带外平衡阀的气动外驱动外燃热机发电装置

摘要

带外平衡阀的气动外驱动外燃热机发电装置，它及的是将热能转换成机械能的技术领域。它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、结构复杂及密封困难而无法实现零泄漏的问题等。它的汽缸的右侧开口端与缓冲汽缸的开口端密封连接；导汽活塞设置在汽缸的左侧内部中，汽缸的左端为吸热端，左侧中部为散热端；飞轮曲轴总成和发电机设置在缓冲汽缸内部；做功活塞的右侧端面通过活动连杆与飞轮曲轴总成的曲杆转动连接。本发明能将热能直接高效的转换成机械能，再发电。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。

说明书

技术领域

本发明涉及的是将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年发明的。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、结构复杂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。

发明内容

本发明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、结构复杂及密封困难而无法实现零泄漏的问题等。进而提出了一种带外平衡阀的气动外驱动外燃热机发电装置。

带外平衡阀的气动外驱动外燃热机发电装置由汽缸、缓冲汽缸、导汽活塞、气体工作介质、做功活塞、飞轮曲轴总成、第一回弹机构、第二回弹机构、发电机组成；

导汽活塞的内部空腔内设置有多层储热导气金属网，导汽活塞的两端面上都各开有通孔与其内部空腔连通；汽缸的左侧端为封闭端，右侧端为开口端；缓冲汽缸的一端为封闭端，另一端为开口端；汽缸的右侧开口端与缓冲汽缸的开口端密封连接；导汽活塞设置在汽缸的左侧内部中，汽缸的左端为吸热端，左侧中部为散热端；做功活塞设置在汽缸的右侧内部中，导汽活塞轴心上的连杆滑动密封插入到做功活塞的内部空腔中，第一回弹机构、第二回弹机构都设置在做功活塞的内部空腔中，第一回弹机构的一端与处在做功活塞内部空腔中的连杆的右端转动连接，第一回弹机构的另一端与做功活塞的内表面转动连接，第二回弹机构的一端与处在做功活塞内部空腔中的连杆的右端转动连接，第二回弹机构的另一端与做功活塞的内表面转动连接，第一回弹机构与第二回弹机构相对于在做功活塞内部空腔中的连杆对称设置；飞轮曲轴总成和发电机设置在缓冲汽缸内部；做功活塞的右侧端面通过活动连杆与飞轮曲轴总成的曲杆转动连接；飞轮曲轴总成的曲轴转动时，做功活塞在汽缸的右侧内部做相对应的左右往复密封滑动运动，飞轮曲轴总成的曲轴与发电机的转轴传动连接；汽缸的轴心线、导汽活塞的轴心线、做功活塞的轴心线、连杆的轴心线都相互重合；汽缸和缓冲汽缸内部都设置有气体工作介质；连杆内部设置有通道，连杆的通道的右侧端口设置在做功活塞的右侧端，做功活塞左侧内部设置有通道，做功活塞的通道的左侧端口设置在做功活塞的左侧端面上，当导汽活塞处在汽缸的左端时，做功活塞向左移动时，带动曲轴同步转动，做功活塞迫使第一回弹机构、第二回弹机构弯曲，第一回弹机构的两端转动连接处的中心连线和第二回弹机构的两端转动连接处的中心连线都与连杆的轴心线垂直时为第一回弹机构和第二回弹机构的压缩平衡点，在压缩平衡点附近时，连杆的通道的左侧端口与做功活塞的通道的右侧端口暂时相对连通，当过压缩平衡点后，第一回弹机构、第二回弹机构因要回弹，而通过连杆驱动导汽活塞迅速都向右侧移动，将导汽活塞右侧端外的气体工作介质排挤到导汽活塞的左侧端外；当做功活塞向右移动时，带动曲轴同步转动，做功活塞迫使第一回弹机构、第二回弹机构弯曲，在压缩平衡点附近时，连杆的通道的左侧端口与做功活塞的通道的右侧端口暂时相对连通，当过压缩平衡点后，第一回弹机构、第二回弹机构因要回弹，而通过连杆驱动导汽活塞迅速再向左侧移动，将导汽活塞左侧端外的气体工作介质排挤到导汽活塞的右侧端外。

本发明能将热能直接高效的转换成机械能，再发电；因外部都为静密封，而能实现零泄漏，结构简单，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。

当气体工作介质为空气、氮气、氦气或氢气（都应是干燥的气体）时，其汽缸左端吸热端的工作温度为500度~900度。

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10%以下。

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。

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是本发明中的第一回弹机构7、第二回弹机构8为V形回弹弹簧片时的整体结构示意图；

图2是本发明中的第一回弹机构7、第二回弹机构8为磁排斥V形回弹折臂时的整体结构示意图；

图3是图2中磁排斥V形回弹折臂的放大结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3说明本实施方式，本实施方式由汽缸1、缓冲汽缸2、导汽活塞3、气体工作介质4、做功活塞5、飞轮曲轴总成6、第一回弹机构7、第二回弹机构8、发电机9组成；

导汽活塞3的内部空腔内设置有多层储热导气金属网，导汽活塞3的两端面上都各开有通孔与其内部空腔连通；汽缸1的左侧端为封闭端，右侧端为开口端；缓冲汽缸2的一端为封闭端，另一端为开口端；汽缸1的右侧开口端与缓冲汽缸2的开口端密封连接；导汽活塞3设置在汽缸1的左侧内部中，汽缸1的左端为吸热端，左侧中部为散热端；做功活塞5设置在汽缸1的右侧内部中，导汽活塞3轴心上的连杆5-1滑动密封插入到做功活塞5的内部空腔中，第一回弹机构7、第二回弹机构8都设置在做功活塞5的内部空腔中，第一回弹机构7的一端与处在做功活塞5内部空腔中的连杆5-1的右端转动连接，第一回弹机构7的另一端与做功活塞5的内表面转动连接，第二回弹机构8的一端与处在做功活塞5内部空腔中的连杆5-1的右端转动连接，第二回弹机构8的另一端与做功活塞5的内表面转动连接，第一回弹机构7与第二回弹机构8相对于在做功活塞5内部空腔中的连杆5-1对称设置；飞轮曲轴总成6和发电机9设置在缓冲汽缸2内部；做功活塞5的右侧端面通过活动连杆5-2与飞轮曲轴总成6的曲杆6-1转动连接；飞轮曲轴总成6的曲轴6-2转动时，做功活塞5在汽缸1的右侧内部做相对应的左右往复密封滑动运动，飞轮曲轴总成6的曲轴6-2与发电机9的转轴9-1传动连接；汽缸1的轴心线、导汽活塞3的轴心线、做功活塞5的轴心线、连杆5-1的轴心线都相互重合；汽缸1和缓冲汽缸2内部都设置有气体工作介质4；连杆5-1内部设置有通道5-3，连杆5-1的通道5-3的右侧端口设置在做功活塞5的右侧端，做功活塞5左侧内部设置有通道5-4，做功活塞5的通道5-4的左侧端口设置在做功活塞5的左侧端面上，当导汽活塞3处在汽缸1的左端时，做功活塞5向左移动时，带动曲轴6-2同步转动，做功活塞5迫使第一回弹机构7、第二回弹机构8弯曲，第一回弹机构7的两端转动连接处的中心连线和第二回弹机构8的两端转动连接处的中心连线都与连杆5-1的轴心线垂直时为第一回弹机构7和第二回弹机构8的压缩平衡点，在压缩平衡点附近时，连杆5-1的通道5-3的左侧端口与做功活塞5的通道5-4的右侧端口暂时相对连通，当过压缩平衡点后，第一回弹机构7、第二回弹机构8因要回弹，而通过连杆5-1驱动导汽活塞3迅速都向右侧移动，将导汽活塞3右侧端外的气体工作介质4排挤到导汽活塞3的左侧端外；当做功活塞5向右移动时，带动曲轴6-2同步转动，做功活塞5迫使第一回弹机构7、第二回弹机构8弯曲，在压缩平衡点附近时，连杆5-1的通道5-3的左侧端口与做功活塞5的通道5-4的右侧端口暂时相对连通，当过压缩平衡点后，第一回弹机构7、第二回弹机构8因要回弹，而通过连杆5-1驱动导汽活塞3迅速再向左侧移动，将导汽活塞3左侧端外的气体工作介质4排挤到导汽活塞3的右侧端外。

第一回弹机构7、第二回弹机构8可为V形回弹弹簧片或磁排斥V形回弹折臂。

所述磁排斥V形回弹折臂由第一直臂A、第二直臂B、第一永磁片C、第二永磁片D组成；第一直臂A两端分别设置有第一转动轴孔A-1，第二直臂B两端分别设置有第二转动轴孔B-1，第一直臂A一端的第一转动轴孔A-1与第二直臂B一端的第二转动轴孔B-1转动连接，第一直臂A、第二直臂B最大张开角度小于140度，第一直臂A与第二直臂B相对内表面上分别镶嵌有第一永磁片C和第二永磁片D，第一永磁片C和第二永磁片D应尽量靠近第一转动轴孔A-1和第二转动轴孔B-1的轴心线处镶嵌，第一永磁片C与第二永磁片D相对面的磁级级性相同，使第一直臂A与第二直臂B趋向张开。

所述汽缸1左端吸热端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。

所述汽缸1的散热端的冷却方式可采用风冷或水冷方式降温，其温度应控制在50度以下。

当气体工作介质4为空气、氮气、氦气或氢气（都应是干燥的气体）时，其汽缸1左端吸热端的加热温度为500度~900度。

汽缸1内部的气体工作介质4的压力为1~400个大气压，具体以汽缸1材料的许用应力为准。

本装置的高温部分应处在保温绝热的壳体中，以防止热量的散失。

工作原理：

当导汽活塞3处在汽缸1的左端时，导汽活塞3右侧端外的气体工作介质4放热收缩，缓冲汽缸2中的压缩气体工作介质4有膨胀趋势，而推动做功活塞5向左侧移动，带动曲轴6-2同步转动，再带动发电机9的转轴9-1转动，同时做功活塞5迫使第一回弹机构7、第二回弹机构8弯曲，在压缩平衡点附近时，连杆5-1的通道5-3的左侧端口与做功活塞5的通道5-4的右侧端口暂时相对连通（这时其做功活塞5左侧系统压力正好处在等于小于做功活塞5右侧压力阶段，当做功活塞5的左侧与右侧导通后左右压力会自动平衡，使下一周的转动处于系统平衡点最优状态，因而能克服因做功活塞5与汽缸1的滑动密封微小漏气而影响系统平衡点稳定度的问题），当过压缩平衡点后，第一回弹机构7、第二回弹机构8因要回弹，而通过连杆5-1驱动导汽活塞3迅速都向右侧移动，将导汽活塞3右侧端外的气体工作介质4排挤到第一导汽活塞3的左侧端外；导汽活塞3左侧端外的气体工作介质4吸热膨胀，而再推动做功活塞5向右侧移动，并压缩缓冲汽缸2中的气体工作介质4，同时做功活塞5迫使第一回弹机构7、第二回弹机构8弯曲，在压缩平衡点附近时，连杆5-1的通道5-3的左侧端口与做功活塞5的通道5-4的右侧端口暂时相对连通，当过压缩平衡点后，第一回弹机构7、第二回弹机构8因要回弹，而通过连杆5-1驱动导汽活塞3迅速再向左侧移动，将导汽活塞3左侧端外的气体工作介质4排挤到导汽活塞3的右侧端外，周而复始带动发电机9中转轴9-1转动，而发电，向外输出电能。本发明的装置在逆向工作时，可为制冷机或制热机。