CN102562356A - 外热机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种外热机***,本热机***包括吸热缸头组件、气缸部件、气体增压设备三部分。吸热缸头组件由吸热缸体和吸热芯体组成;气缸部件由进气阀、排气阀、气缸和活塞组成;气体增压设备由风机、储气罐、冷却器和补气泵组成。本发明的热机***结构简单、制造方便,既可以有效地使用低品位能源,也可以实现百瓦以下的领域,同时还能很方便的用于太阳能发电、垃圾发电等新能源领域,有助于有效地开发利用新能源。
Description
技术领域
本发明涉及外热机领域,特别涉及一种把外部热能转化为机械能的热机***。
背景技术
所谓外热机,是一种使用热源从热机外部加热,完成热能转换成机械能的机械装置。有代表性的是蒸汽机和斯特林发动机。蒸汽机,利用热源对水加热使之产生高压蒸汽,推动汽缸或汽轮机做功。但是蒸汽机需要水资源,同时在中温300~400℃转换效率较低,而且随着温度的降低效率下降较快。斯特林发动机,利用气体的加热膨胀与冷却压缩来做功。斯特林发动机虽不需要水,但是制造精密,密封要求非常高,成本高昂,目前离规模商业化使用仍有不少距离。本技术旨在提出一种使用气体做工质,同时制造容易的外热机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种外热机,能有效利用气体工质,把热能转化为机械能并且制造成本相对低廉。
为解决上述技术问题,一种外热机,其包括吸热缸头组件、气缸部件,吸热缸头组件由吸热缸体和吸热芯体组成,吸热芯体被固定在吸热缸体内;气缸部件由进气阀、排气阀、气缸和活塞组成,吸热缸体的一端与气缸的一端连接,缸外气体从进气阀进入气缸,气缸内的气体从排气阀排出。吸热缸体与气缸的连接端设置有气体通道。
本发明利用现今内燃机、压缩机领域的成熟制造技术,使机器制造简单同时成本低廉。设计上采用在缸内设置具有大表面积,对工质具有很强加热作用的吸热芯体,同时缸内气体在经活塞压缩后才进入吸热芯体,气体压缩后导热能力线性提高,又进一步加强了对工质的加热作用,使之具备对工质的快速加热作用。本发明的外热机加热过程与内燃机的点火***效果相似,使之具备内燃机相似的循环过程,也就具备了内燃机的高效特性。同时具备利用外热的功能,使之不像内燃机仅仅局限于流体燃料,可以方便利用300℃以上的各种热源,因此,在新能源领域可以大显身手。
本发明结构简单,方便制造,可有效使用300℃以上热源发电,而且不需要水,整体效率高、造价低,并且在采用闭式增压模式后能有效提高单位排量下的功率,同时延长机体的使用寿命。另外本发明也可以用于百瓦以下的领域。
在上述方案基础上,所述的吸热缸体为T形、锥形或矩形,吸热缸体与气缸的连接端设置有隔热圈。
在上述方案基础上,所述的吸热芯体由若干层丝网叠加而成,或由多孔材料烧结而成,或由多层孔板叠加而成,并具有较小的体积表面积比。
在上述方案基础上,所述的活塞端头设置有空心杯,用于防止热量从吸热缸体向活塞传递,活塞壁上设有散热环和密封环,其中,散热环可用于活塞散热,密封环用于阻止气缸内气体泄漏。
在上述方案基础上,所述的进气阀与排气阀轴向平行或镜像对称设置于气缸上。
在上述方案基础上,所述的进气阀与气体增压设备相连。
在上述方案基础上,所述的气体增压设备包括风机、储气罐、冷却器,风机与进气阀连通,自排气阀排出的气体直接进入大气,或者,排气阀与储气罐连通,从气缸排出的气体经冷却器冷却进入储气罐。
在上述方案基础上,所述的储气罐连接风机,用于使储气罐的气体通过进气阀进入气缸。
在上述方案基础上,所述的增压设备还包括补气泵,用于补充外热机运行中泄漏的气体。
可以很方便的用于太阳能发电、垃圾场沼气发电、核能发电等能源领域,有助于开发利用新能源。
本发明的优越功效在于:本发明的外热机***结构简单、制造方便,同时具备较高的热效率,既可以有效地使用低品位能源,也可以实现百瓦以下的领域,同时还能很方便的用于太阳能发电、垃圾发电等新能源领域,有助于有效地开发利用新能源。
附图说明
图1为本发明的具体实施例一的结构示意图;
图2为本发明的具体实施例二的结构示意图;
图3为本发明的具体实施例三的结构示意图;
图4为本发明的具体实施例四的结构示意图;
图5为本发明的具体实施例五的结构示意图;
图6为本发明的具体实施例六的结构示意图;
图中标号说明:
1—吸热缸体; 2—进气阀;
3—排气阀; 4—活塞;
5—气缸; 6—吸热芯体;
7—气体通道; 8—隔热圈;
9—空心杯; 10—散热环;
11—密封环; 12—风机;
13—储气罐; 14—冷却器;
15—补气泵。
具体实施方式
请参阅附图所示,对本发明作进一步描述。
实施例1
如图1所示,为本发明的具体实施例一的结构示意图,包括吸热缸体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5,吸热缸体1的为矩形,其内部固定有吸热芯体6,且其内侧面设置有气体通道7;进气阀2、排气阀3沿气缸5轴向平行布置在气缸5上。进气阀2连接有风机设备,热源对吸热缸体1加热,并将热量传递给吸热芯体6。初始状态,假设缸内有冷气,活塞4在图示的气缸5的最右端,进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动,缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕,活塞4在气体的膨胀压力下向右运动,对外做功,在接近最右端时进气阀2、排气阀3打开,缸外冷气体在风机设备的增压作用下从进气阀2进入气缸5,推动缸内热气从排气阀3排出,执行换气过程。换气完毕,进气阀2、排气阀3关闭。活塞向左运动继续下个循环。
实施例2
如图2所示,为本发明的具体实施例二的结构示意图,包括吸热缸体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5,吸热缸体1的为矩形,其内部固定有吸热芯体6,且其内侧面设置有气体通道7;进气阀2、排气阀3沿气缸5镜像对称布置于气缸5上。热源对吸热缸体1加热,并将热量传递给吸热芯体6。初始状态,假设缸内有冷气,活塞4在图示的气缸5的最右端,进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动,缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕,活塞4在气体的膨胀压力下向右运动,对外做功,在接近最右端时排气阀3打开,活塞4向左运动,缸内气体在活塞4的推动作用下排出气缸5,活塞4到达最左端,排气阀3关闭,进气阀2打开,活塞4向右运动,缸外气体通过进气阀2进入气缸5,活塞到达最右端,进气阀2关闭,完成换气过程。换气完毕,活塞向左运动继续下个循环。
实施例3
如图3所示,为本发明的具体实施例三的结构示意图,包括吸热缸体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5,吸热缸体1的为矩形,内嵌于气缸内,其内部固定有吸热芯体6,且其内侧面设置有气体通道7;进气阀2、排气阀3沿气缸5轴向平行布置在气缸5上。进气阀2连接有风机设备,热源对吸热缸体1加热,并将热量传递给吸热芯体6。初始状态,假设缸内有冷气,活塞4在图示的气缸5的最右端,进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动,缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕,活塞4在气体的膨胀压力下向右运动,对外做功,在接近最右端时进气阀2、排气阀3打开,缸外冷气体在风机设备的增压作用下从进气阀2进入气缸5,推动缸内热气从排气阀3排出,执行换气过程。换气完毕,进气阀2、排气阀3关闭。活塞向左运动继续下个循环。
实施例4
如图4所示,为本发明的具体实施例四的结构示意图,包括吸热缸体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5,吸热缸体1的为T形,其内部固定有吸热芯体6,且其内侧面设置有气体通道7;进气阀2、排气阀3沿气缸5轴向平行布置于气缸5上。吸热缸体1小头与气缸5相连,热源对大头加热。吸热缸体1上设置有隔热圈8,活塞4上设置有空心杯9、散热环10、密封环11,隔热圈8和空心杯9均用来防止热量从吸热缸体1向活塞4传递,散热环10用于活塞4散热,密封环11用于阻止气缸5内气体泄漏;进气阀2连接有风机设备,热源对吸热缸体1加热,并将热量传递给吸热芯体6。初始状态,假设气缸内有冷气,活塞4在图示的气缸5的最右端,进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动,缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕,活塞4在气体的膨胀压力下向右运动,对外做功,在接近最右端时进气阀2、排气阀3打开,缸外冷气体在风机设备的增压作用下从进气阀2进入气缸5,推动缸内热气从排气阀3排出,执行换气过程。换气完毕,进气阀2、排气阀3关闭。活塞4向左运动继续完成下个循环。
实施例5
如图5所示,为本发明的具体实施例五的结构示意图,包括吸热缸体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5,吸热缸体1的为锥形,其内部固定有吸热芯体6,且其内侧面设置有气体通道7;进气阀2、排气阀3沿气缸5轴向平行布置于气缸5上。吸热缸体1小头与气缸5相连,热源对大头加热。吸热缸体1上设置有隔热圈8,活塞4上设置有空心杯9、散热环10、密封环11,隔热圈8和空心杯9均用来防止热量从吸热缸体1向活塞4传递,散热环10用于活塞4散热,密封环11用于阻止气缸5内气体泄漏;进气阀2连接气体增压设备,气体增压设备包括风机12、储气罐13、冷却器14、补气泵15,进气阀2与风机12连接,排气阀3与冷却器14连接。冷却器14用于将从排气阀3排出的热气冷却,储气罐13用于储存冷却后的气体,风机12用于使进气阀2处的气体压力大于排气阀3处的气体压力,补气泵15用于补充***运行中泄漏的气体。热源对吸热缸体加热,并将热量传递给吸热芯体6。初始状态,假设气缸内有冷气,活塞4在图示的气缸5的最右端,进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。活塞4向左运动,缸内气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕,活塞4在气体的膨胀压力下向右运动,对外做功,在接近最右端时进气阀2、排气阀3打开,缸外冷气体在增压设备风机12的增压作用下从进气阀2进入气缸5,推动缸内热气从排气阀3排出,执行换气过程。换气完毕,进气阀2、排气阀3关闭。活塞4向左运动继续完成下个循环。
实施例6
如图6所示,为本发明的具体实施例六的结构示意图,包括吸热缸体1、进气阀2、排气阀3、活塞4、气缸5,吸热缸体1的为锥形,其内部固定有吸热芯体6,且其内侧面设置有气体通道7;进气阀2、排气阀3沿气缸5镜像对称布置于气缸5上。吸热缸体1小头与气缸5相连,热源对大头加热。吸热缸体1上设置有隔热圈8,活塞4上设置有空心杯9、散热环10、密封环11,隔热圈8和空心杯9均用来防止热量从吸热缸体1向活塞4传递,散热环10用于活塞4散热,密封环11用于阻止气缸5内气体泄漏;进气阀2连接气体增压设备,气体增压设备包括储气罐13、冷却器14、补气泵15,排气阀3与冷却器14连接。冷却器14用于将从排气阀3排出的热气冷却,储气罐13用于储存冷却后的气体,补气泵15用于补充***运行中泄漏的气体。热源对吸热缸体加热,并将热量传递给吸热芯体6。初始状态,假设活塞4在图示的气缸5的最左端,进气阀2、排气阀3均处于关闭状态。进气阀打开,活塞4向右运动,储气罐13内的气体被吸入缸内,活塞运动到最右端,吸气完毕。进气阀2关闭,活塞向左运动,气体在活塞4的压缩下通过气体通道7进入吸热芯体6吸收热能。压缩完毕,活塞4在气体的膨胀压力下向右运动,对外做功,在活塞接近最右端时做功完毕,排气阀3打开,活塞向左运动,缸内热气从排气阀3进入冷却器14,再经过冷却器14冷却后进入储气罐13,当活塞运动到最左端,排气完成,排气阀3关闭。进气阀2打开,活塞4向左运动继续完成下个循环。
Claims (9)
1.一种外热机,其特征在于:包括吸热缸头组件、气缸部件,吸热缸头组件由吸热缸体和吸热芯体组成,吸热芯体被固定在吸热缸体内;气缸部件由进气阀、排气阀、气缸和活塞组成,吸热缸体的一端与气缸的一端连接,缸外气体从进气阀进入气缸,气缸内的气体从排气阀排出。
2.根据权利要求1所述的外热机,其特征在于:所述的吸热缸体为T形、锥形或矩形,吸热缸体与气缸的连接端设置有气体通道。
3.根据权利要求1所述的外热机,其特征在于:所述的吸热芯体由若干层丝网叠加而成,或由多孔材料构成,或由多层孔板叠加而成,并具有较小的体积表面积比。
4. 根据权利要求1所述的外热机,其特征在于:所述的活塞端头设置有空心杯,活塞壁上设有散热环和密封环。
5. 根据权利要求1所述的外热机,其特征在于:所述的进气阀与排气阀轴向平行或镜像对称设置于气缸上。
6. 根据权利要求1所述的一种外热机***,其特征在于:所述的进气阀相连一气体增压设备,所述的气体增压设备包括风机、储气罐、冷却器,风机与进气阀连通,排气阀与储气罐连通,从气缸排出的气体经冷却器冷却进入储气罐。
7.根据权利要求6述的外热机,其特征在于:所述的储气罐连接风机,用于使储气罐的气体通过进气阀进入气缸。
8.根据权利要求6或7所述的外热机,其特征在于:所述的增压设备还包括补气泵,用于补充外热机运行中泄漏的气体。
9.根据权利要求1至8所述的外热机的用途,用于太阳能发电、垃圾场沼气发电、核能发电。
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