CN100587228C - 活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其尤其利用工作压缩空气工作且使用：活塞行程控制装置以及活动室，其具有冷室(29)，所述冷室可使供给空气压缩装置(28，25，26，33)进口(28)的大气降低到很低的温度，然后所述压缩装置将仍在低温的该工作压缩空气压送到外燃烧室(19)中，所述外燃烧室(19)配有恒压加热装置(19A)，工作压缩空气在所述加热装置(19A)中增大体积，再被准等温地输送到作功的活动室(13)中，然后再在工作缸体(2)中膨胀，以便重新作功。本发明应用于陆上车辆、轿车、公共汽车、摩托车、船舶、飞机、应急发电装置、家用电器、固定式热机。

Description

活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组
技术领域
[01]本发明涉及发动机-压缩机组，其尤其利用压缩空气工作，特别使用：活塞行程控制装置，其作用是在一段时间内使活塞停止在其上止点并令发动机止转；产生作功的可变容积式活动室；集成(或非集成)式的压缩装置；以及环境热能回收装置，所述机组能以燃料或压缩空气的单能源型式运行，或者同时或相继地以燃料和压缩空气的双能源型式运行。
背景技术
[02]本拟稿人提交了许多涉及机械化及其设备的专利，其使用压缩空气工作，以完全适于在城市和郊区环境使用：
[03]-WO 96/27737WO 97/00655WO 97/39232
[04]-WO 97/48884WO 98/12062WO 98/15440
[05]-WO 98/32963WO 99/37885
[06]为了使用这些发明，在可参照其内容的专利申请WO 99/63206中，也提出一种工作活塞行程的控制方法和控制装置，其可使活塞停止在其上止点；在同样可参照其内容的专利申请WO 99/20881中提出的方法也涉及这些两种或三种供给方式、单能源或双能源型发动机的运行。
[07]在也可参照其内容的专利申请WO 99/37885中，提出一种解决方案，其可增加可使用和可支配的能源数量，其特征在于，压缩空气在其输入到燃烧和/或膨胀室中之前直接来自储存器，或者在其进入环境热能回收装置的一个或多个热交换器之后来自储存器，且在其输入到燃烧室中之前，所述压缩空气被引入到一加热器中，在加热器中通过提高其温度，也要在其输入到发动机的燃烧和/或膨胀室中之前增大压力和/或体积，因而也大大提高可由所述发动机实现的性能。
[08]使用尽管利用化石燃料的加热器所具有的优越性是可使用干净的连续燃烧，可采用任何公知的方式对所述燃烧进行催化或减少污染，以便获得极少的污染排放物。
[09]作者提交了一份其内容可资参照的专利WO 03/036088，其涉及以单能源和多能源形式工作的附加压缩空气喷射式发动机-压缩机(moto-compresseur)-发动机发电机(moto alternateur)组。
[10]在采用压缩空气工作的、且具有一高压压缩空气储存器的这些类型的发动机中，必须使高压储存器中容纳的压缩空气膨胀，而随着储存器在一稳定的中间压力下排空，所述储存器中的压力减小，而所述中间压力即为在其用于一个或多个发动机缸体之前用于缓冲容器()中的最终工作压力。公知普通的阀和弹簧式减压器具有很小的流量，且其用于该应用要求很沉重的和性能不佳的装置，此外，由于膨胀时冷却空气的湿度，它们非常容易结霜。
[11]为了解决这个问题，作者还提交一份其内容可供参照的专利WO03/089764，其涉及可变流量动态减压器，所述减压器用于采用压缩空气喷射供给的发动机，其具有一高压压缩空气储存器和一工作容器。
[12]作者还提交一份专利WO 02/070876，它涉及可变容积膨胀室，其由两个不同的容器构成，其中一个容器与压缩空气入口连通，而另一个容器与缸体并排连接，它们之间可连通或隔开，以致在排气周期期间，可使这些容器中的第一容器加载上压缩空气，然后排气一结束就在第二容器中建立压力，而活塞停止在其上止点，且在其行程恢复之前，这两个容器保持连通且一起膨胀，以进行工作冲程(temps moteur)，并且此外，这两个容器中之一配设有可改变其容积的部件，以便允许在等压下改变发动机的合成扭矩。
[13]在这些减压式装置中，燃烧室的充填始终呈现对机械总效率有害的膨胀。
[14]为了解决上一问题，本拟稿人还提交一份专利WO 2005/049968，它涉及活动室(chambre active)式发动机，其使用使活塞停止在上止点的停止装置，优选通过一缓冲容器即工作容器，供给该发动机装于高压储存器中的压缩空气或任何其它压缩气体。双能源型工作容器具有由一附加能源(化石类能源或其它能源)供给的一空气加热装置，从而可增大穿过所述加热装置的空气的温度和体积。因此，工作容器是一外燃烧室。
[15]在这种发动机中，发动机的内膨胀室由可变容积构成，所述可变容积配有允许产生作功的部件，且通过一持久通道与包含于主工作活塞上方的空间并排连接并接触。在工作活塞停止在其上止点期间，带压工作空气进入膨胀室，而此时膨胀室处于其最小容积，且在推力下，它的容积增加并产生作功，然后，所述膨胀室中容纳的工作压缩空气接着在发动机缸体中膨胀，从而推动工作活塞并依序作功，而在排气冲程期间工作活塞上升时，膨胀室的可变容积恢复到其最小容积，以便重新开始一完整的工作循环。
[16]因此，活动室式发动机的热力学周期包括四个压缩空气单能源方式阶段：
[17]-不作功等温膨胀
[18]-作功的轻微转换即准等温的膨胀
[19]-作功多变膨胀
[20]-准环境压力下的排气
[21]在其双能源和辅助燃料模式应用中，一压缩机或者供给高压储存器，或者供给工作容器(燃烧室)，又或者供给相组合的这两个容积。
[22]活动室式发动机也可实施成化石燃料式单能源。因此，在上述实施例中，高压压缩空气储存器完全且简单地被取消。
[23]活动室式发动机是外燃烧室式发动机，但是，加热器中的燃烧可以或者是内燃，称为“外内”燃烧，使火焰直接与工作压缩空气相接触，或者是外燃，称为“外外”燃烧，通过一交换器加热工作空气。
[24]这种发动机根据以下关系式在恒压下以可变容积燃烧工作：
[25]PV1＝nRT1
[26]PV2＝nRT2
[27]由此，对于常数P来说，V1/V2＝T1/T2
[28]恒压下温度的提高会使得按相同的比例增大压缩空气的体积，增大N倍的体积则要求提高相同的N倍的温度。
[29]采用双能源方式和附加能源的自主运行，且当压缩空气进入高压储存器中时，热力学周期因而包括七个阶段：
[30]-抽吸
[31]-压缩
[32]-工作容器中的等温膨胀
[33]-提高温度
[34]-作功的轻微转换膨胀(transfert-légère détente)(即准等温膨胀)
[35]-作功多变膨胀
[36]-准环境压力下排气
[37]当压缩空气直接进入工作容器或燃烧室时，热力学周期包括六个阶段：
[38]-抽吸
[39]-压缩
[40]-提高温度
[41]-作功轻微转换即准等温的膨胀
[42]-作功多变膨胀
[43]-准环境压力下排气
[44]在这种使用双能源的发动机中，进入工作容器或燃烧室的压缩空气的温度等于或高于环境温度，如果压缩空气来自高压储存器，则所述温度大致等于环境温度，而如果它直接来自压缩机，则该温度高于环境温度，并且体积的增大在循环的下一阶段通过提高温度来实现。
[45]直接来自压缩机时，气温可达约400℃的数值，高于环境温度。
[46]为了确定这些构思，作为非限制性实施例，为了在30bar下供给30cc的活动室，从一储存器提取5立方厘米的压缩空气载量，以便在30bar的压力和293K(20℃)的环境温度下将压缩空气输入到工作和加热室中，因而必须实现燃烧，所述燃烧将使温度达到其初始值的6倍，即达到1758K即1485℃。
[47]如果5cc的气载量直接来自压缩机，则它基本处于693°K(420℃)的温度，而对于同一结果来说，气载量的温度应达到2158°K即1885℃。
[48]在外燃烧室中高温的使用会在材料、冷却和污染排放物尤其是高于1000℃下形成的NOx(氮氧化物)的排放方面导致许多限制。
发明内容
[49]按本发明的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组旨在解决这些限制，允许使用更冷的燃烧以达到等效特征的性能，且所述燃烧相反地还能使机器效率大为提高。
[50]活动室式低温发动机-压缩机组的特征在于可整体使用也可单独使用的部件，特别是：
[51]-它具有冷室，所述冷室可使供给空气压缩装置进口的大气降低至很低的温度，然后所述压缩装置将仍在低温的该工作压缩空气压送到配有空气加热装置的工作容器或外燃烧室中，空气的体积在此大幅增加，以便然后优选地被输入到根据WO 2005/049968所述的活动室中，其本身特征在于：
[52]-在所述工作活塞停止在其上止点期间，带压的空气或气体被引入所述膨胀室中，此时该膨胀室处于其最小容积，且在推压下膨胀室的容积将增大，并产生作功；
[53]-然后所述膨胀室中容纳的压缩空气在工作缸体中膨胀，因而沿所述工作活塞的下降行程推动该工作活塞，并依序作功；
[54]-在所述工作活塞于排气冲程(temps échappement)时的上升行程期间，所述膨胀室的可变容积恢复到其最小的容积，以便重新开始一完整的工作循环。
[55]因此，根据本发明的热力学周期的特征在于它具有七个阶段：
[56]-大幅降低大气温度
[57]-抽吸
[58]-压缩
[59]-提高温度(恒定容积燃烧)
[60]-准等温输送
[61]-多变膨胀
[62]-准环境压力下排气
[63]使用按本发明的热力学周期的低温发动机-压缩机组的特征还在于，压缩机的输入空气在制冷(或冷却)机的冷室内大幅被冷却，所述制冷机使用吸收热量以汽化的液体，其中，起初呈气态的冷却或制冷流体借助低温压缩机被压缩，且被压送到蛇管内，在该蛇管中发生液化，该液化现象会释放热量，然后液体被输入到定位于所述冷室中的蒸发器内，液体在此发生汽化(吸热现象)。因此所产生的蒸汽返回压缩机并且循环可重新开始。因此，冷室中容纳的工作空气极大地被冷却和收缩，然后它仍在低温下被空气压缩机抽吸并压缩，在燃烧室中空气被加热，其体积大增，然后再准等温地被输送到活动室中，从而产生作功；接着在工作缸体中进行多变膨胀，以便依序产生作功。
[64]为了确定这些构思，作为非限制性实施例，如果5立方厘米的压缩空气载量在30bar的压力和90K的温度下由空气压缩机直接输入到工作和燃烧室中，以在30bar的压力下供给30立方厘米的活动室，则必须进行燃烧，燃烧使温度6倍于其初始值，达到540K即267℃。
[65]根据本发明的一变型，从压缩机输出的仍在低温下的压缩工作空气通过空气-空气交换器，再被送往燃烧室，且因此差不多回复到环境温度，同时其体积大增，接着再被输入到燃烧室中。必要的热能供给需求因而大为减少。
[66]为了确定这些构思，作为比较的实施例，如果在90K下来自空气压缩机的5立方厘米的压缩空气载量穿过空气-空气交换器，且其温度差不多恢复到环境温度，即270K，则输入到工作和加热室中的空气体积因而为15立方厘米，且始终用以在30bar下供给活动室，因此必须进行燃烧，燃烧将使温度仅2倍于其数值(即540°K)，从而大大节省燃料所提供的能量。
[67]根据本发明的一变型，在压缩机出口的仍在低温下的压缩工作空气被引入到大容积的高压储存器中，在该储存器中根据其相对容积和贮存时间，空气差不多恢复到环境温度，然后优选地穿过根据WO 03/089764所述的动态减压器，在所述燃烧室中膨胀至工作中间压力，而在所述燃烧室中空气被加热且其体积大增，再准等温地被输送到所述活动室中，从而产生作功，接着在工作缸体中进行多变膨胀，以便依序产生作功。
[68]根据储存器的容积和在所述储存器中的贮存时间，可通过与储存器中已有的空气混合而自然恢复到环境温度，但是根据本发明的一变型，可在压缩机和储存器之间间置空气-空气交换器，以促使空气恢复到环境温度，然而这不改变所描述的本发明的原理。
[69]因此，根据本发明该变型的热力学周期的特征在于它具有九个阶段：
[70]-大幅降低大气的温度
[71]-抽吸
[72]-压缩
[73]-恢复到恒压环境温度
[74]-等温膨胀
[75]-提高温度(恒定容积燃烧)
[76]-准等温输送
[77]-多变膨胀
[78]-在环境压力下排气
[79]按本发明的活动室式低温发动机-压缩机组也以双模式工作，即空气压缩机通过空气压缩机出口导道上的支路或供给高压储存器，或供给燃烧室，或者结合这两者，以便允许在机组运行期间充注高压储存器。在后一种情况下，优选使用增压器，其在支路之后布置在引向高压储存器的导道上，以便能充注高压储存器，并另外供给中间压力燃烧室。
[80]在后一种情况下，发动机-压缩机组的控制优选是这样实施的：通过定位在所述燃烧室之前的动态减压器，来控制所述燃烧室中的压力。
[81]根据本发明的另一变型，对于活动室的加热器来说，优选可使用以吸附和解吸方法为基础的热化学方法，例如专利EP 0307297A1和EP 0382586B1中所描述和使用的方法，这些方法利用流体例如液态氨汽化转变成气体，气体与盐例如氯化钙、氯化锰等起反应。系统如同热电池那样工作，其中，在第一阶段，蒸发器中容纳的氨储量的汽化一方面产生制冷，而另一方面在装有释放热量的盐类的反应器中进行化学反应。当氨储量耗尽时，在第二阶段，通过在反应器中供热来使系统再生，这使反应逆反进行，即其中氨气从氯化物中分解，并通过冷凝恢复到液体状态。
[82]如此提出的热化学加热器利用在阶段1产生的热量，增大来自高压储存器的压缩空气的压力和/或体积，再将其输入到工作缸体的膨胀室中。
[83]在阶段2，通过供给由发动机的排放气体或其它热源所释放的热，系统予以再生。
[84]根据该发明的一变型，发动机压缩机-发动机交流发电机组配有燃烧器式或其它型式的加热器以及前述类型的热化学加热器，其可在热化学加热器的阶段1时联合使用或相继使用，其中，当热化学加热器为空时，在机组继续运行期间通过使用燃烧器式加热器加热其反应器，从而燃烧器式加热器使热化学加热器再生(阶段2)。
[85]根据本发明的一变型，活动室式低温发动机-压缩机组优选地使用外-外燃烧室，也就是说，在该燃烧室中，工作压缩空气不与火焰接触，压缩空气的加热穿过空气-空气交换器进行。在这种情况下，从发动机排放的空气在冷却或制冷机的冷室中再循环，以便重新开始新一轮循环，且低温发动机-压缩机组以闭合循环运行。在该配置中，大气输入到冷室中予以取消。该解决方案可使基本上膨胀到大气压、即使甚至略有超压的空气重新输入到冷室中，所述空气的温度可低于环境温度。为了确定这些构思，作为非限制性实施例，在540K(267℃)的温度下输入到活动室中的、且在300立方厘米的工作缸体中膨胀的30立方厘米的气载量，在开始排放时处于约200K(-73℃)的温度，从而更便于其在冷却或制冷机的冷室中冷却。
[86]在这种情况下，工作空气优选可用没有湿度的气体如氮气来代替，后者使得在冷室蒸发器的交换器上不会结霜，从而完全保持其功效。
[87]如果发动机的排气温度高于环境温度，则可使发动机排放的空气温度恢复到准环境温度的空气-空气交换器布置在冷室之前的导道上。
[88]活动室式低温发动机-压缩机组以空气单能源型式运行，无需供给外部能源，其使用储存器中容纳的空气，空气优选通过根据WO03/089764所述的动态减压器在燃烧室中膨胀至中间压力，再被准等温地输送到活动室中，并产生作功，然后空气再在工作缸体中进行多变膨胀，以便依序产生作功。
[89]因此，在这种情况下，压缩机定位成空载运转状态，同时使所述压缩机的进气导道和排气导道保持关闭，且制冷机的压缩机不再被驱动，而燃烧室的加热装置不被启动。
[90]根据一运行变型，按本发明的发动机-压缩机组以双能源型式工作，使用储存器中的空气，空气优选通过根据WO 03/089764所述的动态减压器在燃烧室中膨胀至中间压力，因而空气在所述燃烧室中被加热并大大地增加体积，再准等温地被输送到活动室中，并产生作功，然后再在工作缸体中进行多变膨胀，以便依序产生作功。
[91]因此，在这种情况下，压缩机定位成空载运转状态，使所述压缩机的进气导道和排气导道保持关闭，且制冷机的压缩机不再被驱动，而燃烧室的加热装置被启动。
[92]根据本发明的一变型，发动机-压缩机组以双能源型式工作，也就是说，在某些使用条件下以空气单能源工作，例如用于市内交通车辆，和/或在其它使用条件下以燃料单能源工作，例如用于在公路上行驶的同样车辆。
[93]压缩机的排气导道通过支路相继或同时供给燃烧室和/或高压储存器，所述支路在其排气导道上，流量受到控制。因此，为了进行高压贮存且同时进行工作中间压力燃烧，空气增压器定位在支路和储存器之间的导道上。
[94]用于实施本发明所采用的制冷机的压缩方式、蒸发器和交换器、所用的材料、所用的冷却或制冷流体可以改变，但是这并不改变所述的本发明。在冷却和制冷流体中，氮、氢、氦可用于获得所需的效果。
[95]任何这类机械、液压、电动等装置皆可使用，这类装置允许完成活动室的冷却、压缩、作功循环，即引入通过容积增大产生作功的所容许的气载量，然后在工作活塞的膨胀行程期间保持于一定容积——其为活动室的实际容积，接着回复到其最小容积以进行新一轮循环，但是这并不改变所述的本发明。
[96]优选地，可变容积膨胀室即活动室由活塞即压力活塞构成，该活塞在缸体中滑动，且由连杆连接于发动机的曲轴。但是，也可使用其它的进行相同作用的、实现本发明的热力学周期的机械、电动或液压装置，而这并不改变本发明的原理。
[97]优选地，整个装置(活塞和压杆)通过方向上镜像相反的、对称的和惯性相同的压杆，使下臂延长超过其固定的端部或枢轴而得到平衡，相同的和方向与活塞的方向相反的惯性质量固定于所述压杆，可在与活塞的移动轴线相平行的一轴线上移动。惯量是质量与其重心距参考点处的距离的乘积。如果是多缸发动机，反向质量可以是一活塞，该活塞通常如它使之平衡的活塞那样工作。
[98]优选地，按本发明的装置采用后一种配置，其中，对置缸体的轴线以及压杆的固定点基本上排列在同一轴线上，且其中另一方面，与曲轴相连接的控制连杆的轴线不在铰接臂的公共轴上，而在臂本身上，位于公共轴和固定点或枢轴之间。因此，下臂及其对称性呈现出：大致在其中央只有一个具有枢轴或固定点的臂；而在其与对置活塞相连接的每个自由端部有两轴。
[99]缸体数量可以改变，但是这并不改变本发明的原理，而优选地，使用偶数个的由两对置缸体构成的缸体组，或者为了获得较大的周期均匀性，使用多于两个的缸体，例如四个或六个缸体。
[100]在例如城市工地用车辆以压缩空气单能源方式运行时，仅仅高压储存器中的压缩空气的压力用于运行；在例如在公路上行驶的车辆以化石燃料方式(或其它方式)运行时，容器的加热因而受到控制，从而可提高通过容器的空气的温度，且因此增大用于燃烧室充气和膨胀工作的体积和/或压力。
[101]按本发明的发动机优选通过控制燃烧室中的压力加以控制，且一电子计算机根据所述工作容器中的压力，控制在以附加能源方式运行时所提供的化石能源量。
[102]根据本发明的一变型，工作空气压缩机可由多级构成。在这种情况下，空气再通过冷却或制冷机时在每级之间冷却，下一级的工作容量低于前一级的工作容量。
[103]根据本发明的另一变型，发动机由多个膨胀级构成，每级具有一按本发明的活动室，其中，在每级之间定位有一可加热前一级排放空气的交换器，和/或可选地定位有一附加能源加热装置。下一级的工作容量大于前一级的工作容量。
[104]如果是压缩空气单能源机组，则第一缸体中的膨胀会降低温度，空气的再加热优选在与环境温度进行交换的交换器中进行。
[105]如果是附加能源方式的双能源发动机，则在加热器中由例如化石的附加能源再加热空气。
[106]根据该配置的一变型，在每级之后，排放的空气送往仅一个多级式加热器。
[107]热交换器可以是空气-空气交换器、或空气-液体交换器，或产生所需作用的任何其它装置或气体。
[108]恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，优选使用根据WO2005/049968所述的一活动室。但是，根据本发明的许多变型，可使用普通的发动机膨胀装置，例如传统的曲柄连杆机构、转动活塞等，且对于压缩装置来说，情况相同，其中，压缩级数量及其设计：往复活塞、转动活塞、涡轮机都可以改变，但是这并不改变所述的本发明原理。
[109]按本发明的活动室式低温发动机-压缩机组可使用在任何陆上车辆、海上船只、铁路车辆、航空器上。
[110]按本发明的活动室式低温发动机-压缩机组也可很好地应用于应急、抢修和电力生产用发电机组，同样应用于发电、取暖和空调等许多电热共发的家用电器。
附图说明
[111]参照附图对作为非限制性实施例的多种实施方式的说明，有助于理解本发明的其它目的、优越性和特征，附图中：
[112]-图1示意性地以横剖面图表示按本发明的活动室式冷燃烧型发动机-压缩机组。
[113]-图2至4示意性地以横剖面图示出按本发明的发动机-压缩机组的各个不同的运行阶段。
[114]-图5示意性地示出为燃料单能源配置的按本发明的发动机-压缩机组。
[115]-图6示意性地示出为双模式、双能源配置的按本发明的发动机-压缩机组。
[116]-图7示意性地示出为闭合循环和外-外燃烧室配置的按本发明的发动机-压缩机组。
具体实施方式
[117]图1以横剖面图示意地示出按本发明的活动室式低温发动机-压缩机组，其具有三个主要构件：冷却或制冷机A、发动机-压缩机组B和外燃烧装置C，其中可见工作活塞1(图中示出它处于其上止点)，该活塞在缸体2中滑动且由压杆控制。工作活塞1通过其轴连接于压杆的自由端部1A，所述压杆由臂3构成，所述臂3在公共轴5上铰接于另一臂4，所述臂4摆动地固定在固定轴6上，且轴4A在该臂4上基本设置在其中部，而操纵连杆7与所述轴4A相连接，所述操纵连杆7连接于曲轴9的轴颈8，所述曲轴9在其轴10上转动。在曲轴转动时，操纵连杆7通过下臂4及其轴4A对压杆的两个臂3和4的公共轴5施加作用力，从而使活塞1沿缸体2的轴线移动，且将处于工作冲程时在活塞1上施加的作用力在回程中传递给曲轴9，从而引起其转动。工作缸体在其上部通过通道12与活动室13的缸体连通，活塞14即压力活塞(piston de charge)在活动室的缸体中滑动，而所述活塞14通过操纵连杆15连接于曲轴9的轴颈16。由阀18控制的进气导道17通到通道12，所述通道12连接工作缸体2与活动室13的缸体，且可向发动机供给来自工作室19的压缩空气，所述工作室19具有连续燃烧装置或基本上连续燃烧的装置，该装置用燃烧器19A表示，所述燃烧器可被供给化石燃料或生物燃料或乙醇或气体，其保持在基本上恒定的压力。在工作缸体2的上部布置有排气导道23，其由放泄阀24加以控制。
[118]工作活塞1具有与其罩相连接的第二级25，即压缩活塞，该压缩活塞连接于工作活塞1，在压缩缸体26中滑动，所述压缩缸体26由导道27通过阀门28被供给温度很低的大气，所述大气来自冷室29，冷却或制冷机A的蒸发器30安装在所述冷室29中，所述冷却或制冷机A还具有制冷流体压缩机31和液化交换器32，所述制冷流体压缩机31由曲轴10(图上未示出的驱动装置)驱动。压缩缸体26在其上部还具有放泄阀门33，该放泄阀门允许由排气导道34经与环境进行交换的交换器35之后供给燃烧室19。
[119]加速器蝶形阀29A定位在冷室29的入口处，以允许控制机组。
[120]图2以横剖面图示意地示出处于进气过程中的按本发明的活动室式发动机，工作活塞1停止在其上止点位置且进气阀18开启，工作容器(capacitéde travail)19中容纳的空气压力推动压力活塞14，同时充注活动室13的缸体并作功，同时通过其操纵连杆15引起曲轴9转动，因为在差不多恒定的压力下进行，所以功很大。
[121]继续使曲轴转动时，曲轴允许工作活塞1朝其下止点移动(见图3)，且因此进气阀18大致同时关闭；活动室中容纳的气载量(charge)膨胀，推动工作活塞1，因而轮到工作活塞1产生作功，并通过其运动部件使曲轴9转动，所述运动部件由臂3和4与操纵连杆7构成。
[122]工作活塞1在其下降行程中驱动压缩活塞25，所述压缩活塞25抽吸在冷室29中大为冷却的大气，在所述冷室29中安装有冷却机的温度很低的蒸发器30，而气态制冷流体在交换器32(热源)中由压缩机31预先压缩，气态制冷流体在此液化，再被压送到压力较小的蒸发器30(冷源)中，在此被蒸发(吸收热量)，然后呈气态返回压缩机31，且重新开始一循环。
[123]在工作活塞1的所述循环期间，压力活塞14朝其下止点继续其行程，且开始朝其上止点上升，所有构件被调整成：在活塞的上升行程期间(见图4)，压力活塞14和工作活塞1基本上一起到达它们的上止点，工作活塞1将停止在上止点，而压力活塞14开始一新的下降行程，以便重新开始周期。在两活塞1、14的上升行程时，放泄阀24开启，以通过排气导道23排放膨胀空气，而压缩活塞25压送仍在低温下的压缩空气通过交换器35，该压缩空气在所述交换器35中恢复到接近环境温度的温度，同时增大体积，以便进入燃烧室19。
[124]图5以横剖面图示意性地示出按本发明的发动机-压缩机组，其中，在空气压缩机的出口，仍在低温下的压缩空气被引入到一大容积的高压储存器(以横剖面图示意地示出)中，按本发明的活动室式低温发动机-压缩机组具有三个主要构件：冷却或制冷机A、发动机-压缩机组B和其外燃烧装置C、以及高压储存器D，其中可看到工作活塞1(示出处于其上止点)，该工作活塞在缸体2中滑动，且由压杆控制。工作活塞1通过其轴连接于压杆的自由端部1A，所述压杆由臂3构成，所述臂3在公共轴5上铰接于另一臂4，所述臂4摆动地固定在固定轴6上。在两臂3和4的公共轴5上连接一操纵连杆7，该操纵连杆7连接于曲轴9的轴颈8，所述曲轴9绕其轴10转动。在曲轴转动时，操纵连杆7对压杆的两个臂3和4的公共轴5施加作用力，从而使活塞1沿缸体2的轴线移动，并且操纵连杆在回程时将处于工作冲程时在活塞1上所施加的作用力传递给曲轴9，从而引起其转动。工作缸体在其上部通过通道12与活动室13的缸体连通，活塞14即压力活塞在活动室的缸体中滑动，所述活塞14通过连杆15连接于曲轴9的轴颈16。由阀18控制的进气导道17通到通道12，所述通道12连接工作缸体2与活动室13的缸体，并可向发动机供给来自工作室19的压缩空气，所述工作室19具有连续燃烧装置或基本上连续燃烧的装置，该装置用燃烧器19A表示，可被供以化石燃料或生物燃料、又或植物油、乙醇或气体，其保持在基本恒定的压力，且工作室19本身通过由动态减压器21控制的导道20由高压储存器22供给压缩空气。在工作缸体2的上部布置有排气导道23，其由放泄阀24加以控制。
[125]工作活塞1具有与其罩相连接的第二级25，即压缩活塞，其连接于工作活塞1，在压缩缸体26中滑动，所述压缩缸体26由导道27通过阀门28被供给在很低温度下的大气，所述大气来自冷室29，在所述冷室29中安装有冷却或制冷机A的蒸发器30，所述冷却或制冷机A具有制冷流体压缩机31和液化交换器32，所述制冷流体压缩机31由曲轴10(图上未示出的驱动装置)驱动。压缩缸体26在其上部也具有放泄阀门33，该放泄阀门可允许由排气导道34在通过与环境进行交换的交换器35A之后供应燃烧室19。
[126]由与蝶形阀29A相结合的加速装置控制的一装置作用于动态减压器21，以允许调节活动室中的压力，从而控制发动机。
[127]图6以横剖面图示意性地示出按本发明的双能源和双模式型发动机-压缩机组，其中，机组的空气压缩机或供应高压储存器22，或供应燃烧室19，或者相结合地供给高压储存器和燃烧室。压缩机的排气导道34具有支路34A，该支路朝向燃烧室19，穿过空气-空气交换器35，且朝向高压储存器22的导道34B穿过交换器35A，以使压缩空气的温度接近环境温度，再将其输入到储存器HP中。因此，空气增压器36定位在位于支路34A和储存器之间的导道34B上，以在高于燃烧室19中工作压力的压力下将压缩空气贮存在储存器22中。根据调节压缩空气温度的增压器的特征和尺寸确定，增压器36定位在交换器35A之前或之后。按本发明的该配置可在机组工作期间充注储存器22。
[128]控制阀34C可根据需要将压缩空气流分配到燃烧室和储存器中。
[129]图7以横剖面图示意性地示出闭合循环活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机压缩机组，其使用外-外燃烧室工作，其中，除了通过导道37再循环到冷室29中的排放气23之外，在标号A和B处可见与前述相同的构件。外-外燃烧室由像锅炉或火炉那样运行的燃烧器19A构成，该燃烧器通过空气-空气交换器19B加热膨胀室19C，在准环境温度下来自导道34、并通过交换器35的工作压力下的压缩空气在膨胀室中，将在恒压下提高温度且增大体积，并推动压力活塞14，充注活动室13的缸体并产生作功，且通过活塞连杆15使曲轴9转动，以便然后在工作缸体2中按多变性膨胀，在工作缸体2中它将推动工作活塞1，轮到工作活塞1产生作功，并通过其运动部件使曲轴9转动。由燃烧器产生的热空气的排气导道19D将炉中燃烧过的气体排放到大气中。定位在进气导道17上的蝶形阀21A以及炉温度的控制件可控制机组。
[130]必须指出，在该配置中，从发动机排放的空气的温度可低于0°，且更易于在冷室中被冷却。
[131]本发明并不局限于所述的和所示的实施例：所述的材料、控制部件、装置在等效的限度内可以改变，以取得相同的效果，而这并不改变刚描述过的本发明。
[132]本发明的说明书和权利要求书将空气温度值定名为很低的温度、低温、周围温度或环境温度和“冷”燃烧。实际上，运行温度彼此间是相对的，但是为使概念清楚起见并作为非限制性实施例，本拟稿人使用用语很低的温度表示低于90K的数值，使用低温表示低于200K的数值，使用环境温度表示273K至293K，而至于“冷”燃烧，涉及到与高于2000K的发动机的实际燃烧比较，且可为400K至1000K。

Claims (16)

1.活动室式恒压的连续“冷”燃烧型的低温发动机-压缩机组，其利用工作压缩空气运行且使用：活塞行程控制装置，其使得活塞在一段时间内停止在它的上止点；和活动室，其由可变容积构成，所述可变容积配设有充注时可作功的部件，所述活动室通过通道与包含于主工作活塞上方的空间并排连接并持久接触；以及集成或非集成式的压缩装置，其特征在于：
-它具有冷室(29)，所述冷室可使供给空气压缩装置进口的大气降低至很低的温度，然后所述压缩装置将仍在低温下的该工作压缩空气压送到配有恒压加热装置(19A)的工作容器或外燃烧室(19)中，工作压缩空气的体积在此增大，再被准等温地输送到膨胀装置中，从而产生作功，所述膨胀装置具有活动室，而该活动室本身的特征在于：
-在所述工作活塞(1)停止在其上止点期间，当所述膨胀室(12)处于其最小容积时，带压的空气或气体被引入该膨胀室中；并且所述膨胀室在推压下其容积将增大，从而产生作功；
-然后所述膨胀室中容纳的压缩空气在工作缸体(2)中膨胀，因而沿所述工作活塞(1)的下降行程推动该工作活塞并依序作功；
-在所述工作活塞(1)于排气冲程时的上升行程期间，所述膨胀室的可变容积恢复到其最小的容积，以便重新开始一完整的工作循环。
2.根据权利要求1所述的活动室式恒压的连续“冷”燃烧型的低温发动机-压缩机组，其特征在于，压缩空气通过一空气-空气交换器(35)恢复到环境温度，再被输入到所述外燃烧室(19)中。
3.根据权利要求1所述的活动室式恒压的连续“冷”燃烧型的低温发动机-压缩机组，其特征在于，其热力学周期包括：
-降低大气温度；
-抽吸；
-压缩；
-提高温度；
-在准等温恒压下输送；
-多变膨胀；
-在环境压力下排放。
4.根据权利要求1所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，工作空气在冷却或制冷机(A)的冷室内大幅被冷却，所述冷却或制冷机使用吸收热量以汽化的液体，其中，起初呈气态的冷却或制冷流体借助低温压缩机(31)被压缩，被压送到蛇管(32)内，并在此发生液化，该液化现象释放热量，然后液体被输入到定位于所述冷室(29)中的蒸发器(30)内，液体在此蒸发，这是吸收热量的现象；这样产生的蒸汽返回所述压缩机，周期能重新开始，从而使所述冷室保持在很低的温度。
5.根据权利要求1所述的活动室式恒压的连续“冷”燃烧型的低温发动机-压缩机组，其特征在于，由仍在低温的空气压缩机(28，25，26，33)压缩的空气被引入到大容积的高压储存器(22)中，在该储存器中根据其相对容积和贮存时间，空气差不多恢复到环境温度；然后穿过动态减压器(21)，在所述燃烧室(19)中膨胀至工作中间压力，而在所述燃烧室中空气被加热且其体积大增；接着空气被准等温地输送到所述活动室中，以产生作功；然后在工作缸体(2)中进行多变膨胀，从而依序产生作功。
6.根据权利要求5所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，由所述空气压缩机压缩的空气穿过一空气-空气交换器(35A)，以便提高其温度并增大其体积，然后空气再输入到所述储存器(22)中。
7.根据权利要求5或6所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，其热力学周期包括：
-降低输入空气的温度；
-抽吸；
-压缩；
-恢复到环境温度；
-准等温输送；
-提高温度，即恒定容积燃烧；
-在准等温恒压下输送；
-多变膨胀；
-在环境压力下排放。
8.根据权利要求5所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，所述工作空气的压缩机(28，25，26，33)按相继或相结合的方式供给所述储存器(22)和所述燃烧室(19)，从而能在机组运行期间充注所述储存器(22)。
9.根据权利要求8所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，在将工作压缩空气输入到所述储存器(22)中之前安装有增压器(36)，以便在运行时允许同时充注所述高压储存器及在较低压力下供给所述燃烧室(19)。
10.根据权利要求8所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，其以工作空气单能源方式运行，无需供给外部能源，使用所述储存器(22)中容纳的空气，空气通过动态减压器(21)在所述燃烧室(19)中膨胀至中间压力；再准等温地输送到所述活动室(12，13，14)中，以产生作功；然后空气再在所述工作缸体(2)中进行多变膨胀，从而依序产生作功；
因此，在这种情况下，工作空气的压缩机定位成空载运转，并使所述压缩机的进气导道和排气导道保持关闭，且所述制冷机的压缩机不再被驱动，而所述燃烧室的加热装置不被启动。
11.根据权利要求1所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，机组以多模式双能源工作，也就是说，在某些使用条件下以空气单能源型式工作，和/或以贮存的压缩空气加所述燃烧室(19)中的燃烧的双能源型式工作，和/或在其它使用条件下以燃料单能源型式工作。
12.根据权利要求1所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，设置有加热器(29)，以作为补充或用于代替所述燃烧室，所述加热器使用气体-固体热化学反应方法，该方法基于：将蒸发器中容纳的反应流体通过汽化转变成汽化的反应流体，汽化的反应流体与反应器中容纳的固态反应物发生反应，其化学反应产生热，并且当反应结束时，其通过向所述反应器供热，以解吸将在所述蒸发器中再冷凝的气态的反应流体而获得再生。
13.根据权利要求4所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，所述燃烧室配有加热装置即外-外加热装置，其中，压缩空气穿过交换器被加热，而不与火焰直接接触。
14.根据权利要求13所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，从所述发动机的排气导道(23)排出的工作空气在所述冷却或制冷机(A)的冷室(29)中再循环，以便重新开始新一轮循环，且允许机组以闭合循环工作。
15.根据权利要求10所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，在发动机的排放温度高于环境温度的情况下，能使排放空气的温度恢复到接近环境温度的空气-空气交换器布置在所述冷室之前的导道上。
16.根据前述权利要求1至6、8至15中任一项所述的活动室式恒压连续“冷”燃烧型低温发动机-压缩机组，其特征在于，活动室式膨胀装置由普通的膨胀系统取代。
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