專利名稱：高效熱氣發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及熱能與動力領(lǐng)域，尤其是一種高效熱氣發(fā)動機。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)熱氣發(fā)動機，即斯特林發(fā)動機的應(yīng)用日趨廣泛，但是其機構(gòu)復(fù)雜，加熱區(qū)和冷 卻區(qū)的面積和加熱及冷卻時間均受限，為此，急需發(fā)明一種結(jié)構(gòu)簡單，加熱和冷卻效率高， 功率和體積之比高的新型高效熱氣發(fā)動機。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本實用新型提出的技術(shù)方案如下一種高效熱氣發(fā)動機，包括壓氣機、加熱器、爆排發(fā)動機和冷卻器，在所述壓氣機、 所述加熱器、所述爆排發(fā)動機和所述冷卻器上分別設(shè)置氣體工質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口，所 述壓氣機的氣體工質(zhì)出口與所述加熱器的氣體工質(zhì)入口連通，所述加熱器的氣體工質(zhì)出口 與所述爆排發(fā)動機的氣體工質(zhì)入口連通，所述爆排發(fā)動機的氣體工質(zhì)出口與所述冷卻器的 氣體工質(zhì)入口連通，所述冷卻器的氣體工質(zhì)出口與所述壓氣機的氣體工質(zhì)入口連通，如此 連通構(gòu)成單動力單元節(jié)閉合通道，在所述單動力單元節(jié)閉合通道內(nèi)充入氣體工質(zhì)，所述爆 排發(fā)動機對所述壓氣機輸出動力或迂回輸出動力，所述爆排發(fā)動機與動力輸出軸直接或間 接連接；或在所述壓氣機、所述加熱器、所述爆排發(fā)動機和所述冷卻器上分別設(shè)置氣體工 質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口，所述壓氣機的氣體工質(zhì)出口與所述加熱器的氣體工質(zhì)入口連通， 所述加熱器的氣體工質(zhì)出口與所述爆排發(fā)動機的氣體工質(zhì)入口連通，所述爆排發(fā)動機的氣 體工質(zhì)出口與所述冷卻器的氣體工質(zhì)入口連通，如此連通構(gòu)成一個動力單元節(jié)，η個所述壓 氣機、η個所述加熱器、η個所述爆排發(fā)動機和η個所述冷卻器構(gòu)成η個所述動力單元節(jié)， η ^ 2，η個所述動力單元節(jié)串聯(lián)連通后再將處于一端的所述冷卻器的氣體工質(zhì)出口與處于 另一端的所述壓氣機的氣體工質(zhì)入口連通構(gòu)成多動力單元節(jié)閉合通道，在所述多動力單元 節(jié)閉合通道內(nèi)充入氣體工質(zhì)，所述爆排發(fā)動機對所述壓氣機輸出動力或迂回輸出動力，所 述爆排發(fā)動機與動力輸出軸直接或間接連接。所述壓氣機設(shè)為葉輪式壓氣機，或所述壓氣機設(shè)為活塞式壓氣機。所述爆排發(fā)動機設(shè)為動力葉輪機，或所述爆排發(fā)動機設(shè)為活塞式爆排發(fā)動機。所述加熱器設(shè)為對流加熱器，或所述加熱器設(shè)為陶瓷加熱器。所述冷卻器設(shè)為對流冷卻器。 所述壓氣機設(shè)為葉輪式壓氣機，所述爆排發(fā)動機設(shè)為動力葉輪機，所述葉輪式壓 氣機和所述動力葉輪機同軸設(shè)置，連接所述葉輪式壓氣機和所述動力葉輪機的轉(zhuǎn)子軸設(shè)置 在所述加熱器中或設(shè)置在所述冷卻器中。所述高效熱氣發(fā)動機還包括回熱器，所述回熱器設(shè)置在所述爆排發(fā)動機和所述冷 卻器之間，所述壓氣機的氣體工質(zhì)出口經(jīng)所述回熱器后與所述加熱器的氣體工質(zhì)入口連通，經(jīng)所述壓氣機增壓后的氣體工質(zhì)在所述回熱器內(nèi)從自所述爆排發(fā)動機的氣體工質(zhì)出口 流來的氣體工質(zhì)中吸熱后進入所述加熱器的氣體工質(zhì)入口進一步被加熱。[0012]所述高效熱氣發(fā)動機還包括發(fā)電機，所述壓氣機設(shè)為葉輪式壓氣機，所述爆排發(fā) 動機設(shè)為動力葉輪機，所述發(fā)電機、所述葉輪式壓氣機和所述動力葉輪機同軸設(shè)置，所述發(fā) 電機設(shè)置在所述單動力單元節(jié)閉合通道內(nèi)或所述發(fā)電機設(shè)置在所述多動力單元節(jié)閉合通 道內(nèi)。[0013]所述高效熱氣發(fā)動機還包括啟動器，所述啟動器與所述壓氣機連接，所述啟動器 在所述高效熱氣發(fā)動機啟動時推動所述壓氣機工作。[0014]在所述壓氣機和所述加熱器之間設(shè)混合式降溫器，在所述混合式降溫器上設(shè)高壓 膨脹劑導(dǎo)入口，在所述冷卻器上設(shè)液體膨脹劑導(dǎo)出口，所述液體膨脹劑導(dǎo)出口經(jīng)高壓泵與 所述高壓膨脹劑導(dǎo)入口連通。[0015]在所述壓氣機上設(shè)恒溫壓縮冷卻器，所述恒溫壓縮冷卻器使所述氣體工質(zhì)在所述 壓氣機內(nèi)被壓縮的過程中保持恒溫或近恒溫狀態(tài)，實現(xiàn)所述氣體工質(zhì)的恒溫壓縮或近恒溫 壓縮過程。[0016]在所述爆排發(fā)動機上設(shè)恒溫加熱器，所述恒溫加熱器為在所述爆排發(fā)動機內(nèi)膨脹 作功的所述氣體工質(zhì)提供熱量使所述氣體工質(zhì)保持恒溫或近恒溫狀態(tài)，實現(xiàn)所述氣體工質(zhì) 的恒溫膨脹或近恒溫膨脹過程。[0017]在所述壓氣機和所述加熱器之間、所述加熱器和所述爆排發(fā)動機之間、所述爆排 發(fā)動機和所述冷卻器之間，和/或在所述冷卻器和所述壓氣機之間設(shè)控制閥。[0018]本實用新型雖然是熱氣發(fā)動機，但是與傳統(tǒng)熱氣發(fā)動機(即斯特林發(fā)動機)不同， 在斯特林發(fā)動機中，工質(zhì)是在單一通道內(nèi)往復(fù)流動，這就給加熱區(qū)和冷卻區(qū)帶來相當?shù)南?制，使加熱效率和冷卻效率都受影響。不僅如此，在斯特林發(fā)動機中，由于工質(zhì)往復(fù)流動，所 以無論是加熱區(qū)還是冷卻區(qū)都不能進行對流傳熱，因此傳熱效率及加熱后的最高溫度和冷 卻后的最低溫度都受影響，進而影響發(fā)動機的效率和功率強度。而本實用新型所公開的高 效熱氣發(fā)動機中工質(zhì)的流動是按單一方向進行的，形成一個單一流動方向的閉合回路，這 樣就克服了斯特林發(fā)動機的上述缺陷。[0019]本實用新型的原理是經(jīng)壓氣機壓縮后產(chǎn)生的高壓氣體工質(zhì)在加熱器中吸收熱量 提高溫度后進入爆排發(fā)動機，在爆排發(fā)動機中膨脹作功后進入冷卻器，在冷卻器中放熱降 溫后再進入壓氣機進入下一個工作循環(huán)。[0020]本實用新型中的動力葉輪機與葉輪式壓氣機可以同軸設(shè)置，也可以非同軸設(shè)置， 動力葉輪機對葉輪式壓氣機可直接輸出動力，也可以間接輸出動力。[0021]本實用新型所公開的高效熱氣發(fā)動機由于氣體工質(zhì)是處于閉合循環(huán)狀態(tài)，所以可 以采用效率較高的工質(zhì)如氦氣等；由于加熱是采用外燃形式加熱，所以可以使用各種燃料， 而且由于屬于連續(xù)燃燒，所以燃燒更容易控制，燃燒效率和排氣會更好。[0022]本實用新型所公開的高效熱氣發(fā)動機由于加熱區(qū)和冷卻區(qū)均是連續(xù)工作，而且加 熱區(qū)和冷卻區(qū)的傳熱面積不受限制，所以傳熱負荷和效率會有大幅度提高。[0023]本實用新型所謂的恒溫是指溫度保持不變的過程，對于恒溫壓縮是指溫度保持不 變的壓縮過程，對于恒溫膨脹是指溫度保持不變的膨脹過程；所謂近恒溫是指溫度趨于不 變的過程，對于近恒溫壓縮是指溫度趨于不變的壓縮過程，對于近恒溫膨脹是指溫度趨于不變的膨脹過程。[0024]本實用新型中的壓氣機是指分別具有氣體工質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口的一切可以 使氣體工質(zhì)增壓的裝置，例如葉輪式壓氣機、活塞式壓氣機、螺桿式、齒輪式和轉(zhuǎn)子式壓氣 機等；所謂的氣體工質(zhì)是指在冷卻器中不冷凝的不發(fā)生相變的氣體，如氦氣、氫氣、氬氣等； 所謂加熱器是指一切可以對氣體工質(zhì)進行外部加熱的裝置，可以是用火焰直接進行的外部 加熱的裝置，也可以是用熱交換器對氣體工質(zhì)進行加熱的裝置；所謂的爆排發(fā)動機是指只 有作功過程和排氣過程的作功機構(gòu)，這種作功機構(gòu)的工作過程是將預(yù)先準備好的氣體工質(zhì) (多為高溫高壓氣體或高壓氣體)充入作功機構(gòu)內(nèi)，在機構(gòu)內(nèi)不再進行壓縮就進行膨脹作 功，在膨脹作功后將氣體工質(zhì)排出的作功機構(gòu)，例如只進行作功沖程和排氣沖程的活塞式 作功機構(gòu)以及葉輪式作功機構(gòu)(如動力透平等)等；所謂冷卻器是指一切可以對氣體工質(zhì) 進行冷卻的裝置，可以是散熱器或熱交換器；所述膨脹劑是指不參與燃燒化學(xué)反應(yīng)起升溫 或降溫以及調(diào)整作功工質(zhì)摩爾數(shù)的作用并參與膨脹作功的工質(zhì)；所謂葉輪式壓氣機是指能 夠壓縮氣體工質(zhì)的葉輪式或渦輪式壓氣機，包括軸流式、徑流式、混流式；所謂動力葉輪機 是指在氣體工質(zhì)作用下能將氣體工質(zhì)的壓力能和熱能轉(zhuǎn)換成動力的葉輪式裝置或渦輪式 裝置；所謂回熱器是指可以利用通過爆排發(fā)動機后的氣體工質(zhì)對進入加熱器前的氣體工質(zhì) 進行加熱的裝置；所謂單動力單元節(jié)閉合通道是指由一個壓氣機、一個加熱器、一個爆排發(fā) 動機和一個冷卻器依次串聯(lián)連通且首尾對接所構(gòu)成的閉合通道；所謂動力單元節(jié)是指由一 個壓氣機、一個加熱器、一個爆排發(fā)動機和一個冷卻器依次串聯(lián)連通所構(gòu)成的開放通道；所 謂多動力單元節(jié)閉合通道是指由多個動力單元節(jié)依次串聯(lián)連通且首尾對接所構(gòu)成的閉合 通道；所謂陶瓷加熱器是指用陶瓷制成的對氣體工質(zhì)進行加熱的裝置，利用陶瓷加熱器可 以使氣體工質(zhì)被加熱到更高的溫度；所謂對流冷卻器是指以冷卻為目的的對流熱交換器； 所謂對流加熱器是指以加熱為目的的對流熱交換器；所謂混合式降溫器是指可以將膨脹劑 與被壓縮的氣體工質(zhì)進行混合降溫的裝置；所謂液體膨脹劑導(dǎo)出口是指所述冷卻器內(nèi)被冷 凝的膨脹劑的導(dǎo)出口 ；所謂“所述爆排發(fā)動機對所述壓氣機輸出動力”是指所述爆排發(fā)動機 對所述壓氣機直接輸出動力或經(jīng)齒輪等機構(gòu)的間接輸出動力；所謂“所述爆排發(fā)動機對所 述壓氣機迂回輸出動力”是指所述爆排發(fā)動機將動力輸出到一個動力源中，再由這個動力 源對所述壓氣機輸出動力。[0025]本實用新型所公開的高效熱氣發(fā)動機中所述壓氣機和所述爆排發(fā)動機之間的傳 動比可設(shè)為可調(diào)式，以使所述高效熱氣發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速情況下均能保持高效工作狀態(tài)。[0026]本實用新型所公開的高效熱氣發(fā)動機，特別是本實用新型所公開的高效熱氣發(fā)動 機的某些實施例中(如圖4和圖8所示)具有相當高的密閉性，所以可以在閉合通道中充 入高壓氣體工質(zhì)(即發(fā)動機處于非工作狀態(tài)時，通道內(nèi)的氣體工質(zhì)的壓強處于較高或相當 高的水平)，增加氣體工質(zhì)的密度，從而增加傳熱效率和功率密度，而且可以使循環(huán)壓比增 高，提高效率。[0027]本實用新型中在混合式降溫器中向被壓縮后的氣體工質(zhì)內(nèi)導(dǎo)入膨脹劑的目的是 為了降低氣體工質(zhì)的溫度，使進入加熱器的氣體工質(zhì)(含膨脹劑)溫度較低可以吸收更多 低品位的熱量，提高發(fā)動機的效率。導(dǎo)入的膨脹劑可以是液體，也可以是氣體，但在進入爆 排發(fā)動機前應(yīng)該處于氣態(tài)或臨界狀態(tài)，以提高發(fā)動機的效率。本實用新型中所謂連通是指 直接連通、經(jīng)過若干過程(包括與其他物質(zhì)混合等)的間接連通或經(jīng)泵、控制閥等受控連通。本實用新型中的加熱器也可以是利用太陽能對氣體工質(zhì)進行加熱的裝置。本實用新型中啟動器的設(shè)置是為了在發(fā)動機啟動前對發(fā)動機輸入動力，使壓氣機工作，形成具有一定壓力的氣體工質(zhì)以便發(fā)動機在短時間內(nèi)達到正常工作狀態(tài)。[0028] 本實用新型中將發(fā)電機設(shè)置在閉合通道內(nèi)的目的是為了提高閉合通道的密閉性，以使閉合通道內(nèi)的氣體工質(zhì)可以具有較高的壓力，而且不至于泄漏。[0029] 本實用新型中的壓氣機包括多級壓氣機和帶中間冷卻的多級壓氣機。[0030] 本實用新型中為了提高加熱和冷卻效率，可以在壓氣機上設(shè)置冷卻裝置，在爆排發(fā)動機上設(shè)置加熱裝置，還可以在壓氣機設(shè)為活塞式壓氣機和爆排發(fā)動機設(shè)為活塞式爆排發(fā)動機的結(jié)構(gòu)中，活塞式壓氣機和活塞式爆排發(fā)動機都采用多個小徑氣缸的形式。為了實現(xiàn)所述氣體工質(zhì)在所述動力葉輪機內(nèi)的恒溫膨脹或近恒溫膨脹過程，可在所述動力葉輪機的外殼上和／或靜葉內(nèi)設(shè)加熱流體通道，將所述恒溫加熱器設(shè)為所述加熱流體通道；為了實現(xiàn)所述氣體工質(zhì)在所述葉輪式壓氣機內(nèi)的恒溫壓縮或近恒溫壓縮過程，可在所述葉輪式壓氣機的外殼上和／或靜葉內(nèi)設(shè)冷卻流體通道，將所述恒溫壓縮冷卻器設(shè)為所述冷卻流體通道。[0031] 本實用新型在壓氣機設(shè)為活塞式壓氣機和爆排發(fā)動機設(shè)為活塞式爆排發(fā)動機的結(jié)構(gòu)中，需要在氣體工質(zhì)流動的通道上設(shè)控制閥和／或逆止閥，以實現(xiàn)氣體工質(zhì)按設(shè)計方向流動?？刂崎y和逆止閥的設(shè)置位置可以是活塞式壓氣機的氣體工質(zhì)入口處1氣體工質(zhì)出口處，活塞式壓氣機的氣體工質(zhì)入口處1氣體工質(zhì)出口處，以及氣體工質(zhì)流動的通道上。[0032] 本實用新型中的發(fā)電機可以用作啟動器，用來啟動所述高效熱氣發(fā)動機。[0033] 在設(shè)置動力葉輪機或葉輪式壓氣機的結(jié)構(gòu)中，由于動力葉輪機和壓氣機的轉(zhuǎn)速可能達到相當高的水平，為了有效的降低轉(zhuǎn)速，可以采用磁齒輪減速器；在這種結(jié)構(gòu)中，對于高速旋轉(zhuǎn)軸，可以采用磁懸浮軸承或氣懸浮軸承。[0034] 本實用新型的有益效果如下[0035] 本實用新型結(jié)構(gòu)簡單1效率高1噪聲低。


[0036] 圖l為本實用新型實施例l的結(jié)構(gòu)示意圖；[0037] 圖2為本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；[0038] 圖3為本實用新型實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；[0039] 圖4為本實用新型實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；[0040] 圖5為本實用新型實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；[0041] 圖6為本實用新型實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；[0042] 圖7為本實用新型實施例7的結(jié)構(gòu)示意圖；[0043] 圖8為本實用新型實施例8的結(jié)構(gòu)示意圖；[0044] 圖9為本實用新型實施例9的結(jié)構(gòu)示意圖；[0045] 圖lo為本實用新型實施例lo的結(jié)構(gòu)示意圖；[0046] 圖11為本實用新型實施例11的結(jié)構(gòu)示意圖；[0047] 圖12為本實用新型實施例12的結(jié)構(gòu)示意圖；[0048] 圖13為本實用新型實施例13的結(jié)構(gòu)示意圖；[0049]圖14和圖15為本實用新型實施例14的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0050]實施例1[0051]如圖1所示的高效熱氣發(fā)動機，包括壓氣機1、加熱器2、爆排發(fā)動機3和冷卻器4， 在壓氣機1、加熱器2、爆排發(fā)動機3和冷卻器4上分別設(shè)置氣體工質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口， 壓氣機1的氣體工質(zhì)出口與加熱器2的氣體工質(zhì)入口連通，加熱器2的氣體工質(zhì)出口與爆 排發(fā)動機3的氣體工質(zhì)入口連通，爆排發(fā)動機3的氣體工質(zhì)出口與冷卻器4的氣體工質(zhì)入 口連通，冷卻器4的氣體工質(zhì)出口與壓氣機1的氣體工質(zhì)入口連通，如此連通構(gòu)成單動力單 元節(jié)閉合通道1234，在單動力單元節(jié)閉合通道1234內(nèi)充入氣體工質(zhì)，爆排發(fā)動機3對壓氣 機1輸出動力或迂回輸出動力，爆排發(fā)動機3與動力輸出軸5直接或間接連接。本實施例 的原理是將經(jīng)壓氣機1壓縮后產(chǎn)生的高壓氣體工質(zhì)在加熱器2中吸收熱量提高溫度后進入 爆排發(fā)動機3，在爆排發(fā)動機3中膨脹作功后進入冷卻器4，在冷卻器4中放熱降溫后再進 入壓氣機1進入下一個工作循環(huán)，這樣就可以實現(xiàn)氣體工質(zhì)的流動按單一方向進行，形成 一個單一流動方向的閉合回路，克服了傳統(tǒng)斯特林發(fā)動機的工質(zhì)往復(fù)流動的缺陷。[0052]實施例2[0053]如圖2所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于在壓氣機1、加熱器2、 爆排發(fā)動機3和冷卻器4上分別設(shè)置氣體工質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口，壓氣機1的氣體工質(zhì) 出口與加熱器2的氣體工質(zhì)入口連通，加熱器2的氣體工質(zhì)出口與爆排發(fā)動機3的氣體工 質(zhì)入口連通，爆排發(fā)動機3的氣體工質(zhì)出口與冷卻器4的氣體工質(zhì)入口連通，如此連通構(gòu)成 一個動力單元節(jié)6，η個壓氣機1、η個加熱器2、η個爆排發(fā)動機3和η個冷卻器4構(gòu)成η個 動力單元節(jié)6，η = 4，η個動力單元節(jié)6串聯(lián)連通后再將處于一端的冷卻器4的氣體工質(zhì)出 口與處于另一端的壓氣機1的氣體工質(zhì)入口連通構(gòu)成多動力單元節(jié)閉合通道1236，在多動 力單元節(jié)閉合通道1236內(nèi)充入氣體工質(zhì)，爆排發(fā)動機3對壓氣機1輸出動力或迂回輸出動 力，爆排發(fā)動機3與動力輸出軸5直接或間接連接。這樣設(shè)置實現(xiàn)了多級熱氣發(fā)動機的串 聯(lián)，提高了氣體工質(zhì)的利用率，實現(xiàn)了更為高效的熱氣發(fā)動機。[0054]實施例3[0055]如圖3所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于壓氣機1設(shè)為葉輪式壓 氣機101，爆排發(fā)動機3設(shè)為動力葉輪機301。這樣設(shè)置的目的是為了充分利用葉輪式壓氣 機101和動力葉輪機301的高轉(zhuǎn)速、體積小、流量大的優(yōu)勢。[0056]實施例4[0057]如圖4所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于壓氣機1設(shè)為活塞式壓 氣機102，爆排發(fā)動機3設(shè)為活塞式爆排發(fā)動機302，在活塞式壓氣機102的氣體工質(zhì)入口 和氣體工質(zhì)出口處設(shè)兩個控制閥12345，在活塞式爆排發(fā)動機302的氣體工質(zhì)入口和氣體 工質(zhì)出口處也設(shè)兩個控制閥12345，當一定量的高壓氣體工質(zhì)進入活塞式爆排發(fā)動機302 的氣缸后，活塞式爆排發(fā)動機302的氣體工質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口均處于關(guān)閉狀態(tài)，高壓 氣體工質(zhì)膨脹推動活塞作功，活塞式壓氣機102和活塞式爆排發(fā)動機302之間可以有正時 關(guān)系，也可以沒有正時關(guān)系，而且在單動力單元節(jié)閉合通道1234上還可以設(shè)一個氣體工質(zhì) 儲罐，用來儲存氣體工質(zhì)。[0058]實施例5[0059]如圖5所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于加熱器2設(shè)為陶瓷加熱 器202，壓氣機1設(shè)為葉輪式壓氣機101，爆排發(fā)動機3設(shè)為動力葉輪機301，葉輪式壓氣機 101和動力葉輪機301同軸設(shè)置，連接葉輪式壓氣機101和動力葉輪機301的轉(zhuǎn)子軸340設(shè) 置在陶瓷加熱器202中，動力輸出軸5設(shè)置在動力葉輪機301端，即高壓氣體工質(zhì)端。[0060]實施例6[0061]如圖6所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于加熱器2設(shè)為陶瓷加熱 器202，壓氣機1設(shè)為葉輪式壓氣機101，爆排發(fā)動機3設(shè)為動力葉輪機301，葉輪式壓氣機 101和動力葉輪機301同軸設(shè)置，連接葉輪式壓氣機101和動力葉輪機301的轉(zhuǎn)子軸340設(shè) 置在冷卻器4中，這樣設(shè)置的目的是使轉(zhuǎn)子軸340在低溫狀態(tài)下工作，減少對轉(zhuǎn)子軸材料性 能的要求，而且轉(zhuǎn)子軸的潤滑性好，工作壽命長；動力輸出軸5設(shè)置在葉輪式壓氣機101端， 即低壓氣體工質(zhì)端，這樣可以更加有效的防止氣體工質(zhì)的泄漏，提高閉合通道的密閉性，以 使閉合通道內(nèi)的氣體工質(zhì)可以具有較高的壓力。[0062]實施例7[0063]如圖7所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于高效熱氣發(fā)動機還包括 回熱器120，回熱器120設(shè)置在爆排發(fā)動機3和冷卻器4之間，壓氣機1的氣體工質(zhì)出口經(jīng) 回熱器120后與加熱器2的氣體工質(zhì)入口連通，經(jīng)壓氣機1增壓后的氣體工質(zhì)在回熱器120 內(nèi)從自爆排發(fā)動機3的氣體工質(zhì)出口流來的氣體工質(zhì)中吸熱后進入加熱器2的氣體工質(zhì)入 口進一步被加熱。[0064]實施例8[0065]如圖8所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于高效熱氣發(fā)動機還包括 發(fā)電機8，壓氣機1設(shè)為葉輪式壓氣機101，爆排發(fā)動機3設(shè)為動力葉輪機301，發(fā)電機8、葉 輪式壓氣機101和動力葉輪機301同軸設(shè)置，發(fā)電機8設(shè)置在單動力單元節(jié)閉合通道1234 內(nèi)。這樣的設(shè)置使整個系統(tǒng)的密封性更好，防止了高壓氣體工質(zhì)的泄漏，提高了系統(tǒng)的效率。[0066]實施例9[0067]如圖9所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于高效熱氣發(fā)動機還包 括啟動器9，啟動器9與壓氣機1連接，啟動器9在高效熱氣發(fā)動機啟動時推動壓氣機1工 作。啟動器設(shè)置的目的是為了在發(fā)動機啟動前對發(fā)動機輸入動力，使壓氣機工作，形成具有 一定壓力的氣體工質(zhì)以便發(fā)動機在短時間內(nèi)達到正常工作狀態(tài)。[0068]實施例10[0069]如圖10所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于加熱器2設(shè)為對流加 熱器201，冷卻器4對流冷卻器401，在壓氣機1和加熱器2之間設(shè)混合式降溫器10，在混 合式降溫器10上設(shè)高壓膨脹劑導(dǎo)入口 11，在冷卻器4上設(shè)液體膨脹劑導(dǎo)出口 12，液體膨脹 劑導(dǎo)出口 12經(jīng)高壓泵13與高壓膨脹劑導(dǎo)入口 11連通。在混合式降溫器10中向被壓縮后 的氣體工質(zhì)內(nèi)導(dǎo)入膨脹劑的目的是為了降低氣體工質(zhì)的溫度，使進入加熱器2的氣體工質(zhì) (含膨脹劑)溫度較低可以吸收更多低品位的熱量，提高發(fā)動機的效率。導(dǎo)入的膨脹劑可以 是液體，也可以是氣體，但在進入爆排發(fā)動機前應(yīng)該處于氣態(tài)或臨界狀態(tài)，以提高發(fā)動機的 效率。[0070]實施例11[0071]如圖11所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例4的區(qū)別在于只在活塞式壓氣機 102的氣體工質(zhì)出口處設(shè)一個控制閥12345，在活塞式爆排發(fā)動機302內(nèi)不設(shè)控制閥，活塞 式壓氣機102和活塞式爆排發(fā)動機302之間有正時關(guān)系，從而保證兩活塞頂之間的空間容 積發(fā)生變化(類似于傳統(tǒng)斯特林發(fā)動機)但氣體工質(zhì)不往復(fù)流動，只按一個方向定向循環(huán) 流動。[0072]實施例12[0073]如圖12所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例4的區(qū)別在于在活塞式壓氣機102 內(nèi)不設(shè)控制閥，在活塞式爆排發(fā)動機302內(nèi)不設(shè)控制閥，只在單動力單元節(jié)閉合通道1234 內(nèi)設(shè)一個控制閥12345，活塞式壓氣機102和活塞式爆排發(fā)動機302之間有正時關(guān)系，從而 保證兩活塞頂之間的空間容積發(fā)生變化(類似于傳統(tǒng)斯特林發(fā)動機)但氣體工質(zhì)不往復(fù)流 動，只按一個方向定向循環(huán)流動。[0074]實施例13[0075]如圖13所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例1的區(qū)別在于在壓氣機1上設(shè)恒溫 壓縮冷卻器1111，恒溫壓縮冷卻器1111使氣體工質(zhì)在壓氣機1內(nèi)被壓縮的過程中保持恒溫 或近恒溫狀態(tài)，實現(xiàn)氣體工質(zhì)的恒溫壓縮或近恒溫壓縮過程；在爆排發(fā)動機3上設(shè)恒溫加 熱器3333，恒溫加熱器3333為在爆排發(fā)動機3內(nèi)膨脹作功的氣體工質(zhì)提供熱量使氣體工質(zhì) 保持恒溫或近恒溫狀態(tài)，實現(xiàn)氣體工質(zhì)的恒溫膨脹或近恒溫膨脹過程；壓氣機1設(shè)為葉輪 式壓氣機101，爆排發(fā)動機3設(shè)為動力葉輪機301，壓氣機1和爆排發(fā)動機3的工作相位不 同，和/或排量不同。這樣設(shè)置的目的是為了提高加熱和冷卻的效率，進而提高發(fā)動機的效 率。[0076]實施例14[0077]如圖14或圖15所示的高效熱氣發(fā)動機，其與實施例13的區(qū)別在于壓氣機1設(shè) 為活塞式壓氣機102，爆排發(fā)動機3設(shè)為活塞式爆排發(fā)動機302，在活塞式壓氣機102的氣 體工質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口處設(shè)兩個控制閥12345，在活塞式爆排發(fā)動機302的氣體工質(zhì) 入口和氣體工質(zhì)出口處也設(shè)兩個控制閥12345，通過控制四個控制閥12345，實現(xiàn)等容加熱 和等容冷卻過程，通過恒溫壓縮冷卻器im實現(xiàn)恒溫壓縮或近恒溫壓縮過程，通過恒溫加 熱器3333實現(xiàn)恒溫膨脹或近恒溫膨脹過程。換句話說，通過四個控制閥12345、恒溫壓縮冷 卻器1111和恒溫加熱器3333的設(shè)置，使氣體工質(zhì)的循環(huán)更接近于斯特林循環(huán)。10
權(quán)利要求1.一種高效熱氣發(fā)動機，包括壓氣機(1)、加熱器(2)、爆排發(fā)動機(3)和冷卻器(4)， 其特征在于在所述壓氣機(1)、所述加熱器(2)、所述爆排發(fā)動機(3)和所述冷卻器(4) 上分別設(shè)置氣體工質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口，所述壓氣機(1)的氣體工質(zhì)出口與所述加熱器 (2)的氣體工質(zhì)入口連通，所述加熱器(2)的氣體工質(zhì)出口與所述爆排發(fā)動機(3)的氣體工 質(zhì)入口連通，所述爆排發(fā)動機(3)的氣體工質(zhì)出口與所述冷卻器(4)的氣體工質(zhì)入口連通， 所述冷卻器(4)的氣體工質(zhì)出口與所述壓氣機(1)的氣體工質(zhì)入口連通，如此連通構(gòu)成單 動力單元節(jié)閉合通道(1234)，在所述單動力單元節(jié)閉合通道(1234)內(nèi)充入氣體工質(zhì)，所述 爆排發(fā)動機(3)對所述壓氣機(1)輸出動力或迂回輸出動力，所述爆排發(fā)動機(3)與動力 輸出軸(5)直接或間接連接；或在所述壓氣機(1)、所述加熱器(2)、所述爆排發(fā)動機(3)和所述冷卻器(4)上分別 設(shè)置氣體工質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口，所述壓氣機(1)的氣體工質(zhì)出口與所述加熱器(2)的 氣體工質(zhì)入口連通，所述加熱器(2)的氣體工質(zhì)出口與所述爆排發(fā)動機(3)的氣體工質(zhì)入 口連通，所述爆排發(fā)動機(3)的氣體工質(zhì)出口與所述冷卻器(4)的氣體工質(zhì)入口連通，如此 連通構(gòu)成一個動力單元節(jié)(6)，η個所述壓氣機(1)、η個所述加熱器(2)、η個所述爆排發(fā) 動機(3)和η個所述冷卻器(4)構(gòu)成η個所述動力單元節(jié)(6)，η > 2，η個所述動力單元節(jié) (6)串聯(lián)連通后再將處于一端的所述冷卻器(4)的氣體工質(zhì)出口與處于另一端的所述壓氣 機(1)的氣體工質(zhì)入口連通構(gòu)成多動力單元節(jié)閉合通道(1236)，在所述多動力單元節(jié)閉合 通道(1236)內(nèi)充入氣體工質(zhì)，所述爆排發(fā)動機(3)對所述壓氣機(1)輸出動力或迂回輸出 動力，所述爆排發(fā)動機(3)與動力輸出軸(5)直接或間接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于所述壓氣機(1)設(shè)為葉輪式壓 氣機(101)，或所述壓氣機(1)設(shè)為活塞式壓氣機(102)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于所述爆排發(fā)動機(3)設(shè)為動力 葉輪機(301)，或所述爆排發(fā)動機(3)設(shè)為活塞式爆排發(fā)動機(302)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于所述加熱器(2)設(shè)為對流加熱 器(201)，或所述加熱器(2)設(shè)為陶瓷加熱器(202)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于所述冷卻器(4)設(shè)為對流冷卻 器(401)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于所述壓氣機(1)設(shè)為葉輪式壓 氣機(101)，所述爆排發(fā)動機(3)設(shè)為動力葉輪機(301)，所述葉輪式壓氣機(101)和所述 動力葉輪機(301)同軸設(shè)置，連接所述葉輪式壓氣機(101)和所述動力葉輪機(301)的轉(zhuǎn) 子軸(340)設(shè)置在所述加熱器(2)中或設(shè)置在所述冷卻器(4)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于所述高效熱氣發(fā)動機還包括回 熱器(120)，所述回熱器(120)設(shè)置在所述爆排發(fā)動機(3)和所述冷卻器(4)之間，所述壓 氣機(1)的氣體工質(zhì)出口經(jīng)所述回熱器(120)后與所述加熱器(2)的氣體工質(zhì)入口連通， 經(jīng)所述壓氣機⑴增壓后的氣體工質(zhì)在所述回熱器(120)內(nèi)從自所述爆排發(fā)動機(3)的氣 體工質(zhì)出口流來的氣體工質(zhì)中吸熱后進入所述加熱器(2)的氣體工質(zhì)入口進一步被加熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于所述高效熱氣發(fā)動機還包括發(fā) 電機(8)，所述壓氣機(1)設(shè)為葉輪式壓氣機(101)，所述爆排發(fā)動機(3)設(shè)為動力葉輪機 (301)，所述發(fā)電機(8)、所述葉輪式壓氣機(101)和所述動力葉輪機(301)同軸設(shè)置，所述發(fā)電機(8)設(shè)置在所述單動力單元節(jié)閉合通道(1234)內(nèi)或所述發(fā)電機(8)設(shè)置在所述多 動力單元節(jié)閉合通道(1236)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于所述高效熱氣發(fā)動機還包括啟 動器(9)，所述啟動器(9)與所述壓氣機(1)連接，所述啟動器(9)在所述高效熱氣發(fā)動機 啟動時推動所述壓氣機(1)工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于在所述壓氣機(1)和所述加熱 器(2)之間設(shè)混合式降溫器(10)，在所述混合式降溫器(10)上設(shè)高壓膨脹劑導(dǎo)入口(11)， 在所述冷卻器(4)上設(shè)液體膨脹劑導(dǎo)出口(12)，所述液體膨脹劑導(dǎo)出口(12)經(jīng)高壓泵 (13)與所述高壓膨脹劑導(dǎo)入口(11)連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于在所述壓氣機(1)上設(shè)恒溫壓 縮冷卻器(1111)，所述恒溫壓縮冷卻器(1111)使所述氣體工質(zhì)在所述壓氣機(1)內(nèi)被壓縮 的過程中排出熱量保持恒溫或近恒溫狀態(tài)，實現(xiàn)所述氣體工質(zhì)的恒溫壓縮或近恒溫壓縮過 程。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于在所述爆排發(fā)動機(3)上設(shè)恒 溫加熱器(3333)，所述恒溫加熱器(3333)為在所述爆排發(fā)動機(3)內(nèi)膨脹作功的所述氣體 工質(zhì)提供熱量使所述氣體工質(zhì)保持恒溫或近恒溫狀態(tài)，實現(xiàn)所述氣體工質(zhì)的恒溫膨脹或近 恒溫膨脹過程。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述高效熱氣發(fā)動機，其特征在于在所述壓氣機(1)和所述加熱 器(2)之間、所述加熱器(2)和所述爆排發(fā)動機(3)之間、所述爆排發(fā)動機(3)和所述冷卻 器(4)之間，和/或在所述冷卻器(4)和所述壓氣機(1)之間設(shè)控制閥(12345)。
專利摘要本實用新型公開了一種高效熱氣發(fā)動機，包括壓氣機、加熱器、爆排發(fā)動機和冷卻器，在所述壓氣機、所述加熱器、所述爆排發(fā)動機和所述冷卻器上分別設(shè)置氣體工質(zhì)入口和氣體工質(zhì)出口，所述壓氣機的氣體工質(zhì)出口與所述加熱器的氣體工質(zhì)入口連通，所述加熱器的氣體工質(zhì)出口與所述爆排發(fā)動機的氣體工質(zhì)入口連通，所述爆排發(fā)動機的氣體工質(zhì)出口與所述冷卻器的氣體工質(zhì)入口連通，所述冷卻器的氣體工質(zhì)出口與所述壓氣機的氣體工質(zhì)入口連通，如此連通構(gòu)成單動力單元節(jié)閉合通道，在所述單動力單元節(jié)閉合通道內(nèi)充入氣體工質(zhì)，所述爆排發(fā)動機對所述壓氣機輸出動力或迂回輸出動力，所述爆排發(fā)動機與動力輸出軸直接或間接連接。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、效率高、噪聲低。
文檔編號F02G1/047GK201818388SQ201020576928
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪