低熵混燃氣體液化物發動機的製作方法

2023-05-08 16:56:21 2

專利名稱：低熵混燃氣體液化物發動機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及熱能與動力領域，尤其是一種發動機。
背景技術：
利用液氮、液體二氧化碳等液化氣體作氣動發動機的研究以及利用內燃發動機的餘熱為液化氣體提供熱量提高氣動發動機作功能力的研究，已在多個國家和多個研究機構進行。但由於液化氣體傳熱係數低及系統複雜等原因，這類發動機一直沒有得到廣泛應用。 為此，急需發明一種結構更加合理能廣泛應用的利用液化氣體的新型高效發動機。
發明內容為了解決上述問題，本實用新型提出的技術方案如下一種低熵混燃氣體液化物發動機，包括內燃發動機和氣體液化物儲罐，在所述內燃發動機的燃燒室上設進氣道和排氣道，所述氣體液化物儲罐依次經高壓液體泵和所述氣體液化物控制閥與所述燃燒室連通。所述氣體液化物儲罐中的氣體液化物以液體的形式或以臨界狀態的形式或以超高壓氣體的形式進入所述燃燒室內，並在所述燃燒室內與已經存在的氣體工質混合後進行下一個過程。一種低熵混燃氣體液化物發動機，包括爆排發動機和氣體液化物儲罐，所述氣體液化物儲罐設為含氧氣體液化物儲罐，在所述爆排發動機的燃燒室上設排氣道，所述含氧氣體液化物儲罐依次經高壓液體泵和氣體液化物控制閥與所述燃燒室連通。所述含氧氣體液化物儲罐中的含氧氣體液化物以液體的形式或以臨界狀態的形式或以超高壓氣體的形式進入所述燃燒室內，所述含氧氣體液化物儲罐中的含氧氣體液化物在所述燃燒室內與燃料發生燃燒化學反應。進一步地，所述氣體液化物儲罐與所述燃燒室連接處的承壓能力大於3MPa，從而可以滿足所述氣體液化物儲罐中的氣體液化物導入所述燃燒室時的壓力大於3MPa的要求。進一步地，在所述燃燒室壁內設燃燒室壁高壓流體通道，所述氣體液化物儲罐依次經所述高壓液體泵、所述燃燒室壁高壓流體通道和所述氣體液化物控制閥與所述燃燒室連通。進一步地，在所述排氣道上設排氣高壓熱交換器，所述氣體液化物儲罐依次經所述高壓液體泵、所述排氣高壓熱交換器和所述氣體液化物控制閥與所述燃燒室連通。進一步地，在所述氣體液化物儲罐與所述燃燒室之間的流體流通通道上設環境熱交換器。所述氣體液化物儲罐內的液體在所述環境熱交換器中吸熱升溫臨界化或氣化，或所述氣體液化物儲罐內的液體的臨界化物或氣化物在所述環境熱交換器中吸熱升溫。進一步地，在所述排氣道上設排氣高溫高壓熱交換器、排氣低溫高壓熱交換器，所述氣體液化物儲罐依次經所述高壓液體泵、所述排氣低溫高壓熱交換器、所述低熵混燃氣體液化物發動機的冷卻系統、所述排氣高溫高壓熱交換器和所述氣體液化物控制閥與所述燃燒室連通。 進一步地，所述低熵混燃氣體液化物發動機還包括二氧化碳液化器，所述二氧化碳液化器的冷卻流體通道串聯設置在所述氣體液化物儲罐和所述燃燒室之間的流體流通通道上，所述排氣道與所述二氧化碳液化器連通，所述二氧化碳液化器的液體出口與液體二氧化碳儲罐連通或與所述氣體液化物儲罐連通。被所述氣體液化物儲罐中的流體冷卻液化後的排氣中的二氧化碳儲存在所述液體二氧化碳儲罐內或儲存在所述氣體液化物儲罐內。進一步地，在所述排氣道上設排氣高壓熱交換器，在所述氣體液化物儲罐上設旁通管，所述旁通管依次經旁通高壓液體泵、所述低熵混燃氣體液化物發動機的冷卻系統和所述氣體液化物控制閥與所述燃燒室連通，所述氣體液化物儲罐依次經所述高壓液體泵、 所述排氣高壓熱交換器和所述氣體液化物控制閥與所述燃燒室連通。通過調整所述氣體液化物儲罐中的流體流經所述高壓液體泵和所述旁通高壓液體泵的流量比例以滿足排氣系統和冷卻系統之間由於熱量流不同所需要的所述氣體液化物儲罐中的流體的不同質量流的要求。進一步地，所述爆排發動機由所述燃燒室和動力渦輪連接構成。選擇性地，所述爆排發動機由一個所述燃燒室與兩個或兩個以上作功機構連接構成。一種提高所述低熵混燃氣體液化物發動機效率和環保性的方法，調整即將開始作功的氣體工質的溫度到2000K以下，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，使即將開始作功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關係。本實用新型中，可調整所述氣體液化物儲罐中的氣體液化物導入所述燃燒室時的壓力大於 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa或大於15MPa，相應地，可使所述氣體液化物儲罐與所述燃燒室連接處的承壓能力大於 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa或大於15MPa，從而可以滿足所述氣體液化物儲罐中的氣體液化物導入所述燃燒室時的壓力的要求。本實用新型中，所述含氧氣體液化物儲罐中的含氧氣體液化物在所述燃燒室內燃燒前的壓力大於 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、 8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、 13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或大於15MPa，相應地，可使所述含氧氣體液化物儲罐與所述燃燒室連接處的承壓能力大於 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、 7.5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、 13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或大於15MPa，從而可以滿足所述含氧氣體液化物儲罐中的含氧氣體液化物導入所述燃燒室時的壓力的要求。本實用新型中，設有所述內燃機的方案的原理是在從所述內燃發動機的壓縮衝程 (或過程)至作功衝程(或過程)之間的某一時間間隔內將通過所述高壓液體泵加壓後的氣體液化物以液體的形式或以臨界狀態的形式或以超高壓氣體的形式導入(如噴射)所述內燃發動機的所述燃燒室內(燃燒室內、氣缸內或燃氣輪機的殼體內)，使所述氣體液化物受熱增加參與作功的工質的摩爾數，從而增加壓力，提高所述內燃發動機的作功能力；設有所述爆排發動機的方案的原理是將通過所述高壓液體泵加壓後的含氧氣體液化物以液體的形式或以臨界狀態的形式或以超高壓氣體的形式導入(如噴射)所述爆排發動機的所述燃燒室內，使所述含氧氣體液化物在所述燃燒室內與燃料發生燃燒化學反應後推動膨脹作功機構對外作功。本實用新型中設有所述內燃機的方案中，所述氣體液化物的導入會使所述燃燒室內的溫度下降，熱容量增加，如果是在燃燒前導入所述氣體液化物，可以大幅度降低燃燒的溫度，因此可以規避氮氧化物的生成。不僅如此，由於氣體液化物的導入可以在燃燒室內形成劇烈湍動，增加燃料與氣體的混合，提高燃燒效率，減少一氧化碳和固體顆粒物的排放。所述氣體液化物的導入雖然可以降低燃燒室內的溫度，但是由於氣相摩爾數的增加，會使壓力不降低或者提高或者有大幅度提高，因此，雖然溫度下降但其作功能力和效率都會提高。本實用新型中設有所述爆排發動機的方案中，所述含氧氣體液化物導入所述燃燒室後會在燃燒室內形成溫度相對較低，壓力相當高的原工質，這種狀態的原工質在所述燃燒室內與燃料發生燃燒化學反應後，所述燃燒室內的工質可處於溫度適度，壓力高的狀態，因此，這個過程不僅可以規避氮氧化物的生成，還可以使工質在膨脹作功機構內膨脹作功後達到溫度較低的狀態，消除過剩溫度，提高發動機的效率。為了進一步說明本實用新型的原理，現利用圖14說明如下傳統內燃機氣缸內的氣體工質的最高能量狀態(即燃燒爆炸剛剛完了時的氣體工質狀態，此時氣體工質的溫度和壓力都是處於整個循環中的最高狀態)是由兩個過程組成的第一個過程是活塞對氣體進行絕熱壓縮(實際上是近似絕熱壓縮)將氣體的溫度和
壓力按照P = (其中，C1是常數)的關係進行增壓增溫(見圖14中的O-A所示的曲
線)；第二個過程是向氣體內噴入燃料由燃燒化學反應產生的熱量在近乎等容加熱的狀態下將氣體的溫度和壓力按照P = C2T(其中，C2是常數)的關係進行增溫增壓(見圖14 中的A-B所示的直線)。由這兩個過程共同作用使工質處於作功即將開始狀態，作功衝程是按照絕熱膨脹過程(實際上是近似絕熱膨脹)進行的(見圖14中的B-C所示的曲線)，
在這個絕熱膨脹過程中，在對外輸出功的同時，工質按照p =(其中，C3是常數)的
關係降壓降溫直至作功衝程完了(點C所示的狀態)。換句話說，達到工質最高能量狀態是通過兩個不同過程實現的，而由工質最高能量狀態達到作功衝程完了時的狀態是由一個絕熱膨脹過程實現的。由於達到能量最高狀態的過程中包括了一個燃燒化學反應放熱升溫的過程，此過程的溫度和壓力關係式為P = C2T,不難看出工質最高能量狀態下(見圖14中的點B所示的狀態)，溫度處於「過剩」狀態(所謂的「過剩」溫度是指按照絕熱膨脹的關係為了達到某一終點狀態，在起點狀態下工質的實際溫度高於理論上所需要的溫度)，「過剩」的溫度導致膨脹過程的曲線處於高溫位置(在圖14中向右移動，圖14是縱軸為壓力坐標橫軸為溫度坐標的壓力溫度關係圖)，形成作功衝程完了時，溫度仍然相當高的狀態(如圖14中曲線B-C所示的曲線上的點C所示的狀態)，由圖14中點C所示的狀態不難看出， T2(即作功衝程完了時的工質溫度，也就是低溫熱源的溫度)仍然處於較高狀態，也就是說仍然有相當的熱量在工質內而沒有變成功，這部分熱量全部白白排放至環境，因此，效率會處於較低狀態。在圖14中由O-A所示的曲線是傳統發動機壓縮衝程的曲線，由A-B所示的直線是傳統發動機燃燒爆炸中的溫度壓力變化直線，如果我們將大氣中的空氣進行壓縮至 A點後向氣缸內導入氣體液化物(無論氣體液化物處於液體、臨界狀態還是高壓低溫氣體狀態)，由於氣體液化物的壓力可以處於遠遠高於A點的壓力，而且其溫度不會高於A點溫度，這時氣缸內的狀態點將向A點的左上方移動，例如達到G點，從G點開始燃燒室內發生燃燒化學反應時的壓力溫度關係按G-J所示線段達到J點，從J點開始膨脹作功達到點JJ， 不難看出，點JJ的溫度要遠遠低於點C的溫度，因此，J-JJ過程的效率要大幅度高於B-C過程。圖14中O-D所示的曲線是向所述爆排發動機內充入所述含氧氣體液化物的過程，D-E 所示的直線是燃燒爆炸過程中的壓力溫度變化的直線，E-F所示的曲線是從點E所示的狀態開始進行絕熱膨脹作功的曲線，不難看出，其T2的值大幅度降低。經計算可知，點E至點 F的膨脹過程的效率大幅度高於點B至點C的膨脹過程的效率。如圖14所示，本實用新型中，無論是設有內燃機的方案，還是設有爆排發動機的方案，都能使燃燒後的工質的壓力溫度狀態點處於曲線O-A-H上或處於曲線O-A-H左方，則膨脹作功後的工質溫度將可達到等於0點的溫度或低於0點的溫度的狀態，這樣將使系統的效率大幅度提高。本實用新型中，所謂的環保性是衡量發動機汙染排放的指標，環保性高發動機排放汙染少，環保性低發動機排放汙染多。本實用新型中，圖15是氣體工質的溫度T和壓力P的關係圖，O-A-H所示曲線是通過狀態參數為^SK和0. IMPa的0點的氣體工質絕熱關係曲線；B點為氣體工質的實際狀態點，E-B-D所示曲線是通過B點的絕熱關係曲線，A點和B點的壓力相同；F-G所示曲線是通過2800K和10MPa(即目前內燃機中即將開始作功的氣體工質的狀態點)的工質絕熱關係曲線。本實用新型中，圖15中的ρ = 中的K是氣體工質絕熱指數，P是氣體工質的壓力，T是氣體工質的溫度，C是常數。本實用新型中，所謂的類絕熱關係包括下列三種情況1.氣體工質的狀態參數 (即工質的溫度和壓力)點在所述工質絕熱關係曲線上，即氣體工質的狀態參數點在圖15 中O-A-H所示曲線上；2.氣體工質的狀態參數(即工質的溫度和壓力)點在所述工質絕熱關係曲線左側，即氣體工質的狀態參數點在圖15中O-A-H所示曲線的左側；3.氣體工質的狀態參數(即工質的溫度和壓力)點在所述工質絕熱關係曲線右側，即氣體工質的狀態參數點在圖15中O-A-H所示曲線的右側，但是氣體工質的溫度不高於由此氣體工質的壓力按絕熱關係計算所得溫度加1000K的和、加950K的和、加900K的和、加850K的和、加800K的和、加750K的和、加700K的和、加650K的和、加600K的和、加550K的和、加500K的和、加 450K的和、加400K的和、加350K的和、加300K的和、加250K的和、加200K的和、加190K的和、加180K的和、加170K的和、加160K的和、加150K的和、加140K的和、加130K的和、加 120K的和、加IlOK的和、加100K的和、加90K的和、加80K的和、加70K的和、加60K的和、 加50K的和、加40K的和、加30K的和或不高於加20K的和，即如圖15所示，所述氣體工質的實際狀態點為B點，A點是壓力與B點相同的絕熱關係曲線上的點，A點和B點之間的溫差應小於 1000K、950K、900K、850K、800K、750K、700K、650K、600K、550K、500K、450K、400K、350K、 300Κ、250Κ、200Κ、190Κ、180Κ、170Κ、160Κ、150Κ、140Κ、130Κ、120Κ、110Κ、100K、90K、80K、70K、 60Κ、50Κ、40Κ、30Κ 或小於 20Κ。本實用新型中，所謂類絕熱關係可以是上述三種情況中的任何一種，也就是指即將開始作功的氣體工質的狀態參數(即氣體工質的溫度和壓力)點在如圖15所示的通過 B點的絕熱過程曲線E-B-D的左側區域內。本實用新型中，所謂的即將開始作功的氣體工質是指在作功衝程(或作功過程) 即將開始時自身即將開始膨脹推動作功機構作功的氣體工質。本實用新型中，將即將開始作功的氣體工質的狀態參數(即氣體工質的溫度和壓力)符合類絕熱關係的發動機系統(即熱動力系統)定義為低熵發動機。本實用新型中，調整充入所述燃燒室內的氣體液化物的量、溫度和壓力，以及噴入所述燃燒室的燃油的量，進而調整即將開始作功的氣體工質的溫度到2000K以下，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，使即將開始作功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關係。本實用新型中，所述氣體液化物(例如液氮)的氣化潛熱約為水的十分之一左右， 因此，向燃燒室內導入所述氣體液化物比向所述燃燒室內噴水要具有明顯優勢，而且不存在冷凍和鏽蝕等問題。所述氣體液化物本身或在吸收環境熱後也具有相當強的作功能力， 因為氣體液化物要麼是處於低溫狀態，要麼是處於高壓狀態，所述氣體液化物實質上是相當於一個蓄能電池，經計算可知，所述氣體液化物的能量密度與蓄電池相當。製造氣體液化物時，可以利用谷電或不穩定電源，例如風電、太陽能電等，從而提高氣體液化物生產過程的環保性。不妨可以設想，將風電或太陽能電不入電網，而直接用於生產氣體液化物，風電廠和太陽能電廠的產品不是電而是氣體液化物，這就相當於將電能以氣體液化物的形式儲存起來供本實用新型所公開的低熵混燃氣體液化物發動機使用。這樣就可以大幅度提高不穩定發電系統(例如風電廠、太陽能電廠以及水電廠，這些電廠由於風的有無和大小，天氣的陰晴以及水源的波動會造成發電能力的人為不可控，有時不得不白白浪費發電能力) 的使用效率，節省自然資源。本實用新型中，設有內燃機的方案相當於讓氣體液化物與從進氣道進入的空氣在燃燒室內(燃燒室內、氣缸內或燃氣輪機的殼體內)進行混合傳熱，這就從根本上改變了以往利用傳熱界面(如熱交換器)使氣體液化物吸熱的傳熱方式，使傳熱效率從本質上大幅度提高，從而減少系統的體積和重量。本實用新型中，設有爆排發動機的方案相當於讓含氧氣體液化物與燃料在燃燒室內發生燃燒化學反應，將燃料的熱能混合傳遞給燃燒室內的工質，這也從根本上改變了以往利用傳熱界面(如熱交換器)使所述氣體液化物吸熱的傳熱方式，使傳熱效率從本質上大幅度提高，從而減少系統的體積和重量。在本實用新型中，無論在設有內燃機的方案還是在設有爆排發動機的方案中，都可以燃燒化學反應產生的二氧化碳液化加以回收，液化二氧化碳是十分有價值的原料。本實用新型所公開的低熵混燃氣體液化物發動機可以通過調整進入所述燃燒室內的所述氣體液化物的量和狀態(氣態、液態、臨界態、不同溫度和壓力)以及所述內燃發動機或爆排發動機的燃油噴射量，使本實用新型所公開的低熵混燃氣體液化物發動機達到最佳工作狀態。本實用新型所公開的低熵混燃氣體液化物發動機可以通過調整進入所述燃燒室內的所述氣體液化物的量和狀態(氣態、液態、臨界態、不同溫度和壓力)以及所述內燃發動機或爆排發動機的燃油噴射量，使本實用新型所公開的低熵混燃氣體液化物發動機的作功工質的溫度降低，壓力升高，從而大幅度降低排氣溫度，這樣可以使燃燒室壁(如活塞、 缸套、缸蓋)得到冷卻，從而可以省略內燃發動機或爆排發動機的傳統冷卻系統。本實用新型中所謂「下一個過程」是指所述氣體液化物導入所述燃燒室時，所述低熵混燃氣體液化物發動機所處工作過程的下一個過程，例如所述氣體液化物在壓縮過程中導入所述燃燒室，則所述氣體液化物與所述燃燒室內的氣體工質混合後進行的下一個過程仍然是壓縮衝程(或過程)，再例如所述氣體液化物在燃燒前導入所述燃燒室，則所謂的 「下一個過程」是指燃燒爆炸作功過程，再例如所述氣體液化物在燃燒後導入所述燃燒室， 則所謂的「下一個過程」是指膨脹作功過程。本實用新型中的所謂內燃發動機是指傳統意義上的內燃發動機，包括活塞式內燃發動機、燃氣輪機等一切利用內燃方式進行熱功轉換的系統；所謂氣體液化物是指被液化的氣體，如液氮、液氦、液體二氧化碳或液化空氣，所謂氣體液化物儲罐是指液化氣體源，例如液氮儲罐、液態二氧化碳儲罐等；所謂含氧氣體液化物是指液化空氣以及液氮液氧混合物等一切含氧的液化氣體；所謂的燃燒室是指能夠發生燃燒化學反應的腔體；所謂燃燒室壁包括燃燒室的壁以及與燃燒室連通的氣體膨脹作功的腔體，例如活塞式內燃發動機中的氣缸壁、氣缸蓋和活塞所構成的腔體，再例如燃氣輪機中的燃氣輪機殼體、輪機燃燒室以及渦輪所構成的腔體。本實用新型中，所謂的爆排發動機是指由燃燒室和膨脹作功機構(即作功機構) 構成的，只進行燃燒爆炸作功過程(含燃燒爆炸作功衝程)和排氣過程，沒有吸氣過程和壓縮過程的熱動力系統，這種熱動力系統中原工質(所謂原工質是指在燃燒室內的燃燒前的工質)是以充入的方式而不是吸入的方式進入燃燒室的；燃燒室與膨脹作功機構(即作功機構)可以直接連通，也可以將燃燒室設置在膨脹作功機構內(如將燃燒室設置在氣缸活塞機構的氣缸內的結構)，還可以將燃燒室經控制閥與膨脹作功機構連通；在將燃燒室經控制閥與膨脹作功機構連通的結構中，為了充分高效燃燒，可以使燃燒室處於連續燃燒狀態，也可以使燃燒室處於間歇燃燒狀態；一個燃燒室可以對應一個膨脹作功機構，一個燃燒室也可以對應兩個或兩個以上的膨脹作功機構；作功機構可以是活塞式膨脹作功機構 (含轉子式膨脹作功機構)，還可以是透平式膨脹作功機構(即葉輪式作功機構)，所謂的膨脹作功機構是指利用燃燒室的工質膨脹對外輸出動力的機構；為使這種發動機正常工作需要在進氣中加入燃料或在燃燒室中噴射燃料，根據燃料不同，可以採用點燃或壓燃形式。本實用新型所謂的「氣體液化物以臨界狀態的形式進入所述燃燒室內」是指所述氣體液化物在所述燃燒室外達到臨界狀態、超臨界狀態或超超臨界狀態後再被導入所述燃燒室內；本實用新型所謂的「氣體液化物以超高壓氣體的形式進入所述燃燒室內」是指所述氣體液化物在所述燃燒室外受熱氣化達到超高壓狀態後再被導入所述燃燒室內，所謂超高壓是指比對燃燒室導入氣體液化物之前的所述燃燒室內的壓力高2MPa、3MPa、4MPa、 5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、lOMPa、1IMPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、 18MPa, I9MPa 或高 2OMPa 的壓力。所謂的環境熱交換器是指以環境為熱源的熱交換器；所謂排氣高溫高壓熱交換器是指以排氣高溫段為熱源的，並能承受高壓氣體液化物的壓力的熱交換器；所謂排氣低溫高壓熱交換器是指以排氣低溫段為熱源的，並能承受高壓氣體液化物的壓力的熱交換器；所謂冷卻系統高壓熱交換器是指以冷卻系統為熱源，並能承受高壓氣體液化物的壓力的熱交換器；所謂燃燒室壁高壓流體通道是指設置在燃燒室壁(例如缸蓋、缸套等)內的能夠承受高壓氣體液化物的壓力的流體通道，所述氣體液化物在其內部吸熱。本實用新型中所謂「滿足排氣系統和冷卻系統之間由於熱量流不同所需要的所述氣體液化物儲罐中的流體的不同質量流的要求」是指排氣系統的熱量流和冷卻系統的熱量流是不同的，因此也需要不同數量的所述氣體液化物的流量，通過設置所述旁通管及其附屬裝置可以以兩路向排氣系統和冷卻系統的熱交換器提供不同流量的氣體液化物，以滿足不同熱量流的需求。本實用新型中的所謂氣液缸是指設有氣體進口、氣體出口、液體進口和液體出口的容器，在所述氣液缸內的液體如同氣缸內的活塞一樣起密封傳動作用，在所述氣液缸內氣體與液體的相互作用和傳統氣缸內氣體工質和活塞的作用相同；所謂液壓動力機構是指利用壓力液體對外作功的機構；所謂液體工質回送系統是指將液體回送到所述氣液缸內的系統，這一系統應具有閥、儲罐和泵的結構，在某些情況下，可以利用蓄能罐代替儲罐和泵； 所謂的活塞液體是指氣液缸內的液體而不是指氣體液化物儲罐內的液體。本實用新型中，燃料可以直接導入所述燃燒室，也可以與所述氣體液化物混合後導入所述燃燒室，還可以與含氧氣體液化物混合後導入所述燃燒室，在必要時應在所述燃燒室上設點火裝置。在本實用新型中，所述氣體液化物儲罐內的液體和活塞液體(即氣液缸內的液體可以推動所述液壓動力機構的液體)可以是同一種物質，也可以是不同種物質。本實用新型中，所謂連通是指直接連通和經閥、泵、控制系統等的間接連通。本實用新型中，應根據熱動力領域和液壓領域的公知技術在必要的地方設傳感器、閥、火花塞、噴油器、燃油供給系統、泵等必要部件、單元或系統。本實用新型的有益效果如下本實用新型所公開的低熵混燃氣體液化物發動機不僅效率高，而且可以利用由谷電或不穩定發電系統生產氣體液化物，提高利用風能、太陽能和水利資源的效率。


圖1所示的是本實用新型實施例1的結構示意圖； 圖2所示的是本實用新型實施例2的結構示意圖； 圖3所示的是本實用新型實施例3的結構示意圖； 圖4所示的是本實用新型實施例4的結構示意圖； 圖5所示的是本實用新型實施例5的結構示意圖； 圖6和圖7所示的是本實用新型實施例6的結構示意圖； 圖8所示的是本實用新型實施例7的結構示意圖； 圖9所示的是本實用新型實施例8的結構示意圖； 圖10所示的是本實用新型實施例9的結構示意圖； 圖11所示的是本實用新型實施例10的結構示意圖； 圖12所示的是本實用新型實施例11的結構示意圖； 圖13所示的是本實用新型實施例12的結構示意10[0061]圖14是縱軸為壓力坐標橫軸為溫度坐標的壓力溫度關係圖；圖15是氣體工質的溫度T和壓力P的關係圖。圖中1內燃發動機、2氣體液化物儲罐、8旁通管、99進氣道、100排氣道、33氣體液化物控制閥、22含氧氣體液化物儲罐、222高壓液體泵、1000液體活塞內燃發動機、1111燃燒室、 11爆排發動機、101燃燒室壁高壓流體通道、103排氣高壓熱交換器、201環境熱交換器、104 排氣高溫高壓熱交換器、2222動力渦輪、105排氣低溫高壓熱交換器、106冷卻系統高壓熱交換器、555 二氧化碳液化器、801旁通高壓液體泵、4444作功機構、3001氣液缸、3002液壓動力機構、3003液體工質回送系統、302工質導出口、3005活塞液體導出口、3021工質導出閥、3002液壓動力機構、112燃氣輪機。
具體實施方式
實施例1如圖1所示的低熵混燃氣體液化物發動機，包括內燃發動機1和氣體液化物儲罐 2，在所述內燃發動機1的燃燒室1111上設進氣道99和排氣道100，在所述燃燒室1111的壁上設高壓氣體液化物導入口 301，在所述高壓氣體液化物導入口 301處設氣體液化物控制閥33，所述氣體液化物儲罐2依次經高壓液體泵222、所述氣體液化物控制閥33和所述高壓氣體液化物導入口 301與所述燃燒室1111連通，所述氣體液化物儲罐2中的氣體液化物可以以液體的形式或以臨界狀態的形式或以超高壓氣體的形式進入所述燃燒室1111 內，所述氣體液化物儲罐2與所述燃燒室1111連接處的承壓能力大於3MPa。除該實施例外，所述氣體液化物儲罐2與所述燃燒室1111連接處的承壓能力還可設計為大於 3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa或大於15MPa，以滿足所述氣體液化物儲罐2中的氣體液化物導入所述燃燒室 1111 時的壓力大於 3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、 8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、 13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或大於15MPa時的要求，所述氣體液化物儲罐2中的氣體液化物在所述燃燒室1111內與已經存在的氣體工質混合後進行下一個過程。為了提高所述低熵混燃氣體液化物發動機的效率和環保性，通過控制噴入所述內燃發動機1的燃燒室1111內的氣體液化物的量以及噴入所述燃燒室1111內的燃料的量， 進而調整即將開始作功的氣體工質的溫度到2000K以下，調整即將開始作功的氣體工質的壓力到15MPa以上，使即將開始作功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關係。實施例2如圖2所示的低熵混燃氣體液化物發動機，包括爆排發動機11和氣體液化物儲罐2，所述氣體液化物儲罐2設為含氧氣體液化物儲罐22，在所述爆排發動機11的燃燒室 1111上設高壓氣體液化物導入口 301和排氣道100，在所述高壓氣體液化物導入口 301處設氣體液化物控制閥33，所述含氧氣體液化物儲罐22經高壓液體泵222再經所述氣體液化物控制閥33和所述高壓氣體液化物導入口 301與所述燃燒室1111連通，所述含氧氣體液化物儲罐22中的含氧氣體液化物可以以液體的形式或以臨界狀態的形式或以超高壓氣體的形式進入所述燃燒室1111內，所述含氧氣體液化物儲罐22與所述燃燒室1111連接處的承壓能力大於5MPa。除該實施例外，所述含氧氣體液化物儲罐22與所述燃燒室1111連接處的承壓能力還可設計為大於 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa或大於15MPa，以滿足所述氣體液化物儲罐2中的含氧氣體液化物在所述燃燒室 1111 內燃燒前的壓力大於 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、 7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、 13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或大於15MPa時的要求，所述含氧氣體液化物儲罐22中的含氧氣體液化物在所述燃燒室1111內與燃料發生燃燒化學反應。為了提高所述低熵混燃氣體液化物發動機的效率和環保性，通過控制噴入所述爆排發動機11的燃燒室1111內的含氧氣體液化物的量以及噴入所述燃燒室1111內的燃料的量，使即將開始作功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關係。實施例3如圖3所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例1的區別在於在所述燃燒室1111壁內設燃燒室壁高壓流體通道101，所述氣體液化物儲罐2依次經所述高壓液體泵 222、所述燃燒室壁高壓流體通道101、所述氣體液化物控制閥33和所述高壓氣體液化物導入口 301與所述燃燒室1111連通。實施例4如圖4所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例1的區別在於在所述排氣道100上設排氣高壓熱交換器103，所述氣體液化物儲罐2依次經所述高壓液體泵222、所述排氣高壓熱交換器103、所述氣體液化物控制閥33和所述高壓氣體液化物導入口 301與所述燃燒室1111連通。實施例5如圖5所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例4的區別在於在所述氣體液化物儲罐2與所述高壓氣體液化物導入口 301之間的流體流通通道上設環境熱交換器 201 ；所述氣體液化物儲罐2內的液體在所述環境熱交換器201中吸熱升溫臨界化或氣化， 或所述氣體液化物儲罐2內的液體的臨界化物或氣化物在所述環境熱交換器201中吸熱升實施例6如圖6和圖7所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例1的區別在於在所述排氣道100上設排氣高溫高壓熱交換器104、排氣低溫高壓熱交換器105，所述氣體液化物儲罐2依次經所述高壓液體泵222、所述排氣低溫高壓熱交換器105、所述低熵混燃氣體液化物發動機的冷卻系統106、所述排氣高溫高壓熱交換器104、所述氣體液化物控制閥 33和所述高壓氣體液化物導入口 301與所述燃燒室1111連通。實施例7如圖8所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例1的區別在於所述低熵混燃氣體液化物發動機還包括二氧化碳液化器陽5，所述二氧化碳液化器555的冷卻流體通道串聯設置在所述氣體液化物儲罐2和所述高壓氣體液化物導入口 301之間的流體流通通道上，所述排氣道100與所述二氧化碳液化器555連通，所述二氧化碳液化器555的液體出口與液體二氧化碳儲罐5連通或與所述氣體液化物儲罐2連通，被所述氣體液化物儲罐2 中的流體冷卻液化後的排氣中的二氧化碳儲存在所述液體二氧化碳儲罐5內。具體實施時，被所述氣體液化物儲罐2中的流體冷卻液化後的排氣中的二氧化碳還可以儲存在所述氣體液化物儲罐2內。實施例8如圖9所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例1的區別在於在所述排氣道100上設排氣高壓熱交換器103，在所述氣體液化物儲罐2上設旁通管8，所述旁通管8依次經旁通高壓液體泵801、所述低熵混燃氣體液化物發動機的冷卻系統106、所述氣體液化物控制閥33和所述高壓氣體液化物導入口 301與所述燃燒室1111連通，所述氣體液化物儲罐2依次經所述高壓液體泵222、所述排氣高壓熱交換器103、所述氣體液化物控制閥33 和所述高壓氣體液化物導入口 301與所述燃燒室1111連通，通過調整所述氣體液化物儲罐 2中的流體流經所述高壓液體泵222和所述旁通高壓液體泵801的流量比例以滿足排氣系統和冷卻系統之間由於熱量流不同所需要的所述氣體液化物儲罐2中的流體的不同質量流的要求。實施例9如圖10所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例1的區別在於所述內燃發動機1設為液體活塞內燃發動機1000，所述液體活塞內燃發動機1000包括氣液缸 3001、液壓動力機構3002和液體工質回送系統3003，所述高壓氣體液化物導入口 301設在所述氣液缸3001上，在所述氣液缸3001上設工質導出口 302，在所述工質導出口 302處設工質導出閥3021，在所述氣液缸3001上設活塞液體導出口 3005，所述活塞液體導出口 3005 與所述液壓動力機構3002連通，所述液壓動力機構3002的液體出口與所述液體工質回送系統3003連通，所述液體工質回送系統3003的液體出口與所述氣液缸3001連通，所述液壓動力機構3002對外輸出動力。實施例10如圖11所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例1的區別在於所述內燃發動機1設為燃氣輪機112。實施例11如圖12所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例2的區別在於所述爆排發動機11由所述燃燒室1111和動力渦輪2222連接構成。實施例12如圖13所示的低熵混燃氣體液化物發動機，其與實施例2的區別在於所述爆排發動機11由一個所述燃燒室1111與兩個或兩個以上作功機構4444連接構成。顯然，本實用新型不限於以上實施例，根據本領域的公知技術和本實用新型所公開的技術方案，可以推導出或聯想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應認為是本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種低熵混燃氣體液化物發動機，包括內燃發動機(1)和氣體液化物儲罐O)，其特徵在於在所述內燃發動機(1)的燃燒室(1111)上設進氣道(99)和排氣道(100)，所述氣體液化物儲罐( 依次經高壓液體泵(222)和氣體液化物控制閥(3 與所述燃燒室 (1111)連通。
2.一種低熵混燃氣體液化物發動機，包括爆排發動機(11)和氣體液化物儲罐0)， 其特徵在於所述氣體液化物儲罐( 設為含氧氣體液化物儲罐(22)，在所述爆排發動機 (11)的燃燒室(1111)上設排氣道(100)，所述含氧氣體液化物儲罐0 依次經高壓液體泵(22 和氣體液化物控制閥(3 與所述燃燒室(1111)連通。
3.如權利要求1或2所述低熵混燃氣體液化物發動機，其特徵在於所述氣體液化物儲罐O)與所述燃燒室(1111)連接處的承壓能力大於3MPa。
4.如權利要求1或2所述低熵混燃氣體液化物發動機，其特徵在於在所述燃燒室 (1111)壁內設燃燒室壁高壓流體通道(101)，所述氣體液化物儲罐( 依次經所述高壓液體泵022)、所述燃燒室壁高壓流體通道(101)和所述氣體液化物控制閥(3 與所述燃燒室(1111)連通。
5.如權利要求1或2所述低熵混燃氣體液化物發動機，其特徵在於在所述排氣道 (100)上設排氣高壓熱交換器(103)，所述氣體液化物儲罐( 依次經所述高壓液體泵 022)、所述排氣高壓熱交換器(10 和所述氣體液化物控制閥(3 與所述燃燒室(1111) 連通。
6.如權利要求1或2所述低熵混燃氣體液化物發動機，其特徵在於在所述氣體液化物儲罐O)與所述燃燒室(1111)之間的流體流通通道上設環境熱交換器001)。
7.如權利要求1或2所述低熵混燃氣體液化物發動機，其特徵在於在所述排氣道 (100)上設排氣高溫高壓熱交換器(104)、排氣低溫高壓熱交換器(105)，所述氣體液化物儲罐( 依次經所述高壓液體泵022)、所述排氣低溫高壓熱交換器(105)、所述低熵混燃氣體液化物發動機的冷卻系統(106)、所述排氣高溫高壓熱交換器(104)和所述氣體液化物控制閥(33)與所述燃燒室(1111)連通。
8.如權利要求1或2所述低熵混燃氣體液化物發動機，其特徵在於所述低熵混燃氣體液化物發動機還包括二氧化碳液化器(555)，所述二氧化碳液化器(555)的冷卻流體通道串聯設置在所述氣體液化物儲罐( 和所述燃燒室(1111)之間的流體流通通道上，所述排氣道(100)與所述二氧化碳液化器(55 連通，所述二氧化碳液化器(555)的液體出口與液體二氧化碳儲罐( 連通或與所述氣體液化物儲罐( 連通。
9.如權利要求1或2所述低熵混燃氣體液化物發動機，其特徵在於在所述排氣道 (100)上設排氣高壓熱交換器(103)，在所述氣體液化物儲罐( 上設旁通管(8)，所述旁通管(8)依次經旁通高壓液體泵(801)、所述低熵混燃氣體液化物發動機的冷卻系統(106) 和所述氣體液化物控制閥(3 與所述燃燒室(1111)連通，所述氣體液化物儲罐( 依次經所述高壓液體泵022)、所述排氣高壓熱交換器(10 和所述氣體液化物控制閥(33)與所述燃燒室(1111)連通。
10.如權利要求2所述低熵混燃氣體液化物發動機，其特徵在於所述爆排發動機(11) 由所述燃燒室(1111)和動力渦輪0222)連接構成。
11.如權利要求2所述低熵混燃氣體液化物發動機，其特徵在於所述爆排發動機(11)由一個所述燃燒室(1111)與兩個或兩個以上作功機構G444)連接構成。
專利摘要本實用新型公開了一種低熵混燃氣體液化物發動機，包括內燃發動機和氣體液化物儲罐，在內燃發動機的燃燒室上設進氣道和排氣道，所述氣體液化物儲罐依次經高壓液體泵和氣體液化物控制閥與燃燒室連通，氣體液化物儲罐中的氣體液化物以液體的形式或以臨界狀態的形式或以超高壓氣體的形式進入燃燒室內，氣體液化物儲罐中的氣體液化物在燃燒室內與已經存在的氣體工質混合後進行下一個過程。本實用新型所公開的低熵混燃氣體液化物發動機不僅效率高，而且可以利用由谷電或不穩定發電系統生產氣體液化物，提高利用風能、太陽能和水利資源的效率。
文檔編號F02B41/02GK202202989SQ20112024759
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年3月4日
發明者靳北彪 申請人:靳北彪