CN104234864B - 气闭合发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气闭合发动机，包括压缩单元、内燃燃烧室、膨胀单元、冷凝冷却器和液氧源，所述压缩单元与所述内燃燃烧室连通，所述内燃燃烧室与所述膨胀单元连通，所述膨胀单元与所述冷凝冷却器连通，所述冷凝冷却器与所述压缩单元连通，所述液氧源与所述内燃燃烧室连通，在所述压缩单元、所述内燃燃烧室、所述膨胀单元和所述冷凝冷却器构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室内氧含量小于80％。本发明所公开的气闭合发动机无气体排放物、污染排放少，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种气闭合发动机。
背景技术
传统发动机均存在着效率低、污染排放严重等问题，因此需要发明一种新型发动机。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
方案1，一种气闭合发动机，包括压缩单元、内燃燃烧室、膨胀单元、冷凝冷却器和液氧源，所述压缩单元与所述内燃燃烧室连通，所述内燃燃烧室与所述膨胀单元连通，所述膨胀单元与所述冷凝冷却器连通，所述冷凝冷却器与所述压缩单元连通，所述液氧源与所述内燃燃烧室连通，在所述压缩单元、所述内燃燃烧室、所述膨胀单元和所述冷凝冷却器构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室内氧含量小于80％。
方案2，在方案1的基础上，所述压缩单元设为叶轮式压缩单元。
方案3，在方案1的基础上，所述压缩单元设为容积型压缩单元。
方案4，在方案1的基础上，所述压缩单元设为往复活塞式压缩单元。
方案5，在方案1的基础上，所述膨胀单元设为透平。
方案6，在方案1的基础上，所述膨胀单元设为容积型膨胀单元。
方案7，在方案1的基础上，所述膨胀单元设为往复活塞式膨胀单元。
方案8，一种气闭合发动机，包括叶轮压气机、内燃燃烧室、透平、冷凝冷却器和液氧源，所述叶轮压气机与所述内燃燃烧室连通，所述内燃燃烧室与所述透平连通，所述透平与所述冷凝冷却器连通，所述冷凝冷却器与所述叶轮压气机连通，所述液氧源与所述内燃燃烧室连通，在所述叶轮压气机、所述内燃燃烧室、所述透平和所述冷凝冷却器构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室内氧含量小于80％。
方案9，一种气闭合发动机，包括容积型气体压缩机构、内燃燃烧室、容积型做功机构、冷凝冷却器和液氧源，所述容积型气体压缩机构与所述内燃燃烧室连通，所述内燃燃烧室与所述容积型做功机构连通，所述容积型做功机构与所述冷凝冷却器连通，所述冷凝冷却器与所述容积型气体压缩机构连通，所述液氧源与所述内燃燃烧室连通，在所述容积型气体压缩机构、所述内燃燃烧室、所述容积型做功机构和所述冷凝冷却器构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室内氧含量小于80％。
方案10，一种气闭合发动机，包括压缩机构、内燃燃烧室、做功机构、冷凝冷却器和液氧源，所述压缩机构与所述内燃燃烧室连通，所述内燃燃烧室与所述做功机构连通，所述做功机构与所述冷凝冷却器连通，所述冷凝冷却器与所述压缩机构连通，所述液氧源与所述内燃燃烧室连通，在所述压缩机构、所述内燃燃烧室、所述做功机构和所述冷凝冷却器构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室内氧含量小于80％；所述压缩机构设为容积型压缩机构，所述做功机构设为速度型做功机构，或所述压缩机构设为速度型压缩机构，所述做功机构设为容积型做功机构。
方案11，在方案1的基础上，在所述冷凝冷却器与所述压缩单元之间设深度冷凝冷却器。
方案12，在方案8的基础上，在所述冷凝冷却器与所述叶轮压气机之间设深度冷凝冷却器。
方案13，在方案9的基础上，在所述冷凝冷却器与所述容积型气体压缩机构之间设深度冷凝冷却器。
方案14，在方案10的基础上，在所述冷凝冷却器与所述压缩机构之间设深度冷凝冷却器。
方案15，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，在所述冷凝冷却器上设冷凝水出口。
方案16，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，在所述冷凝冷却器上设冷凝二氧化碳出口。
方案17，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，在所述冷凝冷却器上设固体水出口。
方案18，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，在所述冷凝冷却器上设固体二氧化碳出口。
方案19，在方案11至14中任一方案的基础上，在所述深度冷凝冷却器上设冷凝水出口。
方案20，在方案11至14中任一方案的基础上，在所述深度冷凝冷却器上设冷凝二氧化碳出口。
方案21，在方案11至14中任一方案的基础上，在所述深度冷凝冷却器上设固体水出口。
方案22，在方案11至14中任一方案的基础上，在所述深度冷凝冷却器上设固体二氧化碳出口。
方案23，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，所述液氧源经所述冷凝冷却器的冷却流体通道与所述内燃燃烧室连通。
方案24，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，所述冷凝冷却器设为混合式冷凝冷却器，所述液氧源与所述混合式冷凝冷却器的冷却流体入口连通，所述液氧源经所述混合式冷凝冷却器与所述内燃燃烧室连通。
方案25，在方案11至14中任一方案的基础上，所述液氧源经所述深度冷凝冷却器的冷却流体通道与所述内燃燃烧室连通。
方案26，在方案11至14中任一方案的基础上，所述深度冷凝冷却器设为混合式深度冷凝冷却器，所述液氧源与所述深度混合冷凝冷却器的冷却流体入口连通，所述液氧源经所述混合式深度冷凝冷却器与所述内燃燃烧室连通。
方案27，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，所述惰性气体设为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或设为由两种以上惰性气体混合构成的惰性气体混合物。
方案28，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，所述惰性气体的分子量大于20。
方案29，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料。
方案30，在方案16的基础上，所述气闭合发动机还包括液体二氧化碳储罐，所述液体二氧化碳储罐与所述冷凝冷却器的所述冷凝二氧化碳出口连通。
方案31，在方案20的基础上，所述气闭合发动机还包括液体二氧化碳储罐，所述液体二氧化碳储罐与所述深度冷凝冷却器的所述冷凝二氧化碳出口连通。
方案32，在方案30的基础上，所述液体二氧化碳储罐与所述液氧源的储罐一体化设置。
方案33，在方案31的基础上，所述液体二氧化碳储罐与所述液氧源的储罐一体化设置。
方案34，在方案15的基础上，所述气闭合发动机还包括冷凝水储罐，所述冷凝水储罐与所述冷凝冷却器的所述冷凝水出口连通。
方案35，在方案19的基础上，所述气闭合发动机还包括冷凝水储罐，所述冷凝水储罐与所述深度冷凝冷却器的所述冷凝水出口连通。
方案36，在方案34的基础上，所述冷凝水储罐与所述液氧源的储罐一体化设置。
方案37，在方案35的基础上，所述冷凝水储罐与所述液氧源的储罐一体化设置。
方案38，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源经所述冷凝冷却器的冷却流体通道与所述内燃燃烧室连通。
方案39，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，所述冷凝冷却器设为混合式冷凝冷却器，所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源与所述混合式冷凝冷却器的冷却流体入口连通，提供所述液化气体燃料的燃料源经所述混合式冷凝冷却器与所述内燃燃烧室连通。
方案40，在方案11至14中任一方案的基础上，所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源经所述深度冷凝冷却器的冷却流体通道与所述内燃燃烧室连通。
方案41，在方案11至14中任一方案的基础上，所述深度冷凝冷却器设为混合式深度冷凝冷却器，所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源与所述混合式深度冷凝冷却器的冷却流体入口连通，提供所述液化气体燃料的燃料源经所述混合式深度冷凝冷却器与所述内燃燃烧室连通。
方案42，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，所述气闭合发动机还包括二氧化碳捕捉单元，所述二氧化碳捕捉单元与工质包络的内腔连通。
方案43，在方案1、8、9或10中任一方案的基础上，所述内燃燃烧室设为非正时燃烧室。
方案44，在方案10的基础上，所述速度型做功机构设为喷管。
本发明中，所谓的“所述液氧源与所述内燃燃烧室连通”是指所述液氧源与所述回路连通，例如，所述液氧源直接与所述燃烧室连通，或所述燃烧室与闭合回路中所述燃烧室以外的其他部件或部件中的连通通道连通。
本发明中，所述往复活塞包括摆动活塞。
本发明中，所谓的“容积型气体压缩机构”、“容积型压缩机构”或“容积型压缩单元”是指活塞式、罗茨式、螺杆式压气机或容积型变界流体机构式压气机等。
本发明中，所谓的“容积型做功机构”是指利用气体工质的静压对外做功的机构，例如活塞式做功机构、罗茨式做功机构、螺杆式做功机构或容积型变界流体机构式膨胀机构等，所谓的活塞式做功机构是指一切利用活塞对外做功的机构，例如活塞式马达等。
本发明中，所谓的“容积型变界流体机构”是指一切流体进入区内的运动件的表面和流体流出区内的运动件的表面不同且运动件做旋转运动的容积型流体机构，也就是说，所谓的“容积型变界流体机构”是由旋转运动件形成容积变化的一切容积型流体机构，例如，滑片泵、滑片式机构(例如，滑片式压缩机或滑片式膨胀机)、偏心转子机构(例如，偏心转子压缩机或偏心转子膨胀机)、液环式机构(例如，液环式压缩机或液环式膨胀机)、罗茨式机构(例如，罗茨式压缩机或罗茨式膨胀机)、螺杆式机构(例如，螺杆式压缩机或螺杆式膨胀机)、旋转活塞式机构(例如，旋转活塞式压缩机或旋转活塞式膨胀机)、滚动活塞式机构(例如，滚动活塞式压缩机或滚动活塞式膨胀机)、摆动转子式机构(例如，摆动转子式压缩机或摆动转子式膨胀机)、单工作腔滑片式机构(例如，单工作腔滑片式压缩机或单工作腔滑片式膨胀机)、双工作腔滑片式机构(例如，双工作腔滑片式压缩机或双工作腔滑片式膨胀机)、贯穿滑片式机构(例如，贯穿滑片式压缩机或贯穿滑片式膨胀机)、齿轮流体机构(例如，齿轮压缩机或齿轮膨胀机)和转缸滚动活塞机构(例如，转缸滚动活塞压缩机或转缸滚动活塞膨胀机)等。所述容积型变界流体机构可选择性地选择包括气缸、隔离体和缸内旋转体，且由所述气缸、所述隔离体和所述缸内旋转体三者相互配合形成容积变化的机构。
本发明中，所谓的“速度型压缩机构”是指叶轮压气机等。
本发明中，所谓的“速度型做功机构”是指叶轮式动力机构等。
本发明中，所谓的“冷凝冷却器”是指能够使水发生冷凝的冷凝冷却器，或者能够使水和二氧化碳发生冷凝的冷凝冷却器。
本发明中，所谓的“深度冷凝冷却器”是指比本发明中所述冷凝冷却器的冷凝冷却温度更低的冷凝冷却器，所述深度冷凝冷却器可以进一步使二氧化碳发生液化或固化。
本发明中，所谓的“混合式冷凝冷却器”是指冷却流体与被冷却流体混合的容器。
本发明中，所谓的“混合式深度冷凝冷却器”是指冷却流体与被冷却流体混合的容器。
本发明中，所谓的“液氧源”是指能够提供液氧的系统、单元或储罐。
本发明中，在所述液氧源设为能够提供液氧的系统或单元的结构中，仍然会有不同尺寸的储罐以维持系统的平稳运行；这时的储罐可以由内部容积较大的管道等代替。
本发明中，在所述二氧化碳储罐和所述液氧源的储罐一体化设置的结构中，利用分层现象，将二氧化碳储存在储罐内，将液氧供入所述内燃燃烧室。
本发明中，在所述冷凝水储罐与所述液氧源的储罐一体化设置的结构中，利用分层现象，将液氧供入所述内燃燃烧室。
本发明中，所公开的气闭合发动机，向环境排出的水、冰、液体二氧化碳或固体二氧化碳中可能含有部分惰性气体，可以利用公知技术对这部分惰性气体进行回收。
本发明中，所谓的“惰性气体”包括单质惰性气体和惰性气体混合物。
本发明中，所谓“惰性气体的分子量”是指平均分子量。
本发明中，所述惰性气体的分子量可选择性地选择大于20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或大于60。
本发明中，所谓的“氧含量”是指氧的摩尔含量。
本发明中，所述内燃燃烧室内氧含量可选择性地选择小于80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％或小于10％。
本发明中，通过控制所述液氧源供氧量达到调整所述内燃燃烧室内氧的含量，控制供氧量的过程可通过控制阀门、电控阀门、调压泵等公知手段进行。
本发明中，所述内燃燃烧室内的氧的含量决定着燃烧速率，决定着传热负荷，也决定着系统的使用寿命。
本发明中，当所述内燃燃烧室使用的燃料为氢或氢气时，燃烧后的产物中不含二氧化碳，在这种结构中，在所述冷凝冷却器上仅设置冷凝水出口；当包含所述深度冷凝冷却器时，在所述深度冷凝冷却器上仅设冷凝水出口。
本发明中，所谓的“工质包络”是指工质所能达到的空间的壁的集合，例如：由所述内燃燃烧室中的容纳气体工质的空间的壁，所述透平中的容纳气体工质的空间的壁。
本发明中，所谓的“工质包络的内腔”是指工质所能到达的空间的壁的集合围成的内腔。
本发明中，所谓的“二氧化碳捕捉单元”是指将二氧化碳从工质中分离出来的单元，包括采用化学方法捕捉二氧化碳/或用物理方法捕捉二氧化碳的装置，也包括能够分离二氧化碳的制冷分离单元，所谓的物理方法包括吸收和吸附。
本发明中，设置所述二氧化碳捕捉单元的目的是将工质中的二氧化碳加以捕捉固定减少工质中二氧化碳的含量。
本发明中，所谓的“非正时燃烧室”是指燃烧时长超过工质经历发动机一个工作循环所需时长的燃烧室。
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，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。
本发明的有益效果如下:
由于本发明所公开的气闭合发动机的循环工质的主体为惰性气体，因此，压缩单元和膨胀单元的容积比较小，升功率高；而且由于燃烧化学反应是在惰性气体相内进行，因此，与传统热气机相比，具有温升高、体积小、效率高的优势；并且本发明所公开的气闭合发动机无气体排放物、污染排放少。
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4.1所示的是本发明实施例4的结构示意图；
图4.2所示的是本发明实施例4的结构示意图；
图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；
图6所示的是本发明实施例9的结构示意图；
图7所示的是本发明实施例9的结构示意图；
图8所示的是本发明实施例10的结构示意图；
图9所示的是本发明实施例10的结构示意图；
图10所示的是本发明实施例11的结构示意图；
图11所示的是本发明实施例11的结构示意图；
图12所示的是本发明实施例15的结构示意图；
图13所示的是本发明实施例15的结构示意图；
图14所示的是本发明中设置有二氧化碳捕捉单元的结构示意图；
图中：
1压缩单元、101叶轮压气机、102容积型气体压缩机构、1031容积型压缩机构、1032速度型压缩机构、2内燃燃烧室、3膨胀单元、301透平、302容积型做功机构、3031速度型做功机构、3032容积型做功机构、4液氧源、5冷凝冷却器、501混合式冷凝冷却器、6深度冷凝冷却器、7冷凝水出口、8冷凝二氧化碳出口、9冷凝水出口、10冷凝二氧化碳出口、11液体二氧化碳储罐、12二氧化碳捕捉单元、13燃料源。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种气闭合发动机，包括压缩单元1、内燃燃烧室2、膨胀单元3、冷凝冷却器5和液氧源4，所述压缩单元1与所述内燃燃烧室2连通，所述内燃燃烧室2与所述膨胀单元3连通，所述膨胀单元3与所述冷凝冷却器5连通，所述冷凝冷却器5与所述压缩单元1连通，所述液氧源4与所述内燃燃烧室2连通，在所述压缩单元1、所述内燃燃烧室2、所述膨胀单元3和所述冷凝冷却器5构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室2内氧含量小于80％。
可选择地选择，所述压缩单元1设为叶轮式压缩单元；
可变换地，所述压缩单元1设为容积型压缩单元；
可变换地，所述压缩单元1设为往复活塞式压缩单元；
可选择地选择，所述膨胀单元3设为透平；
可变换地，所述膨胀单元3设为容积型膨胀单元；
可变换地，所述膨胀单元3设为往复活塞式膨胀单元。
本实施例中，在所述回路中充入惰性气体，惰性气体的绝热指数较大，按相同容积比进行压缩或膨胀，其温比大，从这个意义上讲，在一定温比的条件下，具有体积功率高的优势。
实施例2
如图2所示，一种气闭合发动机，包括叶轮压气机101、内燃燃烧室2、透平301、冷凝冷却器5和液氧源4，所述叶轮压气机101与所述内燃燃烧室2连通，所述内燃燃烧室2与所述透平301连通，所述透平301与所述冷凝冷却器5连通，所述冷凝冷却器5与所述叶轮压气机101连通，所述液氧源4与所述内燃燃烧室2连通，在所述叶轮压气机101、所述内燃燃烧室2、所述透平301和所述冷凝冷却器5构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室2内氧含量小于80％。
实施例3
如图3所示，一种气闭合发动机，包括容积型气体压缩机构102、内燃燃烧室2、容积型做功机构302、冷凝冷却器5和液氧源4，所述容积型气体压缩机构102与所述内燃燃烧室2连通，所述内燃燃烧室2与所述容积型做功机构302连通，所述容积型做功机构302与所述冷凝冷却器5连通，所述冷凝冷却器5与所述容积型气体压缩机构102连通，所述液氧源4与所述内燃燃烧室2连通，在所述容积型气体压缩机构102、所述内燃燃烧室2、所述容积型做功机构302和所述冷凝冷却器5构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室2内氧含量小于80％。
实施例4
如图4.1和图4.2所示，一种气闭合发动机，包括压缩机构、内燃燃烧室2、做功机构、冷凝冷却器5和液氧源4，所述压缩机构与所述内燃燃烧室2连通，所述内燃燃烧室2与所述做功机构连通，所述做功机构与所述冷凝冷却器5连通，所述冷凝冷却器5与所述压缩机构连通，所述液氧源4与所述内燃燃烧室2连通，在所述压缩机构、所述内燃燃烧室2、所述做功机构和所述冷凝冷却器5构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室2内氧含量小于80％；所述压缩机构设为容积型压缩机构1031，所述做功机构设为速度型做功机构3031，或所述压缩机构设为速度型压缩机构1032，所述做功机构设为容积型做功机构3032。
实施例5
如图5所示，一种气闭合发动机，本实施例在实施例1的基础上，在所述冷凝冷却器5与所述压缩单元1之间设深度冷凝冷却器6。
实施例6
一种气闭合发动机，本实施例在实施例2的基础上，在所述冷凝冷却器5与所述叶轮压气机101之间设深度冷凝冷却器6。
实施例7
一种气闭合发动机，本实施例在实施例3的基础上，在所述冷凝冷却器5与所述容积型气体压缩机构102之间设深度冷凝冷却器6。
实施例8
一种气闭合发动机，本实施例在实施例4的基础上，在所述冷凝冷却器5与所述压缩机构之间设深度冷凝冷却器6。
实施例9
如图6所示，一种气闭合发动机，本实施例与实施例1的区别在于，在所述冷凝冷却器5上设冷凝水出口7；
可变换地，如图7所示，在所述冷凝冷却器上设冷凝二氧化碳出口8；
可变换地，在所述冷凝冷却器上设固体水出口；
可变换地，在所述冷凝冷却器上设固体二氧化碳出口。
本发明中所有的实施方式均可参照本实施例在所述冷凝冷却器上设冷凝水出口；在所述冷凝冷却器上设冷凝二氧化碳出口；在所述冷凝冷却器上设固体水出口；在所述冷凝冷却器上设固体二氧化碳出口。
实施例10
如图8所示，一种气闭合发动机，本实施例与实施例5的区别在于，在所述深度冷凝冷却器6上设冷凝水出口9；
可变换地，如图9所示，在所述深度冷凝冷却器6上设冷凝二氧化碳出口10；
可变换地，在所述深度冷凝冷却器6上设固体水出口；
可变换地，在所述深度冷凝冷却器6上设固体二氧化碳出口。
本发明中在设有深度冷凝冷却器的实施方式中，均可参照本实施例在所述深度冷凝冷却器上设冷凝水出口；
可变换地，在所述深度冷凝冷却器上设冷凝二氧化碳出口；
可变换地，在所述深度冷凝冷却器上设固体水出口；
可变换地，在所述深度冷凝冷却器上设固体二氧化碳出口。
实施例11
如图10所示，一种气闭合发动机，本实施例与实施例1的区别在于，所述液氧源4经所述冷凝冷却器5的冷却流体通道与所述内燃燃烧室2连通；
可变换地，如图11所示，所述冷凝冷却器5设为混合式冷凝冷却器501，所述液氧源4与所述混合式冷凝冷却器501的冷却流体入口连通，所述液氧源4经所述混合式冷凝冷却器501与所述内燃燃烧室2连通。
本发明中所有的实施方式均可参照本实施例，使所述液氧源经所述冷凝冷却器的冷却流体通道与所述内燃燃烧室连通；
可选择性地选择，所述冷凝冷却器设为混合式冷凝冷却器，所述液氧源与所述混合式冷凝冷却器的冷却流体入口连通，所述液氧源经所述混合式冷凝冷却器与所述内燃燃烧室连通。
实施例12
一种气闭合发动机，本实施例与实施例5的区别在于，所述液氧源4经所述深度冷凝冷却器6的冷却流体通道与所述内燃燃烧室2连通；
可变换地，所述深度冷凝冷却器6设为混合式深度冷凝冷却器，所述液氧源4与所述混合式深度冷凝冷却器的冷却流体入口连通，所述液氧源4经所述混合式深度冷凝冷却器与所述内燃燃烧室2连通。
本发明中在设有深度冷凝冷却器的实施方式中，均可参照本实施例，使所述液氧源经所述深度冷凝冷却器的冷却流体通道与所述内燃燃烧室连通；
可选择的选择，所述深度冷凝冷却器设为混合式深度冷凝冷却器，所述液氧源与所述深度混合冷凝冷却器的冷却流体入口连通，所述液氧源经所述混合式深度冷凝冷却器与所述内燃燃烧室连通。
实施例13
一种气闭合发动机，本实施例与实施例1的区别在于，所述内燃燃烧室2使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源13经所述冷凝冷却器5的冷却流体通道与所述内燃燃烧室2连通。
可变换地，所述冷凝冷却器5设为混合式冷凝冷却器501，所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源13与所述混合式冷凝冷却器501的冷却流体入口连通，提供所述液化气体燃料的燃料源13经所述混合式冷凝冷却器501与所述内燃燃烧室2连通。
本发明中所有的实施方式均可参照本实施例，使所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源经所述冷凝冷却器的冷却流体通道与所述内燃燃烧室连通。
可选择性地选择，所述冷凝冷却器设为混合式冷凝冷却器，所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源与所述混合式冷凝冷却器的冷却流体入口连通，提供所述液化气体燃料的燃料源3经所述混合式冷凝冷却器与所述内燃燃烧室连通。
实施例14
一种气闭合发动机，本实施例与实施例5的区别在于，所述内燃燃烧室2使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源13经所述深度冷凝冷却器6的冷却流体通道与所述内燃燃烧室2连通。
可变换地，所述深度冷凝冷却器6设为混合式深度冷凝冷却器，所述内燃燃烧室2使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源13与所述混合式深度冷凝冷却器的冷却流体入口连通，提供所述液化气体燃料的燃料源13经所述混合式深度冷凝冷却器与所述内燃燃烧室2连通。
本发明中所有设有混合式深度冷凝冷却器的实施方式均可参照本实施例做等同变换。
实施例15
如图12所示，一种气闭合发动机，本实施例与实施例9或10的区别在于，所述气闭合发动机还包括二氧化碳储罐11，所述二氧化碳储罐11与所述冷凝冷却器5的所述冷凝二氧化碳出口8连通；
可变换地，所述二氧化碳储罐11与所述冷凝冷却器5的所述固体二氧化碳出口连通；
作为可变换的实施方式，所述二氧化碳储罐11与所述深度冷凝冷却器6的所述冷凝二氧化碳出口10连通；
可变换地，所述二氧化碳储罐11与所述深度冷凝冷却器6的所述固体二氧化碳出口连通。
本实施例中，可选择地，如图13所示，所述二氧化碳储罐11与所述液氧源4的储罐一体化设置。
实施例16
一种气闭合发动机，本实施例与实施例9或10的区别在于，所述气闭合发动机还包括冷凝水储罐，所述冷凝水储罐与所述冷凝冷却器的所述冷凝水出口连通。
可变换地，所述冷凝水储罐与所述深度冷凝冷却器的所述冷凝水出口连通。
本实施例中，可选择地设置，所述冷凝水储罐与所述液氧源的储罐一体化设置。
本发明以上所有实施例中，可选择地设置所述惰性气体的分子量大于20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或大于60。
本发明以上所有实施例中，可选择地设置所述内燃燃烧室2内氧含量小于80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％或小于10％。
以上所有实施例中，可选择地设置所述惰性气体设为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或设为由两种以上惰性气体混合构成的惰性气体混合物。
以上所有实施例中，可选择地设置所述内燃燃烧室2使用的燃料设为液化气体燃料。
以上所有实施例中，如图14所示，可选择地，使所述气闭合发动机还包括二氧化碳捕捉单元12，所述二氧化碳捕捉单元与工质包络的内腔连通。
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 (44)
1.一种气闭合发动机，包括压缩单元(1)、内燃燃烧室(2)、膨胀单元(3)、冷凝冷却器(5)和液氧源(4)，其特征在于：所述压缩单元(1)与所述内燃燃烧室(2)连通，所述内燃燃烧室(2)与所述膨胀单元(3)连通，所述膨胀单元(3)与所述冷凝冷却器(5)连通，所述冷凝冷却器(5)与所述压缩单元(1)连通，所述液氧源(4)与所述内燃燃烧室(2)连通，在所述压缩单元(1)、所述内燃燃烧室(2)、所述膨胀单元(3)和所述冷凝冷却器(5)构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室(2)内氧含量小于80％。
2.如权利要求1所述气闭合发动机，其特征在于：所述压缩单元(1)设为叶轮式压缩单元。
3.如权利要求1所述气闭合发动机，其特征在于：所述压缩单元(1)设为容积型压缩单元。
4.如权利要求1所述气闭合发动机，其特征在于：所述压缩单元(1)设为往复活塞式压缩单元。
5.如权利要求1所述气闭合发动机，其特征在于：所述膨胀单元(3)设为透平。
6.如权利要求1所述气闭合发动机，其特征在于：所述膨胀单元(3)设为容积型膨胀单元。
7.如权利要求1所述气闭合发动机，其特征在于：所述膨胀单元(3)设为往复活塞式膨胀单元。
8.一种气闭合发动机，包括叶轮压气机(101)、内燃燃烧室(2)、透平(301)、冷凝冷却器(5)和液氧源(4)，其特征在于：所述叶轮压气机(101)与所述内燃燃烧室(2)连通，所述内燃燃烧室(2)与所述透平(301)连通，所述透平(301)与所述冷凝冷却器(5)连通，所述冷凝冷却器(5)与所述叶轮压气机(101)连通，所述液氧源(4)与所述内燃燃烧室(2)连通，在所述叶轮压气机(101)、所述内燃燃烧室(2)、所述透平(301)和所述冷凝冷却器(5)构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室(2)内氧含量小于80％。
9.一种气闭合发动机，包括容积型气体压缩机构(102)、内燃燃烧室(2)、容积型做功机构(302)、冷凝冷却器(5)和液氧源(4)，其特征在于：所述容积型气体压缩机构(102)与所述内燃燃烧室(2)连通，所述内燃燃烧室(2)与所述容积型做功机构(302)连通，所述容积型做功机构(302)与所述冷凝冷却器(5)连通，所述冷凝冷却器(5)与所述容积型气体压缩机构(102)连通，所述液氧源(4)与所述内燃燃烧室(2)连通，在所述容积型气体压缩机构(102)、所述内燃燃烧室(2)、所述容积型做功机构(302)和所述冷凝冷却器(5)构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室(2)内氧含量小于80％。
10.一种气闭合发动机，包括压缩机构、内燃燃烧室(2)、做功机构、冷凝冷却器(5)和液氧源(4)，其特征在于：所述压缩机构与所述内燃燃烧室(2)连通，所述内燃燃烧室(2)与所述做功机构连通，所述做功机构与所述冷凝冷却器(5)连通，所述冷凝冷却器(5)与所述压缩机构连通，所述液氧源(4)与所述内燃燃烧室(2)连通，在所述压缩机构、所述内燃燃烧室(2)、所述做功机构和所述冷凝冷却器(5)构成的回路内充入惰性气体，所述内燃燃烧室(2)内氧含量小于80％；所述压缩机构设为容积型压缩机构(1031)，所述做功机构设为速度型做功机构(3031)，或所述压缩机构设为速度型压缩机构(1032)，所述做功机构设为容积型做功机构(3032)。
11.如权利要求1所述气闭合发动机，其特征在于：在所述冷凝冷却器(5)与所述压缩单元(1)之间设深度冷凝冷却器(6)。
12.如权利要求8所述气闭合发动机，其特征在于：在所述冷凝冷却器(5)与所述叶轮压气机(101)之间设深度冷凝冷却器(6)。
13.如权利要求9所述气闭合发动机，其特征在于：在所述冷凝冷却器(5)与所述容积型气体压缩机构(102)之间设深度冷凝冷却器(6)。
14.如权利要求10所述气闭合发动机，其特征在于：在所述冷凝冷却器(5)与所述压缩机构之间设深度冷凝冷却器(6)。
15.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：在所述冷凝冷却器(5)上设冷凝水出口(7)。
16.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：在所述冷凝冷却器(5)上设冷凝二氧化碳出口(8)。
17.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：在所述冷凝冷却器(5)上设固体水出口。
18.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：在所述冷凝冷却器(5)上设固体二氧化碳出口。
19.如权利要求11至14中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：在所述深度冷凝冷却器(6)上设冷凝水出口(9)。
20.如权利要求11至14中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：在所述深度冷凝冷却器(6)上设冷凝二氧化碳出口(10)。
21.如权利要求11至14中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：在所述深度冷凝冷却器(6)上设固体水出口。
22.如权利要求11至14中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：在所述深度冷凝冷却器(6)上设固体二氧化碳出口。
23.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述液氧源(4)经所述冷凝冷却器(5)的冷却流体通道与所述内燃燃烧室(2)连通。
24.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述冷凝冷却器(5)设为混合式冷凝冷却器(501)，所述液氧源(4)与所述混合式冷凝冷却器(501)的冷却流体入口连通，所述液氧源(4)经所述混合式冷凝冷却器(501)与所述内燃燃烧室(2)连通。
25.如权利要求11至14中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述液氧源(4)经所述深度冷凝冷却器(6)的冷却流体通道与所述内燃燃烧室(2)连通。
26.如权利要求11至14中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述深度冷凝冷却器(6)设为混合式深度冷凝冷却器，所述液氧源(4)与所述混合式深度冷凝冷却器的冷却流体入口连通，所述液氧源(4)经所述混合式深度冷凝冷却器与所述内燃燃烧室(2)连通。
27.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述惰性气体设为由两种以上惰性气体混合构成的惰性气体混合物、氦气、氖气、氩气、氪气或设为氙气。
28.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述惰性气体的分子量大于20。
29.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料。
30.如权利要求16所述气闭合发动机，其特征在于：所述气闭合发动机还包括液体二氧化碳储罐(11)，所述液体二氧化碳储罐(11)与所述冷凝冷却器(5)的所述冷凝二氧化碳出口(8)连通。
31.如权利要求20所述气闭合发动机，其特征在于：所述气闭合发动机还包括液体二氧化碳储罐(11)，所述液体二氧化碳储罐(11)与所述深度冷凝冷却器(6)的所述冷凝二氧化碳出口(10)连通。
32.如权利要求30所述气闭合发动机，其特征在于：所述液体二氧化碳储罐(11)与所述液氧源(4)的储罐一体化设置。
33.如权利要求31所述气闭合发动机，其特征在于：所述液体二氧化碳储罐(11)与所述液氧源(4)的储罐一体化设置。
34.如权利要求15所述气闭合发动机，其特征在于：所述气闭合发动机还包括冷凝水储罐，所述冷凝水储罐与所述冷凝冷却器(5)的所述冷凝水出口(7)连通。
35.如权利要求19所述气闭合发动机，其特征在于：所述气闭合发动机还包括冷凝水储罐，所述冷凝水储罐与所述深度冷凝冷却器(6)的所述冷凝水出口(9)连通。
36.如权利要求34所述气闭合发动机，其特征在于：所述冷凝水储罐与所述液氧源(4)的储罐一体化设置。
37.如权利要求35所述气闭合发动机，其特征在于：所述冷凝水储罐与所述液氧源(4)的储罐一体化设置。
38.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述内燃燃烧室(2)使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源(13)经所述冷凝冷却器(5)的冷却流体通道与所述内燃燃烧室(2)连通。
39.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述冷凝冷却器(5)设为混合式冷凝冷却器(501)，所述内燃燃烧室使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源(13)与所述混合式冷凝冷却器(501)的冷却流体入口连通，提供所述液化气体燃料的燃料源(13)经所述混合式冷凝冷却器(501)与所述内燃燃烧室(2)连通。
40.如权利要求11至14中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述内燃燃烧室(2)使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源(13)经所述深度冷凝冷却器(6)的冷却流体通道与所述内燃燃烧室(2)连通。
41.如权利要求11至14中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述深度冷凝冷却器(6)设为混合式深度冷凝冷却器，所述内燃燃烧室(2)使用的燃料设为液化气体燃料，提供所述液化气体燃料的燃料源(13)与所述混合式深度冷凝冷却器的冷却流体入口连通，提供所述液化气体燃料的燃料源(13)经所述混合式深度冷凝冷却器与所述内燃燃烧室(2)连通。
42.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述气闭合发动机还包括二氧化碳捕捉单元(12)，所述二氧化碳捕捉单元(12)与工质包络的内腔连通。
43.如权利要求1、8、9或10中任一项所述气闭合发动机，其特征在于：所述内燃燃烧室(2)设为非正时燃烧室。
44.如权利要求10所述气闭合发动机，其特征在于：所述速度型做功机构(3031)设为喷管。
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