技术领域
[0001] 本
发明涉及一种回转式活塞膨胀机，尤其是一种双环回转式活塞膨胀机气缸，属于回转式活塞膨胀机气缸技术领域。
背景技术
[0002] 地热作为一种
可再生能源，具有重要的开发意义。我国中低温
地热资源储量丰富，在以中低温地热资源为发电热源时，有机
朗肯循环系统是可选的效率较高的系统。而膨胀机作为该系统的核心部件，对系统效率有着重要影响。膨胀机可分为容积型膨胀机和速度型膨胀机。速度型膨胀机通常适用于大型朗肯循环系统，容积式膨胀机适用于小流量大膨胀比的小型或微型系统。通常的容积型膨胀机类型有活塞式、
转子叶片式、螺杆式和涡旋式。活塞式膨胀机和
转子叶片式膨胀机通常应用于CO2跨临界制冷系统中，而螺杆式和涡旋式膨胀机，因密封及
泄漏问题使得此类型膨胀机在微型或小型工况下效率较低。本发明涉及一种容积型膨胀机，具有结构简单、效率高的特点。
[0003] 不少容积型膨胀机都是基于相同结构的
压缩机改造的，一般都是压缩机的反向运行、气流的逆向流动，而不少压缩机的反向运行或气流逆向流动会出现各种各样的问题。因此，有必要开发新结构的容积型膨胀机。本发明在
专利号ZL 200910052472.0的“一种双环相交型回转式压缩机气缸”的
基础上进行结构改造，该专利将常规的往复式活塞压缩机中活塞的直线运动改为回转运动，消除了往复惯性
力，提高了效率；排气连续性好；结构简单，保留了活塞机高压比的特征。基于此压缩机改造的膨胀机也同样具有该压缩机的类似优点，且压缩机改膨胀机后的活塞运转方向不变、气流的流动方向不变，因此带来的问题较少。
发明内容
[0004] 本发明是要提供一种双环回转式活塞膨胀机气缸，与现有的其它容积型膨胀机相比，可实现结构简单，运行效率高的特点。
[0005] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种双环回转式活塞膨胀机气缸，具有互相交汇的左气缸和右气缸，左气缸和右气缸的横截面形状为相交的圆环形，左气缸和右气缸的交汇处的空间连通，具有上交汇处及下交汇处，所述左气缸和右气缸中分别设有左活塞、右活塞，左气缸和右气缸两端均布置固定盖板和随活塞一起转动的活动盖板，位于上交汇处的气缸壁上开有排气口，位于下交汇处附近的左气缸和右气缸壁上分别开有左进气口和右进气口，左进气口和右进气口分别布置左进气
阀和右进气阀；在左气缸和右气缸内壁上分别设有一个机械按钮；左活塞和右活塞分别与左气缸和右气缸内的活动盖板连成一个整体，并分别嵌入左气缸和右气缸的开放端面，与各自的气缸壁间隙配合，分别在各自的圆环形气缸空间内作回转运动且运转方向相反。
[0006] 所述左气缸和右气缸内各设置两个对称布置的活塞，活塞弧度为90度，左、右活塞高度与左气缸和右气缸内高度一致。
[0007] 所述左气缸与右气缸对应的活塞，安装时的初始
相位相差的
角度为活塞弧度，对应左、右气缸各两个活塞的初始相位相差的角度为90°。
[0008] 当旋转的活塞碰到机械按钮时，机械按钮发出
信号使得进气口处的进气阀关闭，当旋转的活塞脱离机械按钮时，进气阀打开。
[0009] 所述左、右活塞的端部尖角处倒去1.5mm的尖角，生成配合间隙，使交汇时残留气体完全从配合间隙排出，避免
余隙容积，同时防止左右活塞交汇时卡死。
[0010] 本发明的有益效果是：
[0011] 将原双环回转式活塞压缩机气缸改为膨胀机气缸的基本构思是：气流方向与活塞的转动方向都不变，原低压的吸气口改为高压的进气口，原高压的排气口则成为低压的排气口，改造之一是将原压缩机的2个活塞改为4个活塞，达到旋转
惯性力平衡；改造之二是将一个吸气口改为2个进气口，为左进气口和右进气口，分别供左气缸进气和右气缸进气；改造之三是取消原压缩机的排气阀，而在两个进气口分别布置进气阀，该进气阀可受信号控制而实现开启或关闭动作；改造之四是每个气缸内各设置一个机械触点，当旋转的活塞碰到机械触点时，发出信号使得进气口处的进气阀关闭，当活塞脱离机械触点时，进气阀打开。之所以要设置触点使得进气阀关闭一段时间，是要留出空间和时间让进入气缸的高压气体膨胀做功。
[0012] 本发明的一种双环回转式活塞膨胀机气缸，以左气缸为例，说明膨胀机的工作原理及膨胀过程，右气缸工作过程与左气缸类似：左气缸开始进气时，左活塞未
接触到机械触点，左进气阀处于打开状态，左气缸处于进气状态；此时右活塞处于下交汇处，高温高压气体进入左活塞右端面与右活塞外圆弧面之间的腔体中，推动左活塞的旋转，连接左右活塞的同步
齿轮使得右活塞以相同的
角速度旋转。当高温高压气体推动左活塞接触到机械按钮，左进气阀关闭，进气结束。进气结束后，气体开始膨胀，气体膨胀继续推动左活塞旋转，直到膨胀结束。膨胀结束后，右活塞脱离下交汇处，左活塞开始占据下交汇处，与左吸气口相通的腔体容积不再增大，压力达到排气压力。随着活塞的旋转，腔体内处于膨胀终了压力的气体将与排气口连通，进行排气过程。膨胀机活塞旋转一周，左右气缸共进行4次进气、膨胀、排气过程。活塞旋转将带动与之连接的部件运动输出功。
[0013] 双环回转式活塞膨胀机是一款设计的新型膨胀机。相对于往复活塞式膨胀机，消除了活塞惯性力的影响，结构较简单，运转平稳，制造工艺也不复杂，且易于小型化。相对于涡旋式膨胀机径向线接触密封所导致的易泄漏的缺点，该膨胀机气缸是面接触密封，减少了泄漏对容积效率的影响。
附图说明
[0014] 图1是本发明的左气缸开始进气、右气缸开始排气状态图；
[0015] 图2是本发明的左气缸进气结束状态图；
[0016] 图3是本发明的左气缸膨胀结束状态图；
[0017] 图4是本发明的气缸俯视图；
[0018] 图5是本发明的活塞外形图。
[0019] 图中：1a.左气缸，1b.右气缸，2a.左活塞，2b右活塞，3a.左机械按钮，3b.右机械按钮，4a.左进气口，4b右进气口，5a.左进气阀，5b右进气阀，6.排气口，7.上交汇处，8.下交汇处，9.活动盖板，10.开放端面，11.固定端面。
具体实施方式
[0020] 以下结合附图和
实施例对本发明作进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
[0021] 参见图1-图5，本发明的双环回转式活塞膨胀机气缸，其具体结构为：
[0022] 双环气缸由左气缸1a和右气缸1b组成，其横截面形状为相交的圆环形；左气缸内布置2个左活塞2a，右气缸内布置2个右活塞2b；气缸的交汇处的空间连通，具有上交汇处7及下交汇处8；位于上交汇处气缸壁上开有排气口6，位于下交汇处附近的左气缸和右气缸壁上，分别开有左进气口4a和右进气口4b，左进气口4a和右进气口4b分别布置有左进气阀5a和右进气阀5b；在左气缸1a和右气缸1b内壁上一定角度内分别设有左机械按钮3a和右机械按钮3b，当活塞运行到气缸的某一个
位置时会触动机械按钮，使得进气阀关闭，完成进气过程。气缸的两个端面分为固定端面11和活动盖板9；固定端面各自封闭且相向布置；左右活塞与左右活动盖板9连成一个整体，可从气缸的开放端面10嵌入，并分别在各自的圆环形气缸空间内作回转运动且运转方向相反。活塞的外形见图5。
[0023] 下面描述本发明的双环回转式活塞膨胀机的工作原理和工作过程：
[0024] 图1所示为膨胀机开始进气状态，此时下交汇处8被右活塞2b占据，左活塞2a的尾部刚刚离开左进气口4a，左进气口与气缸空间导通，左活塞未接触到机械触点3a，左进气阀5a处于打开状态，左气缸处于进气状态；右活塞2b接触到右机械按钮3b，右进气阀5b处于关闭状态；高温高压气体进入左活塞尾部与右活塞外圆弧面之间的腔室中，推动左活塞2a的旋转；连接左右活塞的同步齿轮使得右活塞2b以相同的角速度旋转。此时上交汇处被另一个左活塞2a占据，右气缸1b上部气缸腔室开始排气。
[0025] 图2所示，随着左活塞2a旋转，直至左活塞2a接触到左机械按钮3a时，使得左进气阀5a关闭，进气结束，进入气缸内的气体开始膨胀做功过程，体积逐渐增大，继续推动左活塞2a旋转。此时右活塞2b脱离右机械按钮3b，右进气阀打开，但由于右活塞2b处于阻挡右进气口4b状态，右气缸1b还不能进气。
[0026] 图3所示，当左活塞2a旋转到一定角度，右活塞2b离开下交汇处，左气缸1a进气腔容积不再增大，气体膨胀结束；此时上交汇处即将被右活塞2b占据，左气缸1a上部腔室气体即将进入排气状态。此时右进气阀5b处于打开状态，右气缸1b下部腔室即将进入进气状态。右气缸1b下部腔室进气后，将重复前述运转过程。
[0027] 膨胀机旋转一周，左右气缸共进行4次进气、膨胀、排气过程。活塞旋转将带动与之连接的部件运动输出功。
