专利名称：低熵混燃气体液化物发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热能与动力领域，尤其是一种发动机。
背景技术：
利用液氮、液体二氧化碳等液化气体作气动发动机的研究以及利用内燃发动机的余热为液化气体提供热量提高气动发动机作功能力的研究，已在多个国家和多个研究机构进行。但由于液化气体传热系数低及系统复杂等原因，这类发动机一直没有得到广泛应用。 为此，急需发明一种结构更加合理能广泛应用的利用液化气体的新型高效发动机。
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低熵混燃气体液化物发动机，包括内燃发动机和气体液化物储罐，在所述内燃发动机的燃烧室上设进气道和排气道，所述气体液化物储罐依次经高压液体泵和所述气体液化物控制阀与所述燃烧室连通。所述气体液化物储罐中的气体液化物以液体的形式或以临界状态的形式或以超高压气体的形式进入所述燃烧室内，并在所述燃烧室内与已经存在的气体工质混合后进行下一个过程。一种低熵混燃气体液化物发动机，包括爆排发动机和气体液化物储罐，所述气体液化物储罐设为含氧气体液化物储罐，在所述爆排发动机的燃烧室上设排气道，所述含氧气体液化物储罐依次经高压液体泵和气体液化物控制阀与所述燃烧室连通。所述含氧气体液化物储罐中的含氧气体液化物以液体的形式或以临界状态的形式或以超高压气体的形式进入所述燃烧室内，所述含氧气体液化物储罐中的含氧气体液化物在所述燃烧室内与燃料发生燃烧化学反应。进一步地，所述气体液化物储罐与所述燃烧室连接处的承压能力大于3MPa，从而可以满足所述气体液化物储罐中的气体液化物导入所述燃烧室时的压力大于3MPa的要求。进一步地，在所述燃烧室壁内设燃烧室壁高压流体通道，所述气体液化物储罐依次经所述高压液体泵、所述燃烧室壁高压流体通道和所述气体液化物控制阀与所述燃烧室连通。进一步地，在所述排气道上设排气高压热交换器，所述气体液化物储罐依次经所述高压液体泵、所述排气高压热交换器和所述气体液化物控制阀与所述燃烧室连通。进一步地，在所述气体液化物储罐与所述燃烧室之间的流体流通通道上设环境热交换器。所述气体液化物储罐内的液体在所述环境热交换器中吸热升温临界化或气化，或所述气体液化物储罐内的液体的临界化物或气化物在所述环境热交换器中吸热升温。进一步地，在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，所述气体液化物储罐依次经所述高压液体泵、所述排气低温高压热交换器、所述低熵混燃气体液化物发动机的冷却系统、所述排气高温高压热交换器和所述气体液化物控制阀与所述燃烧室连通。 进一步地，所述低熵混燃气体液化物发动机还包括二氧化碳液化器，所述二氧化碳液化器的冷却流体通道串联设置在所述气体液化物储罐和所述燃烧室之间的流体流通通道上，所述排气道与所述二氧化碳液化器连通，所述二氧化碳液化器的液体出口与液体二氧化碳储罐连通或与所述气体液化物储罐连通。被所述气体液化物储罐中的流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或储存在所述气体液化物储罐内。进一步地，在所述排气道上设排气高压热交换器，在所述气体液化物储罐上设旁通管，所述旁通管依次经旁通高压液体泵、所述低熵混燃气体液化物发动机的冷却系统和所述气体液化物控制阀与所述燃烧室连通，所述气体液化物储罐依次经所述高压液体泵、 所述排气高压热交换器和所述气体液化物控制阀与所述燃烧室连通。通过调整所述气体液化物储罐中的流体流经所述高压液体泵和所述旁通高压液体泵的流量比例以满足排气系统和冷却系统之间由于热量流不同所需要的所述气体液化物储罐中的流体的不同质量流的要求。进一步地，所述爆排发动机由所述燃烧室和动力涡轮连接构成。选择性地，所述爆排发动机由一个所述燃烧室与两个或两个以上作功机构连接构成。一种提高所述低熵混燃气体液化物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，可调整所述气体液化物储罐中的气体液化物导入所述燃烧室时的压力大于 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa或大于15MPa，相应地，可使所述气体液化物储罐与所述燃烧室连接处的承压能力大于 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa或大于15MPa，从而可以满足所述气体液化物储罐中的气体液化物导入所述燃烧室时的压力的要求。本实用新型中，所述含氧气体液化物储罐中的含氧气体液化物在所述燃烧室内燃烧前的压力大于 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、 8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、 13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或大于15MPa，相应地，可使所述含氧气体液化物储罐与所述燃烧室连接处的承压能力大于 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、 7.5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、 13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或大于15MPa，从而可以满足所述含氧气体液化物储罐中的含氧气体液化物导入所述燃烧室时的压力的要求。本实用新型中，设有所述内燃机的方案的原理是在从所述内燃发动机的压缩冲程 (或过程)至作功冲程(或过程)之间的某一时间间隔内将通过所述高压液体泵加压后的气体液化物以液体的形式或以临界状态的形式或以超高压气体的形式导入(如喷射)所述内燃发动机的所述燃烧室内(燃烧室内、气缸内或燃气轮机的壳体内)，使所述气体液化物受热增加参与作功的工质的摩尔数，从而增加压力，提高所述内燃发动机的作功能力；设有所述爆排发动机的方案的原理是将通过所述高压液体泵加压后的含氧气体液化物以液体的形式或以临界状态的形式或以超高压气体的形式导入(如喷射)所述爆排发动机的所述燃烧室内，使所述含氧气体液化物在所述燃烧室内与燃料发生燃烧化学反应后推动膨胀作功机构对外作功。本实用新型中设有所述内燃机的方案中，所述气体液化物的导入会使所述燃烧室内的温度下降，热容量增加，如果是在燃烧前导入所述气体液化物，可以大幅度降低燃烧的温度，因此可以规避氮氧化物的生成。不仅如此，由于气体液化物的导入可以在燃烧室内形成剧烈湍动，增加燃料与气体的混合，提高燃烧效率，减少一氧化碳和固体颗粒物的排放。所述气体液化物的导入虽然可以降低燃烧室内的温度，但是由于气相摩尔数的增加，会使压力不降低或者提高或者有大幅度提高，因此，虽然温度下降但其作功能力和效率都会提高。本实用新型中设有所述爆排发动机的方案中，所述含氧气体液化物导入所述燃烧室后会在燃烧室内形成温度相对较低，压力相当高的原工质，这种状态的原工质在所述燃烧室内与燃料发生燃烧化学反应后，所述燃烧室内的工质可处于温度适度，压力高的状态，因此，这个过程不仅可以规避氮氧化物的生成，还可以使工质在膨胀作功机构内膨胀作功后达到温度较低的状态，消除过剩温度，提高发动机的效率。为了进一步说明本实用新型的原理，现利用图14说明如下传统内燃机气缸内的气体工质的最高能量状态(即燃烧爆炸刚刚完了时的气体工质状态，此时气体工质的温度和压力都是处于整个循环中的最高状态)是由两个过程组成的第一个过程是活塞对气体进行绝热压缩(实际上是近似绝热压缩)将气体的温度和
压力按照P = (其中，C1是常数)的关系进行增压增温(见图14中的O-A所示的曲
线)；第二个过程是向气体内喷入燃料由燃烧化学反应产生的热量在近乎等容加热的状态下将气体的温度和压力按照P = C2T(其中，C2是常数)的关系进行增温增压(见图14 中的A-B所示的直线)。由这两个过程共同作用使工质处于作功即将开始状态，作功冲程是按照绝热膨胀过程(实际上是近似绝热膨胀)进行的(见图14中的B-C所示的曲线)，
在这个绝热膨胀过程中，在对外输出功的同时，工质按照p =(其中，C3是常数)的
关系降压降温直至作功冲程完了(点C所示的状态)。换句话说，达到工质最高能量状态是通过两个不同过程实现的，而由工质最高能量状态达到作功冲程完了时的状态是由一个绝热膨胀过程实现的。由于达到能量最高状态的过程中包括了一个燃烧化学反应放热升温的过程，此过程的温度和压力关系式为P = C2T,不难看出工质最高能量状态下(见图14中的点B所示的状态)，温度处于“过剩”状态(所谓的“过剩”温度是指按照绝热膨胀的关系为了达到某一终点状态，在起点状态下工质的实际温度高于理论上所需要的温度)，“过剩”的温度导致膨胀过程的曲线处于高温位置(在图14中向右移动，图14是纵轴为压力坐标横轴为温度坐标的压力温度关系图)，形成作功冲程完了时，温度仍然相当高的状态(如图14中曲线B-C所示的曲线上的点C所示的状态)，由图14中点C所示的状态不难看出， T2(即作功冲程完了时的工质温度，也就是低温热源的温度)仍然处于较高状态，也就是说仍然有相当的热量在工质内而没有变成功，这部分热量全部白白排放至环境，因此，效率会处于较低状态。在图14中由O-A所示的曲线是传统发动机压缩冲程的曲线，由A-B所示的直线是传统发动机燃烧爆炸中的温度压力变化直线，如果我们将大气中的空气进行压缩至 A点后向气缸内导入气体液化物(无论气体液化物处于液体、临界状态还是高压低温气体状态)，由于气体液化物的压力可以处于远远高于A点的压力，而且其温度不会高于A点温度，这时气缸内的状态点将向A点的左上方移动，例如达到G点，从G点开始燃烧室内发生燃烧化学反应时的压力温度关系按G-J所示线段达到J点，从J点开始膨胀作功达到点JJ， 不难看出，点JJ的温度要远远低于点C的温度，因此，J-JJ过程的效率要大幅度高于B-C过程。图14中O-D所示的曲线是向所述爆排发动机内充入所述含氧气体液化物的过程，D-E 所示的直线是燃烧爆炸过程中的压力温度变化的直线，E-F所示的曲线是从点E所示的状态开始进行绝热膨胀作功的曲线，不难看出，其T2的值大幅度降低。经计算可知，点E至点 F的膨胀过程的效率大幅度高于点B至点C的膨胀过程的效率。如图14所示，本实用新型中，无论是设有内燃机的方案，还是设有爆排发动机的方案，都能使燃烧后的工质的压力温度状态点处于曲线O-A-H上或处于曲线O-A-H左方，则膨胀作功后的工质温度将可达到等于0点的温度或低于0点的温度的状态，这样将使系统的效率大幅度提高。本实用新型中，所谓的环保性是衡量发动机污染排放的指标，环保性高发动机排放污染少，环保性低发动机排放污染多。本实用新型中，图15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^SK和0. IMPa的0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15中的ρ = 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15 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15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15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IlOK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15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、 300Κ、250Κ、200Κ、190Κ、180Κ、170Κ、160Κ、150Κ、140Κ、130Κ、120Κ、110Κ、100K、90K、80K、70K、 60Κ、50Κ、40Κ、30Κ 或小于 20Κ。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15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，调整充入所述燃烧室内的气体液化物的量、温度和压力，以及喷入所述燃烧室的燃油的量，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，所述气体液化物(例如液氮)的气化潜热约为水的十分之一左右， 因此，向燃烧室内导入所述气体液化物比向所述燃烧室内喷水要具有明显优势，而且不存在冷冻和锈蚀等问题。所述气体液化物本身或在吸收环境热后也具有相当强的作功能力， 因为气体液化物要么是处于低温状态，要么是处于高压状态，所述气体液化物实质上是相当于一个蓄能电池，经计算可知，所述气体液化物的能量密度与蓄电池相当。制造气体液化物时，可以利用谷电或不稳定电源，例如风电、太阳能电等，从而提高气体液化物生产过程的环保性。不妨可以设想，将风电或太阳能电不入电网，而直接用于生产气体液化物，风电厂和太阳能电厂的产品不是电而是气体液化物，这就相当于将电能以气体液化物的形式储存起来供本实用新型所公开的低熵混燃气体液化物发动机使用。这样就可以大幅度提高不稳定发电系统(例如风电厂、太阳能电厂以及水电厂，这些电厂由于风的有无和大小，天气的阴晴以及水源的波动会造成发电能力的人为不可控，有时不得不白白浪费发电能力) 的使用效率，节省自然资源。本实用新型中，设有内燃机的方案相当于让气体液化物与从进气道进入的空气在燃烧室内(燃烧室内、气缸内或燃气轮机的壳体内)进行混合传热，这就从根本上改变了以往利用传热界面(如热交换器)使气体液化物吸热的传热方式，使传热效率从本质上大幅度提高，从而减少系统的体积和重量。本实用新型中，设有爆排发动机的方案相当于让含氧气体液化物与燃料在燃烧室内发生燃烧化学反应，将燃料的热能混合传递给燃烧室内的工质，这也从根本上改变了以往利用传热界面(如热交换器)使所述气体液化物吸热的传热方式，使传热效率从本质上大幅度提高，从而减少系统的体积和重量。在本实用新型中，无论在设有内燃机的方案还是在设有爆排发动机的方案中，都可以燃烧化学反应产生的二氧化碳液化加以回收，液化二氧化碳是十分有价值的原料。本实用新型所公开的低熵混燃气体液化物发动机可以通过调整进入所述燃烧室内的所述气体液化物的量和状态(气态、液态、临界态、不同温度和压力)以及所述内燃发动机或爆排发动机的燃油喷射量，使本实用新型所公开的低熵混燃气体液化物发动机达到最佳工作状态。本实用新型所公开的低熵混燃气体液化物发动机可以通过调整进入所述燃烧室内的所述气体液化物的量和状态(气态、液态、临界态、不同温度和压力)以及所述内燃发动机或爆排发动机的燃油喷射量，使本实用新型所公开的低熵混燃气体液化物发动机的作功工质的温度降低，压力升高，从而大幅度降低排气温度，这样可以使燃烧室壁(如活塞、 缸套、缸盖)得到冷却，从而可以省略内燃发动机或爆排发动机的传统冷却系统。本实用新型中所谓“下一个过程”是指所述气体液化物导入所述燃烧室时，所述低熵混燃气体液化物发动机所处工作过程的下一个过程，例如所述气体液化物在压缩过程中导入所述燃烧室，则所述气体液化物与所述燃烧室内的气体工质混合后进行的下一个过程仍然是压缩冲程(或过程)，再例如所述气体液化物在燃烧前导入所述燃烧室，则所谓的 “下一个过程”是指燃烧爆炸作功过程，再例如所述气体液化物在燃烧后导入所述燃烧室， 则所谓的“下一个过程”是指膨胀作功过程。本实用新型中的所谓内燃发动机是指传统意义上的内燃发动机，包括活塞式内燃发动机、燃气轮机等一切利用内燃方式进行热功转换的系统；所谓气体液化物是指被液化的气体，如液氮、液氦、液体二氧化碳或液化空气，所谓气体液化物储罐是指液化气体源，例如液氮储罐、液态二氧化碳储罐等；所谓含氧气体液化物是指液化空气以及液氮液氧混合物等一切含氧的液化气体；所谓的燃烧室是指能够发生燃烧化学反应的腔体；所谓燃烧室壁包括燃烧室的壁以及与燃烧室连通的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，所谓的爆排发动机是指由燃烧室和膨胀作功机构(即作功机构) 构成的，只进行燃烧爆炸作功过程(含燃烧爆炸作功冲程)和排气过程，没有吸气过程和压缩过程的热动力系统，这种热动力系统中原工质(所谓原工质是指在燃烧室内的燃烧前的工质)是以充入的方式而不是吸入的方式进入燃烧室的；燃烧室与膨胀作功机构(即作功机构)可以直接连通，也可以将燃烧室设置在膨胀作功机构内(如将燃烧室设置在气缸活塞机构的气缸内的结构)，还可以将燃烧室经控制阀与膨胀作功机构连通；在将燃烧室经控制阀与膨胀作功机构连通的结构中，为了充分高效燃烧，可以使燃烧室处于连续燃烧状态，也可以使燃烧室处于间歇燃烧状态；一个燃烧室可以对应一个膨胀作功机构，一个燃烧室也可以对应两个或两个以上的膨胀作功机构；作功机构可以是活塞式膨胀作功机构 (含转子式膨胀作功机构)，还可以是透平式膨胀作功机构(即叶轮式作功机构)，所谓的膨胀作功机构是指利用燃烧室的工质膨胀对外输出动力的机构；为使这种发动机正常工作需要在进气中加入燃料或在燃烧室中喷射燃料，根据燃料不同，可以采用点燃或压燃形式。本实用新型所谓的“气体液化物以临界状态的形式进入所述燃烧室内”是指所述气体液化物在所述燃烧室外达到临界状态、超临界状态或超超临界状态后再被导入所述燃烧室内；本实用新型所谓的“气体液化物以超高压气体的形式进入所述燃烧室内”是指所述气体液化物在所述燃烧室外受热气化达到超高压状态后再被导入所述燃烧室内，所谓超高压是指比对燃烧室导入气体液化物之前的所述燃烧室内的压力高2MPa、3MPa、4MPa、 5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、lOMPa、1IMPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、 18MPa, I9MPa 或高 2OMPa 的压力。所谓的环境热交换器是指以环境为热源的热交换器；所谓排气高温高压热交换器是指以排气高温段为热源的，并能承受高压气体液化物的压力的热交换器；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；所谓冷却系统高压热交换器是指以冷却系统为热源，并能承受高压气体液化物的压力的热交换器；所谓燃烧室壁高压流体通道是指设置在燃烧室壁(例如缸盖、缸套等)内的能够承受高压气体液化物的压力的流体通道，所述气体液化物在其内部吸热。本实用新型中所谓“满足排气系统和冷却系统之间由于热量流不同所需要的所述气体液化物储罐中的流体的不同质量流的要求”是指排气系统的热量流和冷却系统的热量流是不同的，因此也需要不同数量的所述气体液化物的流量，通过设置所述旁通管及其附属装置可以以两路向排气系统和冷却系统的热交换器提供不同流量的气体液化物，以满足不同热量流的需求。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气体液化物储罐内的液体。本实用新型中，燃料可以直接导入所述燃烧室，也可以与所述气体液化物混合后导入所述燃烧室，还可以与含氧气体液化物混合后导入所述燃烧室，在必要时应在所述燃烧室上设点火装置。在本实用新型中，所述气体液化物储罐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，应根据热动力领域和液压领域的公知技术在必要的地方设传感器、阀、火花塞、喷油器、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低熵混燃气体液化物发动机不仅效率高，而且可以利用由谷电或不稳定发电系统生产气体液化物，提高利用风能、太阳能和水利资源的效率。
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和图7所示的是本实用新型实施例6的结构示意图； 图8所示的是本实用新型实施例7的结构示意图； 图9所示的是本实用新型实施例8的结构示意图； 图10所示的是本实用新型实施例9的结构示意图； 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10[0061]图14是纵轴为压力坐标横轴为温度坐标的压力温度关系图；图15是气体工质的温度T和压力P的关系图。图中1内燃发动机、2气体液化物储罐、8旁通管、99进气道、100排气道、33气体液化物控制阀、22含氧气体液化物储罐、222高压液体泵、1000液体活塞内燃发动机、1111燃烧室、 11爆排发动机、101燃烧室壁高压流体通道、103排气高压热交换器、201环境热交换器、104 排气高温高压热交换器、2222动力涡轮、105排气低温高压热交换器、106冷却系统高压热交换器、555 二氧化碳液化器、801旁通高压液体泵、4444作功机构、3001气液缸、3002液压动力机构、3003液体工质回送系统、302工质导出口、3005活塞液体导出口、3021工质导出阀、3002液压动力机构、112燃气轮机。
具体实施方式
实施例1如图1所示的低熵混燃气体液化物发动机，包括内燃发动机1和气体液化物储罐 2，在所述内燃发动机1的燃烧室1111上设进气道99和排气道100，在所述燃烧室1111的壁上设高压气体液化物导入口 301，在所述高压气体液化物导入口 301处设气体液化物控制阀33，所述气体液化物储罐2依次经高压液体泵222、所述气体液化物控制阀33和所述高压气体液化物导入口 301与所述燃烧室1111连通，所述气体液化物储罐2中的气体液化物可以以液体的形式或以临界状态的形式或以超高压气体的形式进入所述燃烧室1111 内，所述气体液化物储罐2与所述燃烧室1111连接处的承压能力大于3MPa。除该实施例外，所述气体液化物储罐2与所述燃烧室1111连接处的承压能力还可设计为大于 3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa或大于15MPa，以满足所述气体液化物储罐2中的气体液化物导入所述燃烧室 1111 时的压力大于 3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、 8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、 13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或大于15MPa时的要求，所述气体液化物储罐2中的气体液化物在所述燃烧室1111内与已经存在的气体工质混合后进行下一个过程。为了提高所述低熵混燃气体液化物发动机的效率和环保性，通过控制喷入所述内燃发动机1的燃烧室1111内的气体液化物的量以及喷入所述燃烧室1111内的燃料的量， 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。实施例2如图2所示的低熵混燃气体液化物发动机，包括爆排发动机11和气体液化物储罐2，所述气体液化物储罐2设为含氧气体液化物储罐22，在所述爆排发动机11的燃烧室 1111上设高压气体液化物导入口 301和排气道100，在所述高压气体液化物导入口 301处设气体液化物控制阀33，所述含氧气体液化物储罐22经高压液体泵222再经所述气体液化物控制阀33和所述高压气体液化物导入口 301与所述燃烧室1111连通，所述含氧气体液化物储罐22中的含氧气体液化物可以以液体的形式或以临界状态的形式或以超高压气体的形式进入所述燃烧室1111内，所述含氧气体液化物储罐22与所述燃烧室1111连接处的承压能力大于5MPa。除该实施例外，所述含氧气体液化物储罐22与所述燃烧室1111连接处的承压能力还可设计为大于 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、 8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、 14MPa、14. 5MPa或大于15MPa，以满足所述气体液化物储罐2中的含氧气体液化物在所述燃烧室 1111 内燃烧前的压力大于 3MPa、3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、 7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、1IMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、 13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa或大于15MPa时的要求，所述含氧气体液化物储罐22中的含氧气体液化物在所述燃烧室1111内与燃料发生燃烧化学反应。为了提高所述低熵混燃气体液化物发动机的效率和环保性，通过控制喷入所述爆排发动机11的燃烧室1111内的含氧气体液化物的量以及喷入所述燃烧室1111内的燃料的量，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。实施例3如图3所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例1的区别在于在所述燃烧室1111壁内设燃烧室壁高压流体通道101，所述气体液化物储罐2依次经所述高压液体泵 222、所述燃烧室壁高压流体通道101、所述气体液化物控制阀33和所述高压气体液化物导入口 301与所述燃烧室1111连通。实施例4如图4所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例1的区别在于在所述排气道100上设排气高压热交换器103，所述气体液化物储罐2依次经所述高压液体泵222、所述排气高压热交换器103、所述气体液化物控制阀33和所述高压气体液化物导入口 301与所述燃烧室1111连通。实施例5如图5所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例4的区别在于在所述气体液化物储罐2与所述高压气体液化物导入口 301之间的流体流通通道上设环境热交换器 201 ；所述气体液化物储罐2内的液体在所述环境热交换器201中吸热升温临界化或气化， 或所述气体液化物储罐2内的液体的临界化物或气化物在所述环境热交换器201中吸热升实施例6如图6和图7所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例1的区别在于在所述排气道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，所述气体液化物储罐2依次经所述高压液体泵222、所述排气低温高压热交换器105、所述低熵混燃气体液化物发动机的冷却系统106、所述排气高温高压热交换器104、所述气体液化物控制阀 33和所述高压气体液化物导入口 301与所述燃烧室1111连通。实施例7如图8所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例1的区别在于所述低熵混燃气体液化物发动机还包括二氧化碳液化器阳5，所述二氧化碳液化器555的冷却流体通道串联设置在所述气体液化物储罐2和所述高压气体液化物导入口 301之间的流体流通通道上，所述排气道100与所述二氧化碳液化器555连通，所述二氧化碳液化器555的液体出口与液体二氧化碳储罐5连通或与所述气体液化物储罐2连通，被所述气体液化物储罐2 中的流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。具体实施时，被所述气体液化物储罐2中的流体冷却液化后的排气中的二氧化碳还可以储存在所述气体液化物储罐2内。实施例8如图9所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例1的区别在于在所述排气道100上设排气高压热交换器103，在所述气体液化物储罐2上设旁通管8，所述旁通管8依次经旁通高压液体泵801、所述低熵混燃气体液化物发动机的冷却系统106、所述气体液化物控制阀33和所述高压气体液化物导入口 301与所述燃烧室1111连通，所述气体液化物储罐2依次经所述高压液体泵222、所述排气高压热交换器103、所述气体液化物控制阀33 和所述高压气体液化物导入口 301与所述燃烧室1111连通，通过调整所述气体液化物储罐 2中的流体流经所述高压液体泵222和所述旁通高压液体泵801的流量比例以满足排气系统和冷却系统之间由于热量流不同所需要的所述气体液化物储罐2中的流体的不同质量流的要求。实施例9如图10所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例1的区别在于所述内燃发动机1设为液体活塞内燃发动机1000，所述液体活塞内燃发动机1000包括气液缸 3001、液压动力机构3002和液体工质回送系统3003，所述高压气体液化物导入口 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，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。实施例10如图11所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例1的区别在于所述内燃发动机1设为燃气轮机112。实施例11如图12所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例2的区别在于所述爆排发动机11由所述燃烧室1111和动力涡轮2222连接构成。实施例12如图13所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例2的区别在于所述爆排发动机11由一个所述燃烧室1111与两个或两个以上作功机构4444连接构成。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。
权利要求1.一种低熵混燃气体液化物发动机，包括内燃发动机(1)和气体液化物储罐O)，其特征在于在所述内燃发动机(1)的燃烧室(1111)上设进气道(99)和排气道(100)，所述气体液化物储罐( 依次经高压液体泵(222)和气体液化物控制阀(3 与所述燃烧室 (1111)连通。
2.一种低熵混燃气体液化物发动机，包括爆排发动机(11)和气体液化物储罐0)， 其特征在于所述气体液化物储罐( 设为含氧气体液化物储罐(22)，在所述爆排发动机 (11)的燃烧室(1111)上设排气道(100)，所述含氧气体液化物储罐0 依次经高压液体泵(22 和气体液化物控制阀(3 与所述燃烧室(1111)连通。
3.如权利要求1或2所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述气体液化物储罐O)与所述燃烧室(1111)连接处的承压能力大于3MPa。
4.如权利要求1或2所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述燃烧室 (1111)壁内设燃烧室壁高压流体通道(101)，所述气体液化物储罐( 依次经所述高压液体泵022)、所述燃烧室壁高压流体通道(101)和所述气体液化物控制阀(3 与所述燃烧室(1111)连通。
5.如权利要求1或2所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述排气道 (100)上设排气高压热交换器(103)，所述气体液化物储罐( 依次经所述高压液体泵 022)、所述排气高压热交换器(10 和所述气体液化物控制阀(3 与所述燃烧室(1111) 连通。
6.如权利要求1或2所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述气体液化物储罐O)与所述燃烧室(1111)之间的流体流通通道上设环境热交换器001)。
7.如权利要求1或2所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述排气道 (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)，所述气体液化物储罐( 依次经所述高压液体泵022)、所述排气低温高压热交换器(105)、所述低熵混燃气体液化物发动机的冷却系统(106)、所述排气高温高压热交换器(104)和所述气体液化物控制阀(33)与所述燃烧室(1111)连通。
8.如权利要求1或2所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述低熵混燃气体液化物发动机还包括二氧化碳液化器(555)，所述二氧化碳液化器(555)的冷却流体通道串联设置在所述气体液化物储罐( 和所述燃烧室(1111)之间的流体流通通道上，所述排气道(100)与所述二氧化碳液化器(55 连通，所述二氧化碳液化器(555)的液体出口与液体二氧化碳储罐( 连通或与所述气体液化物储罐( 连通。
9.如权利要求1或2所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述排气道 (100)上设排气高压热交换器(103)，在所述气体液化物储罐( 上设旁通管(8)，所述旁通管(8)依次经旁通高压液体泵(801)、所述低熵混燃气体液化物发动机的冷却系统(106) 和所述气体液化物控制阀(3 与所述燃烧室(1111)连通，所述气体液化物储罐( 依次经所述高压液体泵022)、所述排气高压热交换器(10 和所述气体液化物控制阀(33)与所述燃烧室(1111)连通。
10.如权利要求2所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述爆排发动机(11) 由所述燃烧室(1111)和动力涡轮0222)连接构成。
11.如权利要求2所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述爆排发动机(11)由一个所述燃烧室(1111)与两个或两个以上作功机构G444)连接构成。
专利摘要本实用新型公开了一种低熵混燃气体液化物发动机，包括内燃发动机和气体液化物储罐，在内燃发动机的燃烧室上设进气道和排气道，所述气体液化物储罐依次经高压液体泵和气体液化物控制阀与燃烧室连通，气体液化物储罐中的气体液化物以液体的形式或以临界状态的形式或以超高压气体的形式进入燃烧室内，气体液化物储罐中的气体液化物在燃烧室内与已经存在的气体工质混合后进行下一个过程。本实用新型所公开的低熵混燃气体液化物发动机不仅效率高，而且可以利用由谷电或不稳定发电系统生产气体液化物，提高利用风能、太阳能和水利资源的效率。
文档编号F02B41/02GK202202989SQ20112024759
公开日2012年4月25日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年3月4日
发明者靳北彪 申请人:靳北彪