专利名称：压气或透平装置及复合压气或透平装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以用于内燃及外燃式发动机，压缩机，空调等领域的压气或透平装置及复合压气或透平装置。
背景技术：
现有的燃气轮机结构简单但是对材料及制造精度要求非常高，价格昂贵，汽轮机结构复杂，气体压缩和膨胀级数非常多，对温度压力变化反应迟钝，且燃气轮机和汽轮机都只在额定功率范围内有较高热效率，在其它小功率或更大功率时，由于压气阻力及气压泄漏使热效率非常低，燃气轮机只能作为内燃机发动机使用，汽轮机只能作为外燃式(外部加热)发动机使用，额定功率及工作范围都很窄。普通的活塞发动机属于爆炸式热力学反应过程，发动机在瞬间受到强大的冲击力及热冲击，对发动机结构及材料要求高或者通过复杂臃肿的辅助件设施以满足发动机能有效稳定的工作，本装置作为发动机使用有以下特点高温高压的气体进入到气缸体积膨胀的空间是从最小的体积开始进气而逐渐增加到最大的体积使得气体对发动机叶片的冲击平缓同时叶片两端的气体压力可以设计的很接近也更确保叶片的稳定有效的工作，而不像活塞发动机那样，活塞一边处于高温高压空间，另一边处于常压，这就要求活塞的材料，设计，体积，重量等方面的设计都有非常高的要求。中国专利申请号为201010181601. 9，公开了一种行星齿轮差速动力装置，其结构作为发动机作用时，和活塞发动机一样属于内燃机，对燃料要求高，都属于爆燃式加热方式，局限性非常大，该装置作为压气装置或透平装置式容积泵使用时，当作为压气装置时， 气缸中空间密闭压缩结束后，该空间进入排气阶段时，该空间与排气口处于隔离状态(排气口关闭)，且低速叶片控制排气口的开启，且开启的尺寸范围及速度，和低速叶片的旋转速度相对应，由于高速叶片旋转速度远大于低速叶片的旋转速度，使得空间减小的体积远大于排气口开启面积的速度，且在排气阶段大部分时间，排气口总排气面积尺寸相对空间体积对应气缸表面面积，处于一个很小的值，导致气体排气阶段产生很大的排气阻力，严重降低了热效率。如果该装置作为透平装置时气缸中的空间进气结束后，空间进入密闭膨胀阶段， 在该空间进气阶段结束前，该空间与进气口处于开启状态(进气口开启)，且低速叶片控制进气口的开启，且开启的尺寸范围及速度和低速叶片的旋转速度相对应，由于高速叶片旋转速度远大于低速叶片的旋转速度，使得空间增加的体积远大于进气口开启面积的速度， 且在进气阶段大部分时间，进气口总进气面积尺寸相对空间体积对应气缸表面面积，处于一个很小的值，导致气体进气阶段产生很大的进气阻力，严重降低了热效率。
发明内容
为了克服上述问题，本发明向社会提供一种气体流道通畅，热效率高，且整机材料适配性能好的压气或透平装置及复合压气或透平装置。
本发明的技术方案是一种压气或透平装置，包括差速装置，由上气缸盖、下气缸盖、气缸体和转子组成的环形气缸，或者由上气缸盖、下气缸盖和转子组成的环形气缸；差速装置的第一传动件和第二传动件分别驱动第一环形转子和第二环形转子，所述第一环形转子和第二环形转子分别与设置在气缸内的第一叶片和第二叶片连接；所述气缸的内空被第一叶片和第二叶片分割成多个独立空间，初始状态时，进气口位于第一叶片与上气缸盖或/和气缸体所重合的区域，排气口位于第二叶片与下气缸盖或/和气缸体所重合的区域； 在所述下气缸盖的外侧设有第一气门叶片和第二气门叶片，所述第一气门叶片由所述第一传动件驱动同步连动，所述第二气门叶片由所述第二传动件驱动同步连动，所述第一传动件和第二传动件是非勻速，且速度快慢交替；所述第一气门叶片和第一叶片被设置成，在气缸中心线方向上投影，第一叶片到第一气门叶片顺时针方向相邻的叶片边缘之间存在一个第一夹角，该第一夹角的角度为该夹角所处空间密闭压缩结束时，第一气门叶片正好盖住排气口，且和第一叶片相邻的第一气门叶片的边缘，正好与排气口的边缘重合，第一叶片和第一气门叶片相邻的边缘之间的夹角；在气缸中心线方向上投影，第二叶片到第二气门叶片顺时针方向相邻的叶片边缘之间存在一个第二夹角；所述第一夹角和第二夹角大于0 度。初始状态为在叶片旋转方向气缸中第二叶片到第一叶片之间的空间压缩结束时或接近结束时对应的第一传动件、第二传动件，第一叶片，第二叶片的位置状态。作为对本发明的改进所述叶片为扇形，分别设置在第一环形转子和第二环形转子上的第一叶片和第二叶片的数量及参数相同。作为对本发明的改进，在初始位置时，所述进气口的通道区域在叶片旋转方向上超过第一叶片与上气缸盖或/和气缸体所重合的区域。本发明还提供一种压气或透平装置，包括差速装置，由上气缸盖、气缸中盖、上气缸体和转子组成的上环形气缸，或者由上气缸盖、气缸中盖和转子组成的上环形气缸，以及由下气缸盖、与上环形气缸共用的气缸中盖、下气缸体和转子组成的下环形气缸，或者由下气缸盖、与上环形气缸共用的气缸中盖和转子组成的下环形气缸；所述上环形气缸与所述下环形气缸上下叠加，且两个环形气缸的容量不等，在所述气缸中盖上设有将上气缸与下气缸内空连通的进排气口 ；所述上环形气缸的第一环形转子和第二环形转子分别与设置在上环形气缸内的上环形气缸的第一叶片和第二叶片连接；所述上环形气缸的内空被所述上环形气缸的第一叶片和第二叶片分割成多个独立空间；所述下环形气缸的第一环形转子和第二环形转子分别与设置在下环形气缸内的下环形气缸的第一叶片和第二叶片连接；所述下环形气缸的内空被下环形气缸的第一叶片和第二叶片分割成多个独立空间；所述第一传动件和第二传动件是非勻速，且速度快慢交替；初始状态时，进气口位于上环形气缸的第一叶片与上气缸盖或/和上环形气缸所重合的区域，排气口位于下环形气缸的第二叶片与下气缸盖或/和下环形气缸所重合的区域，第一进排气口位于下环形气缸的第一叶片和气缸中盖所重合的区域，第二进排气口位于上环形气缸的第二叶片和气缸中盖所重合的区域； 初始状态为在叶片旋转方向气缸中第二叶片到第一叶片之间的空间压缩结束时或接近结束时对应的第一传动件、第二传动件，第一叶片，第二叶片的位置状态；所述第一叶片及第一环形转子由差速装置的第一传动件驱动，所述第二叶片及第二环形转子由差速装置的第二传动件驱动。作为对本发明的改进，在上环形气缸与下环形气缸之间还设置有η个相互叠加的中间环形气缸，η大于等于1，从上环形气缸至下环形气缸的所有的环形气缸的气缸容积依次递增或递减，且相邻的两个环形气缸中间都设有气缸中盖，每个环形气缸的第一环形转子分别与该环形气缸的第一叶片连接，每一个环形气缸的第二环形转子分别与该环形气缸的第二叶片连接；在每一个气缸中盖上设置有第一进排气口和第二进排气口，在初始位置时，所述的每一个气缸中盖上的第一进排气口位置设置在该气缸中盖与处于该气缸中盖下方的第一叶片重合的区域，所述的每一个气缸中盖上的第二进排气口设置在该气缸中盖与处于该气缸中盖上方的第二叶片重合的区域。所述第一叶片及第一环形转子由差速装置的第一传动件驱动，所述第二叶片及第二环形转子由差速装置的第二传动件驱动。作为对本发明的改进，在初始位置时，进气口的通道区域在叶片旋转方向上超过上环形气缸第一叶片与上气缸盖或/和上环形气缸体所重合的区域，排气口的通道区域在叶片旋转的反方向上超过下环形气缸第二叶片与下气缸盖或/和下环形气缸体所重合的区域。作为对本发明的改进，所述进排气口被分成多个独立的扇形气道，所有相邻气缸中的第一叶片在气缸中心线方向上的投影不重合且绕气缸中心线均勻分布或所有相邻气缸中的第一叶片在气缸中心线方向上的投影的叶片边缘最小的夹角等于叶片扇形夹角。所有相邻气缸中的第二叶片在气缸中心线方向上的投影不重合且绕气缸中心线均勻分布或所有相邻气缸中的第二叶片在气缸中心线方向上的投影的叶片边缘最小的夹角等于叶片扇形夹角。本发明还提供一种复合压气或透平装置，包括环形气室，在所述环形气室的一侧设有上述第1至3中任何一个方案所述的压气或透平装置，在所述环形气室的另一侧设有上述第1至3中任何一个方案所述的压气或透平装置；其中一侧的压气或透平装置仅作为压气装置，而另一侧的压气或透平装置仅作为透平装置。本发明还提供一种复合压气或透平装置，包括环形气室，在所述环形气室的一侧设有上述第1至3中任何一个方案所述的压气或透平装置，在所述环形气室的另一侧分别设有上述第4至7中任何一个方案所述的压气或透平装置。本发明还提供一种复合压气或透平装置，包括环形气室，在所述环形气室的一侧设有上述第4至7中任何一个方案所述的压气或透平装置，在所述环形气室的另一侧设有上述4至7中任何一个方案中所述的压气或透平装置；其中一侧的压气或透平装置仅作为压气装置使用，而另一侧的压气或透平装置仅作为透平装置使用。本发明用于压气装置时，其增压比较恒定，且压力泄漏小，同时不会因为转速增加而导致排气气压迅速增大。用于透平装置时，压力泄漏小，能使得气体的内能最大的转化为动能，提高热利用率；且具有结构简单，加工容易的优点。用于发动机时，能使用多种燃料， 多种能源利用方式包括内燃及外燃方式，压缩和膨胀都能获得高的热效率。使用燃料时可以使用多种燃烧方式，如点火，脉冲，持续燃烧等。
图1是本发明一种实施例的立体结构示意图。图2是图1中去掉气缸体后的立体结构示意图。图3是发明第二种实施例的立体结构示意图。
图4是图2中去掉气缸体后的立体结构示意图。图5至图8是气体从进气至排气的工作过程示意图。图9是本发明通气道的结构示意图。图10是本发明的转子分布示意图。图11是本发明的第三种实施例的平面结构示意图。图12是本发明的第四种实施例的平面结构示意图。图13是图12中去掉气缸体和气室后的立体结构示意图。图14是本发明第七种实施例的立体结构示意图(去除气缸盖)。图15是本发明第八种实施例的立体结构示意图。图16是本发明第九种实施例的平面结构示意图。图17是图16的分解结构示意图。图18是本发明中的流体体积控制阀门的平面结构示意图。
具体实施方式
图例说明
差速装置1 第一传动件11 第二传动件12 环形气缸2 上气缸盖21 下气缸盖22 气缸体23 中孔M 气缸中盖25 上气缸体沈上环形气缸27 下气缸体28 下环形气缸四中间气缸体40 进排气口 30 第一进排气口 301 第二进排气口 302 第一叶片31 第二叶片32 第一环形转子33 第二环形转子34 进气口 4 排气口 5 第一气门叶片61
7第二气门叶片62
第一对叶片边缘311、611
第二对叶片边缘321、621
实施例1
请参见图1和图2，图1和图2揭示的是一种压气或透平装置，包括差速装置1，本发明中的差速装置1是以行星系差速动力装置为例说明的，但不排除其它的差速装置，如，非圆齿轮系差速装置，包括椭圆齿轮差速装置，罗茨齿轮差速装置，间歇运动机构等等，所述差速装置是现有技术，在本发明中不再加以具体描述，在本说明书中第一传动件和第二传动件旋转速度曲线相同，第一传动件旋转一角度时第二传动件也旋转另一角度并使得此时第二传动件位于初始时第一传动件速度所处的速度曲线位置而此时第一传动件速度位于初始时第二传动件速度所处的速度曲线位置(下同)，由上气缸盖21和下气缸盖22和气缸体23组成的环形气缸2，在环形气缸2的中孔M内设有差速装置1的第一传动件11和第二传动件12，旋转时所述第一传动件11和第二传动件12运转速度快慢交替，并受差速装置1的输入输出部分控制，所述第一传动件11和第二传动件12分别与第一环形转子33 和第二环形转子34连接，所述第一环形转子33和第二环形转子34分别与设置在气缸内的第一叶片31和第二叶片32连接；所述气缸的内空被第一叶片31和第二叶片32分割成偶数个独立的空间，本实施例中，所述第一叶片31是两个且绕气缸中心线均勻分布，所述第二叶片32也是两个且绕气缸中心线均勻分布，因此，本实施例中，气缸内的空间被分割成了四个独立空间，显然，如果只设一个第一叶片31和第二叶片32，则气缸内的空间可被分割成了两个独立空间；设置其它个数第一叶片31和第二叶片32的情况，可以依此类推；初始状态时，当进气口 4设在上气缸盖21上时，进气口 4位于第一叶片31与上气缸盖21重合的区域，当进气口 4设在气缸体23的侧面上时，所述进气口 4是位于第一叶片31与气缸体23重合的区域，如果进气口 4 一部分设在气缸盖21上，另一部分设在气缸体23上，则进气口 4是位于第一叶片31与所述气缸盖21和气缸体23所重合的区域；排气口 5的位置设置与进气口 4的位置设置类似，排气口 5位于第二叶片32与下气缸盖22或/和气缸体23 所重合的区域；在所述下气缸盖22的外侧设有第一气门叶片61和第二气门叶片62，所述第一气门叶片61由所述第一传动件11连接同步连动，所述第二气门叶片62与所述第二传动件12连接同步连动，所述第一传动件11和第二传动件12是非勻速的，且速度快慢交替， 第一传动件11和第二传动件12驱动的第一叶片31和第二叶片32及第一气门叶片61和第二气门叶片62在绕气缸2中心线旋转的过程中不发生干涉，在叶片旋转方向上第二叶片 32到第一叶片31之间的空间压缩结束时或接近压缩结束时第二叶片32到第一叶片之间的夹角大于等于0度，所述第一气门叶片61和第一叶片31被设置成，在气缸中心线方向上投影，第一叶片31到第一气门叶片61顺时针方向最近的第一对叶片边缘311、611之间存在一个第一夹角，该第一夹角的角度为其所处空间密闭压缩结束时，第一气门叶片61盖住排气口 5，且第一气门叶片61最靠近第一叶片31的边缘，正好与排气口 5的边缘重合，第一叶片31和第一气门叶片61最近的边缘之间的夹角；在气缸中心线方向上投影，第二叶片32 到第二气门叶片62顺时针方向最近的第二对叶片边缘321、621之间存在一个第二夹角，所述第二夹角与第一夹角的角度接近或相等；初始状态为在叶片旋转方向气缸中第二叶片到第一叶片之间的空间压缩结束时或接近压缩结束时对应的第一传动件、第二传动件，第一叶片，第二叶片的位置状态。第一叶片31和第二叶片32在气缸中做差速运动过程中，相邻两个叶片(第一叶片 31和第二叶片32)之间的空间体积不断发生变化，其中叶片之间距离最近/夹角最小时空间的体积为最小体积即为该空间压缩结束时体积，叶片之间距离最远/夹角最大时空间体积为最大体积即为该空间膨胀结束时体积。第一叶片31和第二叶片32的旋转速度存在差异，从而使第一叶片31和第二叶片32之间的空间的体积发生周期性变化，从而实现气体的压缩或膨胀过程。本实施例中，所述叶片包括第一叶片31和第二叶片32为扇形，分别设置在第一环形转子33和第二环形转子34上，所述第一叶片31和第二叶片32的数量及参数相同，且每一转子上设置的叶片绕气缸中心线均勻分布。在初始位置时，在第一叶片31旋转方向即顺时针方向上，所述进气口 4的通道区域超过第一叶片31与上气缸盖21或/和气缸体23 所重合的区域。当气缸体23被作为转子使用由传动件驱动并和叶片连接作用时，气缸2则由上气缸盖21和下气缸盖22及转子组成。气缸中的叶片总数为奇数个时气缸被分割为奇数个独立空间。上述实施例1为典型的单缸压气或透平装置，该装置从进气口进气，所起到的作用是单缸压气装置；当将排气口作为进气口使用而进气口作为排气口使用，即反过来作为本实施例的逆过程使用时，则是典型的单缸透平装置。实施例2
请参见图3和图4，图3和图4揭示的是一种双缸压气或透平装置，包括差速装置1、 由上气缸盖21、气缸中盖25和上气缸体沈组成的上环形气缸27，以及由下气缸盖22、与上环形气缸27共用的气缸中盖25，和下气缸体28组成的下环形气缸四，所述上环形气缸 27与所述下环形气缸四上下叠加，且两个环形气缸27J9的容量不等，在所述气缸中盖25 上设有将上环形气缸27与下环形气缸四内空连通的进排气口 30 ；在环形气缸27、29的中孔M内设有差速装置1的第一传动件11和第二传动件12，所述第一传动件11和第二传动件12分别与上环形气缸27的第一环形转子和第二环形转子连接，所述上环形气缸27的第一环形转子和第二环形转子分别与设置在上环形气缸27内的上环形气缸27的第一叶片和第二叶片连接；所述上环形气缸27的内空被所述上环形气缸27的第一叶片和第二叶片分割成偶数个独立的空间；所述第一传动件11和第二传动件12也同时分别与下环形气缸 29的第一环形转子和第二环形转子连接，所述下环形气缸四的第一环形转子和第二环形转子分别与设置在下环形气缸四内的下环形气缸四的第一叶片和第二叶片连接；所述下环形气缸四的内空被下环形气缸四的第一叶片和第二叶片分割成偶数个独立的空间；所述第一传动件11和第二传动件12是非勻速，且速度快慢交替，第一传动件和第二传动件驱动的第一叶片和第二叶片在绕气缸中心线旋转的过程中不发生干涉；初始状态时，进气口 4位于上环形气缸27的第一叶片与上气缸盖21或/和上环形缸体沈所重合的区域，排气口 5位于下环形气缸四的第二叶片与下气缸盖22或/和下环形气缸四所重合的区域，第二进排气口 302位于上环形气缸27的第二叶片和气缸中盖25所重合的区域，第一进排气口 301位于下环形气缸四的第一叶片和气缸中盖25所重合的区域；上环形气缸27的第一叶片和下环形气缸四的第一叶片在气缸中心线方向的投影不重合，且在顺时针方向上存在一个大于0度的第一投影夹角，上环形气缸27的第二叶片和下环形气缸四的第二叶片在气缸中心线方向的投影不重合，且在顺时针方向上存在一个大于0度的第二投影夹角， 所述第一投影夹角的角度和所述第二投影夹角的角度接近或相同；初始状态为在叶片旋转方向气缸中第二叶片到第一叶片之间的空间压缩结束时或接近结束时对应的第一传动件、 第二传动件，第一叶片，第二叶片的位置状态。当上气缸体沈或/和下气缸体观作为转子使用被传动件驱动并和叶片连接作用时，环形气缸由气缸盖和转子组成。(参见图10)。本实施例中与同一转子连接的叶片绕气缸中心线均勻分布，上环形气缸及下环形气缸中由第一传动件11驱动连动的叶片在气缸中心线上的投影绕气缸中心线均勻分布， 上环形气缸及下环形气缸中由第二传动件12驱动连动的叶片在气缸中心线上的投影绕气缸中心线均勻分布，在第一进排气口 301和第二进排气口 302上设有扇形隔板使气道分割为多个单独扇形的气体通道。当本实施例中的气缸体沈被作为转子使用由传动件驱动并和叶片连接作用时， 上环形气缸由上气缸盖、气缸中盖和转子组成，当本实施例中的气缸体观被作为转子使用由传动件驱动并和叶片连接作用时，下环形气缸由下气缸盖、气缸中盖和转子组成。请参见图5至图8，图5至图8是气体从进气到排气的工作过程示意图。图5为初始状态，本实施例中，叶片151，叶片161，叶片251，叶片261数量都为2 个，且处于同一气缸中的同一旋转速度的叶片在气缸中均勻分布，叶片将空间分为4个部分，其中所有叶片为扇形结构且扇形角度都为接近或等于45度，叶片161旋转45度时达到初始状态时叶片151的位置且旋转速度和初始状态时叶片151的旋转速度相同，叶片151 旋转135度时达到初始状态时叶片161的位置且旋转速度和初始状态时叶片161的旋转速度相同。初始状态时，空间118、218膨胀结束，空间117、217压缩结束。设所有叶片都朝顺时针方向旋转，随着叶片转动，上环形气缸27内的第一叶片151和下环形气缸四内的第一叶片251的旋转速度，等于并即将大于上环形气缸27内第二叶片161和下环形气缸四内的第二叶片261的旋转速度，空间117，空间217即将进入膨胀阶段而空间118，空间218即将进入压缩阶段。此时，上环形气缸27中的空间117不处于第一进排气口区域301也不处于进气口 4区域并即将进入进气口 4区域，且完全处于空间117下方的第二进排气口 302 (不可见)区域，空间117与第二进排气口 302 (不可见)由导通状态转为隔离状态。上环形气缸27中的空间118与部分进气口 4区域重合，空间118和进气口 4导通，且与第一进排气口 301区域重合。下环形气缸四中的空间218和第二进排气口 302 (不可见)区域重合， 与第一进排气口 301不重合，与排气口 5部分区域重合，空间218和排气口 5导通；下环形气缸四中的空间217为最小体积，由完全处于排气口 5区域转为即将离开该区域，空间217 和第一进排气口 301和第二进排气口 302 (不可见)不重合，且空间217即将进入第一进排气口 301区域。此时空间117向上与进气口 4之间的通道即将打开，向下与空间218的通道即将关闭，空间118向上与进气口 4导通，叶片251控制了第一进排气口 301通道并随着叶片251旋转，空间118向下通道即将打开，空间217向上通道即将打开向下与排气口 5即将关闭，空间218向上通道与空间117通过第二进排气口 302 (不可见)打开并即将由于叶片161的旋转而关闭，空间218向下与排气口 5导通。图6所示，随着叶片旋转，上环形气缸27中的空间117开始逐渐增大，空间117处于膨胀进气阶段，空间117完全处于进气口 4区域，且与第一进排气口 301及第二进排气口302区域不重合，上环形气缸27内的空间118开始逐渐减小，空间118处于压缩阶段，叶片 151旋转并部分离开进气口 4区域使空间118和进气口 4区域不重合处于隔离，且与第一进排气口 301及第二进排气口 302部分区域重合，下环形气缸四内的空间218逐渐减小处于压缩排气阶段，且与第一进排气口 301区域不重合与第二进排气口 302部分区域重合，并和排气口 5导通，下环形气缸四的空间217和排气口 5区域不重合处于隔离状态，且完全处于第一排气口 301所在区域，空间217处于膨胀阶段。此时，上环形气缸的空间118向上和进气口 4的通道完全关闭，叶片161和叶片 251关闭第二进排气口 302通道，向下通过第一进排气口 301和下环形气缸四的空间217 导通，下环形气缸四的空间217向上通过第一进排气口 301和上环形气缸的空间118导通向下与排气口 5隔离，上环形气缸27的空间118和下环形气缸的空间217处于完全密闭状态，由于上环形气缸的空间118的膨胀结束时的体积大于下环形气缸的空间217的膨胀结束时的体积，使得在上环形气缸27的空间118减少的体积大于下环形气缸空间217增加的体积，使气体处于完全密闭的状态下受控压缩，上环形气缸的空间118和下环形气缸的空间217中的气体处于密闭压缩阶段。图7所示，上环形气缸的空间117部分空间与进气口 4区域重合且仍处于膨胀进气阶段，此时，上环形气缸27内的第一叶片151完全离开进气口 4区域，空间117和第一进排气口 301和第二进排气口 302不重合；上环形气缸的空间118与第一进排气口 301及第二进排气口 302部分区域重合，叶片161和叶片251将第二进排气口 302通道部分打开。下环形气缸四的空间217和第一进排气口 301和第二进排气口 302部分区域重合，上环形气缸的空间118仍和下方的下环形气缸的空间217处于导通状态，上环形气缸的空间118和下环形气缸的空间217也仍处于密闭压缩阶段。下环形气的空间218和进排气口 301和进排气口 302区域不重合，和排气口 5导通，空间218仍处于压缩排气阶段。图8所示，上环形气缸的空间117处于膨胀末期，上环形气缸的空间117和进气口 4部分区域重合，和第一进排气口 301大部分区域重合和第二排气口 302 (不可见)不重合， 由于叶片151和叶片261关闭了第一进排气口 301通道，上环形气缸的空间117仍只与进气口 4导通，上环形气缸的空间117处于膨胀阶段末期，上环形气缸的空间118处于压缩末期仍和进气口 4区域不重合并即将进入进气口 4区域，空间118和第一进排气口 301区域不重合且完全处于第二进排气口 302 (不可见)区域。下环形气缸的空间217处于膨胀末期和第一进排气口 301少部分区域重合并随着叶片旋转即将不重合，和第二进排气口 302(不可见)区域重合，和排气口 5少部分区域重合，与排气口 5进入导通状态，上环形气缸的空间 118和下环形气缸的空间217的空间中的气体的密闭压缩阶段随着下环形气缸217与排气口 5导通而结束。下环形气缸的空间218处于排气口 5区域，和第一进排气口 301区域及第二进排气口区域302 (不可见)不重合并即将进入第一进排气口 301区域。下环形气缸的空间218压缩排气阶段即将结束。随着叶片旋转，上环形气缸的空间117由初始状态的压缩结束状态转为膨胀结束状态，上环形气缸的空间118由膨胀结束状态转为压缩结束状态，下环形气缸的空间217由初始状态的压缩结束状态转为膨胀结束状态，下环形气缸的空间218由膨胀结束状态转为压缩结束状态，上环形气缸27和下环形气缸四中的空间分布状态回到初始状态。当上环形气缸的容积大于下环形气缸的容积时，气体在装置中的过程为进气，密闭压缩，排气三个过程，此时本装置为压气装置。当上环形气缸的容积小于下环形气缸的容积时，气体在装置中的过程为进气，密闭膨胀，排气三个过程，此时本装置为透平装置。如上所述，气体经过进气、密闭压缩、排气一加热(降温)一进气，密闭膨胀，排气这些过程后对发动机做正功或者负功，优选通过对上环形气缸及下环形气缸参数的设置使得进气压力和排气压力相同以提高热利用率。如上所述，当压缩气体被加热时对发动机做正功，排气温度升高，当压缩气体被冷却时对发动机做负功，排气温度降低，这种情况下发动机输入功率对气体做正功，此时本装置可以作为空调使用。图9是本发明气体通道的结构示意图。图中为了视图方便省去大部分部件，只画出了上气缸盖21，气缸中盖25和下气缸盖22及设置其上的气体通道的结构示意图。图10是本发明的转子分布示意图。从图10可以清楚的知道第一叶片31与第一环形转子33，以及第二叶片32与第二环形转子34之间的关系。实施例3
参见图11，图11所示为三个气缸重叠的情况，下面述叙的N个气缸的情况，从图可以看出，包括上环形气缸体27、下环形气缸四及一个中间环形气缸40。显然，本发明中，在上环形气缸体27与下环形气缸四之间还设置有η个相互叠加的中间环形气缸，η大于等于1 (未画图)，中间环形气缸由气缸中盖及转子和气缸体组成或由气缸中盖及转子组成，从上环形气缸27至下环形气缸四的所有的环形气缸的气缸容积依次递增或递减，且相邻的两个环形气缸中间都设有气缸中盖，第一传动件驱动每一个环形气缸的第一环形转子，第二传动件驱动每一个环形气缸的第二环形转子，每个环形气缸的第一环形转子分别与该环形气缸的第一叶片连接，每一个环形气缸的第二环形转子分别与该环形气缸的第二叶片连接；所有由第一传动件驱动的相邻气缸中的第一叶片在气缸中心线方向上的投影不重合，存在一个大于0度的第一叶片投影夹角；所有的由第二传动件驱动的相同气缸中的第二叶片在气缸中心线方向上的投影不重合，存在一个大于0度的第二叶片投影夹角；所述的第一叶片投影夹角和所述的第二叶片投影夹角接近或相等；在每一个气缸中盖上设置有第一进排气口和第二进排气口，在初始位置时，所述的每一个气缸中盖上的第一进排气口位置设置在该气缸中盖与处于该气缸中盖下方的由第一传动件驱动的第一叶片重合的区域，所述的每一个气缸中盖上的第二进排气口设置在该气缸中盖与处于该气缸中盖上方的由第二传动件驱动的第二叶片重合的区域。本发明中，在初始位置时，进气口的通道区域在叶片旋转方向上超过上环形气缸第一叶片与上气缸盖或/和上环形气缸体所重合的区域，排气口的通道区域在叶片旋转的反方向上超过下环形气缸第二叶片与下气缸盖或/和下环形气缸体所重合的区域。本发明中，所述进排气口被分成多个独立的扇形气道，所有由第一传动件驱动的相邻气缸中的第一叶片在气缸中心线方向上的投影绕气缸中心线均勻分布，所有由第二传动件驱动的相邻气缸中的第二叶片在气缸中心线方向上的投影绕气缸中心线均勻分布。作为本发明的改进，由第一传动件与第二传动件驱动的叶片在旋转过程中不发生干涉且叶片之间的角度大于等于0度。实施例4请参见图12和图13，图12和图13揭示的是一种复合压气或透平装置，包括环形气室 100，气室100包括气室上板120、气室下板130及气室内环110及气室外环140构成，在所述环形气室100的一侧设有实施例2所述的压气或透平装置，在所述环形气室100的另一侧也设有实施例2所述的压气或透平装置并和同一个差速装置连接工作；只不过，在使用时，其中一侧的压气或透平装置仅作为压气装置，而另一侧的压气或透平装置仅作为透平
直ο实施例5 (未画图)
本发明还提供一种复合压气或透平装置，包括环形气室100，在所述环形气室的一侧设有实施例1所述的压气或透平装置，在所述环形气室的另一侧分别设有实施例2所述的压气或透平装置并和同一个差速装置连接工作，其中一侧的压气或透平装置仅作为压气装置，而另一侧的压气或透平装置仅作为透平装置。实施例6 (未画图)
本发明还提供一种复合压气或透平装置，包括环形气室，在所述环形气室的一侧设有实施例1所述的压气或透平装置，在所述环形气室的另一侧设有实施例1所述的压气或透平装置并和同一个差速装置连接工作；其中一侧的压气或透平装置仅作为压气装置使用， 而另一侧的压气或透平装置仅作为透气装置使用。在实施例4，实施例5及实施例6中设置和环形气室100两端最近的环形汽缸的容积相同，并使其中一侧的透平机的排气压力和另一侧的压气机的进气压力接近或相同。实施例7
请参见图14，图14所示实施例与图1至图13所述的实施例相比，其大体结构相同，所不同的是第一环形转子33和第二环形转子34位于气缸的外侧，并分别与第一传动件11和第二传动件12连接，且所述第一传动件11和第二传动件12位于第一环形转子33和第二环形转子34位于的外侧，这种结构更加有利于本发明的装配。实施例8
请参见图15，图15所示实施例与图14所示实施例相比，大体结构相同，所不同的是图 15所示实施例中的气缸分为两层，并相互叠加。实施例9
请参见图16和图17，图16和图17所示实施例，与上述各实施例相比，其最大的区别在于部分第一叶片和第二叶片即具有叶片的基本作用，同时，它们还兼作驱动力的传动部分， 为了叙述的方便，本实施例中采用了与上述实施例中不同的名称及不同的编号加以说明。图16是含有2个气缸的压气或透平装置，图16中去除了气缸体及气缸盖；图17 是图16的分解结构示意图。在上环形气缸27中，上环形气缸27的第二转子71和上环形气缸27的第二叶片 72 一端连接，上环形气缸27的第二叶片72另一端与共用转子73连接，在下环形气缸四中，下环形气缸四的第二叶片74 —端与共用转子73连接，下环形气缸四的第二叶片74另一端与下环形气缸四的第二转子75连接，这样构成一个传动整件，当第二传动件(未画出) 驱动上环形气缸27的第二转子71或者驱动下环形气缸四的第二转子75时，就可以直接通过第二叶片带动其它的转子一起旋转；从图中还可以看出，上环形气缸27的第一转子76 和上环形气缸27的第一叶片77连接，下环形气缸四的第一叶片78与下环形气缸四的第一转子79连接，且上环形气缸27的第一转子76和下环形气缸四的第一转子79均与第一传动件11 (传动轴)连接；这种结构更加简单。请参见图18，图18是本发明中的流体体积控制阀门的平面结构示意图。可在压气或透平装置的进气或排气通道上设置成多个流体通道，其中第一可控流体通道81、第二可控流体通道82和第三可控流体通道83都设置有阀门，用于控制流体通道 84的开启或关闭，通过流体通道84的开启或关闭来控制流体的进气区域或排气区域大小， 使进气或排气阶段提前或延后结束，以增加或减小进气或排气体积。注重合在本说明书中定义为，两个空间几何体在气缸中心线方向上投影相交或同时穿过两个空间几何体的直线与气缸中心线垂直并相交，重合区域指和所述投影相交区域对应的几何空间体的区域或和所述直线相对应的几何空间体的区域的集合。在本说明书中重合为叶片和气缸盖/气缸中盖上紧靠的端面和与之对应的设置在该气缸盖/气缸中盖上的气体通道端面在气缸中心线方向上投影相交；或者与气缸中心线相交且垂直的直线同时与叶片和气缸体紧靠的曲面(端面)及与之对应的设置在该气缸体上的气体通道端面的曲面相交。本说明书实施例中传动件、转子和叶片朝顺时针方向旋转。本发明中的扇形是指过不同直径的同心圆的直线或曲线绕圆心旋转一定角度所扫过的两同心圆之间的区域形状。本发明中扇形的举例对应的直线均为过圆心的直线。
权利要求
1.一种压气或透平装置，其特征在于，包括差速装置，由上气缸盖、下气缸盖、气缸体和转子组成的环形气缸，或者由上气缸盖、下气缸盖和转子组成的环形气缸；差速装置的第一传动件和第二传动件分别驱动第一环形转子和第二环形转子，所述第一环形转子和第二环形转子分别与设置在气缸内的第一叶片和第二叶片连接；所述气缸的内空被第一叶片和第二叶片分割成多个独立空间，初始状态时，进气口位于第一叶片与上气缸盖或/和气缸体所重合的区域，排气口位于第二叶片与下气缸盖或/和气缸体所重合的区域；在所述下气缸盖的外侧设有第一气门叶片和第二气门叶片，所述第一气门叶片由所述第一传动件驱动同步连动，所述第二气门叶片由所述第二传动件驱动同步连动，所述第一传动件和第二传动件是非勻速，且速度快慢交替；所述第一气门叶片和第一叶片被设置成，在气缸中心线方向上投影，第一叶片到第一气门叶片顺时针方向相邻的叶片边缘之间存在一个第一夹角，该第一夹角的角度为该夹角所处空间密闭压缩结束时，第一气门叶片正好盖住排气口， 且和第一叶片相邻的第一气门叶片的边缘，正好与排气口的边缘重合，第一叶片和第一气门叶片相邻的边缘之间的夹角；在气缸中心线方向上投影，第二叶片到第二气门叶片顺时针方向相邻的叶片边缘之间存在一个第二夹角；所述第一夹角和第二夹角大于0度；初始状态为在叶片旋转方向气缸中第二叶片到第一叶片之间的空间压缩结束时或接近结束时对应的第一传动件、第二传动件，第一叶片，第二叶片的位置状态。
2.根据权利要求1所述的压气或透平装置，其特征在于，所述叶片为扇形，分别设置在第一转子和第二转子上的第一叶片和第二叶片的数量及参数相同。
3.根据权利要求1或2所述的压气或透平装置，其特征在于，在初始位置时，所述进气口的通道区域在叶片旋转方向上超过第一叶片与上气缸盖或/和气缸体所重合的区域。
4.一种压气或透平装置，其特征在于，包括差速装置，由上气缸盖、气缸中盖、上气缸体和转子组成的上环形气缸，或者由上气缸盖、气缸中盖和转子组成的上环形气缸，以及由下气缸盖、与上环形气缸共用的气缸中盖、下气缸体和转子组成的下环形气缸，或者由下气缸盖、与上环形气缸共用的气缸中盖和转子组成的下环形气缸；所述上环形气缸与所述下环形气缸上下叠加，且两个环形气缸的容量不等，在所述气缸中盖上设有将上气缸与下气缸内空连通的进排气口 ；所述上环形气缸的第一环形转子和第二环形转子分别与设置在上环形气缸内的上环形气缸的第一叶片和第二叶片连接；所述上环形气缸的内空被所述上环形气缸的第一叶片和第二叶片分割成多个独立空间；所述下环形气缸的第一环形转子和第二环形转子分别与设置在下环形气缸内的下环形气缸的第一叶片和第二叶片连接；所述下环形气缸的内空被下环形气缸的第一叶片和第二叶片分割成多个独立空间；所述第一传动件和第二传动件是非勻速，且速度快慢交替；初始状态时，进气口位于上环形气缸的第一叶片与上气缸盖或/和上环形气缸所重合的区域，排气口位于下环形气缸的第二叶片与下气缸盖或/和下环形气缸所重合的区域，第一进排气口位于下环形气缸的第一叶片和气缸中盖所重合的区域，第二进排气口位于上环形气缸的第二叶片和气缸中盖所重合的区域；初始状态为在叶片旋转方向气缸中第二叶片到第一叶片之间的空间压缩结束时或接近结束时对应的第一传动件、第二传动件，第一叶片，第二叶片的位置状态；所述第一叶片及第一转子由差速装置的第一传动件驱动，所述第二叶片及第二转子由差速装置的第二传动件驱动。
5.根据权利要求4所述的压气或透平装置，其特征在于，在上环形气缸与下环形气缸之间还设置有η个相互叠加的中间环形气缸，η大于等于1，从上环形气缸至下环形气缸的所有的环形气缸的气缸容积依次递增或递减，且相邻的两个环形气缸中间都设有气缸中盖，每个环形气缸的第一环形转子分别与该环形气缸的第一叶片连接，每一个环形气缸的第二环形转子分别与该环形气缸的第二叶片连接；在初始位置时，所述的每一个气缸中盖上的第一进排气口位置设置在该气缸中盖与处于该气缸中盖下方的第一叶片重合的区域， 所述的每一个气缸中盖上的第二进排气口设置在该气缸中盖与处于该气缸中盖上方的第二叶片重合的区域；所述第一叶片及第一转子由差速装置的第一传动件驱动，所述第二叶片及第二转子由差速装置的第二传动件驱动。
6.根据权利要求4或5所述的压气或透平装置，其特征在于，在初始位置时，进气口的通道区域在叶片旋转方向上超过上环形气缸第一叶片与上气缸盖或/和上环形气缸体所重合的区域，排气口的通道区域在叶片旋转的反方向上超过下环形气缸第二叶片与下气缸盖或/和下环形气缸体所重合的区域。
7.根据权利要求6所述的压气或透平装置，其特征在于，所述进排气口被分成多个独立的扇形气道，所有相邻气缸中的第一叶片在气缸中心线方向上的投影不重合且绕气缸中心线均勻分布或所有相邻气缸中的第一叶片在气缸中心线方向上的投影的叶片边缘最小的夹角等于叶片扇形夹角，所有相邻气缸中的第二叶片在气缸中心线方向上的投影不重合且绕气缸中心线均勻分布或所有相邻气缸中的第二叶片在气缸中心线方向上的投影的叶片边缘最小的夹角等于叶片扇形夹角。
8.一种复合压气或透平装置，其特征在于，包括环形气室，在所述环形气室的一侧设有权利要求1至3中任何一项权利要求所述的压气或透平装置，在所述环形气室的另一侧设有权利要求1至3中任何一项权利要求所述的压气或透平装置。
9.一种复合压气或透平装置，其特征在于，包括环形气室，在所述环形气室的一侧设有权利要求1至3中任何一项权利要求所述的压气或透平装置，在所述环形气室的另一侧分别设有权利要求4至7中任何一项权利要求所述的压气或透平装置。
10.一种复合压气或透平装置，其特征在于，包括环形气室，在所述环形气室的一侧设有权利要求4至7中任何一项权利要求所述的压气或透平装置，在所述环形气室的另一侧设有权利要求4至7中任何一项权利要求所述的压气或透平装置。
全文摘要
一种压气或透平装置，包括差速装置和环形气缸，差速装置的第一传动件和第二传动件，所述第一传动件和第二传动件分别驱动第一环形转子和第二环形转子，所述第一环形转子和第二环形转子分别与设置在气缸内的第一叶片和第二叶片连接；所述气缸的内空被第一叶片和第二叶片分割成多数个独立的空间，所述第一传动件和第二传动件是非匀速，且速度快慢交替。本发明用于压气装置时，其增压比较恒定，且压力泄漏小，同时不会因为转速增加而导致排气气压迅速增大。用于透平装置时，压力泄漏小，能使得气体的内能最大的转化为动能，提高热利用率。
文档编号F04D17/10GK102367800SQ201110358599
公开日2012年3月7日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年8月10日
发明者汤斌 申请人:汤斌