[发明专利]超临界二氧化碳为工作介质的转子式高转速外燃热机

说明书

技术领域

本发明涉及的是将热能转换成机械能的技术领域。

背景技术

现有内燃机广泛的应用在各个领域中，其中汽车应用的数量是最多的，给人类生活带来了诸多便利，但其热/机转换效率一般是在20%～40%之间，其余60%～80%的热能无法利用而需要向外排放，同时因燃料不能完全燃烧，其尾气将向空气中排放大量的污染气体，使空气受到严重的污染，具统计这些是造成地球环境变暖的主要原因之一。给人类将来的生活环境带来了无法挽回的损失与破坏。

斯特林发动机是斯特林于1816年发明的。斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷收缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。由于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。

但是，斯特林发动机还有许多问题要解决，例如功率/重量比小、结构复杂及密封困难而无法实现零泄漏的问题等。所以，还不能成为大批量使用的发动机。

发明内容

本发明是为了克服现有内燃机热转换效率低（在20%～40%之间），燃烧不完全而向空气中排放大量的污染气体的问题，及现有斯特林发动机还存在功率/重量比小、结构复杂及密封困难而无法实现零泄漏的问题等。进而提出了一种超临界二氧化碳为工作介质的转子式高转速外燃热机。

超临界二氧化碳为工作介质的转子式高转速外燃热机由n个热泵装置、转子式液动马达、壳体、电动机、旋转变直线往复运动装置、超临界二氧化碳、气体介质组成；

所述n为大于零的整数；所述热泵装置由缸体、活塞、第一单向阀、第二单向阀、连杆组成；活塞的两端面上都各开有并与其内部空腔连通的通孔，活塞的内部空腔中设置有用于储热的金属网或颗粒；缸体的两端都为封闭端，缸体的右端为吸热端，缸体的左端为放热端；活塞设置在缸体内部；第一单向阀的出口与缸体的内部空腔连通；第二单向阀的进口与缸体的内部空腔连通；连杆的右端与活塞左侧端面连接，连杆的左端滑动密封穿过缸体的左端壁；所述转子式液动马达由三角转子、旋轮线-茧形壳体、输出轴组成；三角转子设置在旋轮线-茧形壳体中，三角转子的三个顶边随着旋轮线-茧形壳体内圆周的椭圆形内壁而运动，将旋轮线-茧形壳体内部空间总是分成三个工作室，同时三角转子的内圆上的内齿与旋轮线-茧形壳体轴心上输出轴上的外齿啮合，在旋轮线-茧形壳体上侧直边的左侧附近开有与其内部空间相连通的第一管口，在旋轮线-茧形壳体上侧直边的右侧附近开有与其内部空间相连通的第二管口，在旋轮线-茧形壳体下侧直边的左侧附近开有与其内部空间相连通的第三管口，在旋轮线-茧形壳体下侧直边的右侧附近开有与其内部空间相连通的第四管口；电动机的输出转轴与旋转变直线往复运动装置的转动输入端传动连接；旋转变直线往复运动装置有N个直线往复运动输出端，N=n；热泵装置的连杆的左端连接在旋转变直线往复运动装置的一个直线往复运动输出端上；所有热泵装置的第二单向阀的出口都互相连通后，与转子式液动马达的第二管口和第三管口互相连通；所有热泵装置的第一单向阀的进口、连杆与缸体左端壁的滑动动密封处、转子式液动马达、第一管口、第四管口、电动机、旋转变直线往复运动装置都设置在壳体内；壳体内的中下部和所有热泵装置的内部都设置有超临界二氧化碳，并使第一管口、第四管口、所有热泵装置的第一单向阀的进口、连杆与缸体左端壁的滑动动密封处都浸末在超临界二氧化碳中，壳体内超临界二氧化碳的液面上部设置有气体介质，电动机设置在超临界二氧化碳的液面上的气体介质中。

本发明能将热能直接高效的转换成机械能；因外部都为静密封，而能实现零泄漏，结构简单，进而能实现超大的功率/重量比，进一步缩小装置的体积和减小重量，实现高效节能。

所述缸体1-1的右端吸热端的加热温度为50度~100度。

其热能/机械能的转换效率为20%~80%，加热温度越高，其热转换效率越高。其总零件数为现有内燃机总零件数的20%以下。

当n个热泵装置1的总排量为转子式液动马达2排量的2~10倍时，能实现热泵装置1以小于1000转/分的条件下工作，而转子式液动马达2输出转轴为高速，其转速可大于10000转/分，使热泵装置1有较多的换热时间，能有效降低热泵装置1的结构复杂度。

由于燃料是持续不断地燃烧，这就有可能把不希望在外面产生的污染物降低到最小限度，进而降低了环境污染，即实现完全燃烧。