变界机构气体发动机及使用其的发电机组

摘要

本发明公开了一种变界机构气体发动机及使用其的发电机组，所述变界机构气体发动机包括变界容积机构压缩机(1)、加热器(2)、排热器(3)和变界容积机构膨胀机(4)，所述变界容积机构压缩机(1)、所述加热器(2)、所述排热器(3)和所述变界容积机构膨胀机(4)依次连通，所述变界容积机构压缩机(1)、所述加热器(2)、所述排热器(3)和所述变界容积机构膨胀机(4)连通形成的密闭空间内充入气体工质，所述变界容积机构膨胀机(4)与所述变界容积机构压缩机(1)联动设置。本发明所述变界机构气体发动机的成本低、功率大。

说明书

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种变界机构气体发动机，本发明还涉及使用所述变界机构气体发动机的发电机组。

背景技术

以斯特林发动机为代表的热气机因工作平稳、震动噪声小、燃料选择性广泛，其应用领域也日益扩大，但是这类发动机生产成本高、功率密度低、功率小。因此，需要发明一种新型的发动机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种变界机构气体发动机，包括变界容积机构压缩机、加热器、排热器和变界容积机构膨胀机，所述变界容积机构压缩机、所述加热器、所述排热器和所述变界容积机构膨胀机依次连通，在所述变界容积机构压缩机、所述加热器、所述排热器和所述变界容积机构膨胀机连通形成的密闭空间内充入气体工质，所述变界容积机构膨胀机对所述变界容积机构压缩机输出动力。

所述变界容积机构压缩机设为多级变界容积机构压缩机。

所述变界容积机构压缩机设为滑片数为两个以上的单级滑片式压缩机构。

所述变界容积机构压缩机设为包括排量不同且按排量依次减小的方式串联连通的两个以上贯穿滑片式机构的压缩机。

所述变界容积机构压缩机设为包括排量不同且按排量依次减小的方式串联连通的两个以上滚动活塞式机构的压缩机。

所述变界容积机构压缩机设为包括排量不同且按排量依次减小的方式串联连通的两个以上摆动转子式机构的压缩机。

所述变界容积机构压缩机设为单级滑片数为两个以上的滑片式压缩机。

所述变界容积机构压缩机设为两级以上串联连通的贯穿滑片式压缩机。

所述变界容积机构压缩机设为两级以上串联连通的滚动活塞式压缩机。

所述变界容积机构压缩机设为两级以上串联连通的摆动转子式压缩机。

所述变界容积机构膨胀机设为多级变界容积机构膨胀机。

所述变界容积机构膨胀机设为滑片数为两个以上的单级滑片式膨胀机构。

所述变界容积机构膨胀机设为包括排量不同且按排量依次增大的方式串联连通的两个以上贯穿滑片式机构的膨胀机。

所述变界容积机构膨胀机设为包括排量不同且按排量依次增大的方式串联连通的两个以上滚动活塞式机构的膨胀机。

所述变界容积机构膨胀机设为包括排量不同且按排量依次增大的方式串联连通的两个以上摆动转子式机构的膨胀机。

所述变界容积机构膨胀机设为单级滑片数为两个以上的滑片式膨胀机。

所述变界容积机构膨胀机设为两级以上串联连通的贯穿滑片式膨胀机。

所述变界容积机构膨胀机设为两级以上串联连通的滚动活塞式膨胀机。

所述变界容积机构膨胀机设为两级以上串联连通的摆动转子式膨胀机。

所述气体工质设为惰性气体、氮气或设为空气。

所述气体工质设为氦气。

在所述变界机构气体发动机处于非工作状态时，所述气体工质的压力大于3MPa。

在所述变界机构气体发动机处于非工作状态时，所述变界容积机构膨胀机的工质出口的所述气体工质的压力大于0.1MPa。

在所述变界容积机构压缩机、所述加热器、所述排热器和所述变界容积机构膨胀机连通形成的密闭空间内或上设置工质储存空间。

所述变界容积机构膨胀机的对外输出动力的方式设为磁隔离输出方式。

所述变界容积机构膨胀机对所述变界容积机构压缩机经变速机构输出动力。

所述变界容积机构压缩机的进气口与速度型压气机的工质出口连通，所述变界容积机构膨胀机的排气口与速度型做功机构的工质入口连通。

所述速度型做功机构和所述变界容积机构压缩机联动设置。

所述速度型做功机构和所述速度型压气机联动设置。

所述速度型压气机设为多级速度型压气机。

所述速度型做功机构设为多级速度型做功机构。

一种使用所述变界机构气体发动机的发电机组，所述变界容积机构膨胀机设为对发电机输出动力。

一种使用所述变界机构气体发动机的发电机组，所述变界容积机构膨胀机设为对发电机输出动力，所述发电机的壳体与所述变界机构气体发动机的壳体密封设置，所述发电机的壳体与所述变界机构气体发动机的壳体形成工质全密封壳，所述发电机的电力输出导线穿越所述工质全密封壳且与所述工质全密封壳密封设置。

本发明中，所谓的“变界容积机构”是指一切流体进入区内的运动件的表面和流体流出区内的运动件的表面不同的容积型流体机构，也就是说，所谓的“变界容积机构”是由旋转运动件形成容积变化的一切容积型流体机构，例如，滑片泵、滑片式机构(例如，滑片式压缩机或滑片式膨胀机)、偏心转子机构(例如，偏心转子压缩机或偏心转子膨胀机)、液环式机构(例如，液环式压缩机或液环式膨胀机)、罗茨式机构(例如，罗茨式压缩机或罗茨式膨胀机)、螺杆式机构(例如，螺杆式压缩机或螺杆式膨胀机)、旋转活塞式机构(例如，旋转活塞式压缩机或旋转活塞式膨胀机)、滚动活塞式机构(例如，滚动活塞式压缩机或滚动活塞式膨胀机)、摆动转子式机构(例如，摆动转子式压缩机或摆动转子式膨胀机)、单工作腔滑片式机构(例如，单工作腔滑片式压缩机或单工作腔滑片式膨胀机)、双工作腔滑片式机构(例如，双工作腔滑片式压缩机或双工作腔滑片式膨胀机)、贯穿滑片式机构(例如，贯穿滑片式压缩机或贯穿滑片式膨胀机)、齿轮流体机构(例如，齿轮压缩机或齿轮膨胀机)和转缸滚动活塞机构(例如，转缸滚动活塞压缩机或转缸滚动活塞膨胀机)等。所述变界容积机构可选择性地选择包括包括气缸、隔离体和缸内旋转体，且由所述气缸、所述隔离体和所述缸内旋转体三者相互配合形成容积变化的机构。

本发明中，所谓的“A与B联动设置”是指A与B相互有驱动作用的设置方式，包括共轴设置方式。

本发明中，“所述变界容积机构膨胀机与所述变界容积机构压缩机联动设置”包括所述变界容积机构膨胀机与所述变界容积机构压缩机共轴设置，所述变界容积机构膨胀机与所述变界容积机构压缩机一体化设置以及所述变界容积机构膨胀机对所述变界容积机构压缩机间接输出动力等一切所述变界容积机构膨胀机对所述变界容积机构压缩机输出动力的形式或经变速机构输出动力。

本发明中，为了增加所述气体工质与外界的传热速度和体积功率，可使在所述变界机构气体发动机内部的工质压力增加，然而如果此压力过高会使压缩后的工质的压力过大使机构和材料难于满足要求，为了既提高传热效率和体积功率，又使材料和机构能够满足要求，本发明中对处于非工作状态和工作状态时的相关压力进行了限定。

本发明中，设置所述工质储存空间的目的是为了在有效提高传热效率和体积功率的前提下，减少非工作状态工质压力避免或减少泄漏。

本发明中，在所述变界容积机构压缩机、所述加热器、所述排热器和所述变界容积机构膨胀机连通形成的密闭空间内设置工质储存空间是指在所述变界容积机构压缩机、所述加热器、所述排热器和所述变界容积机构膨胀机连通过程中除因连通所需的必要空间外，额外设置的能够充入工质的空间，例如，可以将管道加粗和/或加长超过必要尺寸。

本发明中，在所述变界容积机构压缩机、所述加热器、所述排热器和所述变界容积机构膨胀机连通形成的密闭空间上设置工质储存空间是指在所述变界容积机构压缩机、所述加热器、所述排热器和所述变界容积机构膨胀机连通形成的密闭空间以外设置可储存工质的独立空间，且与所述变界容积机构压缩机、所述加热器、所述排热器和所述变界容积机构膨胀机连通形成的密闭空间连通，例如，储罐等。

本发明中，所述速度型压气机包括叶轮式压气机。

本发明中，所述速度型做功机构包括叶轮式做功机构。

本发明中，某个数值以上和某个数值以下均包括本数。

本发明人根据热力学的基本原理以及对宇宙现象的观察认为：在没有外部因素影响的前提下，热不可能百分之百的转换成其它任何形式的能量或物质。传统热力学第二定律中只阐述了在没有外部因素影响的前提下，热不能百分之百的转换成功，这一定律是正确的，但是是片面的。可以用通俗的语言将热定义为能量的最低形式，或者简称为这是宇宙的垃圾。经分析，本发明人还认为：任何生物(动物、植物、微生物、病毒和细菌)的生长过程都是放热的。经分析，本发明人还认为：任何一个过程或任何一个循环(不局限于热力学过程，例如化学反应过程、生物化学反应过程、光化学反应过程、生物生长过程、植物生长过程都包括在内)其最大做功能力守恒，本发明人认为没有光合作用的植物生长过程是不能提高其做功能力的，也就是说，豆芽的做功能力是不可能高于豆子的做功能力加上其吸收的养分的做功能力之和；之所以一棵树木的做功能力要大于树苗的做功能力，是因为阳光以光合作用的形式参与了由树苗到树木的生长过程。

本发明人认为：热机工作的基本逻辑是收敛-受热-发散。所谓收敛是工质的密度的增加过程，例如冷凝、压缩均属收敛过程，在同样的压力下，温度低的工质收敛程度大；所谓受热就是工质的吸热过程；所谓发散是指工质的密度降低的过程，例如膨胀或喷射。任何一个发散过程都会形成做功能力的降低，例如，气态的空气的做功能力要远远低于液态空气的做功能力；甲醇加水加中等温度的热生成一氧化碳和氢气，虽然所生成的一氧化碳和氢气的燃烧热大于甲醇的燃烧热20％左右，但其做功能力大于甲醇的做功能力的比例则微乎其微，其原因在于这一过程虽然吸了20％左右的热，但是生成物一氧化碳和氢气的发散程度远远大于甲醇。因此，利用温度不高的热参加化学反应是没有办法有效提高生成物的做功能力的。

距离增加是熵增加的过程，冷热源之间的距离也影响效率，距离小效率高，距离大效率低。

本发明中，在所述变界机构气体发动机处于非工作状态时，所述气体工质的压力大于3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa或大于20MPa。

本发明中，在所述变界机构气体发动机处于非工作状态时，所述变界容积机构膨胀机的工质出口的所述气体工质的压力大于0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2.0MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa、2.5MPa、2.6MPa、2.7MPa、2.8MPa、2.9MPa或大于3.0MPa。

本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。

本发明的有益效果如下:本发明所述变界机构气体发动机的成本低、功率大。

附图说明

图1所示的是本发明的基本结构示意图

图2所示的是本发明实施例1的结构示意图

图3所示的是本发明实施例2的结构示意图

图4所示的是本发明实施例3的结构示意图

图中，1变界容积机构压缩机、2加热器、3排热器、4变界容积机构膨胀机、5速度型压气机、6速度型做功机构、7发电机、8电力输出导线。

具体实施方式

实施例1

一种变界机构气体发动机，包括变界容积机构压缩机1、加热器2、排热器3和变界容积机构膨胀机4，所述变界容积机构压缩机1、所述加热器2、所述排热器3和所述变界容积机构膨胀机4依次连通，在所述变界容积机构压缩机1、所述加热器2、所述排热器3和所述变界容积机构膨胀机4连通形成的密闭空间内充入气体工质，所述变界容积机构膨胀机4对所述变界容积机构压缩机1输出动力。

作为可以变换的实施方式，所述变界容积机构压缩机1可选择性地设为多级变界容积机构压缩机、滑片数为两个以上的单级滑片式压缩机构、包括排量不同且按排量依次减小的方式串联连通的两个以上贯穿滑片式机构的压缩机、包括排量不同且按排量依次减小的方式串联连通的两个以上滚动活塞式机构的压缩机、包括排量不同且按排量依次减小的方式串联连通的两个以上摆动转子式机构的压缩机、单级滑片数为两个以上的滑片式压缩机、两级以上串联连通的贯穿滑片式压缩机、两级以上串联连通的滚动活塞式压缩机、两级以上串联连通的摆动转子式压缩机。

上述所有实施方式中，可选择性地将所述变界容积机构膨胀机4设为多级变界容积机构膨胀机、滑片数为两个以上的单级滑片式膨胀机构、包括排量不同且按排量依次增大的方式串联连通的两个以上贯穿滑片式机构的膨胀机、包括排量不同且按排量依次增大的方式串联连通的两个以上滚动活塞式机构的膨胀机、包括排量不同且按排量依次增大的方式串联连通的两个以上摆动转子式机构的膨胀机、单级滑片数为两个以上的滑片式膨胀机、两级以上串联连通的贯穿滑片式膨胀机、两级以上串联连通的滚动活塞式膨胀机、两级以上串联连通的摆动转子式膨胀机。

上述所有实施方式中，可选择性地将所述气体工质设为惰性气体、氮气或设为空气或设为氦气。

上述所有实施方式中，可选择性地在所述变界机构气体发动机处于非工作状态时，所述气体工质的压力大于3MPa。

上述所有实施方式中，可选择性地在所述变界机构气体发动机处于非工作状态时，所述变界容积机构膨胀机的工质出口的所述气体工质的压力大于0.1MPa。

上述所有实施方式中，可选择性地在所述变界容积机构压缩机1、所述加热器2、所述排热器3和所述变界容积机构膨胀机4连通形成的密闭空间内或上设置工质储存空间。

上述所有实施方式中，可选择性地将所述变界容积机构膨胀机4的对外输出动力的方式设为磁隔离输出方式。

上述所有实施方式中，可选择性地将所述变界容积机构膨胀机4对所述变界容积机构压缩机经变速机构输出动力。

上述所有实施方式中，可选择性地将所述变界容积机构膨胀机4设为对发电机输出动力。

上述所有实施方式中，可选择性地将所述变界容积机构压缩机1的进气口与速度型压气机5的工质出口连通，所述变界容积机构膨胀机4的排气口与速度型做功机构6的工质入口连通，并选择性地使所述速度型做功机构6和所述变界容积机构压缩机1联动设置和/或使所述速度型做功机构6和所述速度型压气机5联动设置，还可选择性地使所述速度型压气机5设为多级速度型压气机和/或所述速度型做功机构6设为多级速度型做功机构。

实施例2

一种使用所述变界机构气体发动机的发电机组，所述变界容积机构膨胀机4设为对发电机输出动力。

实施例3

一种使用实施例1所述变界机构气体发动机的发电机组，所述变界容积机构膨胀机4设为对发电机7输出动力，所述发电机7的壳体与所述变界机构气体发动机的壳体密封设置，所述发电机7的壳体与所述变界机构气体发动机的壳体形成工质全密封壳，所述发电机7的电力输出导线8穿越所述工质全密封壳且与所述工质全密封壳密封设置。

上述所有所述变界机构气体发动机的实施方式中的所述变界机构气体发动机均可以替换实施例2和实施例3中的所述变界机构气体发动机。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。