CN204877557U - 一种全密封循环空气能源动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用全密封循环空气能源动力系统，包括高压风机、第1-N空气发动机工作组、增压风机、交流发电机、动力输出轴等结构。本实用新型可综合利用气流物理特征的、既能实现小功率输入大功率输出效果、又能摆脱对传统能源依赖的全密封循环空气能源动力系统。

Description

一种全密封循环空气能源动力系统

技术领域

本实用新型涉及空气动力发动机技术领域，特别涉及一种全密封循环空气能源动力系统。

背景技术

目前的动力系统主要有汽油发动机、柴油发动机、天然气发动机、电力发动机等系统。这些发动机一般要烧油、烧气或用蓄电池提供能源。烧油、烧气的发动机有如下缺陷：一是油、气资源少，价格贵，增加运行成本；二是都要排放对人体有害的尾气，污染大气环境，损害人体健康；三是结构复杂、笨重，操作维护困难。为了克服烧油、烧气发动机的上述缺陷，人们都在研究开发新的能源，以取代油、气，目前已研制成功的太阳能发动机，蓄电池的电力发动机，但都还未达到普及的程度，主要问题是能源容量小，造价贵，行程短。广大用户迫切希望有种原料丰富易得，价格低廉，结构简单，对人体不产生危害，对自然环境不产生污染的空气动力机系统。

在寻找新能源的过程中，人们发现可利用压缩空气释放时所产生的推力作为一种动力源，然后将其推力转化为机械能或者电能，目前已公开了一些利用压缩空气来获得动力的装置，如专利号为00122383.1中公开一种“气电混合动力发动机”，本文献利用电能和压缩空气所产生的推力综合来获得能源，此发动机利用的发电机仍需要外界能源驱动，间接使用了外来能源，因此不能达到节能的目的，此外本发动机中压缩空气做功后直接排放，排放后的压缩空气没有充分利用，造成能源的浪费。

综上所述，发明一种可综合利用气流物理特征的、既能实现小功率输入大功率输出效果、又能摆脱对传统能源依赖的空气能源动力系统，该空气能源动力系统可通过全密闭循环方式、半密闭循环方式或递增式方式予以实施，将具有巨大的经济价值和现实意义。

发明内容

针对现有技术和产品的不足，本实用新型首先提供一种全密封循环空气能源动力系统：

一种全密封循环空气能源动力系统，包括高压风机、第1-N空气发动机工作组、增压风机、交流发电机、蓄电池、动力输出轴，其特征在于：高压风机出气口与第1空气发动机工作组进气口相连，第N个空气发动机工作组出气口与高压风机进气口相连，从而使该全密封循环空气能源动力系统通过管路连接形成闭路循环；所述空气发动机工作组中包含多个同轴的叶片和转子；所述同轴叶片式空气发动机之间以及第1-N空气发动机工作组之间均是通过逐缩管依次连接；所述增压风机设置在两个相邻的空气发动机工作组之间，增压风机进气口与前一个空气发动机工作组出气口相连，增压风机出气口与后一个空气发动机工作组进气口相连；所述第1-N空气发动机工作组均设置有动力输出轴，用于输出机械能，其中，所述交流发电机由一个空气发动机工作组动力输出轴输出的机械能带动发电，同时所述交流发电机为所述增压风机提供电能；所述高压风机的能源由蓄电池提供。

进一步的，所述蓄电池通过充电机由220V市电或所述交流发电机提供。

进一步的，所述第1-N空气发动机工作组设置的动力输出轴，其中一组用来发电，其它组用于带动其它机械运转。

进一步的，所述高压风机为单缸或双缸的球面式多叶片空气压缩机。

针对现有技术和产品的不足，本实用新型再提供一种半密封循环空气能源动力系统：

本实用新型专利的有益效果为：

（1）充分利用空气自身能量实现高效利用。众所周知，在我们生活的空间，有无数的空气分子在做无规则的自由运动，然而空气分子所具有的动能很难利用，而本系统利用外动力使密封循环系统的两端产生气压差，从而形成气流定向流动，在流动的过程中重复多次利用气体运动的功能，从而实现小功率输入，大功率输出的目的。

（2）充分利用空气自身特性进行有效设计。利用气流的惰性特点，即气流往往走的是最短最近的途径，在密闭空间系统中空气动力机的工作气腔可以设计的更大，气腔大的条件下，叶片式动力机可以获得较大的扭矩，充分利用了杠杆的原理，其方法是，通过逐缩管将上一个工作机构的分散的气流进行集聚到下一个工作机构，因为气流走的是最短最近的路，虽然气腔大，气流不会拐弯，所以它会沿着气腔的顶部捷径运动到下一个逐缩管。

（3）充分借助气流运动特性进行不间断利用：气流遇到障碍物，不但对障碍物产生力的作用，它还会沿着障碍物进行爬升或寻找障碍物之间的间隙流过，对下一个障碍物产生力的作用，这是固体物质或液体物质运动所做不到的，利用气流的这一特点设计成叶片式的空气动力机可以实现能源的重复利用。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的原理图；

图2为本实用新型实施例1的流程图；

图3为高压风机的结构图；

图4为空气发动机工作组的内部结构图；

图5为本实用新型实施例的空气流动线路图；

图6为高压风机风扇构造图；

图7为空气发动机工作组的一个转子、叶片结构图；

图8为本实用新型实施例2的原理图；

图9为本实用新型实施例2的空气喷嘴与增压风机接口的示意图；

图10为本实用新型实施例2的压缩气体流动线路图；

图11为本实用新型实施例2的可移动空气能源动力系统的电路示意图；

图12为本实用新型实施例2的空气喷嘴与增压风机安装形式示意图；

图13为本实用新型实施例3的原理图.

1高压风机，1-1高压风机进气口，1-2高压风机风扇，1-3高压风机电动机，1-4高压风机出气口，1-5、1-6高压风机冷却液，1-7高压风机制冷箱外壳，2空气发动机工作组，2-1第1空气发动机工作组，2-1-1主轴，2-1-2下底面，2-1-3上底面，2-1-4转子，2-1-5叶片，2-2第2空气发动机工作组，2-3第3空气发动机工作组，2-4第4空气发动机工作组，3-1第1空气发动机工作组动力输出轴，3-2第2空气发动机工作组动力输出轴，3-3第3空气发动机工作组动力输出轴，4增压风机，5交流发电机，6充电机，7蓄电池，8其他用电器，9充气嘴，10逐缩管，11高压贮气罐，12气压控制节流阀，13空气喷嘴，14外界空气，15电控面板，16变速箱。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。

实施例1：

如图1-2所示，以本实施例说明全密封循环空气能源动力系统的工作原理及流程。

工作原理如下：采用给轮胎充气的普通压缩机对全密封循环空气能源动力系统的密封循环内空间充入适当的压缩气体，高压风机1工作时，高压风机1的出气口1-4产生高压气体，高压风机1的进气口1-1产生低压，在密封的内循环空间中出现了压力差，在压力差的环境下，高气压气流向低气压方向运动，高压风机1工作时，有压气流不断的循环流动，在此过程中，密封的内循环设计充分利用气流的物理特性，从空气运动的动能中不断获取能量，从而实现小功率输入，大功率输出的目的。

其工作流程如下：高压风机1的出气口1-4安装在第1空气发动机工作组的圆柱体横截面的上底面2-1-3，使运动的有压气流推动第1空气发动机工作组腔中的叶片2-1-5中尖部产生运动，叶片2-1-5带动转子2-1-4，转子2-1-4带动主轴2-1-1，再由逐缩管10将利用后的分散气流进行聚集、增速、增压，如附图2（逐缩管10的出气口仍然在工作腔的顶部），运动的有压气流推动第2空气发动机工作组2-2的叶片，叶片带动同轴的转子，转子带动主轴，依次重复，直到第3空气发动机工作组2-3的出气口与高压风机的进气口1-1连接，形成密闭循环。如图1、2所示，增压风机4的位置是灵活的。在循环获取空气能的过程中，空气发动机工作组动力输出轴3-1、3-2、3-3输出机械能，发电机5将部分机械能转化为电能，采用蓄电池对电能对及时存贮，同时对增压风机4提供能源，使之在运动过程中能自给自足。

如图3所示，本实用新型所述全密封循环空气能源动力系统所用的高压风机1至关重要，高压风机1的选择有两个原则：（1）产生的压缩气体流量大；（2）压缩气体压力大。本系统的高压风机1设计参见图3，高压风机1包括：高压风机进气口1-1，高压风机风扇1-2，为带有一定球面的叶片风扇，高压风机电动机1-3，高压风机出气口1-4，高压风机冷却液1-5、1-6，高压风机制冷箱外壳1-7，制冷箱外壳具有散热的功效。高压风机风扇1-2参见图6，图6为球面多叶片风扇的构造图，综合本图来分析，电动机1-3的转速要求越高越好，安装在球面上的多叶片是为了增加做功面积，在电动机1-3高速运转下，多叶片的旋转产生高流量的气压，用体积的变化，使之产生高气压，但此风扇噪音大，故在高压风机的外空间加装一个高压风机制冷箱外壳1-7，这样既可将噪音，又可起到降温的作用。

参见图4，以第1空气发动机工作组2-1为例，本申请将密闭的空气发动机工作组2-1的圆柱体内空间隔断成多个等同的小圆柱体密闭空间，圆柱体上底面2-1-3和下底面2-1-2采用较大直径设置，工作腔的高度h如图4所示，根据固定在主轴2-1-1上的转子2-1-4长度和逐缩管10前后伸出的长度确定，避免浪费工作腔的高度，以免造成不必要的气压降。第1空气发动机工作组2-1的主轴2-1-1如图4所示，在圆柱体的上底面2-1-3和下底面2-1-2和每个气腔的横截面上的圆心位置上分别安装一个密封轴承，整个主轴2-1-1横穿每个轴承，轴承安装下底面2-1-2的内壁上，主轴2-1-1不伸出下底面2-1-2外，上底面2-1-3的主轴2-1-1伸出壁外，作为动力输出，和外界接融的轴承和主轴2-1-1应做好密封措施，保证绝对的气流不外泄。

参见图7，第1空气发动机工作组2-1的转子2-1-4和叶片2-1-5的安装位置，转2-1-4子是一个固定主轴2-1-1上的圆柱体，圆柱体转子2-1-4与主轴2-1-1在受力方向上成75度，多个叶片2-1-5呈偏心安装在圆柱体的侧面上，具体安装方法参见图7，叶片2-1-5受力面成165度扭角设计，叶片2-1-5的数量视空间大小决定，最少10片，多个几十片。为了获得同一个方向旋转的输出动力方向，只需调整叶片在转子上安装方位即可。增压风机4的结构和高压风机1设计相同。

管路和逐缩管10安装在空气发动机工作组横截面的顶部，参见图2。

全密封循环空气能源动力系统具体表现为四大优势：

高压风机作用优势：高压风机1的出气口1-4不但产生压缩气体，而且高压风机的进气口1-1能把系统内的气体抽走，能有效降低气流在系统内部运动的气压下降。也就是说，将系统内提前充入适当的压缩气体后，高压风机1除产生有压气流，而且能把高压风机1具有的除负载后具有的推力，通过压缩气体进行传递给空气发动机工作组2-1、2-2、2-3。

大扭矩优势：利用气流运动的惰性，通过管路或逐缩管10使气流在工作腔的顶部运动，从而使空气发动机工作组2-1、2-2、2-3获得大扭矩。

离散式叶片设置优势：利用气流遇到障碍，它会沿着障碍进行爬升或沿着障

碍物之间的间隙运动的规律，离散式叶片2-1-5不但获取能量，而且在此处的气压降并不大，最重要的是能重复获取能量。

节省外输能源优势：在前三者的基础上，实现了小功率输入，大功率输出的前提下，将获取的部分的机械能转化为电能，一部分电能通过交流发电机5带动增压风机4工作，其目的是降低高压风机1的负载，（通过电路控制系统，使高压风机1高起步，待增压风机4工作后，再使高压风机1在合理范围内运动），另一部分电能采用如图2所示，一机一充，即一个充电机6对应一个蓄电池7，对蓄电池7进行及时充电，这两者的目的都是减少对市电的依赖。

实施例2：

如图8所示，以本实施例说明半密封循环空气能源动力系统的工作原理。半密封循环空气能源动力系统包括高压贮气库11，第1-4空气发动机工作组2-1、2-2、2-3、2-4，增压风机4，交流发电机5，动力输出轴3-2，气压控制节流阀12，空气喷嘴13。其中所述高压贮气库11与第1空气发动机工作组2-1的进气口相连，其中增压风机4的进气口与第4空气发动机工作组2-4的排气口间隔适当空间距离，且在同一个水平方向，水平空间相对应安装，第2空气发动机工作组2-2的动力输出轴3-2输出机械能，其中，所述交流发电机5由第3空气发动机工作组动力输出轴输出的机械能带动发电。所述增压风机4采用以电机为动力的空气压缩机，其动力可由所述交流发电机5提供，也可由蓄电池7或市电提供。所述高压贮气库11的原始高压气体及补充高压气体均由增压风机4提供。

所述空气喷嘴13采用台柱状的柱体管道，保证喷出的气体集中且沿直线方向运动，如图9所示。所述增压风机采用一管道进入、多管道分流。如图9，可采用多台增压风机4进行增压，避免在此处的有压气体不能及时增压到高压贮气库11，而发生外溢，造成有压气体的浪费。压缩气体的生产成本高，因此利用次压气体进行再增压，可以有效降低增压风机4的负荷。

所述气压控制节流阀12关闭时，整个系统内部的气压表现为对壁面的静压，当气压控制节流阀打开时，系统内部的气压与外界存在气压差，有压气体以超音速的速度从空气喷嘴13喷出，靠近空气喷嘴13的工作腔中的气压降低，后面的气体立即来补充，而大量的压缩气体在高压贮气库11里，于是整个系统内部有压气流会沿着管路和逐缩管开始定向运动，如图10，在此基础上利用实施例1的技术将气流运动的动能转化成机械能或电能，如图8，而最重要的一点是，从空气喷嘴13喷出的压缩气体具有这两点优势，一是遵从惯性定律，即保持原来的运动状态和运动路线。二是空气喷嘴13与增压风机4的进气口几厘米之隔，喷出的压缩气体的密度和压力改变不大，利用增压风机4稍微加压即可导入高压贮气库11，形成循环利用。

从气压控制节流阀12打开，到交流发电机5发电，再到增压风机4工作这个过程，有个短暂的时间，势必会造成这个时间差内喷出的压缩气体的浪费，为了弥补这一缺陷，采取的措施为电控转换。

移动的空气发动机，用蓄电池7先提供电能，使增压风机4先工作，再打开气压控制节流阀12，当交流发电机5正常启动后，切断蓄电池7供电，用交流发电机5来供电，如图11。

位置固定的空气发动机，直接用市电启动增压风机4，再打开气压控制节流阀12，当交流发电机5正常启动后，可切断市电用交流发电机5供电。

增压风机4与空气喷嘴13安装的形式变化，可以采用如图12的安装形式。在空气喷嘴13和增压风机4的进气口之间封闭成一个大空间，其目的是降低噪音。

半密封循环空气能源动力系统只需一次充气，工作机工作时即可自己提供压缩气体，从而能摆脱对传统能源的依赖。此外，半密封循环空气能源动力系统还能将利用后的有压气体进行回收。

实施例3：

在实施例1和实施例2基础上搭配，形成递增式空气能源动力系统，如图13，首先，由第1组全密封循环空气能源动力系统的高压风机产生机械能输出，经过变速箱处理后带动第2组全密封循环空气能源动力系统的高压风机运转，再由第二组的高压风机作用下而产生的机械能输出，经过变速箱带动第3组全密封循环空气能源动力系统，依次可增加，由第2组全密封循环空气能源动力系统的部分机械能用来发电，产生电能为半密封式系统的空气增压机提供动力，整个过程，由原先较小的外动力输入，到递增后能量由小增大到几倍、几十倍，甚至几万倍，不受空间限制的条件下用来发电。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种全密封循环空气能源动力系统，包括高压风机、第1-N空气发动机工作组、增压风机、交流发电机、蓄电池、动力输出轴，其特征在于：高压风机出气口与第1空气发动机工作组进气口相连，第N个空气发动机工作组出气口与高压风机进气口相连，从而使该全密封循环空气能源动力系统通过管路连接形成闭路循环；所述空气发动机工作组中包含多个同轴的叶片和转子；所述同轴叶片式空气发动机之间以及第1-N空气发动机工作组之间均是通过逐缩管依次连接；所述增压风机设置在两个相邻的空气发动机工作组之间，增压风机进气口与前一个空气发动机工作组出气口相连，增压风机出气口与后一个空气发动机工作组进气口相连；所述第1-N空气发动机工作组均设置有动力输出轴，用于输出机械能，其中，所述交流发电机由一个空气发动机工作组动力输出轴输出的机械能带动发电，同时所述交流发电机为所述增压风机提供电能；所述高压风机的能源由蓄电池提供。

2.根据权利要求1所述的一种全密封循环空气能源动力系统，其特征在于：所述蓄电池通过充电机由220V市电或所述交流发电机提供。

3.根据权利要求1所述的一种全密封循环空气能源动力系统，其特征在于：所述第1-N空气发动机工作组设置的动力输出轴，其中一组用来发电，其它组用于带动其它机械运转。

4.根据权利要求1所述的一种全密封循环空气能源动力系统，其特征在于：所述高压风机为单缸或双缸的球面式多叶片空气压缩机。

5.根据权利要求1所述的一种全密封循环空气能源动力系统，其特征在于：所述高压风机包括：高压风机进气口、高压风机风扇、高压风机电动机、高压风机出气口、高压风机冷却液、高压风机制冷箱外壳。