[发明专利]以再加热等温膨胀使理论效率达百分之六十的中型太阳能发动机和方法

说明书

技术领域

本发明涉及把热能转化为机械能的气体循环发动机和方法，尤其是利用高温粉体向汽缸 中的气体传输热能的发动机。本发明的发动机具有比斯特林发动机更多的优点，能够为彻底解 决当今严重的石油涨价，全球气候变暖问题提供技术解决方案。

背景技术

斯特林发动机的优点是可以使用各种能源，用途广泛，尤其是用于太阳能发电，但斯特林发 动机又遇到了工作形式、材料、制造方面的难题。为了制造出更适用、更好的发动机，获得大 量能源，减少环境污染，正在进行很多研究，从各个方面寻找方法，提高和改进斯特林发动机。在 斯特林发动机中，气体膨胀作功所需热能来自加热器。作功气体在加热器内部，外部热源的热能 要穿过加热器的管壁才能进入加热器内部加热气体。为了提高发动机效率，需要提高气体的温 度和压力，加热器内气体的压力很高，并且压力在大幅度变化，因此加热器要承受很高的温度和 压力。为了使加热器内的气体获得充足的热能，加热器还要具有充足的热交换面积，这些使加热 器的材料和制造遇到难题。又因为汽缸中的气体没有得到加热器的再次加热，所以在汽缸中气 体膨胀作功所需热能一部分来自气体内能，这使气体温度下降引起压力下降，从而引起斯特林 发动机效率下降。

发明内容

为了找出一种新方法向气体提供气体膨胀作功所需的热能，本发明提出的想法是：取消加 热器，用高温粉体与较少高温气体混合，由高温粉体提供气体膨胀作功时所需热能，提高气体温 度。在高温气体膨胀前，使高温粉体进入高温气体，高温气体膨胀作功后使高温粉体与高温气体 分离，然后气体单独完成回热冷却压缩过程。此处的高温粉体是指微小的固体颗粒，粉体流动性 好，容易同高温气体混合并分离。混合比例是高温粉体质量超过高温气体质量十倍以上，高温粉 体含有较多热能。例如1克高温气体从10克以上高温粉体获得200卡至600卡以上的热能之 后，高温粉体的温度仍然与原来的高温十分接近。本发明目的在于能够按这种气体循环方式使 得发动机运转起来，并且还能够提高发动机效率。

本发明为实现上述目的所提供的技术解决方案是：

在气体循环的高温段和低温段之间设置高温回热器，高温回热器能够使气体循环的高温 段达到很高的温度，能够减小气体在高温段和低温段之间往返流动时的热能损失；高温回热器 高压部供给高温高压气体；

在气体循环的高温膨胀段，先让压力很低的高温粉体进入压力很低的汽缸室，再把高温高 压气体与汽缸室接通很小一段时间，然后在汽缸室由高温粉体提供热能给高温高压气体进行 等温膨胀，这给了人们一种他们很想找到的好的方法，以实现在高温气体等温膨胀中，对汽缸中 的高温气体再加热；

在汽缸室当高温气体的等温膨胀进行到较低压力阶段之后，汽缸排气，高温气体进入高温 回热器低压部，汽缸排出的高温粉体重新变成压力很低的状态，并且等待被加热。

本发明的优点是压力较低的高温粉体只需使用简单设备就能够高效地从多种形式的热源 获得热能，如太阳能吸收设备，燃烧设备，称这种设备为粉体加热设备21。另一个优点是由高温 粉体先把热能带入汽缸室然后高温高压气体进行等温膨胀，能够使热能转化为机械能的效率 比较高。

在发动机运行中，高温粉体不断从粉体容器15进入粉体加热设备21获得热能，高温粉体的 温度上升到热源温度、再回到粉体容器15。热源温度表示为：温度high，粉体容器15的高温粉 体的压力表示为：压力norm，压力norm接近大气环境压力。高温高压容器24的高温高压气体 的压力称为压力high，高温高压气体的温度接近温度high。冷却器32向大气环境散热、或向 环境中的水流散热的冷却温度表示为：温度low。高温低压容器28的高温气体压力表示为：压 力low。

发动机中进行的气体循环是：

在发动机汽缸排气过程的后期，发动机先把汽缸室抽成负压，该负压表示为：压力neg，再把 温度high、压力norm的高温粉体从粉体容器15注入汽缸室，一定量的高温粉体全部进入汽缸 室后，高温粉体的固体体积最高占该时刻汽缸室容积的40％，然后活塞再对高温粉体进行压缩， 提高压力；