CN1396377A

CN1396377A - 低温工质热力发动机

Info

Publication number: CN1396377A
Application number: CN 02101920
Authority: CN
Inventors: 何海龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2002-01-14
Publication date: 2003-02-12

Abstract

本发明涉及一种低温工质热力发动机，由气体工质供应系统和机械能输出装置所组成。两部分功能相互独立，前者使燃料充分燃烧并将燃烧产生的大部分热能以气体工质的势能形式储存起来，后者将气体工质的势能转变为功的形式输出。气体工质供应系统通过高压工质导管与机械能输出装置相连，高压工质导管中间装有工质滤清器。本发明热变功效率高，工作平稳，噪声小，排污少，且易实现转速、扭矩及功率控制。

Description

低温工质热力发动机

技术领域

本发明涉及一种低温工质热力发动机，属于发动机技术领域。

技术背景

众所周知，热力发动机一般都是通过热源释放热能，然后通过机械装置将部分热能转化为机械能输出。根据以往许多学者的研究显示，提高热力发动机效率的途径主要从以下三方面着手：(1)提高燃料燃烧效率以保证其释放尽可能多的能量；(2)改善机械装置，尽可能地减少工作条件下的机械能损失；(3)改善工质及其工作条件，使其在系统的环境下将热能尽可能多的转化为机械能。

热力学第二定律告诉我们，系统与环境间的一切实际过程的进行是因为这些过程存在着不可逆因素。在热力系统中，这些不可逆条件反应在于工质在过程前后熵的变化。热变功的根本途径是依靠工质的体积变化，但是热不可能完全转化为功，总要有一部分被工质吸收变为工质的热动能。不同的物质的热力学参数不同，它们的热力性质也不相同。归纳以上观点得出，提高热力发动机的热——功转换的效率，我们必须做到：(1)尽量提高工质在系统循环过程前后的熵变；(2)尽量减少工质本身的热动能；(3)尽量采用综合热力性质最好的工质。

本发明的目的是突破现有热力发动机设计原理，提出一种全新的设计。该方法克服了传统设计方法的一些不足之处，提供一种热变功效率高，工作平稳，噪声小，排污少，且易实现转速、扭矩及功率控制的低温工质热力发动机。

发明内容

本发明所指的发动机是由气体工质供应系统和机械能输出装置所组成。两部分功相互独立，前者使燃料充充燃烧并将燃烧产生的大部分热能以气体工质的势能形式储存起来，后者将气体工质的势能转变为功的形式输出。气体工质供应系统通过高压工质导管与机械能输出装置相连，高压工质导管中间装有工质滤清器。

热变功的机械装置可以是气动马达，可以是由气缸、活塞、曲轴、连杆等曲柄连杆机构，还可以是类似气轮机的透平装置。

本热力发动机的气体工质供应系统可分为气体燃料供应系统与液体燃料供应系统两种类型。其相同之处在于都由燃烧系统和为燃烧系统供油和气、水的装置组成。燃烧系统由外部的低温工质室，中部的空气预热室和内部的燃烧室构成，燃烧室底部装有火花塞和燃料喷嘴以及高压空气导筒，低温工质室上装有冷却水喷嘴。燃烧均在燃烧室内燃烧生成高温高压的燃气，燃气在从燃烧室出来后在低温工质室中遭遇冷却水喷嘴喷出的水雾，并使其瞬间完成相变，进而混合生成低温高压的高品质气态工质。低温工质室内正常工作时温度应保持在130℃到200℃之间，最高温度不大于230℃，否则将导致发动机热效率的低下。

本发明热力发动机的供油、供水和供气系统采用，初级泵(电动泵)——二级泵(高压泵)——高压存储器——电子控制喷嘴的形式。

气体工质供应系统工作时的燃料供给量与冷却水供给量由电脑芯片根据发动机的工作状态精确控制。

由于本发明动机由低温工质室出来的工质气体温度较低，因此可以使用工程塑料、树脂及复合材料等低温轻材料来制作发动机的活塞、气缸、透平转子等元件，从而使发动机的自重比下降。由于绝缘材料的使用还可以在元件内部设计工作电路，使得外部接线减少，发动机外型更美观。

本发明热力发动机低温工质室、工质滤清器、高压工质导管以及气缸、缸盖等散热面积较大部分应由绝热材料制成或外表覆盖绝热材料以减少热能损失，从而提高了发动机的热效率。

附图说明

以下结合实例和附图对本设计的实现做详细说明：

图1为本发动机结构原理示意图；

图2为冷却水供应原理图；

图3为燃料供应原理图；

图4为空气供应原理图。

实施方式

实施例：参见图1，本发动机由气体工质供应系统和机械能输出装置两部分，气体工质供应系统包括燃烧系统和为燃烧室系统供油和气、水的装置。燃烧系统由外部的低温工质室9，中部的空气预热室10和内部的燃烧室构成11，燃烧室底部装有火花塞12和燃料喷嘴13以及高压空气导筒14，低温工质室9上装有冷却水喷嘴17。气体工质供应系统的低温工质室9顶部接有高压工质导管8，与机械能输出装置相连，高压工质导管8中间装有工质滤清器15。

机械能输出装置是由曲轴1、曲轴箱2、连杆3、活塞4和汽缸跑道5组成的曲柄连杆机构，高压工质导管8接通汽缸跑道5，并设进、排气管6、7，在进、排气管6、7之间装有电磁控制阀16。

参见图2，气体工质供应系统的冷却水供应系统由一水箱18管道依次连接滤清器19、初级水泵20，再并联溢流阀21后连通二级水泵22，再通过高压存储器23，并联卸荷阀24后通过电磁控制阀25接进发动机26。

参见图3，气体工质供应系统的气体燃料供应系统由储气钢瓶27管道依次连接初级燃油泵28、二级燃油泵29、高压存储器30后并联卸荷阀24，再通过电磁控制阀25接进发动机26。

参见图4，气体工质供应系统的空气供应系统由空气滤清器31管道依次连通初级空气泵32、二级空气泵33和高压存储器30，最后接进发动机26。

连杆曲柄发动机的运动实现通过：(1)低温工质室出来的高压气体工质通过管路输送及进气阀门的气缸推动活塞运动。(2)进气阀门打开，工质推动活塞向下运动直至最低点，此时排气阀门一直关闭。(3)进气阀在活塞到达下止点时提前关闭。(4)活塞到达下止点时排气阀开，发动机依靠自身惯性继续转动，活塞向上运动将气排出。(5)活塞经过上止点后，排气阀门关闭，同时进气阀门打开，发动机进入下一工作循环。

此发动机不同于以往发动机之处在于：(1)发动机进排气阀的打开闭合依靠电脑芯片通过电磁装置控制，有利于阀门动作的迅速实现，并减少了传统发动机阀门控制在发动机运转时的机械能损失。(2)气体工质通过管路传送中经过工质滤清器滤去杂质，然后进入气缸内工作，这减少了对活塞及气缸内磨擦表面损伤。(3)气体工质在发动机气缸的低温工质室生成并蓄能，这样做降低了发动机工作时的振动和噪声，提高了发动机的工作寿命。传统发动机功力的产生是燃料与空气混合后的混料气体在气缸内迅速燃烧瞬间产生高温高压燃气推动活塞做功。混燃气体燃烧时产生大量冲击波，因此发动机工作时的振动及噪声较大。这些冲击波直接作用于活塞及气缸表面及内部引起其内部微观结构从而降低了其工作性能及寿命。(4)燃料进入燃烧室的喷射量与冷却水进入低温工质室的喷射量由电脑芯片精确控制，保证低温工质室内气体工质有足够的压力。

该发动机的优点在于：(1)工作平稳，噪声小；(2)排气污染小；(3)易于实现转速控制，扭矩控制及功率控制。由电脑芯片根据发动机转速控制气缸进气阀门的开关频率可实现转速控制；电脑芯片根据气缸内气体的压力控制气缸进气阀门的开关，可现扭矩控制；由电脑芯片根据发动机转速及输出扭矩控制进气阀的开关可实现功率控制。

Claims

1.一种低温工质热力发动机，其特征在于包括气体工质供应系统和机械能输出装置两部分，气体工质供应系统通过高压工质导管与机械能输出装置相连。

2.根据权利要求1所述的一种低温工质热力发动机，其特征在于气体工质供应系统与机械能输出装置连通的高压工质导管中间装有工质滤清器。

3.根据权利要求1或2所述的一种低温工质热力发动机，其特征在于气体工质供应系统包括燃烧系统和为燃烧系统供油和气、水的装置；机械能输出装置是由汽缸、活塞、曲柄、连杆组成的曲柄连杆机构，高压工质导管接通汽缸。

4.根据权利要求1或2所述的一种低温工质热力发动机，其特征在于机械能输出装置是气动马达。

5.根据权利要求1或2所述的一种低温工质热力发动机，其特征在于机械能输出装置是类似气轮机的透平装置。

6.根据权利要求3所述的一种低温工质热力发动机，其特征在于燃烧系统由外部的低温工质室，中部的空气预热室和内部的燃烧室构成，燃烧室底部装有火花塞和燃料喷嘴以及高压空气导筒，低温工质室上装有冷却水喷嘴。

7.根据权利要求3所述的一种低温工质热力发动机，其特征在于气体工质供应系统的供油和供气、供水采用初级泵、二级泵、通过高压存储器后，再由电子控制喷嘴的形式共同构成。

8.根据权利要求7所述的一种低温工质热力发动机，其特征在于气体工质供应系统的燃料供给量与冷却水供给量由电脑芯片根据发动机的工作状态精确控制。