CN103437906A - 开路熵循环发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开路熵循环发动机，包括气缸活塞做功机构、气体压缩机构、气体做功机构，在所述气缸活塞做功机构的气缸上设往复流通口，所述气体压缩机构的出口和所述气体做功机构的入口经同一往复流通通道与所述往复流通口连通，在所述往复流通通道内设回热器，在所述回热器与所述气缸活塞做功机构的气缸之间的连通通道上或在所述气缸活塞做功机构的气缸内设燃烧室。本发明的开路熵循环发动机克服了传统热气机中因工质的温度和压力难以达到更高水平而影响效率和功率密度的问题，从而可以有效节约能源并大幅度减少机构的体积、重量和制造成本，具有广阔的应用前景。

Description

开路熵循环发动机
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，特别是一种开路熵循环发动机。
背景技术
近年来，传统内燃机的高能耗、高污染排放问题日显突出，所以，热气机得到了广泛重视，然而热气机都是以外燃加热方式对工质进行加热的，众所周知，外燃加热过程很难得到温度较高的工质，因此，造成大量化学损失。不仅如此，由于外燃加热的速率有限，对材料要求高，负荷响应差，所以严重制约了热气机的单机功率和整机功率密度，最终使热气机的用途严重受限。因此，需要发明一种新型发动机。
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：
一种开路熵循环发动机，包括气缸活塞做功机构、气体压缩机构和气体做功机构，在所述气缸活塞做功机构的气缸上设往复流通口，所述气体压缩机构的工质出口和所述气体做功机构的工质入口经同一往复流通通道与所述往复流通口连通，在所述往复流通通道内设回热器，在所述回热器与所述气缸活塞做功机构的气缸之间的连通通道上和/或在所述气缸活塞做功机构的气缸内设燃烧室。
所述气体压缩机构的工质出口处的承压能力大于1MPa。
在所述气体压缩机构的工质出口与所述往复流通通道之间的连通通道上设控制阀。
在所述气体做功机构的工质入口与所述往复流通通道之间的连通通道上设控制阀。
所述气体压缩机构和/或所述气体做功机构设为多级。
所述气体压缩机构设为容积型气体压缩机构、速度型气体压缩机构或设为容积型气体压缩机构与速度型气体压缩机构的组合。
所述气体做功机构设为容积型气体做功机构、速度型气体做功机构或设为容积型气体做功机构与速度型气体做功机构的组合。
所述气体做功机构对所述气体压缩机构输出动力。
所述气缸活塞做功机构设为并联的多个。
本发明中，所谓的“往复流通通道”是指工质可以往复通过的通道。
本发明中，所谓的“速度型气体压缩机构”是指叶轮式压缩机等。
本发明中，所谓的“容积型气体压缩机构”是指活塞式压缩机、螺杆式压缩机、罗茨式压缩机等。
本发明中，所谓的“容积型气体做功机构”是指气缸活塞做功机构、气动马达、罗茨做功机构等。
本发明中，所谓的“速度型气体做功机构”是指叶轮动力机构等。
本发明中，所述气体压缩机构的工质出口处的承压能力大于1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、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、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa、30MPa、31MPa、32MPa、33MPa、34MPa、35MPa、36MPa、37MPa、38MPa、39MPa或大于40MPa。
本发明中，所述气体压缩机构的工质出口处的工质压力与其承压能力相匹配，即所述气体压缩机构的工质出口处的最高工质压力达到其承压能力。
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：
本发明的开路熵循环发动机通过利用内燃加热方式代替热气机的外燃加热方式，将内燃加热方式的直接加热以致加热效率高的优势应用到热气机上，同时通过设置所述回热器将做功完成后从所述气缸活塞做功机构的气缸内排出的工质的热量传递给即将进入所述气缸活塞做功机构的气缸内做功的工质，使得加热过程中产生的热量能够更加有效地利用，克服了传统热气机中因工质的温度和压力难以达到更高水平而影响效率和功率密度的问题，从而可以有效节约能源并大幅度减少机构的体积、重量和制造成本，具有广阔的应用前景。
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；
图中：
1气缸活塞做功机构、2气体压缩机构、3气体做功机构、4往复流通口、41往复流通通道、5回热器、6燃烧室、7控制阀、8叶轮式压缩机、9活塞式压缩机、10叶轮动力机构、11气缸活塞做功机构。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的开路熵循环发动机，包括气缸活塞做功机构1、气体压缩机构2、气体做功机构3，在所述气缸活塞做功机构1的气缸上设往复流通口4，所述气体压缩机构2的工质出口和所述气体做功机构3的工质入口经同一往复流通通道41与所述往复流通口4连通，在所述往复流通通道41上设回热器5，在所述气缸活塞做功机构1的气缸内设燃烧室6。
实施例2
如图2所示的开路熵循环发动机，其在实施例1的基础上：在所述气体压缩机构2的工质出口与所述往复流通通道41之间的连通通道上和在所述气体做功机构3的工质入口与所述往复流通通道41之间的连通通道上分别增设控制阀7，在所述回热器5与所述气缸活塞做功机构1的气缸之间的连通通道上设燃烧室6，代替所述气缸活塞做功机构1的气缸内的所述燃烧室6。
作为可以变换的实施方式，所述控制阀7可以择一的设置在所述气体压缩机构2的工质出口与所述往复流通通道41之间的连通通道上和所述气体做功机构3的工质入口与所述往复流通通道41之间的连通通道上。
实施例3
如图3所示的开路熵循环发动机，其在实施例2的基础上：所述气体压缩机构2、所述气体做功机构3分别设为多级，其中所述气体压缩机构2设为容积型气体压缩机构与速度型气体压缩机构的组合，所述气体做功机构3设为容积型气体做功机构与速度型气体做功机构的组合，具体的所述气体压缩机构2设为两级叶轮式压缩机8与一级活塞式压缩机9的组合，并间隔布置，所述气体做功机构3设为两级叶轮动力机构10与一级气缸活塞做功机构11的组合，并间隔布置。本实施例中所述叶轮动力机构10对所述叶轮式压缩机8输出动力。
作为可以变换的实施方式，所述气体压缩机构2、所述气体做功机构3可以择一设为多级。
作为可以变换的实施方式，所述气体压缩机构2可以设为多级容积型气体压缩机构或多级速度型气体压缩机构。
作为可以变换的实施方式，所述气体做功机构3可以设为多级容积型气体做功机构或多级速度型气体做功机构。
实施例4
如图4所示的开路熵循环发动机，其在实施例2的基础上：将所述气体压缩机构2具体地设为叶轮式压缩机8，所述气体做功机构3具体地设为叶轮动力机构10，所述叶轮动力机构10对所述叶轮式压缩机8输出动力。
作为可以变换的实施方式，可以使所述叶轮动力机构10对外输出动力代替对所述叶轮式压缩机8输出动力。
作为可以变换的实施方式，所述气体压缩机构2还可以改设为活塞式压缩机、螺杆式压缩机或罗茨式压缩机。
作为可以变换的实施方式，所述叶轮动力机构10还可以设为气缸活塞做功机构、气动马达或罗茨做功机构。
实施例5
如图5所示的开路熵循环发动机，其与实施例2的区别在于：所述气缸活塞做功机构1设为并联的两个。
作为可以变换的实施方式，所述气缸活塞做功机构1还可以设为并联的三个或更多。
作为可以变换的实施方式，本发明的所有实施方式中，都可以参照本实施例设置两个并联的所述气缸活塞做功机构1。
作为可以变换的实施方式，实施例3至5中的所述控制阀7可以不设或者择一设置。
具体实施时，可以选择性的使本发明的所有实施方式中的所述气体做功机构3对所述气体压缩机构2输出动力，当所述气体做功机构3和所述气体压缩机构2设为多级时，可以采用如实施例3中的一对一输出动力的形式，也可以采用多级气体做功机构同时对多级气体压缩机构输出动力的形式。
具体实施时，可以选择性将本发明的所有实施方式中的所述气体压缩机构2的工质出口处的承压能力设为大于1MPa，从而提高系统的效率。
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 (9)

1.一种开路熵循环发动机，包括气缸活塞做功机构（1）、气体压缩机构（2）和气体做功机构（3），其特征在于：在所述气缸活塞做功机构（1）的气缸上设往复流通口（4），所述气体压缩机构（2）的工质出口和所述气体做功机构（3）的工质入口经同一往复流通通道（41）与所述往复流通口（4）连通，在所述往复流通通道（41）内设回热器（5），在所述回热器（5）与所述气缸活塞做功机构（1）的气缸之间的连通通道上和/或在所述气缸活塞做功机构（1）的气缸内设燃烧室（6）。
2.如权利要求1所述开路熵循环发动机，其特征在于：所述气体压缩机构（2）的工质出口处的承压能力大于1MPa。
3.如权利要求1所述开路熵循环发动机，其特征在于：在所述气体压缩机构（2）的工质出口与所述往复流通通道（41）之间的连通通道上设控制阀（7）。
4.如权利要求1所述开路熵循环发动机，其特征在于：在所述气体做功机构（3）的工质入口与所述往复流通通道（41）之间的连通通道上设控制阀（7）。
5.如权利要求1所述开路熵循环发动机，其特征在于：所述气体压缩机构（2）和/或所述气体做功机构（3）设为多级。
6.如权利要求5所述开路熵循环发动机，其特征在于：所述气体压缩机构（2）设为容积型气体压缩机构、速度型气体压缩机构或设为容积型气体压缩机构与速度型气体压缩机构的组合。
7.如权利要求5所述开路熵循环发动机，其特征在于：所述气体做功机构（3）设为容积型气体做功机构、速度型气体做功机构或设为容积型气体做功机构与速度型气体做功机构的组合。
8.如权利要求1所述开路熵循环发动机，其特征在于：所述气体做功机构（3）对所述气体压缩机构（2）输出动力。
9.如权利要求1至8中任一项所述开路熵循环发动机，其特征在于：所述气缸活塞做功机构（1）设为并联的多个。
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