新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種以空氣或水或制冷劑為工質(zhì)的新型斯特林熱機(jī)。這種新型斯特林熱機(jī)其循環(huán)由兩個(gè)回路組成，其結(jié)構(gòu)包括等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1和等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2、等容吸熱升溫氣缸的A側(cè)和B側(cè)、膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸、換熱系統(tǒng)、壓力控制閥、溫度控制閥和密封容器等主要部件，并能利用密封容器內(nèi)壓力做功，因而其輸出功和效率都比常規(guī)熱機(jī)高。
【專利說(shuō)明】新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種以空氣或水或制冷劑為工質(zhì)的新型斯特林熱機(jī)。這種新型斯特林熱機(jī)其循環(huán)由兩個(gè)回路組成，其結(jié)構(gòu)包括等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1和等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2、等容吸熱升溫氣缸的A側(cè)和B側(cè)、膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸、換熱系統(tǒng)、壓力控制閥、溫度控制閥和密封容器等主要部件，并能利用密封容器內(nèi)壓力做功，因而其輸出功和效率都比常規(guī)熱機(jī)高。

【背景技術(shù)】
[0002]我們知道，常規(guī)熱機(jī)比較耗能，而全球面臨著地球變暖、化石燃料日漸枯竭的問(wèn)題，常規(guī)斯特林熱機(jī)不能利用環(huán)境大氣壓力做功。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠利用密封容器內(nèi)壓力做功的新型斯特林熱機(jī)。這種新型斯特林熱機(jī)以空氣或水或制冷劑為工質(zhì)，其循環(huán)由兩個(gè)回路組成，其結(jié)構(gòu)包括等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1和等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2、等容吸熱升溫氣缸的A側(cè)和B側(cè)、膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸、換熱系統(tǒng)、壓力控制閥、溫度控制閥和密封容器等主要部件，并利用密封容器內(nèi)壓力做功。
[0004]熱力學(xué)循環(huán)類似于斯特林循環(huán)，斯特林循環(huán)由等溫放熱壓縮、等容吸熱升溫、等溫吸熱膨脹、等容放熱冷卻等四個(gè)過(guò)程組成。
[0005]循環(huán)由兩個(gè)回路組成，回路I中，工質(zhì)先從等容吸熱升溫氣缸A側(cè)進(jìn)入膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，再進(jìn)入等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2，最后回到等容吸熱升溫氣缸A偵彳，回路2中，工質(zhì)先從等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1進(jìn)入等容吸熱升溫氣缸B偵牝再進(jìn)入膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，最后回到等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1，膨脹機(jī)或雙作用氣缸是工質(zhì)等溫吸熱膨脹時(shí)的動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)。
[0006]等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1和等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2是復(fù)動(dòng)型氣缸，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸是工質(zhì)等溫放熱壓縮時(shí)的動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1和等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的結(jié)構(gòu)和容積相同，工質(zhì)在氣缸內(nèi)先作等容放熱過(guò)程，再利用密封容器內(nèi)壓力作等溫放熱壓縮做功過(guò)程，氣缸押側(cè)的氣孔連接一個(gè)三通管，三通管一個(gè)開(kāi)口連接氣缸，另兩個(gè)開(kāi)口分別連接進(jìn)氣閥和排氣閥，進(jìn)氣閥連接膨脹機(jī)出口或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸的氣孔，排氣閥連接等容吸熱升溫氣缸進(jìn)口，氣缸拉側(cè)的氣孔連接密封容器。
[0007]密封容器內(nèi)充滿常壓或高壓空氣，膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸的出口壓力大于或等于密封容器內(nèi)空氣壓力。
[0008]等容吸熱升溫氣缸是復(fù)動(dòng)型氣缸，其容積等于等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸，等容吸熱升溫氣缸的活塞把氣缸分為A、B兩側(cè)，活塞兩側(cè)受力面積相等，工質(zhì)在氣缸內(nèi)作等容吸熱升溫過(guò)程，氣缸A、B兩側(cè)的兩個(gè)氣孔分別連接一個(gè)三通管，三通管一個(gè)開(kāi)口連接等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸，另一個(gè)開(kāi)口連接膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)與等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2之間有等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的排氣閥，此排氣閥是等容吸熱升溫氣缸A側(cè)的進(jìn)氣閥，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)與膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸之間有排氣閥，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)與等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1之間有等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的排氣閥，此排氣閥是等容吸熱升溫氣缸B側(cè)的進(jìn)氣閥，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)與膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸之間有排氣閥。
[0009]等容吸熱升溫氣缸A側(cè)吸收等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1放出的熱量，等容吸熱升溫氣缸可采用電熱式加熱器加熱到熱源溫度，當(dāng)此側(cè)工質(zhì)的溫度等于熱源溫度時(shí)，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)與膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸之間的排氣閥打開(kāi)，工質(zhì)對(duì)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸做功，當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譇側(cè)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力時(shí)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的活塞松開(kāi)，密封容器內(nèi)壓力對(duì)工質(zhì)做功，并被新型斯特林熱機(jī)利用，工質(zhì)作等溫放熱壓縮過(guò)程。
[0010]等容吸熱升溫氣缸B側(cè)吸收等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2放出的熱量，當(dāng)此側(cè)工質(zhì)的溫度等于熱源溫度時(shí)，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)與膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸之間的排氣閥打開(kāi)，工質(zhì)對(duì)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸做功，當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譈側(cè)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力時(shí)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的活塞松開(kāi)，密封容器內(nèi)壓力對(duì)工質(zhì)做功，并被新型斯特林熱機(jī)利用，工質(zhì)作等溫放熱壓縮過(guò)程。
[0011]循環(huán)由兩個(gè)回路組成，開(kāi)始時(shí)，所有的閥門都關(guān)閉，等容吸熱升溫氣缸的活塞在B側(cè)末端，等容吸熱升溫氣缸的B側(cè)無(wú)工質(zhì)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的活塞在氣缸底部，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的活塞固定在氣缸頂部。
[0012]回路I中，初始時(shí)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于熱源溫度，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于常溫；工質(zhì)在等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)先作等容放熱過(guò)程，并把熱量傳遞給等容吸熱升溫氣缸A側(cè)內(nèi)工質(zhì)，當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譇側(cè)內(nèi)工質(zhì)的溫度升高到等于熱源溫度時(shí)，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)的排氣閥打開(kāi)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的進(jìn)氣閥同時(shí)打開(kāi)，工質(zhì)于是從等容吸熱升溫氣缸A側(cè)進(jìn)入膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，并對(duì)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸做功，工質(zhì)離開(kāi)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸后，進(jìn)入等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2內(nèi)，當(dāng)?shù)热莘艧峒暗葴胤艧釅嚎s做功氣缸#2的活塞移動(dòng)到氣缸頂部時(shí)，活塞被固定在氣缸頂部，此時(shí)等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于熱源溫度；當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譇側(cè)壓力等于密封容器內(nèi)壓力，以及等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1工質(zhì)溫度等于常溫時(shí)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的活塞松開(kāi)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的排氣閥同時(shí)打開(kāi)，密封容器內(nèi)壓力對(duì)工質(zhì)做功，并被新型斯特林熱機(jī)利用，這個(gè)過(guò)程是等溫放熱壓縮做功過(guò)程，等溫放熱壓縮做功過(guò)程后，等容吸熱升溫氣缸的活塞被推動(dòng)至A側(cè)末端，原來(lái)在等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)入等容吸熱升溫氣缸B側(cè)內(nèi)，此時(shí)等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的活塞在氣缸底部，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)無(wú)工質(zhì)，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于常溫。
[0013]回路2中，工質(zhì)在等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2內(nèi)先作等容放熱過(guò)程，并把熱量傳遞給等容吸熱升溫氣缸B側(cè)內(nèi)工質(zhì)，當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譈側(cè)內(nèi)工質(zhì)的溫度升高到等于熱源溫度時(shí)，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)的排氣閥打開(kāi)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的進(jìn)氣閥同時(shí)打開(kāi)，工質(zhì)于是從等容吸熱升溫氣缸B側(cè)進(jìn)入膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，并對(duì)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸做功，工質(zhì)離開(kāi)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸后，進(jìn)入等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)，當(dāng)?shù)热莘艧峒暗葴胤艧釅嚎s做功氣缸#1的活塞移動(dòng)到氣缸頂部時(shí)，活塞被固定在氣缸頂部，此時(shí)等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于熱源溫度，熱機(jī)完成一個(gè)循環(huán)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0015]圖中:1、氣缸#1 ;2、氣缸#2 ;3、氣缸#3 ;4、密封容器；5、回?zé)崞鳎?、膨脹機(jī)；7、氣缸#1的進(jìn)口閥；8、氣缸#1的出口閥；9、氣缸#2的出口閥；10、氣缸#2的進(jìn)口閥；11、氣缸#3 A側(cè)的出口閥；12、氣缸#3 B側(cè)的出口閥；A、氣缸#3的A側(cè)；B.氣缸#3的B偵U。
[0016]圖2是本發(fā)明新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)的P-V圖。
[0017]圖中:a、膨脹機(jī)入口壓力；b、膨脹機(jī)出口壓力；c、等容放熱后壓力；d等溫放熱壓縮后壓力。
[0018]圖3是本發(fā)明新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)的T-S圖。
[0019]圖中:a、膨脹機(jī)入口溫度；b、膨脹機(jī)出口溫度；c、等容放熱后溫度；d等溫放熱壓縮后溫度。
[0020]圖4是本發(fā)明新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)具體實(shí)施例的示意圖。
[0021]圖中:1、氣缸#1 ;2、氣缸#2 ;3、氣缸#3 ;4、密封容器；5、回?zé)崞鳎?、膨脹機(jī)；7、氣缸#1的進(jìn)口閥；8、氣缸#1的出口閥；9、氣缸#2的出口閥；10、氣缸#2的進(jìn)口閥；11、氣缸#3 A側(cè)的出口閥；12、氣缸#3 B側(cè)的出口閥；A、氣缸#3的A側(cè)；B.氣缸#3的B側(cè)；c.關(guān)閉。
[0022]圖5是本發(fā)明新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)具體實(shí)施例的示意圖。
[0023]圖中:1、氣缸#1 ;2、氣缸#2 ;3、氣缸#3 ;4、密封容器；5、回?zé)崞鳎?、膨脹機(jī)；7、氣缸#1的進(jìn)口閥；8、氣缸#1的出口閥；9、氣缸#2的出口閥；10、氣缸#2的進(jìn)口閥；11、氣缸#3 A側(cè)的出口閥；12、氣缸#3 B側(cè)的出口閥；A、氣缸#3的A側(cè)；B.氣缸#3的B側(cè)；c、關(guān)閉；O、打開(kāi)。
[0024]圖6是本發(fā)明新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)具體實(shí)施例的示意圖。
[0025]圖中:1、氣缸#1 ;2、氣缸#2 ;3、氣缸#3 ;4、密封容器；5、回?zé)崞鳎?、膨脹機(jī)；7、氣缸#1的進(jìn)口閥；8、氣缸#1的出口閥；9、氣缸#2的出口閥；10、氣缸#2的進(jìn)口閥；11、氣缸#3 A側(cè)的出口閥；12、氣缸#3 B側(cè)的出口閥；A、氣缸#3的A側(cè)；B.氣缸#3的B側(cè)；c、關(guān)閉；
O、打開(kāi)。
[0026]圖7是本發(fā)明新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)具體實(shí)施例的示意圖。
[0027]圖中:1、氣缸#1 ;2、氣缸#2 ;3、氣缸#3 ;4、密封容器；5、回?zé)崞鳎?、膨脹機(jī)；7、氣缸#1的進(jìn)口閥；8、氣缸#1的出口閥；9、氣缸#2的出口閥；10、氣缸#2的進(jìn)口閥；11、氣缸#3 A側(cè)的出口閥；12、氣缸#3 B側(cè)的出口閥；A、氣缸#3的A側(cè)；B.氣缸#3的B側(cè)；c、關(guān)閉；
O、打開(kāi)。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合幾個(gè)示意圖介紹一具體實(shí)施例，【具體實(shí)施方式】不局限于此一例。
[0029]循環(huán)由兩個(gè)回路組成，回路I中，工質(zhì)先從等容吸熱升溫氣缸A側(cè)進(jìn)入膨脹機(jī)，再進(jìn)入等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2，最后回到等容吸熱升溫氣缸A側(cè)，回路2中，工質(zhì)先從等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1進(jìn)入等容吸熱升溫氣缸B側(cè)，再進(jìn)入膨脹機(jī)，最后回到等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1，膨脹機(jī)是工質(zhì)等溫吸熱膨脹時(shí)的動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)。
[0030]完成一個(gè)循環(huán)需要一個(gè)密封容器、兩臺(tái)等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸、一臺(tái)等容吸熱升溫氣缸和一臺(tái)膨脹機(jī)，換熱系統(tǒng)、壓力控制閥、溫度控制閥等主要部件，其中，氣缸#1和氣缸#2是等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸，氣缸#3是等容吸熱升溫氣缸，參照?qǐng)D1。
[0031]設(shè)新型斯特林熱機(jī)的循環(huán)為理想斯特林循環(huán)，工質(zhì)為理想氣體，熱源溫度為600K，冷源溫度為 300K，密封容器內(nèi)壓力 Pemtainer 為 0.202MPa, Pcontainer = 0.202MPa。
[0032]在圖2和圖3中，a — b描述工質(zhì)流經(jīng)膨脹機(jī)，這是一個(gè)等溫吸熱膨脹過(guò)程，工質(zhì)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為膨脹機(jī)的動(dòng)能，參照?qǐng)D2和圖3。
[0033]設(shè)Ta為膨脹機(jī)入口溫度，Tb為膨脹機(jī)出口溫度，Ta和Tb也是熱源溫度，Ta = Tb =600K，Pa為膨脹機(jī)入口壓力，Pb為膨脹機(jī)出口壓力。
[0034]開(kāi)始時(shí)，活塞位于氣缸#1的底部，其入口閥7打開(kāi)并連接膨脹機(jī)的出口。從膨脹機(jī)出來(lái)的工質(zhì)推動(dòng)活塞運(yùn)行到氣缸#1的頂部，這個(gè)動(dòng)作類似于奧托循環(huán)的吸氣沖程，工質(zhì)進(jìn)入此氣缸，當(dāng)活塞到達(dá)氣缸#1的頂部時(shí)，入口閥7關(guān)閉?；钊潭ㄔ跉飧?1的頂部。
[0035]這是階段1，此時(shí)，氣缸#1內(nèi)充滿溫度為600K、壓力為0.202MPa的空氣，氣缸#3的A側(cè)充滿溫度為300K、壓力為0.202MPa的空氣，氣缸#2的活塞在此氣缸的底部，氣缸#3的活塞在氣缸#3的左末端，氣缸#2和氣缸#3的B區(qū)無(wú)工質(zhì)，所有的閥門都是關(guān)閉的，參見(jiàn)圖4。
[0036]b —c描述工質(zhì)停留在氣缸#1內(nèi)，這是一個(gè)等容放熱過(guò)程。工質(zhì)的溫度將會(huì)下降，直到等于環(huán)境溫度，Td = Tc = 300K, Tc和Td表示環(huán)境溫度。
[0037]因?yàn)闅飧?3的A區(qū)會(huì)從氣缸#1吸收熱量，氣缸#1的壓力將會(huì)降低，直到氣缸#1的溫度等于環(huán)^!.溫度，氣缸#1的壓力將會(huì)低于S封各器的壓力，0.1OlMPa = P。〈 Pcontainer=0.202MPa，P。是氣缸#1等容放熱過(guò)程后的壓力，此時(shí)，氣缸#1的活塞繼續(xù)固定在氣缸#1的頂部。
[0038]d —a描述工質(zhì)停留在氣缸#3的A區(qū)內(nèi)，這是一個(gè)等容吸熱過(guò)程。氣缸#3的A區(qū)通過(guò)換熱系統(tǒng)從氣缸#1及熱源吸收熱量，直到等于熱源溫度，Ta = 600K，氣缸#3 A區(qū)的壓力將會(huì)升高到Pa = 0.404MPa，氣缸#3的活塞保持在固定位置，氣缸#3 A區(qū)的出口閥12打開(kāi)，氣缸#2的入口閥10同時(shí)打開(kāi)，工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)作等溫吸熱膨脹過(guò)程。
[0039]這是階段2，此時(shí)，氣缸#1充滿了溫度為300K、壓力為0.1OlMPa的工質(zhì)，氣缸#3的A區(qū)充滿了溫度為600K、壓力為0.404MPa的工質(zhì)，氣缸#1和氣缸#3的活塞繼續(xù)保持在原來(lái)的位置，氣缸#2的活塞在氣缸#2的底部，氣缸#3的活塞在氣缸#3的左末端，氣缸#2和氣缸#3的B區(qū)沒(méi)有工質(zhì)，氣缸#3的A區(qū)的出口閥12打開(kāi)，氣缸#2的入口閥10同時(shí)打開(kāi)，其它閥門關(guān)閉，參照?qǐng)D5。
[0040]因?yàn)闅飧?3的A區(qū)的出口閥12打開(kāi)并連接到膨脹機(jī)，氣缸#2的入口閥10亦同時(shí)打開(kāi)，工質(zhì)將會(huì)進(jìn)入氣缸#2內(nèi)，氣缸#3的A區(qū)的壓力將會(huì)降低,直到等于密封容器內(nèi)的壓力，Pd = Pcontainer = Pb = ?.202MPa，氣缸#1和氣缸#3的活塞將不再保持在原來(lái)的位置。
[0041]氣缸#1和氣缸#2與密封容器連接，密封容器內(nèi)壓力等于膨脹機(jī)的出口壓力，P container = Pb = 0.202MPa。
[0042]C — d描述工質(zhì)停留在氣缸#1，這是一個(gè)等溫放熱壓縮做功過(guò)程。開(kāi)始時(shí)，因?yàn)闅飧?1內(nèi)壓力低于密封容器內(nèi)壓力，密封容器內(nèi)的大氣壓力將會(huì)推動(dòng)氣缸#1的活塞運(yùn)動(dòng)，壓縮氣缸#1內(nèi)的工質(zhì)，氣缸#1內(nèi)壓力將會(huì)升高，直到等于密封容器內(nèi)壓力。同時(shí)，氣缸#1的出口閥8打開(kāi)，活塞向氣缸#1的底部運(yùn)動(dòng)，工質(zhì)離開(kāi)氣缸#1后，出口閥8關(guān)閉，工質(zhì)離開(kāi)氣缸#1后進(jìn)入氣缸#3的B區(qū)。
[0043]因?yàn)閼T性，氣缸#3的活塞也將向氣缸#3的右末端運(yùn)動(dòng)，回路2的工質(zhì)退出氣缸#3的A區(qū)并進(jìn)入膨脹機(jī)。
[0044]從膨脹機(jī)出來(lái)的工質(zhì)推動(dòng)活塞運(yùn)行到氣缸#2的頂部，這個(gè)動(dòng)作類似于奧托循環(huán)的吸氣沖程，工質(zhì)進(jìn)入此氣缸，當(dāng)活塞到達(dá)氣缸#2的頂部時(shí)，入口閥10關(guān)閉?；钊潭ㄔ跉飧?2的頂部。
[0045]這是階段3，此時(shí)氣缸#2充滿了溫度為600K、壓力為0.202MPa的工質(zhì)，氣缸#3的B區(qū)充滿了溫度為300K、壓力為0.202MPa的工質(zhì)，氣缸#2和氣缸#3的活塞保持在原來(lái)的位置，氣缸#1的活塞在氣缸#1的底部，氣缸#3的活塞在氣缸#3的右末端，氣缸#1和氣缸#3的A區(qū)沒(méi)有工質(zhì)，所有閥門關(guān)閉，氣缸#3的B區(qū)將會(huì)從氣缸#2吸收熱量，參照?qǐng)D.6
[0046]b — c描述工質(zhì)停留在氣缸#2內(nèi)，這是一個(gè)等容放熱過(guò)程。工質(zhì)的溫度將會(huì)下降，直到等于環(huán)境溫度，Td = Tc = 300K，等容放熱過(guò)程后，氣缸#2的壓力降為P。= 0.1OlMPa0
[0047]d — a描述工質(zhì)在氣缸#3的B區(qū)作等容吸熱升溫過(guò)程，氣缸#3的B區(qū)從氣缸#2吸收熱量。等容吸熱升溫過(guò)程后，氣缸#3的B區(qū)的溫度為600K，壓力為0.404MPa.
[0048]這是階段4，此時(shí)，氣缸#2充滿了溫度為300K、壓力為0.1OlMPa的工質(zhì)，氣缸#3的B區(qū)充滿了溫度為600K、壓力為0.404MPa的工質(zhì)，氣缸#2和氣缸#3的活塞保持在原來(lái)的位置，氣缸#1的活塞在氣缸#1的底部，氣缸#3的活塞在氣缸#3的右末端，氣缸#1和氣缸#3的A區(qū)沒(méi)有工質(zhì)，氣缸#3的B區(qū)出口閥11打開(kāi)，氣缸#1的入口閥7同時(shí)打開(kāi)，其它閥門關(guān)閉，參照?qǐng)D7。
[0049]工質(zhì)將會(huì)流過(guò)膨脹機(jī)，這是一個(gè)等溫吸熱膨脹過(guò)程，工質(zhì)離開(kāi)膨脹機(jī)后，將進(jìn)入氣缸#1。
[0050]因?yàn)楣べ|(zhì)進(jìn)入氣缸#1，氣缸#3的B區(qū)的壓力將會(huì)降低，直到等于密封容器內(nèi)的壓力，Pd = Pcontainer = Pb = 0.202MPa，氣缸#2和氣缸#3的活塞將不再保持在原來(lái)的位置。
[0051]c — d描述工質(zhì)停留在氣缸#2，這是一個(gè)等溫放熱壓縮做功過(guò)程。開(kāi)始時(shí)，因?yàn)闅飧?2內(nèi)壓力低于密封容器內(nèi)壓力，密封容器內(nèi)的大氣壓力將會(huì)推動(dòng)氣缸#2的活塞運(yùn)動(dòng),壓縮氣缸#2內(nèi)的空氣，氣缸#2內(nèi)壓力將會(huì)升高，直到等于密封容器內(nèi)壓力。同時(shí)，氣缸#2的出口閥9打開(kāi)，活塞向氣缸#2的底部運(yùn)動(dòng)，工質(zhì)離開(kāi)氣缸#2后，出口閥9關(guān)閉，工質(zhì)離開(kāi)氣缸#2后進(jìn)入氣缸#3的A區(qū)。
[0052]因?yàn)閼T性，氣缸#3的活塞將向氣缸#3的左末端運(yùn)動(dòng)，工質(zhì)退出氣缸#3的B區(qū)并進(jìn)入膨脹機(jī)。
[0053]從膨脹機(jī)出來(lái)的工質(zhì)推動(dòng)活塞運(yùn)行到氣缸#1的頂部，當(dāng)活塞到達(dá)氣缸#1的頂部時(shí)，入口閥7關(guān)閉。活塞固定在氣缸#2的頂部。
[0054]系統(tǒng)回到階段1，此時(shí)氣缸#1充滿了溫度為600K、壓力為0.202MPa的工質(zhì)，氣缸#3的A區(qū)充滿了溫度為300K、壓力為0.202MPa的工質(zhì)，氣缸#1和氣缸#3的活塞保持在原來(lái)的位置，氣缸#2的活塞在氣缸#2的底部，氣缸#3的活塞在氣缸#3的左末端，氣缸#2和氣缸#3的B區(qū)沒(méi)有工質(zhì)，所有閥門關(guān)閉，氣缸#3的A區(qū)將會(huì)從氣缸#1吸收熱量，參照?qǐng)D4。
[0055]熱機(jī)完成一個(gè)循環(huán)。
[0056]傳統(tǒng)斯特林循環(huán)熱機(jī)需要消耗等溫吸熱膨脹過(guò)程工質(zhì)做功來(lái)完成等溫壓縮放熱過(guò)程，傳統(tǒng)斯特林循環(huán)熱機(jī)的輸出功將會(huì)小于系統(tǒng)等溫吸熱膨脹過(guò)程工質(zhì)做功；而新型熱機(jī)利用密封容器內(nèi)壓力做功來(lái)完成等溫壓縮放熱過(guò)程，不用消耗等溫吸熱膨脹過(guò)程工質(zhì)做功來(lái)完成等溫壓縮放熱過(guò)程，而且密封容器內(nèi)壓力做功是可以被新型熱機(jī)利用并輸出的，因此新型熱機(jī)的輸出功將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相同工況下傳統(tǒng)斯特林循環(huán)熱機(jī)的輸出功。
【權(quán)利要求】
1.一種新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)，其特征在于:這種新型斯特林熱機(jī)以空氣或水或制冷劑為工質(zhì)，其循環(huán)由兩個(gè)回路組成，其結(jié)構(gòu)包括等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1和等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2、等容吸熱升溫氣缸的A側(cè)和B側(cè)、膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸、換熱系統(tǒng)、壓力控制閥、溫度控制閥、電熱式加熱器和密封容器等主要部件，并利用密封容器內(nèi)壓力做功。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的循環(huán)由兩個(gè)回路組成，回路I中，工質(zhì)先從等容吸熱升溫氣缸A側(cè)進(jìn)入膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，再進(jìn)入等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2，最后回到等容吸熱升溫氣缸A側(cè)，回路2中，工質(zhì)先從等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#I進(jìn)入等容吸熱升溫氣缸B側(cè)，再進(jìn)入膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，最后回到等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1，膨脹機(jī)或雙作用氣缸是工質(zhì)等溫吸熱膨脹時(shí)的動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1和等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2是復(fù)動(dòng)型氣缸，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸是工質(zhì)等溫放熱壓縮時(shí)的動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1和等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的結(jié)構(gòu)和容積相同，工質(zhì)在氣缸內(nèi)先作等容放熱過(guò)程，再利用密封容器內(nèi)壓力作等溫放熱壓縮做功過(guò)程，氣缸押側(cè)的氣孔連接一個(gè)三通管，三通管一個(gè)開(kāi)口連接氣缸，另兩個(gè)開(kāi)口分別連接進(jìn)氣閥和排氣閥，進(jìn)氣閥連接膨脹機(jī)出口或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸的氣孔，排氣閥連接等容吸熱升溫氣缸進(jìn)口，氣缸拉側(cè)的氣孔連接密封容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的密封容器內(nèi)充滿常壓或高壓空氣，膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸的出口壓力大于或等于密封容器內(nèi)空氣壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的等容吸熱升溫氣缸是復(fù)動(dòng)型氣缸，其容積等于等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸，等容吸熱升溫氣缸的活塞把氣缸分為A、B兩側(cè)，活塞兩側(cè)受力面積相等，工質(zhì)在氣缸內(nèi)作等容吸熱升溫過(guò)程，氣缸A、B兩側(cè)的兩個(gè)氣孔分別連接一個(gè)三通管，三通管一個(gè)開(kāi)口連接等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸，另一個(gè)開(kāi)口連接膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)與等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2之間有等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的排氣閥，此排氣閥是等容吸熱升溫氣缸A側(cè)的進(jìn)氣閥，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)與膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸之間有排氣閥，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)與等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1之間有等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#I的排氣閥，此排氣閥是等容吸熱升溫氣缸B側(cè)的進(jìn)氣閥，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)與膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸之間有排氣閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的等容吸熱升溫氣缸A側(cè)吸收等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1放出的熱量，當(dāng)此側(cè)工質(zhì)的溫度等于熱源溫度時(shí)，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)與膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸之間的排氣閥打開(kāi)，工質(zhì)對(duì)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸做功，當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譇側(cè)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力時(shí)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的活塞松開(kāi)，密封容器內(nèi)壓力對(duì)工質(zhì)做功，并被新型斯特林熱機(jī)利用，工質(zhì)作等溫放熱壓縮過(guò)程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型斯特林熱機(jī)及其結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的等容吸熱升溫氣缸B側(cè)吸收等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2放出的熱量，等容吸熱升溫氣缸可采用電熱式加熱器加熱到熱源溫度，當(dāng)此側(cè)工質(zhì)的溫度等于熱源溫度時(shí)，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)與膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸之間的排氣閥打開(kāi)，工質(zhì)對(duì)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸做功，當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譈側(cè)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力時(shí)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的活塞松開(kāi)，密封容器內(nèi)壓力對(duì)工質(zhì)做功，并被新型斯特林熱機(jī)利用，工質(zhì)作等溫放熱壓縮過(guò)程。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的循環(huán)，其特征在于:開(kāi)始時(shí)，所有的閥門都關(guān)閉，等容吸熱升溫氣缸的活塞在B側(cè)末端，等容吸熱升溫氣缸的B側(cè)無(wú)工質(zhì)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的活塞在氣缸底部，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的活塞固定在氣缸頂部；回路I中，初始時(shí)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于熱源溫度，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于常溫；工質(zhì)在等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)先作等容放熱過(guò)程，并把熱量傳遞給等容吸熱升溫氣缸A側(cè)內(nèi)工質(zhì)，當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譇側(cè)內(nèi)工質(zhì)的溫度升高到等于熱源溫度時(shí)，等容吸熱升溫氣缸A側(cè)的排氣閥打開(kāi)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2的進(jìn)氣閥同時(shí)打開(kāi)，工質(zhì)于是從等容吸熱升溫氣缸A側(cè)進(jìn)入膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，并對(duì)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸做功，工質(zhì)離開(kāi)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸后，進(jìn)入等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2內(nèi)，當(dāng)?shù)热莘艧峒暗葴胤艧釅嚎s做功氣缸#2的活塞移動(dòng)到氣缸頂部時(shí)，活塞被固定在氣缸頂部，此時(shí)等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于熱源溫度；當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譇側(cè)壓力等于密封容器內(nèi)壓力，以及等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1工質(zhì)溫度等于常溫時(shí)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的活塞松開(kāi)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的排氣閥同時(shí)打開(kāi)，密封容器內(nèi)壓力對(duì)工質(zhì)做功，并被新型斯特林熱機(jī)利用，這個(gè)過(guò)程是等溫放熱壓縮做功過(guò)程，等溫放熱壓縮做功過(guò)程后，等容吸熱升溫氣缸的活塞被推動(dòng)至A側(cè)末端，原來(lái)在等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)入等容吸熱升溫氣缸B側(cè)內(nèi)，此時(shí)等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的活塞在氣缸底部，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)無(wú)工質(zhì)，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于常溫；回路2中，工質(zhì)在等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#2內(nèi)先作等容放熱過(guò)程，并把熱量傳遞給等容吸熱升溫氣缸B側(cè)內(nèi)工質(zhì)，當(dāng)?shù)热菸鼰嵘郎貧飧譈側(cè)內(nèi)工質(zhì)的溫度升高到等于熱源溫度時(shí)，等容吸熱升溫氣缸B側(cè)的排氣閥打開(kāi)，等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1的進(jìn)氣閥同時(shí)打開(kāi)，工質(zhì)于是從等容吸熱升溫氣缸B側(cè)進(jìn)入膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸，并對(duì)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸做功，工質(zhì)離開(kāi)膨脹機(jī)或雙軸復(fù)動(dòng)型氣缸后，進(jìn)入等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)，當(dāng)?shù)热莘艧峒暗葴胤艧釅嚎s做功氣缸#1的活塞移動(dòng)到氣缸頂部時(shí)，活塞被固定在氣缸頂部，此時(shí)等容放熱及等溫放熱壓縮做功氣缸#1內(nèi)工質(zhì)的壓力等于密封容器內(nèi)壓力，溫度等于熱源溫度，熱機(jī)完成一個(gè)循環(huán)。
【文檔編號(hào)】F02G1/043GK104153911SQ201410399599
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】龔炳新 申請(qǐng)人:龔炳新