本人发明的负压发动机是以热气为动力,以负压的形式把热量转变成机械力带动曲轴转动的机械装置。工作过程是由热气缸中的活塞运动,把外界的热气吸入热气缸,再把吸入的热气推入到浸在冷水里的冷气缸,关闭气门,热气在冷气缸中冷却产生负压,拉动活塞运动,带动曲轴转动。此发动机本身不发生点火、燃烧、不消耗热量。此发动机工作时所需的热气可以是水蒸气、烟气、燃烧的气体、地下热气、其它发动机排出的废气。只要有持续的热气供应和大量冷却用水即可。此发动机可用于热发电厂、核电站、大型船舶、供暖锅炉等环境。此发动机把热气的热量变成了有效的机械力,同时对废气进行降温、净化,减少了对大气的污染。
1.一种负压发动机,有一组由直径和行程相同的一个热气缸(1)和一个冷气缸(2)构成,热气缸和冷气缸中的活塞通过连杆连接同一条曲轴(7),在热气缸活塞到达上止点时冷气缸活塞到达下止点,在热气缸活塞到达下止点时冷气缸活塞到达上止点,负压发动机工作时热气缸被热气包围、冷气缸浸在冷水中,热气缸顶部有转换气门(16),转换气门上部设有进气口(19),下部设有与冷气缸顶部相通的转气管(9),转换气门在关闭转气管时开通进气口,转换气门在关闭进气口时开通转气管,冷气缸顶部设有向外排气的单向阀(22),当热气缸中活塞到达上止点时转换气门关闭了转气管、开通了进气口,热气缸活塞向下运行,热气通过进气口被吸入热气缸;当热气缸中活塞到达下止点时转换气门关闭了进气口开通了转气管,热气缸中活塞开始向上运行,使热气通过转气管从热气缸进入冷气缸,冷气缸活塞到达下止点,转换气门又关闭了转气管开通了进气口,进入冷气缸的热气遇冷收缩产生负压力,拉动冷气缸的活塞和热气缸的活塞同时向下运行并做功,变冷的热气经单向阀排出冷气缸,同时热气缸又通过进气口吸入热气,曲轴每转一周,热气缸活塞和冷气缸活塞均上下运行一次,转换气门转换一次,冷气缸做功一次。技术领域
负压发动机属于热机领域,热机是把燃料产生的热能变成机械力,使曲轴或轮轴转动,输出动力的装置,现在已被发明的热机种类有蒸汽机、汽轮机、内燃机、涡轮机等。
背景技术
以上几种发动机的共同点,都是以热量转变成正压的方式为动力的。在气体受热膨胀时产生机械力后,把剩余的热气排放到大气中。由于热效率低,在能源充足的过去发挥着作用,可在能源短缺、大气污染严重的现在却显得有些落后了,有的已被淘汰了,有的还在被利用,由于很难做到对低温热量的利用,而又没有更好的发明出现时,现在这些机器仍消耗着大量能源,排出大量热气污染着环境。实际上热气在大气中消失热量时就会在大气压力下把体积变小。人们只知道利用气体受热膨胀产生的正压力,并没有注意到热气被排放到大气中变冷时体积会收缩到原来的大小,同时形成负压力,人们无法直接看到这种负压力的存在,更没有想到把这一负压力转化成有效的机械力。
发明内容
本人发明的负压发动机是以热气为动力,以负压的形式把热量转变成机械力带动曲轴转动的机械装置。工作过程是由热气缸中的活塞运动,把外界的热气吸入热气缸,再把吸入的热气推入到浸在冷水里的冷气缸,关闭气门,热气在冷气缸中冷却产生负压,拉动活塞运动,带动曲轴转动。此发动机本身不发生点火、燃烧、不消耗热量。此发动机工作时所需的热气可以是水蒸气、烟气、燃烧的气体、地下热气、其它发动机排出的废气等。只要有持续的热气供应和大量冷却用水即可。此发动机可用于热发电厂、核电站、大型船舶、供暖锅炉等环境。此发动机把热气的热量变成了有效的机械力,同时对废气进行降温、净化,减少了对大气的污染。负压发动机基本结构是一个热气缸和一个冷气缸组成,热气缸,安置在热气箱中工作时冲满热气,冷气缸工作时浸在冷水中。当热气缸中活塞向下运动时进气口打开,热气进入热气缸。当气缸中活塞向上运动时,转气管开通使热气转入冷气缸。热气经冷却产生负压,拉动活塞xa0向下运动产生动力,带动曲轴转动,同时热气缸又吸入热气进入下一个循环。
附图说明
负压发动机运行全过程共有四个阶段。图1是负压发动机运行全过程的第一阶段。图1中,1是热气缸;2是冷气缸;3在热气缸和冷气缸间往复运动的活塞;4是曲轴箱;5是工作时冲满热气的热气箱,有管道通向外界热源;6是活塞连杆;7是曲轴;8是连杆;9是转气管,又是热气缸和冷气缸连接的通路,也起冷却的作用;10是密封圈;12是活塞填充的隔热材料,防止热量从热气缸向冷气缸流失;13是热气缸的保温材料;14是用隔热材料构成的热气缸和冷气缸间的连接气缸;15是转换气门芯;16是转换气门;17是拨杆;18是复位弹簧;22是从冷气缸排出冷气的单向阀;28是冷气排出管。图2中19是由气门所控制的热气进口;20是控制气门的凸轮;21是与曲轴同步转动的凸轮轴;23是通向外界的热气管道。由数个这样的结构组成一台负压发动机。图2是负压发动机运行全过程的第二阶段。图3是负压发动机运行全过程的第三阶段。图4是负压发动机运行全过程的第四阶段。图5是负压发动机的外观示意图,显示了曲轴和凸轮轴的连接关系。图中24是与曲轴7连接的链轮,25是链条,26是与凸轮轴21连接的链轮。图6是负压发动机以图1为基础的另一种结构形式图,热气缸1和冷气缸2分离开,中间设计了曲轴箱4,热气缸1和冷气缸2中各有一个活塞3,由连杆8分别与曲轴7连接,这种结构减少了热气缸向冷气缸的热量流失。图7是负压发动机的另一种结构形式,冷气缸和热气缸不在一条轴线上,这种结构形式更适合于负压发动机各种场合的安装、使用、维修。图8是负压发动机安装在发电厂的示意图。图中的28是冷气排出管,32是发电机。23是连接发电厂尾气管的热气通道,热气来自发电厂。图9是负压发动机安装在船舶的俯视示意图,图中40是原发动机,41是原发动机进气管,42是负压发动机,2是负压发动机冷气缸,28是负压发动机冷气排气管,43是螺旋桨,23是原发动机排气管与负压发动机热气管通道连接处。图10是负压发动机代替供暖锅炉的示意图,其原理也适合热电厂的锅炉,图中2是冷气缸;4是负压发动机曲轴箱;5是热气箱,其中装有热气缸;9是转气管;28是冷气排出管;30是燃烧器;31是燃气管;32是发电机;33是供暖热水管;35是供暖回水管;34是热交换器;36是热交换器的进水管也是冷水管;37是电力输出线。工作原理:xa0图1-图4是负压发动机运动过程。如图1中:活塞3在曲轴7的推动下向下运动,热气从热气箱经过热气进口19进入热气缸中,箭头所示。如图2中:热气充满热气缸,活塞下行到下止点在曲轴7、链轮24、链条25、链轮26、凸轮轴21共同作用下(如图7),凸轮20拨动气门杆17使气门芯15转动,关闭热气进口19,同时使热气缸1和转气管9开通,这时热气经过转气管9流向冷气缸2。如图3中:这时曲轴连续转动将活塞3开始向上拉动。热气经过转气管9时,由于热气在冷水的作用下被冷却,变成冷气,体积变小,形成负压。由于这时热气缸和冷气缸是相通的,所以热气缸与冷气缸的气压相等,气流流动没有阻碍,活塞也没有阻碍的向上运行,箭头所示。热气缸的热气转移到了冷气缸。如图4中:活塞继续上行到上止点,这时冷气缸内形成最大负压,箭头所示,这时在曲轴、凸轮轴控制下凸轮转动到脱离气门拨杆位置,在复位弹簧的作用下使气门芯转动,同时开通热气缸与热气进口,使热气进入热气缸,关闭转气管和热气缸的通路,这时冷气缸内型成独立空间,在大气压力下拉动活塞开始向下运动并产生动力拉动连杆和曲轴转动。这是负压发动机作工的环节,曲轴在惯性作用下继续转动,活塞继续下行,热气缸继续吸入热气(如图1),活塞继续下行将冷气缸中负压逐渐消失的冷气经单向阀、冷气排出管推出缸体(如图2),活塞行驶到下止点,热气缸又充满了热气,在凸轮轴的作用下气门又关闭了热气进口,开通了转气管,热气又通过转气管进入冷气缸(如图3),进入下一个循环。活塞每向下运动一次就是对曲轴的一次作功。负压发动机由多组这样的气缸组排列在曲轴上交替工作,发动机就可不停的转动了。
具体实施方式
负压发动机的性能:负压发动机工作原理与内燃机相同,而过程相反。内燃机工作时气缸吸入冷气和燃料,经点火、燃烧、膨胀产生正压,推动活塞做功,排出热气,动力来自空气受热膨胀。负压发动机工作时吸入热气,遇冷收缩产生负压,拉动活塞做功,排出冷xa0气,动力来自地球大气的压力。负压发动机工作时不燃烧燃料,它的动力来自热气和冷水,它所需要的热气是环境提供的,如发电厂的废气、锅炉的废气、工厂排出的烟气(经过清洁处理的)和其它的发动机排出的尾气等,温度越高发动机效率越高。它所需要的冷水可以是淡水、河水、海水等,最好是流动的水,温度越低效率越高。图中所示热气,冷水的热与冷是相对的,没有却定的温度,热气与冷水的温度差越大,发动机功率越大,相反温差越小,功率越小。由于负压发动机机械结构和工作原理的原因,它的能量最终来自地球大气的压力,它没有其它发动机的速度和爆发力,它的工作特性、工作环境和应用都和其它发动机不相同,例举以下几个不同点:1、负压发动机工作时不需要燃料只需要热气,它可以用其它发动机排出的废气为能源,产生机械力排出冷气。2、负压发动机可以在不能产生机械力的地方产生出机械力而不消耗热量,如:负压发动机代替锅炉,把燃料产生的的热量转移到水中同时产生机械力。3、其它发动机由于技术和工作原理的原因,浪费了大部分热量,热效率只有15%-40%,而负压发动机工作时自身不消耗热量,它把吸入的热量几乎全部转移到水中同时产生机械力,热效率在90%以上。发动机的应用:负压发动机可用于热发电厂的废气、尾气再发电,如图8。具体方法是把热发电厂的尾气管道连接到负压发动机的热气管道,热气通过热气缸吸入,再转入冷气缸冷却产生动力,带动发动机和发电机,实现了发电厂的二次发电。工作过程中要有大量的冷却水对冷气缸和转气管冷却,冷却水要有循环装置,以提高发动机的效率。发电厂原有发动机的各个运转过程要增加很好的保温装置,以保证较高温度的尾气供给负压发动机进行有效发电。负压发动机最适合大型船舶的环境:负压发动机可安置在原发动机并列的位置(如图9),把负压发动机的转气管和冷气缸暴露在船体外的海水中,负压发动机独立安装有主轴和螺旋桨,把原发动机的排气管与负压发动机的热气通道连通。在原发动机工作时排出大量的热气被吸入负压发动机的热气缸,再经转气管转入冷气缸产生负压,拉动活塞、曲轴带动主轴和螺旋桨转动,与原有发动机共同xa0推动船体前进。船体在前进时船外的海水对冷气缸和转气管进行很好的冷却。利用大型船舶原有发动机排出的废气作为能源,以船外的海水为冷却水产生动力推动船体前进,而使原有发动机节省大量燃料,又对原发动机排出的废气进行了净化、降温处理。负压发动机可代替锅炉供暖,如图10。用负压发动机代替原有的供暖锅炉(燃气锅炉),把燃气装置直接安装在负压发动机热气箱5中,燃气直接加热负压发动机的热气箱。热交换器34接在转气管9中,原有锅炉的热供水管33也接在热交换器34中,负压发动机的曲轴由传动装置连接发电机32,燃烧的热气直接经过负压发动机进气口进入热气缸,再经转气管和热交换器34把热量传给冷水,然后逐渐变冷进入冷气缸产生动力,经排气管28排出冷气。冷水经过热交换器34由低温变成高温热水33供给用户供暖,然后变成回水35回到冷水池中,再进入热交换器继续加热、进入下一个循环。在燃料不增加、供热量不损失的前题下,负压发动机就产生了动力,这样用负压发动机代替了供暖锅炉,在供暖同时还可以发电。对燃烧产生的废气又进行了降温、除尘处理。负压发动机也可用于地热发电。在临海附近选择地热热源,把负压发动机放在海水中,把地热出口用管道和负压发动机、热气箱联通起来,地热的热气进入负压发动机,经海水的冷却产生动力驱动负压发动机用来发电,只要热源不断,电力就源源不断提供给用户。负压发动机也可用于海上天然气发电。海上石油钻井一般都伴随有天然气产生,天然气很难运输、储存,现在只能点燃放空,这是能源的极大浪费和对空气的污染。如在这里安装了负压发动机可以让原来放空的天然气直接在负压发动机的热气箱中燃烧,经过负压发动机的热气缸、转气管和浸在海水中的冷气缸的作用,使热气的热量转移到海水中同时产生了机械力进行发电,再把发出的电力提供给钻井平台或输送出去。负压发动机安装在炉窑中发挥的作用现在工业生产中有很多是靠热力为动力的行业,如钢铁厂、水泥厂、玻璃厂等。它们的炉窑消耗了大量能源,同时又向天空排放出含有热量的废气。在炉窑的排气口处安装上负压发动机和热交换器,炉窑的废气经过热交换器进行除尘后,再把废气中的热气提供给负压发动机,负压发动机使热气中的热量转移到冷却水中同时产生机械力进行再利用,且对大气减少了热气排放。