CN201884119U - 氢能涡蚌发动机 - Google Patents

Abstract

一种氢能涡蚌发动机，克服了现有发动机存在的结构复杂，不耐用，功耗大，效率低，无法实现通过燃料的燃烧提高燃料热值来实现增加能量的缺陷，它包括连接发电机的发动机，电解水制氢机，氢、氧气为燃料的燃烧机，集汽室，高温换热器以及相连接的管路，其技术要点是：发动机的主轴通过密封组件组装在机体内，主轴上固定带有滑片的转子柱塞和同步缸体，滑片利用轴套组装在同步缸体的腰形槽中；采用机壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管。其与同类产品相比，结构紧凑，设计合理，体积小，减少占用空间，便于装卸和维护，通过燃烧热裂解水制取的氢、氧气再爆燃，提高燃料热值来显著增加能量，实现低碳经济，促进节能、环保。

Description

氢能涡蚌发动机

技术领域

本实用新型涉及一种用清洁能源可再生燃料氢气作燃料的的容积式持续燃烧发动机，特别是一种氢能涡蚌发动机，它主要通过氢、氧气燃烧热裂解水制取的氢、氧气再爆燃来提高燃料热值，以显著增加的能量带动持续运转的发动机发电，再用自身发的电来为高频直流脉冲电源供电，以电解水制取的氢、氧气作为燃料供发动机燃用。

背景技术

目前按发动机对空气的压缩方式和燃料的燃烧方式可分为两类，一是容积脉冲燃烧式发动机，例如活塞式发动机、三角活塞转子发动机。二是非容积气动式持续燃烧发动机。例如燃气轮机、涡轴发动机。

活塞式发动机结构复杂，耗用金属材料多，应用的过程中噪音、振动较大。涡轮发动机、涡轴发动机小型化后效率低，难以满足车辆的应用。为了改变以上现状有很多科技人员在为之努力，例如公告号为CN86209958U的“旋转活塞式发动机”，由于其采用异型结构难以加工，旋转件的密封较难，密封件磨损后补偿不了，致使效率降低，所以影响其推广应用。例如公告号CN1323945A的“旋流发动机”，其采用非连续工作，部件为异型结构很难密封，动力传动又难以在最佳角度上，效率不高。例如公告号为CN1948730A的“一种容积式持续燃烧式发动机”，其采用低压供气技术，可实现微扭矩起动，其缺点是进气做功在同时进行，其进气阻力很大，影响发动机效率。例如公告号为CN1206791A的“油水发动机”，其特点是在气缸盖上装有高压喷水装置，可向发动机内微量喷水，让发动机内的高温裂解水燃烧，提高发动机效率，减少有害气体排放，但这种喷水很难控制，与油一起喷影响油的燃烧，油燃烧后再喷活塞已做功完成，其想要达到的目的很难实现。例如公告号为CN158033A的利用再发电来电解水使发动机直接获得氢能源的方法，公告号为CN1366131A的将水电解产生的氢气和氧气送发动机作为燃料的方法及其相应的发电方法，公开号为CN1373287A氢气发动机，动力驱动系统及所驱动的车辆。以上专利都是通过电解水制取氢气、氧气供发动机作为燃料，通过发动机带动发电机来发电，使能源循环利用，从而达到节能环保的目的，但以上的单电解水制氢很难满足能量平衡，现根据天津大陆制氢设备厂公开的参数与哈尔滨机联制氢厂公开的参数和《氢能-21世纪的绿色能源》书中记载的参数对比，以上三个专利很难达到所述目的。其对比参数为每度电的热值是860千卡，4.5-5度电制取1M³氢气，1M³氢气的热值是4200千卡，4.5度电的热值是3870千卡，4200-3870＝330千卡，通过电解水制氢4.5度电可放大330千卡，而燃气内燃机的效率只有30-40%，根据公式计算以上三个专利的功能不能实现。

能源是人类发展的根本保证。由于煤炭、石油和天然气等化石燃料都是不可再生能源，而其储量是有限的，所以现在全世界都很重视研究开发新能源，氢能源更是得到各国的重视，但制约氢的应用主要因素是制取氢的成本高，氢不便贮存、不便运输，而影想氢的应用。现国、内外也有很多科技人员为氢的廉价应用做出了很多努力，例如公告号为CN1079036A的“水蒸汽分解燃焼的方法及装置” 其结构是将盘管、U型管、螺旋管布置到锅炉中，通过向加热管中通入过热蒸汽，再加热后喷入锅炉中用炉内高温进一步裂解蒸汽制氢，氢再燃烧从而增加热量、其缺点是盘管、U型管、螺旋管很难布置到锅炉中，喷入炉中的蒸汽与炉内火的温度关系很难控制。例如公告号为CN2363071Y的“热交换式燃水涡轮发动机”，其结构是由封闭的壳体及加热管、动力涡轮、减速机等部件组成。其缺点是其裂解水过程没有连续的热源补充，热裂解很难实现，在2000℃的高温下布在机体内的金属材料的热管也不耐用。例如公告号为CN2363071Y的“石油类节能燃烧机和节能燃烧器”，其结构是将油与水按比例加到加热管中进行反应制氢，其缺点是得依靠石油类的油与燃气作催化媒体制氢。另外石油类燃料在1000℃时会生成大量的积碳，积碳会很快将发生器堵死，使设备无法稳定应用。在1000℃以上的高温直烧热管，金属材料的热管也不耐用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种氢能涡蚌发动机，它克服了现有发动机存在的结构复杂，加工困难，不耐用，功耗大，效率低，油类燃料燃烧不充分，无法实现通过燃料的燃烧提高燃料热值来实现增加能量的缺陷，其与同类产品相比，结构紧凑，设计合理，体积小，减少占用空间，便于装卸和维护，通过燃烧热裂解水制取的氢、氧气再爆燃，提高燃料热值来显著增加能量，实现低碳经济，促进节能、环保。

本实用新型所采用的技术方案是：该氢能涡蚌发动机包括连接发电机的发动机，与发动机相匹配的带有微电脑控制的高频脉冲电源的电解水制氢机，氢、氧气为燃料的燃烧机，集汽室，高温换热器以及相连接的管路，其技术要点是：所述发动机的与发电机连接的主轴通过密封组件组装在机体内，所述主轴上固定带有滑片的转子柱塞和同步缸体，所述滑片利用轴套组装在所述同步缸体的腰形槽中；所述燃烧机采用热激制氢燃烧机，热激制氢燃烧机壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管，组装在所述螺旋加热管盘管中心内的耐热陶瓷热岛以及固定在所述壳体的底座上的燃气喷嘴。所述热激制氢燃烧机壳体的热气流出口与所述发动机机体内的同步缸体连通，所述发动机机体的排气口经所述高温换热器与所述集汽室连接。

组装在所述同步缸体的腰形槽中的所述滑片通过设置在外周密封槽内的密封条与所述发动机机体内周的衬套相接触。

所述发动机采用转子发动机或齿轮发动机或往复式活塞发动机或螺杆发动机或涡轮发动机。

所述热激制氢燃烧机包括带有排空电磁阀、火探头、热电偶和热气流出口以及火花塞的壳体，其中在所述壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管及组装在所述螺旋加热管盘管中心内的耐热陶瓷热岛，所述螺旋加热管的护套底端和耐热陶瓷衬套的底部及所述燃气喷嘴上部都固定在所述燃烧机壳体的底座上，并使所述燃气喷嘴的中心与所述螺旋加热管盘管中心和耐热陶瓷热岛的中心位于同一轴线上，组装在所述燃气喷嘴上的燃气电磁阀的进气连接管与所述燃气喷嘴一端连通，所述螺旋加热管的伸出燃烧机壳体侧壁端通过一号、二号蒸汽电磁调节阀分别连接所述蒸汽管路，所述螺旋加热管的伸出所述护套的底座端与所述燃气喷嘴的另一端连通。

所述燃气喷嘴主要由基座、带有燃气通道、流槽和水蒸汽出汽孔的嘴芯、嘴芯连接套和燃气导流罩构成，所述基座的连接所述燃气电磁阀的一端与所述燃气喷嘴的嘴芯的燃气通道、流槽连通，所述基座的连接所述螺旋加热管的一端与所述燃气喷嘴的嘴芯的水蒸汽出汽孔连通。

本实用新型具有的优点及积极效果是：由于本实用新型通过电解水制取氢氧气，氢氧气送热激制氢燃烧机，热裂解水蒸汽制取氢氧气，使氢氧气再燃烧、提高燃料热能驱动发动机发电，（1m³氢气可热裂解2-6m³氢氧气）用自身发的电来电解水制取氢燃料供发动机燃用，（其能量放大的原理是4.5-5度电制取1 m³氢气、1 m³氢气可热裂解2-6 m³氢氧气、1 m³氢氧气的热值是3100千卡、3 m³氢氧气的热值是9300千卡、4.5度电的热值是3870千卡、4200+9300=13500、13500÷3870=3.48、根据以上计算4.5度电的热值通过电解水制氢和热裂解制氢其热值可以放大3-6倍）显著增加能量。可再生燃料氢能发动机是一种容积式持续燃烧式发动机，因为采用持续燃机技术，动力更强，效率更高。本实用新型氢能涡蚌发动机采用同步缸体技术，同步缸体与转子柱塞同步旋转，解决了端盖与转子柱塞侧面磨损快的问题。同步缸体上设有可供滑片轴头，滑片轴头小轴套固定的腰形槽，克服了发动机转速快，产生高离心力将滑片甩出抱死在衬套上，产生刹车现象，高阻力耗功，从而解决了带有滑片的转子泵不能大型化的问题。此技术的应用可以说是一场能源革命，人们彻底的摆脱了对化石能源的依赖，使社会进入了氢能时代。可再生燃料氢能发动机与现有的内燃机相比具有结构简单，便于生产，体积小，效率高，无脉冲振动，低噪音，效率可高达80%以上。因其做功时不需要吸气与压缩，其只有做功与排气，所以其机械耗功很小，因而效率高。

由于本实用新型采用结构紧凑、设计合理的氢能涡蚌发动机，其最大的优点是利用微量的电启动或燃气启动后就可以用热裂解水制取的氢、氧气作燃料持续工作，通过热裂解水制取的氢、氧气再爆燃，实现了热能的放大，使能源的利用更加合理，对节能减排提供了有利的设备保证，为氢能源的应用拓宽了一条新路。本实用新型的氢能涡蚌发动机能量放大功能是这样实现的：通过向燃烧机内螺旋加热管内微量喷入蒸汽，微量的蒸汽顺着螺旋管向火焰喷嘴处流动，螺旋管被氢火焰加热到400℃，喷入的蒸汽也被加热到400℃，我们知道氢氧气燃烧的火焰温度可高达2700℃，这样我们利用燃气喷嘴的中孔将400℃的水蒸汽喷到氢氧气火焰的中心，瞬间将400℃的水蒸汽加热到950℃以上。水蒸汽被热裂解变成氢气、氧气，氢气、氧气在950℃的条件下瞬时爆燃释放出热量，产生热能放大功能，其能量放大的量是输入燃料热值的2-6倍。氢能涡蚌发动机与可以直接作为动力机应用，为汽车、火车、轮船、飞机提供动力，或带动发电机发电。可再生燃料氢能涡蚌发动机安装余热回收换热器，溴化锂吸附式制冷机可实现余热供暖制冷，可应用在一切需要动力、电能、供热、制冷和供氢气的领域、实现 “供动力、供电、供热、制冷、供氢燃气” 五连供。

附图说明

以下结合附图对本实用新型进行详细说明。

图1是本实用新型的一种具体结构示意图。

图2是图1中的发动机沿A-A线的剖视图。

图3是图1中的热激制氢燃烧机的一种结构示意图。

图4是图2中的转子柱塞的一种结构示意图。

图5是图4沿B-B线的剖视图。

图6是图2中的滑片的一种结构示意图。

图7是图6的俯视图。

图8是图2中的同步缸体的一种结构示意图。

图9是图8沿C-C线的剖视图。

图10是图3中的燃气喷嘴的一种结构示意图。

图11是图3中的耐热陶瓷热岛的一种结构示意图。

图12是图11沿D-D线的剖视图。

图中序号说明：1燃气电磁阀、2燃气喷嘴、3火花塞、4一号蒸汽电磁调节阀、5发动机、6热激制氢燃烧机、7蒸汽管路、8二号蒸汽电磁调节阀、9热电偶、10火探头、11喷水嘴、12排空管路、13排空电磁阀、14压力限流阀、15集气室、16水位仪、17注水口、18蒸汽通道、19回水管、20连接活节、21高温换热器、22排水口、23热气流出口、24主轴、25压盖、26轴承座、27密封组件、28端盖、29同步缸体、30发动机机体、31衬套、32密封条、33滑片、34轴套、35转子柱塞、36发电机、37燃烧机底座、38耐热陶瓷衬套、39螺旋加热管、40护套、41壳体、42耐热陶瓷热岛、43基座、44嘴芯、45嘴芯连接套、46燃气导流罩、47燃气通道。

具体实施方式

下面结合图1-12对本实用新型的具体结构作进一步的说明，该氢能涡蚌发动机包括连接发电机36的发动机5，与发动机5相匹配的带有微电脑控制的高频脉冲电源的电解水制氢机，氢、氧气为燃料的燃烧机6，集汽室15，高温换热器21以及相连接的管路等件。其中涡蚌发动机机体30上成人高考装有热激制氢燃烧机6、集气室15、高温换热器21和发电机36。在集气室15上组装有水位仪16、注水口17。高温换热器21上连接有蒸汽通道18、回水管19、连接活节20、排水口22。在热激制氢燃烧机6上组装有燃气电磁阀1、燃气喷嘴2、火花塞3、一号蒸汽电磁调节阀4、蒸汽管路7、二号蒸汽电磁调节阀8、热电偶9、火探头10、喷水嘴11、排空道12、排空电磁阀13、压力单流阀14、热流出口23。热激制氢燃烧机6主要包括耐热陶瓷衬套38、加热盘管39、加热管护套40、燃烧机外壳41、耐热陶瓷热岛42。在燃气喷嘴2上装有燃气喷嘴底座43、喷嘴蕊44、喷嘴护套45、导流罩46、燃气通道47。涡蚌发动机机体5內组装有主轴24、在主轴24上组装有轴压盖25、轴承室26、密封托27、端盖28、同步缸体29、衬套31。在同步缸体29上装有密封直环32、滑片33、小轴套34、转子柱塞35。发动机5可采用转子发动机，或齿轮发动机，或往复式活塞发动机，或螺杆发动机，或涡轮发动机。

发动机5与发电机36连接的主轴通过密封组件27组装在发动机机体30内，主轴24上固定带有滑片33的转子柱塞35和同步缸体29，滑片33利用轴套34组装在所述同步缸体29的腰形槽中。滑片33可以通过设置在外周密封槽内的密封条31与发动机5机体内周的衬套31相接触。燃烧机6采用热激制氢燃烧机，热激制氢燃烧机6壳体内设置带有护套40和耐热陶瓷衬套38的螺旋加热管39，组装在螺旋加热管39盘管中心内的耐热陶瓷热岛42以及固定在壳体41的底座37上的燃气喷嘴2。热激制氢燃烧机壳体41的热气流出口23与发动机5机体内的同步缸体29连通，发动机5机体的排气口经高温换热器21与集汽室15连接。

热激制氢燃烧机6包括带有排空电磁阀13、火探头10、热电偶9和热气流出口23以及火花塞3的壳体41，其中在壳体41内设置带有护套40和耐热陶瓷衬套38的螺旋加热管39及组装在螺旋加热管39盘管中心内的耐热陶瓷热岛42。螺旋加热管39的护套40底端和耐热陶瓷衬套38的底部及燃气喷嘴2上部都固定在燃烧机壳体41的底座37上，并使燃气喷嘴2的中心与螺旋加热管39盘管中心和耐热陶瓷热岛42的中心位于同一轴线上，组装在燃气喷嘴2上的燃气电磁阀1的进气连接管与燃气喷嘴2一端连通，螺旋加热管39伸出燃烧机壳体侧壁端通过一号、二号蒸汽电磁调节阀分别连接蒸汽管路12，螺旋加热管39的伸出护套40的底座端与燃气喷嘴2的另一端连通。燃气喷嘴主要由基座37、带有燃气通道、流槽和水蒸汽出汽孔的嘴芯44、嘴芯44连接套45和燃气导流罩46构成。基座连接燃气电磁阀1的一端与燃气喷嘴的嘴芯44的燃气通道、流槽连通。基座43连接螺旋加热管39的一端与燃气喷嘴2的嘴芯44的水蒸汽出汽孔连通。

氢能涡蚌发动机的工作过程：首先将制氢机进行检查，制氢机检查无故障后接通制氢机电源，制氢机开始工作、当氢气压力满足涡蚌发动机燃烧机需要时、启动发动机微电脑管理系统，微电脑管理系统开始工作，微电脑管理系统打开排空阀门13、排空电磁阀13打开20秒钟后，微电脑管理系统向火花塞3供电，火花塞供电5秒钟后、微电脑管理系统打开燃气电磁阀1，向燃烧机6供氢氧气，氢氧气经燃气喷嘴2进入燃烧机6，被火花塞3点燃，燃烧机6开始工作，热电偶9开始测温，同时火探头10开始工作，测得火亮后微电脑管理关闭排空阀13，根据热电偶11测得温度传给微电脑，微电脑根据热气流的温度调整喷水嘴的喷水量，使热气流的温度不超过500℃，经燃烧机出口23进入到发动机5中的热气流推动涡蚌发动机旋转，同时发动机5带动发电机36发电，经过发动机5后的热流进入高温换热器21，将高温换热器21内的水加温汽化，汽化后的水蒸汽流经集汽室15进行气水分离，水经回水管19回到高温换热器21，水蒸气经压力单向阀14进入燃烧机6，水蒸气经二号电磁调节阀8进入燃烧机加热管39进一步加热后进入燃烧机，通过向燃烧机内螺旋加热管39内微量喷入蒸汽，微量的蒸汽顺着螺旋管向火焰喷嘴处流动，螺旋管被氢火焰加热到700℃，喷入的蒸汽也被加热到700℃，我们知道氢氧气燃烧的火焰温度可高达2700℃，这样我们利用燃气喷嘴2的中孔将700℃的水蒸汽喷到氢氧气火焰的中心，瞬间将700℃的水蒸汽加热到950℃以上。水蒸气经一号电磁调节阀4进入燃烧机加热管39进一步加热后进入燃烧机，通过向燃烧机内螺旋加热管39内微量喷入蒸汽，微量的蒸汽顺着螺旋管向陶瓷热岛中心流动，螺旋管被氢火焰加热到700℃，喷入的蒸也被加热到700℃，我们知道氢氧气燃烧的火焰温度可高达2700℃，这样我们利用陶瓷热岛的中孔将700℃的水蒸汽喷到氢氧气火焰的中心，瞬间将700℃的水蒸汽加热到950℃以上。水蒸汽被热裂解变成氢气、氧气，氢气、氧气在950℃的条件下瞬时爆燃释放出热量，产生热能放大功能，其能量放大的量是输入燃料热值的2-6倍、进入燃烧机加热管39中水蒸气的量是根据热电偶11测得的温度数据微电脑来调控的，温度高于1500℃加水蒸气，温度低于1500℃减少水蒸气，加入的水蒸气被裂解成氢气，氧气参与燃烧瞬间释放出高温热能，体积膨胀推动涡蚌发动机工作，从而完成了发动机的工作过程与热能放大过程。

Claims (5)

1.一种氢能涡蚌发动机，包括连接发电机的发动机，与发动机相匹配的带有微电脑控制的高频脉冲电源的电解水制氢机，氢、氧气为燃料的燃烧机，集汽室，高温换热器以及相连接的管路，其特征在于：所述发动机的与发电机连接的主轴通过密封组件组装在机体内，所述主轴上固定带有滑片的转子柱塞和同步缸体，所述滑片利用轴套组装在所述同步缸体的腰形槽中；所述燃烧机采用热激制氢燃烧机，热激制氢燃烧机壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管，组装在所述螺旋加热管盘管中心内的耐热陶瓷热岛以及固定在所述壳体的底座上的燃气喷嘴；所述热激制氢燃烧机壳体的热气流出口与所述发动机机体内的同步缸体连通，所述发动机机体的排气口经所述高温换热器与所述集汽室连接。

2.根据权利要求1所述的氢能涡蚌发动机，其特征在于：组装在所述同步缸体的腰形槽中的所述滑片通过设置在外周密封槽内的密封条与所述发动机机体内周的衬套相接触。

3.根据权利要求2所述的氢能涡蚌发动机，其特征在于：所述发动机采用转子发动机或齿轮发动机或往复式活塞发动机或螺杆发动机或涡轮发动机。

4.根据权利要求1所述的氢能涡蚌发动机，其特征在于：所述热激制氢燃烧机包括带有排空电磁阀、火探头、热电偶和热气流出口以及火花塞的壳体，其中在所述壳体内设置带有护套和耐热陶瓷衬套的螺旋加热管及组装在所述螺旋加热管盘管中心内的耐热陶瓷热岛，所述螺旋加热管的护套底端和耐热陶瓷衬套的底部及所述燃气喷嘴上部都固定在所述燃烧机壳体的底座上，并使所述燃气喷嘴的中心与所述螺旋加热管盘管中心和耐热陶瓷热岛的中心位于同一轴线上，组装在所述燃气喷嘴上的燃气电磁阀的进气连接管与所述燃气喷嘴一端连通，所述螺旋加热管的伸出燃烧机壳体侧壁端通过一号、二号蒸汽电磁调节阀分别连接所述蒸汽管路，所述螺旋加热管的伸出所述护套的底座端与所述燃气喷嘴的另一端连通。

5.根据权利要求5所述的氢能涡蚌发动机，其特征在于：所述燃气喷嘴主要由基座、带有燃气通道、流槽和水蒸汽出汽孔的嘴芯、嘴芯连接套和燃气导流罩构成，所述基座的连接所述燃气电磁阀的一端与所述燃气喷嘴的嘴芯的燃气通道、流槽连通，所述基座的连接所述螺旋加热管的一端与所述燃气喷嘴的嘴芯的水蒸汽出汽孔连通。

Images