CN101158294A - 空气(氮气)发动机系统 - Google Patents

Abstract

氮气是惰性气体，体积约占空气的4/5。用它作工质，替代燃油、燃气驱动机器工作，可达到节能、环保、安全，降温等目的。将液氮从低温贮罐中导出，经气化器与外界进行热交换，使液氮气化获得内能变成氮气，再将此氮气导入氮气轮机中，使其在机内膨胀做功，将积聚的内能转变成动能，驱动转子旋转输出机械能。转子轴再带动其它机器(汽车、摩托车、微型发电机、船用螺旋浆)工作。随着机器任务不同，该发明可应用到不同领域中。因氮气在工作过程中不发生燃烧等物理-化学反应，未被污染，排回大自然也不会污染环境。这种气体贮存和使用比较安全，是取之不尽、用之不竭、可循环使用的资源。本发明是一项前所未有的、造福人类的创造性发明。

Description

空气(氮气)发动机系统

技术领域

本发明专利涉及动力机械领域。尤其是一种节省能源、绿色环保、运行安全、减轻温室效应对环境影响的，集多学科知识之精华而为人类造福的发明，是一项前所未有的创造性发明。

背景技术

目前国内外广泛使用的原动机都是能源消耗型的发动机。其中绝大部分是用汽油或柴油的，少部分是用天然气或液化石油气的。特别是燃油型的发动机对环境污染造成的危害程度已达到越来越严重的地步。而且我们知道地球上的原油和天然气的贮藏量是极为有限的，所以它的价格一直以来都是居高不下、一再攀升。随着开采量的不断增大，能源枯竭的一天会离我们越来越近，可以预见，其后果是不堪设想的。有识之士都在想方设法延缓这一天的到来，以便给子孙后代们多保留点这些珍贵的财富。

技术特征

本发明专利的目的就是针对目前人们普遍使用的能源消耗型发动机耗能高、燃料易燃不安全、对环境污染严重、加重温室效应影响的弊病而采取的一种革命性对策。该发明是利用在空气中大量蕴藏的、不受国界、地域限制都可以取用的氮气来驱动机械作功的原动机系统，取代目前广泛使用的能源消耗型原动机。以实现节能、环保、安全、降低温室效应的影响等四重目的。从而减轻石油、煤炭、天然气等有限能源的紧缺而带给人们的恐慌。

实施方式

将体积组份约占空气体积4/5的氮气液化后导入液氮低温容器中贮藏，以供随时备用。在需要使用时只要打开专用阀门，导入主气化器中，由于液氮的温度极低，其气化过程是一个吸热过程，因此就会自动地吸收外界空气中的热量来提高自身的温度，使主气化器内外的温度趋于平衡，从而使其内部的能量迅速地聚集和增多。由于这种气化作用，可使其体积在极短的时间内扩充几百倍之多。由有关资料计算可知，同质量的氮气在0℃时的体积约为其在液态(-195.8℃)时的650倍。由于吸收了外界大量的热量，因而促使其内部的压力急剧上升。这些吸收来的温度很快转变成氮气的内能，通过新颖的技术设计、在氮气轮机特殊机械结构的作用下，使进入氮气轮机内的氮气在多级透平中进行多次膨胀做功，进而推动氮气轮机的转子旋转，以释放积聚的能量，将贮藏在氮气中的内能转变成动能。该氮气轮机的转子可以直接或利用减速机构间接地与其它的工作机器(即负荷，如：汽车、摩托车、微型发电机、船用动力机、农用动力机等)连接在一起，以带动这些需要动力的机器工作。而经工作后排出的废气，由于其本身在工作时并不发生燃烧等物理——化学反应，故未受到污染，仅仅是恢复了常温的普通氮气而已，因此其排放到空气中也不会对环境造成污染。又因为氮气是一种化学性质极不活跃的非易燃型隋性气体，因而，在贮藏和使用过程中也比较安全。因此，该发明专利——空气(氮气)发动机系统既是节省能源、又是完全绿色环保、使用安全、还能减轻温室效应影响的新一代动力原动机系统。随着各种工作机器的任务不同，该发明可以应用到不同的工作领域中去，能给人类带来更多的方便快乐、舒适安全，并且大大节省运行费用。

部件简介：

本发明专利所述的空气发动机包括以下设备及部件：

1、液氮贮罐   2、主控阀   3、调节阀     4、液相管   5、主气化器

6、气相管     7、止回阀   8、副气化器   9、气相阀   10、蓄能器

11、控制阀    12、旁通阀  13、压气机    14、稳压管  15、氮气轮机

16、消声器    17、排污阀  18、调节及离合装置

附图说明：

本空气(氮气)发动机系统的工作原理是：

打开主控阀(2)使液氮从低温贮罐(1)中导出，经调节阀(3)和液相管(4)进入主气化器(5)，在此与外界进行热交换以获得热量并迅速气化，随着内能的不断积聚和增加，其压力也在迅速升高，升压后的氮气大部份经过气相管(6)和气相阀(9)输送到蓄能器(10)中进行气液分离和储能、稳压，再经控制阀(11)和稳压管(14)导入至氮气轮机(15)中进行膨胀做功，从而将氮气的压力能转变成动能，并驱动氮气轮机的转子旋转，再通过调节及离合装置(18)输出机械能，以带动其它需要动力的机器进行工作。若从蓄能器(10)中出来的氮气压力不够高，则应打开旁通阀(12)使氮气经压气机(13)增压后再经稳压管(14)进入氮气轮机(15)中工作，以提高它的输出功率。废气则通过消声器(16)排出。

另外，为了加快液氮从低温贮罐的导出速度，应从主气化器(5)后、气相阀(9)前的气相管中分流一小股未气化彻底的低温氮气经止回阀(7)到副气化器(8)中进行二次气化，使其压力高于主气化器的压力。这样就可以使低温贮罐中的液氮能快速和顺利地进入主气化器(5)中进行气化。

止回阀(7)主要是控制工质按箭头所示方向流动。

排污阀(17)用于将蓄能器(10)中的杂质排出罐体外。

图1是本发明专利-空气(氮气)发动机系统的“工艺流程图”。

图2是本空气(氮气)发动机系统中六项关键设备的主要结构示意图：

1、液氮低温贮罐(真空多层绝热式)    2、主气化器(长翅片管式)

3、蓄能器(多重挡板分离式)          4、氮气轮机(多级透平反动式)

5、副气化器(圆翅片管式)            6、压气机(离心式)

Claims (3)

1.本发明专利所述的空气(氮气)发动机系统的特征，在于包括：

液氮低温贮罐(1)、主控阀(2)、调节阀(3)、液相管(4)、主气化器(5)、气相管(6)、止回阀(7)、副气化器(8)、气相阀(9)、蓄能器(10)、控制阀(11)、旁通阀(12)、压气机(13)、稳压管(14)、氮气轮机(15)、消声器(16)、排污阀(17)、调节及离合装置(18)。

2.按权利要求1所述的空气(氮气)发动机系统的特征，在于包括以下关键设备的结构特点和性能目的：

液氮低温贮罐(1)：系采用真空多层绝热方式，以保证低温绝热性能的可靠性。

主气化器(5)：系采用长翅片管式热交换器，以保证其与外界热交换的稳定性，可确保能获取大量的热能。

副气化器(8)：系采用圆翅片管式热交换器，以促使其二次气化的充分性。

蓄能器(10)：系采用多重挡板分离方式，以达到使其气液两相分离和储能及使压力稳定的效果。

压气机(13)：系采用离心式增压方式，以提高氮气轮机的输出功率。

氮气轮机(15)：系采用多级透平式结构，使带压氮气能进行多次膨胀和获得适当的反动度，以实现将氮气的内能转变成动能、并输出尽可能多的机械功之目的。

3.按权利要求1和权利要求2所述的空气(氮气)发动机系统的工作原理，其特征在于：本系统的工质是空气(氮气)及其液化气体。当液氮从低温贮罐(1)中导出后，经主控阀(2)和调节阀(3)及液相管(4)输送到主气化器(5)中进行气化，从外界环境中获得热量，使本身温度快速升高，其压力也大大提高，变成高压纯氮气。同时，经气相管(6)和气相阀(9)输送进蓄能器(10)中进行气液分离和储能、稳压，经控制阀(11)和稳压管(14)导至氮气轮机(15)中进行膨胀作功，从而使氮气的内能转变成动能并驱动氮气轮机的转子旋转。再通过调节及离合装置(18)输出机械功，为其它需要动力工作的机器提供机械能。工作过的废气则经消声器(16)排放至外部。同时，为了确保液氮能源源不断地从低温贮罐中导出，有必要在主气化器(5)后和气相阀(9)前的气相管(6)中分流一小部份温度较低的氮气，经过止回阀(7)到副气化器(8)中进行二次气化，以加大液氮低温贮罐(1)中气相部分的压力，可以使液氮能顺利地从液氮低温贮罐(1)导出，并经主控阀(2)和调节阀(3)及液相管(4)进入主气化器(5)中进行气化。

另外，若从蓄能器(10)中出来的氮气压力不够高，则可关闭控制阀(11)、打开旁通阀(12)，使氮气经压气机(13)增压后再进入氮气轮机(15)中工作，以提高氮气轮机的输出功率。而止回阀(7)主要是控制工质按箭头所指示的方向流动。排污阀(17)用于将蓄能器(10)中的杂质排出罐体之外。

Images