CN101321928B - 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。
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。
有必要开发一种合适的发动机，其中蒸汽能执行工作。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。
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。
一种驱动系统，包括：a)具有至少一个发动机区域的发动机，
b)受控喷嘴51a，51b，所述受控喷嘴51a，51b在近似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，
c)高压泵产生近似1500巴的压力，并被电子地控制以便确保喷射的量，
d)用于将以大约1×105帕斯卡的常压所提供的热介质引入发动机区域中的装置，水被注入所述发动机区域中，
e)合适的冷却装置，确保蒸汽再次冷凝以形成水，
f)绝热护套52，所述绝热护套52包围该发动机50，从而由燃烧器53所产生的热来加热所述发动机。
被加热的介质包括白热化的燃烧器气体。
该发动机包括至少两个汽缸21，31，10，所述汽缸具有圆形的横截面，所述汽缸在两侧上由侧壁33定界，所述侧壁设有用于支撑驱动轴34的孔、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，平动/转动转子12，23，43，所述平动/转动转子12，23，43在汽缸21，31，10中可移动，所述转子具有椭圆形状并将每一个汽缸21，31，10分成具有渐增的体积和渐减的体积的两个室(A和B)，所述驱动轴11，24，44离心地布置在圆形的汽缸10，21，31中。
转子12，23，43连接到轴11，24，44，从而转子与轴一起旋转，同时转子还能在横向上线性地运动，从而所述转子能够实现复合的转动和平动移动。
转子在椭圆的两端处都具有用于可变长度密封件的切口，从而在转子的旋转期间，因为汽缸区域是圆形的且轴的旋转点离心地布置，所以转子能够在每一个旋转位置密封不同的长度。
密封件包括三个辊13，27，45，所述辊一个塞在另一个中且具有不同的直径，从而室(A，B)中的压力比导致所述辊中的一个总是压靠在汽缸壁上并使所述室(A，B)彼此密封。
对于每一个汽缸，驱动轴11，24，44具有用于在横向上延伸的元件16，25，46的磨出区域，在相邻的汽缸中，所述磨出区域相对于彼此成角度地偏置。
其中设置两个汽缸且其中磨出区域的偏置角度为90°。
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，所述板46的端部与转子12，23，43牢固地锚定，从而所述转子在其旋转过程中也能够实现平动。
在转子12，23，43的中心处形成腔部14，26，47，所述腔部14，26，47保持驱动轴11，24，44和连接杆板16，25，46。
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，这样来选择切口17，以使得所述切口17仅在对应于转子的旋转的八分之一时打开入口。
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。

Claims (16)

1.一种用于产生蒸汽而使水雾化来驱动发动机的方法，其中将要被雾化的水受到高压的作用并以脉冲的形式通过喷嘴注入发动机中的以大约1x105帕斯卡的常压所提供的被加热的介质中，从而水被雾化成非常小的颗粒，作为其高内压的结果，导致水爆炸性地蒸发；
其中所述被加热的介质为燃烧器气体，以及所述被加热的介质本身不驱动所述发动机。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将要被雾化的水受到近似1500x105帕斯卡的压力。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质已经被加热到几百摄氏度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所产生的水的颗粒具有大约1μm3的尺寸。
5.如权利要求1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，且被冷凝的水被再次回馈给水箱。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，发动机热绝热以避免热损失。
7.一种驱动系统，包括：
a)具有至少一个发动机区域的发动机，
b)受控喷嘴(51a，51b)，所述受控喷嘴(51a，51b)在近似1500x 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，
c)高压泵产生近似1500巴的压力，并被电子地控制以便确保喷射的量，
d)用于将以大约1x 105帕斯卡的常压所提供的热介质引入发动机区域中的装置，水被注入所述发动机区域中，
e)合适的冷却装置，确保蒸汽再次冷凝以形成水，
f)绝热护套(52)，所述绝热护套(52)包围该发动机(50)，从而由燃烧器(53)所产生的热来加热所述发动机；
其中，所述被加热的介质为燃烧器气体，以及所述被加热的介质本身不驱动所述发动机。
8.如权利要求7所述的驱动系统，其特征在于，该发动机包括至少两个汽缸(21，31，10)，所述汽缸具有圆形的横截面，所述汽缸在两侧上由侧壁(33)定界，所述侧壁设有用于支撑驱动轴(34)的孔、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，平动/转动转子(12，23，43)，所述平动/转动转子(12，23，43)在汽缸(21，31，10)中可移动，所述转子具有椭圆形状并将每一个汽缸(21，31，10)分成具有渐增的体积和渐减的体积的两个室(A和B)，所述驱动轴(11，24，44)离心地布置在圆形的汽缸(10，21，31)中。
9.如权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，转子(12，23，43)连接到轴(11，24，44)，从而转子与轴一起旋转，同时转子还能在横向上线性地运动，从而所述转子能够实现复合的转动和平动移动。
10.如权利要求9所述的驱动系统，其特征在于，转子在椭圆的两端处都具有用于可变长度密封件的切口，从而在转子的旋转期间，因为汽缸区域是圆形的且轴的旋转点离心地布置，所以转子能够在每一个旋转位置密封不同的长度。
11.如权利要求10所述的驱动系统，其特征在于密封件包括三个辊(13，27，45)，所述辊一个塞在另一个中且具有不同的直径，从而室(A，B)中的压力比导致所述辊中的一个总是压靠在汽缸壁上并使所述室(A，B)彼此密封。
12.如权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，对于每一个汽缸，驱动轴(11，24，44)具有用于在横向上延伸的元件(16，25，46)的磨出区域，在相邻的汽缸中，所述磨出区域相对于彼此成角度地偏置。
13.如权利要求12所述的驱动系统，其特征在于，其中设置两个汽缸且其中磨出区域的偏置角度为90°。
14.如权利要求12所述的驱动系统，其特征在于，所述元件(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，所述板(46)的端部与转子(12，23，43)牢固地锚定，从而所述转子在其旋转过程中也能够实现平动。
15.如权利要求8所述的驱动系统，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(14，26，47)保持驱动轴(11，24，44)和连接杆板(16，25，46)。
16.如权利要求8所述的驱动系统，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，这样来选择切口(17)，以使得所述切口(17)仅在对应于转子的旋转的八分之一时打开入口。
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