卡諾循環(huán)熱的制造方法
【專利摘要】一種熱機(jī)，工質(zhì)在其內(nèi)部封閉循環(huán)，熱機(jī)部件包括機(jī)體、加熱端、冷卻端、氣動執(zhí)行部、置換器，置換器采用回轉(zhuǎn)方式工作。工質(zhì)在回轉(zhuǎn)運(yùn)動時按照卡諾循環(huán)過程工作，熱機(jī)不需要使用回?zé)崞鳎瑫r減少了工質(zhì)運(yùn)動過程中的能量損耗，使得熱機(jī)的效率得到提高。
【專利說明】卡諾循環(huán)熱機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱機(jī)，特別涉及一種按卡諾循環(huán)工作的熱機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]斯特林熱機(jī)于1816年被發(fā)明，這種熱機(jī)使用斯特林循環(huán)，包含四個過程:等溫壓縮過程、等容回?zé)徇^程、等溫膨脹過程、等容儲熱過程，斯特林熱機(jī)是一種封閉循環(huán)熱機(jī)，也叫外燃機(jī)。
[0003]斯特林循環(huán)在理論上的熱效率等于卡諾效率。理論上斯特林熱機(jī)工作中的等容儲熱與等容回?zé)徇^程要使用一種理想的回?zé)崞?，等容儲熱時將高溫態(tài)的工質(zhì)的熱量完全儲存起來，并且在等容回?zé)釙r將所存熱量完全返回給低溫態(tài)的工質(zhì)。若沒有回?zé)崞鳎邷毓べ|(zhì)直接接觸低溫端，或低溫工質(zhì)直接接觸高溫端，會因為溫差產(chǎn)生直接的能量流失，降低效率。但目前這種理想化回?zé)崞餍Ч请y以實現(xiàn)的，所以目前斯特林熱機(jī)效率與卡諾效率相比還有較大差距。另外，斯特林熱機(jī)種類眾多，而絕大多數(shù)類型的斯特林熱機(jī)的共同點是工質(zhì)在冷熱端轉(zhuǎn)換時要在短時間內(nèi)被推動而流經(jīng)置換器與工作腔形成的縫隙，或流經(jīng)回?zé)崞鞯目p隙而產(chǎn)生能量損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的，一是用卡諾循環(huán)的方式代替斯特林循環(huán)，以省去回?zé)崞?，實現(xiàn)更高的熱效率；二是減少斯特林熱機(jī)中工質(zhì)置換流經(jīng)縫隙時產(chǎn)生的能量損耗。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種內(nèi)部工質(zhì)封閉循環(huán)工作的熱機(jī)，包括機(jī)體、加熱端、冷卻端、氣動執(zhí)行部、置換器，其中:所述置換器采用回轉(zhuǎn)方式工作。
[0006]所述置換器形狀固定不變。
[0007]所述熱機(jī)加熱端至少有一個。
[0008]所述熱機(jī)冷卻端至少有一個。
[0009]所述氣動執(zhí)行部至少有一個。
[0010]所述置換器、加熱端、冷卻端與工質(zhì)接觸的各表面具有與置換器回轉(zhuǎn)軸心同心的回轉(zhuǎn)形凸起和凹陷形態(tài)，表面積增加。
[0011]所述冷卻端與機(jī)體直接接觸，熱量由機(jī)體向外釋放。
[0012]所述機(jī)體上開有通道使備用工質(zhì)從機(jī)體外部進(jìn)入機(jī)體內(nèi)對泄漏工質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)充。
[0013]本發(fā)明的積極效果:由于采用了回轉(zhuǎn)運(yùn)動方式的置換器，工質(zhì)的循環(huán)方式改變，變成等溫膨脹，隔熱膨脹，等溫壓縮，隔熱壓縮四個階段，即卡諾循環(huán)過程，設(shè)置合理絕熱階段行程時，可以使工質(zhì)通過絕熱膨脹過程降溫到低溫端溫度，通過絕熱壓縮過程升溫到高溫端溫度，不需要回?zé)崞鳎还べ|(zhì)的運(yùn)動從往復(fù)穿梭變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動，減少了原斯特林熱機(jī)中工質(zhì)置換時穿過狹窄通道產(chǎn)生的能量損耗。從而熱機(jī)的效率更加接近卡諾效率。
【專利附圖】

【附圖說明】[0014]圖1為第一實施例的部分爆炸剖切外視圖。
[0015]圖2為第一實施例的A-A剖視圖。
[0016]圖3為第一實施例的置換器運(yùn)轉(zhuǎn)過程圖。
[0017]圖4為第二實施例的整體剖視圖。
【具體實施方式】
[0018](實施例1)
本實施例與gamma型斯特林機(jī)類似,具有加熱端、冷卻端、工質(zhì)置換部、做功氣缸、活塞與置換器的傳動結(jié)構(gòu)，特征區(qū)別是置換器由直線往復(fù)式改為旋轉(zhuǎn)式，使得置換器所包圍的工質(zhì)轉(zhuǎn)動起來依次通過加熱區(qū)、隔熱區(qū)、冷卻區(qū)、隔熱區(qū)，配合氣缸的相應(yīng)動作，實現(xiàn)卡諾循環(huán)過程。
[0019]如圖1、圖2所示，熱機(jī)整個機(jī)體由上殼體2與下殼體I密封配合組成，熱機(jī)內(nèi)部由采用隔熱性良好材料制成的上隔熱部4、下隔熱部3拼合組成一個隔熱腔防止熱能向外流失，下隔熱部3下方伸出兩個孔道形成熱量流入口 10、11，使外部高溫?zé)崃苛魅爰訜岫?、6，隔熱腔內(nèi)的加熱端5、6是截面呈“凹”字形繞主軸心回轉(zhuǎn)一定角度形成的回轉(zhuǎn)體，采用導(dǎo)熱性良好材料，相對于主軸14對置，加熱端5、6與熱機(jī)機(jī)體被上、下隔熱部4、3隔絕，冷卻端
7、8也相對主軸14對置，采用導(dǎo)熱性良好材料，冷卻端7、8上表面與上殼體2下表面接觸，外側(cè)圓弧面與下殼體I內(nèi)側(cè)接觸，下表面與下殼體I內(nèi)底面接觸，工作時熱量由冷卻端7、8直接流向殼體，再由殼體將熱量散發(fā)到外界。加熱端與冷卻端成對出現(xiàn)，所以置換器9在回轉(zhuǎn)軸兩側(cè)有兩個開口空間，兩部分工質(zhì)同時工作，這樣使得置換器9外形對稱，轉(zhuǎn)動時更好地保持動平衡，置換器9由隔熱材料制成。上、下隔熱部4、3、加熱端5、6、冷卻端7、8的內(nèi)側(cè)表面共同形成置換器9轉(zhuǎn)動時所需的置換腔，置換器9與所形成的置換腔的內(nèi)表面非接觸，留有微小間隙,轉(zhuǎn)動時相互之間不發(fā)生機(jī)械摩擦。主軸14與熱機(jī)機(jī)體通過軸承27、28連接，主軸14與置換器9中心孔配合且與之固定連接。軸封26與上殼體2內(nèi)側(cè)貼合，內(nèi)孔與主軸14配合，防止工質(zhì)泄漏到外界。上殼體2上側(cè)突出部分連接出兩個氣缸，氣缸相對主軸14對置，對應(yīng)的兩個活塞由于工質(zhì)的膨脹與壓縮同時向外側(cè)或內(nèi)側(cè)運(yùn)動，這樣兩側(cè)部件往復(fù)運(yùn)動所產(chǎn)生的沖擊動量相互抵消，使熱機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)。氣缸20內(nèi)的活塞21與活塞桿22固定連接，活塞桿22沿氣缸20的中心軸做往復(fù)運(yùn)動，連桿23兩端的孔分別與活塞桿22、副齒輪24邊緣生出端作轉(zhuǎn)動連接，兩個副齒輪軸心相對主軸14對置固定于上殼體2，都與主齒輪25嚙合，主齒輪25的中心孔與主軸14配合且固定連接。飛輪30與主軸14固定連接，工作時靠自身轉(zhuǎn)動慣性經(jīng)過傳動部分帶動活塞向內(nèi)側(cè)來壓縮工質(zhì)，除殼體內(nèi)側(cè)用隔熱部防止熱流失外，主軸14的殼體內(nèi)部分、活塞21、氣缸20都采取隔熱措施，盡量少地吸取工質(zhì)熱量。
[0020]參數(shù)設(shè)置:本實施例的加熱端溫度約90攝氏度，冷卻端溫度約20攝氏度。加熱端
5、6相對主軸心的外形回轉(zhuǎn)角度為20°，冷卻端7、8相對主軸心的外形回轉(zhuǎn)角度為35°，置換器9轉(zhuǎn)動時，加熱端、冷卻端分別與置換器9初始貼合的兩條邊線互相垂直，置換器9兩側(cè)開口各30°，主齒輪25齒數(shù)比副齒輪24齒數(shù)為2:1，這樣置換器9轉(zhuǎn)動180°時，工質(zhì)經(jīng)歷一個冷熱狀態(tài)變換過程，副齒輪對應(yīng)轉(zhuǎn)動360°帶動活塞21完成一個外推和內(nèi)壓的循環(huán)。[0021]運(yùn)轉(zhuǎn)過程:圖3為置換器9運(yùn)轉(zhuǎn)過程圖，小圖上方是每個時刻對應(yīng)的活塞位置。
[0022]( I)所示位置時，置換器9所含的工質(zhì)的側(cè)壁是置換器9的開口內(nèi)側(cè)及下隔熱部3的內(nèi)側(cè)，上下側(cè)分別是上隔熱部4下表面、下隔熱部3的上表面，工質(zhì)冗余體積處與軸、上殼體、氣缸、活塞接觸部位均有隔熱措施，所以工質(zhì)此時處于隔熱環(huán)境中，(I)位置下一時刻工質(zhì)將接觸加熱端5、6，該位置時工質(zhì)處于隔熱壓縮終點、等溫膨脹起點，活塞處于氣缸最內(nèi)側(cè)。
[0023](2)所示位置時，置換器9相比(I)位置轉(zhuǎn)過50°，(2)位置時工質(zhì)結(jié)束與加熱端
5、6的接觸，處于等溫膨脹終點、隔熱膨脹起點，(I)到(2)的等溫膨脹過程中活塞被工質(zhì)推動向外側(cè)運(yùn)動部分行程，并帶動副齒輪24轉(zhuǎn)動，副齒輪24帶動主齒輪25轉(zhuǎn)動，從而置換器9繼續(xù)轉(zhuǎn)動。
[0024](3)所示位置時，置換器9相比(2)位置轉(zhuǎn)過40°，該位置下一時刻工質(zhì)將接觸冷卻端7、8，(3)位置時工質(zhì)處于隔熱膨脹終點、等溫壓縮起點，活塞處于最外側(cè)，(2)到(3)為隔熱膨脹過程，工質(zhì)降溫到冷卻端溫度。
[0025](4)所示位置時，置換器9相比(3)位置轉(zhuǎn)過65°，該位置時工質(zhì)結(jié)束與冷卻端7、8接觸，處于等溫壓縮終點，隔熱壓縮起點，(3)到(4)的等溫壓縮過程靠飛輪慣性運(yùn)動帶動活塞往內(nèi)側(cè)壓縮工質(zhì)，運(yùn)動部分行程，工質(zhì)熵值降低。
[0026](4)到(I)過程為絕熱壓縮過程，置換器9相對(4)位置轉(zhuǎn)過25°，相對上一個(I)位置轉(zhuǎn)過180°又變?yōu)?I)所示狀態(tài)，飛輪繼續(xù)帶動活塞壓縮工質(zhì)到達(dá)(I)所示的氣缸最內(nèi)側(cè)位置，工質(zhì)升溫到加熱端溫度，此時一個完整循環(huán)過程結(jié)束。
[0027](實施例2)
如圖4所示，實施例2與實施例1工作過程基本一致，有如下區(qū)別。
[0028]1.置換器9的轉(zhuǎn)動慣量足以在轉(zhuǎn)動過程中帶動活塞壓縮工質(zhì)完成循環(huán)過程，飛輪被省略。
[0029]2.熱機(jī)僅具有一個加熱端45和一個冷卻端46。
[0030]3.置換器49只有一側(cè)開口。
[0031]4.只設(shè)置一個氣缸40。
[0032]5.由于加熱端45和冷卻端46只有一對，置換器49旋轉(zhuǎn)一圈時，氣缸40工作一個循環(huán)，所以直接將活塞桿42末端用連桿43連接到改為曲軸的主軸44。
[0033]6.加熱端、冷卻端、隔熱部與置換器相互接觸的表面制造成具有凸起回轉(zhuǎn)花紋的形態(tài)，增加了工質(zhì)與加熱端45、冷卻端46接觸時的接觸面積，加快熱量的傳導(dǎo)速度。
[0034]7.下殼體41下部開有通孔47直通發(fā)動機(jī)內(nèi)部，孔徑很小，避免影響隔熱效果。外部補(bǔ)充工質(zhì)的準(zhǔn)入壓強(qiáng)設(shè)置為活塞運(yùn)動到氣缸最外側(cè)時的內(nèi)部工質(zhì)壓強(qiáng)，即內(nèi)部工質(zhì)在循環(huán)過程中的最小壓強(qiáng)值，這樣在工作過程中內(nèi)部工質(zhì)逐漸泄漏時，壓強(qiáng)最小值減小，外部工質(zhì)進(jìn)入熱機(jī)內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)充，以免影響熱機(jī)的效率。當(dāng)熱機(jī)以空氣作為介質(zhì)且熱機(jī)內(nèi)部循環(huán)的最小壓強(qiáng)低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的情況下，工質(zhì)補(bǔ)充通道可以通過背壓單向閥直接連通外界空氣。
【權(quán)利要求】
1.一種熱機(jī)，包括機(jī)體、加熱端、冷卻端、氣動執(zhí)行部、置換器，其特征在于:所述置換器采用回轉(zhuǎn)方式工作，所述熱機(jī)內(nèi)工質(zhì)封閉循環(huán)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于:所述置換器形狀固定不變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于:所述加熱端至少有一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于:所述冷卻端至少有一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于:所述氣動執(zhí)行部至少有一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于:所述置換器、加熱端、冷卻端與工質(zhì)接觸的表面具有與置換器回轉(zhuǎn)軸心同心的回轉(zhuǎn)形凸起和凹陷形態(tài)以增加換熱表面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于:所述冷卻端與機(jī)體直接接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱機(jī)，其特征在于:所述機(jī)體上開有通道使備用工質(zhì)從機(jī)體外部進(jìn)入機(jī)體內(nèi)對泄漏工質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)充。
【文檔編號】F02G1/044GK103437909SQ201310408828
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】陳榛 申請人:陳榛