[發明專利]一種V型高低壓動力機器及其做功方法

有效

• 申請號: 201410177835.4
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103925020A
• 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: F01K11/00
• 分類號: F01K11/00;F01K7/00;F01B1/04
• 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機器領域，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

傳統的動力機器有蒸汽機、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℃，機器即可做功運行，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。

V型發動機，簡單的說就是將所有汽缸分成兩組，把相鄰汽缸以一定夾角布置一起（左右兩列氣缸中心線的夾角γ＜180°），使兩組汽缸形成一個夾角的平面，從側面看汽缸呈V字形（通常的夾角為60°），故稱V型發動機。

與直列布局形式相比，V型發動機縮短了機體的長度和高度，而更低的安裝位置可以便于設計師設計出風阻系數更低的車身，同時得益于汽缸對向布置，還可抵消一部分振動，使發動機運轉更為平順。由于汽缸之間已相互錯開布置，因此在汽缸之間有較大的空間，這樣便于通過擴大汽缸直徑來提高排量和功率。V型發動機的汽缸均成一角度對向布置，可以抵消一部分振動。不足之處是：V型發動機的缺點是必須使用兩個汽缸蓋，結構較為復雜。另外其寬度加大后，發動機兩側空間較小，不易再安排其它裝置。

發明內容

本發明克服了外燃機存在的膨脹室、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倍等問題；克服了有機朗肯循環系統需要膨脹機或汽輪機，制造成本高的技術難題；克服了內燃機V型發動機結構較為復雜、制造成本高的問題。本發明提出的V型高低壓動力機器是采用了現有V型發動機結構，結合斯特林發動機、有機朗肯循環系統和內燃機V型發動機優點的熱動力機器。由集熱器把熱能吸收后對氣化反應器進行加熱，使工質高溫氣化彭脹推動活塞產生動能做功；把熱能吸收后對氣缸進行散熱冷卻產生負壓拉動活塞做功。?

本發明提供了一種熱能轉換效率高、工質能循環使用、最大功率范圍內能調整工質數量來調整輸出功率、能通過調整溫度進行調整輸出功率、機器輸出功率平穩的熱能動力機器。