[发明专利]一种外热机及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及外热机领域，特别涉及一种把外部热能转化为机械能的热机系统；同时，本发明还涉及外热机的工作方法。

背景技术

所谓外热机，是一种使用热源从热机外部加热，完成热能转换成机械能的机械装置。有代表性的是蒸汽机和斯特林发动机。蒸汽机，利用热源对水加热使之产生高压蒸汽，推动汽缸或汽轮机做功。但是蒸汽机需要水资源，同时在中温300～400℃转换效率较低，而且随着温度的降低效率下降较快。斯特林发动机，利用气体的加热膨胀与冷却压缩来做功。斯特林发动机虽不需要水，但是制造精密，密封要求非常高，成本高昂，目前离规模商业化使用仍有不少距离。本技术旨在提出一种使用气体做工质，同时制造容易的外热机。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种外热机，能有效利用气体工质，把热能转化为机械能并且制造成本相对低廉。

此外，本发明还提供上述外热机的工作方法，能有效利用气体工质，把热能转化为机械能并且制造成本相对低廉。

为解决上述技术问题，一种外热机，其包括吸热组件、气缸部件，吸热组件包括壳体和吸热芯体，吸热芯体被固定在壳体内；气缸部件包括进气阀、排气阀、气缸、缸盖和活塞；所述壳体设置有气体通道，该气体通道的一端设有吸热芯体，另一端连接气缸，气缸内的气体可通过气体通道进入吸热芯体吸收热能。本发明利用现今内燃机、压缩机领域的成熟制造技术，使机器制造简单同时成本低廉。设计上采用设置具有大表面积，对工质具有很强加热作用的吸热芯体，同时缸内气体在经活塞压缩后才进入吸热芯体，气体压缩后导热能力有较大提高，又进一步加强了对工质的加热作用，使之具备对工质的快速加热作用。本发明的加热过程与内燃机的点火爆炸效果相似，使之具备内燃机相似的循环过程，也就具备了内燃机的高效特性。同时具备利用外热的功能，使之不像内燃机仅仅局限于流体燃料，可以方便利用300℃以上的各种热源，因此，在新能源领域可以大显身手。

本发明结构简单，方便制造，可有效使用300度以上热源发电，而且不需要水，整体效率高、造价低，并且在采用闭式增压模式后能有效提高单位排量下的功率，同时延长机体的使用寿命。另外本发明也可以用于百瓦以下的领域。

在上述方案基础上，所述的壳体为T形、锥形、球形、柱形、矩形、H形或多管形。

在上述方案基础上，所述的进气阀和排气阀沿气缸镜像分布或轴向分布。

在上述方案基础上，所述的进气阀和排气阀设置于缸盖上或气缸上或两者皆有。

在上述方案基础上，所述的吸热芯体由若干层丝网叠加而成，或由多孔材料烧结而成，或由多层孔板叠加而成，并具有较小的体积表面积比。

在上述方案基础上，所述的活塞端头设置有空心杯，用于防止热量从壳体向活塞传递，活塞壁上设有散热环和密封环，其中，散热环可用于活塞散热，密封环用于阻止气缸内气体泄漏。

在上述方案基础上，所述的进气阀与气体增压设备相连。

在上述方案基础上，所述的气体增压设备包括储气罐、冷却器，储气罐与排气阀、进气阀连通，从气缸排出的气体经冷却器冷却进入储气罐。

在上述方案基础上，所述的储气罐连接风机，用于使储气罐的气体通过进气阀进入气缸。

在上述方案基础上，所述的增压设备还包括补气泵，用于补充外热机运行中泄漏的气体。

在上述方案基础上，初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；当热源对壳体加热时，将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；压缩完毕后，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近端点时进气阀、排气阀打开，气缸外冷气体在风机设备的增压作用下从进气阀进入气缸，推动缸内热气从排气阀排出，执行换气过程；换气完毕后，进气阀、排气阀关闭；活塞向第一方向运动继续下个循环。其中，第一方向与第二方向可以相反。

在上述方案基础上，初始状态，缸内有冷气，进气阀、排气阀均处于关闭状态；当热源对壳体加热时，将热量传递给吸热芯体；活塞向第一方向运动，气缸内的气体在活塞的压缩下通过气体通道进入吸热芯体吸收热能；压缩完毕后，活塞在气体的膨胀压力下向第二方向运动，对外做功，在接近第二端点时排气阀打开，活塞向第一方向运动，缸内气体在活塞的推动作用下排出气缸，活塞到达第一端点，排气阀关闭，进气阀打开，活塞向第二方向运动，缸外气体通过进气阀进入气缸，活塞到达第二端点，进气阀关闭，完成换气过程；换气完毕后，活塞向第一方向运动继续下个循环。其中，第一方向与第二方向可以相反。