CN203906084U - 介质吸热回能内燃机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种介质吸热回能内燃机，特别是一种利用介质回收余热进行膨胀做功的内燃机，属于内燃机技术领域。本装置的燃气气缸套在同轴向的高压气气缸内，同轴向的压缩气气缸反向设置在燃气气缸下方，并且压缩气气缸的活塞连杆和燃气气缸套的活塞连杆互成180°共同装在曲轴上，燃气气缸套的活塞及连杆与高压气气缸的活塞及连杆连成一体，压缩气气缸的排气口通过高压冷凝管连接到高压气气缸的进气口。通过四个冲程的进行，介质液态在做功冲程时，通过高压进液阀进入高压气气缸内，吸热做功，而排气口处设置有排气阀，排气阀连接介质回流管进行回流，可将气缸壁和燃气剩余的热量大部分回收掉，内燃机的热效率可以大幅提升。

Description

介质吸热回能内燃机

技术领域

本实用新型涉及一种介质吸热回能内燃机，具体是一种利用介质回收余热进行膨胀做功的内燃机，属于内燃机技术领域。

背景技术

现有的内燃机约有30%的热能通过废气排出，约35%的热能通过冷却系统的水带走，总计超过60%以上的热能是不能做功的，因此热能的转换效率是很低的。目前对于提高内燃机的热能的转换效率的研究很多，但已知的各种技术都较复杂，成本也较高，如何简单方便地利用这些热能来做功是一个亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种介质吸热回能内燃机，其结构较简单，制造成本较低，可吸收内燃机气缸壁和废气中的热量，实现节能的目的，使得内燃机的热效率大幅提高。

对现有的燃气内燃机的基本结构进行改进，将原来的内燃机单一缸体变为直列式三个气缸构成，即燃气气缸27缸套在同轴向的高压气气缸26内，同轴向的压缩气气缸反向设置在燃气气缸27下方，并且压缩气气缸28的活塞连杆和燃气气缸套的活塞连杆互成180°共同装在曲轴上，燃气气缸套的活塞及连杆与高压气气缸的活塞及连杆连成一体，压缩气气缸28的排气口通过高压冷凝管连接到高压气气缸26的进气口，燃气气缸27与高压气气缸26之间，安装了螺旋热气管10，该管与燃气气缸27的排气口4与排气管接头5连通，排气通道缠绕燃气气缸27缸壁构成螺旋热气管10，热气进入到螺旋热气管10后通过穿过高压气气缸26壁上的热气排气口13通向大气，介质液态在做功冲程时，通过高压进液阀8进入高压气气缸26内，液态介质可在高压气气缸内获得到来自燃气气缸壁和燃烧废气的热能，吸热后膨胀成气体，推动高压气做功活塞14，与燃气气缸中的燃气一起做功，高压气气缸26的进气口处也设置有高压进液阀8，而排气口处设置有排气阀6，排气阀连接介质回流管30，该回流管设置介质回流管散热片29，对介质气体进行初级降温，回流管连接进气单向阀25，位于压缩气气缸28进气口处，在压缩气气缸28的排气口处设置有压气单向阀23。

高压冷凝管7采用一系列平行的金属管连接成，并且压缩气气缸28的压气总量体积与高压冷凝管7总的空腔体积之比≥5，即空压比在5以上，介质气体进入高压冷凝管7，经过冷凝变为液体，高压冷凝管7外部设有导风外罩32，外罩顶端设有散热风扇31，该风扇轴与曲轴18通过机械传动进行联动。

高压气气缸26与压缩气气缸28之间由机体外壳连接，机体外壳上设置有通气孔17，可使本装置的结构更加紧凑，并且又可使高压气气缸和压缩气气缸的活塞运动阻力减小。

本装置的压缩气气缸28的缸壁上装有一系列散热片21，可尽量使其产生的高压介质气体温度降低，从而提高高压气气缸的工作效率。

燃气做功活塞11的做功活塞连杆15与压气活塞连杆19采用长度相同的连杆，用活塞销12销铰接燃气做功活塞11，压气活塞销22铰接压气活塞20。

工作原理：该内燃机在现有的内燃机的基础上进行改进，由单一的燃气气缸变为直列式三个气缸构成，即燃气气缸27、高压气气缸26和压缩气气缸28。通过四个冲程的进行,可以将气缸壁和燃气剩余的热量大部分回收掉。

1.吸气冲程：燃气做功活塞11向下运动，进气门2打开，通过进气口1吸入空气。与此同时，与燃气做功活塞11相连的高压气做功活塞14也同时向下运动，高压进液阀8打开，吸入高压冷凝管7的介质液体，介质液体收燃气气缸27的缸壁和燃烧热气排气管的热量，液体蒸发膨胀做功，推动高压气做功活塞14向下运动做功。上方两活塞在向下运动时，通过活塞连杆15和曲轴18传递，压气活塞20向上运动，进入到吸气阶段，压气单向阀23关闭，进气单向阀25打开，运动到下止点，两个进气阀关闭，开始进入压缩冲程。

2.压缩冲程：燃气做功活塞11向上运动，进气门2和排气门3关闭，与此同时，高压进液阀8关闭，排气阀6打开，与燃气做功活塞11相连的高压气做功活塞14也同时向上运动，将介质膨胀做功后的介质气体通过排气阀6排出至介质回流管30内，经介质回流管散热片29进行初步降温。上方两气缸在向上运动时，通过活塞连杆15，压气活塞20向下运动，进入到压气阶段，压气单向阀23打开，进气单向阀25关闭。介质气体通过高压进气管24被压入到高压冷凝管7中。

这里，高压冷凝管7由多根金属并列连接而成，其总的空腔体积为v=nπr ² l，r是高压冷凝管空腔内壁半径，l是高压冷凝管总长；压气总量V=πR ² L，，这里R为压气活塞半径，L为压气活塞行程。于是，空压比为ε=V／v≥4，热能回收效率与空压比成正比。由于高压冷凝管管壁较厚，耐压能力较强，可防止漏气；由多根金属并列连接而成，可以及时散热，将压缩空气发出的热量及时散去，以保证高压气的温度较低，便于吸热膨胀做功。

3.做功冲程：运动到上止点，两个进气排气门关闭，燃气燃烧，进入做功冲程。燃气做功活塞11向下运动，燃气膨胀做功。与此同时，与燃气做功活塞11相连的高压气做功活塞14也同时向下运动，高压进液阀8打开，喷射介质液体，该介质液体吸收气缸壁和热气排气管的热量，蒸发膨胀做功，推动高压气做功活塞14向下运动做功，这样上方两个活塞都在做功。上方两活塞在向下运动时，通过活塞连杆15，压气活塞20向上运动，进入到吸气阶段，压气单向阀23关闭，进气单向阀打开25。运动到下止点，两个进气阀关闭，开始进入排气冲程。

4.排气冲程：燃气做功活塞11向上运动，进气门2关闭，排气门3打开。燃烧后的热气由排气口4经排气管接头5进入到螺旋热气储气管10内，此时燃气的温度极高，使得金属的螺旋热气储气管10外壁的温度极高，为下一次高压冷气膨胀做功做好准备。与此同时，高压进液阀8关闭，排气阀6打开，与燃气做功活塞11相连的高压气做功活塞14也同时向上运动，将介质膨胀做功后的介质气体通过排气阀6排出至介质回流管30内，通过压气单向阀25输入压缩气气缸28内。上方两气缸在向上运动时，通过活塞连杆15，压气活塞20向下运动，进入到压气阶段，压气单向阀23打开，进气单向阀25关闭。介质气体通过高压进气管24被压入到高压冷凝管7中，进行冷凝。

上述就是四个冲程的过程。通过这样的方式可以将气缸壁和燃气剩余的热量大部分回收掉。尽管压气活塞20向下运动要消耗能量，介质气体发出的热量要尽快散去，采用散热片21和高压冷凝管7进行散热和介质回流管散热片29，成为高压冷气，但通过理论的估算，高压冷气吸热做功回收的能量大大高于压气活塞20向下运动所消耗的能量，内燃机的热效率可以提高30%。

本实用新型的有益效果: 采用介质进行吸热膨胀做功来吸收内燃机气缸壁和废气中的大部分热量，实现节能的目的。内燃机的热效率可以大幅提高，同时可不再使用水冷系统，降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型内燃机运动到上止点的结构示意图；

图2为本实用新型内燃机做功状态示意图；

图3为本实用新型内燃机运动到下止点的状态示意图。

图1中各标号依次表示: 1、进气口，2、进气门，3、排气门，4、排气口，5、排气管接头，6、排气阀，7、高压冷凝管，8、高压进液阀，9、高压进气管，10、螺旋热气管，11、燃气做功活塞，12、活塞销，13、热气排气口，14、高压气做功活塞，15、做功活塞连杆，16、机体外壳，17、通气孔，18、曲轴，19、压气活塞连杆，20、压气活塞，21、散热片，22、压气活塞销，23、压气单向阀，24、高压进气管，25、进气单向阀，26、高压气气缸，27、燃气气缸， 28、压缩气气缸，29、介质回流管散热片，30、介质回流管，31、散热风扇，32、导风外罩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

对现有的燃气内燃机的基本结构进行改进，将原来的内燃机单一缸体变为直列式三个气缸构成，即燃气气缸27缸套在同轴向的高压气气缸26内，同轴向的压缩气气缸反向设置在燃气气缸27下方，并且压缩气气缸28的活塞连杆和燃气气缸套的活塞连杆互成180°共同装在曲轴上，燃气气缸套的活塞及连杆与高压气气缸的活塞及连杆连成一体，压缩气气缸28的排气口通过高压冷凝管连接到高压气气缸26的进气口，燃气气缸27与高压气气缸26之间，安装了螺旋热气管10，该管与燃气气缸27的排气口4与排气管接头5连通，排气通道缠绕燃气气缸27缸壁构成螺旋热气管10，热气进入到螺旋热气管10后通过穿过高压气气缸26壁上的热气排气口13通向大气，因此液态介质可在高压气气缸内获得到来自燃气气缸壁和燃烧废气的热能，吸热后膨胀成气体，推动高压气做功活塞14，与燃气气缸中的燃气一起做功，高压气气缸26的进气口处也设置有高压进液阀8，介质液态在做功冲程时，通过高压进液阀8进入高压气气缸26内，吸热做功，实现热能回收，而排气口处设置有排气阀6，排气阀连接介质回流管30，该回流管设置介质回流管散热片29，对介质气体进行初级降温，回流管连接进气单向阀25，位于压缩气气缸28进气口处，在压缩气气缸28的排气口处设置有压气单向阀23。螺旋热气管10采用散热效果好的金属，螺旋热气管10表面可压出条纹增加表面散热效果。

高压冷凝管7采用一系列平行的金属管连接成，并且压缩气气缸28的压气总量体积与高压冷凝管7总的空腔体积之比≥5，即空压比在5以上，介质气体进入高压冷凝管7，经过冷凝变为液体，高压冷凝管7外部设有导风外罩32，外罩顶端设有散热风扇31，该风扇轴与曲轴18通过机械传动进行联动。

高压气气缸26与压缩气气缸28之间由机体外壳连接，机体外壳上设置有通气孔17，可使本装置的结构更加紧凑，并且又可使高压气气缸和压缩气气缸的活塞运动阻力减小。

本装置的压缩气气缸28的缸壁上装有一系列散热片21，可尽量使其产生的高压介质气体温度降低，从而提高高压气气缸的工作效率。

燃气做功活塞11的做功活塞连杆15与压气活塞连杆19采用长度相同的连杆，用活塞销12销铰接燃气做功活塞11，压气活塞销22铰接压气活塞20。

工作介质可用卤代烃及非卤代烃类物质，若散热环节解决较好，也可以直接用水作为工作介质。

Claims (1)

1.一种介质吸热回能内燃机，其特征是：对现有的燃气内燃机的基本结构进行改进，将原来的内燃机单一缸体变为直列式三个气缸构成，即燃气气缸（27）缸套在同轴向的高压气气缸（26）内，同轴向的压缩气气缸反向设置在燃气气缸（27）下方，并且压缩气气缸（28）的活塞连杆和燃气气缸套的活塞连杆互成180°共同装在曲轴上，燃气气缸套的活塞及连杆与高压气气缸的活塞及连杆连成一体，压缩气气缸（28）的排气口通过高压冷凝管连接到高压气气缸（26）的进气口，燃气气缸（27）与高压气气缸（26）之间，安装了螺旋热气管（10），该管与燃气气缸（27）的排气口（4）与排气管接头（5）连通，排气通道缠绕燃气气缸（27）缸壁构成螺旋热气管（10），热气进入到螺旋热气管（10）后通过穿过高压气气缸（26）壁上的热气排气口（13）通向大气，介质液态在做功冲程时，通过高压进液阀（8）进入高压气气缸（26）内，液态介质可在高压气气缸内获得到来自燃气气缸壁和燃烧废气的热能，吸热后膨胀成气体，推动高压气做功活塞（14），与燃气气缸中的燃气一起做功，高压气气缸（26）的进气口处也设置有高压进液阀（8），而排气口处设置有排气阀（6），排气阀连接介质回流管（30），该回流管设置介质回流管散热片（29），对介质气体进行初级降温，回流管连接进气单向阀（25），位于压缩气气缸（28）进气口处，在压缩气气缸（28）的排气口处设置有压气单向阀（23）。