[發明專利]一種水平對置式熱能動力設備及其做功方法

有效

• 申請號: 201410177324.2
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103925109A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 郭遠軍
• 申請（專利權）人: 郭遠軍
• 主分類號: F02G1/044
• 分類號: F02G1/044;F02G1/053
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于熱能動力設備領域，尤其是利用太陽能、地熱、可燃物燃燒產生的高溫氣體、內燃機熱能或尾氣、工廠排出的高溫氣體等熱能轉換成動能的動力機器。

背景技術

傳統的動力設備有蒸汽機、內燃機、外燃機。

蒸汽機：離不開鍋爐，整個裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過高，排氣壓力不能過低，熱效率難以提高；它是一種往復式機器，慣性限制了轉速的提高；工作過程是不連續的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

內燃機：結構復雜，對燃料要求較高，對燃料的潔凈度要求嚴格，對環境污染。

外燃機，如斯特林發動機是其中一種，斯特林發動機與內燃機比較具備以下優點：

適用于各種能源，無論是液態的、氣態的或固態的燃料，當采用載熱系統(如熱管)間接加熱時，幾乎可以使用任何高溫熱源(太陽能放射性同位素和核反應等)，而發動機本身(除加熱器外)不需要作任何更改。同時斯特林發動機無需壓縮機增壓，使用一般風機即可滿足要求，并允許燃料具有較高的雜質含量；斯特林發動機單機容量小，機組容量從20－50kw，可以因地制宜的增減系統容量；結構簡單，零件數比內燃機少40%，降價空間大；維護成本低。

斯特林發動機在運行時，由于燃料在氣缸外的燃燒室內連續燃燒，獨立于燃氣的工質通過加熱器吸熱，并按斯特林循環對外做功，因此避免了類似內燃機的爆震做功和間歇燃燒過程，從而實現了高效、低噪和低排放運行。高效：總能效率達到80%以上；低噪：1米處裸機噪音底于68dBA；低排放：尾氣排放達到歐5標準。

由于工質不燃燒，外燃機避免了傳統內燃機的震爆做功問題，從而實現了高效率、低噪音、低污染和低運行成本。外燃機可以燃燒各種可燃氣體，如：天然氣、沼氣、石油氣、氫氣、煤氣等，也可燃燒柴油、液化石油氣等液體燃料，還可以燃燒木材，以及利用太陽能等。只要熱腔達到700℃，設備即可做功運行，環境溫度越低，發電效率越高。外燃機最大的優點是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區使用。

同時斯特林發動機尚存在的主要問題和缺點是：制造成本較高，工質密封技術較難，密封件的可靠性和壽命還存在問題，材料成本高，功率調節控制系統較復雜，機器較為笨重；膨脹室、壓縮室、加熱器、冷卻室、再生器等的成本高，熱量損失是內燃發動機的2-3倍等。

有機朗肯循環系統包括泵、蒸發器、膨脹機、發電機、冷凝器等。集熱器吸收太陽輻照，集熱器內換熱介質溫度升高，換熱介質通過蒸發器把熱量傳給有機工質。有機工質在蒸發器中定壓加熱，高壓的氣態有機工質進入膨脹機膨脹做功，帶動發電機發電；膨脹機尾部排出的有機工質進入冷凝器中定壓冷凝，冷凝器出口的有機工質經過泵加壓后進入蒸發器完成一次發電循環。

有機朗肯循環系統存在轉換效率不高，體積大，需要借助結構復雜的膨脹機做功。

水平對置發動機，發動機活塞平均分布在曲軸兩側，在水平方向上左右運動。使發動機的整體高度降低、長度縮短、整車的重心降低，車輛行駛更加平穩,發動機安裝在整車的中心線上，兩側活塞產生的力矩相互抵消，大大降低車輛在行駛中的振動，使發動機轉速得到很大提升，減少噪音。

水平對置發動機的最大優點是重心低。由于它的汽缸為“平放”，不僅降低了汽車的重心，還能讓車頭設計得又扁又低，這些因素都能增強汽車的行駛穩定性。同時，水平對置的汽缸布局是一種對稱穩定結構，這使得發動機的運轉平順性比V型發動機更好，運行時的功率損耗也是最小。當然更低的重心和均衡的分配也為車輛帶了更好的操控性。低重心：產生的橫向震動容易被支架吸收、有效將全車較重的發動機重心降低，更容易達到整體平衡。低振動：活塞運動的平衡良好（180度左右抵消）。相比直列式，在曲軸方面所需的平衡配重因素減少，有助轉速提升。它能保持650轉的低轉速，并保證發動機平穩的工作。同樣相比其它發動機行式油耗最低。

缺點是：除了因為水平對置結構較為復雜外，還有如機油潤滑等問題很難解決。橫置的氣缸因為重力的原因，會使機油流到底部，使一邊氣缸得不到充分的潤滑。雖然保時捷和斯巴魯很好的解決了眾多技術難題，但高精度的制造要求也帶來了更高的養護成本，并且由于機體較寬，因而并不利于布局。

發明內容