一种水平对置式热能动力设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种水平对置式热能动力设备，包括集热器、保温管、气化反应器、雾化器、气缸、活塞、活塞环、自动排气阀、冷却器、储液罐、压力阀、连杆、保温层、机壳、飞轮和曲轴；气缸以曲轴为中心成180°角度水平对置设置在机壳上，气缸内设有活塞，活塞设有活塞环，活塞连接连杆，连杆连接曲轴，曲轴连接飞轮。本实用新型具有工质循环使用，无污染；热能转换效率65%-98%；能调整输出功率；在最达功率范围内能调整注液调整输出功率；机器结构简单，制造成本低，利用自动排气功能减少能量损耗；经济效益高，节能环保，噪音小，重心低、低振动、稳定性好。
【专利说明】一种水平对置式热能动力设备
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于热能动力设备领域，尤其是利用太阳能、地热、可燃物燃烧产生的 高温气体、内燃机热能或尾气、工厂排出的高温气体等热能转换成动能的动力机器。
【背景技术】
[0002] 传统的动力设备有蒸汽机、内燃机、外燃机。
[0003] 蒸汽机：离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度不能过高，排 气压力不能过低，热效率难以提高；它是一种往复式机器，惯性限制了转速的提高；工作过 程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。
[0004] 内燃机：结构复杂，对燃料要求较高，对燃料的洁净度要求严格，对环境污染。
[0005] 外燃机，如斯特林发动机是其中一种，斯特林发动机与内燃机比较具备以下优 占·
[0006] 适用于各种能源，无论是液态的、气态的或固态的燃料，当采用载热系统（如热 管）间接加热时，几乎可以使用任何高温热源（太阳能放射性同位素和核反应等），而发动 机本身（除加热器外）不需要作任何更改。同时斯特林发动机无需压缩机增压，使用一般 风机即可满足要求，并允许燃料具有较高的杂质含量；斯特林发动机单机容量小，机组容量 从20 - 50kw，可以因地制宜的增减系统容量；结构简单，零件数比内燃机少40%，降价空间 大；维护成本低。
[0007] 斯特林发动机在运行时，由于燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，独立于燃气的 工质通过加热器吸热，并按斯特林循环对外做功，因此避免了类似内燃机的爆震做功和间 歇燃烧过程，从而实现了高效、低噪和低排放运行。高效：总能效率达到80%以上；低噪：1 米处裸机噪音底于68dBA ;低排放：尾气排放达到欧5标准。
[0008] 由于工质不燃烧，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。外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢 气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。 只要热腔达到700°C，设备即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。外燃机最大的优点 是出力和效率不受海拔高度影响，非常适合于高海拔地区使用。
[0009] 同时斯特林发动机尚存在的主要问题和缺点是：制造成本较高，工质密封技术较 难，密封件的可靠性和寿命还存在问题，材料成本高，功率调节控制系统较复杂，机器较为 笨重；膨胀室、压缩室、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。
[0010] 有机朗肯循环系统包括泵、蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器等。集热器吸收太阳辐 照，集热器内换热介质温度升高，换热介质通过蒸发器把热量传给有机工质。有机工质在蒸 发器中定压加热，高压的气态有机工质进入膨胀机膨胀做功，带动发电机发电；膨胀机尾部 排出的有机工质进入冷凝器中定压冷凝，冷凝器出口的有机工质经过泵加压后进入蒸发器 完成一次发电循环。
[0011]有机朗肯循环系统存在转换效率不高，体积大，需要借助结构复杂的膨胀机做功。 [0012] 水平对置发动机，发动机活塞平均分布在曲轴两侧，在水平方向上左右运动。使发 动机的整体高度降低、长度缩短、整车的重心降低，车辆行驶更加平稳，发动机安装在整车 的中心线上，两侧活塞产生的力矩相互抵消，大大降低车辆在行驶中的振动，使发动机转速 得到很大提升，减少噪音。
[0013] 水平对置发动机的最大优点是重心低。由于它的汽缸为"平放"，不仅降低了汽车 的重心，还能让车头设计得又扁又低，这些因素都能增强汽车的行驶稳定性。同时，水平对 置的汽缸布局是一种对称稳定结构，这使得发动机的运转平顺性比V型发动机更好，运行 时的功率损耗也是最小。当然更低的重心和均衡的分配也为车辆带了更好的操控性。低重 心：产生的横向震动容易被支架吸收、有效将全车较重的发动机重心降低，更容易达到整体 平衡。低振动：活塞运动的平衡良好（180度左右抵消)。相比直列式，在曲轴方面所需的平 衡配重因素减少，有助转速提升。它能保持650转的低转速，并保证发动机平稳的工作。同 样相比其它发动机行式油耗最低。
[0014] 缺点是：除了因为水平对置结构较为复杂外，还有如机油润滑等问题很难解决。横 置的气缸因为重力的原因，会使机油流到底部，使一边气缸得不到充分的润滑。虽然保时捷 和斯巴鲁很好的解决了众多技术难题，但高精度的制造要求也带来了更高的养护成本，并 且由于机体较宽，因而并不利于布局。
【发明内容】
[0015] 本实用新型克服了存在的膨胀室、压缩室、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倍等问题；克服了有机朗肯循环系统需要膨胀机或汽轮机，制 造成本高的技术难题。本实用新型提出的水平对置式热能动力设备是利用现有水平对置式 发动机结构，结合斯特林发动机和有机朗肯循环系统优点的热动力机器。由集热器把热能 吸收后对气化反应器进行加热，使工质高温气化彭胀推动活塞产生动能做功。
[0016] 本实用新型提供了 一种热能转换效率1?、工质能循环使用、最大功率范围内能调 整工质数量来调整输出功率、能通过调整温度进行调整输出功率、机器输出功率平稳的热 动力设备。
[0017] 本实用新型采用的技术方案是：一种水平对置式热能动力设备，包括集热器、保温 管、气化反应器、雾化器、气缸、活塞、活塞环、自动排气阀、冷却器、储液罐、压力阀、连杆、保 温层、机壳、飞轮和曲轴；气缸以曲轴为中心成180°角度水平对置设置在机壳上，气缸内 设有活塞，活塞设有活塞环，活塞连接连杆，连杆连接曲轴，曲轴连接飞轮，曲轴通过轴承固 定在机壳上；集热器通过保温管连接气化反应器，气化反应器进气端设有雾化器，雾化器通 过管道连接压力阀，压力阀通过管道连接储液罐；气化反应器设置在气缸的上止点；气缸 的下止点设有自动排气阀，自动排气阀通过管道连接冷却器，冷却器通过管道连接储液罐； 气缸外层设有保温层。
[0018] 进一步，集热器能吸收太阳能、地热、可燃物燃烧产生的高温气体、内燃机尾气、工 厂排出的高温气体等热能。
[0019] 进一步，气化反应器包括压力壳、气化导热片、气孔、雾化器，气化导热片设置在压 力壳上，气化导热片上阵列设有气孔，压力壳进气端设有雾化器。
[0020] 进一步，压力阀关联曲轴，每完成一次循环压力阀开启关闭一次。
[0021] 上述水平对置式热能动力设备做功的方法是：集热器吸收太阳能、地热、可燃物燃 烧产生的高温气体、内燃机热能或尾气、工厂排出的高温气体等热能直接或者通过管道传 递热量给气化反应器，管道内设有流动的导热介质；液体工质通过压力阀注入到气化反应 器雾化，气化反应器对雾化的工质进行气化膨胀；活塞到达气缸的下止点时，做功气体通过 自动排气阀排出，排出的气态工质通过冷却器冷却，此时另一活塞到达气缸的上止点，此气 缸的压力阀打开，液体工质通过雾化器注入到气化反应器内气化膨胀推动活塞做功；压力 阀轮流开启关闭，两组对置式气缸内的活塞轮流做功，动能通过连杆输出。
[0022] 本实用新型的优点是：1.工质循环使用，无污染；2.热能转换效率65%_98% ;3.能 根据所需功率调整机器气缸容量和数量调整输出功率；4.在最达功率范围内能调整注液 调整输出功率；5.该设备是对工质进行气化做功整个过程不产生爆震；6.机器结构简单， 制造成本低，利用自动排气功能减少能量损耗；7.做功功率是单缸做功功率的多倍；8.能 替代常规能源消耗，经济效益高，节能环保，噪音小；9.重心低、低振动、稳定性好。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型结构示意图；
[0024] 图2是本实用新型气化反应器结构示意图；
[0025] 图中：1为集热器；2为保温管；3为气化反应器；4为雾化器；5为气缸；6为活塞； 7为活塞环；8为自动排气阀；9为冷却器；10为储液罐；11为压力阀；12为连杆；13为保温 层；14为机壳；15飞轮；16为曲轴；17为压力壳；18为气化导热片；19为气孔。
【具体实施方式】
[0026] 参照附图1-2,本实用新型的实施方式是：
[0027] 实施例1
[0028] -种水平对置式热能动力设备，包括集热器1、保温管2、气化反应器3、雾化器4、 气缸5、活塞6、活塞环7、自动排气阀8、冷却器9、储液罐10、压力阀11、连杆12、保温层13、 机壳14、飞轮15和曲轴16 ;气缸5以曲轴16为中心成180°角度水平对置设置在机壳14 上，气缸5内设有活塞6,活塞6设有活塞环7,活塞6连接连杆12,连杆12连接曲轴16,曲 轴16连接飞轮15,曲轴16通过轴承固定在机壳14上；集热器1通过保温管2连接气化反 应器3，气化反应器3进气端设有雾化器4,雾化器4通过管道连接压力阀11，压力阀11通 过管道连接储液罐10 ;气化反应器3设置在气缸5的上止点；气缸5的下止点设有自动排 气阀8,自动排气阀8通过管道连接冷却器9,冷却器9通过管道连接储液罐10 ;气缸5外 层设有保温层13。
[0029] 实施例2
[〇〇3〇] 如实施例1中的水平对置式热能动力机器，所述气化反应器3包括压力壳17、气化 导热片18、气孔19、雾化器4,气化导热片18设置在压力壳17上，气化导热片18上阵列设 有气孔19,压力壳17进气端设有雾化器4 ;所述压力阀11关联曲轴13,每完成一次循环压 力阀开启关闭一次；冷却器是自然水冷。
【权利要求】
1. 一种水平对置式热能动力设备，包括集热器（1)、保温管（2)、气化反应器（3)、雾化 器（4)、气缸（5)、活塞（6)、活塞环（7)、自动排气阀（8)、冷却器（9)、储液罐（10)、压力阀 (11)、连杆（12)、保温层（13)、机壳（14)、飞轮（15)和曲轴（16);气缸（5)以曲轴（16)为中 心成180°角度水平对置设置在机壳（14)上，气缸（5)内设有活塞（6)，活塞（6)设有活塞环 (7)，活塞（6)连接连杆（12)，连杆（12)连接曲轴（16)，曲轴（16)连接飞轮（15)，曲轴（16) 通过轴承固定在机壳（14)上；集热器（1)通过保温管（2)连接气化反应器（3)，气化反应器 (3 )进气端设有雾化器（4 )，雾化器（4 )通过管道连接压力阀（11)，压力阀（11)通过管道连 接储液罐（10);气化反应器（3)设置在气缸（5)的上止点；气缸（5)的下止点设有自动排气 阀（8 )，自动排气阀（8 )通过管道连接冷却器（9 )，冷却器（9 )通过管道连接储液罐（10 );气 缸（5)外层设有保温层（13)。
2. 如权利要求1所述水平对置式热能动力设备，其特征是，所述集热器（1)能吸收太阳 能、地热、可燃物燃烧产生的高温气体、内燃机尾气、工厂排出的高温气体。
3. 如权利要求1所述水平对置式热能动力设备，其特征是，所述气化反应器（3)包括 压力壳（17)、气化导热片（18)、气孔（19)、雾化器（4)，气化导热片（18)设置在压力壳（17) 上，气化导热片（18)上阵列设有气孔（19)，压力壳（17)进气端设有雾化器（4)。
4. 如权利要求1所述水平对置式热能动力设备，其特征是，所述压力阀（11)关联曲轴 (13)，每完成一次循环压力阀开启关闭一次。
【文档编号】F02G1/044GK203892051SQ201420214965
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】郭远军 申请人:郭远军