液体活塞旋转气缸及使用该气缸的热气的制造方法
【专利摘要】一种液体活塞旋转气缸，包括冷气液缸、热气液缸和驱动结构，所述冷气液缸和所述热气液缸通过气体通道连通，所述驱动结构驱动所述热气液缸和所述冷气液缸作旋转运动，在所述冷气液缸和所述热气液缸上分别设液体通道，在所述冷气液缸和所述热气液缸内的、所述液体通道的端部为所述液体通道的头部，所述头部设置在所述冷气液缸和所述热气液缸旋转时的最低液面以下。本发明省略了热气机的活塞曲柄连杆机构，由驱动结构控制的热气液缸和冷气液缸做高速旋转运动，使液体活塞模式的气缸更易实施，热气液缸和冷气液缸的液体工质经液压动力系统均可对外输出动力，从而可以大大提高热气机的效率。
【专利说明】液体活塞旋转气缸及使用该气缸的热气机
【技术领域】
[0001]本发明涉及热能与动カ领域，尤其是一种气缸及使用该气缸的热气机。
【背景技术】
[0002]活塞式热气机中最重要的部件就是活塞，活塞的功能是密封与传力，即活塞要尽可能地使高压气体エ质不泄漏，并且将高压气体エ质的压カ传递出去。传统活塞式热气机的活塞都是具有某种几何形状的固体构件，为此，由于加工误差、受カ形变、冷热变形以及磨损等问题，活塞式热气机的活塞与配合件(缸套等)的密封问题，特别是转子发动机的活塞与配合件(转子发动机的壳体)的密封问题，一直是影响发动机效率和寿命的关键问题之一。不仅如此，传统活塞式热气机的活塞传力都是由曲柄连杆机构完成的，而曲柄连杆机构的体积和重量都十分庞大，影响发动机的整体质量、效率和制造成本。所以，急需发明ー种能够不受密封壳体(例如缸套)形状及其加工误差、不受受カ形变、冷热变形以及磨损等问题的影响具有良好密封功能和传カ功能、能省略曲柄连杆机构的实现斯特林循环模式和卡诺循环模式的热气机。
【发明内容】
[0003]本发明提出的技术方案如下:
方案1:ー种液体活塞旋转气缸，包括冷气液缸、热气液缸和驱动结构，所述冷气液缸和所述热气液缸通过气体通道连通，所述驱动结构驱动所述热气液缸和所述冷气液缸作旋转运动，在所述冷气液缸和所述热气液缸上分别设液体通道，在所述冷气液缸和所述热气液缸内的、所述液体通道的端部为所述液体通道的头部，所述头部设置在所述冷气液缸和所述热气液缸旋转时的最低液面以下。
[0004]方案2:在方案I的基础上，在所述气体通道上设回热器。
[0005]方案3:在方案I或2的基础上，所述液体通道的所述头部设为多个。
[0006]方案4:在方案2的基础上,在所述冷气液缸或在所述回热器和所述冷气液缸之间的所述气体通道上设降温器。
[0007]方案5:在方案I的基础上,在所述冷气液缸上设降温器。
[0008]方案6:在方案I或2的基础上，所述热气液缸通过外燃的形式进行加热。
[0009]方案7:在方案I或2的基础上，所述热气液缸上设燃料入ロ，所述热气液缸通过内燃的形式进行加热。
[0010]方案8:在方案I或2的基础上，在所述冷气液缸或在所述热气液缸上设エ质入□。
[0011]方案9:在方案I或2的基础上，在所述冷气液缸或在所述热气液缸上设エ质导出□。
[0012]方案10:在方案I或2的基础上,所述冷气液缸和所述热气液缸对置设置。
[0013]方案11:在方案I或2的基础上，所述液体通道的尾部包括液体エ质出口和液体工质回流口。
[0014]方案12:—种使用所述液体活塞旋转气缸的热气机，所述液体通道的尾部包括液体工质出口和液体工质回流口，所述液体工质出口与液压动力机构的液体入口连通，所述液压动力机构的液体出口与液体工质回送系统连通，所述液体工质回送系统与所述液体工质回流口连通。
[0015]方案13:—种使用所述液体活塞旋转气缸的热气机,所述热气液缸上的所述液体通道经往复动力机构与所述冷气液缸上的所述液体通道连通。
[0016]方案14:在方案13的基础上，所述往复动力机构包括液压动力机构和液体工质回送系统，所述液压动力机构和液体工质回送系统受过程控制机构控制。
[0017]本发明的原理是:气体工质产生的压力作用于所述热气液缸或所述冷气液缸内的液体工质，所述液体工质作为活塞承担对气体工质的密封和传力作用；所述驱动结构使所述热气液缸和所述冷气液缸处于高速旋转状态，利用离心力保持气体工质和液体工质间的界面稳定、防止相互混合；所述液压动力机构对外输出动力，所述液体工质回送系统将做功后的液体工质回送到所述热气液缸或所述冷气液缸。
[0018]本发明中，所谓的液体工质是指一切可以用于推动所述液压动力机构的液体，如水、油、液压油、液体二氧化碳、液氮、液氦等；所述气体工质是指燃料与含氧气体或氧气燃烧所形成的气体。所述气体工质和所述液体工质可以是同一种的物质的两种不同状态，也可以是不同物质，所谓的含氧气体是指含有氧气的气体。
[0019]本发明中，所谓的往复动力机构是指可将不同流向的液体的动能转化为动力的装置，例如齿轮马达等。
[0020]当本发明所公开的所述液体活塞旋转气缸用于车辆时，可以省略变速箱和制动系统，其速度控制通过电脑控制相应的阀来实现车辆的行驶、刹车、加减速及负荷响应。
[0021]本发明中，应根据液压领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等，例如在适当的位置设其他控制阀、蓄能储罐、泵等必要装置。
[0022]本发明的有益效果如下:
本发明省略了热气机的活塞曲柄连杆机构，可制造效率高、体积小、重量轻的大功率热气机，由驱动结构控制的所述热气液缸和所述冷气液缸做高速旋转运动，使液体活塞模式的气缸更易实施，所述热气液缸和所述冷气液缸的液体工质经所述液压动力系统均可对外输出动力，从而可以大大提高热气机的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；
图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；
图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；
图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；
图5所示的是本发明实施例5的结构示意图，
图中:
I冷气液缸、2热气液缸、3回热器、4驱动结构、5气体通道、6液体通道、7降温器、8气体工质、9液体工质、10工质导出口、11液氧入口、12液压动力机构、13液体工质回送系统、13001热液体エ质回送系统、13002冷液体エ质回送系统、14往复动力机构、15液体エ质出ロ、16液体エ质回流ロ、17受过程控制机构、18、气液隔离膜、21燃料入口、2002A/B液压动力出口。
【具体实施方式】
[0024]实施例1
如图1所不的液体活塞旋转气缸，包括冷气液缸1、热气液缸2和驱动结构4,所述冷气液缸I和所述热气液缸2通过气体通道5连通，所述驱动结构4驱动所述热气液缸2和所述冷气液缸I作旋转运动，在所述冷气液缸I和所述热气液缸2上分别设液体通道6,在所述冷气液缸I和所述热气液缸2内的、所述液体通道6的端部为所述液体通道6的头部，所述头部设置在所述冷气液缸I和所述热气液缸2旋转时的最低液面以下，保证只有液体エ质可以通过所述液体通道6进出所述冷气液缸I和所述热气液缸2。
[0025]气体エ质通过所述气体通道5进出所述冷气液缸I和所述热气液缸2，所述驱动机构4带动所述冷气液缸I和所述热气液缸2做旋转运动，形成的离心カ可使气体エ质和液体エ质分离，所述离心力和所述热气液缸2的エ质加热后产生压カ推动所述液体エ质由所述液体通道6流出；当需要往所述冷气液缸I和所述热气液缸2中补充液体エ质时，所述驱动结构4可控制所述冷气液缸I和所述热气液缸2的转速变慢或停止，以使所述液体エ质更容易充入。
[0026]本实施例中，在所述冷气液缸I上设降温器7以使其降温，所述热气液缸2通过外燃的形式进行加热；所述气体通道5和所述液体通道6设在所述冷气液缸I和所述热气液缸2的旋转轴上，所述液体通道6的所述头部为两个。
[0027]实施例2
如图2所示的液体活塞旋转气缸，在与实施例1的基础上:在所述气体通道5上设回热器3，所述液体通道6的尾部由液体エ质出ロ 15和液体エ质回流ロ 16构成，所述液体通道6包括液体エ质流出通道和液体エ质回流通道，所述液体エ质出口 15即为所述液体エ质流出通道的エ质出口，所述液体エ质回流ロ 16即为所述液体エ质回流通道的エ质入口。
[0028]当所述热气液缸2中的气体エ质流向所述冷气液缸I中时，将一部分热量留在所述回热器3中，当所述冷气液缸I内的气体エ质流向所述热气液缸2中时，可将所述回热器3中的热量带回所述热气液缸2中，从而提高工作效率。
[0029]实施例3
如图3所不的液体活塞旋转气缸,在实施例1的基础上:所述冷气液缸I和所述热气液缸2分别由两个独立的驱动机构驱动，从而可以使所述冷气液缸I和所述热气液缸2的转速控制更为容易，也可以只驱动所述冷气液缸I转动或只驱动所述热气液缸2转动，所述热气液缸2上设燃料入口 21和火花塞，所述热气液缸2通过内燃的形式进行加热，在所述热气液缸2上设エ质导出ロ 10，以排出所述热气液缸2的内燃燃烧产物。
[0030]本实施例中,所述冷气液缸I和所述热气液缸2的旋转轴垂直于地面设置，以减少重力对所述液体エ质旋转时产生的阻力；所述热气液缸2通过内燃的形式进行加热，可以大大的減少外燃形式的热损耗。
[0031]作为可以变换的实施方式，所述エ质导出ロ 10还可设置在所述冷气液缸I上或所述气体通道5上。
[0032]作为可以变换的实施方式，实施例1和实施例2中的可变换的实施方式中，也可参照本实施例的方案设置所述冷气液缸1、所述热气液缸2和所述工质导出口 10。
[0033]作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有实施方式中，所述冷气液缸I或所述热气液缸2上设工质入口，用来补偿所述冷气液缸I和所述热气液缸2内的液体工质；从所述工质入口喷入所述冷气液缸I的工质可为冷却液体，以对所述冷气液缸I内的气体工质进行冷却。
[0034]作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有实施方式中，所述气体通道5和所述液体通道6也可以不设在所述旋转轴上。
[0035]作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有实施方式中，所述液体通道6的头部可为一个、三个或多个的任意数目，或设为圆盘形。
[0036]作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有设有所述回热器3实施方式中，可在所述回热器3和所述冷气液缸I之间的所述气体通道5上设降温器7。
[0037]实施例4
如图4所示的一种使用实施例2的所述气缸的热气机，所述液体工质出口 15与液压动力机构12的液体入口连通，所述液压动力机构12的液体出口与液体工质回送系统13连通，所述液体工质回送系统13与所述液体工质回流口 16连通，所述液压动力机构12对外输出动力，所述液体工质回送系统13将所述液体工质回送到所述冷气液缸I或热气液缸2。
[0038]所述热气机的工作过程为:所述驱动机构4带动所述冷气液缸I和热气液缸2旋转产生的离心力、所述气体工质受热膨胀和遇冷收缩产生的作用力，使所述液体工质9推动所述液压动力机构12对外输出动力；做功完成后的所述液体工质再分别由所述液体工质回送系统13回送到所述冷气液缸I和热气液缸2内。
[0039]作为可以变换的实施方式，实施例1和实施例3中的可变换的实施方式，也可以应用于该热气机。
[0040]实施例5
如图5所不的一种使用实施例2的所述气缸的热气机,所述热气液缸2的所述液体通道6经往复动力机构14与所述冷气液缸I的所述液体通道6连通，所述往复动力机构14包括液压动力机构12和两个液体工质回送系统13，所述液压动力机构12和液体工质回送系统13受过程控制机构17控制。
[0041]所述冷气液缸经所述冷液体工质往复口分别与所述液压动力机构的工质入口和工质出口连通，所述热气液缸经所述热液体工质往复口分别与所述液压动力机构的工质入口和工质出口连通。
[0042]所述冷液体工质回送系统13002与所述热液体直流通道并列设置在所述热气液缸2与所述液压动力机构12的连通通道上；
所述热液体工质回送系统13001与所述冷液体直流通道并列设置在所述冷气液缸I与所述液压动力机构12的连通通道上。
[0043]本实施例中，为了控制流体的流动方向，在所述冷液体工质往复口与所述液压动力机构12的工质入口之间的连通通道上设允许工质流向所述液压动力机构12的工质入口的单向阀，在所述热液体工质往复口与所述液压动力机构12的工质入口之间的连通通道上设允许工质流向所述液压动力机构12的工质入口的单向阀，在所述冷液体工质往复口与所述液压动力机构12的工质出口之间的连通通道上设允许工质流向所述冷液体工质往复口的单向阀，在所述热液体工质往复口与所述液压动力机构12的工质出口之间的连通通道上设允许工质流向所述热液体工质往复口的单向阀，在所述冷液体直流通道和所述热液体直流通道上分别设置允许工质流向所述液压动力机构12的工质入口的单向阀。作为可以变换的实施方式，还可以通过其他方式控制流体的流动方向，比如设置控制阀。
[0044]所述冷气液缸I内的冷液体工质的作用与传统活塞式发动机中的活塞的密封和传力作用相同，所述冷气液缸I内的冷气体工质和所述冷液体工质的相互作用关系与传统活塞式发动机中的气态工质和活塞的作用关系相同，在一个工作循环的某一过程中，所述冷气体工质对所述冷液体工质施压迫使所述冷液体工质推动所述液压动力机构12对外做功，此时所述热液体工质回送系统13001处于关闭状态，随之所述冷液体工质经液压动力出口 2002B进入所述冷液体工质回送系统13002，在所述过程控制机构17的作用下，所述冷液体工质被回送到所述热气液缸2，在一个工作循环的另一过程中，所述热气体工质迫使热液体工质对所述液压动力机构12做功，此时所述冷液体工质回送系统13002处于关闭状态，随后热液体工质经液压动力出口 2002A进入所述热液体工质回送系统13001，在所述过程控制机构17的作用下，所述热液体工质被回送到所述冷气液缸1，此时一个循环完成，在循环的过程中，所述冷液体工质和所述热液体工质均对所述液压动力机构12做功。
[0045]通过设置所述往复动力机构14，可以使所述冷气液缸I和所述热气液缸2流出的液体经一个所述液压动力机构12输出动力，可以控制所述冷气液缸I和所述热气液缸2中的液体工质的量。
[0046]作为可以变换的实施方式，实施例1和实施例3中的可变换的实施方式，也可以应用于该热气机。
[0047]显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种液体活塞旋转气缸,包括冷气液缸(I)、热气液缸(2 )和驱动结构(4 ),其特征在于:所述冷气液缸(I)和所述热气液缸(2)通过气体通道(5)连通，所述驱动结构(4)驱动所述热气液缸(2)和所述冷气液缸(I)作旋转运动，在所述冷气液缸(I)和所述热气液缸(2)上分别设液体通道(6)，在所述冷气液缸(I)和所述热气液缸(2)内的、所述液体通道(6)的端部为所述液体通道(6)的头部，所述头部设置在所述冷气液缸(I)和所述热气液缸(2)旋转时的最低液面以下。
2.如权利要求1所述液体活塞旋转气缸，其特征在于:在所述气体通道(5)上设回热器(3)。
3.如权利要求1或2所述液体活塞旋转气缸，其特征在于:所述液体通道(6)的所述头部设为多个。
4.如权利要求2所述液体活塞旋转气缸，其特征在于:在所述冷气液缸(I)或在所述回热器(3)和所述冷气液缸(I)之间的所述气体通道(5)上设降温器(7)。
5.如权利要求1所述液体活塞旋转气缸，其特征在于:在所述冷气液缸(I)设降温器(7)。
6.如权利要求1或2所述液体活塞旋转气缸，其特征在于:所述热气液缸(2)通过外燃的形式进行加热。
7.如权利要求1或2所述液体活塞旋转气缸，其特征在于:在所述热气液缸(2)上设燃料入口(21)，所述热气液缸(2)通过内燃的形式进行加热。
8.如权利要求1或2所述液体活塞旋转气缸，其特征在于:在所述冷气液缸(I)上或在所述热气液缸(2)上设工质入口。
9.如权利要求1或2所述液体活塞旋转气缸，其特征在于:在所述冷气液缸(I)上或在所述热气液缸(2)上设工质导出口(10)。
10.如权利要求1或2所述液体活塞旋转气缸，其特征在于:所述冷气液缸(I)和所述热气液缸(2)对置设置。
【文档编号】F02G1/043GK103498736SQ201310436446
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】靳北彪 申请人:摩尔动力(北京)技术股份有限公司