專利名稱：壓氣單元熱氣機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能與動(dòng)力領(lǐng)域，尤其是一種熱氣機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)熱氣機(jī)例如斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，其冷缸和熱缸的壓力基本相同，而且壓縮比非常低(目前世界上最好的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比僅為2左右)，這些都嚴(yán)重影響著斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，不僅如此，冷缸和熱缸之間必須具有特定的相位差，這就不可避免的影響其使用范圍。因此需要發(fā)明一種新型熱氣機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下:方案1.一種壓氣單元熱氣機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)、加熱器、冷卻器和壓氣裝置，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸經(jīng)連通通道與所述壓氣裝置的氣體入口連通，所述加熱器設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸上和/或設(shè)置在所述連通通道上，所述冷卻器設(shè)置在所述壓氣裝置上和/或設(shè)置在所述壓氣裝置的氣體入口和所述加熱器之間的所述連通通道上，在所述連通通道上設(shè)壓縮氣體入口，所述壓氣裝置的氣體出口與所述壓縮氣體入口連通。方案2.在方案I的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在所述壓縮氣體入口和所述加熱器之間的所述連通通道上設(shè)填料式回?zé)崞?。方?.在方案I的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在所述壓縮氣體入口和所述加熱器之間的所述連通通道上設(shè)熱交換器式回?zé)崞?，所述熱交換器式回?zé)崞鞯谋患訜崃黧w入口與所述壓縮氣體入口連通，所述熱交換器式回?zé)崞鞯谋患訜崃黧w出口與所述加熱器連通。方案4.在方案3的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在連通所述熱交換器式回?zé)崞鞯谋患訜崃黧w出口和所述加熱器的通道上設(shè)熱壓縮氣體正時(shí)控制閥。方案8.在方案I至方案4中任一方案的基礎(chǔ)上，所述壓氣單元熱氣機(jī)進(jìn)一步還包括正時(shí)控制閥，所述壓縮氣體入口設(shè)在所述冷卻器和所述加熱器之間的所述連通通道上；所述正時(shí)控制閥設(shè)置在所述壓縮氣體入口和所述冷卻器之間的所述連通通道上，或設(shè)在所述冷卻器和所述壓氣裝置的氣體入口之間的所述連通通道上。方案9.一種壓氣單元熱氣機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)、內(nèi)燃燃燒室、冷卻器和壓氣裝置，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸經(jīng)連通通道與所述壓氣裝置的氣體入口連通，所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)和/或設(shè)置在所述連通通道內(nèi)，所述冷卻器設(shè)置在所述壓氣裝置上和/或設(shè)置在所述壓氣裝置的氣體入口和所述內(nèi)燃燃燒室之間的所述連通通道上，在所述連通通道上設(shè)壓縮氣體入口，所述壓氣裝置的氣體出口與所述壓縮氣體入口連通，在工質(zhì)通道壁上設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口。方案10.在方案9的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將所述工質(zhì)導(dǎo)出口設(shè)置在所述冷卻器與所述內(nèi)燃燃燒室之間的所述連通通道上。方案11.在方案9的基礎(chǔ)上在所述內(nèi)燃燃燒室與所述冷卻器之間的所述連通通道上設(shè)填料式回?zé)崞?。方?2.在方案9的基礎(chǔ)上在所述壓縮氣體入口和所述內(nèi)燃燃燒室之間的所述連通通道上設(shè)填料式回?zé)崞鳌７桨?3.在方案9的基礎(chǔ)上在所述壓縮氣體入口和所述內(nèi)燃燃燒室之間的所述連通通道上設(shè)熱交換器式回?zé)崞?，所述熱交換器式回?zé)崞鞯谋患訜崃黧w入口與所述壓縮氣體入口連通，所述熱交換器式回?zé)崞鞯谋患訜崃黧w出口與所述內(nèi)燃燃燒室連通。方案14.在方案13的基礎(chǔ)上在連通所述熱交換器式回?zé)崞鞯谋患訜崃黧w出口和所述內(nèi)燃燃燒室的通道上設(shè)熱壓縮氣體正時(shí)控制閥。方案15.在方案9的基礎(chǔ)上將所述壓氣裝置設(shè)為活塞式壓氣機(jī)；所述工質(zhì)導(dǎo)出口設(shè)置在所述活塞式壓氣機(jī)的氣缸上。方案16.在方案9的基礎(chǔ)上將所述工質(zhì)導(dǎo)出口與乏氣儲罐連通。方案17.將方案9至方案16中任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上,所述壓氣單兀熱氣機(jī)還包括正時(shí)控制閥，所述壓縮氣體入口設(shè)在所述冷卻器和所述內(nèi)燃燃燒室之間的所述連通通道上；所述正時(shí)控制閥設(shè)置在所述壓縮氣體入口和所述冷卻器之間的所述連通通道上，或設(shè)在所述冷卻器和所述壓氣裝置的氣體入口之間的所述連通通道上。方案18.在方案I至方案17中任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，在連通所述壓氣裝置的氣體出口與所述壓縮氣體入口的通道上設(shè)壓縮氣體正時(shí)控制閥。方案19.在方案8的基礎(chǔ)上，所述壓氣單元熱氣機(jī)還包括有氣體做功機(jī)構(gòu)，所述氣體做功機(jī)構(gòu)設(shè)在所述正時(shí)控制閥和所述冷卻器之間的所述連通通道上。方案20.在方案17的基礎(chǔ)上，所述壓氣單元熱氣機(jī)還包括有氣體做功機(jī)構(gòu)，所述氣體做功機(jī)構(gòu)設(shè)在所述正時(shí)控制閥和所述冷卻器之間的所述連通通道上。方案21.在方案19或方案20的基礎(chǔ)上，將所述正時(shí)控制閥設(shè)置在所述壓縮氣體入口和所述冷卻器之間的所述連通通道上。方案22.在方案19至方案21中任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，在連通所述壓氣裝置的氣體出口與所述壓縮氣體入口的通道上設(shè)壓縮氣體正時(shí)控制閥。方案23.在方案I至方案22中任一方案的基礎(chǔ)上，將所述壓氣單元熱氣機(jī)的工質(zhì)設(shè)為水蒸氣或設(shè)為氣體混合物。方案24.在方案I至方案22中任一方案的基礎(chǔ)上，將所述壓氣單元熱氣機(jī)的循環(huán)工質(zhì)設(shè)為氦氣、氬氣或氫氣。方案25.在方案I至方案24中任一方案的基礎(chǔ)上，將所述壓氣裝置設(shè)為葉輪式壓氣機(jī)。方案26.在方案I至方案24中任一方案的基礎(chǔ)上，將所述壓氣裝置設(shè)為活塞式壓氣機(jī)。方案27.在方案I至方案24中任一方案的基礎(chǔ)上，將所述壓氣裝置設(shè)為由多個(gè)活塞式壓氣機(jī)串聯(lián)構(gòu)成的多級活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)。方案28.在方案18或方案22的基礎(chǔ)上，將所述壓氣裝置設(shè)為活塞式壓氣機(jī)，所述壓縮氣體正時(shí)控制閥與所述活塞式壓氣機(jī)的供氣閥一體化設(shè)置，所述活塞式壓氣機(jī)按正時(shí)關(guān)系與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)。方案29.在方案I至方案24中任一方案的基礎(chǔ)上將所述壓氣裝置設(shè)為羅茨式壓氣機(jī)。方案30.在方案I至方案24中任一方案的基礎(chǔ)上將所述壓氣裝置設(shè)為螺桿式壓氣機(jī)。方案31.在方案18或方案22的基礎(chǔ)上在連通所述壓氣裝置的氣體出口和所述壓縮氣體正時(shí)控制閥的通道上設(shè)儲氣罐。方案32.在方案I至方案31中任一方案的基礎(chǔ)上，將所述壓氣裝置設(shè)為活塞式壓氣機(jī)，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞經(jīng)連桿與曲軸的連桿軸頸連接，所述活塞式壓氣機(jī)的活塞經(jīng)連桿與同一曲軸的不同連桿軸頸連接，與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞連接的所述連桿軸頸和與所述活塞式壓氣機(jī)的活塞連接的所述連桿軸頸之間的相位差為180度。方案33.在方案I至方案31中任一方案的基礎(chǔ)上，將所述壓氣裝置設(shè)為活塞式壓氣機(jī)，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞經(jīng)連桿與曲軸的連桿軸頸連接，所述活塞式壓氣機(jī)的活塞經(jīng)連桿與不同曲軸的連桿軸頸連接，與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞連接的所述曲軸和與所述活塞式壓氣機(jī)的活塞連接的所述曲軸聯(lián)動(dòng)，與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞連接的所述連桿軸頸和與所述活塞式壓氣機(jī)的活塞連接的所述連桿軸頸之間的相位差為180度。方案34.在方案26、28、32或方案33的基礎(chǔ)上將所述活塞式壓氣機(jī)設(shè)為并聯(lián)的多個(gè)。方案35.在方案I至4中任一方案或方案9至16中任一方案的基礎(chǔ)上,所述壓氣單元熱氣機(jī)還包括正時(shí)控制閥，所述壓縮氣體入口設(shè)在所述冷卻器和所述壓氣裝置的氣體入口之間的所述連通通道上；所述正時(shí)控制閥設(shè)置在所述壓縮氣體入口和所述壓氣裝置的氣體入口之間的所述連通通道上。方案36.在方案I至方案35中任一方案的基礎(chǔ)上,所述壓氣單兀熱氣機(jī)還包括低溫冷源，所述低溫冷源用于提供低溫物質(zhì)，所述低溫物質(zhì)用于冷卻所述壓氣裝置中和/或即將進(jìn)入所述壓氣裝置的工質(zhì)。方案37.在方案9等所有設(shè)置有所述工質(zhì)導(dǎo)出口的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述壓氣單元熱氣機(jī)還包括附屬渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)和附屬葉輪壓氣機(jī)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口與所述附屬渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述附屬渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬冷卻器與所述附屬葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口連通，所述附屬葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)出口與工質(zhì)閉合回路連通；在所述附屬渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口與所述附屬葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口之間的通道上設(shè)附屬工質(zhì)導(dǎo)出口。方案38.在方案9等所有設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的方案的基礎(chǔ)上，將所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量設(shè)為大于從工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)的質(zhì)量流量。方案39.在方案9等所有設(shè)置所述工質(zhì)導(dǎo)出口的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述壓氣單元熱氣機(jī)還包括四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)的供氣口與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)連通，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)的回充口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口連通。方案40.在方案9等所有設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述壓氣單元熱氣機(jī)還包括氧化劑源、氧化劑傳感器和氧化劑控制裝置，所述氧化劑傳感器設(shè)在工質(zhì)閉合回路內(nèi)，所述氧化劑傳感器對所述氧化劑控制裝置提供信號，所述氧化劑源經(jīng)氧化劑控制閥與所述工質(zhì)閉合回路連通，所述氧化劑控制裝置控制所述氧化劑控制閥。
方案41.在方案I至方案40中任一方案的基礎(chǔ)上,所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)和/或所述壓氣裝置設(shè)為活塞液體機(jī)構(gòu)，所述活塞液體機(jī)構(gòu)包括氣液缸和氣液隔離結(jié)構(gòu)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)設(shè)在所述氣液缸內(nèi)。方案42.在方案41的基礎(chǔ)上，所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和。方案43.在方案I至方案42中任一方案的基礎(chǔ)上，所述壓氣裝置設(shè)為葉輪式壓氣機(jī)；在所述壓縮氣體入口與所述冷卻器之間的通道上設(shè)渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)對所述葉輪壓氣機(jī)輸出動(dòng)力。方案44.在方案I至方案43中任一方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在所述壓氣裝置的氣體出口與所述壓縮氣體入口之間的通道上附屬加熱器。方案45.在方案44的基礎(chǔ)上，所述附屬加熱器的熱源設(shè)為所述加熱器的余熱。方案46.在方案I至方案8中任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，將所述連通通道在和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸連通的一端分為供氣通道和回充通道，所述供氣通道和所述回充通道分別與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸連通，所述加熱器設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸上和/或設(shè)置在所述供氣通道上，在所述供氣通道和所述回充通道上分別設(shè)正時(shí)控制閥。方案47.在方案9至方案17中任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上將所述連通通道在和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸連通的一端分為供氣通道和回充通道，所述供氣通道和所述回充通道分別與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸連通，所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)和/或設(shè)置在所述供氣通道內(nèi)，在所述供氣通道和所述回充通道上分別設(shè)正時(shí)控制閥。方案48.在方案I至方案47中任一方案的基礎(chǔ)上,所述壓氣單兀熱氣機(jī)還包括正時(shí)控制閥，所述壓縮氣體入口設(shè)在所述冷卻器和所述加熱器之間的所述連通通道上；所述正時(shí)控制閥設(shè)置在所述壓縮氣體入口和所述冷卻器之間的所述連通通道上，在連通所述壓氣裝置的氣體出口與所述壓縮氣體入口的通道上設(shè)壓縮氣體正時(shí)控制閥，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)設(shè)為并聯(lián)的兩個(gè)以上。在所有設(shè)有所述加熱器的技術(shù)方案中，都可以選擇性的將所述加熱器具體的設(shè)為以外燃燃燒室為熱源的外燃加熱器，或?qū)⑺黾訜崞骶唧w的設(shè)為以余熱為熱源的余熱加熱器，或?qū)⑺黾訜崞骶唧w的設(shè)為以太陽能為熱源的太陽能加熱器。本發(fā)明的原理是:在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞處于上止點(diǎn)附近時(shí)，將經(jīng)所述壓氣裝置增壓后的壓縮空氣直接或經(jīng)所述回?zé)崞?填料式回?zé)崞骰驘峤粨Q器式回?zé)崞?供送到所述加熱器內(nèi)，在所述加熱器內(nèi)吸熱(恒溫吸熱、吸熱升壓或吸熱升溫)后推動(dòng)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞下行對外做功，當(dāng)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞下行到一定程度時(shí)停止向所述加熱器內(nèi)供送壓縮空氣，當(dāng)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞趨近下止點(diǎn)時(shí)(或越過下止點(diǎn)時(shí))打開所述正時(shí)控制閥，氣體工質(zhì)直接或經(jīng)所述回?zé)崞?填料式回?zé)崞骰驘峤粨Q器式回?zé)崞?進(jìn)入所述冷卻器并在所述冷卻器內(nèi)被冷卻后進(jìn)入所述壓氣裝置，如此循環(huán)周而復(fù)始對外做功。本發(fā)明中，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)是指氣缸上設(shè)有進(jìn)氣口、排氣口、供氣口和回充口，在所述進(jìn)氣口、所述排氣口、所述供氣口和所述回充口處依次對應(yīng)設(shè)置進(jìn)氣門、排氣門、供氣門和回充門的氣缸活塞機(jī)構(gòu)。本發(fā)明中，通過調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路的工作壓力以及所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的排量，以控制所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的質(zhì)量排量，使所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量M2大于從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)的質(zhì)量流量M1，也就是說除了從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)外，還有一部分物質(zhì)是從所述工質(zhì)閉合回路中導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的，由于所述內(nèi)燃燃燒室是設(shè)置在所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的，所以也就是說從所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)至少有一部分流回所述內(nèi)燃燃燒室，即實(shí)現(xiàn)了工質(zhì)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)和所述壓氣裝置之間有往復(fù)流動(dòng)。從所述工質(zhì)閉合回路外向所述內(nèi)燃燃燒室導(dǎo)入的物質(zhì)可以是氧化劑、還原劑、壓縮氣體或高溫燃?xì)獾?。本發(fā)明中，所述工質(zhì)閉合回路是指由所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)、所述內(nèi)燃燃燒室(或所述加熱器)、所述冷卻器、所述壓氣裝置等及它們之間的連通通道構(gòu)成的工質(zhì)可循環(huán)流動(dòng)的空間。本發(fā)明中，所述氣液缸是指可以容納氣體工質(zhì)和/或液體，并能承受一定壓力的容器，所述氣液缸被所述氣液隔離結(jié)構(gòu)分隔成氣體端和液體端，所述氣液缸的氣體端設(shè)有氣體工質(zhì)流通口，所述氣體工質(zhì)流通口用于與所述工質(zhì)閉合回路中的其他裝置或機(jī)構(gòu)連通；所述氣液缸的液體端設(shè)有液體流通口，所述液體流通口用于與液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)和/或液體工質(zhì)回送系統(tǒng)連通。本發(fā)明中，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)是指可以在所述氣液缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)體，如隔離板、隔離膜、活塞等，其作用是隔離所述氣液缸中的氣體工質(zhì)和液體，優(yōu)選地，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)和所述氣液缸密封滑動(dòng)配合。在所述活塞液體機(jī)構(gòu)工作過程中，根據(jù)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)處于所述氣液缸內(nèi)的不同位置，所述氣液缸內(nèi)可能全部是氣體工質(zhì)，也可能全部是液體，或者氣體工質(zhì)和液體同時(shí)存在。本發(fā)明中，所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的活塞連桿機(jī)構(gòu)不同，傳統(tǒng)的活塞連桿機(jī)構(gòu)中的活塞可受連桿的推力或拉力停下，從而實(shí)現(xiàn)對活塞行程的限制，而在所述氣液缸中，當(dāng)所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)做正功時(shí)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)受壓力向下止點(diǎn)方向移動(dòng)，將液體以高壓形式排出所述氣液缸并推動(dòng)液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)(例如液體馬達(dá))對外做功，當(dāng)液體即將排盡時(shí)，改變液體馬達(dá)工作模式或啟動(dòng)液體工質(zhì)回送系統(tǒng)，使所述氣液缸內(nèi)的液體不再減少，此時(shí)液體會對所述氣液缸內(nèi)的所述氣液隔離結(jié)構(gòu)施加制動(dòng)力，使其停止，以防止其撞擊氣液缸的液體端底部的壁；當(dāng)不斷向所述氣液缸內(nèi)輸入液體時(shí)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)會不斷向上止點(diǎn)方向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)上止點(diǎn)附近時(shí)，停止向所述氣液缸內(nèi)輸入液體或者使所述氣液缸內(nèi)的液體減少(流出)，盡管如此，所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)仍然會由于慣性向上止點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，如果所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)的壓力不夠高，則會導(dǎo)致所述氣液隔離結(jié)構(gòu)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)而撞擊氣液缸頂部的壁，為了避免這種撞擊，需要使氣液缸內(nèi)氣體工質(zhì)的壓力足夠高，使其對所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和。本發(fā)明中，在所述壓氣單元熱氣機(jī)的工作過程中所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和是變化的，因此在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)保證在任何工作時(shí)刻都滿足“所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和”的條件，例如通過調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的工作壓力、調(diào)整氣液隔離結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、調(diào)整液體密度或調(diào)整液體深度等方式來實(shí)現(xiàn)，其中，所述液體深度是指液體在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向上的液體的深度。所謂的“調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的工作壓力”是通過調(diào)整流入和/或流出所述工質(zhì)閉合回路的氣體工質(zhì)的體積流量來實(shí)現(xiàn)的，例如可以通過調(diào)整所述工質(zhì)導(dǎo)出口的開關(guān)間隔、每次開啟的時(shí)間和/或所述工質(zhì)導(dǎo)出口處控制閥的開口大小來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中，所述加熱器是指加熱流體和工質(zhì)不發(fā)生混合且能對工質(zhì)進(jìn)行加熱的裝置，以及用太陽能對工質(zhì)進(jìn)行加熱的裝置；如熱交換器式加熱器、燃燒爐等。本發(fā)明中，所述內(nèi)燃燃燒室是指氧化劑和還原劑發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)后所形成的高溫產(chǎn)物直接作為循環(huán)工質(zhì)或與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)事先存在的其它氣體混合后作為循環(huán)工質(zhì)的燃燒室。根據(jù)技術(shù)常識，需要在所述工質(zhì)閉合回路上設(shè)置氧化劑和還原劑的入口，或者將氧化劑和還原劑預(yù)先存入所述工質(zhì)閉合回路中。本發(fā)明中，所述氣缸包括氣缸套、氣缸蓋以及由氣缸套和氣缸蓋所形成的容積空間，所述氣缸上的連通口可設(shè)置在氣缸蓋上，也可設(shè)置在氣缸套上。本發(fā)明中，所述氣體做功機(jī)構(gòu)是指一切可以利用氣體工質(zhì)膨脹和/或流動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)力的機(jī)構(gòu)，例如螺桿式氣體做功機(jī)構(gòu)、活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)、葉輪式氣體做功機(jī)構(gòu)、羅茨式氣體做功機(jī)構(gòu)等，其作用是利用所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)做功后的處于高能狀態(tài)下的氣體工質(zhì)進(jìn)行做功，所謂的高能狀態(tài)是指在本發(fā)明壓氣單元熱氣機(jī)的循環(huán)中，氣體工質(zhì)處于溫度最高、壓力最大的狀態(tài)。本發(fā)明中，所述乏氣儲罐作為壓縮氣體源使用。本發(fā)明中，所述壓氣裝置是指能夠?qū)怏w進(jìn)行壓縮的裝置，例如活塞式壓氣機(jī)、葉輪式壓氣機(jī)、羅茨式壓氣機(jī)、螺桿式壓氣機(jī)等。本發(fā)明中，所述熱交換器式回?zé)崞魇侵冈O(shè)在所述冷卻器之前的，能夠?qū)碜运黾訜崞髁飨蛩隼鋮s器的高溫工質(zhì)的熱量傳遞給即將進(jìn)入所述加熱器的工質(zhì)的熱交換器。本發(fā)明中，所述填料式回?zé)崞魇侵府?dāng)高溫工質(zhì)流過多孔填料區(qū)域時(shí)將自身的熱量留給填料，當(dāng)?shù)蜏毓べ|(zhì)逆行流過多孔填料區(qū)域時(shí)吸收填料所存儲的熱量的裝置。本發(fā)明中，所述冷卻器是指能夠使工質(zhì)降溫的裝置，它可以是散熱器，也可以是熱交換器。本發(fā)明中，所述壓氣單元熱氣機(jī)的工質(zhì)為在循環(huán)中不發(fā)生相變或不完全發(fā)生相變的氣體工質(zhì)，例如空氣、水和二氧化碳混合物、氦氣、氬氣、氫氣等。本發(fā)明中，所述工質(zhì)通道壁是指工質(zhì)所能接觸到的空間的壁，包括所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)、所述加熱器(或所述內(nèi)燃燃燒室)、所述冷卻器、所述壓氣裝置等單元以及它們之間的連通通道。本發(fā)明中，所述工質(zhì)導(dǎo)出口設(shè)置的目的是當(dāng)由所述壓氣裝置向系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)入的工質(zhì)的壓力達(dá)到一定程度時(shí)，將多余工質(zhì)放出。本發(fā)明中，所謂的“相位差為180度”是指完全180度和由于機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及加工精度所產(chǎn)生的誤差導(dǎo)致180度加減某一微小角度后的度數(shù)。本發(fā)明中，所述低溫冷源是指能提供溫度在0°C以下的低溫物質(zhì)的裝置、機(jī)構(gòu)或儲罐，例如采用商業(yè)購買方式獲得的儲存有低溫物質(zhì)的儲罐，所述低溫物質(zhì)可以是液氮、液氧、液氦或液化空氣等。在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)本發(fā)明中氧化劑為液氧時(shí)，液氧可直接作為所述低溫物質(zhì)。本發(fā)明中，在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述低溫冷源以直接與所述工質(zhì)閉合回路連通使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)混合的方式，或者以經(jīng)換熱裝置使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)換熱的方式，對所述壓氣裝置中或即將進(jìn)入
所述壓氣裝置的工質(zhì)進(jìn)行冷卻處理。在設(shè)置所述加熱器的結(jié)構(gòu)中，所述低溫冷源以經(jīng)換熱
裝置使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)換熱的方式對所述壓氣裝置中或即將
進(jìn)入所述壓氣裝置的工質(zhì)進(jìn)行冷卻處理。熱氣機(jī)是一種工作循環(huán)接近卡諾循環(huán)的動(dòng)力機(jī)
構(gòu)，其熱效率的計(jì)算可以參考卡諾循環(huán)熱效率計(jì)算公式
權(quán)利要求
1.一種壓氣單兀熱氣機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)、加熱器(2)、冷卻器(5)和壓氣裝置(6)，其特征在于:所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)的氣缸經(jīng)連通通道與所述壓氣裝置(6)的氣體入口連通，所述加熱器(2)設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)的氣缸上和/或設(shè)置在所述連通通道上，所述冷卻器(5 )設(shè)置在所述壓氣裝置(6 )上和/或設(shè)置在所述壓氣裝置(6 )的氣體入口和所述加熱器(2 )之間的所述連通通道上，在所述連通通道上設(shè)壓縮氣體入口( 3 )，所述壓氣裝置(6)的氣體出口與所述壓縮氣體入口(3)連通。
2.按權(quán)利要求1所述壓氣單元熱氣機(jī)，其特征在于:在所述壓縮氣體入口(3)和所述加熱器(2 )之間的所述連通通道上設(shè)填料式回?zé)崞?23 )。
3.按權(quán)利要求1所述壓氣單元熱氣機(jī)，其特征在于:在所述壓縮氣體入口(3)和所述加熱器(2 )之間的所述連通通道上設(shè)熱交換器式回?zé)崞?22 )，所述熱交換器式回?zé)崞?22 )的被加熱流體入口與所述壓縮氣體入口( 3 )連通，所述熱交換器式回?zé)崞?22 )的被加熱流體出口與所述加熱器(2)連通。
4.按權(quán)利要求3所述壓氣單元熱氣機(jī)，其特征在于:在連通所述熱交換器式回?zé)崞?22)的被加熱流體出口和所述加熱器(2)的通道上設(shè)熱壓縮氣體正時(shí)控制閥(32)。
5.按權(quán)利要求1所述壓氣單元熱氣機(jī)，其特征在于:所述加熱器(2)設(shè)為以外燃燃燒室為熱源的外燃加熱器(201)。
6.按權(quán)利要求1所述壓氣單元熱氣機(jī)，其特征在于:所述加熱器(2)設(shè)為以余熱為熱源的余熱加熱器(202)。
7.按權(quán)利要求1所述壓氣單元熱氣機(jī)，其特征在于:所述加熱器(2)設(shè)為以太陽能為熱源的太陽能加熱器(203)。
8.按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述壓氣單元熱氣機(jī)，其特征在于:所述壓氣單元熱氣機(jī)還包括正時(shí)控制閥(4)，所述壓縮氣體入口(3)設(shè)在所述冷卻器(5)和所述加熱器(2)之間的所述連通通道上；所述正時(shí)控制閥(4)設(shè)置在所述壓縮氣體入口(3)和所述冷卻器(5)之間的所述連通通道上，或設(shè)在所述冷卻器(5)和所述壓氣裝置(6)的氣體入口之間的所述連通通道上。
9.一種壓氣單元熱氣機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)、內(nèi)燃燃燒室(200)、冷卻器(5)和壓氣裝置(6)，其特征在于:所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)的氣缸經(jīng)連通通道與所述壓氣裝置(6)的氣體入口連通，所述內(nèi)燃燃燒室(200 )設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)的氣缸內(nèi)和/或設(shè)置在所述連通通道內(nèi)，所述冷卻器(5 )設(shè)置在所述壓氣裝置(6 )上和/或設(shè)置在所述壓氣裝置(6 )的氣體入口和所述內(nèi)燃燃燒室(200 )之間的所述連通通道上，在所述連通通道上設(shè)壓縮氣體入口(3)，所述壓氣裝置(6)的氣體出口與所述壓縮氣體入口(3)連通，在工質(zhì)通道壁上設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口(35)。
10.按權(quán)利要求9所述壓氣單元熱氣機(jī)，其特征在于:所述工質(zhì)導(dǎo)出口(35)設(shè)置在所述冷卻器(5 )與所述內(nèi)燃燃燒室(200 )之間的所述連通通道上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓氣單元熱氣機(jī)，包括氣缸活塞機(jī)構(gòu)、加熱器、冷卻器和壓氣裝置，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸經(jīng)連通通道與所述壓氣裝置的氣體入口連通，所述加熱器設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸上和/或設(shè)置在所述連通通道上，所述冷卻器設(shè)置在所述壓氣裝置上和/或設(shè)置在所述壓氣裝置和所述加熱器之間的所述連通通道上，在所述連通通道上設(shè)壓縮氣體入口，所述壓氣裝置的氣體出口與所述壓縮氣體入口連通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、效率高、造價(jià)低使用壽命長。
文檔編號F02G1/053GK103089482SQ20131003748
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月12日
發(fā)明者靳北彪 申請人:摩爾動(dòng)力(北京)技術(shù)股份有限公司