[发明专利]阀门式热气机

说明书

技术领域    本发明涉及一种热气机，特别是一种阀门式热气机。

背景技术    普通热气机主要是指斯特林热气机，这种热气机在结构上虽然没有阀门机构，在结构上也较为简单，但其运转时由于内部工质是在闭式循环系统的冷却器、回热器和加热器内来回循环流动的，从而让流经加热器的工质在返回时被白白加热，使流过加热器外围的高温介质排气温度升高，加热器与外围的高温介质也不是较为有利的逆流换热，造成外部加热系统的热量损失加大。同时，在这种普通热气机中，因中间冷却器、回热器和加热器等处的内部容积属于不利于作功的无益容积，作功过程中加热器所加热的高温工质会部分充添在无益容积内，使工质吸收的热量无法全部变成动力向外输出，让热气机的效率仍未达到最高状态。另外，由于不能在循环系统中形成太大的无益容积，加热器等就不能布置在离机体较远的位置，也就不方便再接入另外的采用其它热源的加热器，无法同时利用太阳能等作为第二外部热源。

发明目的    本发明的目的是针对上述普通热气机的不足提供一种改进的阀门式热气机，在这种热气机中，在阀门控制下，只有进入主气缸作功腔的高温工质才能膨胀作功，不会使作功腔以外的未作功高温工质产生损失，让热气机的热量利用效率提高。同时，因这种热气机的加热器及与其连通管道内的容积不属于无益容积，不会让热气机的效率降低，这样，在需要利用另外的如太阳能等热源组成双热源动力系统时，在增设第二个加热器后，并不会降低热气机的效率，从而为今后构建能利用太阳能的双热源电站及动力源等提供了技术支撑。

本发明的阀门式热气机包括置于外部加热系统中的加热器和其中装有动力活塞的主气缸，在主气缸中的动力活塞上侧形成作功腔、下侧形成压缩腔，加热器的出气侧与作功腔相连通，压缩腔与中间冷却器相连通，主气缸中的动力活塞经活塞杆与外面传动机构的曲轴传动相连，其特征在于：主气缸的压缩腔经出气单向阀、出气管路、中间冷却器和低温管路后通向副气缸的供气腔，副气缸的工作容积小于主气缸、或者数量少于主气缸，副气缸中的配汽活塞经活塞杆或连杆与传动机构的曲轴传动相连，副气缸的供气腔经供气单向阀和供气管路后直接或经回热器与加热器的进气侧连通，加热器的出气侧再经高温管路和通气阀通向主气缸的作功腔；在主气缸内的动力活塞向下运行时，副气缸内的配气活塞也被带动同时向下运行，通气阀被凸轮控制开启、从加热器产生的作功气体经通气阀进入主气缸的作功腔，推动动力活塞下行作功，主气缸下侧的压缩腔所产生的压缩气体则经出气单向阀和中间冷却器进入副气缸的供气腔；在主气缸内的动力活塞向上运行时，主气缸上侧作功腔的排气阀和下侧压缩腔的进气单向阀被凸轮控制开启，让动力活塞把上侧作功腔内的作功后气体经排气阀向外排出、外面的气体则经进气单向阀进入动力活塞下侧的压缩腔，同时，副气缸中向上运行的配气活塞也把供气腔内的低温压缩气体经开启的供气单向阀向外排出、直接或经回热器流向置于外部加热系统内的加热器。

在闭式循环热气机中，副气缸的供气腔经供气单向阀、供气管路、回热器和中温管路通向加热器的进气侧，回热器置于主气缸的作功腔与压缩腔之间的排气管路内，作功腔经排气阀和排气管与排气管路的进气侧连通，排气管路的出气侧则经进气管和进气单向阀与主气缸的压缩腔连通。

为能利用太阳能作为第二热源，出回热器后的中温管道分成带主截止阀的主中温管路和带副截止阀的副中温管路，主中温管路通向加热器的进气侧，副中温管路经第二热源通道内的第二加热器和带第二截止阀的外高温管路通向与主气缸作功腔连通的高温管路，从第二加热器与第二截止阀之间的外高温管路上接出一条带旁通截止阀的旁通管路，该旁通管路的另一端与加热器的进气侧相连通；在利用加热器外围的高温介质作为热源时，主截止阀开启，副截止阀、第二截止阀及旁通截止阀关闭；在利用第二热源通道内的高温介质作为热源时，主截止阀和旁通截止阀关闭，副截止阀和第二截止阀开启；当第二热源不能把第二加热器内的工质加热到规定温度时，主截止阀和第二截止阀关闭，副截止阀和旁通截止阀开启，从第二加热器流出的工质再进入加热器被加热。

在开式循环热气机中，从主气缸的作功腔经排气阀引出的排气管通向燃烧炉或燃烧器的进风侧，加热器置于燃烧炉或燃烧器的炉膛内，主气缸的压缩腔通过进气单向阀和进气管与外界大气连通。