CN103352770A - 门控气缸活塞熵循环发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种门控气缸活塞熵循环发动机，包括加热器、气缸活塞机构和冷却压缩单元，所述气缸活塞机构的气缸上设工质入口和乏气出口，在所述工质入口处设工质入口控制门，在所述乏气出口处设乏气出口控制门，所述加热器与所述工质入口连通，所述乏气出口与所述冷却压缩单元连通，所述冷却压缩单元与所述加热器连通。本发明结构简单、效率高、污染排放少、燃料多样性强。

Description

门控气缸活塞熵循环发动机

 

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，特别是一种门控气缸活塞熵循环发动机。

背景技术

传统发动机为人类文明和世界繁荣作出了不可估量的贡献，但是也导致了严重的能源和环境问题，解决能源和环境问题是二十一世纪人类的最重大的课题之一，要想解决这一课题首先要解决发动机的能耗和污染排放问题。而要想解决发动机的能耗和污染排放问题仅局限于在传统发动机上进行改良是完全不可能实现的。因此需要发明一种与传统狄赛尔循环、奥托循环、布雷登循环方式不同的新型发动机。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出的技术方案如下：

一种门控气缸活塞熵循环发动机，包括加热器、气缸活塞机构和冷却压缩单元，所述气缸活塞机构的气缸上设工质入口和乏气出口，在所述工质入口处设工质入口控制门，在所述乏气出口处设乏气出口控制门，所述加热器与所述工质入口连通，所述乏气出口与所述冷却压缩单元连通，所述冷却压缩单元与所述加热器连通。

在所述冷却压缩单元与所述加热器的连通通道上设控制阀。

所述控制阀设为正时控制阀或逆止阀。

所述冷却压缩单元设为包括冷却器和附属气缸活塞机构的工作单元。

所述冷却压缩单元设为包括叶轮动力机构、冷却器和叶轮压气机的工作单元。

所述加热器设为外燃加热器或热交换器。

所述加热器设为内燃燃烧室，在工质包络上设工质导出口。

所述乏气出口与所述冷却压缩单元之间的连通通道设为连通通道A，所述冷却压缩单元与所述加热器之间的连通通道设为连通通道B，在所述连通通道A和所述连通通道B之间设回热器。

所述回热器设为热交换器式回热器。

所述回热器设为填料式回热器；所述填料式回热器的一端经控制阀A与所述乏气出口连通，并经控制阀B与所述加热器连通；所述填料式回热器的另一端经控制阀C与所述冷却压缩单元的被冷却流体入口连通，并经控制阀D与所述冷却压缩单元的被冷却流体出口连通；所述控制阀D和所述控制阀B中的一个为所述控制阀。

本发明的原理是：在加热器中被加热的工质经所述工质入口在所述工质入口控制门的控制下导入所述气缸活塞机构的气缸内推动所述气缸活塞机构的活塞对外做功，做功后的乏气在所述活塞的作用下进入所述冷却压缩单元，在所述冷却压缩单元中被冷却压缩后，进入所述加热器，周而复始循环工作。

本发明中，所谓的“气缸活塞机构”是指由气缸和活塞构成的可以对外输出动力的，且可对工质进行输送或压缩输送的机构。

本发明中，所谓的“工质包络”，是指包括所述加热器、所述气缸活塞机构和所述冷却压缩单元以及它们之间的连通通道所定义的工质所能到达的空间的壁。

本发明中，所谓的“冷却压缩单元”是指一切能够对工质进行冷却压缩的系统。例如：包括冷却器和活塞式压气机（所述附属气缸活塞机构即活塞式压气机）的工作单元，包括冷却器和叶轮压气机的工作单元，包括叶轮动力机构、冷却器和叶轮压气机的工作单元，包括冷却器和螺杆压缩机的工作单元，包括冷却器和罗茨压缩机的工作单元等。

本发明中，所谓的“填料式回热器”是指由多孔固体构成的，流体在其中能够往复流动，从而实现回热的单元。例如由金属丝或金属网构成的填料式回热器。

本发明中，所谓A和B连通是指A与B之间工质发生流动，包括工质从A流到B或者从B流到A，或者工质先从A流到B再从B流到A。所谓的“连通”包括直接连通、间接连通和经操作单元连通，所述操作单元包括阀、控制机构、供送机构（泵）和热交换器等。

本发明中，应根据发动机、热气机及热动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。

本发明的有益效果如下：

本发明结构简单、效率高、污染排放少、燃料多样性强。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图；

图4是本发明实施例4的结构示意图；

图5是本发明实施例5的结构示意图；

图6是本发明实施例6的结构示意图；

图7是本发明实施例7的结构示意图；

图8是本发明实施例8的结构示意图；

图9是本发明实施例9的结构示意图；

图中：

1加热器 、101外燃加热器、102内燃燃烧室、1002工质导出口、1003工质导出控制阀、2气缸活塞机构、201工质入口、202乏气出口、2003附属气缸活塞机构、3冷却器、301冷却压缩单元、3001叶轮动力机构、3002叶轮压气机、4控制阀、401控制阀A、402控制阀B、403控制阀C、404控制阀D、501连通通道A、502连通通道B、601热交换器式回热器、602填料式回热器。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的门控气缸活塞熵循环发动机，包括加热器1、气缸活塞机构2和冷却压缩单元301，所述气缸活塞机构2的气缸上设工质入口201和乏气出口202，在所述工质入口201处设工质入口控制门，在所述乏气出口202处设乏气出口控制门，所述加热器1与所述工质入口201连通，所述乏气出口202与所述冷却压缩单元301连通，所述冷却压缩单元301与所述加热器1连通。

在加热器1中被加热的工质经所述工质入口201在所述工质入口控制门的控制下导入所述气缸活塞机构2的气缸内推动所述气缸活塞机构2的活塞对外做功，做功后的乏气在所述活塞的作用下进入所述冷却压缩单元301，在所述冷却压缩单元301中被冷却压缩后，进入所述加热器1，周而复始循环工作。

实施例2

如图2所示的门控气缸活塞熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：在所述冷却压缩单元301与所述加热器1的连通通道上增设控制阀4，具体地，所述控制阀4设为逆止阀，所述加热器1具体的设为了内燃燃烧室102，所述冷却压缩单元301设为包括叶轮动力机构3001、冷却器3和叶轮压气机3002的工作单元，所述气缸活塞机构2的所述乏气出口202与所述叶轮动力机构3001的气体入口连通，所述叶轮动力机构3001的气体出口与所述冷却器3的被冷却流体入口连通，所述冷却器3的被冷却流体出口与所述叶轮压气机3002的气体入口连通，所述叶轮压气机3002的气体出口与所述内燃燃烧室102的气体入口连通。在所述叶轮动力机构3001与所述冷却器3之间的连通通道上设工质导出口1002，在所述工质导出口1002处设工质导出控制阀1003，所述叶轮动力机构3001对所述叶轮压气机3002输出动力。

作为可变换的实施方式，还可在所述工质包络的其它位置上增设所述工质导出口1002，或者将所述工质导出口1002改设在所述工质包络的其它位置上。

作为可变换的实施方式，所述叶轮动力机构3001可以在对所述叶轮压气机3002输出动力的同时还可以对外输出动力；或所述叶轮动力机构3001也可单独对外输出动力。

作为可变换的实施方式，还可取消所述控制阀4；

作为可变换的实施方式，还可取消所述工质导出控制阀1003，此时可以通过控制所述工质导出口1002的大小、形状来保证所述内燃燃烧室102内的工质压力。

实施例3

如图3所示的门控气缸活塞熵循环发动机，其与实施例2的区别在于：所述加热器1改设为外燃加热器101，取消了所述工质导出口1002和所述工质导出控制阀1003，所述控制阀4改设为正时控制阀。

作为可变换的实施方式，所述加热器1还可以改设为热交换器，如余热热交换器、太阳能热交换器等。

实施例4

如图4所示的门控气缸活塞熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：所述加热器1设为外燃加热器101，所述冷却压缩单元301设为包括冷却器3和附属气缸活塞机构2003的工作单元，所述乏气出口202与所述冷却器3的被冷却流体入口连通，所述冷却器3的被冷却流体出口与所述附属气缸活塞机构2003的气体入口连通，所述附属气缸活塞机构2003的气体出口与所述外燃加热器101连通。

作为可变换的实施方式，还可在所述冷却压缩单元301与所述外燃加热器101之间的连通通道上增设控制阀4，并可以将所述控制阀4设为正时控制阀或逆止阀。

实施例5

如图5所示的门控气缸活塞熵循环发动机，其与所实施例4的区别在于：所述加热器1改设为内燃燃烧室102，在所述乏气出口202与所述冷却器3之间的连通通道上增设工质导出口1002，在所述工质导出口1002设工质导出控制阀1003。

作为可变换的实施方式，可在所述工质包络的其它位置上增设所述工质导出口1002，或将所述工质导出口1002改设在所述工质包络的其它位置上。 

实施例6

如图6所示的门控气缸活塞熵循环发动机，其与实施例3的区别在于：所述乏气出口202与所述叶轮动力机构3001之间的连通通道设为连通通道A501，所述叶轮压气机3002与所述外燃加热器101之间的连通通道设为连通通道B502，在所述连通通道A501和所述连通通道B502之间设回热器，具体地，所述回热器设为热交换器式回热器601，所述连通通道A501设为所述热交换器式回热器601的被冷却流体通道，所述连通通道B502设为所述热交换器式回热器601的被加热流体通道，所述控制阀4设为逆止阀。

作为可变换的实施方式，还可取消所述控制阀4，也可将所述控制阀4改设为正时控制阀。

实施例7

如图7所示的门控气缸活塞熵循环发动机，其与实施例6的区别在于：所述加热器1改设为内燃燃烧室102，在所述叶轮动力机构3001与所述冷却器3之间的连通通道上设工质导出口1002，在所述工质导出口1002处设工质导出控制阀1003。

作为可变换的实施方式，还可取消所述控制阀4，也可将所述控制阀4改设为正时控制阀。

作为可变换的实施方式，可在所述工质包络的其它位置上增设所述工质导出口1002，或将所述工质导出口1002改设在所述工质包络的其它位置上。

实施例8

如图8所示的门控气缸活塞熵循环发动机，其与实施例6的区别在于：所述回热器改设为填料式回热器602；所述填料式回热器602的一端经控制阀A401与所述乏气出口202连通，并经控制阀B402与所述外燃加热器101连通；所述填料式回热器602的另一端经控制阀C403与所述冷却压缩单元301的被冷却流体入口连通，并经控制阀D404与所述冷却压缩单元301的被冷却流体出口连通；所述控制阀B402设为所述控制阀4。

作为可变换的实施方式，也可改为将所述控制阀D404设为所述控制阀4。

实施例9

如图9所示的门控气缸活塞熵循环发动机，其与实施例8的区别在于：所述加热器1设为内燃燃烧室102，在所述叶轮动力机构3001与所述冷却器3之间的连通通道上设工质导出口1002，在所述工质导出口1002处设工质导出控制阀1003。

作为可变换的实施方式，可在所述工质包络的其它位置上增设所述工质导出口1002，或将所述工质导出口1002改设在所述工质包络的其它位置上。

作为可以变换的实施方式，所述冷却压缩单元301设为包括冷却器3和附属气缸活塞机构2003的工作单元的实施方式中，或者所述冷却压缩单元301设为任何其他适合的结构的实施方式中，可以参照实施例6-9设置所述回热器。

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 (10)

1.一种门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：包括加热器（1）、气缸活塞机构（2）和冷却压缩单元（301），所述气缸活塞机构（2）的气缸上设工质入口（201）和乏气出口（202），在所述工质入口（201）处设工质入口控制门，在所述乏气出口（202）处设乏气出口控制门，所述加热器（1）与所述工质入口（201）连通，所述乏气出口（202）与所述冷却压缩单元（301）连通，所述冷却压缩单元（301）与所述加热器（1）连通。

2.如权利要求1所述门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：在所述冷却压缩单元（301）与所述加热器（1）的连通通道上设控制阀（4）。

3.如权利要求2所述门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：所述控制阀（4）设为正时控制阀或逆止阀。

4.如权利要求1所述门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：所述冷却压缩单元（301）设为包括冷却器（3）和附属气缸活塞机构（2003）的工作单元。

5.如权利要求1所述门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：所述冷却压缩单元（301）设为包括叶轮动力机构（3001）、冷却器（3）和叶轮压气机（3002）的工作单元。

6.如权利要求1所述门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：所述加热器（1）设为外燃加热器（101）或热交换器。

7.如权利要求1所述门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：所述加热器（1）设为内燃燃烧室（102），在工质包络上设工质导出口（1002）。

8.如权利要求1至7中任一项所述门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：所述乏气出口（202）与所述冷却压缩单元（301）之间的连通通道设为连通通道A（501），所述冷却压缩单元（301）与所述加热器（1）之间的连通通道设为连通通道B（502），在所述连通通道A（501）和所述连通通道B （502）之间设回热器。

9.如权利要求8所述门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：所述回热器设为热交换器式回热器（601）。

10.如权利要求2或3所述门控气缸活塞熵循环发动机，其特征在于：所述乏气出口（202）与所述冷却压缩单元（301）之间的连通通道设为连通通道A（501），所述冷却压缩单元（301）与所述加热器（1）之间的连通通道设为连通通道B（502），在所述连通通道A（501）和所述连通通道B （502）之间设回热器；所述回热器设为填料式回热器（602）；所述填料式回热器（602）的一端经控制阀A（401）与所述乏气出口（202）连通，并经控制阀B（402）与所述加热器（1）连通；所述填料式回热器（602）的另一端经控制阀C（403）与所述冷却压缩单元（301）的被冷却流体入口连通，并经控制阀D（404）与所述冷却压缩单元（301）的被冷却流体出口连通；所述控制阀D（404）和所述控制阀B（402）中的一个为所述控制阀（4）。

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