CN202431306U - 传统活塞单热源闭合循环发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种传统活塞单热源闭合循环发动机，包括气缸和活塞，活塞设置在气缸内，在气缸的缸盖上设进气口，在进气口处设进气门，在气缸的缸盖上设排气口，在排气口处设排气门，进气口和排气口经进排连通通道连通，在进排连通通道上设气体工质吸热环境加热器，在进排连通通道与排气口的连通处设气液分离器，气液分离器的液体出口经液体工质高压回送系统与气缸连通。本实用新型可制造出不消耗燃料对外输出功的高效制冷系统。

Description

传统活塞单热源闭合循环发动机

技术领域

本实用新型涉及热能与动力领域，尤其是一种传统活塞单热源闭合循环发动机。

背景技术

根据热力学的基本定律，热机必须需要两个不同温度的热源。世界上所有热机都是以环境作为低温热源或自造高于环境温度的热源作为低温热源，而通过燃烧燃料或通过太阳能构建温度高于环境的高温热源，为此，人类消耗了大量能源，也对环境造成了严重污染。如果能够实用新型一种以环境作为高温热源和/或以低品位热源（如海水、地热、尾气、工厂余热以及太阳能集热系统等）为高温热源，并通过内部系统构造一个温度低于环境和低品位热源温度的低温热源的发动机，将具有划时代的意义。

实用新型内容

要想利用环境或低品位热源作为高温热源，在发动机系统内构建一个低温热源，唯一的方法就是将来自于环境的气体、或将来自于低品位热源的气体、或将在环境中吸热的气体、或将在低品位热源中吸热的气体进行绝热深度压缩或进行近似绝热深度压缩，在深度压缩过程中被压缩的气体的压力和温度均大幅度提高，向被深度压缩的气体内混入液体（含临界状态），液体与气体发生传热相变成气体，使压力升高、温度小幅升高或不升高或下降，然后进行绝热膨胀作功，膨胀作功的量大于压缩过程的功耗，所以系统可以对外输出动力，作功完了时的气体温度下降到低于压缩前的温度，这样就构建了一个新的低温热源。如果从表面上看，这个过程违反了热力学的相关定律，但是详细分析，可知在向高温高压气体内混入液体（含临界状态）时，压力会大幅升高，压力的升高会导致膨胀作功完了时的气体温度大幅下降，这一过程的实质是利用了传质过程和传热过程的互换，用传质过程替换了传热过程，从而实现了构建低温热源的目的。

向被深度压缩的气体内混入液体（含临界状态）的量应满足液体气化后气相总摩尔数n、温度T和气体常数R的乘积大于混入液体前的此乘积。在向被深度压缩的气体内混入液体（含临界状态）的过程中，应尽可能维持恒容状态。

为了解决上述问题，本实用新型提出的技术方案如下：

一种传统活塞单热源闭合循环发动机，包括气缸和活塞，所述活塞设置在所述气缸内，在所述气缸的缸盖上设进气口，在所述进气口处设进气门，在所述气缸的缸盖上设排气口，在所述排气口处设排气门，所述进气口和所述排气口经进排连通通道连通，在所述进排连通通道上设气体工质吸热环境加热器，在所述进排连通通道与所述排气口的连通处设气液分离器，所述气液分离器的液体出口经液体工质高压回送系统与所述气缸连通，所述进气门、所述排气门和所述液体工质高压回送系统受过程控制机构控制，实现当气体工质在所述气缸内被深度压缩后的温度和压力大幅度提高时，所述液体工质高压回送系统将液体工质回送到所述气缸内，所述液体工质与所述气体工质混合受热气化使压力进一步提高，推动所述活塞下行作功，所述活塞下行作功的量大于所述气体工质被深度压缩过程所需要的功，所述活塞对系统外作功，膨胀作功后的所述气体工质的温度降低到低于所述气体工质被压缩前的温度，降温后的所述气体工质在所述活塞上行时经所述排气门被排入所述气体工质吸热环境加热器内自身吸热升温后，在所述活塞下行时，经所述进气门被吸入所述气缸内，当所述活塞上行时所述气体工质再次被深度压缩进入下一个循环。

在所述液体工质的流通通道上设液体工质吸热环境加热器。

在气体工质吸热环境加热器和所述进气口之间的进排连通通道上设气体工质吸热低品位热源加热器。

在所述液体工质吸热环境加热器之后的所述液体工质的流通通道上设液体工质吸热低品位热源加热器。

本实用新型所公开的传统活塞单热源闭合循环发动机中的所谓深度压缩是指在压缩冲程完了时的压力大于等于3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、25MPa、30MPa、35MPa、40MPa、45MPa、50MPa、55MPa或60MPa。

本实用新型的原理是将气体深度压缩，使其温度和压力大幅度上升后混入液体（含临界状态），使压力进一步提高而温度的增幅较小或不升温或降温，然后进行绝热膨胀对外作功。由于膨胀过程的起始压力在相当程度上大于压缩终了时的压力，所以气体膨胀作功的量大于压缩过程的功耗，为此，系统可以对外输出动力。膨胀作功完了后的气体的温度低于压缩开始时的气体温度，所以相当多了一个低温热源，可以利用低温气体从环境或低品位热源吸热升温后再进行压缩构成闭合循环。

本实用新型中所谓的低品位热源指海水、地热、尾气、工厂余热以及太阳能集热系统等一切可以对本实用新型所公开的传统活塞单热源闭合循环发动机中的工质提供热量的热源。

本实用新型中所谓的液体工质是指一切可以用于参与本实用新型所公开的传统活塞单热源闭合循环发动机循环过程的液体，如水、液体二氧化碳、液氮、液氦、氟里昂等；所谓气体工质是指一切可以从环境直接或间接吸热并可参与本实用新型所公开的传统活塞单热源闭合循环发动机循环过程的气体。所谓气体工质和所谓液体工质可以是同一种的物质的两种不同状态，也可以是不同物质。当所述气体工质和所述液体工质设为不同物质时，所述气体工质要选择不发生相变的气体。

本实用新型所公开的传统活塞单热源闭合循环发动机在开始工作时，需要加启动装置。由于系统需要协调工作，必须在系统内设飞轮蓄能机构或与电源连接或蓄电池，以为压缩等耗功过程提供动力。

本实用新型所谓的液体工质吸热环境加热器是指由所述液体工质从环境吸收热量的热交换器；所谓的气体工质吸热环境加热器是指由所述气体工质从环境吸收热量的热交换器；所谓的液体工质吸热低品位热源加热器是指由所述液体工质从低品位热源吸收热量的热交换器；所谓的气体工质吸热低品位热源加热器是指由所述气体工质从低品位热源吸收热量的热交换器。

本实用新型所公开的传统活塞单热源闭合循环发动机设置所述气体工质吸热低品位热源加热器和所述液体工质吸热低品位热源加热器的目的是为了给被压缩之前的气体工质或液体工质提供一定的热量使其升温，以满足本实用新型所公开的传统活塞单热源闭合循环发动机循环的需要，提高发动机的效率。当环境温度较低时，这两个加热器尤为重要。

本实用新型中与高温高压气体工质混合的所述液体工质的量应尽可能多但要保证完全气化没有过剩液体，其潜热小者为好，其温度越高越好，最好是处于临界状态。

本实用新型中，根据活塞式发动机领域公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统。

本实用新型的有益效果如下:

本实用新型可制造出不消耗燃料对外输出功的高效发动机。

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。

图中：1气缸；2活塞；101进气口；102进气门；103排气口；104排气门；110进排连通通道；111气体工质吸热环境加热器；112气体工质吸热低品位热源加热器；1110液体工质吸热环境加热器；200气液分离器；14过程控制机构；6液体工质；7气体工质；8液体工质高压回送系统。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的传统活塞单热源闭合循环发动机，包括气缸1和活塞2，所述活塞2设置在所述气缸1内，在所述气缸1的缸盖上设进气口101，在所述进气口101处设进气门102，在所述气缸1的缸盖上设排气口103，在所述排气口103处设排气门104，所述进气口101和所述排气口103经进排连通通道110连通，在所述进排连通通道110上设气体工质吸热环境加热器111，在所述进排连通通道110与所述排气口103的连通处设气液分离器200，所述气液分离器200的液体出口经液体工质高压回送系统8与所述气缸1连通，所述进气门102、所述排气门104和所述液体工质高压回送系统8受过程控制机构14控制，实现当气体工质7在所述气缸1内被深度压缩后的温度和压力大幅度提高时，所述液体工质高压回送系统8将液体工质6回送到所述气缸1内，所述液体工质6与所述气体工质7混合受热气化使压力进一步提高，推动所述活塞2下行作功，所述活塞2下行作功的量大于所述气体工质7被深度压缩过程所需要的功，所述活塞2对系统外作功，膨胀作功后的所述气体工质7的温度降低到低于所述气体工质7被压缩前的温度，降温后的所述气体工质7在所述活塞2上行时经所述排气门104被排入所述气体工质吸热环境加热器111内自身吸热升温后，在所述活塞2下行时，经所述进气门102被吸入所述气缸1内，当所述活塞2上行时所述气体工质7再次被深度压缩进入下一个循环。

实施例2

如图2所示的传统活塞单热源闭合循环发动机，其与实施1的区别在于：在所述液体工质6的流通通道上设液体工质吸热环境加热器1110。

实施例3

如图3所示的传统活塞单热源闭合循环发动机，其与实施1的区别在于：在气体工质吸热环境加热器111和所述进气口101之间的进排连通通道110上设气体工质吸热低品位热源加热器112。

实施例4

如图4所示的传统活塞单热源闭合循环发动机，其与实施1的区别在于：在所述液体工质吸热环境加热器1110之后的所述液体工质6的流通通道上设液体工质吸热低品位热源加热器113。

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 (5)

1.一种传统活塞单热源闭合循环发动机，包括气缸（1）和活塞（2），其特征在于：所述活塞（2）设置在所述气缸（1）内，在所述气缸（1）的缸盖上设进气口（101），在所述进气口（101）处设进气门（102），在所述气缸（1）的缸盖上设排气口（103），在所述排气口（103）处设排气门（104），所述进气口（101）和所述排气口（103）经进排连通通道（110）连通，在所述进排连通通道（110）上设气体工质吸热环境加热器（111），在所述进排连通通道（110）与所述排气口（103）的连通处设气液分离器（200），所述气液分离器（200）的液体出口经液体工质高压回送系统（8）与所述气缸（1）连通，所述进气门（102）、所述排气门（104）和所述液体工质高压回送系统（8）受过程控制机构（14）控制，实现当气体工质（7）在所述气缸（1）内被深度压缩后的温度和压力大幅度提高时，所述液体工质高压回送系统（8）将液体工质（6）回送到所述气缸（1）内。

2.如权利要求1所述传统活塞单热源闭合循环发动机，其特征在于：所述液体工质（6）与所述气体工质（7）混合受热气化使压力进一步提高，推动所述活塞（2）下行作功，所述活塞（2）下行作功的量大于所述气体工质（7）被深度压缩过程所需要的功，所述活塞（2）对系统外作功，膨胀作功后的所述气体工质（7）的温度降低到低于所述气体工质（7）被压缩前的温度，降温后的所述气体工质（7）在所述活塞（2）上行时经所述排气门（104）被排入所述气体工质吸热环境加热器（111）内自身吸热升温后，在所述活塞（2）下行时，经所述进气门（102）被吸入所述气缸（1）内，当所述活塞（2）上行时所述气体工质（7）再次被深度压缩进入下一个循环。

3.如权利要求1所述传统活塞单热源闭合循环发动机，其特征在于：在所述液体工质（6）的流通通道上设液体工质吸热环境加热器（1110）。

4.如权利要求1所述传统活塞单热源闭合循环发动机，其特征在于：在气体工质吸热环境加热器（111）和所述进气口（101）之间的进排连通通道（110）上设气体工质吸热低品位热源加热器（112）。

5.如权利要求3所述传统活塞单热源闭合循环发动机，其特征在于：在所述液体工质吸热环境加热器（1110）之后的所述液体工质（6）的流通通道上设液体工质吸热低品位热源加热器（113）。

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