[發(fā)明專利]一種熱能動力設(shè)備及其做功方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410177867.4
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103925107A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭遠(yuǎn)軍
• 申請（專利權(quán)）人: 郭遠(yuǎn)軍
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02G1/053
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱能動力設(shè)備領(lǐng)域，尤其是利用太陽能、地?zé)帷⒖扇嘉锶紵a(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)燃機(jī)尾氣、工廠排出的高溫氣體等熱能轉(zhuǎn)換成動能的動力設(shè)備。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的動力設(shè)備有蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)。

蒸汽機(jī)：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(fù)式機(jī)器，慣性限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。

內(nèi)燃機(jī)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對燃料要求較高，對燃料的潔凈度要求嚴(yán)格，對環(huán)境污染。

外燃機(jī)，如斯特林發(fā)動機(jī)是其中一種，斯特林發(fā)動機(jī)與內(nèi)燃機(jī)比較具備以下優(yōu)點(diǎn)：

適用于各種能源，無論是液態(tài)的、氣態(tài)的或固態(tài)的燃料，當(dāng)采用載熱系統(tǒng)(如熱管)間接加熱時，幾乎可以使用任何高溫?zé)嵩?太陽能放射性同位素和核反應(yīng)等)，而發(fā)動機(jī)本身(除加熱器外)不需要作任何更改。同時斯特林發(fā)動機(jī)無需壓縮機(jī)增壓，使用一般風(fēng)機(jī)即可滿足要求，并允許燃料具有較高的雜質(zhì)含量；斯特林發(fā)動機(jī)單機(jī)容量小，機(jī)組容量從20－50kw，可以因地制宜的增減系統(tǒng)容量；結(jié)構(gòu)簡單，零件數(shù)比內(nèi)燃機(jī)少40%，降價(jià)空間大；維護(hù)成本低。

斯特林發(fā)動機(jī)在運(yùn)行時，由于燃料在氣缸外的燃燒室內(nèi)連續(xù)燃燒，獨(dú)立于燃?xì)獾墓べ|(zhì)通過加熱器吸熱，并按斯特林循環(huán)對外做功，因此避免了類似內(nèi)燃機(jī)的爆震做功和間歇燃燒過程，從而實(shí)現(xiàn)了高效、低噪和低排放運(yùn)行。高效：總能效率達(dá)到80%以上；低噪：1米處裸機(jī)噪音底于68dBA；低排放：尾氣排放達(dá)到歐5標(biāo)準(zhǔn)。

由于工質(zhì)不燃燒，外燃機(jī)避免了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的震爆做功問題，從而實(shí)現(xiàn)了高效率、低噪音、低污染和低運(yùn)行成本。外燃機(jī)可以燃燒各種可燃?xì)怏w，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(dá)到700℃，設(shè)備即可做功運(yùn)行，環(huán)境溫度越低，發(fā)電效率越高。外燃機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是出力和效率不受海拔高度影響，非常適合于高海拔地區(qū)使用。

同時斯特林發(fā)動機(jī)尚存在的主要問題和缺點(diǎn)是：制造成本較高，工質(zhì)密封技術(shù)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(diào)節(jié)控制系統(tǒng)較復(fù)雜，機(jī)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(nèi)燃發(fā)動機(jī)的2-3倍等。

有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括泵、蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)、冷凝器等。集熱器吸收太陽輻照，集熱器內(nèi)換熱介質(zhì)溫度升高，換熱介質(zhì)通過蒸發(fā)器把熱量傳給有機(jī)工質(zhì)。有機(jī)工質(zhì)在蒸發(fā)器中定壓加熱，高壓的氣態(tài)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電；膨脹機(jī)尾部排出的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器中定壓冷凝，冷凝器出口的有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過泵加壓后進(jìn)入蒸發(fā)器完成一次發(fā)電循環(huán)。

有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)換效率不高，體積大，需要借助結(jié)構(gòu)復(fù)雜的膨脹機(jī)做功。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了斯特林發(fā)動機(jī)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(nèi)燃發(fā)動機(jī)的2-3倍等問題；克服了有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)需要膨脹機(jī)或汽輪機(jī)，制造成本高的技術(shù)難題。本發(fā)明提出的熱能動力設(shè)備是利用現(xiàn)有單缸或多缸發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，結(jié)合斯特林發(fā)動機(jī)和有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的動力設(shè)備。由集熱器把熱能吸收后對氣化反應(yīng)器進(jìn)行加熱，使工質(zhì)高溫氣化彭脹推動活塞產(chǎn)生動能做功。

本發(fā)明提供了一種熱能轉(zhuǎn)換效率高、工質(zhì)能循環(huán)使用、最大功率范圍內(nèi)能調(diào)整工質(zhì)數(shù)量來調(diào)整輸出功率、能通過調(diào)整溫度進(jìn)行調(diào)整輸出功率、機(jī)器輸出功率平穩(wěn)的熱動力設(shè)備。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種熱能動力設(shè)備，包括集熱裝置、加熱裝置、氣化裝置、做功機(jī)構(gòu)、冷卻裝置、傳動裝置和循環(huán)裝置，其特征是：集熱裝置通過管道連接加熱裝置，加熱裝置設(shè)置在氣化裝置上，氣化裝置設(shè)置在做功機(jī)構(gòu)前部，做功機(jī)構(gòu)連接冷卻裝置和傳動裝置，冷卻裝置連接循環(huán)裝置，循環(huán)裝置連接氣化裝置。

進(jìn)一步，集熱裝置能吸收太陽能、地?zé)帷⒖扇嘉锶紵a(chǎn)生的高溫氣體、內(nèi)燃機(jī)尾氣、工廠排出的高溫氣體等熱能。

進(jìn)一步，加熱裝置包括設(shè)置在氣化反應(yīng)器上的導(dǎo)熱片和設(shè)置在氣缸外層的保溫層。

進(jìn)一步，氣化裝置包括包括壓力殼、氣化導(dǎo)熱片、氣孔、霧化器，氣化導(dǎo)熱片設(shè)置在壓力殼上，氣化導(dǎo)熱片上陣列設(shè)有氣孔，壓力殼進(jìn)氣端設(shè)有霧化器。?

進(jìn)一步，做功機(jī)構(gòu)包括氣缸和設(shè)在內(nèi)部的活塞，設(shè)置在活塞上的活塞環(huán)，與活塞連接的連桿，與連桿連接的曲軸，設(shè)在曲軸內(nèi)的軸承。