專利名稱：高效高溫型外燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是熱能轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，其中汽車應(yīng)用的數(shù)量是最多的，
給人類生活帶來了諸多便利，但其熱/機(jī)轉(zhuǎn)換效率一般是在20% 40%之間， 其余60% 80%的熱能無法利用而需要向外排放，同時因燃料不能完全燃 燒，其尾氣將向空氣中排放大量的污染氣體，使空氣受到嚴(yán)重的污染，具 統(tǒng)計這些是造成地球環(huán)境變暖的主要原因之一。給人類將來的生活環(huán)境帶 來了無法挽回的損失與破壞。
斯特林發(fā)動機(jī)是斯特林于1816年發(fā)明的。斯特林發(fā)動機(jī)是獨(dú)特的熱機(jī)， 因為他們理論上的效率幾乎等于理論最大效率，稱為卡諾循環(huán)效率。斯特 林發(fā)動機(jī)是通過氣體受熱膨脹、遇冷收縮而產(chǎn)生動力的。這是一種外燃發(fā) 動機(jī)，使燃料連續(xù)地燃燒，蒸發(fā)的膨脹氫氣(或氦)作為動力氣體使活塞 運(yùn)動，膨脹氣體在冷氣室冷卻，反復(fù)地進(jìn)行這樣的循環(huán)過程。由于外燃機(jī) 避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的震爆做功問題，從而實現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染 和低運(yùn)行成本。
但是，斯特林發(fā)動機(jī)還有許多問題要解決，例如膨脹室、壓縮室、加 熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的2-3倍等。所 以，還不能成為大批量使用的發(fā)動機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率低(在20% 40%之間)，燃 燒不完全而向空氣中排放大量的污染氣體的問題，及現(xiàn)有斯特林發(fā)動機(jī)還 存在膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等成本很高，熱量損失是 內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的2-3倍的問題。進(jìn)而提出了一種高效高溫型外燃機(jī)。
它包括做功氣缸l、做功活塞2、倒氣氣缸3、倒氣活塞4、燃燒室5、 燃具6、熱交換器7、飛輪總成8;
4做功氣缸1右端口與倒氣氣缸3的左端口相對接，做功活塞2設(shè)置在
做功氣缸1內(nèi)部并與其內(nèi)表面密封滑動連接，倒氣活塞4設(shè)置在倒氣氣缸3 的內(nèi)部并與其內(nèi)表面密封滑動連接；倒氣氣缸3的右端為閉合端，其上開 有通孔并與閥門3-3的一個端口連通，閥門3-3的另一端口與燃燒室5內(nèi)腔 連通；閥門3-3在倒氣活塞4的右端距倒氣氣缸3內(nèi)部右端面最近時開通， 閥門3-3在倒氣活塞4的右端距倒氣氣缸3內(nèi)部右端面最遠(yuǎn)時關(guān)閉；燃具6 設(shè)置在燃燒室5內(nèi)，燃具6的燃燒火焰上端靠近閥門3-3的另一端口處；燃 燒室5上側(cè)開有廢氣出口 5-1，燃燒室5的下端進(jìn)氣端口通過熱交換器7與 外部自然空氣進(jìn)氣端口 7-1連通；做功氣缸1的右端設(shè)置有排氣閥門3-1， 高溫時的空氣體積減去低溫時的體積再除以做功活塞2的截面積的數(shù)值為 做功活塞2自最左端向右端運(yùn)動的做功行程，然后排氣閥門3-l開通，做功活 塞2因飛輪慣性繼續(xù)向右端運(yùn)行-排氣行程，即將剩余氣體完全排出，然后 直到做功活塞2運(yùn)動到最右端時關(guān)閉；倒氣氣缸3的右端開有回?zé)岢鰵舛?口 3-2，做功氣缸1的右端開有回?zé)徇M(jìn)氣端口 1-1，回?zé)岢鰵舛丝?3-2通過 熱交換器7與回?zé)徇M(jìn)氣端口 1-1連通;做功氣缸1的外部設(shè)置有散熱器1-2; 做功活塞2通過第一連桿2-1、第一活動連桿2-2與飛輪總成8的搖臂8-1 轉(zhuǎn)動連接；倒氣活塞4的第二連桿4-1穿過做功活塞2上的通孔2-3后通過 第二活動連桿4-2與飛輪總成8的搖臂8-1轉(zhuǎn)動連接；第二連桿4-1與做功 活塞2上的通孔2-3內(nèi)表面密封滑動連接。
本發(fā)明能將燃料的燃燒熱能直接高效的轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，而不需要傳熱 媒介，其高溫端的工作溫度可在50(rC 150(TC (視燃料燃燒的溫度而定)， 低溫端的工作溫度在室溫與IO(TC之間，其熱轉(zhuǎn)換效率為50%~80%，高溫 端與低溫端溫差越大，其熱轉(zhuǎn)換效率越高。其總零件數(shù)為現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)總零 件數(shù)的30%以下。
其高溫端的材料及燃燒室的材料應(yīng)用現(xiàn)有材料即可能實現(xiàn)，例如可用 現(xiàn)有高耐溫陶瓷，其耐溫為130(TC 170(TC，即制造成本低廉，而能實現(xiàn)大 批量生產(chǎn)銷售的目的。
由于燃料是持續(xù)不斷地燃燒，這就有可能把不希望在外面產(chǎn)生的污染 物降低到最小限度，進(jìn)而降低了環(huán)境污染。
5它還具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲極小、結(jié)構(gòu)簡單、對材料要求低、使用方便、 維護(hù)費(fèi)用低、成本低廉、功率/重量比大的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是具體實施方式
三的整體結(jié)構(gòu) 示意圖，圖3是圖1中飛輪總成8的搖臂8-1運(yùn)動到左端時的結(jié)構(gòu)示意圖， 圖4是圖1中飛輪總成8的搖臂8-1運(yùn)動到下端時的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是具 體實施方式四的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖l、圖3、圖4說明本實施方式，本實施方式
由做功氣缸l、做功活塞2、倒氣氣缸3、倒氣活塞4、燃燒室5、燃具6、 熱交換器7、飛輪總成8組成；
做功氣缸1右端口與倒氣氣缸3的左端口相對接，做功活塞2設(shè)置在 做功氣缸1內(nèi)部并與其內(nèi)表面密封滑動連接，倒氣活塞4設(shè)置在倒氣氣缸3 的內(nèi)部并與其內(nèi)表面密封滑動連接；倒氣氣缸3的右端為閉合端，其上開 有通孔并與閥門3-3的一個端口連通，閥門3-3的另一端口與燃燒室5內(nèi)腔 連通；閥門3-3在倒氣活塞4的右端距倒氣氣缸3內(nèi)部右端面最近時開通， 閥門3-3在倒氣活塞4的右端距倒氣氣缸3內(nèi)部右端面最遠(yuǎn)時關(guān)閉；燃具6 設(shè)置在燃燒室5內(nèi)，燃具6的燃燒火焰上端靠近閥門3-3的另一端口處；燃 燒室5上側(cè)開有廢氣出口 5-1，燃燒室5的下端進(jìn)氣端口通過熱交換器7與 外部自然空氣進(jìn)氣端口 7-1連通；做功氣缸1的右端設(shè)置有排氣閥門3-1， 高溫時的空氣體積減去低溫時的體積再除以做功活塞2的截面積的數(shù)值為 做功活塞2自最左端向右端運(yùn)動的做功行程,然后排氣閥門3-l開通，做功活 塞2因飛輪慣性繼續(xù)向右端運(yùn)行-排氣行程，即將剩余氣體完全排出，然后 直到做功活塞2運(yùn)動到最右端時關(guān)閉；倒氣氣缸3的右端開有回?zé)岢鰵舛?口 3-2，做功氣缸1的右端開有回?zé)徇M(jìn)氣端口 1-1，回?zé)岢鰵舛丝?3-2通過 熱交換器7與回?zé)徇M(jìn)氣端口 1-1連通;做功氣缸1的外部設(shè)置有散熱器1-2; 做功活塞2通過第一連桿2-1、第一活動連桿2-2與飛輪總成8的搖臂8-1 轉(zhuǎn)動連接；倒氣活塞4的第二連桿4-1穿過做功活塞2上的通孔2-3后通過 第二活動連桿4-2與飛輪總成8的搖臂8-1轉(zhuǎn)動連接；第二連桿4-1與做功活塞2上的通孔2-3內(nèi)表面密封滑動連接。飛輪總成8的結(jié)構(gòu)為斯特林熱機(jī) 的菱形驅(qū)動機(jī)構(gòu)；即，實現(xiàn)做功活塞2、倒氣活塞4都自最右端同步向左端 運(yùn)動，當(dāng)都運(yùn)動到最左端后，做功活塞2以先慢后快形式向右端運(yùn)動，而 倒氣活塞4為先快后慢的形式向右端運(yùn)動。
所述倒氣氣缸3的材質(zhì)、倒氣活塞4的材質(zhì)選用耐高溫材料，因不需 要好的導(dǎo)熱性，即可選用耐高溫陶瓷材料。
散熱器1-2選用風(fēng)冷式或水冷式。做功氣缸1的材質(zhì)、做功活塞2的材 質(zhì)選用導(dǎo)熱性能好的高強(qiáng)度金屬材料。倒氣活塞4的內(nèi)部為空腔；可減小 慣性。
具體實施方式
二結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式在具體實施 方式一的基礎(chǔ)上增加有熱管回?zé)嵫b置9;熱管回?zé)嵫b置9的吸熱端設(shè)置在燃 燒室5上側(cè)的廢氣出口 5-1中，熱管回?zé)嵫b置9的放熱端設(shè)置在外部自然空 氣進(jìn)氣端口 7-1中。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。本實施方 式能將燃燒室5上側(cè)的廢氣出口 5-1排出廢氣的熱量再利用。提高整機(jī)的效 率。熱管回?zé)嵫b置9有多跟導(dǎo)熱管組成；所述導(dǎo)熱管選用金屬粉末燒結(jié)在 管內(nèi)壁上形式的相變熱管、軸向槽道(鉤槽)式相變熱管或緊貼管內(nèi)壁的 單/多層網(wǎng)芯式相變熱管。
具體實施方式
三結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式在具體實施 方式一的基礎(chǔ)上增加有絕熱墊11;絕熱墊11設(shè)置在做功氣缸1右端口與倒 氣氣缸3的左端口連接處之間。其它組成和連接方式與具體實施方式
一相 同。本實施方式可降低熱能損失。
具體實施方式
四結(jié)合圖5說明本實施方式，本實施方式在具體實施 方式一具體實施方式
二具體實施方式
三或相互組合后的基礎(chǔ)上增加有 密封端蓋2-4、管道2-6、空氣增壓機(jī)10;密封端蓋2-4與做功氣缸1左端 口密封連接，第一連桿2-l、第二連桿4-1都分別穿過密封端蓋2-4，并與 密封端蓋2-4密封滑動連接，在做功氣缸l的左端開有通氣孔2-5，通氣孔 2-5與管道2-6的一端口連通，管道2-6的另一端口與燃燒室5的上中部連 通，外部自然空氣進(jìn)氣端口 7-1的進(jìn)氣端與空氣壓縮機(jī)10的出氣端連通。
7其它組成和連接方式與具體實施方式
一相同。本實施方式可增加裝置的功 率/重量比。
工作原理本裝置的部分工作原理與斯特林發(fā)動機(jī)工作原理相同。 燃具6點燃后工作，在其火焰周圍的空氣溫度將達(dá)到50(TC以上(視燃
料種類幾燃燒方式而定，普通燃燒方式即可達(dá)到50(TC以上)，飛輪總成8 中的飛輪逆時針轉(zhuǎn)動，做功活塞2、倒氣活塞4都在最右端同步向左段運(yùn)動， 同時閥門3-3開通，火焰周圍的50(TC以上的高溫空氣被快速吸進(jìn)倒氣氣缸 3中，當(dāng)做功活塞2、倒氣活塞4都運(yùn)動到最左端時閥門3-3關(guān)閉，飛輪總 成8中的飛輪繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動，將帶動倒氣活塞4以先快后慢的形式向右 端運(yùn)動，將倒氣氣缸3中的高溫空氣通過回?zé)岢鰵舛丝?3-2、熱交換器7、 回?zé)徇M(jìn)氣端口 1-1排擠到做功活塞2與倒氣活塞4之間處，因高溫空氣在通 過熱交換器7時，50%左右的熱量將交換給從外部自然空氣進(jìn)氣端口 7-1進(jìn) 入的新鮮空氣中，即上述高溫空氣的溫度將降低原來溫度的一半左右，同 時使從外部自然空氣進(jìn)氣端口 7-1進(jìn)入的新鮮空氣升溫度也與其溫度相近 似；然后上述高溫空氣在進(jìn)入做功活塞2與倒氣活塞4之間處后，其熱量 將通過做功氣缸1的外部散熱器l-2散發(fā)出去，使其體積迅速縮小，進(jìn)而使 做功活塞2左右兩端產(chǎn)生壓力差，而將做功活塞2向右端推動做功，當(dāng)做 功活塞2自最左端向右端運(yùn)動時，到高溫氣體的溫度降低到室溫至IO(TC之 間時，即空氣體積也不在縮小時，同時做功活塞2自最左端向右端運(yùn)動總 行程的三分之二至六分之一間，排氣閥門3-1開通，由于飛輪總成8中的飛 輪慣性的作用將繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動，而帶動做功活塞2繼續(xù)向右端運(yùn)動，將 剩余空氣全部通過排氣閥門3-1排出，然后進(jìn)入下一個工作循環(huán)中，這樣周 而復(fù)始，本裝置將熱能快速的轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。
權(quán)利要求
1、高效高溫型外燃機(jī)，其特征在于它包括做功氣缸(1)、做功活塞(2)、倒氣氣缸(3)、倒氣活塞(4)、燃燒室(5)、燃具(6)、熱交換器(7)、飛輪總成(8)；做功氣缸(1)右端口與倒氣氣缸(3)的左端口相對接，做功活塞(2)設(shè)置在做功氣缸(1)內(nèi)部并與其內(nèi)表面密封滑動連接，倒氣活塞(4)設(shè)置在倒氣氣缸(3)的內(nèi)部并與其內(nèi)表面密封滑動連接；倒氣氣缸(3)的右端為閉合端，其上開有通孔并與閥門(3-3)的一個端口連通，閥門(3-3)的另一端口與燃燒室(5)內(nèi)腔連通；閥門(3-3)在倒氣活塞(4)的右端距倒氣氣缸(3)內(nèi)部右端面最近時開通，閥門(3-3)在倒氣活塞(4)的右端距倒氣氣缸(3)內(nèi)部右端面最遠(yuǎn)時關(guān)閉；燃具(6)設(shè)置在燃燒室(5)內(nèi)，燃具(6)的燃燒火焰上端靠近閥門(3-3)的另一端口處；燃燒室(5)上側(cè)開有廢氣出口(5-1)，燃燒室(5)的下端進(jìn)氣端口通過熱交換器(7)與外部自然空氣進(jìn)氣端口(7-1)連通；倒氣氣缸(3)的左端設(shè)置有排氣閥門(3-1)，高溫時的空氣體積減去低溫時的體積再除以做功活塞(2)的截面積的數(shù)值為做功活塞(2)自最左端向右端運(yùn)動的做功行程，然后排氣閥門(3-1)開通，做功活塞(2)因飛輪慣性繼續(xù)向右端運(yùn)行-排氣行程，即將剩余氣體完全排出，然后直到做功活塞(2)運(yùn)動到最右端時關(guān)閉；倒氣氣缸(3)的右端開有回?zé)岢鰵舛丝?3-2)，做功氣缸(1)的右端開有回?zé)徇M(jìn)氣端口(1-1)，回?zé)岢鰵舛丝?3-2)通過熱交換器(7)與回?zé)徇M(jìn)氣端口(1-1)連通；做功氣缸(1)的外部設(shè)置有散熱器(1-2)；做功活塞(2)通過第一連桿(2-1)、第一活動連桿(2-2)與飛輪總成(8)的搖臂(8-1)轉(zhuǎn)動連接；倒氣活塞(4)的第二連桿(4-1)穿過做功活塞(2)上的通孔(2-3)后通過第二活動連桿(4-2)與飛輪總成(8)的搖臂(8-1)轉(zhuǎn)動連接；第二連桿(4-1)與做功活塞(2)上的通孔(2-3)內(nèi)表面密封滑動連接，飛輪總成(8)的結(jié)構(gòu)為斯特林熱機(jī)的菱形驅(qū)動機(jī)構(gòu)；即，實現(xiàn)做功活塞(2)、倒氣活塞(4)都自最右端同步向左端運(yùn)動，當(dāng)都運(yùn)動到最左端后，做功活塞(2)以先慢后快形式向右端運(yùn)動，而倒氣活塞(4)為先快后慢的形式向右端運(yùn)動。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效高溫型外燃機(jī)，其特征在于所述倒氣氣 缸(3)的材質(zhì)、倒氣活塞(4)的材質(zhì)選用耐高溫材料，可選用耐高溫陶瓷材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效高溫型外燃機(jī)，其特征在于它還增加有 熱管回?zé)嵫b置(9);熱管回?zé)嵫b置(9)的吸熱端設(shè)置在燃燒室(5)上側(cè)的廢氣出口(5-l)中，熱管回?zé)嵫b置(9)的放熱端設(shè)置在外部自然空氣進(jìn)氣端口(7-l)中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效高溫型外燃機(jī)，其特征在于它還增加有 絕熱墊(ll);絕熱墊(11)設(shè)置在做功氣缸(1)右端口與倒氣氣缸(3)的左端口連接處之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效高溫型外燃機(jī)，其特征在于它還增加有 密封端蓋(2-4)、管道(2-6)、空氣增壓機(jī)(10);密封端蓋(2-4)與做功氣缸(1) 左端口密封連接，第一連桿(2-l)、第二連桿(4-l)都分別穿過密封端蓋(2-4)， 并與密封端蓋(2-4)密封滑動連接，在做功氣缸(l)的左端開有通氣孔(2-5)， 通氣孔(2-5)與管道(2-6)的一端口連通，管道(2-6)的另一端口與燃燒室(5)的 上中部連通，外部自然空氣進(jìn)氣端口(7-l)的進(jìn)氣端與空氣壓縮機(jī)(10)的出氣 端連通。
全文摘要
高效高溫型外燃機(jī)，它涉及的是熱能轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。它是為了克服現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)熱轉(zhuǎn)換效率低，燃燒不完全而向空氣中排放大量的污染氣體的問題，及現(xiàn)有斯特林發(fā)動機(jī)還存在膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等成本很高，熱量損失是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的2-3倍的問題。它的做功氣缸通過倒氣氣缸與燃燒室連接，燃具設(shè)置在燃燒室內(nèi)，做功活塞、倒氣活塞分別設(shè)置在做功氣缸、倒氣氣缸中；做功活塞、倒氣活塞分別與飛輪總成轉(zhuǎn)動連接。本發(fā)明能將燃料的燃燒熱能直接高效的轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，而不需要傳熱媒介，其高溫端的工作溫度可在500℃～1500℃(視燃料燃燒的溫度而定)，低溫端的工作溫度在室溫與100℃之間，其熱轉(zhuǎn)換效率為50％～80％。
文檔編號F02G1/053GK101509437SQ20091007162
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者濤 雷 申請人:濤 雷