[實用新型]一種單閥結(jié)構(gòu)的活塞式膨脹機系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220516106.3
• 申請日: 2012-10-09
• 公開（公告）號: CN202810945U
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳海生;張新敬;王藝斐;劉金超;譚春青
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號: F01B1/00
• 分類號: F01B1/00;F01B1/04;F01B1/06;F01B17/02;F01B25/08;F01B31/08
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技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種多級活塞式膨脹機系統(tǒng)，特別是一種帶再熱功能的單閥結(jié)構(gòu)的多級活塞式膨脹機系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

當(dāng)前傳統(tǒng)的各種動力設(shè)備，比如分布式電源、移動動力等，一方面消耗了大量的消耗化石燃料，另一方面其尾氣排放導(dǎo)致了一系列的環(huán)境污染問題，引起了人們廣泛的關(guān)注。迫切需要研發(fā)低污染/無污染、高效的動力系統(tǒng)。?

有研究者通過改造傳統(tǒng)的內(nèi)燃機，提出了基于壓縮空氣的活塞式膨脹機。該系統(tǒng)除掉內(nèi)燃機的供油系統(tǒng)，改造進排氣門以及進排氣凸輪等，利用高壓氣源為膨脹機供氣，轉(zhuǎn)化為膨脹機的軸功。公布的資料顯示該膨脹機為單級系統(tǒng)，具有進、排氣的雙閥結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工作參數(shù)較低（工作壓力、溫度等），存在一定的密封困難的問題，膨脹機效率較低。單閥結(jié)構(gòu)膨脹機只有一個進氣閥，位于氣缸的頂端，排氣閥位于活塞的下止點附近，不需要專門的控制機構(gòu)實現(xiàn)其關(guān)閉，具有結(jié)構(gòu)簡單的特點。?

為緩解當(dāng)前動力領(lǐng)域的耗能和污染問題，迫切需要高效、環(huán)境友好以及適用于分布式能源和移動動力領(lǐng)域的單閥結(jié)構(gòu)的活塞式膨脹機系統(tǒng)。?

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本實用新型公開了一種多級活塞式膨脹機系統(tǒng)，是新型的帶再熱的單閥結(jié)構(gòu)的多級活塞式膨脹機系統(tǒng)，目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、效率高、運行可靠、運行成本低、膨脹比高、環(huán)境友好、能利用中低溫?zé)嶂档膯伍y結(jié)構(gòu)的多級活塞式膨脹機系統(tǒng)。?

為達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是：?

一種單閥結(jié)構(gòu)的活塞式膨脹機系統(tǒng)，包括多級膨脹機，每一級膨脹機包括：氣缸與活塞機構(gòu)、進氣結(jié)構(gòu)、排氣結(jié)構(gòu)、連桿與曲軸運動系統(tǒng)，其特征在于，所述氣缸與活塞機構(gòu)包括氣缸、置于氣缸中的活塞，所述氣缸的側(cè)壁上設(shè)有若干排氣門，所述活塞的裙部設(shè)有活塞環(huán)；所述進氣結(jié)構(gòu)包括進氣腔及置于其中的進氣閥體，所述進氣腔設(shè)置于氣缸的頂部，其側(cè)壁設(shè)有進氣口，底部與氣缸進氣門聯(lián)通，所述進氣閥體用以控制所述進氣門的開閉；所述排氣結(jié)構(gòu)包括置于氣缸外壁的排氣腔，所述排氣腔通過所述排氣門與氣缸聯(lián)通，排氣腔的側(cè)壁上設(shè)有排氣口；所述連桿與曲軸運動系統(tǒng)包括連桿、曲軸，所述連桿一端與活塞連接，另一端與曲軸連接；所述多級膨脹機連接在同一個曲軸上，其中，第一級膨脹機的進氣口通過管線與高壓氣體源聯(lián)通，上一級膨脹機的排氣口與下一級膨脹機的進氣口通過管線聯(lián)通，第一級膨脹機的進氣管線中、及相鄰兩級膨脹機之間的通氣管線中均設(shè)有再熱設(shè)備。?

所述的活塞式膨脹機系統(tǒng)的級數(shù)為2~8級，級數(shù)的多少由能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所需完成的膨脹比大小決定。各級共用一個曲軸，輸出軸功，各級具有相同的旋轉(zhuǎn)速度。各級之間有多種布置方案：a）各個氣缸的軸心線位于同一個平面上，置于曲軸的同側(cè)或者兩側(cè)；b）各級氣缸軸心線為V行布置；c）各級氣缸軸心線W型布置；d）各級氣缸軸心線為雙V型布置；e）各級氣缸軸心圍繞曲軸星型均勻布置。?

本實用新型的活塞式膨脹機系統(tǒng)，其每一級為單閥結(jié)構(gòu)，氣缸的進、排氣門附近皆有一定的緩沖容積稱為進氣腔和排氣腔。當(dāng)活塞上行接近上止點附近時，進氣閥開啟，該級膨脹機進氣，活塞下行到一定的位置，進氣閥關(guān)閉。氣缸排氣門位于氣缸下止點附近，排氣門小孔沿氣缸圓周均勻分布；當(dāng)活塞下行至下止點附近時，排氣門開啟，氣缸排氣進入排氣腔；當(dāng)活塞從下止點上行到?一定位置時，排氣閥關(guān)閉。排氣腔內(nèi)的氣體經(jīng)過排氣門進入下一級膨脹機循環(huán)。?

當(dāng)經(jīng)過加熱的高壓氣體進入氣缸內(nèi)后，驅(qū)動活塞運動，活塞的動能通過連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)化為曲軸的軸功輸出。?

本實用新型的活塞式膨脹機系統(tǒng)的流程為：?

高壓氣體經(jīng)過再熱系統(tǒng)，吸收熱量，被加熱的該高壓的氣體進入膨脹機第一級的進氣腔，活塞部件上行至氣缸上止點附近時刻時，進氣閥開啟，被加熱高壓氣體進入氣缸內(nèi)部。活塞從上止點下行，經(jīng)過一定的時間后，進氣閥關(guān)閉，進入氣缸內(nèi)部的高壓的氣體驅(qū)動活塞運動，活塞的動能通過連桿與曲軸機構(gòu)輸出軸功。當(dāng)活塞下行接近下止點位置時，氣缸排氣門開啟，經(jīng)過該級膨脹機膨脹的氣體進入排氣腔。然后活塞從下止點向上止點方向運動，壓縮氣缸內(nèi)的氣體，直至進氣閥開啟，開始進氣過程，本級膨脹機進入下一個循環(huán)。排氣腔內(nèi)的空氣后經(jīng)過排氣口進入下一級膨脹機循環(huán)。?

所述的活塞式膨脹機系統(tǒng)，每一級存在一個進氣腔。進氣腔內(nèi)的高壓氣體與進氣閥彈簧共同作用于進氣閥上，為進氣閥提供預(yù)緊力。每一級存在一個排氣腔，排氣腔位于氣缸的外壁，與氣缸的排氣門以及本級的排氣口聯(lián)通。?