CN101321928A - 水爆炸发动机、方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在发动机中产生过热蒸汽的方法，其中高压缩水被喷射到位于发动机中的非常热的介质中，导致类似爆炸的蒸发。所述过程在特别研发的转动平动发动机中发生，以利用最大的蒸汽推动力。所述发动机包括至少两个具有圆形横截面的汽缸(10)，且在所述汽缸(10)内，驱动轴(11)被偏心地设置。连接到插入通过驱动轴(11)的元件(16)的转子(12)被安置在驱动轴上。所述元件(16)可以在驱动轴(11)中前后移动，同时其端部固定地安置到转子(12)。所述转子(10)的两个端部设有特别设计的3辊密封件(13)，所述3辊密封件(13)可以伸长和缩短所述转子(10)，这是在驱动轴(11)被非轴向地放置在圆形汽缸(10)中时的要求。转子(10)具有细长、椭圆形的形状并将汽缸室(10)分开为两个膨胀和收缩工作室A和B。

Description

水爆炸发动机、方法以及装置
背景技术
传统的汽油和柴油内燃机不仅产生危险的废气，而且在燃烧过程中将大约50％的燃料转变为未用来驱动发动机却必须通过冷却来消除以避免使发动机过热的热量。此外，发动机对于曲柄轴、凸轮轴和阀，要求广泛的技术复杂性，这招致成本提高，并带来磨损以及增加重量的问题。
发明内容
本发明的目的是提供克服内燃机的上述缺点的一种方法和一种装置。这通过水爆炸(水喷发，water-explosion)和适于此目的的发动机来实现。水以高压注入热介质中，从而它雾化成1μm3的小水滴，这些水滴立即且喷发性地转变成过热蒸汽。该新颖的方法实质上克服伴随内燃机的所有负面现象。
根据本发明的方法，已经加热至几百摄氏度的介质被供给到发动机中，已经被施加了1500巴(bar)的压力的水注入所述介质中(权利要求1a和1b)。
基于我们的科学实验和物理定律，在这些条件下将水立即雾化成具有1μm3大小的小水滴，从而导致1mm3的水产生了数十亿水滴。这样获得的水表面面积的增大导致水滴被喷发性地改变成过热蒸汽(权利要求1和2)。
有必要开发一种合适的发动机，其中蒸汽能执行工作(权利要求3)。蒸汽移动转动-平动转子向前至驱动轴的回转的一半。蒸汽和热介质然后由转子回推通过发动机的侧壁中的出口，且蒸汽由冷却装置再次冷凝以形成水(权利要求4)。
为了避免热量的不必要的损失，整个发动机封闭在绝热容器中。因此发动机优选地处在几百摄氏度的工作温度下。(权利要求5)
附图说明
必要的结构如下设计，并将参考实施例和示意性附图来说明。
在图中：
图1表示水爆炸发动机的功能性原理；
图2表示穿过外壳和转子以及驱动轴和连杆板的示意性横截面图；
图3表示外壳块和侧壁的透视图；
图4表示密封辊、转子与插有连杆板的驱动轴的透视图，以及
图5表示绝热箱中发动机的一种示意的、可能的布置。
具体实施方式
旋转-振荡转子(12)在圆形汽缸(10)中运动，该圆形汽缸在两侧上由侧壁(33)封闭且其中驱动轴(11)的轴承离心地布置。转子是椭圆的形式，椭圆的两端处由包括三个辊(13)的特制密封件密封。作为驱动轴(11)在圆形汽缸中离心布置的结果，转子(12)必须在其转动的每一个位置上都具有不同的长度。该目的是通过3辊密封件(13)来实现的，在图1a至1d中表示了回转过程中的四个不同位置。
移动的连杆板(16)在转子内部(12)通过驱动轴(11)，其具有中心处的自由空间(14)，连接到转子上并使得它能够完成它的振荡-平移运动，以便致使驱动轴实现旋转运动。
用于蒸汽与介质(35)的出口和用于热介质(36)及用于水的注入的入口的开口，以及用于驱动轴轴承的孔(34)，位于外壳(32)的侧壁(33)上。用于热介质(36)的入口由转子封闭，且仅在图示为虚线阴影区域的在转子中磨出(milled-out)的凹陷(17)在其旋转期间经过入口(36)时该入口才打开。在这个阶段期间，转子将白炽燃烧器气体吸入到汽缸区域。
当在形成于转子与汽缸壁之间的室A中有足够热的介质时，在大约1500巴(bar)的压力下注入水。优选地，当转子已经前进通过32°时。(附图1b)。
根据物理定律，以1500巴的压力注入的水在介质中雾化成大小为1μm3的小水滴，其处在大约1巴的环境压力下。这意味着1mm3的水造成近似十亿个水滴，这些水滴在已经加热到几百摄氏度的介质中立即且喷发性地转变成过热蒸汽。由蒸汽产生的动力可从传统的蒸汽发动机获知。
用于蒸汽和介质(35)的出口永久敞开着。在转子受到室A中的蒸汽压力的作用的同时，它将蒸汽-介质混合物推出到相对的室B。这意味着在轴的每一次回转过程中将会发生两次蒸汽喷发。离开发动机后，蒸汽-介质混合物通过合适的冷却装置，在所述冷却装置中蒸汽再次冷凝以形成水，从而仅热空气剩下来被排出。白热化的介质由合适的丙烷气体燃烧器(53)或者热油燃烧器产生。整个发动机由绝热护套(52)包围从而来自燃烧器的热量不会立即损失，而是加热发动机。
尽可能地，发动机确定是处在几百摄氏度的工作温度下，且仅由水的蒸发所产生的热损耗被用来驱动发动机。发动机的消耗应该是显著地少于传统发动机，此外，利用当前的燃烧器技术，由燃料的连续燃烧产生的废气将显著地少于柴油或汽油爆炸发动机。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于产生过热蒸汽而使水雾化的方法，其特征在于：将被雾化的水被施加优选1500巴的压力并以脉冲的形式通过喷嘴注入已经加热到优选400-600摄氏度的合成油中，在汽缸区域中的所述油处在大约1巴的环境压力下，从而在它之内的水被立即雾化成大约1μm3尺寸的水滴，所述水滴瞬间且喷发性地变成过热蒸汽。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，蒸汽喷发在发动机区域中并驱动发动机，且在发动机的驱动轴已经旋转过一半的回转周期以后，汽-油混合物通过连续流离心分离机，在其中蒸汽与油分离。
3.如权利要求1和2中的一项所述的方法，其特征在于，油被回馈到供应容器中，在所述供应容器中，油再一次被加热到400至600摄氏度，同时蒸汽通过合适的冷却系统以便再次冷凝以形成水，并流回到水箱中。
4.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，目的是热损失尽可能低，为此发动机连同离心分离机和油容器(包括管道系统53a，53b，53c)封闭在绝热护套(55)中。
5.如权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，合成油由液-气或油燃烧器(54)加热，所述燃烧器(54)同时加热隔离区中的空气，从而发动机和离心分离机都被加热到几百摄氏度，以便产生工作温度。
6.一种合适的发动机，已经如权利要求1至5中的一项所述的方法而开发，其特征在于，
a)发动机具有两个发动机外壳块(22，32)，在两个发动机外壳块(22，32)的每一个中都设有圆形的汽缸区域(21，31，10)；
b)外壳块在两侧上都由侧壁(33)封闭，用于支撑驱动轴(34)的孔、用于介质-蒸汽混合物(35)的出口、用于介质(36)和用于水注入(37)的入口设置在侧壁中；
c)平动/转动转子(12，23，43)在汽缸区域(21，31，10)中移动，所述转子具有椭圆形状并将汽缸区域(10，21，31)分成具有渐增的体积和渐减的体积的两个室A和B；
d)驱动轴(11，24，44)离心地布置在圆形汽缸区域(10，21，31)中；
e)转子(12，23，43)连接到轴(11，24，44)从而所述转子和轴一起旋转，但这样连接以使得它在横向上线性移动，从而所述转子能够实现复合的转动和平动运动。
f)在转子的旋转期间，因为汽缸区域是圆形的且轴的旋转点离心地布置，所以转子必须在每一个旋转位置密封不同的长度，这是通过它在椭圆的两端处都具有用于可变长度密封件的切口来实现的。
g)密封件包括三个辊(13，27，45)，所述辊互相塞在另一个中且具有不同的直径，室A，B中的压力比是指辊中的一个总是压靠在汽缸壁上并使室A，B彼此密封(图1a和1d)。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，驱动轴(11，24，44)具有用于元件(16，25，46，47)的磨出区域，所述元件在横向上延伸。
8.如权利要求6和7所述的发动机，其特征在于，所述元件(16，25，46，47)是具有圆边的板(46)的形式，所述元件能够在轴(44)中的磨出区域中被向后和向前推动，板的端部与转子(12，23，43)牢固地锚定，从而转子(12，23，43)在其旋转过程中也能够实现平动。
9.如权利要求6c中所述的发动机，其特征在于，在转子(12，23，43)的中心处形成腔部(14，26，47)，所述腔部保持驱动轴(11，24，44)和连接杆板(16，25，46)。
10.如权利要求6c中所述的发动机，其特征在于，在转子(12，23，43)的侧表面上，转子(12，23，43)具有切口，所述切口打开入口(36)，否则所述入口被转子的侧表面覆盖，所述侧表面(17)在图中以阴影的形式表示，切口(17)这样来选择，以使得它们仅在转子处于图1a和图1b所示的位置，也就是说对应于转子的旋转的八分之一时打开入口。

Claims (12)

1.一种用于产生蒸汽而使水雾化的方法，其特征在于：
a)要雾化的水在优选1500×105帕斯卡的压力下被高度压缩从而使它的体积减小；
b)加压的水以脉冲的形式通过喷嘴注入已经加热到优选的几百摄氏度的介质中，作为它的高内压造成的结果，水在介质中被雾化成非常小的颗粒，所述颗粒处在1×105帕斯卡的常压下。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，产生的颗粒具有大约1μm3的大小，引起水爆炸性地蒸发。
3.如权利要求1和2中的一项所述的方法，其特征在于，蒸汽驱动合适的发动机，且蒸汽喷发在发动机的区域中发生。
4.如权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，在离开发动机之后，蒸汽在冷却装置中再次冷凝成水，所述水被再次回馈给水箱。
5.如权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，所造成的热损失尽可能低，整个发动机用于尽可能地加热到几百摄氏度，因此必须由绝热区域(52)封闭。
6.一种装置，用于雾化处在高压下的水和用于在适合于使用蒸汽作为驱动源的发动机中产生蒸汽，其特征在于，
a)受控喷嘴(51a，51b)，在优选的1500×105帕斯卡的可变压力值下将加压的水喷入发动机区域中，且所述喷嘴被电子地控制以便调节喷射的量；
b)高压泵产生1500巴的压力，并被电子地控制以便确保喷射的量；
c)白炽燃烧器气体被引入发动机区域，且水被注入到白炽燃烧器气体中；
d)合适的冷却装置确保蒸汽再次冷凝以形成水；
e)绝热护套(52)包围该发动机(50)，从而由燃烧器(53)所产生的热来加热发动机(50)。
7.如权利要求6所述的装置，该装置是合适的发动机：
a)圆形的汽缸区域(21，31，10)位于发动机外壳块(22，32)中；
b)外壳块在两侧上都由侧壁(33)封闭，用于承载驱动轴(34)的孔、用于介质-蒸汽混合物(35)的出口、用于介质(36)和用于水注入(37)的入口设置在侧壁中；
c)平动/转动转子(12，23，43)在汽缸区域(21，31，10)中移动，所述转子具有椭圆形状并将汽缸区域(10，21，31)分成具有渐增的体积和渐减的体积的两个室A和B；
d)驱动轴(11，24，44)离心地布置在圆形汽缸区域(10，21，31)中；
e)转子(12，23，43)连接到轴(11，24，44)从而它们一起旋转，但这样连接以使得转子在横向上线性移动，从而所述转子能够执行组合的转动和平动；
f)在转子的转动期间，因为汽缸区域是圆形的且轴的旋转点离心地布置，所以转子必须在每一个旋转位置密封不同的长度，这是通过它在椭圆的两端处都具有用于可变长度密封件的切口来实现的；
g)密封件包括三个辊(13，27，45)，所述辊互相塞在另一个中且具有不同的直径，室A，B中的压力比是指辊中的一个总是压靠在汽缸壁上并使室A，B彼此密封(图1a和1d)。
8.权利要求7所述的发动机，其特征在于，驱动轴(11，24，44)具有为在横向上延伸的元件(16，25，46)磨出的区域。
9.如权利要求7或8所述的发动机，其特征在于，元件(16，25，46)是具有圆边的板(46)的形式，所述元件能够在轴(44)中的磨出区域中被向后和向前推动，板(46)的端部与转子(12，23，43)牢固地锚定，从而在其旋转过程中转子也能够实现平动。
10.如权利要求7c中所述的发动机，其特征在于，在转子(12，23，43)的中心处形成腔部(14，26，47)，所述腔部保持驱动轴(11，24，44)和连接杆板(16，25，46)。
11.如权利要求7c所述的发动机，其特征在于，在转子(12，23，43)侧表面上，转子(12，23，43)具有切口，所述侧表面(17)在图中以阴影的形式表示，所述切口打开入口(36)，否则所述入口被转子的侧表面覆盖，切口(17)这样来选择，以使得它们仅在转子处于图1a和图1b所示的位置，也就是说对应于转子的旋转的八分之一时打开入口。
12.向第二外壳块提供与以上所述相同的设备以布置在轴上，对应于权利要求1至11。唯一的差别在于用于连接杆板(47)的磨出区域配合在旋转通过90°的轴中，结果，转子可选地以非常高的功率运转，此外，外壳块当然也可以配合到轴上，且当用于它们的连接杆板的磨出区域同样地布置成旋转通过几度时，发动机的运行变得更平滑。
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