专利名称：高效高温型内外混燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是热能转换成机械能的技术领域。
背景技术：
现有内燃机广泛的应用在各个领域中，其中汽车应用的数量是最多的，给人类生活带来了诸多便利，但其热/机转换效率一般是在20% 40%之间，其余60% 80%的热能无法利用而需要向外排放，同时因燃料不能完全燃烧，其尾气将向空气中排放大量的污染气体，使空气受到严重的污染，具统计这些是造成地球环境变暖的主要原因之一。给人类将来的生活环境带来了无法挽回的损失与破坏。 斯特林发动机是斯特林于1816年发明的。斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷收縮而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本。 但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如膨胀室、压縮室、加热器、冷却室、再生器等的成本高，热量损失是内燃发动机的2-3倍等。所以，还不能成为大批量使用的发动机。 本发明是为了克服现有内燃机热转换效率低(在20% 40%之间)，燃烧不完全而向空气中排放大量的污染气体的问题，及现有斯特林发动机还存在膨胀室、压縮室、加热器、冷却室、再生器等成本很高，热量损失是内燃发动机的2-3倍的问题。进而提出了一种高效高温型内外混燃机。 它包括做功活塞、做功气缸、占位活塞、延伸气缸、排气阀门、进气阀门、第一热交换器、第二热交换器、燃烧室、燃具、第一缓冲储气罐、第二缓冲储气罐、第一单向阀、第二单向阀、飞轮总成； 做功活塞与做功气缸汽缸活塞滑动密封配合连接，延伸气缸开口端与做功气缸的上端对接，占位活塞的一端与做功活塞的上端对接，使占位活塞的外圆面与延伸气缸的内圆面之间有一定的间隙，做功活塞的连杆与飞轮总成的摇臂转动连接，当飞轮总成的飞轮转动时带动做功活塞相对做功气缸做相应的往复运动，延伸气缸的上顶端的一个开口与排气阀门的进气口相连通，延伸气缸的上顶端的另一个开口与进气阀门的出气口相连通，排气阀门的出气口与第一热交换器的高温进气口连通，第一热交换器的低温出气口与第一单向阀的进气口连通，所述高温进气口与低温出气口在第一热交换器的内部互相连通，第一热交换器的低温进气口与外界空气连通，第一热交换器的高温出气口与燃烧室的底部进气口连通，所述低温进气口与高温出气口在第一热交换器的内部互相连通，燃烧室的上部出
发明内容
3气口与第二热交换器的高温进气口连通，第二热交换器的低温出气口与外界空气连通，所
述高温进气口与低温出气口在第二热交换器的内部互相连通，第一单向阀的出气口、第二
单向阀的进气口与第二缓冲储气罐的进出气口互相连通，第二单向阀的出气口与第二热交
换器的低温进气口连通，第二热交换器的高温出气口与第一缓冲储气罐的一个端口连通，
所述低温进气口与高温出气口在第二热交换器的内部互相连通，第一缓冲储气罐的另一个
端口与进气阀门的进气口连通，燃具设置在燃烧室内部，做功活塞处在上顶点时排气阀门
从导通状态转换成关闭状态、进气阀门从关闭状态转换成导通状态，做功活塞处在下顶点
时排气阀门从关闭状态转换成导通状态、进气阀门从导通状态转换成关闭状态。 本发明能将燃料的燃烧热能直接高效的转换成机械能，其高温端的工作温度可在
500°C 1600°C (视耐高温材料的工作温度及燃料燃烧的温度而定)，低温端的工作温度在
室温与IO(TC之间，其热转换效率为40% 80%，高温端与低温端温差越大，其热转换效率
越高。其总零件数为现有内燃机总零件数的30%以下。 其高温端的材料及燃烧室的材料应用现有材料即可能实现，例如可用现有高耐温陶瓷，其耐温为1300°C 170(TC，或不锈钢等材料，即制造成本低廉，而能实现大批量生产销售的目的。 由于燃料是持续不断地燃烧，这就有可能把不希望在外面产生的污染物降低到最小限度，进而降低了环境污染，即实现完全燃烧。 它还具有燃料热利用率高、运转平稳、噪声极小、结构简单、对材料要求低、使用方便、维护费用低、成本低廉、功率/重量比大的优点。
图1是本发明的整体结构示意图，图2是具体实施方式
二的结构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一 结合图1说明本实施方式，本实施方式由做功活塞1、做功气缸2、占位活塞3、延伸气缸4、排气阀门5、进气阀门6、第一热交换器7、第二热交换器8、燃烧室9、燃具10、第一缓冲储气罐11、第二缓冲储气罐12、第一单向阀13、第二单向阀14、飞轮总成15组成; 做功活塞1与做功气缸2汽缸活塞滑动密封配合连接，延伸气缸4开口端与做功气缸2的上端对接，占位活塞3的一端与做功活塞1的上端对接，使占位活塞3的外圆面与延伸气缸4的内圆面之间有一定的间隙，做功活塞1的连杆与飞轮总成15的摇臂转动连接，当飞轮总成15的飞轮转动时带动做功活塞1相对做功气缸2做相应的往复运动，延伸气缸4的上顶端的一个开口与排气阀门5的进气口相连通，延伸气缸4的上顶端的另一个开口与进气阀门6的出气口相连通，排气阀门5的出气口与第一热交换器7的高温进气口连通，第一热交换器7的低温出气口与第一单向阀13的进气口连通，所述高温进气口与低温出气口在第一热交换器7的内部互相连通，第一热交换器7的低温进气口与外界空气连通，第一热交换器7的高温出气口与燃烧室9的底部进气口连通，所述低温进气口与高温出气口在第一热交换器7的内部互相连通，燃烧室9的上部出气口与第二热交换器8的高温进气口连通，第二热交换器8的低温出气口与外界空气连通，所述高温进气口与低温出气口在第二热交换器8的内部互相连通，第一单向阀13的出气口、第二单向阀14的进气口与第二缓冲储气罐12的进出气口互相连通，第二单向阀14的出气口与第二热交换器8的低温进气口连通，第二热交换器8的高温出气口与第一缓冲储气罐11的一个端口连通，所述低温进气口与高温出气口在第二热交换器8的内部互相连通，第一缓冲储气罐11的另一个端口与进气阀门6的进气口连通，燃具10设置在燃烧室9内部，做功活塞1处在上顶点时排气阀门5从导通状态转换成关闭状态、进气阀门6从关闭状态转换成导通状态，做功活塞1处在下顶点时排气阀门5从关闭状态转换成导通状态、进气阀门6从导通状态转换成关闭状态。 燃具10使用的燃料为气态、液态或固态，具体可选汽油、柴油、酒精、甲醇、液化汽、天然气、煤气或混合型液态燃料等。 排气阀门5、进气阀门6的关闭状态可选由凸轮机构、传感器电子阀门机构实现。第一热交换器7、第二热交换器8可选用逆流式换热方式的热交换器，结构形式可选圆桶式、平板式等。其材料选用耐高温不锈钢、陶瓷、石棉、铍铜等耐高温材料制成。
占位活塞3、延伸气缸4材质可选用耐高温不锈钢、耐高温陶瓷材料。并在占位活塞3的外表面增加有耐高温保温绝热层，在延伸气缸4的内表面增加耐高温保温绝热层。在所述做功活塞1与占位活塞3的连接处之间增加有耐高温保温绝热层，在做功气缸2与延伸气缸4的连接处之间增加有耐高温保温绝热层。第一缓冲储气罐11采用耐高温材料，第二缓冲储气罐12采用常规材料。 排气阀门5、进气阀门6选用耐高温不锈钢并表面渗碳再热处理或选用耐高温陶瓷材料。 本装置的发热部分都应处在保温绝热的壳体中，以防止热量的散失。
具体实施方式
二 结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的不同点在与它增加有增压补气总成16，所述增压补气总成16由增压活塞16-1、增压汽缸16-2、曲轴16-3、第一增压单向阀16-4、第二增压单向阀16-5、离合器16_6组成；
增压活塞16-1与增压汽缸16-2汽缸活塞滑动密封配合连接，增压汽缸16-2的上顶端的一个开口与第一增压单向阀16-4的进气口连通，第一增压单向阀16-4的出气口 、第二单向阀14的出气口与第二热交换器8的低温进气口互相连通，增压汽缸16-2的上顶端的另一个开口与第二增压单向阀16-5的出气口连通，第二增压单向阀16-5的进气口与外界空气连通，增压活塞16-1的连杆与曲轴16-3转动连接，曲轴16-3通过离合器16-6与飞轮总成15的主轴传动连接，当装置的内部压力达到预定压力值时，所述离合器16-6断开，小于时离合器16-6连合。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
工作原理设本装置的内部纯在一定的压力，燃烧室9内的燃具10点火燃烧_燃烧火焰，高温热气流过第二热交换器8，做功活塞1处于上部最顶端时，进气阀门6导通，排气阀门5关闭，由于做功活塞1上表面的压力大于其下表面的压力(其下表面处在常压下)，使做功活塞1向下运动，通过连杆推动飞轮总成15中的飞轮旋转(要过死点才能转动)，因第一缓冲储气罐11内部分气体流入到延伸气缸4内，使第一缓冲储气罐11内的压力小于第二缓冲储气罐12内的压力，第二缓冲储气罐12内的部分气体将经过第二单向阀14、第二热交换器8流入第一缓冲储气罐11内，上述气体在经过第二热交换器8时，得到热量而升温到50(TC 1600°C (视耐高温材料的工作温度及燃料燃烧的温度而定)，其气体体积将按比例膨胀2 4倍左右，进而继续推动做功活塞1向下高速运动，将动力传递给飞轮 总成15中的飞轮，当做功活塞1运动到下部最低端时，进气阀门6由导通变换为关闭，排气 阀门5由关闭变换为导通，由于惯性，飞轮总成15中的飞轮将继续高速旋转，其飞轮将带动 做功活塞1向上运动，做功活塞1将延伸气缸4内部的高温气体经过排气阀门5、第一热交 换器7、第一单向阀13挤压到第二缓冲储气罐12内，所述高温气体在流经第一热交换器7 时将热量全部交换给从第一热交换器7的低温进气口进入的常温气体，其自身的温度将降 到常温状态，其体积也收縮到高温时的二分之一至四分之一的状态，使飞轮将上述高温气 体挤压降温到第二缓冲储气罐12内所需要的功是飞轮能得到最大功的二分之一至四分之 一 (视加热温度而定，即热学定理)，从第一热交换器7的低温进气口进入的常温气体，经热 交换被加热后，再经燃具10的火焰加热，使要加热同体积的气体所需要的热能减少。周而 复始，只要有热能提供(燃料燃烧)，飞轮将高速旋转下去。 因做功活塞1与做功气缸2汽缸活塞滑动密封配合连接，其密封性不可能实现完 全不漏气的状态，而增加了增压补气总成16，它通过离合器与飞轮总成15中的主轴传动连 接，当内部压力小于预定压力时，离合器连通，增压补气总成16将向内部补充气体，当内部 压力达到预定压力时，离合器断开，增压补气总成16停止工作，在装置初始状态启动时，需 要外力来启动。
权利要求
高效高温型内外混燃机，其特征在于它包括做功活塞(1)、做功气缸(2)、占位活塞(3)、延伸气缸(4)、排气阀门(5)、进气阀门(6)、第一热交换器(7)、第二热交换器(8)、燃烧室(9)、燃具(10)、第一缓冲储气罐(11)、第二缓冲储气罐(12)、第一单向阀(13)、第二单向阀(14)、飞轮总成(15)；做功活塞(1)与做功气缸(2)汽缸活塞滑动密封配合连接，延伸气缸(4)开口端与做功气缸(2)的上端对接，占位活塞(3)的一端与做功活塞(1)的上端对接，使占位活塞(3)的外圆面与延伸气缸(4)的内圆面之间有一定的间隙，做功活塞(1)的连杆与飞轮总成(15)的摇臂转动连接，当飞轮总成(15)的飞轮转动时带动做功活塞(1)相对做功气缸(2)做相应的往复运动，延伸气缸(4)的上顶端的一个开口与排气阀门(5)的进气口相连通，延伸气缸(4)的上顶端的另一个开口与进气阀门(6)的出气口相连通，排气阀门(5)的出气口与第一热交换器(7)的高温进气口连通，第一热交换器(7)的低温出气口与第一单向阀(13)的进气口连通，所述高温进气口与低温出气口在第一热交换器(7)的内部互相连通，第一热交换器(7)的低温进气口与外界空气连通，第一热交换器(7)的高温出气口与燃烧室(9)的底部进气口连通，所述低温进气口与高温出气口在第一热交换器(7)的内部互相连通，燃烧室(9)的上部出气口与第二热交换器(8)的高温进气口连通，第二热交换器(8)的低温出气口与外界空气连通，所述高温进气口与低温出气口在第二热交换器(8)的内部互相连通，第一单向阀(13)的出气口、第二单向阀(14)的进气口与第二缓冲储气罐(12)的进出气口互相连通，第二单向阀(14)的出气口与第二热交换器(8)的低温进气口连通，第二热交换器(8)的高温出气口与第一缓冲储气罐(11)的一个端口连通，所述低温进气口与高温出气口在第二热交换器(8)的内部互相连通，第一缓冲储气罐(11)的另一个端口与进气阀门(6)的进气口连通，燃具(10)设置在燃烧室(9)内部，做功活塞(1)处在上顶点时排气阀门(5)从导通状态转换成关闭状态、进气阀门(6)从关闭状态转换成导通状态，做功活塞(1)处在下顶点时排气阀门(5)从关闭状态转换成导通状态、进气阀门(6)从导通状态转换成关闭状态。
2. 根据权利要求l所述的高效高温型内外混燃机，其特征在于所述占位活塞(3)的外表面增加有耐高温保温绝热层，在延伸气缸(4)的内表面增加耐高温保温绝热层。
3. 根据权利要求l所述的高效高温型内外混燃机，其特征在于在所述做功活塞(1)与占位活塞(3)的连接处之间增加有耐高温保温绝热层，在做功气缸(2)与延伸气缸(4)的连接处之间增加有耐高温保温绝热层。
4. 根据权利要求1所述的高效高温型内外混燃机，其特征在于它还增加有增压补气总成(16)，所述增压补气总成(16)由增压活塞(16-1)、增压汽缸(16-2)、曲轴(16-3)、第一增压单向阀(16-4)、第二增压单向阀(16-5)、离合器(16-6)组成；增压活塞(16-1)与增压汽缸(16-2)汽缸活塞滑动密封配合连接，增压汽缸(16-2)的上顶端的一个开口与第一增压单向阀(16-4)的进气口连通，第一增压单向阀(16-4)的出气口、第二单向阀(14)的出气口与第二热交换器(8)的低温进气口互相连通，增压汽缸(16-2)的上顶端的另一个开口与第二增压单向阀(16-5)的出气口连通，第二增压单向阀(16-5)的进气口与外界空气连通，增压活塞(16-1)的连杆与曲轴(16-3)转动连接，曲轴(16-3)通过离合器(16-6)与飞轮总成(15)的主轴传动连接，当装置的内部压力达到预定压力值时，所述离合器(16-6)断开，小于时离合器(16-6)连合。
全文摘要
高效高温型内外混燃机，它涉及的是热能转换技术领域。它是为了克服现有内燃机热转换效率低，燃烧不完全而向空气中排放大量的污染气体的问题，及现有斯特林发动机还存在膨胀室、压缩室、加热器、冷却室、再生器等成本很高，热量损失是内燃发动机的2-3倍的问题。它的延伸气缸开口端与做功气缸的上端对接，占位活塞的一端与做功活塞的上端对接，延伸气缸的上顶端的一个开口通过排气阀门、第一热交换器、第一单向阀、第二缓冲储气罐、第二单向阀、第二热交换器、第一缓冲储气罐、进气阀门与延伸气缸的上顶端的另一个开口连通。燃烧室上下端口分别与第二热交换器、第一热交换器一个端口连接，做功活塞的连杆与飞轮总成的摇臂转动连接。本发明能将燃料的燃烧热能直接高效的转换成机械能，高温端的工作温度可在500℃～1600℃，低温端的工作温度在室温与100℃之间，热转换效率为40％～80％，高温端与低温端温差越大，热转换效率越高。其总零件数为现有内燃机总零件数的30％以下。
文档编号F02G1/053GK101776025SQ200910073278
公开日2010年7月14日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者雷涛 申请人:雷涛