CN103277212B - 一种超临界内燃直流蒸汽发动机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超临界内燃直流蒸汽发动机组，主要包括内燃机和涡扇汽轮机；通过在内燃机的气缸壁、缸盖以及集热器上设置螺旋管，使得高压冷却水做定向运动，带走副热热能，从而达到了内燃机散热的目的，吸收副热热能的高压冷却水变为高温高压水蒸气后，又可以推动涡扇汽轮机做功。一方面，节省了现有技术中用于散热所消耗的百分之三到百分之五的内燃机功率，另一方面，增加了涡扇汽轮机的功率。综上所述，本发明所提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组，能够如何充分利用副热热能，避免浪费现有动力。

Description

一种超临界内燃直流蒸汽发动机组
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种超临界内燃直流蒸汽发动机组。
背景技术
一个或一个以上的物质在一定空间里在极短的时间内急速燃烧，短时间内聚集大量的热，使气体体积迅速膨胀，就会引起爆炸。
即爆炸是一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程。在此过程中，空间内的物质以极快的速度把其内部所含有的能量释放出来，转变成机械功、光和热等能量形态。
众所周知，目前活塞连杆曲轴内燃机的做功循环，在压缩行程中，活塞把常压空气压缩至燃烧室，形成密闭高压空间，在此空间高压空气与燃料充分混合，在瞬间全部同时燃烧，这就形成了爆炸的条件，也就是说曲轴连杆内燃机发动机的燃烧室，就是人为制造的急剧燃烧的受限空间，也就是人为制造的可控爆炸。
其中，活塞连杆所在的运动就是爆炸所产生的机械能。同时爆炸所产生的热能也就成了活塞连杆内燃发动机的副产品，因此叫副热。现在的内燃机在做功时都将产生1000℃以上的高温副热。然而，高温副热的产生又成为下一个做功循环的障碍，为了使下一个做功循环的低温开始，人们采用了内燃发动机做功的百分之三到百分之五的功率来降温散热，使得下一个做功循环得以正常工作。具体为采用冷却系统，将热量用冷却水带走，冷却系统中的水泵、散热风扇的动力均来自内燃发动机的功率。
可见这种散热方式，使得副热的热能白白浪费，还因此消耗了百分之三到百分之五的现有动力，造成了巨大的浪费，同时也降低了发动机的效率。
因此，如何充分利用副热热能，避免浪费现有动力，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种超临界内燃直流蒸汽发动机组，能够充分利用副热热能，避免浪费现有动力。
为实现上述目的，本发明提供了一种超临界内燃直流蒸汽发动机组，包括：
内燃机，所述内燃机的气缸壁内设置有第一螺旋管，所述内燃机的缸盖内设置有第二螺旋管；
集热器，所述集热器设置在所述内燃机的排气口，所述集热器内设置有第三螺旋管；
超高压直流泵，所述超高压直流泵与所述第一螺旋管相连通；所述第一螺旋管与所述第二螺旋管相连通、所述第二螺旋管与所述第三螺旋管相连通；
涡扇汽轮机，所述第三螺旋管与所述涡扇汽轮机的进汽口相连通；
蒸汽冷凝器，所述涡扇汽轮机的出汽口与所述蒸汽冷凝器相连通；所述蒸汽冷凝器与所述超高压直流泵相连通。
优选地，上述超临界内燃直流蒸汽发动机组中，所述内燃机的曲轴和所述涡扇汽轮机通过差速器相连，所述差速器上设置有混合动力输出轴。
优选地，上述超临界内燃直流蒸汽发动机组中，还包括与所述超高压直流泵相连通的稳压器，所述稳压器出水口与所述第一螺旋管相连通，且所述稳压器出水口处设置有温控电磁阀；还包括设置在所述气缸壁上的第一温度传感器与设置在所述缸盖上的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器与所述温控电磁阀连锁，从而根据散热需要控制所述温控电磁阀的开度。
优选地，上述超临界内燃直流蒸汽发动机组中，所述蒸汽冷凝器与所述超高压直流泵之间还设置有前置储水箱。
相对于现有技术，本发明的技术效果是：
本发明提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组，包括内燃机、设置在内燃机的排气口的集热器，其中，内燃机的汽缸壁上设置有第一螺旋管，内燃机的缸盖上设置有第二螺旋管，集热器上设置有第三螺旋管；还包括超高压直流泵，该超高压直流泵与第一螺旋管相连通，第一螺旋管与第二螺旋管相连通，第二螺旋管与第三螺旋管相连通；即上述超高压直流泵泵出的高压水依次进入第一螺旋管、第二螺旋管和第三螺旋管吸收内燃机做功时产生的副热，变成高温高压的水蒸气。
本发明还包括涡扇汽轮机和蒸汽冷凝器，涡扇汽轮机的进汽口与第三螺旋管相连通，出汽口与蒸汽冷凝器相连通；蒸汽冷凝器与超高压直流泵相连通。即从第三螺旋管出来的高温高压水蒸气流向涡轮汽轮机推动汽轮机运转做功，做功后的低压水蒸汽进入蒸汽冷凝器变成水，最终流入超高压直流泵完成一个循环。
可见，本发明提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组，主要包括内燃机和涡扇汽轮机；通过在内燃机的气缸壁、缸盖以及集热器上设置螺旋管，使得高压冷却水做定向运动，带走副热热能，从而达到了内燃机散热的目的，吸收副热热能的高压冷却水变为高温高压水蒸气后，又可以推动涡扇汽轮机做功。一方面，节省了现有技术中用于散热所消耗的百分之三到百分之五的内燃机功率，另一方面，增加了涡扇汽轮机的功率。
综上所述，本发明所提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组，能够如何充分利用副热热能，避免浪费现有动力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组的结构示意图。
上图中，附图标记和部件名称之间的对应关系为：
11气缸壁；12缸盖；13曲轴；2集热器；21消声器；3超高压直流泵；4涡扇汽轮机；5蒸汽冷凝器；6差速器；7混合动力输出轴；8稳压器；81温控电磁阀；91第一温度传感器；92第二温度传感器；10前置储水箱。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种超临界内燃直流蒸汽发动机组，能够如何充分利用副热热能，避免浪费现有动力。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明实施例提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组的结构示意图。
如图1所示，本发明提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组，包括内燃机、设置在内燃机的排气口的集热器2，其中，内燃机的汽缸壁上设置有第一螺旋管，内燃机的缸盖12上设置有第二螺旋管，集热器2上设置有第三螺旋管；还包括超高压直流泵3，该超高压直流泵3与第一螺旋管相连通，第一螺旋管与第二螺旋管相连通，第二螺旋管与第三螺旋管相连通；内燃机做功后，高温废气从缸盖的出气口依次进入集热器2、消声器21排出。上述超高压直流泵3泵出的高压水依次进入第一螺旋管、第二螺旋管和第三螺旋管吸收内燃机做功时产生的副热，变成高温高压的水蒸气。具体地，高压水从流经第一螺旋管和第二螺旋管后，由于吸收了内燃机做功产生的副热，从第二螺旋管流出的高压水的温度已经达到100℃，流经集热器2内的第三螺旋管后，吸收集热器2内的热量，从第三螺旋管流出后，变为温度为500℃的高温高压的水蒸气。
本发明还包括涡扇汽轮机4和蒸汽冷凝器5，涡扇汽轮机4的进汽口与第三螺旋管相连通，出汽口与蒸汽冷凝器5相连通；蒸汽冷凝器5与超高压直流泵3相连通。即从第三螺旋管出来的温度为500℃的高温高压水蒸气流向涡扇汽轮机4，推动汽轮机运转做功，做功后的低压水蒸汽进入蒸汽冷凝器5变成水，最终流入超高压直流泵3完成一个循环。
可见，本发明提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组，主要包括内燃机和涡扇汽轮机4；通过在内燃机的气缸壁11、缸盖12以及集热器2上设置螺旋管，使得高压冷却水做定向运动，带走副热热能，从而达到了内燃机散热的目的，吸收副热热能的高压冷却水变为高温高压水蒸气后，又可以推动涡扇汽轮机4做功。一方面，节省了现有技术中用于散热所消耗的百分之三到百分之五的内燃机功率，另一方面，增加了涡扇汽轮机4的功率。
综上所述，本发明所提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组，能够如何充分利用副热热能，避免浪费现有动力的同时，还增加了副热热能推动涡扇汽轮机4做功的功率，使得本发明比现有技术中的发动机热效率提高了103％。极大地提高了燃油效率，减少了大气污染物的排放，一方面达到了节能减排的效果，另一面满足了环保的要求。
为了进一步优化上述技术方案，本发明中，上述内燃机的曲轴13和涡扇汽轮机4通过差速器6相连，差速器6上设置有混合动力输出轴7，从而使得内燃机和涡扇汽轮机4在运转上存在时间差，转速不一致的情况下，可以通过一个混合动力输出轴7输出动力。
进一步地，本发明还包括与上述超高压直流泵3相连通的稳压器8，稳压器8的出水口与第一螺旋管相连通，且在稳压器8的出水口处设置有温控电磁阀81，还包括设置在汽缸壁上的第一温度传感器91和设置在缸盖12上的第二温度传感器92，且上述第一温度传感器91和第二温度传感器92均与温控电磁阀81连锁，从而根据散热需要控制温控电磁阀81的开度。具体为：第一温度传感器91检测气缸壁11的温度，第二温度传感器92检测缸盖12的温度，并同时将散热需要传递至温控电磁阀81，温控电磁阀81根据气缸壁11和缸盖12的散热需求进行开度大小的调节，从而根据散热需要进行供水。
为了进一步优化上述技术方案，本发明中，在蒸汽冷凝器5和超高压直流泵3之间还设置有前置储水箱10，便于从蒸汽冷凝器5流出的冷凝水进入前置储水箱10进行存储。
可见，本发明提供的超临界内燃直流蒸汽发动机组，充分利用了燃油效率，提高了动力输出，同时还具有结构紧凑，启动和停止方便快捷等优点。能够广泛适用于轮船、汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、发电机组以及战车等领域。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种超临界内燃直流蒸汽发动机组，其特征在于，包括：
内燃机，所述内燃机的气缸壁(11)内设置有第一螺旋管，所述内燃机的缸盖(12)内设置有第二螺旋管；
集热器(2)，所述集热器(2)设置在所述内燃机(1)的排气口，所述集热器(2)内设置有第三螺旋管；
超高压直流泵(3)，所述超高压直流泵(3)与所述第一螺旋管相连通；所述第一螺旋管与所述第二螺旋管相连通、所述第二螺旋管与所述第三螺旋管相连通；
涡扇汽轮机(4)，所述第三螺旋管与所述涡扇汽轮机(4)的进汽口相连通；
蒸汽冷凝器(5)，所述涡扇汽轮机(4)的出汽口与所述蒸汽冷凝器(5)相连通；所述蒸汽冷凝器(5)与所述超高压直流泵(3)相连通；
从第二螺旋管流出的高压水的温度已经达到100℃；从第三螺旋管流出后，变为温度为500℃的高温高压的水蒸气；
所述内燃机的曲轴(13)和所述涡扇汽轮机(4)通过差速器(6)相连，所述差速器(6)上设置有混合动力输出轴(7)；
还包括与所述超高压直流泵(3)相连通的稳压器(8)，所述稳压器(8)出水口与所述第一螺旋管相连通，且所述稳压器(8)出水口处设置有温控电磁阀(81)；还包括设置在所述气缸壁(11)上的第一温度传感器(91)与设置在所述缸盖(12)上的第二温度传感器(92)，所述第一温度传感器(91)和第二温度传感器(92)与所述温控电磁阀(81)连锁，从而根据散热需要控制所述温控电磁阀(81)的开度。
2.根据权利要求1所述的超临界内燃直流蒸汽发动机组，其特征在于，所述蒸汽冷凝器(5)与所述超高压直流泵(3)之间还设置有前置储水箱(10)。
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