CN212177283U - 一种内燃机动力装置及其应用的动力系统和制取氘系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内燃机动力装置及其应用的动力系统和制取氘系统，主要包括燃烧炉和动力装置，所述动力装置包括燃料供应装置、水存储供应装置、动力转换机、一级热交换器以及二级热交换器，所述燃料供应装置和水存储供应装置分别向燃烧炉内供入燃料和水，将动力转换机与燃烧炉连接，以便动力转换机在蒸汽的作用下输出做功，并通过一级热交换器和二级热交换器回收一部份热能和水资源，以较低的温差和热能损失实现朗肯循环。本实用新型基于燃料是在炉内燃烧，可得到比普通四冲程发动机更好的燃烧环境，从而降低尾气污染物排放，并利用在燃烧炉内喷入水溶液，实现朗肯循环，使得内燃机的热效率提高，并降低动力机排气温度，从而降低了动力机制造难度和制造成本。

Description

一种内燃机动力装置及其应用的动力系统和制取氘系统

技术领域

本实用新型实施例涉及内燃机技术领域，具体涉及一种内燃机动力装置及其应用的动力系统和制取氘系统。

背景技术

从内燃机实用新型的时间段内，人们为了提高其热效率不断的升级改良，直到目前，汽车企业几乎每年都在公布新的技术，包括如马自达最新的汽油压燃技术以及大众汽车采用的增压技术等等，但是基本上都在传统内燃机结构与原理的框架下改造升级。另外伴随着人们对环保的重视，各种纯电动汽车、氢燃料汽车等新能源型的动力系统不断的被研发与应用，以及各国不断推出的禁售政策，小型活塞式内燃机几乎走到了被历史淘汰的边缘。

目前在本质上区分内燃气与外燃机是通过判断燃料燃烧废气是否参与做功，基于目前内燃机构造复杂，热效率低，排放物存在非环保气体，造价高等问题，本实用新型提出一种高效率、低污染、结构简单，造价低廉的炉式内燃机动力装置。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种内燃机动力装置及其应用的动力系统和制取氘系统，以解决现有技术中内燃机构造复杂、热效率低、高污染的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

根据本实用新型实施例的第一方面，一种内燃机动力装置，包括：

燃烧炉，所述燃烧炉的内部形成有密闭的，并供燃料燃烧的工作室，并在燃烧炉的顶部形成有供水蒸气输出的出气口；

动力装置，所述动力装置包括燃料供应装置、水存储供应装置、动力转换机、一级热交换器以及二级热交换器，所述燃料供应装置设置在燃烧炉的外侧，并与燃烧炉通过管路连通，以便将燃料以高压形式供入燃烧炉内，所述水存储供应装置设置在燃烧炉的外侧，并与燃烧炉通过管路连通，以便将水溶液供入燃烧炉内，所述动力转换机通过管路连接在燃烧炉的出气口上，以便在动力转换机在蒸汽的作用下输出做功，所述动力转换机、一级热交换器、二级热交换器以及水存储供应装置依次通过管路连接，以便动力转换机输出的蒸汽经二级热交换器冷却形成水溶液流回水存储供应装置，并将水存储供应装置、一级热交换器以及燃烧炉通过管路依次连接，以便动力转换机输出的蒸汽经过一级热交换器对燃烧炉的供水进行预热。

进一步地，所述燃烧炉上分别设有燃料入口和水喷头，并在燃烧炉的出气口处安装有用于过滤蒸汽中污染物的减排过滤器，其中，所述水喷头通过管路外接水存储供应装置，且水喷头的喷洒方向为自燃烧炉顶部喷至燃烧炉底部。

进一步地，所述水存储供应装置的输出管路上连接有增压水泵。

根据本实用新型实施例的第二方面，一种动力系统，应用于内燃机，采用本实施例所述的内燃机动力装置，还包括第一氧气存储供应装置、动力控制及传动模块、第一发电机或电动机模块以及电池及电能管理模块，所述第一氧气存储供应装置设置在燃烧炉的外侧，并与燃烧炉通过管路连通，以便将氧气供入燃烧炉内，所述动力控制及传动模块传动连接在动力转换机和第一发电机或电动机模块之间，并将第一发电机或电动机模块与电池及电能管理模块电性连接，以便动力转换机带动第一发电机或电动机模块发电，并将电能存储于电池及电能管理模块中，其中，所述燃料供应装置内存储的为气态或液态燃料，且燃料供应装置和第一氧气存储供应装置的输出管路经二级热交换器接入燃烧炉。

进一步地，所述燃烧炉上安装有燃烧喷头，所述燃烧喷头上集成设置有点火线头、火焰检测线头以及蜂窝钨丝网，并在燃烧炉的底部形成有气化锅。

根据本实用新型实施例的第三方面，一种动力系统，应用于固体燃料，采用本实施例所述的内燃机动力装置，所述燃料供应装置包括空气压缩机和颗粒物燃料箱，所述空气压缩机安装在燃烧炉的底部，所述动力转换机安装在燃烧炉的顶部，且动力转换机与空气压缩机通过传动机构连接，并在动力转换机上传动连接有第二发电机或电动机模块，以便第二发电机或电动机模块为动力转换机提供初始动能，所述燃烧炉内设有供颗粒燃烧的燃烧室，所述燃烧室内设有点火装置，并在燃烧室的顶部开设有供燃烧气体排出的排气孔，所述空气压缩机上设有第一支路连通至燃烧室，以便提供助燃气体，并在空气压缩机上设有第二支路依次连通颗粒物燃料箱和燃烧室，以便将颗粒吹入燃烧室，其中，所述燃烧炉内工作室的容积大于动力转换机的排量，在燃烧炉的内底处设有积灰坑，并在燃烧炉的炉壁底部开设有排灰口。

进一步地，所述减排过滤器的下方由下至上依次设有折流板除尘器和除尘过滤网，并在减排过滤器的上方设有气化网，所述燃烧室设置在折流板除尘器的下方，所述水喷头设置在气化网的上方，以便颗粒燃烧的气体依次经过折流板除尘器、除尘过滤网、减排过滤器以及气化网，并气化水喷头喷洒的水溶液，其中，所述折流板除尘器、除尘过滤网以及气化网均为开口向下的V型结构。

根据本实用新型实施例的第四方面，一种制取氘系统，应用于电解水，采用本实施例所述的内燃机动力装置，所述燃料供应装置包括高压水电解槽和氢气存储罐，所述高压水电解槽外接电力综合控制系统，以便电力综合控制系统提供电力输出，在高压水电解槽上分别设有氢气和氧气输出端口，另设有第二氧气存储供应装置，以便两个气体输出端口分别通过管路接入氢气存储罐和第二氧气存储供应装置，且氢气存储罐和第二氧气存储供应装置分别通过管路接入燃烧炉内，并设有第三发电机或电动机模块连接在动力转换机和电力综合控制系统之间，以便动力转换机驱动第三发电机或电动机模块发电并供入电力综合控制系统，其中，所述水存储供应装置为低氘水存储箱，所述电力综合控制系统外接有电源模块。

进一步地，所述第三发电机或电动机模块供入电力综合控制系统的输出线路上设有整流器。

进一步地，所述电解水制取氘系统还包括气体压缩罐，所述气体压缩罐的顶部分别设有氧气进气口和氧气排气口，其氧气进气口外接低压氧气源，氧气排气口通过管路连接在第二氧气存储供应装置上，在气体压缩罐的底部分别设有进水口和排水口，其进水口通过管路连接在增压水泵上，排水口通过管路连接在水存储供应装置上，其中，气体压缩罐设置至少一个。

本实用新型实施例具有如下优点：通过在燃烧炉内设置包括燃料供应装置、水存储供应装置、动力转换机、一级热交换器以及二级热交换器的动力装置，由燃料供应装置将燃料以高压形式供入燃烧炉内，并利用水存储供应装置，在燃料燃烧的同时喷入经过尾气预热的水，使燃料燃烧的热量将喷入的水快速汽化，并与燃烧废气一起形成高温高压气体，推动动力转换机做功，同时通过热交换器等附属部件回收一部份热能和水资源，以较低的温差和热能损失实现朗肯循环，基于本实施例中燃料是在炉内燃烧，只需通过合理设计炉体结构和炉内部件，即可得到比普通四冲程发动机更好的燃烧环境，从而降低尾气污染物排放，并由于本实施例中是在燃烧炉内喷入水溶液，并且实现朗肯循环，使得内燃机的热效率大大提高，并且降低了动力机排气温度，从而降低了动力机制造难度和制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种内燃机动力装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种内燃机动力装置的燃烧炉的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3提供的一种动力系统的整体结构示意图；

图4为本实用新型实施例4提供的一种制取氘系统的整体结构示意图；

图5为本实用新型实施例4提供的一种制取氘系统的氧气增压结构示意图。

图中：1、燃烧炉；11、水喷头；12、减排过滤器；13、增压水泵；14、燃烧喷头；15、燃烧室；16、积灰坑；17、折流板除尘器；18、除尘过滤网； 19、气化网；151、点火装置；2、动力装置；21、燃料供应装置；211、空气压缩机；212、颗粒物燃料箱；213、高压水电解槽；214、氢气存储罐；22、水存储供应装置；23、动力转换机；231、第二发电机或电动机模块；24、一级热交换器；25、二级热交换器；26、第一氧气存储供应装置；27、动力控制及传动模块；28、第一发电机或电动机模块；29、电池及电能管理模块；3、电力综合控制系统；4、第二氧气存储供应装置；5、第三发电机或电动机模块； 6、气体压缩罐；7、整流器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种内燃机动力装置，包括燃烧炉1和动力装置2，具体设置如下：

燃烧炉1，其内部形成有密闭的，并供燃料燃烧的工作室，在燃烧炉1的顶部形成有供水蒸气输出的出气口，并在燃烧炉1的出气口处安装有用于过滤蒸汽中污染物的减排过滤器12，而减排过滤器12可根据燃料产生的不同污染物设置相应的催化器或者过滤装置，在燃烧炉1上还分别设有燃料入口和水喷头11，其中，水喷头11固定在燃烧炉1的内部，且水喷头11设置至少一个。动力装置2包括燃料供应装置21、水存储供应装置22、动力转换机23、一级热交换器24以及二级热交换器25，燃料供应装置21设置在燃烧炉1的外侧，并通过管路接在燃烧炉1的燃料入口上，以便将燃料以高压形式供入燃烧炉1 内，而燃料供应装置21可根据燃料的类型选择相应的高压输料装置。水存储供应装置22设置在燃烧炉1的外侧，并与燃烧炉1通过管路连通，以便将水溶液供入燃烧炉1内，优选的，水存储供应装置22可为储存水箱，将水喷头 11通过管路外接在水存储供应装置22上，使水喷头11的喷洒方向为自燃烧炉1顶部喷至燃烧炉1底部，并在水存储供应装置22的输出管路上连接有增压水泵13，利用增压水泵13将水从储存水箱抽送至燃烧炉1内。动力转换机 23通过管路连接在燃烧炉1的出气口上，以便在动力转换机23在蒸汽的作用下输出做功，优选的，动力转换机23为汽轮机。将动力转换机23、一级热交换器24、二级热交换器25以及水存储供应装置22依次通过管路连接，以便动力转换机23输出的蒸汽经二级热交换器25冷却形成水溶液流回水存储供应装置22，从而形成水溶液的部分循环，并将水存储供应装置22、一级热交换器24以及燃烧炉1通过管路依次连接，以便动力转换机23输出的蒸汽经过一级热交换器24对燃烧炉1的供水进行预热。为了提高热能使用效率，系统中包括的所有连通管道外部均需要采用保温层的要覆盖保温层，且二级热交换器 25可根据生产规模和散热需求设置为多级热交换器。

本实用新型实施例通过在燃烧炉1内设置包括燃料供应装置21、水存储供应装置22、动力转换机23、一级热交换器24以及二级热交换器25的动力装置，由燃料供应装置21将燃料以高压形式供入燃烧炉1内，并利用水存储供应装置22，在燃料燃烧的同时喷入经过一级热交换器24预热的水，使燃料燃烧的热量将喷入的水快速汽化，并与燃烧废气一起形成高温高压气体，推动动力转换机23做功，同时通过热交换器等附属部件回收一部份热能和水资源，以较低的温差和热能损失实现朗肯循环，基于本实施例中燃料是在炉内燃烧，只需通过合理设计炉体结构和炉内部件，即可得到比普通四冲程发动机更好的燃烧环境，从而降低尾气污染物排放，并由于本实施例中是在燃烧炉1内喷入水溶液，并且实现朗肯循环，使得内燃机的热效率大大提高，并且降低了动力机排气温度，从而降低了动力机制造难度和制造成本。

实施例2

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种动力系统，应用于内燃机，采用实施例1的内燃机动力装置，在实施例1的基础上，首先优化燃烧炉 1的设计，在燃烧炉1上安装有燃烧喷头14，将燃烧喷头14外接燃烧枪，并在燃烧喷头14上集成设置有点火线头、火焰检测线头以及蜂窝钨丝网，其中点火线头用于设备启动时点火，火焰检测线头用于设备运行时燃烧离子态监测，以使燃烧中断后的输入燃气自动关闭，蜂窝钨丝网可使氢气氧气燃烧更稳定，燃料氧化更充分，同时在燃烧炉1的底部形成有气化锅，可利用汽化锅汇集未汽化的水并使之聚集于燃烧喷头14的火焰喷口，进一步汽化。

其次，动力系统还包括第一氧气存储供应装置26、动力控制及传动模块 27、第一发电机或电动机模块28以及电池及电能管理模块29。第一氧气存储供应装置26设置在燃烧炉1的外侧，并与燃烧炉1通过管路连通，以便将氧气供入燃烧炉1内，动力控制及传动模块27传动连接在动力转换机23和第一发电机或电动机模块28之间，并将第一发电机或电动机模块28与电池及电能管理模块29电性连接，以便动力转换机23带动第一发电机或电动机模块28 发电，并将电能存储于电池及电能管理模块29中，且燃料供应装置21和第一氧气存储供应装置26的输出管路经二级热交换器25接入燃烧炉1。同时为了提高热能使用效率，系统中包括的所有连通管道外部均需要采用保温层的要覆盖保温层，且二级热交换器25可根据生产规模和散热需求设置为多级热交换器。

其中，燃料供应装置21中的燃料可以是天然气、氢气或者其他碳氢化合物等气体燃料，也可以是汽油、乙醇等液体燃料，不同的是需要根据燃料存储于供出压力的不同需要增加必要的增加装置，对于有污染源的燃料，还需要根据燃料与氧气来源在炉内设置相应的催化、减排等部件，如减排过滤器12(若燃料中含有硫、氮等杂质，氧气源采用空气，可通过在燃烧炉内增设催化装置，以及在排气过程中加入碱性过滤器，就可以达到降低氮氧化物、二氧化硫等污染物排放的目的)，如果采用经过净化的氢气、甲烷、乙炔，或者经过精制除杂质(一般为除硫除氮)的油料等比较纯净的碳氢化合物为燃料，高压纯氧气为氧化剂，则本实施例可以带来无任何排放污染的清洁发动机。另外，本实施例中燃料供应装置21和第一氧气存储供应装置26均可采用预压缩方式将燃料或气体存储在压缩罐中，从而便于存储于移动车辆上，克服了传统燃气轮机运行区间窄的问题，并且基于本实施例，可通过增加汽轮机叶片级数等方式，提高本实施例发动机经济转速区间(增加叶片的方式仅相对于燃气轮机而言，并且汽轮机只是本实施例中动力转换机23的一种选择方案，由于本实施例采用炉式燃烧，并且可通过源头(燃料和氧气)或者在炉内设置减排装置，再加上在炉内喷入水，使之降温增压，从而得到初温较低，压力较为稳定，低腐蚀、低污染的高压动力气体，就可以为其他动力转换机的使用创造了条件，如使用陶瓷材质等新型活塞式动力转换机和直线发电机等动力与能量转换装置亦能够实现动力转换和输出)。并且如果不考虑经济转速，汽轮机甚至可以零转速带载启动，能够更好的适应移动车辆走走停停的工况，以便直接将动力输出作为移动车辆驱动动力源，同时考虑到移动车辆对动力需求的不稳定不连续性，增设第一发电机或电动机模块28以及电池及电能管理模块29进行配套使用，以便根据移动车辆动力需求进行适当的动力输出或者发电储能。若本实施例应用于移动汽车类作为动力源，考虑到环境温度过低，水会发生结冰等问题，可在水路循环中适当添加乙醇等清洁添加剂来降低水溶液冰点，以适应停车时的环境温度变化。

如上所述，具体操作步骤为：

步骤S1：由第一氧气存储供应装置26与燃料供应装置21向燃烧炉1内供入燃料和氧气并点燃使之稳定燃烧。

步骤S2：由增压水泵13将水存储供应装置22内的水经过加压后通过一级热交换器24预热，并随后喷入燃烧炉1内，使其在燃烧炉1的燃料燃烧的热量下汽化，从而产生高温高压水蒸气，进而推动动力转换机23做功。

步骤S3：动力转换机23带动第一发电机或电动机模块28发电，并将电能存储于电池及电能管理模块29中，以供设备启动和紧急加速时电力供应。同时动力转换机23通过动力控制及传动模块27将动力传递至驱动部件，如汽车驱动轮等移动工具。

步骤S4：高温高压水蒸气，通过动力转换机23做功后进入一级热交换器 24对通入燃烧炉1的水进行预热，之后根据系统情况一部分对燃料供应装置 21和第一氧气存储供应装置26内的环境进行加热，以保持供出压力，另一部分进入二级热交换器25中冷凝，从而回收部分水，之后供其他供热，如汽车取暖等，然后排出到环境中。

与现有技术相比，本实施例提出一种全新的内燃机系统装置，比起传统内燃机有构造简单，污染物排放低等优势；比起燃气轮机有转速输出范围大，适用于移动车辆等优势；比起氢燃料电池技术有造价低廉，使用寿命长等优势。另外本实用新型提出的内燃机对各种燃料适应性比较强，可根据燃料和氧气供应情况，适当增加减排部件就可以实现低排放高效率，例如使用空气作为氧气供应源，则需在燃烧炉1内增设降低氮氧化物排放的催化剂和在气体运行路线中增加碱过滤装置等以降低排放。由于燃料经过燃烧炉1燃烧并汽化水后直接推动动力转换机23做功，并且动力转换机23(汽轮机)的轴承可以外置于高温高压气体之外，所以只需将燃烧炉1和汽轮机采用耐腐蚀材料制作即可，克服了传统活塞式内燃机不能向缸内喷水的弊端，在内燃机的基础上加入朗肯循环，使发动机热效率进一步提高。另外，本实施例中若采用预压缩存储的气体燃料和氧气或者空气作为移动汽车的燃料和氧化剂，其实质上也是一种能量存储，这样可以提高移动车辆续航里程。

实施例3

如图3所示，本实用新型实施例提供了一种动力系统，应用于固体燃料，采用实施例1的内燃机动力装置，在实施例1的基础上，燃料供应装置21包括空气压缩机211和颗粒物燃料箱212，将空气压缩机211安装在燃烧炉1的底部，将动力转换机23安装在燃烧炉1的顶部，并将动力转换机23与空气压缩机211通过传动机构连接，利用动力转换机23与空气压缩机211直接连接，可由动力转换机23为空气压缩机211提供动力，并在动力转换机23上还传动连接有第二发电机或电动机模块231，以便第二发电机或电动机模块231为动力转换机23提供初始动能，从而在设备启动时，第二发电机或电动机模块231 充当主动动力装置，使动力转换机23具有一定的初始转速。在燃烧炉1内还设有供颗粒燃烧的燃烧室15，并在燃烧室15内设有点火装置151，其中，燃烧室15的顶部开还设有供燃烧气体排出的排气孔。在空气压缩机211上设有第一支路连通至燃烧室15，以便向燃烧室15内提供助燃气体，并在空气压缩机211上设有第二支路依次连通颗粒物燃料箱212和燃烧室15，以便将利用空气压缩机211将颗粒物燃料箱212内的颗粒吹入燃烧室15，其中，燃烧炉1 内工作室的容积远大于动力转换机23的排量，使燃烧炉1内部的气流速度远小于动力转换机23排气口的气流速度，以便大部分灰尘可以得到沉降，并且经过多级过滤后，使颗粒物最终会沉降至内燃炉底部，在燃烧炉1的内底处还设有积灰坑16，并在燃烧炉1的炉壁底部开设有排灰口，以便在设备运行一段时间后可以排出炉灰。优选的，可根据燃料污染物的排放和净化情况，可在水路循坏中加入适当的除污或者碱过滤器，以减少有害物质损害设备或者污染环境。

如上所述，为了实现灰尘的多级过滤，在减排过滤器12的下方由下至上依次设有折流板除尘器17和除尘过滤网18，并在减排过滤器12的上方设有气化网19，将燃烧室15设置在折流板除尘器17的下方，将水喷头11设置在气化网19的上方，以便颗粒燃烧的气体依次经过折流板除尘器17、除尘过滤网18、减排过滤器12以及气化网19，并气化水喷头11喷洒的水溶液，其中，折流板除尘器17、除尘过滤网18以及气化网19均为开口向下的V型结构，从而形成向两侧导流的结构，以便将未汽化的水并使之聚集，进一步汽化。同时为了提高热能使用效率，系统中包括的所有连通管道外部均需要采用保温层的要覆盖保温层，且二级热交换器25可根据生产规模和散热需求设置为多级热交换器。

具体实现步骤为：

步骤S1：由空气压缩机211将空气压缩，一部分直接供入燃烧室15内，另一部分将颗粒物燃料箱212内燃料吹入燃烧室15内，在燃烧室1内设有点火装置151，可使燃料点燃并使之持续燃烧。

步骤S2：燃料燃烧后的高温气体依次经过燃烧炉1内的折流板除尘器17、除尘过滤网18、减排过滤器12以及气化网19将水喷头11喷入的水汽化，之后推动动力转换机23工作，由动力转换机23带动第二发电机或电动机模块 231工作，并完成发电或者动力输出。

步骤S3：通过动力转换机23做功后的尾气分别通过一级热交换器24与二级热交换器25进行回热和水回收，部分冷凝水与补充水经过增压水泵13 增压，并经过一级热交换器24预热后喷回燃烧炉1内，完成循环。

本实施例与现有火力发电系统相比，本实施例中的燃料燃烧废气与汽化水蒸气一起参与动力转换机23做功，燃烧废气热量没有浪费，与现有燃气轮机和其他发动机相比，本实用新型提供了一种可以使用固体燃料的发动机，扩大了发动机的燃料使用范围，可以降低燃料成本。

实施例4

如图4所示，本实用新型实施例提供了一种制取氘系统，应用于电解水，采用实施例1的内燃机动力装置，在实施例1的基础上，燃料供应装置21包括高压水电解槽213和氢气存储罐214，将高压水电解槽213外接电力综合控制系统3，以便电力综合控制系统3提供电力输出，并在高压水电解槽213上分别设有氢气和氧气输出端口，另设有第二氧气存储供应装置4，以便两个气体输出端口分别通过管路接入氢气存储罐214和第二氧气存储供应装置4，且氢气存储罐214和第二氧气存储供应装置4分别通过管路接入燃烧炉1内，并设有第三发电机或电动机模块5连接在动力转换机23和电力综合控制系统3 之间，以便动力转换机23驱动第三发电机或电动机模块5发电并供入电力综合控制系统3。其中，动力转换机23与第三发电机或电动机模块5可根据产能和规模配套使用，并且动力转换机23可采用往复活塞式发动机，也可采用汽轮机发动机，第三发电机或电动机模块5可采用直线发电机，也可采用旋转发电机，水存储供应装置22则为低氘水存储箱，并将电力综合控制系统3外接有电源模块。

如上所述，本实施例中燃烧炉1的炉体结构采用实施例2中的炉体结构，如燃烧炉1为全封闭高压结构，在其中间部位设有自顶部通入的燃烧枪，用于氢气氧气的燃烧，并在燃烧枪枪头设置有点火线头、火焰检测线头和蜂窝钨丝网，在燃烧炉1的底部设置有汽化锅，其中点火线头用于设备启动时点火，火焰检测线头用于设备运行时燃烧离子态监测，以使燃烧中断后的输入燃气自动关闭，蜂窝钨丝网可使氢气氧气燃烧更稳定，氢气氧化更充分，汽化锅用于汇集为汽化的水并使之聚集于燃烧枪火焰喷口，进一步汽化。同时为了提高热能使用效率，系统中包括的所有连通管道外部均需要采用保温层的要覆盖保温层，且二级热交换器25可根据生产规模和散热需求设置为多级热交换器。

具体实现步骤为：

步骤S1：由电力综合控制系统3控制输出电力至高压水电解槽213，水电解后生成的高压氢气和高压氧气分别存储于氢气存储罐214和第二氧气存储供应装置4(可优选为氧气压缩罐)，并可直接供应至燃烧炉1内燃烧，当燃烧炉1内氢气点燃持续燃烧后，向炉内供入经过预热的水，氢气与氧气燃烧的热量可将燃烧炉1内的水加热汽化，产生高温高压水蒸气，水蒸气供入动力转换机23并驱使第三发电机或电动机模块5运转，第三发电机或电动机模块 5发电后经过整流器7整流后供入电力综合控制系统3，由电力综合控制系统3根据电能综合利用与管理情况，可以直接供至高压水电解槽213电解水，由此完成电力与能量循环。

步骤S2：进入动力转换机23的水蒸气做功之后通过一级热交换器24对供入燃烧炉1内的水进行加热，之后进入二级热交换器25逐步冷凝为水，并进入水存储供应装置22的低氘水储水箱，二级热交换器25可根据需要对通入电解槽的水进行预热，且水存储供应装置22中的水一部份经过增压水泵13 增压后经过一级热交换器24预热后喷入燃烧炉1内，在氢气与氧气燃烧时，喷入的水会被迅速加热汽化，推动动力转换机23做功。

步骤S3：燃烧炉1排出的高温水蒸气通过一级热交换器24后，再通过二级热交换器25逐步冷凝，然后送入水存储供应装置22，其中多余的氧气可通过增压后通入第二氧气存储供应装置4循环利用，并将第二氧气存储供应装置 4外接氧气瓶补充纯氧，从而使燃烧炉1内始终处于过氧状态，确保安全。优选的，二级热交换器25可外接水源，可根据情况对普通水进行加热，并在加热后供入高压水电解槽213内用于电解。

步骤S4：由于氘(D)天然属性，相较于氢(H)不易被电解，随着29高压水电解槽中的水溶液不断被电解，重水(HDO或D2O)会不断被浓缩，最后被排出，从而完成氘(D)的浓缩与备制，并同时产生无污染的低氘水。

结合图5所示，为了实现步骤S3中多余氧气的增压，其电解水制取氘系统还包括气体压缩罐6，在气体压缩罐6的顶部分别设有氧气进气口和氧气排气口，其氧气进气口外接低压氧气源，氧气排气口通过管路连接在第二氧气存储供应装置4上，在气体压缩罐6的底部分别设有进水口和排水口，其进水口通过管路连接在增压水泵13上，排水口通过管路连接在水存储供应装置22 上。

具体实现步骤：

步骤S1：在气体压缩罐6内通入低压氧气，关闭进气口阀门和排水口阀门，打开进水口阀门和排气口阀门，启动增压水泵13向气体压缩罐6内供入高压水，由于水和氧气的自然特性，水会集中在气体压缩罐6底部，氧气会集中在气体压缩罐6顶部，随着水的供入，气体压缩罐6内的氧气会被不断的压缩，直至压缩至所需压力值存储于第二氧气存储供应装置4中。

步骤S2：关闭气体压缩罐6进水口阀门和排气口阀门，打开排水口和进气口阀门，使气体压缩罐6内的水排出至水存储供应装置22中并吸入低压氧气，重复步骤S1，完成一个循环，使得氧气得到无污染压缩，其中，为了使增压水泵13连续运行，可以设置两个或者多个气体压缩罐6。且增压水泵13 可直接由动力转换机23提供动力源。

进一步地，可通过适当提高高压水电解槽213产能以及氢气与氧气存储容量，或者增加电池储能装置，该系统可通过在电网谷电时段主要由外接电力供电，利用氢、氧储能，或者电池储能，然后在电网峰电时段进行消耗，进一步降低电力成本，同时对电网用电量起到一定的调节作用。同时，可将本实施例全部或者部分装置小型化后成为汽车等小型移动设备的能量供给，提供无污染零排放的新能源方式，从而省去了氢燃料电池巨高的成本问题，因此本实施例的系统可以很好的适用于风力发电和太阳能发电等新能源发电电源，进一步降低能源污染。

本实施例与现有技术相比，提出了一种全新的内燃机装置，可直接使用氢气与氧气燃烧产生的热能汽化水，并且，氢气与氧气燃烧产物也是水蒸气，避免了传统内燃机使用空气燃烧氢气所产生的氮氧化物对环境的污染，和对设备的腐蚀。并且由于热能没有像外燃机一样向外排放，也没有像普通内燃机一样对排气废热没回收利用，所以大大提高了燃料能量转化率。另外，本实施例中的装置充分利用了水的自然特性，将预热后的水直接汽化为水蒸气所需热量较低，但是汽化后体积急剧膨胀，循环利用，在内燃机中实现朗肯循环，所以整套系统比起直接电解水能耗节约40％以上，极大的提高了能源利用率，最终以更低的能耗，更加廉价的设备，更加绿色环保方式对水中氘(D)进行分离与浓缩，且操作步骤简单，同时生产出无污染的低氘水甚至是无氘水。

进一步地，可引入实施例2，以本实施例的装置来电解水制取高压氢气与高压氧气，并结合实施例2的装置，则可以得到完全无任何排放污染的内燃机动力系统，相对于现有氢燃料电池来说造价低廉，使用寿命长，理论效率更高。可以预测到当传统能源紧张，而随着核聚能技术成熟，电能将成为廉价能源的前景下，本实施例能够将产生更大的经济效益与环境效益。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种内燃机动力装置，其特征在于，所述内燃机动力装置包括：

燃烧炉(1)，所述燃烧炉(1)的内部形成有密闭的，并供燃料燃烧的工作室，并在燃烧炉(1)的顶部形成有供水蒸气输出的出气口；

动力装置(2)，所述动力装置(2)包括燃料供应装置(21)、水存储供应装置(22)、动力转换机(23)、一级热交换器(24)以及二级热交换器(25)，所述燃料供应装置(21)设置在燃烧炉(1)的外侧，并与燃烧炉(1)通过管路连通，以便将燃料以高压形式供入燃烧炉(1)内，所述水存储供应装置(22)设置在燃烧炉(1)的外侧，并与燃烧炉(1)通过管路连通，以便将水溶液供入燃烧炉(1)内，所述动力转换机(23)通过管路连接在燃烧炉(1)的出气口上，以便动力转换机(23)在蒸汽的作用下输出做功，所述动力转换机(23)、一级热交换器(24)、二级热交换器(25)以及水存储供应装置(22)依次通过管路连接，以便动力转换机(23)输出的蒸汽经二级热交换器(25)冷却形成水溶液流回水存储供应装置(22)，并将水存储供应装置(22)、一级热交换器(24)以及燃烧炉(1)通过管路依次连接，以便动力转换机(23)输出的蒸汽经过一级热交换器(24)对燃烧炉(1)的供水进行预热。

2.根据权利要求1所述的一种内燃机动力装置，其特征在于：所述燃烧炉(1)上分别设有燃料入口和水喷头(11)，并在燃烧炉(1)的出气口处安装有用于过滤蒸汽中污染物的减排过滤器(12)，其中，所述水喷头(11)通过管路外接水存储供应装置(22)，且水喷头(11)的喷洒方向为自燃烧炉(1)顶部喷至燃烧炉(1)底部。

3.根据权利要求2所述的一种内燃机动力装置，其特征在于：所述水存储供应装置(22)的输出管路上连接有增压水泵(13)。

4.一种动力系统，应用于内燃机，采用权利要求1-3任意一项所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述内燃机动力系统还包括第一氧气存储供应装置(26)、动力控制及传动模块(27)、第一发电机或电动机模块(28)以及电池及电能管理模块(29)，所述第一氧气存储供应装置(26)设置在燃烧炉(1) 的外侧，并与燃烧炉(1)通过管路连通，以便将氧气供入燃烧炉(1)内，所述动力控制及传动模块(27)传动连接在动力转换机(23)和第一发电机或电动机模块(28)之间，并将第一发电机或电动机模块(28)与电池及电能管理模块(29)电性连接，以便动力转换机(23)带动第一发电机或电动机模块(28)发电，并将电能存储于电池及电能管理模块(29)中，其中，所述燃料供应装置(21)内存储的为气态或液态燃料，且燃料供应装置(21)和第一氧气存储供应装置(26)的输出管路经二级热交换器(25)接入燃烧炉(1)。

5.根据权利要求4所述的一种动力系统，其特征在于：所述燃烧炉(1)上安装有燃烧喷头(14)，所述燃烧喷头(14)上集成设置有点火线头、火焰检测线头以及蜂窝钨丝网，并在燃烧炉(1)的底部形成有气化锅。

6.一种动力系统，应用于固体燃料，采用权利要求2-3任意一项所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述燃料供应装置(21)包括空气压缩机(211)和颗粒物燃料箱(212)，所述空气压缩机(211)安装在燃烧炉(1)的底部，所述动力转换机(23)安装在燃烧炉(1)的顶部，且动力转换机(23)与空气压缩机(211)通过传动机构连接，并在动力转换机(23)上传动连接有第二发电机或电动机模块(231)，以便第二发电机或电动机模块(231)为动力转换机(23)提供初始动能，所述燃烧炉(1)内设有供颗粒燃烧的燃烧室(15)，所述燃烧室(15)内设有点火装置(151)，并在燃烧室(15)的顶部开设有供燃烧气体排出的排气孔，所述空气压缩机(211)上设有第一支路连通至燃烧室(15)，以便提供助燃气体，并在空气压缩机(211)上设有第二支路依次连通颗粒物燃料箱(212)和燃烧室(15)，以便将颗粒吹入燃烧室(15)，其中，所述燃烧炉(1)内工作室的容积大于动力转换机(23)的排量，在燃烧炉(1)的内底处设有积灰坑(16)，并在燃烧炉(1)的炉壁底部开设有排灰口。

7.根据权利要求6所述的一种动力系统，其特征在于：所述减排过滤器(12)的下方由下至上依次设有折流板除尘器(17)和除尘过滤网(18)，并在减排过滤器(12)的上方设有气化网(19)，所述燃烧室(15)设置在折流板除尘器(17)的下方，所述水喷头(11)设置在气化网(19)的上方，以便颗粒燃烧的气体依次经过折流板除尘器(17)、除尘过滤网(18)、减排过滤器(12)以及气化网(19)，并气化水喷头(11)喷洒的水溶液，其中，所述折流板除尘器(17)、除尘过滤网(18)以及气化网(19)均为开口向下的V型结构。

8.一种制取氘系统，应用于电解水，采用权利要求3所述的内燃机动力装置，其特征在于：所述燃料供应装置(21)包括高压水电解槽(213)和氢气存储罐(214)，所述高压水电解槽(213)外接电力综合控制系统(3)，以便电力综合控制系统(3)提供电力输出，在高压水电解槽(213)上分别设有氢气和氧气输出端口，另设有第二氧气存储供应装置(4)，以便两个气体输出端口分别通过管路接入氢气存储罐(214)和第二氧气存储供应装置(4)，且氢气存储罐(214)和第二氧气存储供应装置(4)分别通过管路接入燃烧炉(1)内，并设有第三发电机或电动机模块(5)连接在动力转换机(23)和电力综合控制系统(3)之间，以便动力转换机(23)驱动第三发电机或电动机模块(5)发电并供入电力综合控制系统(3)，其中，所述水存储供应装置(22)为低氘水存储箱，所述电力综合控制系统(3)外接有电源模块。

9.根据权利要求8所述的一种制取氘系统，其特征在于：所述第三发电机或电动机模块(5)供入电力综合控制系统(3)的输出线路上设有整流器(7)。

10.根据权利要求8所述的一种制取氘系统，其特征在于：所述电解水制取氘系统还包括气体压缩罐(6)，所述气体压缩罐(6)的顶部分别设有氧气进气口和氧气排气口，其氧气进气口外接低压氧气源，氧气排气口通过管路连接在第二氧气存储供应装置(4)上，在气体压缩罐(6)的底部分别设有进水口和排水口，其进水口通过管路连接在增压水泵(13)上，排水口通过管路连接在水存储供应装置(22)上，其中，气体压缩罐(6)设置至少一个。

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