CN102748118A

CN102748118A - 单工质连续燃烧室活塞热动力系统

Info

Publication number: CN102748118A
Application number: CN2012102095721A
Authority: CN
Inventors: 靳北彪
Original assignee: Molecule Power Beijing Technology Co Ltd
Current assignee: Molecule Power Beijing Technology Co Ltd
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-10-24
Also published as: CN202811049U

Abstract

本发明公开了一种单工质连续燃烧室活塞热动力系统，包括活塞式气体压缩机、连续燃烧室和活塞式爆排发动机，所述活塞式气体压缩机的工质出口与所述连续燃烧室的工质入口连通，所述连续燃烧室的工质出口与所述活塞式爆排发动机的工质入口连通，所述连续燃烧室的最低承压能力大于10MPa。本发明所公开的单工质连续燃烧室活塞热动力系统结构简单，大大提高了活塞动力系统的效率。

Description

单工质连续燃烧室活塞热动力系统

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种热动力系统。

背景技术

传统活塞式热动力系统（即内燃机）的燃烧室是间歇式工作的，这就给燃烧提出了巨大的困难，因为要在极短的时间内混合燃烧，正是因为这一点，内燃机的效率和环保型一直没有得到很好的解决。因此，需要发明一种连续燃烧室活塞热动力系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种单工质连续燃烧室活塞热动力系统，包括活塞式气体压缩机、连续燃烧室和活塞式爆排发动机，所述活塞式气体压缩机的工质出口与所述连续燃烧室的工质入口连通，所述连续燃烧室的工质出口与所述活塞式爆排发动机的工质入口连通，所述连续燃烧室的最低承压能力大于10MPa。

在所述连续燃烧室上设膨胀剂入口。

所述连续燃烧室的燃料入口设为热摩可调燃料入口。

在所述活塞式爆排发动机的爆排发动机排气道上设动力叶轮机构。

在所述活塞式气体压缩机的气体压缩机进气道上设叶轮压气机。

所述气体压缩机进气道的体积流量与所述活塞式爆排发动机的爆排发动机进气道的体积流量之比大于8。

所述活塞式爆排发动机的排量大于所述活塞式气体压缩机的排量。

在所述活塞式气体压缩机上设冷却器。

所述活塞式爆排发动机设为小余隙爆排发动机。

所述活塞式气体压缩机和所述活塞式爆排发动机的控制无正时关系。

所述活塞式气体压缩机设为多级串联结构或四类门结构。

在所述活塞式爆排发动机的气缸上设预充气口。

一种提高所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统的效率的方法，所述连续燃烧室产生的燃气工质的温度和压力符合类绝热关系。

一种提高所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统的效率的方法，所述连续燃烧室内的空气过量系数小于1.95。

本发明中，所述连续燃烧室内的空气过量系数小于1.95、1.90、1.85、1.80、1.75、1.70、1.65、1.60、1.55、1.50、1.45、1.40、1.35、1.30、1.25、1.20、1.15、1.10或小于1.05，或等于1.00。

本发明中，所述连续燃烧室的最低承压能力大于10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa或大于30MPa。

本发明中，所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统的工作压力大于10MPa，与所述连续燃烧室的承压能力相吻合。

本发明中，图5是气体工质的温度T和压力P的关系图，O-A-H所示曲线是通过状态参数为298K和0.1MPa的O点的气体工质绝热关系曲线；B点为气体工质的实际状态点，E-B-D所示曲线是通过B点的绝热关系曲线，A点和B点的压力相同；F-G所示曲线是通过2800K和10MPa（即目前内燃机中即将开始做功的气体工质的状态点）的工质绝热关系曲线。

本发明中，图5中的

中的

是气体工质绝热指数，是气体工质的压力，

是气体工质的温度，

是常数。

本发明中，所谓的类绝热关系包括下列三种情况：1.气体工质的状态参数（即工质的温度和压力）点在所述工质绝热关系曲线上，即气体工质的状态参数点在图5中O-A-H所示曲线上；2.气体工质的状态参数（即工质的温度和压力）点在所述工质绝热关系曲线左侧，即气体工质的状态参数点在图5中O-A-H所示曲线的左侧；3.气体工质的状态参数（即工质的温度和压力）点在所述工质绝热关系曲线右侧，即气体工质的状态参数点在图5中O-A-H所示曲线的右侧，但是气体工质的温度不高于由此气体工质的压力按绝热关系计算所得温度加1000K的和、加950K的和、加900K的和、加850K的和、加800K的和、加750K的和、加700K的和、加650K的和、加600K的和、加550K的和、加500K的和、加450K的和、加400K的和、加350K的和、加300K的和、加250K的和、加200K的和、加190K的和、加180K的和、加170K的和、加160K的和、加150K的和、加140K的和、加130K的和、加120K的和、加110K的和、加100K的和、加90K的和、加80K的和、加70K的和、加60K的和、加50K的和、加40K的和、加30K的和或不高于加20K的和，即如图5所示，所述气体工质的实际状态点为B点，A点是压力与B点相同的绝热关系曲线上的点，A点和B点之间的温差应小于1000K、900K、850K、800K、750K、700K、650K、600K、550K、500K、450K、400K、350K、300K、250K、200K、190K、180K、170K、160K、150K、140K、130K、120K、110K、100K、90K、80K、70K、60K、50K、40K、30K或小于20K。

本发明中，所谓类绝热关系可以是上述三种情况中的任何一种，也就是指：即将开始做功的气体工质的状态参数（即气体工质的温度和压力）点在如图5所示的通过B点的绝热过程曲线E-B-D的左侧区域内。

本发明中，所谓的即将开始做功的气体工质是指经过加热器加热的即将进入所述爆排发动机的气体工质。

本发明中，将即将开始做功的气体工质的状态参数（即气体工质的温度和压力）符合类绝热关系的发动机系统（即热动力系统）定义为低熵发动机。

本发明中，所述气体压缩机进气道的体积流量与所述活塞式爆排发动机的爆排发动机进气道的体积流量之比大于8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5、20、20.5、21、21.5、22、22.5、23、23.5、24、24.5、25、25.5、26、26.5、27、27.5、28、28.5、29、29.5、30、30.5、31、31、5、32、32.5、33、33.5、34、35.5、36、36.5、37、37.5、38、38.5、39、39.5、40、40.5、41、41.5、42、42.5、43、43.5、44、44.5、45、45.5、46、46.5、47、47.5、48、48.5、49、49.5、50、50.5、51、51.5、52、52.5、53、53.5、54、54.5、55、55.5、56、56.5、57、57.5、58、58.5、59、59.5或大于60。

本发明中，所谓的膨胀剂是指不参与燃烧化学反应起冷却和调整做功工质摩尔数并膨胀做功的工质，可以是气体或液体，如水蒸汽、二氧化碳、氦气、氮气及水、液体二氧化碳、液氦、液氮、液化空气等。

本发明所谓的活塞式爆排发动机是指由燃烧室和膨胀做功机构（即做功机构）构成的，只进行燃烧爆炸做功过程（含燃烧爆炸做功冲程）和排气过程，不包含吸气过程和压缩过程的热动力系统（即将热转换成功的系统），这种热动力系统中原工质是以充入的方式而不是吸入的方式进入燃烧室的；燃烧室与膨胀做功机构（即做功机构）可以直接连通，也可以将燃烧室设置在膨胀做功机构内（如将燃烧室设置在气缸活塞机构的气缸内的结构），还可以将燃烧室经控制阀与膨胀做功机构连通；在将燃烧室经控制阀与膨胀做功机构连通的结构中，为了充分高效燃烧，可以使燃烧室处于连续燃烧状态，也可以使燃烧室处于间歇燃烧状态；一个燃烧室可以对应一个膨胀做功机构，一个燃烧室也可以对应两个或两个以上的膨胀做功机构；做功机构可以是活塞式膨胀做功机构（含转子式膨胀做功机构），还可以是透平式膨胀做功机构（即叶轮式做功机构），所谓的膨胀做功机构是指利用燃烧室的工质膨胀对外输出动力的机构；为使这种发动机正常工作需要在进气中加入燃料或在燃烧室中喷射燃料，根据燃料不同，可以采用点燃或压燃形式。

本发明中，所谓热摩可调燃料是指燃料和膨胀剂的混合物，通过调节燃料在混合物中所占的比例来调整所述热摩可调燃料的热值和摩尔数，它可以是醇类的水溶液（如乙醇水溶液、甲醇水溶液等），也可以是醇类、碳氢化合物和水的混合溶液（如乙醇、水和柴油的混合溶液，乙醇、水和汽油的混合溶液等），它还可以是几种不同的醇类、碳氢化合物和膨胀剂的混合物，如乙醇、甲醇、柴油、汽油、水和液态二氧化碳的混合物；不仅如此，热摩可调燃料中的燃料可以由多种燃料构成，膨胀剂也可以由多种膨胀剂构成。所述热摩可调燃料的作用是为了减少系统储罐的数量，并可使以水为膨胀剂的系统防冻、防腐，而且使结构简单，减少系统的体积和造价。

本发明中，所谓的小余隙爆排发动机，包括高压气源和爆排活塞做功机构，所述高压气源经充气门与所述爆排活塞做功机构的气缸连通，所述气缸经排气门与排气道连通，所述爆排活塞做功机构的活塞设置在所述气缸内，所述活塞处于上止点时的所述活塞的上方容积与所述活塞的截面积之比小于5mm，所述的高压气源为本发明的连续燃烧室里产生的高压气体源。

本发明中，应根据公知技术在必要的地方设部件、单元和系统。

本发明的有益效果如下:

本发明所公开的单工质连续燃烧室活塞热动力系统结构简单，大大提高了活塞动力系统的效率。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；

图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；

图5是气体工质的温度T和压力P的关系图，

图中：

1活塞式气体压缩机、2连续燃烧室、3活塞式爆排发动机、4、膨胀剂入口、5燃料入口、6、热摩可调燃料入口、7爆排发动机排气道、8动力叶轮机构、9气体压缩机进气道、10叶轮压气机、11爆排发动机进气道、12冷却器、13预充气口。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的单工质连续燃烧室活塞热动力系统，包括活塞式气体压缩机1、连续燃烧室2和活塞式爆排发动机3，所述活塞式气体压缩机1的工质出口与所述连续燃烧室2的工质入口连通，所述连续燃烧室2的工质出口与所述活塞式爆排发动机3的工质入口连通，所述连续燃烧室2的最低承压能力大于10MPa，在所述连续燃烧室2上设燃料入口5。所述连续燃烧室产生的燃气工质的温度和压力符合类绝热关系。所述连续燃烧室内的空气过量系数小于1.95。

具体实施时，所述连续燃烧室的最低承压能力还可以是大于10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21.5MPa、22MPa、22.5MPa、23MPa、23.5MPa、24MPa、24.5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27.5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa或大于30MPa。

实施例2

如图2所示的单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：在所述连续燃烧室2上设膨胀剂入口4。所述活塞式爆排发动机3的排量大于所述活塞式气体压缩机1的排量，在所述活塞式气体压缩机1上设冷却器12。

实施例3

如图3所示的单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：所述连续燃烧室2的燃料入口5设为热摩可调燃料入口6。

实施例4

如图4所示的单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其与实施例1的区别在于：在所述活塞式爆排发动机3的爆排发动机排气道7上设动力叶轮机构8，在所述活塞式气体压缩机1的气体压缩机进气道9上设叶轮压气机10。

所述气体压缩机进气道9的体积流量与所述活塞式爆排发动机3的爆排发动机进气道11的体积流量之比大于8，在所述活塞式爆排发动机3的气缸上设预充气口13。

可选择地，在上述实施例1至4中，所述活塞式爆排发动机3设为小余隙爆排发动机。

可选择地，在上述实施例1至4中，所述活塞式气体压缩机1和所述活塞式爆排发动机3的控制无正时关系。

可选择地，在上述实施例1至4中，所述活塞式气体压缩机1设为多级串联结构或四类门结构。

可选择地，所述动力叶轮机构8和所述叶轮压气机10可任选一个进行设置；同理在上述实施例1至4中均可选择设置。

具体实施时，所述气体压缩机进气道9的体积流量与所述爆排发动机进气道11的体积流量之比还可以是大于8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5、20、20.5、21、21.5、22、22.5、23、23.5、24、24.5、25、25.5、26、26.5、27、27.5、28、28.5、29、29.5、30、30.5、31、31、5、32、32.5、33、33.5、34、35.5、36、36.5、37、37.5、38、38.5、39、39.5、40、40.5、41、41.5、42、42.5、43、43.5、44、44.5、45、45.5、46、46.5、47、47.5、48、48.5、49、49.5、50、50.5、51、51.5、52、52.5、53、53.5、54、54.5、55、55.5、56、56.5、57、57.5、58、58.5、59、59.5或大于60。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种单工质连续燃烧室活塞热动力系统，包括活塞式气体压缩机（1）、连续燃烧室（2）和活塞式爆排发动机（3），其特征在于：所述活塞式气体压缩机（1）的工质出口与所述连续燃烧室（2）的工质入口连通，所述连续燃烧室（2）的工质出口与所述活塞式爆排发动机（3）的工质入口连通，所述连续燃烧室（2）的最低承压能力大于10MPa。

2.如权利要求1所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其特征在于：在所述连续燃烧室（2）上设膨胀剂入口（4）。

3.如权利要求1所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其特征在于：所述连续燃烧室（2）的燃料入口（5）设为热摩可调燃料入口（6）。

4.如权利要求1所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其特征在于：在所述活塞式爆排发动机（3）的爆排发动机排气道（7）上设动力叶轮机构（8）。

5.如权利要求1或4所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其特征在于：在所述活塞式气体压缩机（1）的气体压缩机进气道（9）上设叶轮压气机（10）。

6.如权利要求5所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其特征在于：所述气体压缩机进气道（9）的体积流量与所述活塞式爆排发动机（3）的爆排发动机进气道（11）的体积流量之比大于8。

7.如权利要求1所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其特征在于：所述活塞式爆排发动机（3）的排量大于所述活塞式气体压缩机（1）的排量。

8.如权利要求1所述的单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其特征在于：在所述活塞式气体压缩机（1）上设冷却器（12）。

9.如权利要求1所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其特征在于：所述活塞式爆排发动机（3）设为小余隙爆排发动机。

10.如权利要求1所述单工质连续燃烧室活塞热动力系统，其特征在于：所述活塞式气体压缩机（1）和所述活塞式爆排发动机（3）的控制无正时关系。