CN201723330U - 一种外燃热机 - Google Patents

Abstract

一种外燃热机，它涉及的是热能转换技术领域。它是为了克服现有内燃机热转换效率低、燃烧不完全的问题，及现有斯特林发动机还存在功率/重量比小，及密封困难而无法实现零泄漏的问题等。它的导气气缸腔与做功气缸腔的上部连通成的封闭空腔连接有一个对外通气阀门，通气阀门的导通起始点为导气活塞运动到导气气缸腔的高温端的顶端前20度至后20度之间，通气阀门(6)的导通角为5度至30度，所有活动密封处及通气阀门的对外通气端口都封闭在一个密闭壳体中。本实用新型能将燃料的燃烧热能直接高效的转换成机械能，能实现零泄漏，其内部的活动密封件技术采用现有技术就能满足其工作要求，超大的功率/重量比。转换效率为20％～80％。

Description

一种外燃热机 

技术领域

本实用新型涉及的是热能转换成机械能的技术领域。 

背景技术

现有内燃机广泛的应用在各个领域中，其中汽车应用的数量是最多的，给人类生活带来了诸多便利，但其热/机转换效率一般是在20％～40％之间，其余60％～80％的热能无法利用而需要向外排放，同时因燃料不能完全燃烧，其尾气将向空气中排放大量的污染气体，使空气受到严重的污染，具统计这些是造成地球环境变暖的主要原因之一。给人类将来的生活环境带来了无法挽回的损失与破坏。 

斯特林发动机是斯特林于1816年实用新型的。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。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷收缩而产生动力的。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。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。 

但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如功率/重量比小，及密封困难而无法实现零泄漏的问题等。所以，还不能成为大批量使用的发动机。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种外燃热机，本实用新型是为了克服现有内燃机热转换效率低(在20％～40％之间)，燃烧不完全而向空气中排放大量的污染气体的问题，及现有斯特林发动机还存在功率/重量比小，及密封困难而无法实现零泄漏的问题等。 

本实用新型的一种外燃热机，包括导气气缸腔、导气活塞、做功气缸腔、做功活塞、飞轮曲轴总成、通气阀门、气体工质、密闭壳体； 

导气活塞的内部空腔内设置有多层储热导气金属网，导气活塞的两端面上各开有通孔与其内部空腔连通，导气活塞设置在导气气缸腔内，导气 活塞的连杆穿过导气气缸腔的一端的滑动密封套后与飞轮曲轴总成的第一曲杆转动连接，飞轮曲轴总成的曲轴转动时带动导气活塞在导气气缸腔内做左右往复运动，导气气缸腔的右端为热端，左端为冷端，或相反，做功活塞设置在做功气缸腔内，做功活塞的左端的连杆与飞轮曲轴总成的第二曲杆转动连接，导气气缸腔与做功气缸腔的上端连通，飞轮曲轴总成的第一曲杆与第二曲杆之间的夹角为90度，导气气缸腔与做功气缸腔的上部连通成的封闭空腔连接有一个对外通气阀门，通气阀门的导通起始点为飞轮曲轴总成中曲轴5转动时导气活塞运动到导气气缸腔的热端的顶端前20度至后20度之间，通气阀门的导通角为5度至30度，将上述所有部件的活动密封处及通气阀门的对外通气端口都封闭在一个密闭壳体中，密闭壳体内的气体工质的压力为1～300个大气压(在机械强度允许的情况下加压)。 

所述飞轮曲轴总成的曲轴可与密闭壳体内设置的发电机连动，或通过磁力联轴器与密闭壳体外部机械装置磁力传动连接。 

本实用新型能将燃料的燃烧热能直接高效的转换成机械能，因外部都为静密封，而能实现零泄漏，其内部的活动密封件技术采用现有技术就能满足其工作要求，因而它的气体工质的压力可以很高(几百个大气压，只要机械强度够就可以)，进而能实现超大的功率/重量比，进一步缩小装置的体积和减小重量，实现高效节能。 

其热能/机械能的转换效率为20％～80％，加热温度越高，其热转换效率越高。其总零件数为现有内燃机总零件数的30％以下。 

其热端的材料及燃烧室的材料应用现有材料即可能实现，例如可用现有高耐温陶瓷，其耐温为1300℃～1700℃，或不锈钢等材料，即制造成本低廉，而能实现大批量生产销售的目的。 

由于燃料是持续不断地燃烧，这就有可能把不希望在外面产生的污染物降低到最小限度，进而降低了环境污染，即实现完全燃烧。 

具体技术效果：可加压力根据其机械强度而定，无其它限制；1、其输出功率与压力成大于正比关系，(例：如内部为1个大气压时，输出为100W时；当将内部压力增加到2个大气压时，其输出功率＞200W；内部为3个大气压时，输出＞300W--因转数也随之升高；同时所用热能也按比例增加)。2、其内部压力值在工作运转时或非工作状态时都可随时通过外部压 气装置增压或放气减压来调节，既能实现输出功率的随时快速调节(热源发出的热能量也要相应调整；热源热能量单独调节时，输出功率不能快速变化)。 

同时它还保持了原有高转换率的性能(其理论上的效率几乎等于理论最大效率-卡诺循环效率)。它还具有运转平稳、噪声极小、结构简单、对材料要求低、使用方便、维护费用低、使用寿命长、功率/重量比大的优点。而适合大批量的生产销售推广使用。 

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。 

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由导气气缸腔1、导气活塞2、做功气缸腔3、做功活塞4、飞轮曲轴总成5、通气阀门6、气体工质7、密闭壳体8组成； 

导气活塞2的内部空腔2-1内设置有多层储热导气金属网2-2，导气活塞2的两端面上各开有通孔2-3与其内部空腔2-1连通，导气活塞2设置在导气气缸腔1内，导气活塞2的连杆2-4穿过导气气缸腔1的一端的滑动密封套1-1后与飞轮曲轴总成5的第一曲杆5-1转动连接，飞轮曲轴总成5的曲轴5-2转动时带动导气活塞2在导气气缸腔1内做左右往复运动，导气气缸腔1的右端为热端，左端为冷端，或相反，做功活塞4设置在做功气缸腔3内，做功活塞4的左端的连杆4-1与飞轮曲轴总成5的第二曲杆5-3转动连接，导气气缸腔1与做功气缸腔3的上端连通，飞轮曲轴总成5的第一曲杆5-1与第二曲杆5-3之间的夹角为90度，导气气缸腔1与做功气缸腔3的上部连通成的封闭空腔连接有一个对外通气阀门6，通气阀门6的导通起始点为飞轮曲轴总成5中曲轴5-2转动时导气活塞2运动到导气气缸腔1的热端的顶端前20度至后20度之间，通气阀门6的导通角为5度至30度，将上述所有部件的活动密封处及通气阀门6的对外通气端口6-1都封闭在一个密闭壳体8中，密闭壳体8内的气体工质7的压力为1～300个大气压(在机械强度允许的情况下加压)或更高。 

所述飞轮曲轴总成5的曲轴5-2可与密闭壳体8内设置的发电机8-1连动，或通过磁力与密闭壳体8的外界转轮磁力传动连接。 

所述通气阀门6的动作可由凸轮机构(曲轴机构)或传感器电控实现。 

所述导气气缸腔1的热端可连接现有常规加热装置，所述加热装置的加热源可选自各种燃料的燃烧、太阳热能或其它发热热源等，具体燃料可选汽油、柴油、酒精、甲醇、液化汽、天然气、煤气、煤或混合型气态、液态、固态燃料等。 

所述导气气缸腔1的冷端采用风冷或水冷方式降温。 

所述气体工质7可选用空气、氮气、氦气或氢气(都应是干燥的气体)。 

本装置的热端部分应处在保温绝热的壳体中，以防止热量的散失。 

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述通气阀门6的导通起始点为飞轮曲轴总成5中曲轴5-2转动时导气活塞2运动到导气气缸腔1的热端的顶端前10度。其它组成和连接与具体实施方式一相同。 

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述通气阀门6的导通起始点为飞轮曲轴总成5中曲轴5-2转动时导气活塞2运动到导气气缸腔1的热端的顶端前5度。其它组成和连接与具体实施方式一相同。 

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述通气阀门6的导通起始点为飞轮曲轴总成5中曲轴5-2转动时导气活塞2运动到导气气缸腔1的热端的顶端处。其它组成和连接与具体实施方式一相同。 

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述通气阀门6的导通起始点为飞轮曲轴总成5中曲轴5-2转动时导气活塞2运动到导气气缸腔1的热端的顶端后5度。其它组成和连接与具体实施方式一相同。 

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述通气阀门6的导通起始点为飞轮曲轴总成5中曲轴5-2转动时导气活塞2运动到导气气缸腔1的热端的顶端后10度。其它组成和连接与具体实施方式一相同。 

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述通气阀门6的导通角为6度。其它组成和连接与具体实施方式一相同。 

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施 方式一的不同点在于所述通气阀门6的导通角为10度。其它组成和连接与具体实施方式一相同。 

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述通气阀门6的导通角为15度。其它组成和连接与具体实施方式一相同。 

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加有缓冲气罐9；密闭壳体8与缓冲气罐9连通。其它组成和连接与具体实施方式一相同。防止因密闭壳体8内部容气空间过小，使密闭壳体8的内部压力因做功活塞运动压力变化过大的问题。 

工作原理： 

所述导气气缸腔1的热端被热源加热后(即导气气缸腔1的热端温度高与其冷端温度存在一定温差时)，导气气缸腔1热端内部的气体工质7受热膨胀而推动做功气缸腔3内的做功活塞4向外运动做功并带动轮曲轴总成5中曲轴5-2转动，同时对轮曲轴总成5中飞轮施加一定的转动启动力，当飞轮曲轴总成5中曲轴5-2转动并带动导气活塞2运动到导气气缸腔1热端的顶端时，其导气气缸腔1内部的气体工质7全部被排挤到其冷端，导致气体工质7的温度迅速下降并收缩，使做功气缸腔3内的做功活塞4返回归位，并带动导气活塞2运动到导气气缸腔1冷端的顶端，使气体工质7全部被排挤到导气气缸腔1的热端，使气体工质7再次加热膨胀做功，周而复始旋转做功。 

当飞轮曲轴总成5中曲轴5-2转动时导气活塞2运动到导气气缸腔1的热端的顶端前20度至后20度之间时，其内部系统压力正好处在等于小于外界压力阶段，当通气阀门6导通后内外压力会自动平衡，使下一周的转动处于系统平衡点最优状态，因而能克服因动密封微小露气而影响系统平衡点稳定度的问题，同时密闭壳体8内压力快速变化时，其内部系统压力也能快速跟随的进行自动平衡，又因内部系统压力越大，其输出功率越大，进而能实现只要能快速控制密闭壳体8内的压力，就能快速实现输出功率大小的调节。使其更具有实用性。其内部的活动密封部件所承受的密封压力仅为做功时的压力差，而降低了密封难度，进一步的降低造价。 

Claims (10)

1.一种外燃热机，它包括导气气缸腔(1)、导气活塞(2)、做功气缸腔(3)、做功活塞(4)、飞轮曲轴总成(5)、通气阀门(6)、气体工质(7)、密闭壳体(8)；

导气活塞(2)的内部空腔(2-1)内设置有多层储热导气金属网(2-2)，导气活塞(2)的两端面上各开有通孔(2-3)与其内部空腔(2-1)连通，导气活塞(2)设置在导气气缸腔(1)内，导气活塞(2)的连杆(2-4)穿过导气气缸腔(1)的一端的滑动密封套(1-1)后与飞轮曲轴总成(5)的第一曲杆(5-1)转动连接，飞轮曲轴总成(5)的曲轴(5-2)转动时带动导气活塞(2)在导气气缸腔(1)内做左右往复运动，导气气缸腔(1)的左端为热端，右端为冷端，或相反；做功活塞(4)设置在做功气缸腔(3)内，做功活塞(4)的左端的连杆(4-1)与飞轮曲轴总成(5)的第二曲杆(5-3)转动连接，导气气缸腔(1)与做功气缸腔(3)的上端连通，飞轮曲轴总成(5)的第一曲杆(5-1)与第二曲杆(5-3)之间的夹角为90度；其特征在于导气气缸腔(1)与做功气缸腔(3)的上部连通成的封闭空腔连接有一个对外通气阀门(6)，通气阀门(6)的导通起始点为飞轮曲轴总成(5)中曲轴(5-2)转动时导气活塞(2)运动到导气气缸腔(1)的热端的顶端前20度至后20度之间，通气阀门(6)的导通角为5度至30度，将上述所有部件的活动密封处及通气阀门(6)的对外通气端口(6-1)都封闭在一个密闭壳体(8)中，密闭壳体(8)内的气体工质(7)的压力为1～300个大气压。

2.根据权利要求1所述的一种外燃热机，其特征在于所述通气阀门(6)的导通起始点为飞轮曲轴总成(5)中曲轴(5-2)转动时导气活塞(2)运动到导气气缸腔(1)的热端的顶端前10度。

3.根据权利要求1所述的一种外燃热机，其特征在于所述通气阀门(6)的导通起始点为飞轮曲轴总成(5)中曲轴(5-2)转动时导气活塞(2)运动到导气气缸腔(1)的热端的顶端前5度。

4.根据权利要求1所述的一种外燃热机，其特征在于所述通气阀门(6)的导通起始点为飞轮曲轴总成(5)中曲轴(5-2)转动时导气活塞(2)运动到导气气缸腔(1)的热端的顶端处。 

5.根据权利要求1所述的一种外燃热机，其特征在于所述通气阀门(6)的导通起始点为飞轮曲轴总成(5)中曲轴(5-2)转动时导气活塞(2)运动到导气气缸腔(1)的热端的顶端后5度。

6.根据权利要求1所述的一种外燃热机，其特征在于所述通气阀门(6)的导通起始点为飞轮曲轴总成(5)中曲轴(5-2)转动时导气活塞(2)运动到导气气缸腔(1)的热端的顶端后10度。

7.根据权利要求1所述的一种外燃热机，其特征在于所述通气阀门(6)的导通角为6度。

8.根据权利要求1所述的一种外燃热机，其特征在于所述通气阀门(6)的导通角为10度。

9.根据权利要求1所述的一种外燃热机，其特征在于所述通气阀门(6)的导通角为15度。

10.根据权利要求1所述的一种外燃热机，其特征在于它增加有缓冲气罐(9)；密闭壳体(8)与缓冲气罐(9)连通。 

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