CN104454169A - 外置内燃发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外置内燃发动机，包括做功机构、内燃连续燃烧室、液体氧化剂源和热交换器式回热器，所述液体氧化剂源经所述热交换器式回热器的被加热流体通道与所述内燃连续燃烧室连通，所述内燃连续燃烧室与所述做功机构的工质导入口连通，所述做功机构的工质导出口与所述热交换器式回热器的被冷却流体通道的入口连通，所述内燃连续燃烧室的承压能力大于3MPa。本发明所公开的外置内燃发动机效率高、污染排放少。

Description

外置内燃发动机
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种外置内燃发动机。
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的发动机。
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1，一种外置内燃发动机，包括做功机构、内燃连续燃烧室、液体氧化剂源和热交换器式回热器，所述液体氧化剂源经所述热交换器式回热器的被加热流体通道与所述内燃连续燃烧室连通，所述内燃连续燃烧室与所述做功机构的工质导入口连通，所述做功机构的工质导出口与所述热交换器式回热器的被冷却流体通道的入口连通，所述内燃连续燃烧室的承压能力大于3MPa。
方案2，在方案1的基础上，进一步可选择地，所述做功机构设为透平式做功机构。
方案3，在方案1的基础上，进一步可选择地，所述做功机构设为喷管。
方案4，在方案1的基础上，进一步可选择地，所述做功机构设为喷管推进转子做功机构。
方案5，在方案1的基础上，进一步可选择地，所述做功机构设为气缸活塞式做功机构，在所述工质导入口处设工质导入控制阀，在所述工质导出口处设工质导出控制阀。
方案6，在方案5的基础上，进一步可选择地，所述工质导入控制阀设为旋转式工质导入阀。
方案7，在方案5或方案6的基础上，进一步可选择地，所述工质导出阀设为旋转式工质导出阀。
方案8，在方案1的基础上，进一步可选择地，所述做功机构设为气缸活塞式做功机构，在所述工质导入口处设工质导入门，在所述工质导出口处设工质导出门。
方案9，在方案8的基础上，进一步可选择地，所述工质导入门设为外开工质导入门。
方案10，在方案8的基础上，进一步可选择地，所述工质导入门设为内开工质导入门。
方案11，在方案8至方案10中任一项方案的基础上，进一步可选择地，所述工质导出门设为外开工质导出门。
方案12，在方案8至方案10中任一项方案的基础上，进一步可选择地，所述工质导出门设为内开工质导出门。
方案13，在方案1、方案2、方案3、方案4、方案5、方案6、方案8、方案9或方案10中任一方案的基础上，所述液体氧化剂源设为过氧化氢源、液氧源或设为液化空气源。
本发明中，所述内燃连续燃烧室的承压能力大于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、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，所述内燃连续燃烧室的工质压力与其承压能力相匹配，即所述内燃连续燃烧室内的最高工质压力达到其承压能力。
本发明中，应根据公知技术，使所述做功机构的工质出口处的工质压力与所述内燃连续燃烧室的承压能力相匹配。
本发明中，所谓的“氧化剂”是指能与燃料发生燃烧化学反应的物质。
本发明中，所谓的“液体氧化剂”是指呈液态的氧化剂，包括液态氧化剂和含氧气体液化物。
本发明中，所谓的“液态氧化剂”是指标准状态下为液态的氧化剂，例如过氧化氢或过氧化氢水溶液等。
本发明中，所谓的“气体液化物”是指标准状态下为气态的气体的液化物，这里的气体是指标准状态下，其蒸汽分气压大于或等于一个大气压的物质。
本发明中，所谓的“含氧气体液化物”是指含有液氧的气体液化物，例如，液氧、液化空气或液氧与液氮的混合物等。
本发明中，所述“液氧”包括百分之百的纯液氧，也包括液氧含量不是百分之百的氧化剂。
本发明中，所谓的“还原剂”是指能与氧化剂发生燃烧化学反应的物质，例如碳氢化合物、碳氢氧化合物等；其中所述碳氢化合物包括汽油、柴油、重油、煤油、航空煤油等烃类；所述碳氢氧化合物包括甲醇、乙醇、甲醚、乙醚等。
本发明中，所谓的“内燃连续燃烧室”是指其内能连续发生燃烧放热化学反应的燃烧室。
本发明中，所谓的“做功机构”是指一切可以将来自所述内燃连续燃烧室的高压工质进行膨胀并通过高压工质膨胀过程对外输出动力的机构，如气缸活塞式做功机构、透平式做功机构(包括涡轮)、喷管、喷管推进转子做功机构、螺杆式做功机构、罗茨式做功机构等。
本发明中，所述做功机构包括单级做功机构、多级做功机构，可以是容积型做功机构，也可以是速度型做功机构。
本发明中，所述透平式做功机构包括单级透平式做功机构，也包括多级透平式做功机构，所述透平式做功机构包括涡轮式做功机构。
本发明中，应尽可能选择膨胀比大的所述做功机构。
本发明中，所谓的“喷管推进转子做功机构”是指工质通过拉瓦尔喷管喷射形成旋转动力的机构，包括所述拉瓦尔喷管做旋转运动对外输出动力的机构，所述拉瓦尔喷管做旋转运动对外输出动力的同时由所述拉瓦尔喷管喷射出的高速流体推动叶轮机构旋转对外做功的机构和所述拉瓦尔喷管静止由所述拉瓦尔喷管喷射出的高速流体推动叶轮机构旋转对外做功的机构；所述叶轮机构可以是径流叶轮机构也可以是轴流叶轮机构，所述叶轮机构可以是单级也可以是多级；所述喷管推进转子做功机构可以选择性地选择：包括工质回收壳和设置在旋转结构体上的拉瓦尔喷管构成的机构，低熵轮机(申请号为：201010164156.5)、超音速转子发动机(申请号为：201020554174.X)以及其它由拉瓦尔喷管喷射形成旋转动力的径流机构和轴流机构。
本发明中，可以选择性地选择，所述喷管设为完全膨胀喷管，所述完全膨胀喷管是指经过喷管后压力降到1个大气压的喷管。
本发明中，所谓的“热交换器式回热器”是指能够将来自所述做功机构的工质导出口的温度较高的工质的热量传递给即将进入所述内燃连续燃烧室的工质的热交换器。
本发明中，所谓的“热交换式回热器的被冷却流体通道”是指设置在所述热交换器式回热器上的用于供被冷却流体通过的通道，所谓的“热交换式回热器的被加热流体通道”是指设置在所述热交换器式回热器上的用于供被加热流体通过的通道，在热交换器式回热器中，温度升高的流体称为被加热流体，温度降低的流体称为被冷却流体。
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，所述工质导入控制阀和所述工质导出控制阀都是控制阀，名称不同是为了区分而加以定义的。
本发明中，所述旋转式工质导入阀和所述旋转式工质导出阀都是旋转式控制阀，名称不同是为了区分而加以定义的。
本发明中，所述工质导入门和所述工质导出门都是气门，名称不同是为了区分而加以定义的。
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:本发明所公开的外置内燃发动机效率高、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6的结构示意图；
图7所示的是本发明实施例7的结构示意图；
图8所示的是本发明实施例8的结构示意图；
图9所示的是本发明实施例9的结构示意图；
图中：
1做功机构、101透平式做功机构、102喷管、103喷管推进转子做功机构、104气缸活塞式做功机构、2内燃连续燃烧室、21液体氧化剂源、22热交换器式回热器、210过氧化氢源、3工质导入口、4工质导出口、5工质导入控制阀、51旋转式工质导入阀、6工质导出控制阀、61旋转式工质导出阀、7工质导入门、8工质导出门。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的外置内燃发动机，包括做功机构1、内燃连续燃烧室2、液体氧化剂源21和热交换器式回热器22，所述液体氧化剂源21经所述热交换器式回热器22的被加热流体通道与所述内燃连续燃烧室2连通，所述内燃连续燃烧室2与所述做功机构1的工质导入口3连通，所述做功机构1的工质导出口4与所述热交换器式回热器22的被冷却流体通道的入口连通，所述内燃连续燃烧室2的承压能力大于3MPa。
本实施例中，所述内燃连续燃烧室2的承压能力还可选择性地改设为大于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、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。
本实施例中，所述内燃连续燃烧室的工质压力与其承压能力相匹配，即所述内燃连续燃烧室内的最高工质压力达到其承压能力。
本发明的所有实施方式在具体实施时，所述内燃连续燃烧室的承压能力均可选择地参照本实例进行限定。
实施例2
如图2所示的外置内燃发动机，其在实施例1的基础上，将所述做功机构1设为透平式做功机构101。
具体实施时，所述透平式做功机构101可选择性地设为单级透平式做功机构或设为多级透平式做功机构。
实施例3
如图3所示的外置内燃发动机，其与实施例2的区别在于，将所述做功机构1改设为喷管102。
具体实施时，可选择性地将所述喷管102设为完全膨胀喷管。
实施例4
如图4所示的外置内燃发动机，其与实施例2的区别在于，将所述做功机构1改设为喷管推进转子做功机构103。
实施例5
如图5所示的外置内燃发动机，其在实施例1的基础上，将所述做功机构1设为气缸活塞式做功机构104，在所述工质导入口3处设工质导入控制阀5，在所述工质导出口4处设工质导出控制阀6。
实施例6
如图6所示的外置内燃发动机，其在实施例5的基础上，将所述工质导入控制阀5设为旋转式工质导入阀51，将所述工质导出阀6设为旋转式工质导出阀61。
作为可以变换的实施方式，还可仅将所述工质导入控制阀5设为旋转式工质导入阀51；或者仅将所述工质导出阀6设为旋转式工质导出阀61。
实施例7
如图7示的外置内燃发动机，其在实施例1的基础上，将所述做功机构1设为气缸活塞式做功机构104，在所述工质导入口3处设工质导入门7，在所述工质导出口4处设工质导出门8。
本实施例在具体实施时，将所述工质导入门7设为外开工质导入门，将所述工质导出门8设为外开工质导出门。
具体实施时，所述工质导入门和所述工质导出门的类型、规格、材质等均可根据公知常识及实际需要选择。
实施例8
如图8所示的外置内燃发动机，其与实施例7的区别在于，将所述工质导入门7改设为内开工质导入门，将所述工质导出门8改设为内开工质导出门。
作为可变换的实施方式，可选择将所述工质导入门7设为内开工质导入门，将所述工质导出门8改设为外开工质导出门；或者可选择将所述工质导入门7改设为外开工质导入门，将所述工质导出门8设为内开工质导出门。
本发明中所有包括所述工质导入门7和所述工质导出门8的实施方式中，所述工质导入门7和所述工质导出门8均可参照本实施例及在本实例基础上变换得到的实施方式进行设置。
实施例9
如图9所示的外置内燃发动机，其在实施例1的基础上，将所述液体氧化剂源21设为过氧化氢源210。
作为可变换的实施方式，所述液体氧化剂源21中可改设为液氧源、改设为液化空气源或改设为能够提供液氧与液氮的混合物的氧化剂源等。
作为可以变换的实施方式，本发明的所有实施方式中均可参照本实施例及其可变换的实施方式设置所述液体氧化剂源21。
具体实施时，本发明所有实施方式中，所述做功机构可选择性地设为气缸活塞式做功机构、透平式做功机构(包括涡轮)、喷管、喷管推进转子做功机构，或者改设为螺杆式做功机构或改设为罗茨式做功机构等。
具体实施时，本发明所有实施方式中，所述做功机构可选择性地设为单级做功机构，或者设为多级做功机构，所述做功机构可以是容积型做功机构，也可以是速度型做功机构。
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)

1.一种外置内燃发动机，包括做功机构(1)、内燃连续燃烧室(2)、液体氧化剂源(21)和热交换器式回热器(22)，其特征在于：所述液体氧化剂源(21)经所述热交换器式回热器(22)的被加热流体通道与所述内燃连续燃烧室(2)连通，所述内燃连续燃烧室(2)与所述做功机构(1)的工质导入口(3)连通，所述做功机构(1)的工质导出口(4)与所述热交换器式回热器(22)的被冷却流体通道的入口连通，所述内燃连续燃烧室(2)的承压能力大于3MPa。
2.如权利要求1所述外置内燃发动机，其特征在于：所述做功机构(1)设为透平式做功机构(101)。
3.如权利要求1所述外置内燃发动机，其特征在于：所述做功机构(1)设为喷管(102)。
4.如权利要求1所述外置内燃发动机，其特征在于：所述做功机构(1)设为喷管推进转子做功机构(103)。
5.如权利要求1所述外置内燃发动机，其特征在于：所述做功机构(1)设为气缸活塞式做功机构(104)，在所述工质导入口(3)处设工质导入控制阀(5)，在所述工质导出口(4)处设工质导出控制阀(6)。
6.如权利要求5所述外置内燃发动机，其特征在于：所述工质导入控制阀(5)设为旋转式工质导入阀(51)。
7.如权利要求5或6所述外置内燃发动机，其特征在于：所述工质导出阀(6)设为旋转式工质导出阀(61)。
8.如权利要求1所述外置内燃发动机，其特征在于：所述做功机构(1)设为气缸活塞式做功机构(104)，在所述工质导入口(3)处设工质导入门(7)，在所述工质导出口(4)处设工质导出门(8)。
9.如权利要求8所述外置内燃发动机，其特征在于：所述工质导入门(7)设为外开工质导入门。
10.如权利要求8所述外置内燃发动机，其特征在于：所述工质导入门(7)设为内开工质导入门。
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