专利汇可以提供以再加热等温膨胀使理论效率达百分之六十的中型太阳能发动机和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 的气体循环 发动机 具 斯特林发动机 的优点。但该发动机取消加热器,用高温粉体与较少高温气体混合,由高温粉体提供气体膨胀作功时所需 热能 。实现在高温气体 等温膨胀 中,对汽缸中的高温气体再加热。其气体循环是:在高温气体膨胀前,由高温粉体先把热能带入汽缸,然后使高温高压气体进入高温粉体,高温气体等温膨胀作功,使热能转化为机械能;高温气体作功后使高温粉体与高温气体分离;然后气体单独完成回热冷却压缩过程。,下面是以再加热等温膨胀使理论效率达百分之六十的中型太阳能发动机和方法专利的具体信息内容。
1.一种把热能转化为机械能的气体循环的发动机,其特征在于,发动机包括:发动机部件、气 体循环所用气体、高温粉体、润滑剂、发动机的气体循环;
发动机部件包括:一至多个汽缸系统、控制器系统、散热系统、润滑系统(40)、活塞传动 机构、发动机主轴、气泵传动机构、气体分离器(13)、节流阀(14)、粉体容器(15)、粉体加热 设备(21)、负压容器(18)、抽气泵(19)、粉体泵(20)、高温高压容器(24)、回热器系统(27)、高 温低压容器(28)、低温低压容器(29)、气体压缩机(30)、冷却器阀(31)、冷却器(32)、低温高压 容器(33)、气体容器阀(34)、气体贮存容器(35)、气体容器出气阀(36)、润滑系统(40)的润滑剂 回流阀(41);
多个汽缸系统表示为N汽缸系统(11)、汽缸号N=A,B,..,末位汽缸号,如,A汽缸系统(12)、 B汽缸系统,N汽缸系统(11)包括:汽缸(1N)、活塞(2N)、进气阀(4N)、气体粉体阀(5N)、分离器 进气阀(9N)、抽气阀(8N)、粉体注入阀(7N)、旋风结构(10N)、汽缸室(3N)、四通管(6N);
其中汽缸号N=A,B,..,末位汽缸号,以下N所表示的与此相同;
旋风结构(10N)是汽缸(1N)中的粉体混合叶轮,其位于汽缸顶端,粉体混合叶轮旋转,使汽缸 室(3N)的高温气体、高温粉体产生旋流,加快混合;
在发动机的管路连接中,N汽缸系统(11)的管路连接是:高温高压容器(24)通过进气阀(4N) 与汽缸(1N)相连,四通管(6N)通过气体粉体阀(5N)与汽缸(1N)相连,粉体容器(15)通过粉体注入 阀(7N)与四通管(6N)相连,四通管(6N)通过分离器进气阀(9N)与气体分离器(13)相连,四通 管(6N)通过抽气阀(8N)与负压容器(18)相连,活塞(2N)和汽缸(1N)一起构成构成汽缸室(3N);
N汽缸系统(11)的活塞(2N)连接活塞传动机构;
粉体加热设备(21)由一个粉体加热单元或由两个分别使用不同能源的粉体加热单元并联 构成,其中两个粉体加热单元称为粉体加热单元I(22)、粉体加热单元II(23),根据所用能源类 型使一个运行,另一个停止运行;
回热器系统(27)有回热器的低压管路(26)、回热器的高压管路(25);
粉体容器(15)有入口管道(16)、出口管道(17);
在发动机的管路连接中,负压容器(18)通过抽气泵(19)与气体分离器(13)相连,气体分离 器(13)通过节流阀(14)与粉体容器(15)相连,粉体容器(15)的出口管道(17)、粉体泵(20)、粉体加 热设备(21)、粉体容器(15)的入口管道(16)依次相连,气体分离器(13)、高温低压容器(28)、回热 器的低压管路(26)、低温低压容器(29)、气体压缩机(30)、冷却器阀(31)、冷却器(32)、低温高 压容器(33)、回热器的高压管路(25)、高温高压容器(24)依次相连,低温低压容器(29)、气体容 器出气阀(36)、气体贮存容器(35)、气体容器阀(34)、气体压缩机(30)依次相连,低温高压容 器(33)与润滑系统(40)的润滑剂回流阀(41)相连;
在发动机的管路连接中,由气体分离器(13)、高温低压容器(28)、回热器的低压管路(26)、 低温低压容器(29)、气体压缩机(30)、冷却器阀(31)、冷却器(32)、低温高压容器(33)、回热器 的高压管路(25)、高温高压容器(24)依次相连所构成的的管路连接部分的管路截面积较大,该管 路连接中的气体流速较低。
2.如权利要求1所述的发动机,其特征在于,所述的气体循环所用气体、高温粉体、润滑剂、 气体分离器(13)、发动机主轴、气体压缩机(30)、润滑系统(40)、散热系统、具体是:
气体循环所用气体是空气、氮气、高导热气体,不限气体类型;
高温粉体是微小的固体颗粒,流动性好,具有自润滑性,容易同高温高压气体混合,并分离;
润滑剂是水、或本行业公知的润滑剂;
气体分离器(13)、发动机主轴、气体压缩机(30)、润滑系统(40)、散热系统是本行业公知 的;
气体分离器(13)是离心式分离器或旋风分离器;
发动机主轴是活塞传动机构的一部分,发动机动力由主轴输出、并通过气泵传动机构带动 气体压缩机(30)和抽气泵(19);
气体压缩机(30)有压力调节器(37),压力调节器(37)是电磁式的、与控制器系统连接、调节 能力强弱不限;
润滑系统(40)给汽缸(1N)供应润滑剂,以减少汽缸(1N)与活塞(2N)的磨擦阻力、润滑剂从汽 缸(1N)进入气体循环所用气体,汽缸号N=A,B,..,末位汽缸号,在低温高压容器中润滑剂与气体 分离,从低温高压容器(33)底部进入润滑系统(40)的润滑剂回流阀(41)回到润滑系统(40);
散热系统对发动机的金属部件进行冷却。
3.如权利要求1或2所述的发动机,其特征在于,所述发动机的气体循环包括:A汽缸的气体 循环,..,N汽缸的气体循环,..,末位汽缸的气体循环,汽缸号N=A,B,..,末位汽缸号;
气体循环以下述排列来表示,一个排列的九个项目依次是:排列次序号,气体循环的过程名 称,汽缸室(3N)体积的改变,进气阀(4N)、气体粉体阀(5N)、粉体注入阀(7N)、抽气阀(8N)、分 离器进气阀(9N)的导通、关断,汽缸室(3N)的近似温度、近似压力;
N汽缸的气体循环是:
排列一,进气,Vmin至Vexp,通、断、断、断、断,温度high、压力high;
排列二,膨胀,Vexp至Vmax,断、断、断、断、断,温度high、压力下降;
排列三,排气,Vmax至Vm,断、通、断、断、通,温度high、压力low;
排列四,抽气,Vm至Vn,断、通、断、通、断,温度high、压力neg;
排列五,注入,Vn至Vo,断、通、通、断、断,温度high、压力norm;
排列六,升压,Vo至Vmin,断、断、断、断、断,温度high、压力上升;
高温高压容器(24)、气体分离器(13)、高温低压容器(28)、粉体容器(15)、粉体加热设备(21)、 负压容器(18)的压力依次表示为:压力high、压力low、压力low、压力norm、压力norm、压 力neg,其温度都是温度high,温度high表示粉体加热设备(21)的加热温度;
低温低压容器(29)、冷却器(32)、低温高压容器(33)的压力依次表示为:压力low、压力high、 压力high,其温度都是温度low,温度low表示冷却器(32)向环境散热的冷却温度;
Vmax、Vmin、Vexp依次表示:汽缸室(3N)的最大体积、汽缸室(3N)的最小体积、汽缸 室(3N)的高温高压气体膨胀之前的最大体积,Vmax>Vexp>Vmin,Vm是Vmax的20%至8%, Vn是Vmax的10%至3%,Vo是Vn的40%至60%,Vmin是Vo的80%至40%;
在进气过程,高温高压容器(24)的高温高压气体经过进气阀(4N)进入汽缸室(3N),其推动活 塞(2N)作功,旋风结构(10N),即粉体混合叶轮,使高温高压气体、高温粉体产生旋流,加快混 合,高温粉体的固体体积最高占汽缸室(3N)容积的20%;
在膨胀过程,旋风结构(10N)使高温粉体与高温气体混合,高温气体膨胀推动活塞(2N)作功, 其热能转化为机械能由活塞传动机构输出,高温气体从高温粉体获得作功所需热能(称为高温 气体受到高温粉体再加热),高温粉体含有较多热能,高温粉体质量超过高温气体质量十倍以上, 两者温度基本不变、接近温度high,高温气体压力、体积按等温膨胀规律变化,压力下降;
在排气过程,汽缸室(3N)的高温气体和高温粉体依次经过气体粉体阀(5N)、分离器进气 阀(9N)进入气体分离器(13),气体分离器(13)分离出的高温气体进入高温低压容器(28),分离出 的高温粉体经过节流阀(14)减压进入粉体容器(15),高温粉体再经粉体泵(20)进入粉体加热设 备(21)加热到温度high、流回粉体容器(15);
在抽气过程,汽缸室(3N)的高温气体和高温粉体依次经过气体粉体阀(5N)、抽气阀(8N)、 负压容器(18)、抽气泵(19)进入气体分离器(13);
在注入过程,粉体容器(15)的高温粉体,依次经过粉体注入阀(7N)、气体粉体阀(5N)进入汽 缸室(3N),高温粉体的固体体积最高占汽缸室(3N)容积的40%;
在升压过程,汽缸室(3N)的高温粉体压力上升;
上述N汽缸的气体循环中的进气阀(4N)、气体粉体阀(5N)、粉体注入阀(7N)、抽气阀(8N)、 分离器进气阀(9N)导通、关断的时间序列称为N汽缸阀门通、断序列,其在控制器系统的控制 下执行;
在N汽缸的气体循环中进入高温低压容器(28)的气体依次流过回热器的低压管路(26)、低 温低压容器(29)、气体压缩机(30)、冷却器阀(31)、冷却器(32)、低温高压容器(33)、回热器的 高压管路(25)之后进入高温高压容器(24);气体把热能传给回热器的低压管路(26)、温度下降; 经气体压缩机(30)的压缩增压、气体压力上升到压力high;气体的热能经过冷却器(32)向大气环 境、或向环境中的水流散热;回热器的高压管路(25)把热能传给气体,气体温度上升;回热器系 统(27)使回热器的高压管路(25)与回热器的低压管路(26)进行热能交换;
M汽缸的气体循环与N汽缸的气体循环相同,两者周期相位相差360度/汽缸数,汽缸 号N=A,B,..,末位汽缸号,M=N+1,如果N=末位汽缸号、则M=A;
气体循环参数为:温度high为150摄氏度至1000摄氏度,温度low接近大气环境温度、或 20摄氏度至180摄氏度,压力neg为0.2个大气压至0.8个大气压、或0.02MPa(兆帕)至 0.08MPa(兆帕),压力low为0.1MPa(兆帕)至3MPa(兆帕),压力high为1MPa(兆帕)至 25MPa(兆帕),压力norm接近大气环境压力、或0.1MPa(兆帕)至1MPa(兆帕)。
4.如权利要求1或2或3所述的发动机,其特征在于,所述控制器系统包括:控制器、粉体容 器(15)上的热源温度传感器、低温低压容器(29)上的排汽压力传感器、低温高压容器(33)上的 高压气体压力传感器、低温高压容器(33)上的液面高度传感器、气体贮存容器压力传感器、 粉体容器压力传感器、发动机主轴角度传感器;
控制器包括软件执行部分、输入信号接口、驱动接口、回热器驱动接口;
各传感器连接控制器上各自对应的输入信号接口;
在所述的发动机中,节流阀(14)、润滑系统(40)的润滑剂回流阀(41)、气体压缩机(30)的压 力调节器(37)、以及N汽缸的进气阀(4N)、气体粉体阀(5N)、分离器进气阀(9N)、抽气阀(8N)、 粉体注入阀(7N)是电磁阀,各自的驱动电缆线连接控制器上各自对应的驱动接口,汽缸 号N=A,B,..,末位汽缸号;
控制器软件控制N汽缸的进气阀(4N)、气体粉体阀(5N)、粉体注入阀(7N)、抽气阀(8N)、 分离器进气阀(9N)这五个电磁阀的步骤是:预先按所述的N汽缸的气体循环中的N汽缸阀门 通、断序列建立程序,读入发动机主轴角度传感器信号,所建立的N汽缸阀门通、断序列程序 随角度变化发出控制命令、经驱动接口驱动上述N汽缸的五个电磁阀完成指定动作;
控制器软件使N汽缸的气体循环保持稳定的步骤是:
-预先建立稳定控制程序,从高压气体压力传感器读入压力high、从排汽压力传感器读入 压力low、从热源温度传感器读入温度high,算出气体压力比=压力high/压力low,读取预先存 入控制参数目标值,稳定控制程序计算出Vexp、进气阀导通时间长度、粉体注入阀导通时间长 度;
-N汽缸阀门通、断序列程序用进气阀、粉体注入阀的导通时间长度,驱动进气阀(4N), 粉体注入阀(7N),使N汽缸的气体循环保持稳定;
-接着根据气体压力比、气体压力比目标值调节气体压缩机(30)的压力调节器(37),使气体 压力比接近气体压力比目标值,或气体压力比由发动机转速决定;
M汽缸的软件步骤与N汽缸的软件步骤相同,两者周期相位相差360度/汽缸数,汽缸 号N=A,B,..,末位汽缸号,M=N+1,如果N=末位汽缸号、则M=A;
控制器软件增减参于气体循环的气体总质量的步骤是:
-读入气体贮存容器压力传感器信号与压力high比较,如果气体贮存容器(35)的气体压力 高出较多,则发出气体容器阀(34)导通信号,使气体贮存容器(35)的气体进入发动机气体循环,否 则发出气体容器出气阀(36)导通信号,使气体贮存容器(35)的气体进入发动机气体循环,从而增 加参于气体循环的气体总质量;
-发出气体容器阀(34)导通信号,发出冷却器阀(31)关断信号,使气体从发动机气体循环进 入气体贮存容器(35),从而减少参于气体循环的气体总质量;
控制器软件通过增减参于气体循环的气体总质量调节发动机主轴转矩;
控制器软件读入发动机主轴角度传感器信号,又根据预先存入主轴转速目标值,通过调节 发动机主轴转矩,使发动机主轴转速接近主轴转速目标值;
控制器软件使发动机启动的步骤是:使粉体加热设备(21)启动,加热粉体容器(15)中的高温 粉体,使气体容器阀(34)导通,气体贮存容器(35)的高压气体进入高温高压容器(24),读取发动机 主轴角度传感器信号,找出处在膨胀相位角的N汽缸,汽缸号N=A,B,..,末位汽缸号,使N汽缸的 其它的阀门关断,使N汽缸的进气阀(4N)导通,高压气体推动活塞(2N),启动之后进气阀(4N)恢 复原来的工作方式;
控制器软件具有发动机停止程序;
控制器软件从粉体容器压力传感器读入压力norm,又根据压力low,通过调整节流阀(14), 使压力norm接近大气环境压力,或1个大气压;
控制器软件读入面高度传感器信号,通过调节润滑系统(40)的润滑剂回流阀(41),使低温高 压容器(33)的润滑剂液面高度接近低温高压容器(33)的底部;
控制器软件具有使回热器系统(27)改变接通方式的程序。
5.如权利要求1所述的发动机,其特征在于,所述粉体加热单元包括:太阳光束吸收器、气体 分离器、抽风机;
太阳光束吸收器包括太阳光束吸收器壳体、壳体上的入口阀、壳体上的气体入口管道、 壳体上的出口管道、壳体上的太阳光束入口、粉体入口管道;
气体分离器具有入口管道、出口阀、粉体出口管道、气体出口管道;
太阳光束吸收器的出口管道与气体分离器的入口管道相连,气体分离器的气体出口管道 通过抽风机与太阳光束吸收器的气体入口管道相连,太阳光束吸收器的粉体入口管道通过太 阳光束吸收器的入口阀与太阳光束吸收器壳体相连,气体分离器的粉体出口管道通过气体分 离器的出口阀与气体分离器相连,太阳光束吸收器的粉体入口管道是粉体加热单元的入口管 道,气体分离器的粉体出口管道是粉体加热单元的出口管道;
气体分离器是离心式分离器或旋风分离器;
当太阳光束吸收器的入口阀和气体分离器的出口阀都导通时,粉体加热单元运行,高温粉 体从太阳光束吸收器的粉体入口管道进入粉体加热单元,太阳光束吸收器的粉体入口管道内 的高温粉体从太阳光束吸收器壳体内一个喷嘴形状的喷口流出形成一股高温粉体流,太阳光 束从太阳光束入口进入太阳光束吸收器壳体内,在太阳光束吸收器壳体内聚焦的太阳光束在 焦点附近与上述高温粉体流相交,太阳光束照射到高温粉体流内部使高温粉体迅速被太阳光 束加热,同时高温粉体混入一些气体,该气体与与发动机的高温气体是同一种气体,被太阳光加 热后的混入了气体的高温粉体从太阳光束吸收器的出口管道离开太阳光束吸收器,再从气体 分离器的入口管道进入气体分离器,在气体分离器内气体与高温粉体分离,气体分离器内的气 体从气体分离器的气体出口管道经过抽风机再从太阳光束吸收器的气体入口管道进入太阳光 束吸收器,气体分离器内的高温粉体从气体分离器的粉体出口管道离开粉体加热单元;
当太阳光束吸收器的入口阀和气体分离器的出口阀都关断时,粉体加热单元停止运行。
6.如权利要求1所述的发动机,其特征在于,所述粉体加热单元包括:混合器、气体分离器、 抽风机、热源设备、导热气体;
混合器具有粉体入口管道、入口阀、气体入口管道、出口管道;
气体分离器具有入口管道、出口阀、粉体出口管道、气体出口管道;
热源设备是燃烧炉或太阳能畜热设备或发出热量的设备;
导热气体是空气、氮气、高导热气体、不活勃气体、燃烧炉的烟气,不限气体类型,导热气 体与发动机的气体循环所用气体是同一种气体;
混合器的出口管道与气体分离器的入口管道相连,气体分离器的气体出口管道依次通过 抽风机、热源设备与混合器的气体入口管道相连,混合器的粉体入口管道通过混合器的入口阀 与混合器相连,气体分离器的粉体出口管道通过气体分离器的出口阀与气体分离器相连,混合 器的粉体入口管道是粉体加热单元的入口管道,气体分离器的粉体出口管道是粉体加热单元 的出口管道;
气体分离器是离心式分离器或旋风分离器;
当混合器的入口阀和气体分离器的出口阀都导通时,粉体加热单元运行,高温粉体从混合 器的粉体入口管道进入粉体加热单元,粉体入口管道内的高温粉体进入混合器中,在混合器中 高温粉体从导热气体获得热能,高温粉体混入一些导热气体,被加热后的混入了导热气体的高 温粉体从混合器的出口管道离开混合器,再从气体分离器的入口管道进入气体分离器,在气体 分离器内导热气体与高温粉体分离,气体分离器内的导热气体依次经过气体分离器的气体出 口管道、抽风机、热源设备、混合器的气体入口管道进入混合器,当导热气体从热源设备流过 时从热源设备获得热能,当导热气体进入混合器后高温粉体从导热气体获得热能,气体分离器 内的高温粉体从气体分离器的粉体出口管道离开粉体加热单元;
当混合器的入口阀和气体分离器的出口阀都关断时,粉体加热单元停止运行。
7.如权利要求1或2或3或4所述的发动机,其特征在于,所述回热器系统(27)包括畜热 器I(42)、畜热器II(43)、阀HTHP I(44)、阀HTLP I(45)、阀LTHP I(46)、阀LTLP I(47)、 阀HTHP II(48)、阀HTLP II(49)、阀LTHP II(50)、阀LTLP II(51)、回热器驱动电缆、回热器 的高压管路(25)、回热器的低压管路(26);
上述各个阀是电磁阀,上述各个电磁阀的驱动电缆组成回热器驱动电缆,回热器驱动电缆 连接其对应的控制器系统的驱动接口,回热器系统(27)是本行业公知的蓄热式换热器,畜热 器I(42)、畜热器II(43)是本行业公知的畜热器,蓄热器管道内是耐高温畜热材料;
回热器系统(27)的接通方式为:畜热器I(42)放热方式、畜热器II(43)放热方式、关闭方式, 其受所述的控制器系统控制;
畜热器I(42)放热方式为:阀HTLP II(49)导通,阀LTLP II(51)导通,阀LTHP II(50)关断, 阀HTHP II(48)关断,高温低压容器(28)、阀HTLP II(49)、畜热器II(43)、阀LTLP II(51)、低 温低压容器(29)依次相通,构成回热器的低压管路(26),畜热器II(43)获得该管路内气体的热能, 阀LTHP I(46)导通,阀HTHP I(44)导通,阀HTLP I(45)关断,阀LTLP I(47)关断,低温高压容 器(33)、阀LTHP I(46)、畜热器I(42)、阀HTHP I(44)、高温高压容器(24)依次相通,构成回 热器的高压管路(25),该管路内气体获得畜热器I(42)的热能;
畜热器II(43)放热方式为:阀HTLP I(45)导通,阀LTLP I(47)导通,阀LTHP I(46)关断, 阀HTHP I(44)关断,高温低压容器(28)、阀HTLP I(45)、畜热器I(42)、阀LTLP I(47)、低 温低压容器(29)依次相通,构成回热器的低压管路(26),畜热器I(42)获得该管路内气体的热能, 阀LTHP II(50)导通,阀HTHP II(48)导通,阀HTLP II(49)关断,阀LTLP II(51)关断,低温高压容 器(33)、阀LTHP II(50)、畜热器II(43)、阀HTHP II(48)、高温高压容器(24)依次相通,构成回 热器的高压管路(25),该管路内气体获得畜热器II(43)的热能;
关闭方式为:关断所有阀HTLP I(45)、阀LTLP I(47)、阀LTHP I(46)、阀HTHP I(44)、 阀LTHP II(50)、阀HTHP II(48)、阀HTLP II(49)、阀LTLP II(51);
发动机工作时回热器系统(27)不断重复以下过程:回热器系统(27)开始为关闭方式,发动机 进行设定次数的气体循环时,回热器系统(27)为畜热器I(42)放热方式,之后,回热器系统(27)为 关闭方式,发动机再进行设定次数的气体循环时,回热器系统(27)为畜热器II(43)放热方式。
8.如权利要求1或2或3所述的发动机,其特征在于,所述的旋风结构(10N)、或称为旋风结 构是:所述的汽缸、活塞的顶端有凹槽,当汽缸室的容积接近Vmin时,汽缸与活塞形成近似环形 的汽缸室;所述的进气阀是喷口形状,当高温高压气体从进气阀进入汽缸时、形成喷射气流,喷 口的方向顺着该环形切线方向;
其中旋风结构、汽缸、活塞、汽缸室、进气阀依次表示旋风结构(10N)、汽缸(1N)、活 塞(2N)、汽缸室(3N)、进气阀(4N),汽缸号N=A,B,..,末位汽缸号,Vmin表示汽缸室最小体积,以 下的表示与此相同;
在该旋风结构的近似环形的空腔里气体容易形成旋转气流;
该旋风结构在发动机中的作用是:在所述的发动机的气体循环中,高温粉体进入汽缸室,接 着当汽缸室的容积达到Vmin后,进气阀导通,高温高压容器(24)的高温高压气体经过进气阀进 入汽缸室形成喷射气流,该喷射气流使汽缸室中出现高速旋转气流,从而加快高温粉体与高温 气体混合。
9.如权利要求1或2或3或4或8所述的发动机,其特征在于,所述发动机的N汽缸的进气 阀(4N)、气体粉体阀(5N)是N汽缸的进气机械阀(38N)、气体粉体机械阀(39N)、气阀机械传 动机构;
其中汽缸号N=A,B,..,末位汽缸号,以下N所表示的与此相同;
进气机械阀(38N)、气体粉体机械阀(39N)分别与N汽缸的气阀机械传动机构连接,并由机 械力驱动,N汽缸的气阀机械传动机构是本行业公知的发动机气阀机械传动机构,所述的发动 机主轴带动N汽缸的气阀机械传动机构;
进气机械阀(38N)、气体粉体机械阀(39N)在所述的N汽缸的气体循环周期中导通、关断 的时间相位角是固定不变的;
根据所述的N汽缸的气体循环的N汽缸阀门通、断序列,又根据所述的控制器软件执行 部分的N汽缸阀门通、断序列程序,计算出所述的发动机的N汽缸的进气阀(4N)、气体粉体 阀(5N)导通、关断的时间相位角,分别对进气机械阀(38N)、气体粉体机械阀(39N)的导通、关 断的时间相位角赋值,用以设计实现该时间相位角的N汽缸的气阀机械传动机构的凸轮外形 曲面。
10.如权利要求1或2或5或6或7或8或9所述的发动机,其特征在于,所述发动机部件 中的接触高温粉体或高温气体的发动机部件表面是陶瓷表面;
所述的发动机部件中的汽缸、活塞、进气阀、气体粉体阀、旋风结构的陶瓷表面,所用陶 瓷材料的厚度比较小,陶瓷材料机械强度比较高,高温高压容器(24)的陶瓷表面所用陶瓷材料 的厚度比较大;
所述的回热器系统(27)的畜热器I(42)、畜热器II(43)的陶瓷表面所用陶瓷材料的厚度比 较大,陶瓷材料机械强度比较高;
所述的发动机部件中的高温低压容器(28)、抽气泵(19)、负压容器(18)、抽气阀、分离器 进气阀、粉体注入阀、四通管、气体分离器(13)、节流阀(14)、粉体容器(15)、粉体泵(20)、 粉体加热单元的陶瓷表面所用陶瓷材料的厚度比较大,陶瓷材料机械强度可以比较低;
其中汽缸、活塞、进气阀、气体粉体阀、四通管、粉体注入阀、抽气阀、分离器进气阀、 旋风结构、依次表示汽缸(1N)、活塞(2N)、进气阀(4N)、气体粉体阀(5N)、四通管(6N)、粉体 注入阀(7N)、抽气阀(8N)、分离器进气阀(9N)、旋风结构(10N),汽缸号N=A,B,..,末位汽缸号;
发动机部件的陶瓷表面的结构是发动机部件的钢基体的上面是陶瓷层,钢基体与陶瓷层 结合,陶瓷层所选用陶瓷材料的热传导率远低于钢材,选择钢材的热膨胀数系与陶瓷材料的热 膨胀数系尽可能相近,陶瓷材料能承受较高温度,陶瓷材料能隔热,所述的发动机的散热系统对 发动机部件进行冷却,使发动机部件的钢基体温度较低,钢基体材料能提供比较高的机械强度, 从而使发动机的高温气体的压力和温度提高,热量散失减少;
发动机部件的陶瓷表面的一种结构是陶瓷层由很多长方形或正六边形小陶瓷片构成;
陶瓷片与发动机部件的钢基体的材料结合方法是:金属钎焊方法,或陶瓷胶粘合方法,或铸 模中预先放置陶瓷片和金属卡条,铸造成形、得到发动机部件和陶瓷表面;
长方形陶瓷片(52)与发动机部件的钢基体(53)的形状结构结合方法是:钢基体表面设置金 属卡条(54),也称为龟甲网,钢基体表面与金属卡条是金属熔合连接,长方形陶瓷片的形状是长 方柱体(55)下面加长方梯形体(56),长方梯形体(56)在钢基体(53)与长方柱体(55)之间,陶瓷片的 长方梯形体(56)的较小的长方形截面连着长方柱体(55),钢基体表面和金属卡条形成长方梯形 体凹坑(57),凹坑内大口小,凹坑口的正六边形口小于凹坑的长方形底面,陶瓷片的长方梯形 体(56)镶嵌在凹坑内,陶瓷片(52)构成陶瓷表面(59),陶瓷片(52)受热膨胀时,金属卡条(54)发生弹 性变形,减少陶瓷片(52)所受应力,陶瓷表面的陶瓷片(52)之间的间隙(58)很小,间隙里充填陶瓷 原料,经高温加热形成陶瓷;
正六边形陶瓷片与发动机部件的钢基体的形状结构结合方法可以比照与之类似的长方形 陶瓷片(52)与发动机部件的钢基体(53)的形状结构结合方法得到,其中:正六边形陶瓷片的形状 是正六棱柱体下面加正六边梯形体,钢基体表面和金属卡条形成正六边梯形体凹坑;
陶瓷片与发动机部件的钢基体结合的材料结合方法与形状结构结合方法一同使用,或单 独使用;
发动机部件的陶瓷表面的另一种结构是:由钢和陶瓷同时熔化、离心力分层、冷却成形的 方法得到发动机部件和陶瓷表面。
11.一种把热能转化为机械能的气体循环方法,其特征在于气体循环方法包括气体循环和 发动机;
发动机的高温高压容器、气体分离器、粉体加热设备、负压容器的压力依次表示为: 压力high、压力low、压力norm、压力neg,其温度都是温度high,温度high表示粉体加热设备 的热源加热温度;
发动机的低温低压容器、冷却器的压力依次表示为:压力low、压力high,其温度都是温 度low,温度low表示冷却器向环境散热的冷却温度;
其中,温度high>温度low,温度high低于1100摄氏度,压力high>压力low>压力norm, 压力norm>压力neg,压力high低于25MPa(兆帕);
发动机的汽缸室的最大体积、汽缸室的最小体积、汽缸室的高温高压气体膨胀之前的最 大体积依次表示为:Vmax、Vmin、Vexp,Vmax>Vexp>Vmin,Vm是Vmax的20%至8%,Vn是 Vmax的10%至3%,Vo是Vn的40%至60%,Vmin是Vo的80%至40%;
发动机的气体循环是:
-汽缸室由Vmin增大到Vexp,压力high、温度high的的高温高压气体进入汽缸室,气体 作功并与温度high的高温粉体混合,汽缸室压力上升到较高的压力high,高温粉体的固体体积 最高占汽缸室(3N)容积的20%;
-汽缸室由Vexp增大到Vmax,高温气体膨胀推动发动机的活塞作功,其热能转化为机械 能由发动机的活塞传动机构输出,高温气体从高温粉体获得作功所需热能(称为高温气体受到 高温粉体再加热),高温粉体含有较多热能,高温粉体质量超过高温气体质量十倍以上,两者温度 基本不变、接近温度high,高温气体压力、体积按等温膨胀规律变化,压力下降,当汽缸室增大 到Vmax时,高温气体的压力下降到接近压力low;
-汽缸室由Vmax减小到Vm,汽缸排出压力low的高温粉体和高温气体,高温粉体与高温 气体分离,分离出的高温气体单独完成回热降温、压缩机的压缩升压、冷却器散热冷却、回热 升温过程,完成此过程的气体成为压力high、温度high的高温高压气体,分离出的压力low的 高温粉体减压到压力norm被粉体加热设备加热到温度high;
-汽缸室由Vm减小到Vn,汽缸室压力下降到压力neg;
-汽缸室由Vn减小到Vo,温度high、压力norm的高温粉体进入汽缸室,高温粉体的固体 体积最高占汽缸室容积的40%;
-汽缸室由Vo减小到Vmin,高温粉体压力上升;
汽缸室再次由Vmin增大到Vexp,发动机不断重复上述气体循环。
本发明涉及把热能转化为机械能的气体循环发动机和方法,尤其是利用高温粉体向汽缸 中的气体传输热能的发动机。本发明的发动机具有比斯特林发动机更多的优点,能够为彻底解 决当今严重的石油涨价,全球气候变暖问题提供技术解决方案。
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