CN202132131U - 内燃液体发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内燃液体发动机，包括内燃机、液体气源和爆排发动机，在所述内燃机燃烧室壁内设燃烧室壁高压流体通道和/或在所述内燃机的膨胀腔体壁内设膨胀腔壁高压流体通道和/或在所述内燃机的排气道设排气高压热交换器，所述液体气源经高压液体泵再至少经所述燃烧室壁高压流体通道、膨胀腔壁高压流体通道和排气高压热交换器三个单元中的一个与所述爆排发动机的工质导入口连通。本实用新型所公开的内燃液体发动机效率高。

Description

内燃液体发动机

技术领域

本实用新型涉及热能与动力领域，尤其是一种内燃发动机。

背景技术

目前，内燃机的应用十分广泛，但其排气温度较高，损失了大量的热能。为了提高发动机的效率，关于用液化气体(例如液氮等)作为蓄能介质使其在吸收环境的热量后气化膨胀作功的研究较为活跃。但是由于一般都是用大气作为环境，因为大气的温度不高，这类发动机的效率不高。为此，如果能够发明一种新的系统，将这两类热机的循环串联工作，将大幅度提高其效率。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出的技术方案如下：

一种内燃液体发动机，包括内燃机、液体气源和爆排发动机，在所述内燃机燃烧室壁内设燃烧室壁高压流体通道和/或在所述内燃机的膨胀腔体壁内设膨胀腔壁高压流体通道和/或在所述内燃机的排气道设排气高压热交换器，所述液体气源经高压液体泵再至少经所述燃烧室壁高压流体通道、膨胀腔壁高压流体通道和排气高压热交换器三个单元中的一个与所述爆排发动机的工质导入口连通。

进一步地，在所述液体气源与燃烧室壁高压流体通道、膨胀腔壁高压流体通道和排气高压热交换器三个单元中的任何一个连通之前的液体流通通道上设环境热交换器，所述液体气源中的液体在所述环境热交换器中吸热升温。

选择性地，所述内燃机设为活塞式内燃机。

选择性地，所述内燃机设为非活塞式内燃机。

选择性地，所述爆排发动机设为活塞式爆排发动机，在所述工质导入口处设工质导入阀，在所述活塞式爆排发动机的工质导出口处设工质导出阀。

选择性地，所述爆排发动机设为非活塞式爆排发动机。

选择性地，所述液体气源内的液体设为液氧、液氮、液氦、液体二氧化碳或液化空气。

选择性地，所述液体气源内的液体设为液氧，所述爆排发动机的工质导出口与所述内燃机的进气道连通。

选择性地，所述爆排发动机设为液体活塞爆排发动机，所述液体活塞爆排发动机包括气液缸、液压动力机构和液体工质回送系统，所述工质导入口设在所述气液缸上，在所述气液缸上设工质导出口和活塞液体导出口，所述活塞液体导出口与所述液压动力机构连通，所述液压动力机构的液体出口与所述液体工质回送系统连通，所述液体工质回送系统的液体出口与所述气液缸连通，所述液压动力机构对外输出动力。进一步地，可在所述工质导入口处设工质导入阀，在所述工质导出口处设工质导出阀。

进一步地，所述内燃机的动力轴和所述爆排发动机的动力轴连接。

进一步地，在所述内燃机的所述排气道上设排气高温高压热交换器、排气低温高压热交换器，所述液体气源依次经所述排气低温高压热交换器、所述内燃机的冷却系统和所述排气高温高压热交换器与所述工质导入口连通。

进一步地，所述工质导入口处的承压能力大于等于15MPa。

进一步地，在同时设有燃烧室壁高压流体通道、膨胀腔壁高压流体通道和冷却系统的结构中，在所述液体气源上设旁通管，所述旁通管经旁通高压液体泵与液体流量需求大的热交换器连通，以平衡热量流与质量流之间的关系。

更进一步地，所述内燃液体发动机还包括液体二氧化碳储罐，所述液体二氧化碳储罐与所述内燃机的所述排气道连通。被所述液体气源中的液体冷却液化后的排气中的二氧化碳储存在所述液体二氧化碳储罐内。

一种提高所述内燃液体发动机效率和环保性的方法，调整即将开始作功的气体工质的温度到2000K以下，调整即将开始作功的气体工质的压力到15MPa以上，使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。

本实用新型中，图14是气体工质的温度T和压力P的关系图，O-A-H所示曲线是通过状态参数为298K和0.1MPa的O点的气体工质绝热关系曲线；B点为气体工质的实际状态点，E-B-D所示曲线是通过B点的绝热关系曲线，A点和B点的压力相同；F-G所示曲线是通过2800K和10MPa(即目前内燃机中即将开始作功的气体工质的状态点)的工质绝热关系曲线。

本实用新型中，图14中的

中的K是气体工质绝热指数，P是气体工质的压力，T是气体工质的温度，C是常数。

本实用新型中，所谓的类绝热关系包括下列三种情况：1.气体工质的状态参数(即工质的温度和压力)点在所述工质绝热关系曲线上，即气体工质的状态参数点在图14中O-A-H所示曲线上；2.气体工质的状态参数(即工质的温度和压力)点在所述工质绝热关系曲线左侧，即气体工质的状态参数点在图14中O-A-H所示曲线的左侧；3.气体工质的状态参数(即工质的温度和压力)点在所述工质绝热关系曲线右侧，即气体工质的状态参数点在图14中O-A-H所示曲线的右侧，但是气体工质的温度不高于由此气体工质的压力按绝热关系计算所得温度加1000K的和、加950K的和、加900K的和、加850K的和、加800K的和、加750K的和、加700K的和、加650K的和、加600K的和、加550K的和、加500K的和、加450K的和、加400K的和、加350K的和、加300K的和、加250K的和、加200K的和、加190K的和、加180K的和、加170K的和、加160K的和、加150K的和、加140K的和、加130K的和、加120K的和、加110K的和、加100K的和、加90K的和、加80K的和、加70K的和、加60K的和、加50K的和、加40K的和、加30K的和或不高于加20K的和，即如图14所示，所述气体工质的实际状态点为B点，A点是压力与B点相同的绝热关系曲线上的点，A点和B点之间的温差应小于1000K、950K、900K、850K、800K、750K、700K、650K、600K、550K、500K、450K、400K、350K、300K、250K、200K、190K、180K、170K、160K、150K、140K、130K、120K、110K、100K、90K、80K、70K、60K、50K、40K、30K或小于20K。

本实用新型中，所谓类绝热关系可以是上述三种情况中的任何一种，也就是指：即将开始作功的气体工质的状态参数(即气体工质的温度和压力)点在如图14所示的通过B点的绝热过程曲线E-B-D的左侧区域内。

本实用新型中，所谓的即将开始作功的气体工质是指在作功冲程(或作功过程)即将开始时自身即将开始膨胀推动作功机构作功的气体工质。

本实用新型中，将即将开始作功的气体工质的状态参数(即气体工质的温度和压力)符合类绝热关系的发动机系统(即热动力系统)定义为低熵发动机。

本实用新型中，调整充入所述爆排发动机的气缸内的气体的量以及气体的温度和压力，以及所述内燃机的燃烧室的燃油的量，进而调整即将开始作功的气体工质的温度到2000K以下，调整即将开始作功的气体工质的压力到15MPa以上，使即将开始作功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。

本实用新型中的内燃机是指传统意义上的内燃机，包括活塞式内燃机、燃气轮机等一切利用内燃方式进行热功转换的系统；所谓液体气源是指液化气体源，例如液氮储罐等；所谓的爆排发动机是指液体气源内的液体(如液氮等)吸热气化形成的高压气体被定量导入膨胀腔内并在膨胀器内膨胀作功，膨胀作功后的气体被排出系统的装置，也就是只有作功冲程和排气冲程的发动机，它包括活塞式、叶轮式等一切可以实现这一过程的机构；所谓的膨胀腔体是指爆排发动机中气体膨胀作功的腔体，例如活塞式内燃发动机中的气缸壁、气缸盖和活塞所构成的腔体，再例如燃气轮机中的燃气轮机壳体、轮机燃烧室以及涡轮所构成的腔体。

本实用新型中所谓排气低温高压热交换器是指以排气低温段为热源的，并能承受高压气体液化物的压力的热交换器。

本实用新型中所谓“所述旁通管经旁通高压液体泵与液体流量需求大的热交换器连通，以平衡热量流与质量流之间的关系”是指用旁通管给热量流大的热交换器提供大的质量流，以达到热交换和降温冷却的目的。

本实用新型中的所谓气液缸是指设有气体进口、气体出口、液体进口和液体出口的容器，在所述气液缸内的液体如同气缸内的活塞一样起密封传动作用，在所述气液缸内气体与液体的相互作用和传统气缸内气体工质和活塞的作用相同；所谓液压动力机构是指利用压力液体对外作功的机构；所谓液体工质回送系统是指将液体回送到所述气液缸内的系统，这一系统应具有阀、储罐和泵的结构，在某些情况下，可以利用蓄能罐代替储罐和泵；所谓的活塞液体是指气液缸内的液体而不是指液体气源内的液体。

在本实用新型中，所述液体气源内的液体和活塞液体(即气液缸内的液体可以推动所述液压动力机构的液体)可以是同一种物质，也可以是不同种物质。

本实用新型中，所谓连通是指直接连通和经阀、泵、控制系统等的间接连通。

本实用新型中，应根据热动力领域或液压领域的公知技术在必要的地方设传感器、阀、燃油供给系统、泵等必要部件、单元或系统。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所公开的内燃液体发动机效率高。

附图说明

图1所示的是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2所示的是本实用新型实施例2的结构示意图；

图3所示的是本实用新型实施例3的结构示意图；

图4所示的是本实用新型实施例4的结构示意图；

图5所示的是本实用新型实施例5的结构示意图；

图6所示的是本实用新型实施例6的结构示意图；

图7所示的是本实用新型实施例7的结构示意图；

图8所示的是本实用新型实施例8的结构示意图；

图9所示的是本实用新型实施例9的结构示意图；

图10和图11所示的是本实用新型实施例10的结构示意图；

图12所示的是本实用新型实施例11的结构示意图；

图13所示的是本实用新型实施例12的结构示意图；

图14是气体工质的压力P和温度T的关系图，

图中：

1内燃机、2液体气源、3爆排发动机、5液体二氧化碳储罐、8旁通管、101燃烧室壁高压流体通道、102膨胀腔壁高压流体通道、100排气道、103排气高压热交换器、222高压液体泵、110进气道、301工质导入口、201环境热交换器、111活塞式内燃机、112非活塞式内燃机、331活塞式爆排发动机、3011工质导入阀、302工质导出口、3021工质导出阀、332非活塞式爆排发动机、3000液体活塞爆排发动机、3001气液缸、3002液压动力机构、3003液体工质回送系统、3005活塞液体导出口、801旁通高压液体泵、104排气高温高压热交换器、105排气低温高压热交换器、106冷却系统。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的内燃液体发动机，包括内燃机1、液体气源2和爆排发动机3，在所述内燃机1的排气道100设排气高压热交换器103，所述液体气源2经高压液体泵222再经所述排气高压热交换器103与所述爆排发动机3的工质导入口301连通，所述工质导入口(301)处的承压能力大于15MPa，所述液体气源2内的液体设为液氧、液氮、液氦、液体二氧化碳或液化空气。

为了进一步提高所述内燃液体发动的机效率和环保性，无论在所述内燃机1的燃烧室还是在所述爆排发动机3的燃烧室内，调整即将开始作功的气体工质的温度到2000K以下，调整即将开始作功的气体工质的压力到15MPa以上，使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。

实施例2

如图2所示的内燃液体发动机，其与实施例1的区别在于：取消所述内燃机1的排气道100上的排气高压热交换器103，在所述内燃机1燃烧室壁内设燃烧室壁高压流体通道101，所述液体气源2经高压液体泵222再经所述燃烧室壁高压流体通道101与所述爆排发动机3的工质导入口301连通。

实施例3

如图3所示的内燃液体发动机，其与实施例1的区别在于：取消所述内燃机1的排气道100上的排气高压热交换器103，在所述内燃机1的膨胀腔体壁内设膨胀腔壁高压流体通道102，所述液体气源2经高压液体泵222再经所述膨胀腔壁高压流体通道102与所述爆排发动机3的工质导入口301连通。

实施例4

如图4所示的内燃液体发动机，其与实施例1的区别在于：在所述液体气源2与排气高压热交换器103连通之前的液体流通通道上设环境热交换器201，所述液体气源2中的液体在所述环境热交换器201中吸热升温。

实施例5

如图5所示的内燃液体发动机，其与实施例1的区别在于：所述内燃机设为活塞式内燃机111，所述爆排发动机设为活塞式爆排发动机331，在所述工质导入口301处设工质导入阀3011，在所述活塞式爆排发动机331的工质导出口302处设工质导出阀3021。

实施例6

如图6所示的内燃液体发动机，其与实施例1的区别在于：所述内燃机设为非活塞式内燃机112，所述爆排发动机设为非活塞式爆排发动机332。

实施例7

如图7所示的内燃液体发动机，其与实施例1的区别在于：所述液体气源2内的液体设为液氧，所述爆排发动机3的工质导出口302与所述内燃机1的进气道110连通。

实施例8

如图8所示的内燃液体发动机，其与实施例1的区别在于：所述爆排发动机设为液体活塞爆排发动机3000，所述液体活塞爆排发动机3000包括气液缸3001、液压动力机构3002和液体工质回送系统3003，所述工质导入口301设在所述气液缸3001上，在所述工质导入口301处设工质导入阀3011，在所述气液缸3001上设工质导出口302，在所述工质导出口302处设工质导出阀3021，在所述气液缸3001上设活塞液体导出口3005，所述活塞液体导出口3005与所述液压动力机构3002连通，所述液压动力机构3002的液体出口与所述液体工质回送系统3003连通，所述液体工质回送系统3003的液体出口与所述气液缸3001连通，所述液压动力机构3002对外输出动力，所述内燃机1的动力轴和所述液体活塞爆排发动机3000的动力轴连接。

实施例9

如图9所示的内燃液体发动机，其与实施例1的区别在于：在所述内燃机1的膨胀腔体壁内设膨胀腔壁高压流体通道102，所述液体气源2经高压液体泵222再经所述膨胀腔壁高压流体通道102和所述排气高压热交换器103与所述爆排发动机3的工质导入口301连通。

实施例10

如图10和图11所示的内燃液体发动机，其与实施例1的区别在于：取消所述内燃机1的排气道100上的排气高压热交换器103，在所述内燃机1的所述排气道100上设排气高温高压热交换器104、排气低温高压热交换器105所述液体气源2依次经所述排气低温高压热交换器105、所述内燃机1的冷却系统106和所述排气高温高压热交换器104与所述工质导入口301连通。

实施例11

如图12所示的内燃液体发动机，其与实施例10的区别在于：所述内燃液体发动机还包括液体二氧化碳储罐5，所述液体二氧化碳储罐5与所述内燃机1的所述排气道100连通，被所述液体气源2中的液体冷却液化后的排气中的二氧化碳储存在所述液体二氧化碳储罐5内。

实施例12

如图13所示的内燃液体发动机，其与实施例10的区别在于：在同时设有排气高温高压热交换器104、排气低温高压热交换器105和冷却系统106的结构中，在所述液体气源2上设旁通管8，所述旁通管8经旁通高压液体泵801与液体流量需求大的所述冷却系统106连通，以平衡热量流与质量流之间的关系。

显然，本实用新型不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本实用新型所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (14)

1.一种内燃液体发动机，包括内燃机(1)、液体气源(2)和爆排发动机(3)，其特征在于：在所述内燃机(1)燃烧室壁内设燃烧室壁高压流体通道(101)和/或在所述内燃机(1)的膨胀腔体壁内设膨胀腔壁高压流体通道(102)和/或在所述内燃机(1)的排气道(100)设排气高压热交换器(103)，所述液体气源(2)经高压液体泵(222)再至少经所述燃烧室壁高压流体通道(101)、膨胀腔壁高压流体通道(102)和排气高压热交换器(103)三个单元中的一个与所述爆排发动机(3)的工质导入口(301)连通。

2.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：在所述液体气源(2)与燃烧室壁高压流体通道(101)、膨胀腔壁高压流体通道(102)和排气高压热交换器(103)三个单元中的任何一个连通之前的液体流通通道上设环境热交换器(201)。

3.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：所述内燃机(1)设为活塞式内燃机(111)。

4.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：所述内燃机(1)设为非活塞式内燃机(112)。

5.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：所述爆排发动机(3)设为活塞式爆排发动机(331)，在所述工质导入口(301)处设工质导入阀(3011)，在所述活塞式爆排发动机(331)的工质导出口(302)处设工质导出阀(3021)。

6.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：所述爆排发动机(3)设为非活塞式爆排发动机(332)。

7.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：所述液体气源(2)内的液体设为液氧、液氮、液氦、液体二氧化碳或液化空气。

8.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：所述液体气源(2)内的液体设为液氧，所述爆排发动机(3)的工质导出口(302)与所述内燃机(1)的进气道(110)连通。

9.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：所述爆排发动机(3)设为液体活塞爆排发动机(3000)，所述液体活塞爆排发动机(3000)包括气液缸(3001)、液压动力机构(3002)和液体工质回送系统(3003)，所述工质导入口(301)设在所述气液缸(3001)上，在所述气液缸(3001)上设工质导出口(302)和活塞液体导出口(3005)，所述活塞液体导出口(3005)与所述液压动力机构(3002)连通，所述液压动力机构(3002)的液体出口与所述液体工质回送系统(3003)连通，所述液体工质回送系统(3003)的液体出口与所述气液缸(3001)连通，所述液压动力机构(3002)对外输出动力。

10.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：所述内燃机(1)的动力轴和所述爆排发动机(3)的动力轴连接。

11.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：在所述内燃机(1)的所述排气道(100)上设排气高温高压热交换器(104)、排气低温高压热交换器(105)，所述液体气源(2)依次经所述排气低温高压热交换器(105)、所述内燃机(1)的冷却系统(106)和所述排气高温高压热交换器(104)与所述工质导入口(301)连通。

12.如权利要求1所述内燃液体发动机，其特征在于：所述工质导入口(301)处的承压能力大于等于15MPa。

13.如权利要求11所述内燃液体发动机，其特征在于：在同时设有排气高温高压热交换器(104)、排气低温高压热交换器(105)和冷却系统(106)的结构中，在所述液体气源(2)上设旁通管(8)，所述旁通管(8)经旁通高压液体泵(801)与液体流量需求大的热交换器连通。

14.如权利要求1至13任意之一所述内燃液体发动机，其特征在于：所述内燃液体发动机还包括液体二氧化碳储罐(5)，所述液体二氧化碳储罐(5)与所述内燃机(1)的所述排气道(100)连通。

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