[实用新型]一种单阀结构的活塞式膨胀机系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多级活塞式膨胀机系统，特别是一种带再热功能的单阀结构的多级活塞式膨胀机系统。 

背景技术

当前传统的各种动力设备，比如分布式电源、移动动力等，一方面消耗了大量的消耗化石燃料，另一方面其尾气排放导致了一系列的环境污染问题，引起了人们广泛的关注。迫切需要研发低污染/无污染、高效的动力系统。 

有研究者通过改造传统的内燃机，提出了基于压缩空气的活塞式膨胀机。该系统除掉内燃机的供油系统，改造进排气门以及进排气凸轮等，利用高压气源为膨胀机供气，转化为膨胀机的轴功。公布的资料显示该膨胀机为单级系统，具有进、排气的双阀结构，其结构较为复杂，工作参数较低（工作压力、温度等），存在一定的密封困难的问题，膨胀机效率较低。单阀结构膨胀机只有一个进气阀，位于气缸的顶端，排气阀位于活塞的下止点附近，不需要专门的控制机构实现其关闭，具有结构简单的特点。 

为缓解当前动力领域的耗能和污染问题，迫切需要高效、环境友好以及适用于分布式能源和移动动力领域的单阀结构的活塞式膨胀机系统。 

发明内容

针对现有技术的缺点和不足，本实用新型公开了一种多级活塞式膨胀机系统，是新型的带再热的单阀结构的多级活塞式膨胀机系统，目的是提供一种结构简单、紧凑、效率高、运行可靠、运行成本低、膨胀比高、环境友好、能利用中低温热值的单阀结构的多级活塞式膨胀机系统。 

为达到上述目的，本实用新型的技术解决方案是： 

一种单阀结构的活塞式膨胀机系统，包括多级膨胀机，每一级膨胀机包括：气缸与活塞机构、进气结构、排气结构、连杆与曲轴运动系统，其特征在于，所述气缸与活塞机构包括气缸、置于气缸中的活塞，所述气缸的侧壁上设有若干排气门，所述活塞的裙部设有活塞环；所述进气结构包括进气腔及置于其中的进气阀体，所述进气腔设置于气缸的顶部，其侧壁设有进气口，底部与气缸进气门联通，所述进气阀体用以控制所述进气门的开闭；所述排气结构包括置于气缸外壁的排气腔，所述排气腔通过所述排气门与气缸联通，排气腔的侧壁上设有排气口；所述连杆与曲轴运动系统包括连杆、曲轴，所述连杆一端与活塞连接，另一端与曲轴连接；所述多级膨胀机连接在同一个曲轴上，其中，第一级膨胀机的进气口通过管线与高压气体源联通，上一级膨胀机的排气口与下一级膨胀机的进气口通过管线联通，第一级膨胀机的进气管线中、及相邻两级膨胀机之间的通气管线中均设有再热设备。 

所述的活塞式膨胀机系统的级数为2~8级，级数的多少由能量转换系统所需完成的膨胀比大小决定。各级共用一个曲轴，输出轴功，各级具有相同的旋转速度。各级之间有多种布置方案：a）各个气缸的轴心线位于同一个平面上，置于曲轴的同侧或者两侧；b）各级气缸轴心线为V行布置；c）各级气缸轴心线W型布置；d）各级气缸轴心线为双V型布置；e）各级气缸轴心围绕曲轴星型均匀布置。 

本实用新型的活塞式膨胀机系统，其每一级为单阀结构，气缸的进、排气门附近皆有一定的缓冲容积称为进气腔和排气腔。当活塞上行接近上止点附近时，进气阀开启，该级膨胀机进气，活塞下行到一定的位置，进气阀关闭。气缸排气门位于气缸下止点附近，排气门小孔沿气缸圆周均匀分布；当活塞下行至下止点附近时，排气门开启，气缸排气进入排气腔；当活塞从下止点上行到 一定位置时，排气阀关闭。排气腔内的气体经过排气门进入下一级膨胀机循环。 

当经过加热的高压气体进入气缸内后，驱动活塞运动，活塞的动能通过连杆机构转化为曲轴的轴功输出。 

本实用新型的活塞式膨胀机系统的流程为： 

高压气体经过再热系统，吸收热量，被加热的该高压的气体进入膨胀机第一级的进气腔，活塞部件上行至气缸上止点附近时刻时，进气阀开启，被加热高压气体进入气缸内部。活塞从上止点下行，经过一定的时间后，进气阀关闭，进入气缸内部的高压的气体驱动活塞运动，活塞的动能通过连杆与曲轴机构输出轴功。当活塞下行接近下止点位置时，气缸排气门开启，经过该级膨胀机膨胀的气体进入排气腔。然后活塞从下止点向上止点方向运动，压缩气缸内的气体，直至进气阀开启，开始进气过程，本级膨胀机进入下一个循环。排气腔内的空气后经过排气口进入下一级膨胀机循环。 

所述的活塞式膨胀机系统，每一级存在一个进气腔。进气腔内的高压气体与进气阀弹簧共同作用于进气阀上，为进气阀提供预紧力。每一级存在一个排气腔，排气腔位于气缸的外壁，与气缸的排气门以及本级的排气口联通。