CN100414073C - 水电爆炸发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水电爆炸发动机，包括缸体、水箱、放电电源和离合器。缸体中活塞位于上止点时与缸顶之间形成水电爆炸区水域空腔，腔设置压力传感器和水电爆炸点。当曲轴与连杆连接点处于曲轴180度，即连杆垂直时，连杆与连杆曲轴连接点和曲轴中点的连线成90度角。当活塞从上止点下行时，水进入缸体，下行到其行程中点时水电爆炸作功，而推动活塞运行至下止点，为作功行程。活塞从下止点上行到上止点为排水行程，完成一个工作循环。水箱置于缸体上方，设进排水阀门与缸体连通。放电电源由供电系统和控制系统组成。本发明具有结构简单，能耗小，体积小，功率大，无污染，造价低，启动轻便容易，运行安全可靠等优点，是一种新型能源发动机。
Description
技术领域
本发明属于动力机械类，一种利用水电爆炸作动力的发动机。
背景技术
电能在水中瞬间释放时会转变为热、光、声、力等几种形式的能量，这一过程被称为“水电爆炸”。工业用电经升压整流后充入电容器中储存起来，通过控制开关使其在水中瞬时放电而发生爆炸，爆炸中心可形成1千-10万大气压的高压力、强大的冲击波和每秒100米的高速水流。据测算，这种脉冲的功率最大可达100万千瓦。由于水电爆炸具有许多奇特的功能和惊人的本领，因而在工业、建筑、医疗、海洋开发和土壤改造等领域已获得广泛应用。但在发动机方面的应用目前还是空白。
发明内容
本发明的目的是应用水电爆炸原理，提供一种结构简单，功率大，效率高，无污染，造价低，启动轻便容易，运行安全可靠的新型能源发动机。
实现本发明的目的之技术方案是：
1、本发明水电爆炸发动机包括缸体、水箱、放电电源和离合器。所述缸体中活塞位于上止点，即曲轴处于90度处时，活塞上端与缸顶之间形成一水电爆炸区水域空腔，空腔内设置压力传感器和水电爆炸点。当曲轴与连杆连接点处于曲轴180度，即连杆垂直时，连杆与连杆曲轴连接点和曲轴中点的连线成90度角。当活塞从上止点下行时水开始进入缸体，而下行到其行程中点，即曲轴从90度旋转接近180度处时，进出水阀门瞬间关闭，使水电爆炸区内的高压放电点瞬间放电爆炸作功，当达到最大爆炸膨胀力时曲轴正处于180度处并推动活塞运行至下止点，即曲轴旋转至270度处，此行程为进水作功行程；活塞从下止点上行至上止点，即曲轴从270度处经0度旋转至90度处为排水行程，完成一个工作循环。所述水箱置于缸体上方，设进排水阀门与缸体连通。所述放电电源由供电系统和控制系统组成，供电系统向控制系统供电，控制系统用来控制放电过程。供电系统由交流电源、电池组和燃料电池组成，交流电源经过开关整流器向控制系统供电，同时也可对电池组充电，当交流电源断电时由电池组供电。控制系统由高频开关电源、多路高压整流器、电容器组和智能高压充放电控制装置组成。高频开关电源与多路高压整流器连接，而电容器组的电容器通过智能高压充放电控制装置分别与多路高压整流器中相应的整流管连接。高频开关电源控制电容器充电电压高低，而智能高压充放电控制装置控制电容器放电的容量大小，电容器充电电压高低与电容器放电容量大小两者相互协调工作。控制系统的信号源来自发动机转速感应器。所述离合器与曲轴齿轮啮合。曲轴上设置维能装置，以帮助离合器分离后曲轴能旋转回到下一次爆炸的爆炸点。
2、所述燃料电池由水箱高温水蒸汽经金属催化器分解还原后提供氢气和氧气为燃料而输出电能，并与高频开关电源连通以便工作时优先使用燃料电池电能。
3、所述离合器由外齿轮和内齿轮组成，两齿轮之间充满“电流变液体”，外齿轮和曲轴齿轮啮合，内齿轮为功率输出(负载)轮并配装助力轮，“电流变液体”的电流由控制电路提供。
4、离合器与曲轴齿轮的啮合点在曲轴处于180度(曲轴作用力点)处。
5、所述阀门上设置机械放负压抱死装置。
6、所述维能装置为电动机式或者机械惯性式维能装置，并使活塞运转的最高速度限于缸体内水惯性的大小范围内。
7、本发明水电爆炸发动机可作单缸结构使用，也可作多缸结构使用。
本发明水电爆炸发动机的放电电源由供电系统供电，经升压整流后，由智能高压充放电控制装置给电容器充电储能和令电容器瞬间放电。根据实时负载需要，高频开关电源可提供几KV到几十KV甚至更高的充电电压，单个电容器充电储能后排列候用。由于水电爆炸产生的冲击波的能量取决于电容器的放电电压和电容器的电容量，因此智能高压充放电控制装置与高频开关电源相互协调的作用之一是根据发动机的输出功率(负载)实时大小的需要，自动调整电容器充电电压和需要多少个电容器并连后放电才能保证将曲轴由180度处旋转至270度时能量消耗贻尽；作用之二是保证放电电容器放电前断开充电电路，放电后再连接充电电路充电储能；作用之三是使发动机在(一定功率范围内)恒速运转。
离合器内外齿轮之间的“电流变液体”正常状态下为液体，在电流作用下瞬间变为固体，使整个离合器成为一体，外齿轮即可带动内齿轮；当电流断开时“电流变液体”瞬间变为液体，内外齿轮分离。离合器开始通电与水电爆炸放电同步，通电时间长短则由爆炸膨胀力消耗情况而定，即当膨胀力即将小于负载力时电流断开，离合器分离。这种离合器能把水电爆炸的高速能有效传动负载轮并在助力轮惯性作用下高速飞转，不受曲轴慢转速影响，离合器半径大小取决于曲轴轮和离合器作用力弧度及杠杆系数的最佳配比，使之能最大利用爆炸特性瞬间的高速能和杠杆原理增大力(扭)距。
压力检测装置(压力传感器)提供控制信号数据和运转参数，确保整机正常运转，并提供多种保护措施。例如爆炸失败时使阀门具备防负压抱死而提前打开能力，同时也可依靠机械防负压抱死装置打开阀门，并断开离合器电流使离合器分离。
本发明水电爆炸发动机为二冲程工作循环，无须压缩，内耗小，具有结构简单，能耗小，体积小，功率大，无污染，造价低，启动轻便容易，运行安全可靠等优点，是一种新型能源发动机。
附图说明：
图1为本发明水电爆炸发动机结构图；
图2为本发明水电爆炸发动机进水状态图；
图3为本发明水电爆炸发动机作功状态图；
图4为本发明水电爆炸发动机排水状态图。
附图中，缸体(1)，水箱(2)，活塞(3)，曲轴(4)，爆炸区空腔(5)，进排水阀门(6)，连杆(7)，离合器(8)，离合器外齿轮(9)，离合器内齿轮(10)，“电流变液体”(11)，水电爆炸点(12)，曲轴齿轮(13)交流电源S，开关整流器Q，燃料电池A，金属催化器H，电池组E，高频开关电源B，多路高压整流器F，电容器组G，智能高压充电放电控制装置K，整流管D，电容器C。
具体实施方式
参照图1、本发明水电爆炸发动机包括缸体(1)、水箱(2)、放电电源和离合器(8)。所述缸体中活塞(3)位于上止点，即曲轴(4)处于90度时，活塞上端与缸顶之间形成一水电爆炸区水域空腔(5)，空腔内设置压力传感器和水电爆炸点(12)。当曲轴与连杆(7)连接点处于曲轴180度，即连杆垂直时，连杆与连杆曲轴连接点和曲轴中点的连线成90度角。参照图2和图3，当活塞从上止点下行时，水开始进入缸体，而下行到其行程中点，即曲从90度旋轴到接近180度处时，进出水阀门瞬间关闭，此时缸内水域空腔完全充满水，并使水电爆炸区内的高压放电点瞬间放电爆炸，在180度处时最大爆炸膨胀力作功而推动活塞运行至下止点，即曲轴从180度旋转至270度，此行程即进水作功行程。在进出阀设有防负压(点火失败、低爆炸力缸内水域出现负压)抱死装置，当出现负压(至一定值)抱死时，阀门(6)强行打开，并断开离合器(8)电流离合器分离。参照图4，活塞(3)从下止点上行至上止点，即曲轴(4)从270度处经0度处旋转至90度处为排水行程，从而完成了一个工作循环。参照图1，所述水箱(2)置于缸体(1)上方，设进出水阀门(6)与缸体(1)连通，阀门采用平面旋转式，或一体化缸套圆形上下滑动式(这时可在水电爆炸点(12)上面增设爆炸力能量反射板保护阀门)及其他形式阀门。当活塞向下运转而未到270度处时如缸内压力已耗尽，则控制信号使阀门提前打开。可另设备用水箱，以保证水的供给。所述放电电源由供电系统和控制系统组成，供电系统向控制系统供电，控制系统用来控制放电过程。供电系统由交流电源S、开关整流器Q、电池组E和燃料电池A组成。交流电源S经开关整流器Q向控制系统供电的同时给电池组E充电。控制电络由高频开关电源B、多路高压整体器F、电容器组G和智能高压充放电控制装置K组成。高频开关电源B与多路高压整流器F连接，电容器组G的电容器C1-n通过智能高压充放电控制装置K分别与多路高压整流器F中相应的整流管D1-n连接。高频开关电源B控制电容器C充电电压的高低，智能高压充电放电控制装置K控制电容器C放电的容量的大小，电容器充电电压高低与放电容量大小两者相互协调工作。控制系统的信号源来自发动机转速感应器和压力传感器。离合器(8)由外齿轮(9)和内齿轮(10)组成，两齿轮之间充满“电流变液体”(11)，外齿轮(9)和曲轴齿轮(13)啮合，内齿轮(10)为功率输出(负载)轮并配装助力轮，“电流变液体”(11)的电流由控制电路提供。离合器(8)与曲轴齿轮(13)的啮合点在曲轴处于180度(曲轴作用力点)处。
Claims (7)
1. 一种水电爆炸发动机，其特征是包括缸体(1)、水箱(2)、放电电源和离合器(8)，所述缸体(1)中活塞(3)位于上止点，即曲轴处于90度处时，活塞(3)上端与缸顶之间形成一水电爆炸区空腔(5)，水域空腔内设置压力传感器和水电爆炸点(12)；曲轴与连杆(7)连接点处于曲轴180度，即连杆垂直时，连杆与连杆曲轴连接点和曲轴中点的连线成90度角；当活塞从上止点下行时水开始进入缸体，而下行到其行程中点，即曲轴从90度旋转至180度处时，进出水阀门瞬间关闭，使水电爆炸区内的高压放电点瞬间放电爆炸作功，当达到最大爆炸膨胀力时曲轴正处于180度处并推动活塞运行至下止点，即曲轴旋转至270度处，此行程为进水作功行程；活塞从下止点上行至上止点，即曲轴从270度处经0度旋转至90度处为排水行程，完成一个工作循环；所述水箱置(2)于缸体(1)上方，设进排水阀门(6)与缸体连通；所述放电电源由供电系统和控制系统组成，供电系统向控制系统供电，控制系统用来控制放电过程，供电系统由交流电源S、电池组E和燃料电池A组成，交流电源S经过开关整流器Q向控制系统供电，同时也可对电池组E充电，当交流电源断电时由电池组供电；控制系统由高频开关电源B、多路高压整流器F、电容器组G和智能高压充放电控制装置K组成；高频开关电源B与多路高压整流器F连接，而电容器组G的电容器C通过智能高压充放电控制装置K分别与多路高压整流器F中相应的整流管D连接，高频开关电源B控制电容器C充电电压高低，而智能高压充放电控制装置K控制电容器C放电的容量大小，电容器的充电电压高低与放电容量大小两者相互协调工作，控制系统的信号源来自发动机转速感应器和压力传感器；所述离合器(8)与曲轴齿轮(13)啮合，曲轴上设置维能装置，以帮助离合器分离后曲轴能旋转回到下一次爆炸的爆炸点。
2. 根据权利要求1所描述的水电爆炸发动机，其特征是燃料电池A由水箱高温水蒸汽经金属催化器H分解还原后提供氢气和氧气为燃料而输出电能，并与高频开关电源B连通以便工作时优先使用燃料电池电能。
3. 根据权利要求1所描述的水电爆炸发动机，其特征是所述离合器(8)由外齿轮(9)和内齿轮(10)组成，两齿轮之间充满“电流变液体”(11)，外齿轮(9)和曲轴齿轮(13)啮合，内齿轮(10)为功率输出(负载)轮并配装助力轮，“电流变液体”的电流由控制电路提供。
4. 根据权利要求1或3所描述的水电爆炸发动机，其特征是离合器(8)与曲轴齿轮(13)的啮合点在曲轴处于180度(曲轴作用力点)处。
5. 根据权利要求1所描述的水电爆炸发动机，其特征是所述阀门(6)上设置机械防负压抱死装置。
6. 根据权利要求1所描述的水电爆炸发动机，其特征是所述维能装置为电动机式或者机械惯性式维能装置，并使活塞运转的最高速度限于缸体内水惯性的大小范围内。
7. 根据权利要求1所描述的水电爆炸发动机，其特征是所述水电爆炸发动机可作单缸结构使用，也可作多缸结构使用。
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