CN102418571A

CN102418571A - 液氮气动机

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Publication number: CN102418571A
Application number: CN2011104288103A
Authority: CN
Inventors: 张天成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN102418571B

Abstract

本发明的液氮气动机，包括内部设置有活塞的汽缸体，活塞下设置有与运动机构相连接的曲柄机构，其特征在于：还包括液氮加注装置、氮气回收装置、沸水加注装置、液态水回收装置、位置检测装置、电路控制装置；所述液氮加注装置中的液氮输入管与汽缸体相连通，沸水加注装置中的沸水输入管以及液态水回收装置中的出水管均与汽缸体相连通，沸水输入管和出水管上均设置有电磁阀；位置检测装置包括设置于汽缸体外壁上的电磁感应开关。本发的气动机在整个工作过程中，只是氮和水在液态与气态之间进行转换，不产生有害物质和废气，对人体健康没有危害，为环保绿色动力的气动机。具有结构合理、有益效果佳和便于应用推广的优点。

Description

液氮气动机

技术领域

本发明涉及一种液氮气动机，更具体的说，尤其涉及一种采用液氮与沸水相混合后产生高压气体作为动力的液氮气动机。

背景技术

随着汽车工业的发展，居民的汽车拥有量越来越多；大量的汽车，不仅消耗着地球上不可再生的宝贵的石油，而且在石油燃烧的过程中，还会产生大量的有毒气体，严重危害着人们的生命健康。因此，使用新的能源或新的驱动方式，是未来汽车的发展方向之一。

液态的氮气是惰性的，无色，无嗅，无腐蚀性，不可燃，温度极低。且氮气不支持燃烧，汽化时可以吸收大量的热量。液氮在零下196℃时转化为氮气，体积膨胀大约1000倍，如果能利用液氮在汽化时产生的这种巨大膨胀带来带动汽车运行，将会使汽车拥有一种全新的驱动方式，并且不会产生危害人来生命健康的有害气体。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种采用液氮与沸水相混合后产生高压气体作为动力的液氮气动机。

本发明的液氮气动机，包括内部设置有活塞的汽缸体，活塞下设置有与运动机构相连接的曲柄机构，其特别之处在于：还包括液氮加注装置、氮气回收装置、沸水加注装置、液态水回收装置、检测活塞位置的位置检测装置以及控制整个气动机正常工作的电路控制装置；所述液氮加注装置中的液氮输入管与汽缸体相连通，氮气回收装置中的氮气输出管与汽缸体相连通，液氮输入管和氮气输出管上均设置有电磁阀；沸水加注装置中的沸水输入管以及液态水回收装置中的出水管均与汽缸体相连通，沸水输入管和出水管上均设置有电磁阀；所述位置检测装置包括设置于汽缸体外壁上的电磁感应开关，活塞上与设置有与电磁感应开关相配合的磁体。位置检测装置可以检测出活塞所处的位置，电路控制装置控制液氮加注装置用于向汽缸体中加注液氮，加注液氮的同时再向汽缸体中加注沸水，有效地增大了液氮的汽化，使曲柄机构输出的功率增大，以便实现大功率做功。氮气回收装置用于收集做功之后生成的氮气，并将氮气进行液化，最后输送给液氮加注装置重新利用。液态水回收装置用于收集配合液氮汽化后生成的液态水，并供沸水加注装置重新利用。

本发明的液氮气动机，所述活塞的数量为一个，该活塞的上部为对水体进行引流的锥形。如果活塞的数量为一个，就构成了两冲程液氮气动机；活塞运动至上端时，进行充液氮和充沸水，向下运动做功，向下运动至最低点时，进行排水，为做功冲程；活塞由下向上运动时，做功完毕后生成的氮气被排出，为排气冲程。

本发明的液氮气动机，所述活塞包括上活塞和下活塞，上活塞的上部为用于对水体进行引流的锥形，下活塞上开设有多个通孔；汽缸体上部和下部的外壁上分别设置有两电磁感应开关（P3、P4）以及两电磁感应开关（P5、P6），上活塞和下活塞上分别有与电磁开关相配合的磁体；所述汽缸体上还设置有用于对上活塞进行暂时间歇性固定的至少两定位装置，每个定位装置均包括环形挡块和驱动电机，环形挡块上固定有一段为齿条的驱动杆，驱动电机的输出轴上固定有齿轮，齿轮与驱动杆相啮合。在活塞的数量为两个的情况下，就形成了四冲程液氮气动机，在惯性或外力的作用下，上活塞推动上活塞向上运动，运动至最顶端时，上活塞被固定，之后向汽缸体内注入液氮，

本发明的液氮气动机，所述液氮加注装置包括液氮加注机和两液氮储存瓶，该两液氮储存瓶的出口通过液氮加注机与液氮输入管相通；氮气回收装置包括包括氮气液化机和两液氮储存瓶，该两液氮储存瓶的进口通过氮气液化机与氮气输出管相通；两液氮储存瓶的出口经过液氮加注机与两液氮储存瓶的进口相通。

本发明的液氮气动机，所述沸水加注装置包括沸水储存罐、液体增压机，沸水储存罐的出口通过液体增压机与沸水输入管相通；液态水回收装置包括两储水器以及与沸水储存罐相连通的压缩机；两储水器分别设置于两出水管上，储水器两端的管路上均设置有电磁阀。

本发明的液氮气动机，所述汽缸体上还设置有增压装置，该增压装置包括驱动电机、活塞缸体和增压缸体，活塞缸体通过增压缸体与汽缸体相连通，且增压缸体的横截面大于活塞缸体的横截面；设置于活塞缸体内的活塞与驱动电机的输出机构相连接。

本发明的有益效果是：本发明通过利用液氮汽化时体积的快速膨胀，来作为推动活塞运动的能量来源，并在液氮汽化时加注沸水，进一步有效地使得液氮快速汽化，易于产生更大的做功功率。本发明通过设置液氮加注装置、氮气回收装置、沸水加注装置以及液态水回收装置，有效地实现了液氮和沸水推动汽缸体中的活塞进行反复做功，同时保证了氮气和水的循环利用。由于本发明的气动机在整个工作过程中，只是氮和水在液态与气态之间进行转换，不产生有害物质和废气，对人体健康没有危害，为环保绿色动力的气动机。具有结构合理、有益效果佳和便于应用推广的优点。

附图说明

图1为本发明的液氮气动机的原理图；

图2为本发明的第一种实施例中汽缸体的截面结构示意图；

图3为本发明的第一种实施例中活塞的结构示意图；

图4、图5均为本发明的第二种实施例中汽缸体的截面结构示意图；

图6为本发明的第二种实施例中上活塞的结构示意图；

图7为本发明的第二种实施例中设置于汽缸体上的定位装置的结构示意图。

图中：1汽缸体，2上活塞，3下活塞，4曲柄机构，5液氮输入管，6氮气输出管，7、8沸水输入管，9增压装置，10、11出水管，12、13储水器，14、15、16磁体，17通孔，18环形挡块，19驱动杆，20左限位开关，21右限位开关，22齿轮，23氮气液化机；M1、M2、M3驱动电机，M4压缩机，M5液体增压机，N1～N4液氮储存瓶，P1～P6电磁感应开关，S1～S16电磁阀，T1、T2液氮加注机，W1、W2储水器，W3沸水储存罐。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例1，如图1给出的本发明的液氮气动机的原理图，图2和图3分别给出了汽缸体的截面结构示意图以及活塞的结构示意图，具体地说，本实施例中的液氮气动机为二冲程气动机，其包括汽缸体1、上活塞2、曲柄机构4、两电磁感应开关（P1、P2）、磁体14、液氮加注装置、氮气回收装置、沸水加注装置、液态水回收装置以及电路控制装置。活塞的数量为一个，为上活塞2；上活塞2设置于汽缸体1的内部，并与曲柄机构4相连接，以驱动动力机构运行。液氮加注装置包括两液氮储存瓶（N1、N2）、液氮加注机T1和液氮输入管5，两液氮储存瓶（N1、N2）出口的管路上分别设置有电磁阀S1和电磁阀S2，并均与液氮加注机T1相连接，液氮加注机T1的出口通过液氮输入管5与汽缸体1相通，且液氮输入管5上设置有电磁阀S3，这样通过对电磁阀S1、S2和S3的控制，就实现了向汽缸体1中加注液氮。上活塞2的上侧为锥形体，这样就实现了对液态水的引流作用，可有效将其排出。

氮气回收装置包括氮气输出管6、氮气液化机23和两液氮储存瓶（N3、N4），氮气输出管6连通于汽缸体1和氮气液化机23，用于将氮气输入到氮气液化机23中进行液化；氮气输出管6上设置有电磁阀S4。氮气液化机23的输出口均通过管路与两液氮储存瓶（N3、N4）相通，且在相应管路上分别设置有电磁阀S5、S6。两液氮储存瓶（N1、N2）通过液氮加注机T2与两液氮储存瓶（N3、N4），在液氮储存瓶N1、N2与液氮加注机T2之间的管路上分别设置有电磁阀S7、S8；在液氮加注机T2与两液氮储存瓶（N1、N2）之间的管路上分别设置有电磁阀S9、S10。这样，氮气回收装置实现了氮气回收、氮气液化并通过液氮加注机T2供给到液氮加注装置中，这样就实现了“液氮—氮气—液氮”的循环，在“液氮—氮气”的过程中通过上活塞2对曲柄机构4的驱动，实现了对外做功。

沸水加注装置包括沸水储存罐W3、液体增压机M5和两沸水输入管（7、8），沸水储存罐W3与液体增压机M5相通，液体增压机M5通过两沸水输入管（7、8）与汽缸体1相通，可在沸水储存罐W3中设置加热装置，以便将水加热到沸点，液体增压机M5用于产生压力沸水；在两沸水输入管（7、8）分别设置有电磁阀S15和电磁阀S16，以便通过开启电磁阀来向汽缸体1中喷射沸水。液态水回收装置包括两储水器（W1、W2）、压缩机M4、两出水管（10、11）；两储水器（W1、W2）分别设置在两出水管（10、11）上，储水器W1的两侧分别设置有电磁阀S11和S12；储水器W2的两侧的管路上设置有电磁阀S13和S14。在汽缸体1排水的过程中，打开电磁阀S12和S14，通过压缩机M4的作用，使两储水器（W1、W2）中均具有一定的负压，在关闭电磁阀S12和S14；在汽缸体1需要排水的过程中，开启电磁阀S11和S13，这时汽缸体1中产生的液体就会进入到储水器（W1、W2）中，通过设置储水器（W1、W2）体积的大小，可防止氮气进入到储水器中；待液体水进入到储水器（W1、W2）后，关闭电磁阀S11和S13，最后开启电磁阀S12和S14即可实现液态水的排出。

为了进一步增加汽缸体1在做工阶段产生的压力，还设置有增压装置9，其包括驱动电机、活塞缸体和增压缸体，活塞缸体通过增压缸体与汽缸体1相连通，且增压缸体的横截面大于活塞缸体的横截面；设置于活塞缸体内的活塞与驱动电机的输出机构相连接。本实施例中的检测装置包括两电磁感应开关P1、P2以及设置于上活塞3上的磁体14，电磁感应开关P1设置在汽缸体1上部的外壁上，并与上活塞2运行的上止点相对应，这样就实现了对活塞运行时达到上止点的检测。电磁感应开关P2设置于汽缸体1下部的外壁上，并位于出水管10之下，并与上活塞2运行的下止点相对应，这样电磁感应开关P2就实现了对上活塞2运行的下止点的检测。

本实施例的二冲程液氮气动机的工作过程如下：

第一冲程：上活塞2在惯性或外力的作用下，在汽缸体1中由下向上运动，运动至最上端时，电路控制装置检测到电磁感应开关P1的状态发生改变，就控制打开电磁阀S1（或S2）、电磁阀S3，向汽缸体1的上部空腔中输入液氮；同时控制打开电磁阀S15和S16，相汽缸体1的上部空腔中输入沸水；此时，进入到汽缸体1中的液氮发生汽化，产生较大压力；又由于加入了沸水，可使汽化加剧，在汽缸体1的上部空腔中产生了大压力气体，从而推动上活塞2快速下行，并驱使曲柄机构4进行做功；此冲程为做功冲程。在做功冲程的末端，当上活塞2运行至最下端时，磁体14与电磁感应开关P2发生作用，电路控制装置控制电磁阀S11和S13打开，沸水与液氮混合后生成的液态水进入到储水器W1、W2中，而氮气则不能进入。

第二冲程：在上活塞2由最下端向最上端运行的过程中，磁体14与电磁感应开关P2失去相互作用后，电磁阀S11和S13关闭，电磁阀S12和S14打开，汽缸体1的排水完成；此时，氮气输出管6上的电磁阀S4打开，氮气经由氮气输出管6排出。此冲程可谓排气冲程。

实施例2，如图1给出的本发明的液氮气动机的原理图，图4和图5均为本实施例中汽缸体的截面结构示意图，图6和图7分别为本实施例中上活塞2和定位装置的结构示意图，本实施例中除了检测活塞位置的位置检测装置、活塞数量以及还设置有两个定位装置外，其余的结构均与实施例1中的相同。本实施例中活塞的数量为两个，为上活塞2和下活塞3；上活塞2的上部为锥形，以便实现对液态水的导流作用，上活塞2的四周设置有环形槽，以便与定位装置相配合，实现上活塞2的定位。下活塞3上设置有多个通孔17，以保证下活塞3可进行自由运动。上活塞2和下活塞3相对的面上均应设置一层耐磨橡胶，以便缓冲上活塞2与下活塞3相接触时的作用力，并可有效减少上活塞2和下活塞3的磨损，保证了气动机的长期运行。

本实施例中的检测装置包括四个电磁感应开关（P3、P4、P5、P6）以及两个磁体（15、16），两个磁体（15、16）分别设置在上活塞2和下活塞3上；两个电磁感应开关（P3、P4）设置于汽缸体1上部的外壁上，分别实现对上活塞2和下活塞3的运行的上止点的检测；两个电磁感应开关（P5、P6）设置于汽缸体1下部的外壁上，分别实现对上活塞2和下活塞3的运行的下止点的检测。用于对上活塞2进行定位的定位装置包括环形挡块18、驱动杆19、驱动电机、左限位开关20、右限位开关21、齿轮22；驱动电机的输出轴与齿轮22相连接，驱动杆19与环形挡块18相固定，齿轮22通过与设置于驱动杆19齿条相啮合，实现对环形挡块18的驱动。驱动杆19向左运动时，实现对上活塞2的限位作用；当向右运动时，则准许上活塞2运动，环形挡块18左右运行的起止点是通过左限位开关20和右限位开关21对驱动电机运动状态的控制来实现的。

本实施例的四冲程液氮气动机的工作过程：

第一冲程：下活塞3在外力或惯性的作用下由下向上运动，同时驱使上活塞2也由下至上运动；上活塞2和下活塞3运行至最上端时，两个电磁感应开关（P3、P4）的状态均发生改变；此时电路控制装置控制两个定位装置工作，通过定位装置中的环形挡块18实现对上活塞2的定位。此时，液氮加注装置开始工作，并打开电磁阀S1（或S2）和电磁阀S3，向汽缸体1上部空腔中注入液氮，液氮注入完毕后，关闭阀门。

第二冲程：下活塞3向下运动；由于两电磁感应开关（P3、P4）的状态不能同时发生改变，不产生动作。

第三冲程：下活塞3由下向上运动，运动至最上端时，电磁感应开关P4的状态发生改变，沸水加注装置通过开启电磁阀S15和S16实现向汽缸体1中加注沸水，并同时控制定位装置收回环形挡块18，此时上活塞2在液氮汽化产生的较大压力的作用下，推动上活塞2急速下行，上活塞2驱使下活塞3向下运动，此冲程可称之谓做功冲程。在此冲程的末端，当上活塞2和下活塞3运行至最下端时，两个电磁感应开关（P5、P6）状态同时发生改变，电磁阀S11和S13打开进行排水。

第四冲程：电磁阀S4打开，下活塞3推动上活塞2上行，氮气排出汽缸体1，上活塞2和下活塞3运行至最上端时，定位装置实现对上活塞2的定位，重复第一冲程。

在实施例1和实施例2中，为了产生较大的压力，还可在做功冲程的开始时，启动增压装置9。由于实施例1是二冲程液氮气动机，要求液氮的排放做功次数较多；实施例2是四冲程液氮气动机，四个行程有一次做功；故同等条件下，四冲程液氮气动机的转速是二冲程液氮气动机转速的两倍。

Claims

1.一种液氮气动机，包括内部设置有活塞的汽缸体（1），活塞下设置有与运动机构相连接的曲柄机构（4），其特征在于：还包括液氮加注装置、氮气回收装置、沸水加注装置、液态水回收装置、检测活塞位置的位置检测装置以及控制整个气动机正常工作的电路控制装置；所述液氮加注装置中的液氮输入管（5）与汽缸体相连通，氮气回收装置中的氮气输出管（6）与汽缸体相连通，液氮输入管和氮气输出管上均设置有电磁阀；沸水加注装置中的沸水输入管（7、8）以及液态水回收装置中的出水管（10、11）均与汽缸体相连通，沸水输入管和出水管上均设置有电磁阀；所述位置检测装置包括设置于汽缸体外壁上的电磁感应开关，活塞上与设置有与电磁感应开关相配合的磁体。

2.根据权利要求1所述的液氮气动机，其特征在于：所述活塞的数量为一个，该活塞的上部为对水体进行引流的锥形。

3.根据权利要求1所述的液氮气动机，其特征在于：所述活塞包括上活塞（2）和下活塞（3），上活塞的上部为用于对水体进行引流的锥形，下活塞上开设有多个通孔（17）；汽缸体（1）上部和下部的外壁上分别设置有两电磁感应开关（P3、P4）以及两电磁开关（P5、P6），上活塞和下活塞上分别有与电磁开关相配合的磁体（15、16）；所述汽缸体（1）上还设置有用于对上活塞（2）进行暂时间歇性固定的至少两定位装置，每个定位装置均包括环形挡块（18）和驱动电机，环形挡块（18）上固定有一段为齿条的驱动杆（19），驱动电机的输出轴上固定有齿轮（22），齿轮（22）与驱动杆（19）相啮合。

4.根据权利要求1或2所述的液氮气动机，其特征在于：所述液氮加注装置包括液氮加注机（T1）和两液氮储存瓶（N1、N2），该两液氮储存瓶（N1、N2）的出口通过液氮加注机（T1）与液氮输入管（5）相通；氮气回收装置包括包括氮气液化机（23）和两液氮储存瓶（N3、N4），该两液氮储存瓶（N3、N4）的进口通过氮气液化机（23）与氮气输出管（6）相通；两液氮储存瓶（N3、N4）的出口经过液氮加注机（T2）与两液氮储存瓶（N1、N2）的进口相通。

5.根据权利要求1或3所述的液氮气动机，其特征在于：所述沸水加注装置包括沸水储存罐（W3）、液体增压机（M5），沸水储存罐的出口通过液体增压机与沸水输入管（7、8）相通；液态水回收装置包括两储水器（W1、W2）以及与沸水储存罐（W3）相连通的压缩机（M4）；两储水器（W1、W2）分别设置于两出水管（10、11）上，储水器两端的管路上均设置有电池阀。

6.根据权利要求1或3所述的液氮气动机，其特征在于：所述汽缸体（1）上还设置有增压装置（9），该增压装置包括驱动电机、活塞缸体和增压缸体，活塞缸体通过增压缸体与汽缸体（1）相连通，且增压缸体的横截面大于活塞缸体的横截面；设置于活塞缸体内的活塞与驱动电机的输出机构相连接。