CN201246230Y - 水制氢多燃料外燃空气发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种水制氢多燃料外燃空气发动机，属于热空气动力发动机领域。主要由水制氢机、加热器、火嘴、火花塞、点火开关和冷热活塞、冷热气缸、冷热连杆、冷热轴承、曲轴、冷却器、飞轮、回流管、回热器、旋转轴等组成，其中水制氢机装在左上方，加热器设在左下方，冷热活塞各装在冷热气缸中，冷热活塞上各装有冷热轴承，飞轮装在冷热气缸交接处，飞轮的小头装有曲轴，中间设有旋转轴，右底部为机座。本实用新型结构简单、成本低，可用廉价水制氢清洁能源或垃圾、秸秆生物质能、太阳能等多种燃料。由于是外部加热，比专烧油气的内燃机噪音低、污染小、效率高。因此，氢能与外燃机的有效结合，为绿色环保动力提供了一条新途径。

Description

水制氢多燃料外燃空气发动机

一、技术领域

本实用新型涉及一种基于斯特林发动机原理的燃氢或多种燃料的外燃机，特别是一种属于热空气动力发动机领域。

二、背景技术

目前，氢燃料动力大多采用氢燃料电池和氢燃料内燃机。氢燃料电池虽然在技术上可行，但由于造价太高缺乏经济性而难以普及；氢燃料内燃机制造成本高，制氢和建设加氢站投资巨大，高压容器制造复杂，加注高压超低温氢操作危险，加压储氢本身消耗能源过大，液化氢的沸点零下252℃，绝热保温材料要求十分苛刻，储氢材料不过关，行驶路程有限，难以投入实用。尽管内燃机仍是全球最大能量输出形式，但它们“轰轰烈烈”烧耗石油、喷烟吐雾，使人类面临资源和环境的双重压力。外燃机正好弥补了内燃机的这两大“致命弱点”。外燃机靠“外燃驱动”，燃料不再进入引擎内部燃烧，广泛适用于生物质能、太阳能、氢能、核能等外部热源，包括垃圾填埋气、沼气在内，适合我国可再生能源丰富的特点。国家“十一五”规划中，仅生物质发电装机容量就达550万千瓦，2020年将达到2000万千瓦，几乎相当两个上海的发电能力，外燃机将大有用武之地。同时，内燃机的燃烧形式具有爆炸性和间歇性特点，排放很多污染物，而外燃机的外部热源是持续平稳供热，这种完全充分的燃烧不经排放处理即可达到欧5标准，远高于现行内燃机国内标准。已有技术中，专利号为200620048957.4、92108023.9、200610048550.6、200410030692.0中，前一项专利的用途单一，仅用于船舶燃气轮机推进装置。后三项专利中，均以传统碳氢物为原料，目前还没有发现利用水制氢作为燃料的外燃空气发动机的专利及报导。

三、发明内容

本实用新型的目的在于克服上述内燃发动机的不足，提供一种以水制氢为清洁燃料，而又同时可以使用多种燃料、结构简单、成本低廉的新型外燃空气发动机。

本实用新型的目的是这样实现的：水制氢多燃料外燃空气发动机，主要由水制氢机、料口盖、进水阀、氢气管、水室、气室、剂袋、水孔、排气管、加热器、热轴承、热活塞、燃烧室、火花塞、火嘴、点火开关、热空气、热气缸、热连杆、机座、曲轴、飞轮、冷连杆、冷轴承、冷活塞、冷却器、冷气缸、冷空气、回流管、回热器、旋转轴组成。其中水制氢机安装在左上方，机中设有水室，水室正中央装有气室，左顶部设有进水阀，用于加水，正顶部设有料口盖，用于添加制氢剂袋，下底板正中间开有水孔用于水室的水进出气室与水孔上的剂袋接触制氢或分离终止制氢，气室的左上部装有氢气管，并与加热器底部的火嘴连接，为加热器输送氢燃料；加热器装在左下方，用于加热空气膨胀作功，顶部装有排气管用于排烟，底部装有火嘴，与氢气管连接进口处装有点火开关，火嘴左上方装有火花塞用于开气点火；热气缸安装在燃烧室中，用于加热缸内空气，热气缸中装有热活塞，活塞上设有热轴承，并与热连杆左端连接；冷气缸装在右上方，缸内装有冷活塞，活塞上设有冷轴承，并与冷连杆的上端连接，缸外装有冷却器，用于冷却缸内空气，缸的左上方装有回流管，并与热气缸左上方连接，便于冷空气回流到热气缸中迅速加热，回流管的中间位置装有回热器，用于吸收热空气的热量而蓄热；热气缸右端与冷气缸的下端相连通，连通处正中装有飞轮，飞轮的三角小头上装有曲轴，并与热连杆的右端和冷连杆的下端双连接，形成活塞—连杆—曲轴的原本直线运动转化为旋转运动，飞轮的正中间设有旋转轴，用于飞轮的旋转运动作功，底部装有座机。

本实用新型的上述水制氢多燃料外燃空气发动机，具有显著的优点：①、燃料多样化：由于是外部加热，比专烧油气的内燃机可使用多种燃料，从固体薪柴、秸秆、煤到低成本的水制氢清洁能源，还可利用余热和太阳能等低能级能源；②、转换效率高：由于在加热器和冷却器中间设有蓄热式回热器，从理论上可以实现热效率最高的卡诺循环，一般有效热效率可达25-35％以上(内燃机一般20-30％)，最高可达47％；③、运转平稳、噪音小：由于循环系统没有阀门，空气工质的压力变化平稳，循环压力比小，故没有内燃机那样的进排气噪音和燃烧冲击噪音，工作时振动极小，1元硬币能在机身上保持直立不倒；④、空气污染小：用油气作燃料时，可在接近大气压下连续燃烧，易实施燃烧自动控制，特别是通过燃气或排气再循环，排气中的有害物质比内燃机降低80-90％，如使用水制氢燃料，燃烧后为水，基本上可做到零排放；⑤、维修保养容易：由于内部机构是全封闭式，不用润滑油，不产生积炭和污垢，故维护简单，易操作管理；⑥、氢能与外燃机有效结合：由于目前氢能电池和燃氢内燃机造价过高、材料不过关、安全性差难普及，而本实用新型能巧妙的将随机自产氢用于外燃机而无须储存，只要加水和制氢剂即可，为绿色环保动力提供了一条新途径。

四、附图说明

图1是本实用新型的结构原理示意图

图中：1、水制氢机；2、料口盖；3、进水阀；4、氢气管；5、水室；6、气室；7、剂袋；8、水孔；9、排气管；10、加热器；11、热轴承；12、热活塞；13、燃烧室；14、火花塞；15、火嘴；16、点火开关；17、热空气；18、热气缸；19、热连杆；20、机座；21、曲轴；22、飞轮；23、冷连杆；24、冷轴承；25、冷活塞；26、冷却器；27、冷气缸；28、冷空气；29、回流管；30、回热器；31、旋转轴。

五、具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所述，本实用新型的水制氢多燃料外燃空气发动机，主要由水制氢机1、料口盖2、进水阀3、氢气管4、水室5、气室6、剂袋7、水孔8、排气管9、加热器10、热轴承11、热活塞12、燃烧室13、火花塞14、火嘴15、点火开关16、热空气17、热气缸18、热连杆19、机座20、曲轴21、飞轮22、冷连杆23、冷轴承24、冷活塞25、冷却器26、冷气缸27、冷空气28、回流管29、回热器30、旋转轴31组成。其中水制气机1装在左上方，机中装有水室5，水室5正中央装有气室6，左顶部装有进水阀3，正顶部装有料口盖2，气室6下底板正中间开有水孔8，孔上装有剂袋7，气室6左上部装有氢气管4，并与加热器10的底部火嘴15相连接；加热器10装在左下方，顶部装有排气管9，内装燃烧室13，底部安装火嘴15，与氢气管4连接的进口处装有点火开关16，左上方装有火花塞14；热气缸18装在燃烧室13中，内有热活塞12，塞上设有热轴承11，并与热连杆19左端相连接；冷气缸27设在右上方，内有冷活塞25，塞上装有冷轴承24，并与冷连杆23的上端相连接，冷气缸27外部装有冷却器26，左上方装有回流管29，并与热气缸18的左上方相连接，回流管29的中间装有回热器30；热气缸18的右端与冷气缸27的下端相连通，连通处正中装有飞轮22，轮的三角小头上装有曲轴21，并与热连杆19的右端和冷连杆23的下端双连接，轮的正中间设有旋转轴31，底部装有机座20。

本实用新型开机时，打开水制氢机1顶部的料口盖2，向气室6中加入装有制氢剂的剂袋7，同时打开进水阀3，向水室5中加入自来水(或海水)，水通过水孔8进入气室6与剂袋7接触，开始制氢。打开点火开关16，火花塞14点火，将氢气管4通入火嘴15中的氢气点燃，加热器10中的明火将热气缸18中的热空气17加热，热空气17受热膨胀推动热活塞12从左向右来回运动，驱动热连杆19推动曲轴21，带动飞轮22通过旋转轴31进行旋转运动对外输出动力。此时，经过膨胀后的热空气17从热气缸18经回流管29及回热器30吸收热量后被送入冷气缸27中，通过冷却器26将冷气缸27中的冷空气28冷却收缩，经冷活塞25压缩到冷气缸27的上止点，将冷空气28送入回流管29中并吸收回热器30储蓄的热量后再次进入热气缸18内加热，完成一次冷热循环，然后继续下一轮的热胀冷缩推动活塞—连杆—曲轴运动，这种往复运动，将热能转变为机械能，依靠曲轴和飞轮的转动惯性，通过连杆带动活塞上下左右运动作功。

停机时，关闭点火开关16，氢气管4中的氢源被切断，加热器10熄火，热气缸18中热空气17被停止加热，热胀冷缩终止而停机。同时，关闭点火开关16后，水制氢机1中的气室6产生微压，将气室6中的水从水孔8中压回水室5内，隔离了水与剂袋7中的制氢剂接触，制氢停止。

本实用新型既可使用单缸，也可使用2缸、4缸等形式，根据功率和不同的用途确定，可设计大型的用于发电，也可设计小型的用于各种机车动力机械。

Claims (1)

1、一种水制氢多燃料外燃空气发动机，主要由水制氢机(1)、料口盖(2)、进水阀(3)、氢气管(4)、水室(5)、气室(6)、剂袋(7)、水孔(8)、排气管(9)、加热器(10)、热轴承(11)、热活塞(12)、燃烧室(13)、火花塞(14)火嘴(15)、点火开关(16)、热空气(17)、热气缸(18)、热连杆(19)、机座(20)、曲轴(21)、飞轮(22)、冷连杆(23)、冷轴承(24)、冷活塞(25)、冷却器(26)、冷气缸(27)、冷空气(28)、回流管(29)、回热器(30)、旋转轴(31)组成，其特征在于水制氢机(1)装在左上方，机中装有水室(5)，水室(5)正中央装有气室(6)，左顶部装有进水阀(3)，正顶部装有料口盖(2)，气室(6)下底板正中间开有水孔(8)，孔上装有剂袋(7)，气室(6)左上部装有氢气管(4)，并与加热器(10)的底部火嘴(15)相连接；加热器(10)装在左下方，顶部装有排气管(9)，内装燃烧室(13)，底部安装火嘴(15)，与氢气管(4)连接的进口处装有点火开关(16)，左上方装有火花塞(14)；热气缸(18)装在燃烧室(13)中，内有热活塞(12)，塞上设有热轴承(11)，并与热连杆(19)左端相连接；冷气缸(27)设在右上方，内有冷活塞(25)，塞上装有冷轴承(24)，并与冷连杆(23)的上端相连接，冷气缸(27)外部装有冷却器(26)，左上方装有回流管(29)，并与热气缸(18)的左上方相连接，回流管(29)的中间装有回热器(30)；热气缸(18)的右端与冷气缸(27)的下端相连通，连通处正中装有飞轮(22)，轮的三角小头上装有曲轴(21)，并与热连杆(19)的右端和冷连杆(23)的下端双连接，轮的正中间设有旋转轴(31)，底部装有机座(20)。

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