进排分置熵循环发动的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种进排分置熵循环发动机，包括气缸活塞机构A和气缸活塞机构B,在所述气缸活塞机构A的气缸上设往复流通口A，在所述气缸活塞机构B上设进气口、排气口和往复流通口B，在所述进气口、所述排气口和所述往复流通口B处各设对应的气门，所述往复流通口A和往复流通口B连通，在所述往复流通口A与所述往复流通口B之间的连通通道上设回热器，在所述气缸活塞机构A的气缸内和/或在所述回热器与所述气缸活塞机构A的气缸之间的连通通道内设内燃燃烧室。本发明解决了现有热气机的工质温度和压力难以被加热到应有高度从而影响热气机效率的问题，具有效率高、节能的特点。
【专利说明】进排分置熵循环发动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种进排分置熵循环发动机。
【背景技术】
[0002]近年来，传统内燃机的高能耗、高污染排放问题日显突出，所以，热气机得到了广泛重视，然而热气机都是以外燃加热方式对工质进行加热的，众所周知，外燃加热过程很难得到温度较高的工质，因此，造成大量化学诵损失。不仅如此，由于外燃加热的速率有限，对材料要求高，负荷响应差，所以严重制约了热气机的单机功率和整机功率密度，最终使热气机的用途严重受限。因此，需要发明一种新型发动机。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种功率大、功率密度高的进排分置熵循环发动机，解决了传统热气机因工质的温度和压力难以被加热到应有的高度而影响功率和功率密度的问题。
[0004]本发明提出的技术方案如下:
方案1:一种进排分置熵循环发动机，包括气缸活塞机构A和气缸活塞机构B,在所述气缸活塞机构A的气缸上设往复流通口 A,在所述气缸活塞机构B上设进气口、排气口和往复流通口 B，在所述进气口、所述排气口和所述往复流通口 B处各设对应的气门，所述往复流通口 A和往复流通口 B连通，在所述往复流通口 A与所述往复流通口 B之间的连通通道上设回热器，在所述气缸活塞机构A的气缸内和/或在所述回热器与所述气缸活塞机构A的气缸之间的连通通道内设内燃燃烧室。
[0005]方案2:一种进排分置熵循环发动机,包括气缸活塞机构A和气缸活塞机构B,在所述气缸活塞机构A的气缸上设往复流通口 A,在所述气缸活塞机构B上设进气口、排气口、供气口和回充口，在所述进气口、所述排气口、所述供气口和所述回充口处各设对应的气门，所述往复流通口 A和所述供气口连通，在所述往复流通口 A与所述供气口之间的连通通道上设旁通口，所述回充口与所述旁通口连通，在所述往复流通口 A与所述旁通口之间的连通通道上设回热器，在所述气缸活塞机构A的气缸内和/或在所述回热器与所述气缸活塞机构A的气缸之间的连通通道内设内燃燃烧室。
[0006]方案3:在方案2的基础上，在所述旁通口与所述回充口之间的连通通道上设涡轮动力机构。
[0007]方案4:在方案2的基础上，在所述供气口与所述旁通口之间的连通通道上设叶轮压气机。
[0008]方案5:在方案2的基础上，在所述旁通口与所述回充口之间的连通通道上设涡轮动力机构，在所述供气口与所述旁通口之间的连通通道上设叶轮压气机，所述涡轮动力机构对所述叶轮压气机输出动力。
[0009]方案6:一种进排分置熵循环发动机,包括气缸活塞机构A和气缸活塞机构B,在所述气缸活塞机构A的气缸上设充气口和回充供气口，在所述气缸活塞机构B上设进气口、排气口、供气口和回充口，在所述进气口、所述排气口、所述供气口和所述回充口处各设对应的气门，所述充气口和所述供气口连通，所述回充供气口与所述回充口连通，在所述气缸活塞机构A的气缸内和/或在所述充气口与所述供气口之间的连通通道内设内燃燃烧室。
[0010]方案7:在方案6的基础上，在所述回充供气口与所述回充口之间的连通通道上设涡轮动力机构。
[0011]方案8:在方案6的基础上，在所述充气口和所述供气口之间的连通通道上设叶轮压气机。
[0012]方案9:在方案6的基础上，在所述回充供气口与所述回充口之间的连通通道上设涡轮动力机构，在所述充气口和所述供气口之间的连通通道上设叶轮压气机，所述涡轮动力机构对所述叶轮压气机输出动力。
[0013]方案10:在方案6的基础，在所述充气口和所述回充供气口处分别设对应的气门。
[0014]方案11:在以上任一方案的基础上，所述进气口与附属叶轮压气机连通。
[0015]方案12:在以上任一方案的基础上,所述排气口与附属润轮动力机构连通。
[0016]方案13:在以上任一方案的基础上，所述进气口与附属叶轮压气机连通，所述排气口与附属涡轮动力机构连通，所述附属涡轮动力机构对所述附属叶轮压气机输出动力。
[0017]本发明的原理是:由所述进气口进入所述气缸活塞机构B的工质在所述气缸活塞机构B内压缩，然后该压缩后的工质被送入所述气缸活塞机构A的气缸内并在所述气缸活塞机构A内的所述内燃燃烧室点燃形成高温高压工质，或者，该压缩后的工质被点燃形成高温高压工质后再进入所述气缸活塞机构A的气缸，该高温高压工质推动所述气缸活塞机构A的活塞输出动力，做功后的工质返回所述气缸活塞机构B,推动所述气缸活塞机构B的活塞对外输出动力后，由所述排气口排出。本发明采用所述内燃燃烧室取代传统热气机(包括斯特林发动机等所有类型的热气机)的工质加热热交换器，从而使工质的温度和压力可以达到更高的水平，实现热气机效率和功率密度的本质性提高，而且可以大幅度减少机构的体积、重量和制造成本。
[0018]本发明中,所述气缸活塞机构A和气缸活塞机构B都是气缸活塞机构,名称不同只是为了区分而定义的。
[0019]本发明中，所谓的“涡轮动力机构(包括附属涡轮动力机构)”是指一切利用气体流动膨胀对外做功的机构,例如动力透平、动力涡轮等。
[0020]本发明中，所述涡轮动力机构和所述附属涡轮动力机构都是涡轮动力机构，名称不同只是为了区分而加以定义的。
[0021]本发明中，所谓的“叶轮压气机(包括附属叶轮压气机)”是指一切压缩气体的叶轮机构，例如涡轮压气机、离心压气机、轴流压气机等。
[0022]本发明中，所述叶轮压气机和所述附属叶轮压气机都是叶轮压气机，名称不同只是为了区分而加以定义的。
[0023]本发明中，所述内燃燃烧室是指氧化剂和燃料发生燃烧化学反应后所形成的高温产物直接作为循环工质或与所述工质闭合回路内事先存在的其它气体混合后作为循环工质的燃烧室。
[0024]本发明中，所谓的“工质闭合回路”由所述气缸活塞机构A的气缸和所述气缸活塞机构B的气缸及其连通通道构成的工质可以循环流动的空间。
[0025]本发明中，应根据公知技术不仅向所述内燃燃烧室提供氧化剂还应向所述内燃燃烧室提供燃料。所述燃料是指能与氧化剂发生燃烧化学反应的物质，例如碳氢化合物、碳氢氧化合物等；其中所述碳氢化合物包括汽油、柴油、重油、煤油、航空煤油等烃类；所述碳氢氧化合物包括甲醇、乙醇、甲醚、乙醚等。
[0026]本发明中，在所述内燃燃烧室中发生燃烧化学反应的燃料还可以是固体碳。固体碳具有燃烧后没有水生成和燃烧后产物中的二氧化碳浓度高，易液化等优点；固体碳可采用固体预先装配、粉末化后喷入或粉末化后再用液体或气体二氧化碳流化后喷入的方式输入。
[0027]本发明中，所谓的“氧化剂”是指能与燃料发生燃烧化学反应的物质，例如液氧、氧气、空气、液态空气、双氧水、双氧溶液等。
[0028]本发明中，所谓A和B连通是指A与B之间工质发生流动，包括工质从A流到B或者从B流到A，或者工质先从A流到B再从B流到A。所谓的“连通”包括直接连通、间接连通和经操作单元连通，所述操作单元包括阀、控制机构、供送机构(泵)和热交换器等。
[0029]本发明人提出如下所述P-T图和热力学第二定律的新的阐述方式:
压力和温度是工质的最基本、最重要的状态参数。然而，在至今为止的热力学研究中，没有将以压力P和温度T为坐标的P-T图用于对热力学过程及热力循环的研究中。在热力学诞生以来的两百多年里，本发明人第一次提出用P-T图研究热力学过程和热力循环的思想。在利用P-T图研究热力学过程和热力循环中，本发明人发现P-T图比常用的P-V图和T-S图都具有明显的优势，它能更本质地描述热力学过程和热力循环中工质状态的变化，使本发明人对热力学过程和热力循环有更深刻的理解。利用P-T图，本发明人总结了十条热力学第二定律的新的阐述方式，这些新的阐述方式与以往的开尔文和克劳修斯的热力学阐述方式虽然等价，但是更明确地揭示了对工质的加热过程和压缩过程的区别，也为高效热机的开发指明了方向。这一新方法和新定律，将大大促进热力学的发展和热机工业的进步。具体如下:
P-V图和T-S图在热力学研究中早已被广泛应用，然而鉴于P、T是工质最重要的状态参数，所以本发明人以压力P和温度T为坐标绘制了 P-T图，并将Carnot Cycle和Otto Cycle标识在图12所示的P-T图中。很明显地，P-T图使热力学过程和热力循环中工质状态的变化更加显而易见，也使热力学过程和热力循环的本质更易理解。例如:图12所示的CarnotCycle的P-T图,可以使本发明人容易地得出这样的结论:Carnot Cycle的可逆绝热压缩过程的使命是以可逆绝热压缩的方式将工质的温度升高至其高温热源的温度，以实现与高温热源的温度保持一致的前提下自高温热源恒温吸热膨胀过程。此外，本发明人还可以明显地看出:当Carnot Cycle的高温热源的温度升高时,本发明人必须在Carnot Cycle的可逆绝热压缩过程中将工质更加深度地压缩，使其达到更高的温度，以达到升温后的高温热源的温度，以实现与升温后的高温热源的温度保持一致的前提下自升温后的高温热源恒温吸热膨胀过程，从而实现效率的提高。
[0030]根据绝热过程方程
【权利要求】
1.一种进排分置熵循环发动机，包括气缸活塞机构A (I)和气缸活塞机构B (2)，其特征在于:在所述气缸活塞机构A (I)的气缸上设往复流通口 A (11)，在所述气缸活塞机构B (2)上设进气口(21)、排气口(22)和往复流通口 B (23)，在所述进气口(21)、所述排气口(22)和所述往复流通口 B (23)处各设对应的气门，所述往复流通口 A (11)和所述往复流通口 B (23)连通，在所述往复流通口 A (11)与所述往复流通口 B (23)之间的连通通道上设回热器(3 )，在所述气缸活塞机构A (I)的气缸内和/或在所述回热器(3 )与所述气缸活塞机构A (I)的气缸之间的连通通道内设内燃燃烧室(4)。
2.一种进排分置熵循环发动机，包括气缸活塞机构A (I)和气缸活塞机构B (2)，其特征在于:在所述气缸活塞机构A (I)的气缸上设往复流通口 A (11)，在所述气缸活塞机构B (2)上设进气口(21)、排气口(22)、供气口(24)和回充口(25)，在所述进气口(21 )、所述排气口(22)、所述供气口(24)和所述回充口(25)处各设对应的气门，所述往复流通口 A(11)和所述供气口(24)连通，在所述往复流通口 A (11)与所述供气口(24)之间的连通通道上设旁通口(5)，所述回充口(25)与所述旁通口(5)连通，在所述往复流通口 A (11)与所述旁通口( 5 )之间的连通通道上设回热器(3 )，在所述气缸活塞机构A (I)的气缸内和/或在所述回热器(3 )与所述气缸活塞机构A (I)的气缸之间的连通通道内设内燃燃烧室(4 )。
3.如权利要求2所述进排分置熵循环发动机，其特征在于:在所述旁通口(5)与所述回充口(25)之间的连通通道上设涡轮动力机构(9)。
4.如权利要求2所述进排分置熵循环发动机，其特征在于:在所述供气口(24)与所述旁通口(5)之间的连通通道上设叶轮压气机(8)。
5.如权利要求2所述进排分置熵循环发动机，其特征在于:在所述旁通口(5)与所述回充口(25)之间的连通通道上设涡轮动力机 构(9)，在所述供气口(24)与所述旁通口(5)之间的连通通道上设叶轮压气机(8)，所述涡轮动力机构(9)对所述叶轮压气机(8)输出动力。
6.一种进排分置熵循环发动机，包括气缸活塞机构A (I)和气缸活塞机构B (2)，其特征在于:在所述气缸活塞机构A (I)的气缸上设充气口(12)和回充供气口(13)，在所述气缸活塞机构B (2)上设进气口(21)、排气口(22)、供气口(24)和回充口(25)，在所述进气口( 21)、所述排气口( 22 )、所述供气口( 24 )和所述回充口( 25 )处各设对应的气门，所述充气口( 12)和所述供气口(24)连通，所述回充供气口( 13)与所述回充口(25)连通，在所述气缸活塞机构A(I)的气缸内和/或在所述充气口( 12)与所述供气口(24)之间的连通通道内设内燃燃烧室(4)。
7.如权利要求6所述进排分置熵循环发动机，其特征在于:在所述回充供气口(13)与所述回充口(25)之间的连通通道上设涡轮动力机构(9)。
8.如权利要求6所述进排分置熵循环发动机，其特征在于:在所述充气口(12)和所述供气口(24)之间的连通通道上设叶轮压气机(8)。
9.如权利要求6所述进排分置熵循环发动机，其特征在于:在所述回充供气口(13)与所述回充口(25)之间的连通通道上设涡轮动力机构(9)，在所述充气口( 12)和所述供气口(24)之间的连通通道上设叶轮压气机(8)，所述涡轮动力机构(9)对所述叶轮压气机(8)输出动力。
10.如权利要求6所述进排分置熵循环发动机，其特征在于:在所述充气口(12)和所述回充供气口(13)处 分别 设对应的气门。
【文档编号】F02G1/055GK103573467SQ201310485439
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2012年10月24日
【发明者】靳北彪 申请人:摩尔动力(北京)技术股份有限公司