CN117267018A - 用于闭式循环的发动机的气体混合装置及闭式循环发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于闭式循环的发动机的气体混合装置，包括：筒体；第一进气管，一端伸入筒体内部，适用于向筒体内部输送氧气；第二进气管，一端伸入筒体内部，另一端与发动机的排气端连接，适用于接收并向筒体内部输送经发动机排出的惰性气体；混气部，套设在筒体内部，且位于第一进气管以及第二进气管的上方，被构成接收并打散经第一进气管以及第二进气管输送的氧气以及惰性气体，以降低氧气以及惰性气体气流的波动性，形成混合均匀且稳定流动的混合气；以及排气管，一端伸入筒体内部且与混气部的出气端连通，另一端与发动机的进气端连接，以向发动机输送均匀混合的混合气。

Description

用于闭式循环的发动机的气体混合装置及闭式循环发动机

技术领域

本发明的至少一种实施例涉及发动机气体混合技术领域，具体涉及一种用于闭式循环的发动机的气体混合装置及闭式循环发动机。

背景技术

在闭式循环发动机中，工作流体被完全封闭在一个连续的循环系统中，与外部环境没有直接交互，在这样的系统中，工作流体经过一系列的热机循环步骤，包括压缩、燃烧、膨胀和冷却，但始终保持在系统内部。闭式循环的发动机的气体混合装置是用于确保工作流体和燃料之间均匀混合的设备。通过气体混合装置将氧气与由发动机排出的惰性气体进行预混合，达到一定比例后再通入发动机参与燃烧。

现有技术的用于闭式循环的发动机的气体混合装置通常采用空心混合罐，将各种可燃气体通入空心混合罐，使氧气与惰性气体进行自然混合，由此存在气体混合均匀度差，混合气配比比例不准确，进而影响发动机的燃烧的问题。进一步地，受发动机进气波动的影响，为了保证进气的稳定性，需要空心混合罐有较大的缓冲体积，由此，进一步带来设备笨重的问题。

在一种气体混合装置中，通过在空心罐中安装扰流板，在一定程度上提升了多组分气体混合的均匀度。但是，该气体混合装置存在气流在空心罐内部折返流动过程中，会造成较大的内部流阻，容易产生流场死角的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于闭式循环的发动机的气体混合装置，通过设置混气部，将分别流入筒体内部的氧气以及惰性气体打散，使其充分接触并均匀混合。

根据本发明的实施例，提供了一种用于闭式循环的发动机的气体混合装置，包括：筒体；第一进气管，一端伸入所述筒体内部，适用于向所述筒体内部输送氧气；第二进气管，一端伸入所述筒体内部，另一端与所述发动机的排气端连接，适用于接收并向所述筒体内部输送经所述发动机排出的惰性气体；混气部，套设在所述筒体内部，且位于所述第一进气管以及所述第二进气管的上方，被构成接收并打散经所述第一进气管以及所述第二进气管输送的氧气以及惰性气体，以降低氧气以及惰性气体气流的波动性，形成混合均匀且稳定流动的混合气；以及排气管，一端伸入所述筒体内部且与所述混气部的出气端连通，另一端与所述发动机的进气端连接，以向所述发动机输送均匀混合的混合气。

根据本发明的实施例，所述混气部包括：隔板，安装在所述筒体的内部，沿垂直于所述筒体的轴线的方向延伸，所述隔板将所述筒体分割为第一腔室以及第二腔室；以及多个第一输气管，每个所述第一输气管沿所述筒体的轴线方向延伸，所述第一输气管的一端与所述隔板连接且与所述第一腔室连通，所述第一输气管被构造成能够将经所述第一进气管以及所述第二进气管输送的氧气以及惰性气体打散，以形成均匀混合的混合气。

根据本发明的实施例，所述第一输气管为靠近所述隔板的一端开口的中空管道，所述第一输气管的沿轴向延伸的侧壁上设置有多个第一通气孔，适用于将经所述第一进气管以及所述第二进气管输送的氧气以及惰性气体打散，以在所述第一输气管内部形成均匀混合的混合气。

根据本发明的实施例，所述隔板上设置有多个用于分别插接多个所述第一输气管的开孔，使得经所述第一输气管均匀混合的混合气经所述开孔流入所述第一腔室内部。

根据本发明的实施例，所述第一进气管包括：安装柱，沿垂直于所述筒体的轴线方向延伸，所述安装柱的一端伸入所述筒体内部；第二输气管，套设在所述安装柱的内部，且一端伸入所述筒体的中心位置，所述第二输气管的伸入所述筒体内部的一端设置有均匀分布的多个第二通气孔，另一端设置有用于与外部气源连接的开口；以及安装接头，安装在所述安装柱远离所述筒体的一端，适用于与外部气源连接。

根据本发明的实施例，所述第二输气管伸入所述筒体内部的部分沿周向方向还设置有多组第三通气孔，每组所述第三通气孔包括沿所述第二输气管的轴向方向依次设置的多个通孔。

根据本发明的实施例，每组所述第三通气孔中的多个通孔均匀分布在所述第二输气管上。

根据本发明的实施例，气体混合装置还包括检修部，所述检修部包括：检修口，设置在所述筒体的侧壁上，适用于检修所述气体混合装置；以及盖板，安装在所述检修口上，以在所述气体混合装置正常工作时，封堵所述检修口。

根据本发明的实施例，所述第一进气管、所述第二进气管以及所述排气管与所述筒体的连接处分别设置有密封圈。

根据本发明的实施例，还提供了一种闭式循环发动机，包括发动机本体以及上述实施例中的所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，所述气体混合装置的第二进气管与所述发动机本体的排气端连接，所述气体混合装置的排气管与所述发动机本体的进气端连接，以接收来自所述发动机本体的排气端的惰性气体，并形成由所述惰性气体以及来自外部气源的氧气组成的均匀混合的混合气体，以向所述发动机本体的进气端输送所述混合气体。

根据本发明的上述实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，通过在筒体内部设置混气部，使得经第一进气管以及第二进气管流入筒体内部的氧气以及惰性气体分别在混气部的作用下被打散，以降低氧气以及惰性气体流动的波动性，使其充分混合，从而形成混合均匀且稳定流动的混合气，并将混合均匀的混合气再次输送至发动机的进气端。

附图说明

图1为本发明的实施例的闭式循环发动机的原理示意图；

图2为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置的立体示意图以及局部剖视图；

图3为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置混气部的立体示意图；

图4为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置混气部的主视图；

图5为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置混气部的俯视图；

图6为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置第一进气管的立体示意图；

图7为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置第一进气管的主视图；以及

图8为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置第一进气管的仰视图。

图中：

1-筒体；

11-第一腔室；

12-第二腔室；

2-第一进气管；

21-安装柱；

22-第二输气管；

221-第二通气孔；

222-第三通气孔；

223-通孔；

224-开口；

23-安装接头；

3-第二进气管；

4-混气部；

41-出气端；

42-隔板；

421-开孔；

43-第一输气管；

431-第一通气孔；

5-排气管；

6-检修部；

61-检修口；

62-盖板；

7-发动机本体；

71-进气端；

72-排气端；

81-换热器；

82-气液分离器；

83-增压泵；

84-稳压罐；

85-氧气流量计。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

根据本发明的一个方面的发明构思，提供了一种用于闭式循环的发动机的气体混合装置，包括：筒体；第一进气管，一端伸入筒体内部，适用于向筒体内部输送氧气；第二进气管，一端伸入筒体内部，另一端与发动机的排气端连接，适用于接收并向筒体内部输送经发动机排出的惰性气体；混气部，套设在筒体内部，且位于第一进气管以及第二进气管的上方，被构成接收并打散经第一进气管以及第二进气管输送的氧气以及惰性气体，以降低氧气以及惰性气体气流的波动性，形成混合均匀且稳定流动的混合气；以及排气管，一端伸入筒体内部且与混气部的出气端连通，另一端与发动机的进气端连接，以向发动机输送均匀混合的混合气。

图1为本发明的实施例的闭式循环发动机的原理示意图；图2为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置的立体示意图以及局部剖视图。

根据本发明的示例性实施例，请参照图1-图2，提供一种用于闭式循环的发动机的气体混合装置，包括筒体1、第一进气管2、第二进气管3、混气部4和排气管5。第一进气管2一端伸入筒体1内部，适用于向筒体1内部输送氧气。第二进气管3一端伸入筒体1内部，另一端与发动机的排气端72连接，适用于接收并向筒体1内部输送经发动机排出的惰性气体。混气部4套设在筒体1内部，且位于第一进气管2以及第二进气管3的上方，被构成接收并打散经第一进气管2以及第二进气管3输送的氧气以及惰性气体，以降低氧气以及惰性气体气流的波动性，形成混合均匀且稳定流动的混合气。排气管5一端伸入筒体1内部且与混气部4的出气端41连通，另一端与发动机的进气端71连接，以向发动机7输送均匀混合的混合气。

通过上述设置方式，由混气部4接收分别来自第一进气管2和第二进气管3的氧气和惰性气体，并通过打散这些气体，减少了气体的波动性，使混合气体更加均匀和稳定，这样也可以确保发动机获得的气体混合物具有相对稳定的配比，有利于燃料在发动机中充分稳定的燃烧。

在本实施例中，筒体1可以为圆筒、方筒、锥形筒体、球缺形筒体以及扭曲性筒体等。第一进气管2和第二进气管3可以为直管、弯管以及直管和弯管的符合形式；材料可以为金属材料、聚合物材料以及陶瓷等高温材料。

图3为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置混气部的立体示意图；图4为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置混气部的主视图。

在一些示例性实施例中，参照图3-图4，混气部4包括隔板42和多个第一输气管43。隔板42安装在筒体1的内部，沿垂直于筒体1的轴线的方向延伸，隔板42将筒体1分割为第一腔室11以及第二腔室12。每个第一输气管43沿筒体1的轴线方向延伸，第一输气管43的一端与隔板42连接且与第一腔室11连通，第一输气管43被构造成能够将经第一进气管2以及第二进气管3输送的氧气以及惰性气体打散，以形成均匀混合的混合气。

通过上述设置方式，使得经第一进气管2以及第二进气管3输送的氧气以及惰性气体流经第二腔室12，并经第一输气管43打散以及充分混合，以将均匀混合的混合气输送至第一腔室11内部。

在本实施例中，隔板42可以通过螺纹连接、螺栓连接或者焊接的方式安装在筒体1内部，隔板42也可以可滑动地安装在筒体1内部，这样可以根据需要调整上下两个腔室的大小。

在一些示例性实施例中，第一输气管43为靠近隔板42的一端开口的中空管道，第一输气管43的沿轴向延伸的侧壁上设置有多个第一通气孔431，适用于将经第一进气管2以及第二进气管3输送的氧气以及惰性气体打散，以在第一输气管43内部形成均匀混合的混合气。

在本实施例中，通过具有多管式混合结构的混气部4，可以充分增加湍流，使气体能够充分混合。

图5为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置混气部的俯视图。

在一些示例性实施例中，参照图5，隔板42上设置有多个用于分别插接多个第一输气管43的开孔421，使得经第一输气管43均匀混合的混合气经开孔421流入第一腔室11内部。

通过上述设置方式，使氧气与惰性气体在较小的空间里进行混合，有助于气体的均匀混合。

图6为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置第一进气管的立体示意图；图7为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置第一进气管的主视图；图8为本发明的实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置第一进气管的仰视图。

在一些示例性实施例中，参照图6-图8，第一进气管2包括安装柱21、第二输气管22和安装接头23。安装柱21沿垂直于筒体1的轴线方向延伸，安装柱21的一端伸入筒体1内部。第二输气管22套设在安装柱21的内部，且一端伸入筒体1的中心位置，第二输气管22的伸入筒体1内部的一端设置有均匀分布的多个第二通气孔221，另一端设置有用于与外部气源连接的开口224。安装接头23安装在安装柱21远离筒体1的一端，适用于与外部气源连接。

在一些示例性实施例中，第二输气管22伸入筒体1内部的部分沿周向方向还设置有多组第三通气孔222，每组第三通气孔222包括沿第二输气管22的轴向方向依次设置的多个通孔223。

在一些示例性实施例中，每组第三通气孔222中的多个通孔223均匀分布在第二输气管22上。

通过上述设置方式，进一步地使得氧气经第二输气管22更加均匀地流入筒体1内部，以更进一步地有助于惰性气体和氧气的充分混合，提高气体的混合效率。

在一些示例性实施例中，用于闭式循环的发动机的气体混合装置，还包括检修部6。检修部6还包括检修口61和盖板62。检修口61，设置在筒体1的侧壁上，适用于检修气体混合装置。盖板62，安装在检修口61上，以在气体混合装置正常工作时，封堵检修口61。

通过上述设置方式，使得维修人员便于对该气体混合装置进行检修以及维护。

在一些示例性实施例中，第一进气管2、第二进气管3以及排气管5与筒体1的连接处分别设置有密封圈。以分别提高第一进气管2、第二进气管3以及排气管5与筒体1之间的密封性，减少气体泄露。

在本实施例中，密封圈可以由橡胶材料、聚合物材料以及金属材料制成。

根据本发明的示例性实施例，请参照图1，还提供了一种闭式循环发动机，包括发动机本体7以及上述实施例的用于闭式循环的发动机的气体混合装置。气体混合装置的第二进气管3与发动机本体7的排气端72连接，气体混合装置的排气管5与发动机本体7的进气端71连接，以接收来自发动机本体7的排气端72的惰性气体，并形成由惰性气体以及来自外部气源的氧气组成的均匀混合的混合气体，以向发动机本体7的进气端71输送混合气体。

在本实施例中，经发动机本体7的排气端72排出的惰性气体，先后经换热器81、气液分离器82、增压泵83完成降温、除湿和增压的过程进入到气体混合装置中，氧气通过第一进气管2进入到气体混合装置中，两种气体在气体混合装置中进行混合配比，经过在气体混合装置中充分混合，并经排气管5进入稳压罐84，最终经发动机本体7的进气端71进入到发动机本体7中，完成了惰性气体在闭式循环发动机中的闭式循环以及氧气补给。

需要说明的是，在本实施例中，惰性气体为氩气。

进一步地，对于现有技术中的开式发动机，通常采用喷嘴结构在进气管中进行气体混合，可以通过精确控制喷嘴的流量来控制两种气体的配比精度。但闭式循环发动机的尾气是循环利用的，无法采用喷嘴控制其流量，并且在变工况下，尾气成分也不确定。由此，本发明的用于闭式循环的发动机的气体混合装置克服了现有技术中的上述缺陷。本实施例的气体混合装置应用于闭式循环发动机中，通过与设置在闭式循环发动机中的气体分析仪(图中未示出)协同配合，经气体分析仪测定流经气体混合装置中的惰性气体的实时成分，并据此采用氧气流量计85精确控制喷入气体混合装置中的氧气流量，进而保障惰性气体与氧气的精确比例，然后经气体混合装置中的混气部4将流入筒体1内部的惰性气体以及氧气打散并充分混合，能够实现对氧气和循环使用的惰性气体的精确配比以及充分混合，并消除上游一系列工序中产生的压力波动，从而保证了气流输出的温度、均匀性和稳定性，有利于燃料在发动机中充分稳定的燃烧。

基于上述技术方案可知，本发明的用于闭式循环的发动机的气体混合装置及闭式循环发动机，具有如下有益效果之一或其中的一部分：

1、上述用于闭式循环的发动机的气体混合装置结构简单，阻力小，能够克服现有技术中空心罐体积大以及在空心罐中安装扰流板造成内部流阻较大以及流动死角的问题。筒体1内设有混气部4，将惰性气体和氧气的混合气打散后，再进入筒体1上层的第一腔室11中，能够快速实现气体混合，进一步提升混合气的均匀度和气体配比精度。

2、用于闭式循环的发动机的气体混合装置采用了多孔管式的混气部4，可以降低进气的波动性，混合后的气流稳定性好，减缓了上游气流的波动对混气的影响，且可以充分增加湍流，使气体充分混合。

3、用于闭式循环的发动机的气体混合装置的第一进气管2采用多孔管式的结构，在多孔管的小孔处形成多股进气气流，一方面有利于保持氧气气流的平稳性，另一方面有助于惰性气体和氧气充分混合，提高气体混合效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于闭式循环的发动机的气体混合装置，包括：

筒体；

第一进气管，一端伸入所述筒体内部，适用于向所述筒体内部输送氧气；

第二进气管，一端伸入所述筒体内部，另一端与所述发动机的排气端连接，适用于接收并向所述筒体内部输送经所述发动机排出的惰性气体；

混气部，套设在所述筒体内部，且位于所述第一进气管以及所述第二进气管的上方，被构成接收并打散经所述第一进气管以及所述第二进气管输送的氧气以及惰性气体，以降低氧气以及惰性气体气流的波动性，形成混合均匀且稳定流动的混合气；以及

排气管，一端伸入所述筒体内部且与所述混气部的出气端连通，另一端与所述发动机的进气端连接，以向所述发动机输送均匀混合的混合气。

2.根据权利要求1所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，其中，所述混气部包括：

隔板，安装在所述筒体的内部，沿垂直于所述筒体的轴线的方向延伸，所述隔板将所述筒体分割为第一腔室以及第二腔室；以及

多个第一输气管，每个所述第一输气管沿所述筒体的轴线方向延伸，所述第一输气管的一端与所述隔板连接且与所述第一腔室连通，所述第一输气管被构造成能够将经所述第一进气管以及所述第二进气管输送的氧气以及惰性气体打散，以形成均匀混合的混合气。

3.根据权利要求2所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，其中，所述第一输气管为靠近所述隔板的一端开口的中空管道，所述第一输气管的沿轴向延伸的侧壁上设置有多个第一通气孔，适用于将经所述第一进气管以及所述第二进气管输送的氧气以及惰性气体打散，以在所述第一输气管内部形成均匀混合的混合气。

4.根据权利要求3所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，其中，所述隔板上设置有多个用于分别插接多个所述第一输气管的开孔，使得经所述第一输气管均匀混合的混合气经所述开孔流入所述第一腔室内部。

5.根据权利要求1所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，其中，所述第一进气管包括：

安装柱，沿垂直于所述筒体的轴线方向延伸，所述安装柱的一端伸入所述筒体内部；

第二输气管，套设在所述安装柱的内部，且一端伸入所述筒体的中心位置，所述第二输气管的伸入所述筒体内部的一端设置有均匀分布的多个第二通气孔，另一端设置有用于与外部气源连接的开口；以及

安装接头，安装在所述安装柱远离所述筒体的一端，适用于与外部气源连接。

6.根据权利要求5所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，其中，所述第二输气管伸入所述筒体内部的部分沿周向方向还设置有多组第三通气孔，每组所述第三通气孔包括沿所述第二输气管的轴向方向依次设置的多个通孔。

7.根据权利要求6所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，其中，每组所述第三通气孔中的多个通孔均匀分布在所述第二输气管上。

8.根据权利要求1所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，还包括检修部，所述检修部包括：

检修口，设置在所述筒体的侧壁上，适用于检修所述气体混合装置；以及

盖板，安装在所述检修口上，以在所述气体混合装置正常工作时，封堵所述检修口。

9.根据权利要求1所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，其中，所述第一进气管、所述第二进气管以及所述排气管与所述筒体的连接处分别设置有密封圈。

10.一种闭式循环发动机，包括：

发动机本体；以及

上述权利要求1-9中任一项所述的用于闭式循环的发动机的气体混合装置，所述气体混合装置的第二进气管与所述发动机本体的排气端连接，所述气体混合装置的排气管与所述发动机本体的进气端连接，以接收来自所述发动机本体的排气端的惰性气体，并形成由所述惰性气体以及来自外部气源的氧气组成的均匀混合的混合气体，以向所述发动机本体的进气端输送所述混合气体。