旋转气缸，其特征在于：引导条(112、114)，分别由排气口(111)、进气口(107)的边缘向分隔板(106)的底部弧形或渐变形过渡。

6、按据权利要求1所述的旋转气缸，其特征在于：气缸附设有与进气口(107)、排气口(111)相隔离的加压腔(201)，加压腔有吸入口(202)，有压出口(203)，并设置活塞(204)防止倒流。

7、按权利要求1所述的旋转气缸，其特征在于：在分隔板(106)的一侧设一个贮机油腔(3)，贮机油腔(3)开有一注油口(301)；贮机油腔(3)有小孔或缝通往分隔板(106)与转子的接触面以润滑接触面、驱动板、驱动腔、转子与定子的磨擦位；在旋转汽缸的两边设贮机油腔(302)。

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