专利名称：阀门式热气机的制作方法
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エ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エ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エ质会部分充添在无益容积内，使エ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エ质才能膨胀作功，不会使作功腔以外的未作功高温エ质产生损失，让热气机的热量利用效率提高。同吋，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カ活塞的主气缸，在主气缸中的动カ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，主气缸中的动カ活塞经活塞杆与外面传动机构的曲轴传动相连，其特征在干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；在主气缸内的动カ活塞向下运行时，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，推动动カ活塞下行作功，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；在主气缸内的动カ活塞向上运行时,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カ活塞下侧的压缩腔，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エ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エ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。为提高开式循环热气机的输出功率，出主气缸的排气管经涡轮增压器的涡轮后通向燃烧炉或燃烧器的进风侧，增压器的进气ロ经压气机后与主气缸压缩腔的进气管连通，增压器内的涡轮和压气机安装在同一个轴上，从排气管上还接出一条带放气阀的放气管路，该放气管路的另一端与燃烧炉的炉膛适当位置上的进风ロ相连通，在放气管路以外位置的排气管上安装有风量调节阀。为让开式循环热气机也能利用太阳能作为第二热源，加热器的出气侧除经带有主截止阀的高温管路与主气缸的作功腔连通外，在加热器的出气侧或加热器与主截止阀之间的高温管路上另外接出带有副截止阀的旁通管路，加热器再经该旁通管路、置于第二热源通道内的第二加热器和返回管路同主截止阀与主气缸之间的高温管路连通；在以燃烧炉为工作热源时，主截止阀开启、副截止阀关闭，在以第二热源通道内的高温介质为工作热源时，主截止阀关闭、副截止阀开启。当太阳能不足吋，为能对作功气体加热升温，可让出第二加热器的返回管路的开始段分成两股、形成带第二截止阀的直通管路和带旁通截止阀及增温器的第二旁通管路，然后，直通管路的另一端与第二旁通管路的另一端又合成一股接回到返回管路后，再与主截止阀以外的高温管路连通；增温器设在增温燃烧器内，增温燃烧器即可以是ー个独立的燃烧系统，也可以让其经带有副风量阀的旁通风管与从主气缸接出的排气管相连通；第二加热器达到规定工作温度时，第二截止阀开启，旁通截止阀关闭；第二加热器达不到规定エ作温度需增温器升温时，第二截止阀关闭、旁通截止阀和副风量阀开启。为使燃烧炉产生的热量能被加热器等完全吸收，出副气缸侧面供气单向阀之后的供气管路经下比例阀后分成内管路和外管路，内管路经其上的回热器后其另一端与炉膛内的加热器的进气侧连通，在加热器的进气侧之外还连通有设在炉膛外侧的副回热器，该副回热器的进气侧与从下比例阀处接出的外管路的另一端连通；出主气缸作功腔排气阀之后的排气管经上比例阀后分成排气管路和回热管路，排气管路直接与燃烧炉的进风侧连通，回热管路在把回热器围在其中后与主气缸压缩腔的进气管连通；上比例阀和下比例阀经连杆相连被同时控制，当上比例阀调大通向燃烧炉的气流量时，下比例阀也同时相应调小流向回热器的气流量。
在热气机的最基本传动机构布置中，副气缸设在主气缸的下侧，主气缸中的动カ活塞经穿过下缸盖的活塞杆与下面副气缸中的配气活塞相连，配气活塞再经连杆与曲轴箱内的曲轴传动相连。为有利于制成功率更大的热气机，副气缸设在左右两个主气缸之间，两主气缸内的动カ活塞同步上下移动，每侧主气缸内的动カ活塞分别经各自穿过下缸盖的活塞杆与下面各侧相应的十字头相连，各侧的十字头则分别通过各自的连杆与下面各自的两反向转动的曲轴传动相连，在两十字头之间设有相连接的横梁，副气缸中的配气活塞经活塞杆与下面的横梁相连，两侧主气缸的压缩腔分别经各侧的出气单向阀、中间冷却器和低 温管路后通向两主气缸中间的副气缸的供气腔，供气腔则经供气单向阀和分为两股的供气管路直接或经回热器与左右各侧相对应的加热器的进气侧相连通。在排气阀和进气单向阀的布置中，主气缸排气阀的中间阀杆直接或经中间弹簧顶在下侧压缩腔的进气单向阀的阀杆上，该阀杆再经下面的顶柱被相应的凸轮控制，进气单向阀活动套装在阀杆上、并被下面的弹簧作用顶在阀杆上的挡盖上；当主气缸中的动カ活塞上行，让上侧的作功腔开始向外排气，让下侧的压缩腔开始吸气时，凸轮便控制进气单向阀的阀杆、让其上的进气单向阀经弹簧受到开启作用力，同时也经中间阀杆带动排气阀开启O在出气单向阀的布置中，主气缸下侧压缩腔的出气单向阀套装在具有挡盖的阀杆上，阀杆上的挡盖被弹簧作用让出气单向阀关闭时，单向阀的底面落座在相对应的阀座上，阀杆的另一端穿过阀座中间的套管后经顶柱被凸轮控制；在出气单向阀的底面固定有套装在阀座套管上的导向套，出气单向阀通过导向套沿阀座上的套管滑动被控制开启和关闭。为能利用中间冷却所散发出的热量，在从主气缸压缩腔的出气单向阀接出的出气管路上先设置中温散热器，再在其后设置中间冷却器，中间冷却器再经低温管路与副气缸连通；所设的中温散热器即可作为另设的中温热气机的热源，也可作为加热其它中温介质的热源。本发明的阀门式热气机在运转过程中，由于是通过各阀门及活塞的上下运行来控制不同循环过程的，使各不同循环过程之间的热力界线更为明确，有助于让中间冷却器、回热器和加热器等所交換的热量更多的转化为动カ向外输出。在热气机作功过程中，由于只有进入主气缸作功腔的高温エ质才能參与作功膨胀过程，处在其它部位的循环エ质因不是处在无益容积内，并不会降低循环系统的热效率。本发明的阀门式热气机包括闭式、开式两种循环方式，由于可根据主气缸与副气缸的不同工作容积，随意设定合适的压缩比，因此为利用中温太阳能集热器产生动力，可制作出150°C -300°C专门的中温热气机，以更好的实现对太阳能的综合利用(产生动カ发电、产生开水热水)。无论是开式循环还是闭式循环的阀门式热气机，在以燃烧炉(器)作为热源的同时，也可利用另外设置的太阳能集热器作为第二热源，从而构成一种双热源动カ系统，为构建更高效的分布式绿色电站及动力源提供了技术保障。本发明的阀门式热气机是ー种多缸机，当把缸经加大到80cm左右时，多气缸加上大缸经便可以制造出超过几万马カ的大型热气机。如果让热气机采用反转双曲轴传动机构，由于可完全平衡活塞和连杆等的往复运动惯性，这种热气机的运行是极其平稳的。在把本发明的热气机制成几马カ至几十马カ的小功率机型时，热气机的循环效率也不会象蒸汽动カ系统那样因功率较小而使热效率下降。由于热气机エ质的热容量比蒸汽动カ系统中的水和蒸汽小很多，在制成分布式电站及动カ源时，便可根据需要每天关机或起动，有利于让设备节能运行。
下面根据附图对本发明的阀门式热气机进行详细说明。图I是本发明阀门式热气机的结构剖视图。图2是热气机中从供气腔接出的供气管路通向相邻回热器的管路布置图。图3是本发明阀门式热气机的循环过程图，其中，图①是等温压缩过程，图②是等压膨胀过程，图③是进入主气缸作功腔的エ质自由膨胀过程，图④是通过进、排气而进行的回热过程。图4是热气机的示功图。 图5是功率调节机构原通图。图6是设置第二加热器的闭式循环热气机结构剖视图。图7是设置第二加热器的开式循环热气机结构剖视图。图8是设有排气流量调节机构的开式循环热气机结构剖视图。图9是采用双主气缸、反转双曲轴传动机构的热气机结构剖视图。图10是热气机中排气阀和进气单向阀共同被凸轮控制的结构剖视图。图11是利用高温热气机出气管路上的中温散热器作为中温热气机工作热源的双热气机总体布置结构图。
具体实施方式
本发明阀门式热气机的第一种实施方式如图I所示，它采用了闭式循环方式，包括置于外部加热系统中的加热器64和其中装有动カ活塞4的主气缸I,在主气缸中的动カ活塞4上侧形成作功腔6、下侧形成压缩腔22。为了让压缩腔产生的压缩气体能在中间冷却后被接收并随后被泵出气缸參与作功循环，为主气缸I设置了其中装有配气活塞49的副气缸46，在本实施例中，该副气缸设在了主气缸I的下侧，副气缸的工作容积根据设定小于主气缸。主气缸I中的动カ活塞4经穿过下缸盖44的活塞杆5与下面副气缸46中的配气活塞49相连，配气活塞再经连杆53与曲轴箱70内的曲轴54传动相连。在本发明的阀门式热气机中，热气机循环时的不同过程是在各阀门、动カ活塞和配气活塞之间相互配合下进行的。主气缸I的压缩腔22经出气单向阀31、出气管路39、中间冷却器41和低温管路42后通向副气缸46的供气腔48，副气缸46的工作容积小于主气缸，副气缸的供气腔48又经供气单向阀55、供气管路61、回热器62和中温管路63与加热器64的进气侧65连通，加热器的出气侧66再经高温管路67和通气阀7通向主气缸I的作功腔6。图I中的热气机采用了带回热器的闭式循环方式，回热器62安装在了主气缸的作功腔6与压缩腔22之间的排气管路21内，作功腔6经排气阀15和排气管20与排气管路21的进气侧连通、排气管路的出气侧则经进气管29和进气单向阀24与主气缸I的压缩腔22连通，通过让排气管经其内设有回热器的排气管路再与进气管相连，从而形成这种热气机的闭式循环系统。主气缸I内的动カ活塞4向下运行时，通气阀7被凸轮12带动开启、从加热器64来的作功气体经开启的通气阀进入主气缸上侧的作功腔6，推动动カ活塞4向下运行作功。而主气缸下侧压缩腔22内的已吸入气体在动カ活塞的向下压缩下，所产生的压缩气体则经被凸轮38带动、失去弹簧13作用的出气单向阀31流向中间冷却器41，经中间冷却器后进入副气缸46的供气腔48。在动カ活塞4向下运行的同时，副气缸46内的配气活塞49也被带动向下运行，让配气活塞上侧的供气腔48接收从主气缸压缩腔22排出的经中间冷却器41冷却了的低温压缩气体。在主气缸I内的动カ活塞4向上运行时，主气缸上侧作功腔6的排气阀15和下侧压缩腔22的进气单向阀24共同被凸轮28控制开启，让动カ活塞把上侧作功腔6内的作功后气体经排气阀15向外排出，外面的气体则被上行的动カ活塞4经进气单向阀24被吸进下面的压缩腔22。在动カ活塞向上运行时，副气缸46内同时向上运行的配气活塞49也把已进入供气腔48的低温压缩空气经被凸轮58开启的供气单向阀55向外排出，经回热器62被外围的作功后气体预热后流向置于外部加热系统内的加热器64，重新被加热成能进行作功循环的高温作功气体。这里的外部加热系统可以是以燃油或燃气为燃料的燃烧器，或者是采用以煤、生物质颗粒为燃料的燃烧炉，也可以是通过聚光集热而形成的中温或高温太阳能加热系统。在采用中等尺寸的反光镜形成中温太阳能加热系统吋， 由于加热器64的最高工作温度不超过300°C，对所配套的中温热气机中的活塞、活塞杆、阀门和曲轴等都可以用润滑油润滑，从而有利于延长这种中温热气机的使用寿命。热气机运转时，在动カ活塞4和配汽活塞49同时向下运行时，动カ活塞的上侧充入作功气体进行作功、而下侧则把已吸入的气体进行压缩并顺势经中间冷却器压进处于吸气状态的副气缸。但在动カ活塞4和配汽活塞49同时向上运行时，因动カ活塞的上侧作动腔6正在向外排出作功后的气体，向上运行的配气活塞并不能把副气缸46中的气体经回热器和加热器顺势压进主气缸的作功腔，为避免这种情況，防止活塞对气体的不必要压缩，如图2所示，可让沿轴向相邻的两组气缸内的活塞在运行时错开180。的曲轴转角，这样，当这一侧气缸内的活塞向下运行时，另ー侧相邻气缸内的活塞则向上运行。同时，也要让这ー侧的出供气单向阀55后的供气管路61与另ー侧相邻的回热器62'相连通，而另ー侧出供气单向阀55'后的供气管路61'也要通向这ー侧的回热器62。这样设置后，当这ー侧的副气缸46内向上运行的配气活塞49把低温压缩气体向外排出时，这部分气体便会沿另ー侧的回热器62'和加热器64'进入另ー侧动カ活塞4'正向下运行的主气缸I'内，从而避免了配气活塞对压缩气体的不必要压缩，但这要求热气机的气缸组数为双数，以使每两个相邻的气缸间能相互配合，方便两气缸间的供气管路交叉布置。当然，在热气机的各气缸共用一个总加热器时，也可以不象图2那样，只要让从各气缸回热器接出的中温管路都通向总加热器的进气侧、然后再让总加热器的出气侧分别经接出的高温管路通向各主气缸的作功腔即可(未画)，这样，因各气缸中的进出气体压カ会在总加热器内被平衡，便不会让配气活塞消耗不必要的压缩功。本发明的阀门式热气机工作循环过程如图3中的①、②、③和④所示，包括等温压缩、等压膨胀、自由膨胀和等压回热四个热カ循环过程。其循环过程的示功图如图4所示。①等温压缩过程等温压缩过程如图3①所示，当主气缸I内的动カ活塞4和副气缸46内的配气活塞49同时向下运行吋，下行的动カ活塞4使已吸入压缩腔22的气体开始被压缩，当气体压力高于中间冷却器41内的气体压カ时，即示功图中的压カ从I点升至a点位置时，出气单向阀31开启。被压缩气体经出气单向阀进入中间冷却器和副气缸。与此同时，副气缸46中配气活塞49的向下运行，使副气缸中的气体压カ开始下降，当气体压力从示功图中2'点位置降到b点位置后(出气单向阀开启时刻)，由于动カ活塞的直径大于配气活塞，在动カ活塞4下行的同吋，虽然配气活塞49也在同步下行，但动カ活塞使压缩腔22排出的更多气体让中间冷却器41和副气缸46容积内的气体压力仍相应上升，在动カ活塞和配气活塞到达下止点时，主气缸压缩腔22中的气体压力已从示功图中的I点至a点位置升高到2点位置，副气缸46中的气体压力在从开始的2'点位置降到b点位置后又升到了 2点位置。从主气缸下侧压缩腔22排出的气体在流经中间冷却器41并被压缩进副气缸46后，气体的压缩热由中间冷却器导至外界，让压缩过程在等温状态下进行。因气体的压缩热被导至外界，冷却后的气体相应收缩更容易被压缩，使活塞所消耗的压缩功減少，也为接下来的回热及作功加热提供了很大的温度差。当主气缸I中的动カ活塞4完成下侧压缩腔22的压缩排出过程开始上行吋，为使动カ活塞下侧与下缸盖余隙容积内的压缩气体压カ能被回收利用(如示功图中从2点位置的高压カ到I"点位置的低压カ所示)，在图I中，把主气缸I上的进气单向阀24的通气ロ23设在了离开下缸盖44 一定距离的适当位置处，动カ活塞在这段移动距离内，可被余下的、压缩气体推动上行，使气体的压カ被相应回收。②等压膨胀过程等压膨胀过程如图3②所示，当主气缸I的通气阀7开启、从加热器64而来的作功气体进入主气缸推动其内的动カ活塞4离开上止点下行作功吋，等压膨胀过程开始。在这ー过程中，经回热器62预热过的压缩气体被加热器64外围的高温介质加热后，经开启的通气阀7进入主气缸I的作功腔6，推动动カ活塞4向下运行。在动カ活塞4下行作功吋，由于相邻副气缸中正上行的配气活塞49'经回热器62给这ー侧的加热器64提供着补充的压缩气体，參看图2，使这ー侧作功过程中的气体压力并不会降低，让作功过程在等压状态下进行。当控制提供高温作功气体的通气阀7关闭后，等压膨胀过程结束，这ー过程反映在图4的示功图上便是从2点位置到3点位置。③自由膨胀过程自由膨胀过程如图3③所示，在通气阀7关闭后，作功时已充进主气缸作功腔6的作功气体仍会继续自由膨胀、推动动カ活塞4下行作功，这时由于不再向主气缸注入作功气体，气缸内的压カ如示功图中所示从3点位置迅速向I点位置降低。动カ活塞到达下止点后，自由膨胀过程结束。自由膨胀过程使进入主气缸的作功エ质得到了充分膨胀，从而让作功エ质的压カ更多地转换成动カ向外输出。④等压回热过程等压回热过程如图3④所示，在这ー过程中，主气缸I内的动カ活塞4和副气缸46中的配气活塞49同时向上运行，上行的动カ活塞4把作功腔6内的作功后气体经排气阀15排向排气管路21，加热其内的回热器62中的低温压缩气体，作功腔6排气时的气体压力变化如示功图中从I点位置到I,点位置所示。而流向回热器62的作功后气体在预热了回热器内的低温压缩气体后，又经开启的进气单向阀24被吸进了动カ活塞4下侧的压缩腔22。流过回热器外围后降温了的气体被吸进压缩腔22，气体的压カ变化如示功图中从I"点位置到I点位置所示。在副气缸46中，上行的配气活塞49则把已进入副气缸中的低温压缩气体经开启的供气单向阀55压进回热器62，在低温压缩气体吸收了回热器外围的排气热量后、又进ー步经加热器64加热，形成作功所需的高温高压作功气体。副气缸46中的气体被排出时的压力变化如示功图中从2点位置到2'点位置所示。回热过程中，虽然低温压缩气体经回热器和加热器的预热加热后会相应膨胀，但由于这部分气体被加热后是被补充到相邻的主气缸进行膨胀(參看图2)，使回热过程中的气体压力并不产生较大变化，让回热在等压状态下进行。
在等压回热过程结束后，移到上止点的动カ活塞4会把主气缸作功腔6内未被排出的部分气体压缩到活塞上侧的余隙容积和阀门气流通道内，使其内的气体压力达到或接近开始膨胀作功时的作功气体压力，反映在示功图上便是气体压カ从较低的P点位置迅速上升到2点位置。本发明的热气机在循环运转过程中，主气缸中动カ活塞上侧的作功腔产生动力，动カ活塞下侧的压缩腔和副气缸中的供气腔因进行压缩过程而要消耗一定的压缩功，动カ活塞所产生的动カ在减去压缩过程所消耗的压缩功后，才是热气机所输出的动力。反映在图4的示功图上，面积1-1' -2-3-1是动カ活塞上侧所产生的循环功，面积l-a-2-l" -I是动カ活塞下侧所消耗的压缩功，面 积2' -b-2-2'是副气缸中配气活塞所消耗的压缩功，在把循环功所示的面积I-P -2-3-1减去压缩功所示的面积l-a-2-l" -I和2' -b_2_2'后，余下的面积(即面积1-1" -2-3-1内空白处的面积)便是热气机所输出的功。为能控制热气机输出功率的大小,可采用两种方法来控制其输出功率,在利用燃烧的燃料为热气机提供作功热量时，可通过控制燃烧炉(或燃烧器)产生热量的多少来控制热气机的输出功率。但这种功率调节方式不会让热气机具有较快的功率变化响应速度。为此，可采用如图5所示的第二种功率调节方式。在这种功率调节方式中，在从供气单向阀55接出的供气管路61 (或中温管路)上设有功率调节阀88，该阀的阀芯具有沟通供气管路61的直通孔92和侧流ロ 93，功率调节阀88的旁通ロ 89经旁通管路90与从加热器64出气侧接出的高温管路67相连通。当需减少热气机的输出功率吋，控制调节阀的阀芯相应减少与供气管路61的沟通截面、并让阀芯上的侧流ロ 93与旁通管路90和供气管路61沟通，从供气管路61而来的部分低温压缩气体便会沿旁通管路90在作功时进入主气缸I的作功腔6。因作功时往高温作功气体中混入了相应的低温压缩气体，直接減少了作功时的能量供给，也就可迅速減少热气机的功率输出。实际中，上述两种热气机的功率调节方法是联合作用的，以适应热气机不同的功率输出状态。在本发明的热气机中，由于回热器、加热器和连通管路内的容积不是让效率降低的无益容积，实际中，在采用了燃烧炉或燃烧器作为外部热源后，为能再利用太阳能等可再生能源，还可如图6所示，为热气机设置第二加热器77，用此加热器来利用太阳能聚光集热装置所采集的热能替代燃料燃烧，驱动热气机工作运转。图6中的热气机采用了带回热器62的闭式循环方式，由图可见，出回热器62后的中温管路63分成了带主截止阀80的主中温管路81和带副截止阀75的副中温管路76，主中温管路81通向了加热器64的进气侧65，副中温管路76通向第二热源通道78内的第二加热器77，并经第二加热器和带第二截止阀100的外高温管路101通向与主气缸作功腔6连通的高温管路67。在此基础上，从第二加热器77与第二截止阀100之间的外高温管路101上接出了一条带旁通截止阀104的旁通管路105，该旁通管路的另一端与加热器64的进气侧65相连通。所增设的第二加热器77这样布置后，可让热气机有三种利用不同热源的工作运行方式。在利用加热器64外围的通过燃料燃烧产生的高温介质作为热源时，主截止阀80开启，副截止阀75、第二截止阀100及旁通截止阀104关闭，在这种状态下，由燃烧炉或燃烧器所产生的高温气体进入燃气通道106，对其内的加热器64进行加热，通过加热器形成带动热气机运转的作功气体。在通过第二热源通道78利用太阳能产生的高温介质作为热源吋，主截止阀80和旁通截止阀104关闭，副截止阀75和第二截止阀100开启，由太阳能聚光集热器产生的高温介质(导热油)进入第二热源通道78后，加热其内的第二加热器77中的エ质，让热气机利用太阳能运转。当阳光不足，使第二加热器77中的エ质不能达到规定温度时，这时可启动燃烧炉、关闭主截止阀80和第二截止阀100，同时开启副截止阀75和旁通截止阀104，如图6中状态所示，被第二加热器77加热了的但升温不足的エ质便会经旁通管路105再进入加热器64被升温加热，为热气机形成达到作功温度的エ质。当然，这种状态下因燃烧炉只产生部分热量，仍处于节能运转状态中。在加热器和第二加热器都对エ质进行加热的运转方式中，从副气缸46排出的低温压缩气体经回热器62预热后温度可升到150°C左右，在这部分气体又被第二加热器77加热到300°C左右后再经加热器64升温加热，使其达到500°C以上的作功温度。能以燃烧炉作为基本热源，同时也能利用太阳能作为第二热源，并且在太阳能不足时还可以用燃烧炉为太阳能进行升温，通过采用这种灵活的不同热源利用方式，便可构建出节能型可再生能源绿色电站及动力源。以上各实施方案所描述的热气机采用的都是闭式循环方式，在图7给出了ー种采用开式循环的热气机，采用开式循环后，去掉了安装在排气管路中的回热器，但为了仍能利用从主气缸排出的作功后废气中的热量，从主气缸I的作功腔6经排气阀15引出的排气管20通向了燃烧炉(或燃烧器)71的进风侧73，加热器64置于燃烧炉(或燃烧器)的炉膛 72内。而主气缸I的压缩腔22通过进气单向阀24和进气管29与外界的大气连通。热气机采用开式循环后，由于不象闭式循环热气机那样可以采用很高的内循环压力，会让开式循环的热气机作功能力大幅下降，为了弥补热气机输出功率的降低，可以象内燃机那样进行废气涡轮增压。图7中的这种开式循环热气机就采用了涡轮增压系统，由图可见，出主气缸I的排气管20经涡轮增压器95的涡轮96后通向了燃烧炉(或燃烧器)71的进风侧73，增压器的进气ロ 99经压气机98后与主气缸压缩腔22的进气管29相连通，增压器内的涡轮96和压气机98是安装在同一个轴97上。另外，从排气管20上还接出一条带放气阀109的放气管路108，该放气管路的另一端与燃烧炉的炉膛72适当位置上的进风ロ 110相连通，在放气管路以外位置的排气管路20上安装有风量调节阀112。当需调小燃烧炉71的火力时，可适当关小风量调节调112，同时相应开大放气管路108上的放气阀109。经放气阀109进入燃烧炉炉膛72的仍保持一定温度的排气从加热器64的中后段流过、把加热器内的低温压缩空气预热后再排到外界，使排气中的热量被充分回收。为能利用太阳能这样的可再生资源，为图7中的这种开式循环热气机也设置了安装在第二热源通道78内的第二加热器77，各加热器及管路的布置如图7中所示，加热器64的出气侧66除经带有主截止阀80的高温管路67与主气缸I的作功腔连通外，在加热器的出气侧或加热器与主截止阀之间的高温管路67上另外接出带有副截止阀75的旁通管路105，加热器64再经该旁通管路105、置于第二热源通道78内的第二加热器77和返回管路79同主截止阀80与主气缸I之间的高温管路67相连通。这样设置后，在以燃烧炉71为エ作热源时，主截止阀80开启、副截止阀75关闭，通过加热器64被燃烧炉71加热了的作功空气沿其上主截止阀80已开启了的高温管路67流向主气缸I的作功功腔6，推动气缸中的动カ活塞4下行作功。作功后的排气从排气门15排出后通向燃烧炉71的进风侧73、參与燃烧炉内的燃料燃烧，使排气中的热量能被充分回收。在以第二热源通道78内的高温介质为工作热源吋，主截止阀80关闭、副截止阀75开启，从副气缸46而来的低温压缩空气沿供气管路61先进入燃烧炉炉膛72内的加热器64，由于这时燃烧炉已不再产生燃烧热量，这时加热器64便相当于ー个回热器，从主气缸排出的作功后废气在预热了流经加热器64内的低温压缩空气后排到外界，然后，加热器内被预热了的压缩空气再经开启的副截止阀75流向第二热源通道78内的第二加热器77，利用聚光太阳能集热器产生的高温热能加热进入第二加热器77的已被预热过的压缩空气，形成作功高温压缩空气，然后这部分高温作功气体再经返回管路79流向主截止阀以外的高温管路67，并在主气缸I中的动カ活塞4下行作功时经开启的通气阀7进入主气缸的作功腔6，推动动カ活塞对外作功。在以第二加热器77作工作热源而让燃烧炉71不产生热量时，为减少排气流经炉内燃料层116时所受的阻力，可把排气管20再经一条带有流通阀117的直通管118与躲开了炉内燃料层116的燃烧炉71的适当部位相连通。在这种状态下，可让流通阀117开启， 让通向燃烧炉进风侧73的排气管20上的风量调节阀112关闭。如利用太阳能的第二加热器77使被加热的作功气体温度在某些状态下达不到规定值，在图7中的开式循环热气机中还设置了相当于第三加热器的增温器103，增温器设在第二加热器77之后。出第二加热器77的返回管路79的开始段分成两股、形成带第二截止阀100的直通管路102和带旁通截止阀104及增温器103的第二旁通管路107，然后，直通管路102的另一端与第二旁通管路107的另一端又合成一股接回到返回管路79，之后再与主截止阀80以外的高温管路67连通。增温器103设在增温燃烧器113内，实际中，增温燃烧器即可以是ー个独立的燃烧系统，有自己的余热利用装置，也可以如图中所示，让其经带有副风量阀114的旁通风管115与从主气缸接出的排气管20相连通，让主气缸排出的部分作功后气体经副风量阀114进入增温燃烧器113内參与燃烧，对进入增温器103内温升不足的作功气体进行加热，使热气机达到规定的输出功率。当图7热气机中的第二加热器77和增温器103都进入工作状态时，虽然这时燃烧炉71不产生热量，但其炉膛72内由于有从主气缸I排出的作功后气体经炉膛内的加热器64外围流过，加热器这时便相当于回热器，使外围流过的作功后气体中的热量被充分回收。被加热器64预热了的作功气体经第二加热器77继续被加热升温，然后再被增温器103加热达到最高工作温度进入主气缸I，推动动カ活塞4对外作功。采用开式循环的热气机如不设第二加热器，当主气缸排出的作功后排气全部进入燃烧炉(或燃烧器)參与燃烧时，炉膛72内的加热器64可能吸收不了燃烧炉所产生的全部热量，为避免这种情況，图7中的热气机在排气管20上接出一条与燃烧炉的炉膛相连通的放气管路108，当通过减小向燃烧炉71的供气来相应减少供热量吋，从放气管路108排出的含有一定热量的另一部分排气仍会预热刚进入加热器64的低温压缩空气，从而让燃烧炉产生的热量相应减少，并让未进入燃烧炉的作功后排气中的热量得到回收。如这种方式仍不能解决燃烧所产生热量与加热器所吸收热量的平衡问题，还可采用如图8所示的热气机布置方案，在这种方案中，出副气缸46侧面供气单向阀55之后的供气管路61经下比例阀82后分成内管路83和外管路84，内管路83经其上的回热器62后其另一端与炉膛72内的加热器64的进气侧65连通。在加热器64的进气侧65之外还连通有设在炉膛外侧的副回热器68，该副回热器的进气侧69与从下比例阀82处接出的外管路84的另一端相连通。出主气缸排气阀15之后的排气管20经上比例阀85后分成排气管路21和回热管路87，排气管路21直接与燃烧炉71的进风侧73连通，回热管路87在把回热器62围在其中后与主气缸压缩腔22的进气管29连通。上比例阀85和下比例阀82经过连杆相连并被同时控制。热气机工作吋，当上比例阀85调大通向燃烧炉71的气流量吋，因流向回热器62外围的作功后排气会相应减小，这时下比例阀82也会相应调小流向回热器62的气流量，以适应流向回热器外围的作功后排气相对减少这ー状況。经下比例阀82流经回热器62的较小流量低温压缩空气被回热器外围的较小流量排气预热后进入加热器64的进气侧65，而从下比例阀82流出的另ー股较大流量低温压缩空气则经外管路84进入副回热器68，吸收其外围的将要流向外界的作功后气体中的热量，然后再进入前面的加热器64被从燃烧炉流出的燃气加热，形成高温作功气体。当上比例阀85调小通向燃烧炉71的气流量时，下比例阀82也会同时相应调大流向回热器62的气流量。在图8的这种开式循环热气机中，希望通过调控进入燃烧炉的进气量，让流过加热器64外围的燃气中热量继续被其后的副回热器68回收，并让从排气管20分流出的另一部分排气中的热量被回热器62回收，使燃烧炉产生的绝大部分热量都能被加热器、回热器和副回热器在不同阶段吸收，从而使热气机的热效率大幅度提闻。 热气机采用图7和图8所示的开式循环后，因循环压カ较低必须进行涡轮增压，才能使输出功率相应提高。但采用开式循环也有利于改善热气机的润滑条件，因混入循环气体中的少量润滑油会在循环中排出气缸并被燃烧炉烧掉，从而不会要求象高温闭式循环热气机那样要绝对防止润滑油进入循环系统。为使热气机具有一定的压缩比，要让副气缸的工作容积较小于主气缸，在以上所描述的闭式及开式循环热气机中，采用的都是ー个动カ活塞4经活塞杆5与下侧的ー个配气活塞49相连的结构形式，并且让副气缸的直径相应减小，以使其工作容积小于主气缸。除此之外，还可采用如图9所示的以两个主气缸I与ー个副气缸46相配合的结构布置方式，在这种布置方式中，副气缸46设在了左右两个主气缸I之间，两主气缸内的动カ活塞4同步上下移动，每侧主气缸I内的动カ活塞4分别经各自穿过下缸盖44的活塞杆5与下面各侧相应的十字头51相连，各侧的十字头则分别通过各自的连杆53与下面各自的两反向转动的曲轴54传动相连。在两十字头51之间设有相连接的横梁52，副气缸46中的配气活塞49经活塞杆50与下面的横梁52相连，以便能与两侧主气缸内的动カ活塞4同步上下移动。动カ活塞与配气活塞这样布置后，两侧主气缸I的压缩腔22分别经各侧的出气单向阀31、中间冷却器41和低温管路42后通向两主气缸中间的副气缸的供气腔48，供气腔则经供气单向阀55和分为两股的供气管路61再分别经各侧的回热器62与左右相对应的加热器64的进气侧65相连通。在开式循环热气机中，出供气单向阀55后分为两股的供气管路61是直接与左右各侧相应的加热器64的进气侧相连通的(未画)。图9中热气机的主气缸与副气缸布置方式主要适合向大功率发展，所采用的传动机构有两方面好处，首先是反转的双曲轴布置可完全平衡两侧动力活塞和中间配气活塞等所产生的往复运动惯性，让热气机的运转特别平稳。其次是被横梁52相连的两侧十字头51也互相抵消了运转时所产生的侧压力，有助于机械效率的提高。并且，三个活塞都通过各自的活塞杆与外侧的传动机构相连，在米用闭式循环时也有利于更好的密封。由于气缸的布局和传动机构都有利于让这种热气机向大功率发展，实际中把这种结构的热气机作为分布式电站、船舶及动カ源中的大功率主机是完全合适的。在本发明的热气机中，除主气缸作功腔6的通气阀7和排气阀15必须用凸轮控制夕卜，主气缸压缩腔22的出气单向阀31和进气单向阀24及副气缸46的供气单向阀55也可以不用凸轮而靠气流压カ开启，但这样会造成循环压力的较大损失，也不利于热气机转速的提高，因此，在本发明各实施例的热气机中，对安装在不同部位的各阀门都是用凸轮进行控制的。主气缸上侧作功腔6的排气阀15和下侧压缩腔22的进气单向阀24布置如图10所示，排气阀15的中间阀杆16经中间弹簧19顶在下侧压缩腔的进气单向阀24的阀杆25上(也可如图6中所示，让排气阀15的中间阀杆16直接顶在进气单向阀24的阀杆25上)，进气单向阀24的阀杆25再经下面的顶柱43被相应的凸轮28控制。由装在排气阀的中间阀杆16上的弹簧17使排气阀和进气单向阀受到关闭作用力。在这里，进气单向阀24采用了活动套装在阀杆25上的安装方式，并被下面的弹簧27作用顶在阀杆上的挡盖26上。当主气缸I中的动カ活塞4上行，让上侧的作功腔6开始向外排气、让下侧的压缩腔22开始吸气时，凸轮28便会控制进气单向阀24的阀杆25、让其上的进气单向阀经弹簧27受到开启作用力，同时也经中间阀杆16立即带动排气阀15开启，让作功腔6开始向外排气。此时，不让进气单向阀24被凸轮带动立即开启，是因为在主气缸的动カ活塞下侧余隙容积和两侧阀门的通气道容积内还存留着部分压カ较大的未排出压缩气体，随着动カ活塞4离开下止点开始上移，这些未排出压缩腔的压缩气体便会推动活塞上移，让气体压カ得到充分回收。当动カ活塞4上移到一定距离、让活塞下侧将要产生负压カ时，进气单向阀24便会被其下侧的弹簧27作用迅速开启(即图10中状态所示)，让排气阀15排出的流过回热器62外围后降温了的低温エ质又经开启的进气单向阀充入动カ活塞下侧的压缩腔22。当主气缸I中的动カ活塞4到达上止点又开始向下运行吋，凸轮28便会控制进气单向阀24和上侧的排气阀15同时关闭。排气阀15关闭后，动カ活塞上侧开始进行作功过程。进气单向阀24关闭后，动カ活塞的下侧开始进行压缩排出过程，这时因阀杆25上的挡盖26压在进气单向阀上，挡盖与单向阀之间并不漏气(參看图6)。图10中的热气机由于采用了让配气活塞49经穿过下侧密封盖45的活塞杆50再与下面的十字头51相连的结构形式，适合让闭式循环系统保持较高的密封性能，以防止曲轴箱70内的润滑油窜入闭式循环系统。在主气缸压缩腔的出气单向阀31控制中，因动カ活塞下行时，压缩腔内被压缩气体排出气缸的时刻并不是固定不变的，为适应这ー状况，采用了如图I中所示的出气单向阀结构，由图可见，出气单向阀31套装在具有挡盖34的阀杆33上，阀杆上的挡盖被其上的弹簧13作用让出气单向阀31关闭时，单向阀的底面落座在相对的阀座36上(如图10中出气单向阀31所示状态)，出气单向阀的阀杆33另一端穿过阀座36中间的套管37、经顶柱35被凸轮38控制。在出气单向阀31的底面固定有套装在阀座套管37上的导向套32，出气单向阀31通过导向套32沿阀座上的套管37滑动被控制开启和关闭，图I中所示的出气单向阀31正被向外排出的气流冲开处于开启状态。当主气缸I内的动カ活塞4行到下止点需要让出气单向阀31关闭吋，因凸轮38这时已转过顶柱35，阀杆挡盖34上面的弹簧13便会迅速下压挡盖、带动下面的出气单向阀31关闭。出气单向阀31关闭后，因阀杆的挡盖34会压在出气单向阀上，两者之间并不会让气体泄漏。在需要让出气单向阀31开启吋， 凸轮38会提前一定角度带动阀杆33让其上的挡盖34离开出气单向阀。另外，为减小气流推开出气单向阀31时所受的阻力，也可以在出气单向阀与阀座之间安装一个小弹力弹簧。在本发明的这种阀门式热气机中，无论采用开式或闭式循环，因加热器64内的エ质与外面的热源的高温介质进行的是逆流换热过程，再加上回热器62对作功后气体中的热量充分回收，会让本发明的热气机具有较高的循环热效率。在热气机循环运转中，当动カ活塞下侧进行压缩排出时，其外面所进行的中间冷却过程也产生了较大的热量损失，因压缩排出时会让被压缩的气体升到较高温度，为利用这部分热量，在图11中，通过在中间冷却器41之前先设置ー个中温散热器40，便可回收利用被压缩气体中的大部分热量。中温散热器40的具体布置如图11所示，在从主气缸压缩腔22的出气单向阀31接出的出气管路39上先设置中温散热器40，再在中温散热器之后设置中间冷却器41，中间冷却器再经低温管路42与副气缸46的供气腔48相连通。由于中温散热器40的散热温度在热气机采用较大压缩比时能达到200-300°C，在图11中，把中温散热器40作为了中温热气机94的热源，使高温热气机119产生的中冷热量损失由中温热气机进行回收并产生动力，从而组成了一个热效率更高的动カ系统。如不设置中温热气机，也可把中温散热器40作为加热其它中温介质的热源图11中的这种高中温双台热气机动カ系统有效地实现了能量的梯级利用，在高温热气机的最高工作温度达到500°C时，其循环效率可达到44%，而利用高温热气机中冷散热能量运行的中温热气机还能让总效率提高到55%，使这种双热气机动カ系统达到很高的循环效率。由于本发明的热气机可制成几马カ到几万马カ的不同机型，再通过采用双热源加热系统，便可方便地利用太阳能和生物质颗粒燃料等可再生能源。实际中，由双热源和高中温双台热气机的有机组合，就可构成最高效、最灵活的动カ系统，为今后构建可替代传统能源的绿色电站和动力源等提供了技术保障，也为农村动カ和船舶等提供了ー种可使用灵活燃料的高效动カ系统。
权利要求
1.一种阀门式热气机，包括置于外部加热系统中的加热器(64)和其中装有动力活塞(4)的主气缸(I)，在主气缸中的动力活塞上侧形成作功腔￠)、下侧形成压缩腔(22)，加热器(64)的出气侧(66)与作功腔(6)相连通，压缩腔(22)与中间冷却器(41)相连通，主气缸(I)中的动力活塞(4)经活塞杆(5)与外面传动机构的曲轴(54)传动相连，其特征在于主气缸⑴的压缩腔(22)经出气单向阀(31)、出气管路(39)、中间冷却器(41)和低温管路(42)后通向副气缸(46)的供气腔(48)，副气缸(46)的工作容积小于主气缸(I)、或者数量少于主气缸(I)，副气缸中的配汽活塞(49)经活塞杆或连杆与传动机构的曲轴传动相连，副气缸(46)的供气腔(48)经供气单向阀(55)和供气管路(61)后直接或经回热器与加热器(64)的进气侧(65)连通，加热器的出气侧(66)再经高温管路(67)和通气阀(7)通向主气缸⑴的作功腔(6);在主气缸⑴内的动力活塞⑷向下运行时，副气缸(46)内的配气活塞(49)也被带动同时向下运行，通气阀(7)被凸轮(12)控制开启、从加热器(64)产生的作功气体经通气阀(7)进入主气缸的作功腔(6)，推动动力活塞下行作功，主气缸下侧的压缩腔(22)所产生的压缩气体则经出气单向阀(31)和中间冷却器(41)进入副气缸的供气腔(48);在主气缸(I)内的动力活塞(4)向上运行时，主气缸上侧作功腔(6)的排气 阀(15)和下侧压缩腔(22)的进气单向阀(24)被凸轮(28)控制开启，让动力活塞把上侧作功腔(6)内的作功后气体经排气阀(15)向外排出、外面的气体则经进气单向阀(24)进入动力活塞下侧的压缩腔(22)，同时，副气缸中向上运行的配气活塞(49)也把供气腔(48)内的低温压缩气体经开启的供气单向阀(55)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(64)。
2.根据权利要求I所述的阀门式热气机，其特征在于副气缸(46)的供气腔(48)经供气单向阀(55)、供气管路(61)、回热器(62)和中温管路(63)通向加热器(64)的进气侧，回热器(62)置于主气缸的作功腔(6)与压缩腔(22)之间的排气管路(21)内，作功腔(6)经排气阀(15)和排气管(20)与排气管路(21)的进气侧连通，排气管路的出气侧则经进气管(29)和进气单向阀(24)与主气缸的压缩腔(22)连通。
3.根据权利要求2所述的阀门式热气机，其特征在于出回热器(62)后的中温管道(63)分成带主截止阀(80)的主中温管路(81)和带副截止阀(75)的副中温管路(76)，主中温管路(81)通向加热器(64)的进气侧(65)，副中温管路(76)经第二热源通道(78)内的第二加热器(77)和带第二截止阀(100)的外高温管路(101)通向与主气缸作功腔(6)连通的高温管路(67)，从第二加热器(77)与第二截止阀(100)之间的外高温管路(101)上接出一条带旁通截止阀(104)的旁通管路(105)，该旁通管路的另一端与加热器￠4)的进气侧(65)相连通；在利用加热器(64)外围的高温介质作为热源时，主截止阀(80)开启，副截止阀(75)、第二截止阀(100)及旁通截止阀(104)关闭；在利用第二热源通道(78)内的高温介质作为热源时，主截止阀(80)和旁通截止阀(104)关闭，副截止阀(75)和第二截止阀(100)开启；当第二热源不能把第二加热器(77)内的工质加热到规定温度时，主截止阀(80)和第二截止阀(100)关闭，副截止阀(75)和旁通截止阀(104)开启，从第二加热器(77)流出的工质再进入加热器￠4)被加热。
4.根据权利要求I所述的阀门式热气机，其特征在于从主气缸的作功腔(6)经排气阀(15)引出的排气管(20)通向燃烧炉或燃烧器(71)的进风侧(73)，加热器(64)置于燃烧炉或燃烧器的炉膛(72)内，主气缸(I)的压缩腔(22)通过进气单向阀(24)和进气管(29)与外界大气连通。
5.根据权利要求4所述的阀门式热气机,其特征在于出主气缸(I)的排气管(20)经涡轮增压器(95)的涡轮(96)后通向燃烧炉或燃烧器(71)的进风侧，增压器的进气ロ(99)经压气机(98)后与主气缸压缩腔(22)的进气管(29)连通，增压器内的涡轮(96)和压气机(98)安装在同一个轴(97)上，从排气管(20)上还接出一条带放气阀(109)的放气管路(108)，该放气管路的另一端与燃烧炉的炉膛(72)适当位置上的进风(110)相连通，在放气管路以外位置的排气管(20)上安装有风量调节阀(112)。
6.根据权利要求5所述的阀门式热气机，其特征在干加热器￠4)的出气侧￠6)除经带有主截止阀(80)的高温管路￠7)与主气缸的作功腔连通外，在加热器的出气侧或加热器与主截止阀之间的高温管路上另外接出带有副截止阀(75)的旁通管路(76)，加热器(64)再经该旁通管路(76)、置于第二热源通道(78)内的第二加热器(77)和返回管路(79)同主截止阀(80)与主气缸(I)之间的高温管路(67)连通；在以燃烧炉为工作热源时，主截止阀80开启、副截止阀(75)关闭，在以第二热源通道(78)内的高温介质为工作热源时，主截止阀(80)关闭、副截止阀(75)开启。
7.根据权利要求6所述的阀门式热气机，其特征在干出第二加热器(77)的返回管路(79)的开始段分成两股、形成带第二截止阀(100)的直通管路(102)和带旁通截止阀(104)及增温器(103)的第二旁通管路(107)，然后，直通管路(102)的另一端与第二旁通管路(107)的另一端又合成一股接回到返回管路(79)后，再与主截止阀(80)以外的高温管路(67)连通；增温器(103)设在增温燃烧器(113)内，增温燃烧器即可以是ー个独立的燃烧系统，也可以让其经带有副风量阀(114)的旁通风管(115)与从主气缸接出的排气管(20)相连通；第二加热器(77)达到规定工作温度时，第二截止阀(100)开启，旁通截止阀(104)关闭；第二加热器(77)达不到规定工作温度需增温器(103)升温时，第二截止阀(100)关闭、旁通截止阀(104)和副风量阀(114)开启。
8.根据权利要求4所述的阀门式热气机，其特征在于出副气缸(46)侧面供气单向阀(55)之后的供气管路￠1)经下比例阀(82)后分成内管路(83)和外管路(84)，内管路(83)经其上的回热器￠2)后其另一端与炉膛(72)内的加热器￠4)的进气侧￠5)连通，在加热器(64)的进气侧之外还连通有设在炉膛外侧的副回热器(68)，该副回热器的进气侧(69)与从下比例阀(82)处接出的外管路(84)的另一端连通；出主气缸作功腔排气阀(15)之后的排气管(20)经上比例阀(85)后分成排气管路(21)和回热管路(87)，排气管路(21)直接与燃烧炉(71)的进风侧(73)连通，回热管路(87)在把回热器(62)围在其中后与主气缸压缩腔(22)的进气管(29)连通；上比例阀(85)和下比例阀(82)经连杆相连被同时控制，当上比例阀(85)调大通向燃烧炉(71)的气流量时，下比例阀(82)也同时相应调小流向回热器(62)的气流量。
9.根据权利要求2、3、4、5、6、7或8所述的阀门式热气机，其特征在于副气缸(46)设在主气缸(I)的下侧，主气缸中的动カ活塞(4)经穿过下缸盖(44)的活塞杆(5)与下面副气缸(46)中的配气活塞(49)相连，配气活塞(49)再经连杆(53)与曲轴箱(10)内的曲轴(54)传动相连。
10.根据权利要求2、3、4、5、6、7或8所述的阀门式热气机，其特征在于副气缸(46)设在左右两个主气缸(I)之间，两主气缸内的动カ活塞(4)同步上下移动，每侧主气缸(I)内的动カ活塞(4)分别经各自穿过下缸盖(44)的活塞杆(5)与下面各侧相应的十字头(51)相连，各侧的十字头则分别通过各自的连杆(53)与下面各自的两反向转动的曲轴(54)传动相连，在两十字头(51)之间设有相连接的横梁(52)，副气缸(46)中的配气活塞(49)经活塞杆(50)与下面的横梁(52)相连，两侧主气缸(I)的压缩腔(22)分别经各侧的出气单向阀(31)、中间冷却器(41)和低温管路(42)后通向两主气缸中间的副气缸(46)的供气腔(48)，供气腔则经供气单向阀(55)和分为两股的供气管路￠1)直接或经回热器与左右各侧相对应的加热器出4)的进气侧￠5)相连通。
11.根据权利要求2、3、4、5、6、7或8所述的阀门式热气机，其特征在于主气缸排气阀(15)的中间阀杆(16)直接或经中间弹簧(19)顶在下侧压缩腔(22)的进气单向阀(24)的阀杆(25)上，该阀杆再经下面的顶柱(43)被相应的凸轮(28)控制，进气单向阀(24)活动套装在阀杆(25)上、并被下面的弹簧(27)作用顶在阀杆上的挡盖(26)上；当主气缸(I)中的动カ活塞(4)上行，让上侧的作功腔(6)开始向外排气，让下侧的压缩腔(22)开始吸气时，凸轮(28)便控制进气单向阀(24)的阀杆(25)、让其上的进气单向阀经弹簧(27)受到开启作用力，同时也经中间阀杆(16)带动排气阀(15)开启。
12.根据权利要求2、3、4、5、6、7或8所述的阀门式热气机，其特征在于主气缸(I)下侧压缩腔(22)的出气单向阀(31)套装在具有挡盖(34)的阀杆(33)上，阀杆上的挡盖(34)被弹簧(13)作用让出气单向阀(31)关闭时，单向阀的底面落座在相对应的阀座(36)上，阀杆(33)的另一端穿过阀座(36)中间的套管(37)后经顶柱(35)被凸轮(38)控制；在出气单向阀(31)的底面固定有套装在阀座套管(37)上的导向套(32)，出气单向阀(31)通过导向套(32)沿阀座上的套管(37)滑动被控制开启和关闭。
13.根据权利要求2、3、4、5、6、7或8所述的阀门式热气机，其特征在于在从主气缸压缩腔(22)的出气单向阀(31)接出的出气管路(39)上先设置中温散热器(40)，再在其后设置中间冷却器(41)，中间冷却器再经低温管路(42)与副气缸连通；所设的中温散热器(40)即可作为另设的中温热气机的热源，也可作为加热其它中温介质的热源。
全文摘要
一种阀门式热气机，包括置于外部加热系统中的加热器(64)、其中装有动力活塞的主气缸(1)和装有配气活塞的副气缸(46)，加热器经通气阀与主气缸上侧的作功腔(6)连通，主气缸下侧的压缩腔(22)经出气单向阀和中间冷却器(41)后与副气缸(46)连通，副气缸再经供气单向阀直接或经回热器与加热器相连通。在本发明的热气机中，只有被阀门控制进入主气缸的高温气体才会参与作功过程，这使热气机的效率得到提高。由于本发明热气机中的加热器和回热器容积不属于降低效率的无益容积，可方便地另外接入所需的第二加热器，以便能同时利用太阳能等作为第二热源，从而为构建出能利用可再生资源的分布式绿色电站及动力源等提供了技术支撑。
文档编号F03G1/00GK102661256SQ20121011902
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者韩培洲 申请人:韩培洲