內燃液體發動機的製作方法

2023-07-31 08:18:06 3

專利名稱：內燃液體發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱能與動力領域，尤其是一種內燃發動機。
背景技術：
目前，內燃機的應用十分廣泛，但其排氣溫度較高，損失了大量的熱能。為了提高發動機的效率，關於用液化氣體(例如液氮等)作為蓄能介質使其在吸收環境的熱量後氣化膨脹作功的研究較為活躍。但是由於一般都是用大氣作為環境，因為大氣的溫度不高，這類發動機的效率不高。為此，如果能夠發明一種新的系統，將這兩類熱機的循環串聯工作， 將大幅度提高其效率。

發明內容
為了解決上述問題，本發明提出的技術方案如下一種內燃液體發動機，包括內燃機、液體氣源和爆排發動機，在所述內燃機燃燒室壁內設燃燒室壁高壓流體通道和/或在所述內燃機的膨脹腔體壁內設膨脹腔壁高壓流體通道和/或在所述內燃機的排氣道設排氣高壓熱交換器，所述液體氣源經高壓液體泵再至少經所述燃燒室壁高壓流體通道、膨脹腔壁高壓流體通道和排氣高壓熱交換器三個單元中的一個與所述爆排發動機的工質導入口連通。進一步地，在所述液體氣源與燃燒室壁高壓流體通道、膨脹腔壁高壓流體通道和排氣高壓熱交換器三個單元中的任何一個連通之前的液體流通通道上設環境熱交換器，所述液體氣源中的液體在所述環境熱交換器中吸熱升溫。選擇性地，所述內燃機設為活塞式內燃機。選擇性地，所述內燃機設為非活塞式內燃機。選擇性地，所述爆排發動機設為活塞式爆排發動機，在所述工質導入口處設工質導入閥，在所述活塞式爆排發動機的工質導出口處設工質導出閥。選擇性地，所述爆排發動機設為非活塞式爆排發動機。選擇性地，所述液體氣源內的液體設為液氧、液氮、液氦、液體二氧化碳或液化空氣。 選擇性地，所述液體氣源內的液體設為液氧，所述爆排發動機的工質導出口與所述內燃機的進氣道連通。選擇性地，所述爆排發動機設為液體活塞爆排發動機，所述液體活塞爆排發動機包括氣液缸、液壓動力機構和液體工質回送系統，所述工質導入口設在所述氣液缸上，在所述氣液缸上設工質導出口和活塞液體導出口，所述活塞液體導出口與所述液壓動力機構連通，所述液壓動力機構的液體出口與所述液體工質回送系統連通，所述液體工質回送系統的液體出口與所述氣液缸連通，所述液壓動力機構對外輸出動力。進一步地，可在所述工質導入口處設工質導入閥，在所述工質導出口處設工質導出閥。進一步地，所述內燃機的動力軸和所述爆排發動機的動力軸連接。
進一步地，在所述內燃機的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，所述液體氣源依次經所述排氣低溫高壓熱交換器、所述內燃機的冷卻系統和所述排氣高溫高壓熱交換器與所述工質導入口連通。進一步地，所述工質導入口處的承壓能力大於等於15MPa。進一步地，在同時設有燃燒室壁高壓流體通道、膨脹腔壁高壓流體通道和冷卻系統的結構中，在所述液體氣源上設旁通管，所述旁通管經旁通高壓液體泵與液體流量需求大的熱交換器連通，以平衡熱量流與質量流之間的關係。更進一步地，所述內燃液體發動機還包括液體二氧化碳儲罐，所述液體二氧化碳儲罐與所述內燃機的所述排氣道連通。被所述液體氣源中的液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。一種提高所述內燃液體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，使即將開始做功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關係。本發明中，圖14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298K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。本發明中，圖14中的ρ = CTh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。本發明中，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14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14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14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14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。本發明中，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14所示的通過B點的絕熱過程曲線E-B-D的左側區域內。本發明中，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。本發明中，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。本發明中，調整充入所述爆排發動機的氣缸內的氣體的量以及氣體的溫度和壓力，以及所述內燃機的燃燒室的燃油的量，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。本發明中的內燃機是指傳統意義上的內燃機，包括活塞式內燃機、燃氣輪機等一切利用內燃方式進行熱功轉換的系統；所謂液體氣源是指液化氣體源，例如液氮儲罐等； 所謂的爆排發動機是指液體氣源內的液體(如液氮等)吸熱氣化形成的高壓氣體被定量導入膨脹腔內並在膨脹器內膨脹作功，膨脹作功後的氣體被排出系統的裝置，也就是只有作功衝程和排氣衝程的發動機，它包括活塞式、葉輪式等一切可以實現這一過程的機構；所謂的膨脹腔體是指爆排發動機中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。本發明中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。本發明中所謂「所述旁通管經旁通高壓液體泵與液體流量需求大的熱交換器連通，以平衡熱量流與質量流之間的關係」是指用旁通管給熱量流大的熱交換器提供大的質量流，以達到熱交換和降溫冷卻的目的。本發明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液體氣源內的液體。在本發明中，所述液體氣源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。本發明中，所謂連通是指直接連通和經閥、泵、控制系統等的間接連通。本發明中，應根據熱動力領域或液壓領域的公知技術在必要的地方設傳感器、閥、 燃油供給系統、泵等必要部件、單元或系統。本發明的有益效果如下本發明所公開的內燃液體發動機效率高。


圖1所示的是本發明實施例1的結構示意圖；圖2所示的是本發明實施例2的結構示意圖3所示的是本發明實施例3的結構示意圖；圖4所示的是本發明實施例4的結構示意圖；圖5所示的是本發明實施例5的結構示意圖；圖6所示的是本發明實施例6的結構示意圖；圖7所示的是本發明實施例7的結構示意圖；圖8所示的是本發明實施例8的結構示意圖；圖9所示的是本發明實施例9的結構示意圖；圖10和圖11所示的是本發明實施例10的結構示意圖；圖12所示的是本發明實施例11的結構示意圖；圖13所示的是本發明實施例12的結構示意圖；圖14是氣體工質的壓力P和溫度T的關係圖，圖中1內燃機、2液體氣源、3爆排發動機、5液體二氧化碳儲罐、8旁通管、101燃燒室壁高壓流體通道、102膨脹腔壁高壓流體通道、100排氣道、103排氣高壓熱交換器、222高壓液體泵、110進氣道、301工質導入口、201環境熱交換器、111活塞式內燃機、112非活塞式內燃機、331活塞式爆排發動機、3011工質導入閥、302工質導出口、3021工質導出閥、332非活塞式爆排發動機、3000液體活塞爆排發動機、3001氣液缸、3002液壓動力機構、3003液體工質回送系統、3005活塞液體導出口、801旁通高壓液體泵、104排氣高溫高壓熱交換器、105排氣低溫高壓熱交換器、106冷卻系統。
具體實施例方式實施例1如圖1所示的內燃液體發動機，包括內燃機1、液體氣源2和爆排發動機3，在所述內燃機1的排氣道100設排氣高壓熱交換器103，所述液體氣源2經高壓液體泵222再經所述排氣高壓熱交換器103與所述爆排發動機3的工質導入口 301連通，所述工質導入口 (301)處的承壓能力大於15MPa，所述液體氣源2內的液體設為液氧、液氮、液氦、液體二氧化碳或液化空氣。為了進一步提高所述內燃液體發動的機效率和環保性，無論在所述內燃機1的燃燒室還是在所述爆排發動機3的燃燒室內，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，使即將開始做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所示的內燃液體發動機，其與實施例1的區別在於取消所述內燃機1的排氣道100上的排氣高壓熱交換器103，在所述內燃機1燃燒室壁內設燃燒室壁高壓流體通道 101，所述液體氣源2經高壓液體泵222再經所述燃燒室壁高壓流體通道101與所述爆排發動機3的工質導入口 301連通。實施例3如圖3所示的內燃液體發動機，其與實施例1的區別在於取消所述內燃機1的排氣道100上的排氣高壓熱交換器103，在所述內燃機1的膨脹腔體壁內設膨脹腔壁高壓流體通道102，所述液體氣源2經高壓液體泵222再經所述膨脹腔壁高壓流體通道102與所述爆排發動機3的工質導入口 301連通。實施例4如圖4所示的內燃液體發動機，其與實施例1的區別在於在所述液體氣源2與排氣高壓熱交換器103連通之前的液體流通通道上設環境熱交換器201，所述液體氣源2中的液體在所述環境熱交換器201中吸熱升溫。實施例5如圖5所示的內燃液體發動機，其與實施例1的區別在於所述內燃機設為活塞式內燃機111，所述爆排發動機設為活塞式爆排發動機331，在所述工質導入口 301處設工質導入閥3011，在所述活塞式爆排發動機331的工質導出口 302處設工質導出閥3021。實施例6如圖6所示的內燃液體發動機，其與實施例1的區別在於所述內燃機設為非活塞式內燃機112，所述爆排發動機設為非活塞式爆排發動機332。實施例7如圖7所示的內燃液體發動機，其與實施例1的區別在於所述液體氣源2內的液體設為液氧，所述爆排發動機3的工質導出口 302與所述內燃機1的進氣道110連通。實施例8如圖8所示的內燃液體發動機，其與實施例1的區別在於所述爆排發動機設為液體活塞爆排發動機3000，所述液體活塞爆排發動機3000包括氣液缸3001、液壓動力機構 3002和液體工質回送系統3003，所述工質導入口 301設在所述氣液缸3001上，在所述工質導入口 301處設工質導入閥3011，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，所述內燃機1的動力軸和所述液體活塞爆排發動機3000的動力軸連接。實施例9如圖9所示的內燃液體發動機，其與實施例1的區別在於在所述內燃機1的膨脹腔體壁內設膨脹腔壁高壓流體通道102，所述液體氣源2經高壓液體泵222再經所述膨脹腔壁高壓流體通道102和所述排氣高壓熱交換器103與所述爆排發動機3的工質導入口 301 連通。實施例10如圖10和圖11所示的內燃液體發動機，其與實施例1的區別在於取消所述內燃機1的排氣道100上的排氣高壓熱交換器103，在所述內燃機1的所述排氣道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所述液體氣源2依次經所述排氣低溫高壓熱交換器105、所述內燃機1的冷卻系統106和所述排氣高溫高壓熱交換器104與所述工質導入口 301連通。實施例11如圖12所示的內燃液體發動機，其與實施例10的區別在於所述內燃液體發動機還包括液體二氧化碳儲罐5，所述液體二氧化碳儲罐5與所述內燃機1的所述排氣道100連通，被所述液體氣源2中的液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。實施例12如圖13所示的內燃液體發動機，其與實施例10的區別在於在同時設有排氣高溫高壓熱交換器104、排氣低溫高壓熱交換器105和冷卻系統106的結構中，在所述液體氣源2上設旁通管8，所述旁通管8經旁通高壓液體泵801與液體流量需求大的所述冷卻系統 106連通，以平衡熱量流與質量流之間的關係。顯然，本發明不限於以上實施例，根據本領域的公知技術和本發明所公開的技術方案，可以推導出或聯想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應認為是本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種內燃液體發動機，包括內燃機(1)、液體氣源⑵和爆排發動機(3)，其特徵在於在所述內燃機(1)燃燒室壁內設燃燒室壁高壓流體通道(101)和/或在所述內燃機(1) 的膨脹腔體壁內設膨脹腔壁高壓流體通道(102)和/或在所述內燃機(1)的排氣道(100) 設排氣高壓熱交換器(103)，所述液體氣源(2)經高壓液體泵(222)再至少經所述燃燒室壁高壓流體通道(101)、膨脹腔壁高壓流體通道(102)和排氣高壓熱交換器(103)三個單元中的一個與所述爆排發動機(3)的工質導入口(301)連通。
2.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於在所述液體氣源(2)與燃燒室壁高壓流體通道(101)、膨脹腔壁高壓流體通道(102)和排氣高壓熱交換器(103)三個單元中的任何一個連通之前的液體流通通道上設環境熱交換器(201)。
3.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於所述內燃機(1)設為活塞式內燃機(111)。
4.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於所述內燃機(1)設為非活塞式內燃機(112)。
5.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於所述爆排發動機(3)設為活塞式爆排發動機(331)，在所述工質導入口(301)處設工質導入閥(3011)，在所述活塞式爆排發動機(331)的工質導出口(302)處設工質導出閥(3021)。
6.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於所述爆排發動機(3)設為非活塞式爆排發動機(332)。
7.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於所述液體氣源(2)內的液體設為液氧、液氮、液氦、液體二氧化碳或液化空氣。
8.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於所述液體氣源(2)內的液體設為液氧，所述爆排發動機(3)的工質導出口(302)與所述內燃機(1)的進氣道(110)連通。
9.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於所述爆排發動機(3)設為液體活塞爆排發動機(3000)，所述液體活塞爆排發動機(3000)包括氣液缸(3001)、液壓動力機構 (3002)和液體工質回送系統(3003)，所述工質導入口(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)和活塞液體導出口(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。
10.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於所述內燃機(1)的動力軸和所述爆排發動機(3)的動力軸連接。
11.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於在所述內燃機(1)的所述排氣道 (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)，所述液體氣源⑵ 依次經所述排氣低溫高壓熱交換器(105)、所述內燃機(1)的冷卻系統(106)和所述排氣高溫高壓熱交換器(104)與所述工質導入口(301)連通。
12.如權利要求1所述內燃液體發動機，其特徵在於所述工質導入口(301)處的承壓能力大於等於15MPa。
13.如權利要求11所述內燃液體發動機，其特徵在於在同時設有排氣高溫高壓熱交換器(104)、排氣低溫高壓熱交換器(105)和冷卻系統(106)的結構中，在所述液體氣源(2)上設旁通管(8)，所述旁通管(8)經旁通高壓液體泵(801)與液體流量需求大的熱交換器連通。
14.如權利要求1至13任意之一所述內燃液體發動機，其特徵在於所述內燃液體發動機還包括液體二氧化碳儲罐(5)，所述液體二氧化碳儲罐(5)與所述內燃機(1)的所述排氣道(100)連通。
15.一種提高權利要求1至13任意之一所述內燃液體發動機效率和環保性的方法，其特徵在於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，使即將開始做功的氣體工質的溫度和壓力符合類絕熱關係。
全文摘要
本發明公開了一種內燃液體發動機，包括內燃機、液體氣源和爆排發動機，在所述內燃機燃燒室壁內設燃燒室壁高壓流體通道和/或在所述內燃機的膨脹腔體壁內設膨脹腔壁高壓流體通道和/或在所述內燃機的排氣道設排氣高壓熱交換器，所述液體氣源經高壓液體泵再至少經所述燃燒室壁高壓流體通道、膨脹腔壁高壓流體通道和排氣高壓熱交換器三個單元中的一個與所述爆排發動機的工質導入口連通。本發明所公開的內燃液體發動機效率高。
文檔編號F02M21/02GK102383972SQ201110196470
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年1月14日
發明者靳北彪 申請人:靳北彪