CN106438496A - 冷却压缩系统及其发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却压缩系统，包括叶轮压气机，所述叶轮压气机的压缩气体的一部分经回流通道导入所述叶轮压气机的进气道，在所述回流通道上设排热器。本发明还公开了一种应用所述冷却压缩系统的发动机。本发明所述冷却压缩系统可以有效地克服燃气轮机或航空发动机的压缩单元压比低和压缩气体温度高的缺点，能够极大程度地提高发动机的效率和环保水平。

Description

冷却压缩系统及其发动机

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其涉及冷却压缩系统及其发动机。

背景技术

传统叶轮压气机无论是用作内燃机增压，还是作为燃气轮机或航空发动机的压气单元都具有压比低，且产生的压缩气体温度高的缺点，这两个缺点是影响发动机的效率和环保水平的重要因素。因此需要发明一种冷却压缩系统及其发动机。

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1：一种冷却压缩系统，包括叶轮压气机，所述叶轮压气机的压缩气体的一部分经回流通道导入所述叶轮压气机的进气道，在所述回流通道上设排热器。

方案2：在方案1的基础上，进一步在所述排热器和所述进气道之间设制冷透平。

方案3：在方案2的基础上，进一步使所述制冷透平的叶片与所述叶轮压气机的叶片一体化设置。

方案4：在方案2的基础上，进一步使所述制冷透平对所述叶轮压气机输出动力。

方案5：在方案1至方案4中任一方案的基础上，进一步使所述冷却压缩系统还包括射流泵，所述射流泵的出口与所述进气道连通，所述回流通道经所述射流泵的动力流体入口与所述进气道连通。

方案6：一种应用如方案1至5中任一方案所述冷却压缩系统的发动机，所述叶轮压气机的压缩气体出口与燃烧室连通，所述燃烧室与动力透平连通。

方案7：一种应用如方案1至5中任一方案所述冷却压缩系统的发动机，所述叶轮压气机的压缩气体出口与燃烧室连通，所述燃烧室与气缸活塞机构连通。

方案8：一种应用如方案1至5中任一方案所述冷却压缩系统的发动机，所述叶轮压气机的压缩气体出口与燃烧室连通，所述燃烧室设置在气缸活塞机构的气缸内。

方案9：一种应用如方案1至5中任一方案所述冷却压缩系统的发动机，所述叶轮压气机的供气口与另一叶轮压气机的气体入口连通，所述另一叶轮压气机的压缩气体出口经燃烧室与透平连通。

方案10：一种冷却压缩系统，包括容积型压缩单元，所述容积型压缩单元的气体出口和气体入口经回流通道连通，所述回流通道将所述容积型压缩单元的压缩气体的一部分回流至所述容积型压缩单元的气体入口内，与经所述气体入口进入所述容积型压缩单元的气体混合，在所述回流通道上设排热器。

方案11：在方案10的基础上，进一步在所述排热器和所述气体入口之间的所述回流通道上设回流通道膨胀做功机构。

方案12：在方案11的基础上，进一步使所述回流通道膨胀做功机构对容积型压缩单元输出动力。

方案13：一种应用如方案10、11或12所述冷却压缩系统的发动机，所述容积型压缩单元的供气口经燃烧室与膨胀做功机构连通。

方案14：一种应用如方案10、11或12所述冷却压缩系统的发动机，所述容积型压缩单元的供气口与压缩机连通，所述压缩机的压缩气体出口经燃烧室与膨胀做功机构连通。

本发明中，将叶轮压气机产生的压缩气体经冷却后回流至所述叶轮压气机的进气道，这样降低了叶轮压气机的进气温度，增加了气体密度，增加了叶轮压气机的压比，也降低了所述叶轮压气机产生的压缩气体的温度。这样可以减少动力机构燃烧室污染物形成量，并减少动力机构对材料耐热性的要求。

本发明中，通过在所述排热器和所述进气道之间设所述制冷透平，能够使所述回流通道回送的流体的温度进一步大大降低，且通过所述制冷透平的设置，在大大降低回送流体的温度的同时，能够回收一部分能量，从而提高整个系统的效率。所述回流通道膨胀做功机构的设置目的和所述制冷透平的设置目的相同。

本发明中，所述容积型压缩单元可以是指活塞式(往复活塞、旋转活塞)、罗茨式、螺杆式、涡旋式压缩单元等等。

本发明中，所述回流通道膨胀做功机构可以是透平等速度型膨胀做功机构，也可以是活塞式(往复活塞、旋转活塞)、罗茨式、螺杆式、涡旋式等容积型膨胀做功机构机构。

本发明中，所述压缩机可以是叶轮式等速度型压缩机，也可以是活塞式(往复活塞、旋转活塞)、罗茨式、螺杆式、涡旋式等容积型压缩机。

本发明中，应根据热能和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。

本发明人认为，天体相互运动必然产生引力相互作用，引力相互作用必然产生物质流动和/或物体形变，由于物质流动和物体形变均为不可逆过程，即均为产生热量的过程，因此引力场作用下的物质流动和物体形变必然产生热量，这种形式产生的热量必然消耗天体的动能，随着时间的推移，经过漫长的过程，天体会逐渐丧失动能，最终天体会相互合并(或相互吞噬)，最终宇宙形成一个质点，这个质点的温度和压力都会剧烈上升，从而形成剧烈的爆炸(由于温度和压力剧烈上升也会引起化学反应和核反应)，爆炸重新形成天体运动状态，即使天体具有动能，天体之间再次形成相互相对运动和相互作用，进入下一个循环。因此可以认为宇宙的存在与发展其实是一个热力学循环过程。这种过程的本质可以简单、易懂地概括为“你惹我，我就一定吞噬你”，由此可见，存在交替作用的主体其最终结局就是相互吞噬、相互合并。

本发明人根据热力学的基本原理以及对宇宙现象的观察认为：在没有外部因素影响的前提下，热不可能百分之百的转换成其它任何形式的能量或物质。传统热力学第二定律中只阐述了在没有外部因素影响的前提下，热不能百分之百的转换成功，这一定律是正确的，但又是片面的。可以用通俗的语言将热定义为能量的最低形式，或者简称为这是宇宙的垃圾。经分析，本发明人还认为：任何生物(动物、植物、微生物、病毒和细菌)的生长过程都是放热的。经分析，本发明人还认为：任何一个过程或任何一个循环(不局限于热力学过程，例如化学反应过程、生物化学反应过程、光化学反应过程、生物生长过程、植物生长过程都包括在内)其最大做功能力守恒，本发明人认为没有光合作用的植物生长过程是不能提高其做功能力的，也就是说，豆芽的做功能力是不可能高于豆子的做功能力加上其吸收的养分的做功能力之和；之所以一棵树木的做功能力要大于树苗的做功能力，是因为阳光以光合作用的形式参与了由树苗到树木的生长过程。

众所周知，在经济学中，对信息不对称和信息对称的研究都授予过诺贝尔奖，可见交易双方拥有信息的状态决定交易成败、交易的公平性和交易的利润。交易的本质其实是信息交易。为本发明人认为，专利具有信息零对称性，即交易双方对专利的真正价值都知之甚少。专利信息零对称属性，如不破解，运营很难实现。专利的信息零对称性决定了专利运营的科学性和复杂性。在普通商品交易中，信息不对称有利于促进交易，提高利润。而对专利而言，则完全不同，专利需要解决技术问题，专利的价值在专利运用中很快被知晓，所以专利必须货真价实，信息零对称和信息不对称必然都会严重阻碍专利运营，解决专利信息零对称问题，使交易双方在高水平上信息对称是专利运营企业的根本工作。

本发明的有益效果如下:

本发明所述冷却压缩系统可以有效地克服燃气轮机或航空发动机的压缩单元压比低和压缩气体温度高的缺点，能够极大程度地提高发动机的效率和环保水平。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为本发明实施例4的结构示意图；

图5为本发明实施例5的结构示意图；

图6为本发明实施例6的结构示意图；

图7为本发明实施例7的结构示意图；

图8为本发明实施例8的结构示意图；

图9为本发明实施例9的结构示意图；

图10为本发明实施例10的结构示意图；

图11为本发明实施例11的结构示意图；

图12为本发明实施例12的结构示意图；

图13为本发明实施例13的结构示意图；

图14为本发明实施例14的结构示意图；

图15为本发明实施例15的结构示意图；

图16为本发明实施例16的结构示意图；

图17为本发明实施例17的结构示意图；

图中：

1叶轮压气机、2回流通道、3排热器、4制冷透平、5射流泵、6燃烧室、7动力透平、8气缸活塞机构、9叶轮压气机、10透平、11进气道、12容积型压缩单元、13回流通道膨胀做功机构、14膨胀做功机构、15压缩机、41叶片、16叶片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。

实施例1

如图1所示的冷却压缩系统，包括叶轮压气机1，所述叶轮压气机1的压缩气体的一部分经回流通道2导入所述叶轮压气机1的进气道11，在所述回流通道2上设排热器3。

实施例2

如图2所示的冷却压缩系统，在实施例1的基础上，进一步在所述排热器3和所述进气道11之间设制冷透平4，并进一步使所述制冷透平4对所述叶轮压气机1输出动力。

作为可以变换的实施方式，所述制冷透平4也可以不对所述叶轮压气机1输出动力，不影响本发明目的的实现，且本实施例中采用使所述制冷透平4和所述叶轮压气机1共轴的方式使所述制冷透平4对所述叶轮压气机1输出动力的方式，作为可以变换地实施方式，能够实现使所述制冷透平4对所述叶轮压气机1输出动力的方式有很多，例如，可以使所述制冷透平4和所述叶轮压气机1通过传动机构联动，实施例5、实施例6中，使所述制冷透平4的叶片41与所述叶轮压气机1的叶片16一体化设置也是使所述制冷透平4对所述叶轮压气机1输出动力的一种方式。

实施例3

如图3所示的冷却压缩系统，其与在实施例2的区别在于，实施例2中是通过所述回流通道2将所述叶轮压气机1的压缩气体出口处的压缩气体回流至进气道11，而本实施例中所述叶轮压气机设为了多级，具体设为了6级，且将中间一级，即经第三级压缩后的工质经所述回流通道2回流至所述进气道11。

本实施例中，仅是举例说明当所述叶轮压气机1为多级时，经所述回流通道2回流的压缩气体可以是任一压缩级后的压缩气体，而并非必须是末级压缩级后的压缩气体。本实施例中的压缩级数仅是举例说明，不对本发明的技术方案构成任何限制。

实施例4

如图4所示的冷却压缩系统，其与实施例3的区别在于，本实施例中经第三级压缩后的工质经所述回流通道2改为回流至本压缩级的进气道。

实施例3、实施例4给出了当所述叶轮压气机1为多级如何回流的两种方案，作为可以变换地实施方式，还可以设置任一压缩级的压缩空气回流至其前任一压缩级的进气道。

实施例5

如图5所示的冷却压缩系统，其与实施例3的区别在于，本实施例中进一步使所述制冷透平4的叶片41与所述叶轮压气机1的叶片16一体化设置。

附图4仅是示意性给出了所述制冷透平4的叶片41与所述叶轮压气机1的叶片16一体化设置的结构，为了实现功能，可以根据本领域的公知常识设置常规结构，例如在所述制冷透平4的叶片41和所述叶轮压气机1的叶片16之间设置密封，在各叶片41之间、各叶片16之间设置静叶等等。

本实施例中，所述制冷透平4的叶片41设置在所述叶轮压气机1的叶片16的外侧，作为可以变换地实施方式，所述制冷透平4的叶片41也可以设置在所述叶轮压气机1的叶片16的内侧，还可以使所述制冷透平4的叶片41和所述叶轮压气机1的叶片16沿径向间隔布置，等等，只要能够实现使所述制冷透平4的叶片41直接驱动所述叶轮压气机1的叶片16即可。

实施例6

如图6所示的冷却压缩系统，其与实施例5的区别在于，改变了一体化设置所述制冷透平4的叶片41和所述叶轮压气机1的叶片16的结构，实施例4中一体化设置的叶片41和叶片16设置在同一个轴上，本实施中，一体化设置的叶片41和叶片16分别设置在独立的轴上，从而，通过设置叶片41和叶片16的叶形实现相邻两级之间的对转。

实施例7

如图7所示的冷却压缩系统，其在实施例2的基础上，进一步使所述冷却压缩系统还包括射流泵5，所述射流泵5的出口与所述进气道11连通，所述回流通道2经所述射流泵5的动力流体入口与所述进气道11连通。

而所述射流泵5的低压流体入口即可设为所述叶轮压气机1的待压气体入口。

作为可变换的实施方式，本发明上述所有实施例及其变换得到的实施方式均参照本实施例设置所述射流泵5。

实施例8

如图8所示，应用如实施例2所述冷却压缩系统的发动机，所述叶轮压气机1的压缩气体出口与燃烧室6连通，所述燃烧室6与动力透平7连通。

实施例9

如图9所示，应用实施例2所述冷却压缩系统的发动机，所述叶轮压气机1的压缩气体出口与燃烧室6连通，所述燃烧室6与气缸活塞机构8连通。

本实施例中，两个所述气缸活塞机构8共用一个燃烧室6，作为可以变换地实施方式，可以一个所述气缸活塞机构8对应一个燃烧室6，当然也可以三个或者更多个所述气缸活塞机构8共用一个燃烧室6。

实施例10

如图10所示，应用如实施例2所述冷却压缩系统的发动机，所述叶轮压气机1的压缩气体出口与燃烧室6连通，所述燃烧室6设置在气缸活塞机构8的气缸内。

作为可以变换地实施方式，本实施例中也可以设置两个以上的所述气缸活塞机构8，并在每个气缸活塞机构8中设置燃烧室，使所述叶轮压气机1的压缩气体出口与每个燃烧室6分别连通。

实施例11

如图11所示，应用如实施例2所述冷却压缩系统的发动机，所述叶轮压气机1的供气口与另一叶轮压气机9的气体入口连通，所述另一叶轮压气机9的压缩气体出口经燃烧室6与透平10连通。

本发明实施例7至实施例10的有关发动机的实施方式中，均实施例2的冷却压缩系统为例进行说明，作为可变换的实施方式，其他实施例及其变换得到的实施方式同样适用于上述所有有关发动机的实施方式。

实施例12

如图12所示的冷却压缩系统，包括容积型压缩单元12，所述容积型压缩单元12的气体出口和气体入口经回流通道2连通，所述回流通道2将所述容积型压缩单元12的压缩气体的一部分回流至所述容积型压缩单元12的气体入口内，与经所述气体入口进入所述容积型压缩单元11的气体混合，在所述回流通道2上设排热器3。

实施例13

如图13所示的冷却压缩系统，其在实施例12的基础上，将所述容积型压缩单元12设为了气缸活塞式压缩单元。

实施例14

如图14所示的冷却压缩系统，在实施例13的基础上，进一步在所述排热器3和所述气体入口之间的所述回流通道2上设回流通道膨胀做功机构13。

实施例15

如图15所示的冷却压缩系统，其在实施例12的基础上，进一步在所述排热器3和所述气体入口之间的所述回流通道2上设回流通道膨胀做功机构13，且使所述回流通道膨胀做功机构13对容积型压缩单元12输出动力。

作为可以变换地实施方式，也可以使所述回流通道膨胀做功机构13不对容积型压缩单元12输出动力，不影响本发明目的的实现。

实施例16

如图16所示，应用如实施例15所述冷却压缩系统的发动机，所述容积型压缩单元12的供气口经燃烧室6与膨胀做功机构14连通。

实施例17

如图17所示，应用如实施例15所述冷却压缩系统的发动机，所述容积型压缩单元12的供气口与压缩机15连通，所述压缩机15的压缩气体出口经燃烧室6与膨胀做功机构14连通。

本发明实施例15至实施例16的有关发动机的实施方式中，均实施例14的冷却压缩系统为例进行说明，作为可变换的实施方式，实施例11至14及其变换得到的实施方式同样适用于上述实施例15至实施例16。

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)

1.一种冷却压缩系统，包括叶轮压气机(1)，其特征在于：所述叶轮压气机(1)的压缩气体的一部分经回流通道(2)导入所述叶轮压气机(1)的进气道(11)，在所述回流通道(2)上设排热器(3)。

2.如权利要求1所述冷却压缩系统，其特征在于：在所述排热器(3)和所述进气道(11)之间设制冷透平(4)。

3.如权利要求2所述冷却压缩系统，其特征在于：所述制冷透平(4)的叶片(41)与所述叶轮压气机(1)的叶片(16)一体化设置。

4.如权利要求2所述冷却压缩系统，其特征在于：所述制冷透平(4)对所述叶轮压气机(1)输出动力。

5.一种应用如权利要求1至4中任一项所述冷却压缩系统的发动机，其特征在于：所述叶轮压气机(1)的压缩气体出口与燃烧室(6)连通，所述燃烧室(6)与动力透平(7)连通或与气缸活塞机构(8)连通或所述燃烧室(6)设置在气缸活塞机构(8)的气缸内。

6.一种应用如权利要求1至4中任一项所述冷却压缩系统的发动机，其特征在于：所述叶轮压气机(1)的供气口与另一叶轮压气机(9)的气体入口连通，所述另一叶轮压气机(9)的压缩气体出口经燃烧室(6)与透平(10)连通。

7.一种冷却压缩系统，包括容积型压缩单元(12)，其特征在于：所述容积型压缩单元(12)的气体出口和气体入口经回流通道(2)连通，所述回流通道(2)将所述容积型压缩单元(12)的压缩气体的一部分回流至所述容积型压缩单元(12)的气体入口内，与经所述气体入口进入所述容积型压缩单元(12)的气体混合，在所述回流通道(2)上设排热器(3)。

8.如权利要求7所述冷却压缩系统，其特征在于：在所述排热器(3)和所述气体入口之间的所述回流通道(2)上设回流通道膨胀做功机构(13)。

9.如权利要求8所述冷却压缩系统，其特征在于：所述回流通道膨胀做功机构(13)对容积型压缩单元(12)输出动力。

10.一种应用如权利要求7至9中任一项所述冷却压缩系统的发动机，其特征在于：所述容积型压缩单元(12)的供气口经燃烧室(6)与膨胀做功机构(14)连通；或所述容积型压缩单元(12)的供气口与压缩机(15)连通，所述压缩机(15)的压缩气体出口经燃烧室(6)与膨胀做功机构(14)连通。