專利名稱：熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于模型的技術(shù)領(lǐng)域，涉及以熱氣機原理制備配器活塞式熱氣機能量 可逆轉(zhuǎn)換演示儀。
背景技術(shù)：
熱氣機的理想熱力循環(huán)分為以下四個過程(一)1 — 2等溫放熱壓縮過程當左邊的活塞經(jīng)由機械慣性推向左邊時，而左邊活塞還沒被移動。此時工作流體 經(jīng)由右汽缸將熱能釋放到外界，換言之，此時工作流體被冷卻而縮小體積。(二)2 — 3等容吸熱過程當右活塞逐漸往左移動至接近死點時，此時左活塞往左移動，迫使工作流體經(jīng)由 再生器(regenerator)并且吸收來自再生器(regenerator)的熱能。此時工作流體的溫度 由低溫被加熱至高溫。(三)3— 4等溫吸熱膨脹過程當右活塞推至死點時，此時工作流體溫度升高而體積膨脹，將左活塞向左再度向 外界推移。(四)4— 1等容放熱過程當左活塞因機構(gòu)的慣性而向右推回時，工作流體再度被迫流經(jīng)再生器(regenerator)而將熱能傳回給再生器(regenerator)時，工作流體溫度有高 溫被降至低溫，而其余熱能則被右汽缸傳至外界。反向循環(huán)制冷和正向循環(huán)循環(huán)過程一樣，反向循環(huán)制熱是制冷循環(huán)的逆轉(zhuǎn)，原理 都基本一樣，在此就不再作詳細說明。國外對斯特林發(fā)動機的研究比較早，1938年，荷蘭飛利浦公司開始了斯特林發(fā)動 機的研制工作，并且在傳動結(jié)構(gòu)，工質(zhì)選擇及密封裝置等三個方面取得了創(chuàng)新成果，極大的 提高了斯特林發(fā)動機的效率和功率，從而掀起了現(xiàn)代斯特林發(fā)動機的研究熱潮。一些發(fā)達 國家如美國日本瑞典荷蘭，英國和法國等國政府部門和企業(yè)投入了大量經(jīng)費對斯特林 發(fā)動機進行研究，例如，在美國由能源部資助發(fā)展車用熱氣機和太陽能斯特林發(fā)動機電力 廠，英法重點發(fā)展船用和潛艇用熱氣機，并且取得了很大成果，使斯特林發(fā)動機的實際應用 性進一步提高。國外對熱氣機的研究已經(jīng)初見成效。我國從七十年代中期開始研究熱氣機 并取得了一定的發(fā)展成果。但是，目前尚未有根據(jù)熱氣機工作原理制造的熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀，在教 育行業(yè)需要研發(fā)的一種方便實用流通和展示的一種科普性演示儀或教具產(chǎn)品。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是根據(jù)熱氣機工作原理制造熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示產(chǎn)品。為達到實用新型的目的我們選擇鋁合金銅不銹鋼市售硼化玻璃等材料，精巧設計制造一種熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀，它采用一個熱氣機作為能量可逆的轉(zhuǎn)換器，包 括熱氣缸2內(nèi)硼化玻璃配器活塞50，透明耐壓管再生通道管48，把再生通道管48管固定 在金屬氣缸支板32的管連接頭30上，氣缸支板32連接硼化玻璃冷氣缸26的硼化玻璃動 力活塞55，冷氣缸26的動力活塞55和金屬擺塊23連接的動力活塞連桿46，金屬擺塊23 和飛輪支架8滑動連接的金屬擺塊連桿24，小飛輪22與擺塊23滑動連接的曲軸43，皮帶 輪10 ；金屬飛輪9、小飛輪22、金屬飛輪支架8固定為一體的軸37，金屬飛輪支架8，金屬擺 塊23，配器活塞主軸28和金屬擺塊23連接的配器活塞連桿25，配器活塞主軸28 ；采用一個加熱系統(tǒng)，包括太陽能或酒精燈34熱源；采用一個功輸出系統(tǒng)由支撐LED燈15用的LED燈支架39，發(fā)電機皮帶輪13，金屬 發(fā)電機支架12，發(fā)電用的發(fā)電機14，連接發(fā)電機皮帶輪13和皮帶輪10的皮帶11組成；采用一個輸入系統(tǒng)，由固定在電動機7上并與電動機7同步運轉(zhuǎn)且?guī)в兴芰夏Σ?圈的摩擦輪6，電動機7，與金屬飛輪9離合的電動機支板5，離合旋鈕4組成；采用一個測量系統(tǒng)，由測量硼化玻璃加熱氣缸2溫度變化的溫度感應套3，測量硼 化玻璃加熱氣缸2溫度變化的測溫儀20，測量發(fā)電機14所發(fā)電電壓表18，電流表16，控制 電流表16，固定電壓表18、電流表16、測溫儀20用的儀表架49，控制電壓表18用的電流表 電壓表控制按鈕(17)，電機正向旋轉(zhuǎn)按鈕19和電機反向旋轉(zhuǎn)按鈕21組成；采用一個能把上述熱氣機主體，加熱系統(tǒng)，一個功輸出系統(tǒng)，一個功輸入系統(tǒng)，和 測量系統(tǒng)五個系統(tǒng)固定的底座系統(tǒng)，在大底板1上有儀表架49、金屬發(fā)電機支架12、LED燈 支架39。所述的熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀有一個熱氣機主體，一個加熱系統(tǒng)，一個功輸 出系統(tǒng)，一個功輸入系統(tǒng)，一個測量系統(tǒng)，一個底座系統(tǒng)，有以上六個系統(tǒng)共同構(gòu)成的可使 熱能轉(zhuǎn)化機械能并轉(zhuǎn)化為電能并轉(zhuǎn)化為光能，和通過對電能轉(zhuǎn)化為機械能并轉(zhuǎn)化為熱能形 成制熱和制冷，這樣一體化的熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀。
圖1是熱氣機能量可逆演示儀的俯視圖 圖2是熱氣機能量可逆演示儀的主視圖 圖3是熱氣機能量可逆演示儀的后視圖 圖4是熱氣機能量可逆演示儀的左視圖 圖5是熱氣機能量可逆演示儀的右視圖 圖6是熱氣機能量可逆演示儀的剖視圖 圖7 (熱能-機械能-電能)LED燈電路 圖8 (電能-機械能-熱能)電機控制電路。 1 大底板2 熱氣缸
3 溫度感應套4 離合旋鈕
5:電動機支板6:摩擦輪
7:電動機8:飛輪支架
9 飛輪10 皮帶輪
11:皮帶12:發(fā)電機支架
4[0037]13發(fā)電機皮帶輪14 發(fā)電用的發(fā)電機[0038]15= LED 燈16電流表[0039]17電流表電壓表控制按鈕18 電壓表[0040]19電機正向旋轉(zhuǎn)按鈕20 測溫儀[0041]21電機反向旋轉(zhuǎn)按鈕22 小飛輪[0042]23擺塊24 擺塊連桿[0043]25配器活塞連桿26 冷氣缸[0044]27配氣活塞連桿連接頭28 配器活塞主軸[0045]29冷氣缸連接30 配氣端管連接頭[0046]31配器活塞主軸軸套32 汽缸主支架[0047]33熱氣缸連接34 酒精燈[0048]35電動機固定架36 電動機固定架軸[0049]37飛輪軸38 發(fā)電機軸[0050]39= LED燈支架40配氣活塞連接頭連接軸[0051]41配氣連桿軸42 擺塊連桿擺動軸[0052]43曲軸44 動力活塞連桿軸[0053]45擺塊連桿軸46 動力活塞連桿[0054]47冷氣缸端管連接頭48 再生通道管[0055]49儀表架 50配器活塞[0056]51配器活塞連接 52動力活「塞連接內(nèi)套[0057]53動力活塞連接頭 54動力活「塞連接頭連接軸[0058]55動力活塞
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細說明本實用新型熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀的結(jié)構(gòu)。圖1是熱 氣熱氣機能量可逆演示儀的俯視圖；圖2是熱氣熱氣機能量可逆演示儀的主視圖；圖3是 熱氣熱氣機能量可逆演示儀的后視圖；圖4是熱氣熱氣機能量可逆演示儀的左視圖順時針 旋轉(zhuǎn)90° ；圖5是熱氣熱氣機能量可逆演示儀的右視圖逆時針旋轉(zhuǎn)90° ；圖6是熱氣熱氣 機能量可逆演示儀的剖視圖。本實用新型熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀是由熱氣缸(2)，配器活塞(50)熱氣缸 (2)，配器活塞(50)，透明耐壓管再生通道管(48)，把再生通道管(48)管固定在氣缸主支架 (32)的管連接頭(30)，金屬氣缸主支架(32)，與冷氣缸(26)配合的動力活塞(55)，冷氣缸 (26)，動力活塞(55)和金屬擺塊(23)連接的動力活塞連桿(46)，與金屬擺塊(23)和飛輪 支架⑶滑動連接的金屬擺塊連桿(24)，小飛輪(22)與擺塊(23)滑動連接的曲軸(43)，金 屬飛輪(9)，便于輸出連接的皮帶輪(10)，小飛輪(22)，金屬飛輪(9)小飛輪(22)金屬飛 輪支架⑶并把金屬飛輪(9):小飛輪(22)金屬飛輪支架⑶固定為一體的飛輪軸(37)， 金屬飛輪支架(8)，金屬擺塊(23)，配器活塞主軸(28)和金屬擺塊(23)連接的配器活塞連 桿(25)，配器活塞主軸(28)，包括太陽能等熱源本處采用酒精燈(34)，支撐LED燈(15) 用的LED燈支架(39)，電能轉(zhuǎn)化為光能用的LED燈(15)，發(fā)電機皮帶輪(13)，金屬發(fā)電機支架(12)，發(fā)電用的發(fā)電機(14)，連接發(fā)電機皮帶輪(13)和皮帶輪(10)的皮帶(11)，固定在 電動機(7)上并與電動機(7)同步運轉(zhuǎn)且?guī)в兴芰夏Σ寥Φ哪Σ凛?6)，電動機(7)，與金 屬飛輪(9)離合的電動機支架(5)，離合旋鈕(4)，測量熱氣缸(2)溫度變化的溫度感應套 ⑶，測量熱氣缸⑵溫度變化的測溫儀(20)，測量發(fā)電機(15)所發(fā)電電壓表(18)電流表 (16)，控制電流表(16)用的電流表電壓表控制按鈕(17)，固定電壓表(18)電流表(16)和 測溫儀(20)用的儀表架(49)，控制電壓表(18)用的電流表電壓表控制按鈕(17)，電機正 向旋轉(zhuǎn)按鈕(19)和電機反向旋轉(zhuǎn)按鈕(21)，在大底板(1)上有儀表架(49)金屬電機支架 (12) LED燈支架(39)等共同構(gòu)成。把熱氣缸(2)，配器活塞(50)，冷氣缸(26)，動力活塞(55)固定到氣缸主支架 (32)之上相應位置，同時用配器端管連接頭(30)把再生通道管(48)固定到氣缸主支架 (32)之上相應位置，熱氣缸(2)和冷氣缸(2)就構(gòu)成一個工作缸體，把配器活塞連桿(25) 連接配器活塞主軸28并連接配器活塞(50)，動力活塞連桿(46)連接動力活塞(55)和擺塊 (23)，用擺塊連桿(24)把擺塊(23)和飛輪支架⑶連接，用曲軸(43)把擺塊(23)固定在 小飛輪(22)上，皮帶輪(10)，飛輪(9)小飛輪(22)分別固定在飛輪支架(8)上，再把飛輪 支架(8)氣缸主支架(32)分別固定在大底板(1)上。把LED燈(15)固定在LED燈支架(39)上端，并把LED燈支架(39)下端固定到大底 板(1)上，電壓表(18)電流表(16)測溫儀(20)分別裝進固定電壓表(18)電流表(16) 和測溫儀(20)用的儀表架(49)，電流表電壓便控制按鈕(17)電機正向旋轉(zhuǎn)按鈕(19)電 機反向旋轉(zhuǎn)按鈕(20)鑲嵌在測溫儀(20)上方并把測溫儀(20)固定在大底板(1)之上，發(fā) 電機皮帶輪(13)和發(fā)電機(14)固定在發(fā)電機支架(12)上并固定在大底板(1)上，連接好 發(fā)電機(14)到電壓表(18)電流表(16) :LED燈(150的電路。把離合旋鈕(4):摩擦輪(6)和電動機(7)固定在電動機支板(5)上并固定在大 底板(1)之上，把溫度感應套(3)套在加熱氣缸(2)頂端，把酒精燈(34)置于加熱氣缸(2) 頂端之下大底板(1)之上的位置。使用步驟步驟一正向循環(huán)關(guān)閉離合旋鈕⑷使得摩擦輪(6)與飛輪(9)處于分離狀態(tài)， 用皮帶(11)把發(fā)電機皮帶輪(13)和皮帶輪(10)連接上，用酒精燈(34)加熱熱氣缸(2)， [為方便說明，把工作腔里配器活塞(50)到動力活塞(55)中間的工作腔稱為VI，配器活塞 (50)到加熱氣缸(2)頂端的工作腔稱為V2]，熱氣缸(2)里的工質(zhì)(此處用空氣)受熱膨 脹，推動配器活塞(50)向前移動，通過傳動機構(gòu)擺塊(23)傳動連接實現(xiàn)如下循環(huán)1 定溫壓縮過程。壓縮開始時，動力活塞(55)處于下止點，配器活塞(50)處于 上止點，此時總?cè)莘e(V1+V2)最大，壓縮過程中，配器活塞50在上止點保持不動，動力活塞 (55)從下止點向上止點運動，冷腔Vl里的工質(zhì)空氣壓力為P1，向外界釋放熱量Q，維持工質(zhì) 溫度Tl不變。2 定容吸熱過程。動力活塞(55)在上止點保持不動，配器活塞(50)向下止點運 動，總?cè)莘e(V1+V2)不變，工質(zhì)空氣從冷腔VI流入熱腔V2，工質(zhì)溫度由Tl升至T2，壓力由 P2升至P3。3 定溫膨脹過程。這一過程中，工質(zhì)在最高循環(huán)溫度熱腔溫度下完成膨脹，并對外 做功。膨脹開始時，配器活塞(50)繼續(xù)向下止點運動，而動力活塞55也從其上止點向下止點運動，動力活塞(55)到達下止點，總?cè)莘e(V1+V2)此時最大，工質(zhì)空氣在最高循環(huán)溫度熱 腔溫度狀態(tài)下完成等溫膨脹。4 定容放熱過程。配器活塞(50)從下止點迅速返回上止點，而動力活塞55在下 止點保持不動，由于配器活塞(5)從下止點迅速返回上止點其結(jié)果使得工質(zhì)空氣從熱腔V2 返回冷腔VI，流經(jīng)回熱器時，回熱器吸收了工質(zhì)空氣的部分熱量Q'，使工質(zhì)空氣溫度從最 高循環(huán)溫度下降到最低溫度Tl，由于動力活塞(55)在下止點保持不動總?cè)莘e(V1+V2)不變 且最大，過程是等容的，待配器活塞(50)到達上止點后過程結(jié)束，完成一個循環(huán)。運行時電 壓表(18)和電流表(16)顯示的數(shù)據(jù)越大，LED燈(15)越亮。步驟二 反向循環(huán)制冷制熱熄滅并移開酒精燈(34)，去掉發(fā)電機皮帶輪(13)和 皮帶輪(10)的皮帶(11)，啟動離合旋鈕⑷使摩擦輪(6)與飛輪(9)閉合，此時由于電動 機(7)的運轉(zhuǎn)帶動飛輪(9)運轉(zhuǎn)，通過擺塊(23)傳動使得動力活塞(55)和配器活塞(50) 作規(guī)律的運動，構(gòu)成如下循環(huán)1 定溫壓縮過程。2 定容吸熱過程。3 定溫膨脹過程。4 定容放熱過程。以上過程形成一個熱氣機循環(huán)，輸入的機械能，使熱氣機內(nèi)部氣體壓縮膨脹，完成 熱量的交換，形成制冷或制熱過程。只是反向循環(huán)制熱是反向循環(huán)制冷的逆轉(zhuǎn)，該操作是在 反向循環(huán)制冷操作的基礎上，啟動電機正向旋轉(zhuǎn)按鈕(19)，使得電動機(7)與反向循環(huán)制 冷運轉(zhuǎn)時的方向成相反的方向運轉(zhuǎn)，從而使得動力活塞(55)和配器活塞(50)作相反規(guī)律 的運動(在此就不再作詳細說明)。觀察測溫儀(20)的溫度顯示變化，即可以觀察到制冷 和制熱效果。熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示運行狀態(tài)符合配器活塞式熱氣發(fā)動機的工作原理。運行 時轉(zhuǎn)速可接近1000轉(zhuǎn)/分，接近理想狀態(tài)。熱氣缸冷氣缸配器活塞和動力活塞均采用透 明硼化玻璃制作而成，再加之透明耐壓管作再生通道，使該可逆能量轉(zhuǎn)換演示的結(jié)構(gòu)簡捷 緊湊透明美觀。熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀可以進行能量轉(zhuǎn)換演示和能量可逆轉(zhuǎn)換演 示；卡諾循環(huán)演示和空氣膨脹與壓縮演示；新能源教育演示和科技應用演示，可廣泛應用 于教學課件的演示和青少年的智力開發(fā)。
權(quán)利要求一種熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀，其特征在于采用一個熱氣機作為能量可逆的轉(zhuǎn)換器，包括熱氣缸(2)內(nèi)硼化玻璃配器活塞(50)，透明耐壓管再生通道管(48)，把再生通道管(48)管固定在金屬氣缸支板(32)的管連接頭(30)上，氣缸支板(32)連接硼化玻璃冷氣缸(26)的硼化玻璃動力活塞(55)，冷氣缸(26)的動力活塞(55)和金屬擺塊(23)連接的動力活塞連桿(46)，金屬擺塊(23)和飛輪支架(8)滑動連接的金屬擺塊連桿(24)，小飛輪(22)與擺塊(23)滑動連接的曲軸(43)，皮帶輪(10)；金屬飛輪(9)、小飛輪(22)、金屬飛輪支架(8)固定為一體的軸(37)，金屬飛輪支架(8)，金屬擺塊(23)，配器活塞主軸(28)和金屬擺塊(23)連接的配器活塞連桿(25)，配器活塞主軸(28)；采用一個加熱系統(tǒng)，包括太陽能或酒精燈(34)熱源；采用一個功輸出系統(tǒng)由支撐LED燈(15)用的LED燈支架(39)，發(fā)電機皮帶輪(13)，金屬發(fā)電機支架(12)，發(fā)電用的發(fā)電機(14)，連接發(fā)電機皮帶輪(13)和皮帶輪(10)的皮帶(11)組成；采用一個輸入系統(tǒng)，由固定在電動機(7)上并與電動機(7)同步運轉(zhuǎn)且?guī)в兴芰夏Σ寥Φ哪Σ凛?6)，電動機(7)，與金屬飛輪(9)離合的電動機支板(5)，離合旋鈕(4)組成；采用一個測量系統(tǒng)，由測量硼化玻璃加熱氣缸(2)溫度變化的溫度感應套(3)，測量硼化玻璃加熱氣缸(2)溫度變化的測溫儀(20)，測量發(fā)電機(14)所發(fā)電電壓表(18)，電流表(16)，控制電流表(16)，固定電壓表(18)、電流表(16)、測溫儀(20)用的儀表架(49)，控制電壓表(18)用的電流表電壓表控制按鈕(17)，電機正向旋轉(zhuǎn)按鈕(19)和電機反向旋轉(zhuǎn)按鈕(21)組成；采用一個能把上述熱氣機主體，加熱系統(tǒng)，一個功輸出系統(tǒng)，一個功輸入系統(tǒng)，和測量系統(tǒng)五個系統(tǒng)固定的底座系統(tǒng)，在大底板(1)上有儀表架(49)、金屬發(fā)電機支架(12)、LED燈支架(39)。
專利摘要本實用新型屬于模型的技術(shù)領(lǐng)域，涉及以熱氣機原理制備配器活塞式熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀，是由一個熱氣機主體，一個加熱系統(tǒng)，一個功輸出系統(tǒng)，一個功輸入系統(tǒng)，一個測量系統(tǒng)，一個底座系統(tǒng)，有以上六個系統(tǒng)共同構(gòu)成的可使熱能轉(zhuǎn)化機械能并轉(zhuǎn)化為電能并轉(zhuǎn)化為光能，并通過對電能轉(zhuǎn)化為機械能并轉(zhuǎn)化為熱能形成制熱和制冷，這樣一體化的熱氣機能量可逆轉(zhuǎn)換演示儀，可廣泛應用于教學課件的演示和青少年的智力開發(fā)。
文檔編號G09B23/16GK201732499SQ20092009846
公開日2011年2月2日 申請日期2009年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日
發(fā)明者常金星, 陳安麗, 陳賢 申請人:天津啟星動力科技有限公司