往复通道熵循环发动机的制作方法
【专利说明】往复通道摘循环发动机
[0001] 本申请是原申请号为201210507566. 4、原申请日为2012年11月30日、名称为往 复通道赌循环发动机的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明设及热能与动力领域，尤其是一种往复通道赌循环发动机。
【背景技术】
[0003] 近年来，传统内燃机的高能耗、高污染排放问题日显突出，所W，热气机得到了广 泛重视，然而热气机都是W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 得到溫度较高的工质，因此，造成大量化学爛损失。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W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】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：
[0005] 方案--种往复通道赌循环发动机，包括活塞式气体压缩机构、活塞式气体做功 机构和连通通道，所述活塞式气体压缩机构的气缸经所述连通通道与所述活塞式气体做功 机构的气缸连通，所述活塞式气体压缩机构、所述连通通道和所述活塞式气体做功机构相 互连通后构成工质闭合回路，所述往复通道赌循环发动机还包括氧化剂源、燃料源和内燃 燃烧室，所述内燃燃烧室设置在所述活塞式气体做功机构的气缸内和/或所述连通通道 内，所述内燃燃烧室与所述氧化剂源连通，所述内燃燃烧室与所述燃料源连通，在所述工质 闭合回路上设工质导出口。
[0006] 方案二一种往复通道赌循环发动机，包括活塞式气体压缩机构、活塞式气体做功 机构和连通通道，所述活塞式气体压缩机构的气缸经所述连通通道与所述活塞式气体做功 机构的气缸连通，所述活塞式气体压缩机构、所述连通通道和所述活塞式气体做功机构相 互连通后构成工质闭合回路，所述往复通道赌循环发动机还包括氧化剂源、燃料源和旁置 内燃燃烧室，所述旁置内燃燃烧室的工质出口与所述活塞式气体做功机构的气缸和/或所 述连通通道连通，所述旁置内燃燃烧室与所述氧化剂源连通，所述旁置内燃燃烧室与所述 燃料源连通，在所述工质闭合回路上设工质导出口。
[0007] 在方案一的基础上，进一步可选择的：（1)所述氧化剂源经所述连通通道与所述 内燃燃烧室连通；（2)在所述往复通道赌循环发动机工作过程中，所述内燃燃烧室排出的 物质的质量流量大于从所述工质闭合回路外导入所述内燃燃烧室的物质的质量流量。
[0008] 在方案二的基础上，进一步可选择的：（1)所述氧化剂源经所述连通通道与所述 旁置内燃燃烧室连通；(2)在所述往复通道赌循环发动机工作过程中，流入所述活塞式气 体做功机构的工质的质量流量大于所述旁置内燃燃烧室排出的物质的质量流量。
[0009] 在方案一或方案二的基础上，进一步选择的：
[0010] (1)将所述工质导出口设在所述活塞式气体压缩机构的气缸上和/或所述连通通 道上；
[0011] (2)在所述工质导出口上设控制阀，进一步可选择的：使所述控制阀受峰压控制 机构控制，所述峰压控制机构在所述工质闭合回路内的压力超过设定值时使所述控制阀开 启，并当所述闭合回路内的压力回降到所述设定值时使所述控制阀关闭；或使所述控制阀 受谷压控制机构控制，在所述工质闭合回路内的压力处于谷压状态时使所述控制阀开启， 并当所述工质闭合回路内的压力将至0. 2MPa时使所述控制阀关闭；或所述控制阀受开启 度控制机构控制，所述开启度控制机构根据所述工质闭合回路内的压力设定范围控制所述 控制阀的开启度，使所述工质导出口在某种开启度下处于常开状态。
[0012] (3)所述往复通道赌循环发动机还包括回热器，所述回热器设在所述活塞式气体 做功机构的气缸内和/或所述连通通道内；进一步可选择的，所述回热器设为Ξ元催化器。
[0013] (4)在所述连通通道上或所述活塞式气体压缩机构上设冷凝冷却器。
[0014] (5)所述往复通道赌循环发动机还包括非直混冷凝冷却器，所述非直混冷凝冷却 器的被冷却工质入口与所述工质导出口连通；进一步可选择的：①在所述非直混冷凝冷却 器上设冷凝液体工质出口，更进一步可选择的，在所述非直混冷凝冷却器上设不凝气出口， 再进一步可选择的，将所述不凝气出口与所述工质闭合回路连通；②在所述非直混冷凝冷 却器上设不凝气出口，更进一步可选择的，将所述不凝气出口与所述工质闭合回路连通；③ 在含有内燃燃烧室的结构中，所述氧化剂源经所述非直混冷凝冷却器的被加热流体通道与 所述内燃燃烧室连通；在含有旁置内燃燃烧室的结构中，所述氧化剂源经所述非直混冷凝 冷却器的被加热流体通道与所述旁置内燃燃烧室连通。
[0015] (6)所述往复通道赌循环发动机还包括附属气体做功机构，所述工质导出口与所 述附属气体做功机构的工质入口连通。
[0016] (7)所述往复通道赌循环发动机还包括有储气罐，所述工质导出口与所述储气罐 连通。
[0017] (8)所述往复通道赌循环发动机还包括有直混冷凝冷却器，所述直混冷凝冷却器 的被冷却流体入口与所述工质导出口连通，所述氧化剂源与所述直混冷凝冷却器的被加热 流体入口连通，所述直混冷凝冷却器的被加热流体出口与所述工质闭合回路连通；进一步 可选择的：①在所述直混冷凝冷却器上设深冷液体工质出口，更进一步可选择的，所述往复 通道赌循环发动机还包括有深冷液体工质储罐，所述深冷液体工质储罐与所述深冷液体工 质出口连通；②所述直混冷凝冷却器上设不凝气出口，更进一步可选择的，所述不凝气出口 与所述工质闭合回路连通或所述不凝气出口设为所述直混冷凝冷却器上的被加热流体出 口；③在含有内燃燃烧室的结构中，所述氧化剂源经所述直混冷凝冷却器的流体通道与所 述内燃燃烧室连通；在含有旁置内燃燃烧室的结构中，所述氧化剂源经所述直混冷凝冷却 器的流体通道与所述旁置内燃燃烧室连通。
[001引 （9)所述氧化剂源的压力大于2MPa。
[0019] (10)所述工质闭合回路中，参与循环的气体的一部分为不凝气，进一步可选择的， 所述往复通道赌循环发动机还包括不凝气储罐，所述不凝气储罐经控制装置与所述工质闭 合回路连通，更进一步可选择的，所述往复通道赌循环发动机还包括不凝气回储压缩机，所 述不凝气回储压缩机的进气口经控制阀与所述工质闭合回路连通，所述不凝气回储压缩机 的气体出口经控制阀与所述不凝气储罐连通。
[0020] (11)所述往复通道赌循环发动机还包括Ξ元催化器，所述Ξ元催化器设在所述工 质闭合回路内，进一步可选择的，所述Ξ元催化器巧9)设置在所述连通通道内。
[0021] (12)所述活塞式气体压缩机构的气缸中屯、线和所述活塞式气体做功机构的气缸 中屯、线之间的夹角小于180度，所述活塞式气体压缩机构的活塞和所述活塞式气体做功机 构的活塞分别经连杆与同一曲轴的同一连杆轴颈连接，进一步可选择的，所述活塞式气体 压缩机构的气缸中屯、线和所述活塞式气体做功机构的气缸中屯、线之间的夹角为90度。
[0022] (13)所述活塞式气体压缩机构的活塞和所述活塞式气体做功机构的活塞分别经 连杆与同一曲轴上的不同连杆轴颈连接，此两所述连杆轴颈的相位差大于0度小于180度。
[0023] (14)将所述工质闭合回路的承压能力设为大于2MPa。
[0024] (15)所述往复通道赌循环发动机还包括低溫冷源，所述低溫冷源用于提供低溫物 质，所述低溫物质用于冷却所述活塞式气体压缩机构的气缸中或即将进入所述活塞式气体 压缩机构的工质。
[00巧](16)所述往复通道赌循环发动机还包括次级满轮动力机构和次级叶轮压气机，所 述工质导出口与所述次级满轮动力机构的工质入口连通，所述次级满轮动力机构的工质出 口经附属冷却器与所述次级叶轮压气机的工质入口连通，所述次级叶轮压气机的工质出口 与所述工质闭合回路连通；所述次级满轮动力机构的工质出口与所述次级叶轮压气机的工 质入口之间的通道上设附属工质导出口。
[0026] (17)所述往复通道赌循环发动机还包括氧化剂传感器和氧化剂控制装置，所述 氧化剂传感器设在所述工质闭合回路内，所述氧化剂传感器对所述氧化剂控制装置提供信 号，所述氧化剂控制装置控制所述氧化剂源的氧化剂流出量。
[0027] (18)所述活塞式气体压缩机构和/或所述活塞式气体做功机构设为活塞液体机 构，所述活塞液体机构包括气液缸和气液隔离结构，所述气液隔离结构设在所述气液缸内， 进一步可选择的，所述气液缸内的气体工质对所述气液隔离结构的压力大于所述气液缸内 的液体和所述气液隔离结构做往复运动时的惯性力之和。
[002引（19)在所述活塞式气体压缩机构的气缸上和/或在所述内燃燃烧室与所述活塞 式气体压缩机构之间的所述连通通道上设冷却器，或在所述活塞式气体压缩机构的气缸上 和/或在所述旁置内燃燃烧室与所述活塞式气体压缩机构之间的所述连通通道上设冷却 器，更进一步可选择的：①在所述冷却器与所述活塞式气体做功机构的气缸之间的所述连 通通道内和/或在所述活塞式气体做功机构的气缸内设回热器，再进一步可选择的：a所述 冷却器设为气液直混式冷却器、吸附式制冷系统的解吸器或非直混冷却器，b所述往复通道 赌循环发动机还包括冷却液体排出口，所述冷却液体排出口设在所述冷却器和所述工质导 出口之间的所述连通通道上，C所述往复通道赌循环发动机还包括Ξ元催化器，所述Ξ元催 化器设在所述活塞式气体做功机构和所述冷却器之间的所述连通通道内或在所述回热器 和所述冷却器之间的所述连通通道内；②所述冷却器设为气液直混式冷却器、吸附式制冷 系统的解吸器或非直混冷却器；③所述往复通道赌循环发动机还包括冷却液体排出口，所 述冷却液体排出口设在所述冷却器和所述工质导出口之间的所述连通通道上；④所述往复 通道赌循环发动机还包括Ξ元催化器，所述Ξ元催化器设在所述活塞式气体做功机构和所 述冷却器之间的所述连通通道内。
[0029] 巧莫三一种往复通道赌循环发动机，包括一个作为热缸的气缸活塞机构和一个 作为冷缸的气缸活塞机构，所述热缸和所述冷缸之间的连通通道上设回热器，所述热缸内 设内燃燃烧室，所述热缸受正时机构控制依次完成吸气冲程、压缩冲程、燃烧做功冲程、至 少一个热气机热力循环、排气冲程，并W此循环；所述热气机热力循环是由所述热缸、所述 冷缸和所述回热器一起完成；进一步可选择的，所述热缸和所述冷缸由同一曲轴驱动，并且 呈V型设置，更进一步可选择的，所述往复通道赌循环发动机设为α型或β型热气机结 构。在前述方案及其可选择的方案下，（1)进一步可选择的，所述热缸的内燃燃烧室与氧化 剂源和燃料源连通，更进一步可选择的，所述氧化剂源为纯氧或含氧气体源。（2)进一步可 选择的，在所述热缸、所述冷缸或所述连通通道上设工质导出口，更进一步可选择的，所述 工质导出口与满轮动力机构的气体入口连通。（3)进一步可选择的，在所述热缸内部活塞的 头部和/或缸盖的内壁设有蓄热结构。（4)进一步可选择的，所述连通通道的承压能力等于 或大于0. 5MPa。
[0030] 本发明的原理是：用所述内燃燃烧室（即向需要进行加热的热气机的工质内导入 氧化剂、燃料并使其发生燃烧化学反应，进而提高工质的溫度）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，从而使工质的溫度和压力可W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W大幅度减少机构的体 积、重量和制造成本。利用所述内燃燃烧室对所述工质闭合回路内的工质进行内燃加热，推 动活塞式气体做功机构的活塞对外做功，通过将部分工质从所述工质闭合回路内导出实现 所述工质闭合回路内工质平衡，在将所述工质闭合回路内的工质导出的过程的同时可导出 部分热量；本发明中所述冷却器和所述回热器的作用与传统斯特林发动机中的冷却器和回 热器的作用相同；本发明中所述冷凝冷却器的作用是将闭合回路中的部分工质进行冷凝液 化，W液体的形式从所述工质闭合回路中导出，运样不仅可W实现所述工质闭合回路内工 质平衡，也可W实现不向环境排放气体的作用，形成发动机整体零排放。
[0031] 所述控制阀既要防止系统由于过高压力导致所述工质闭合回路的压力过大，导致 所述工质闭合回路的破坏，又要使所述工质闭合回路的谷压大于0. 2MPa、0. 3MPa、0. 5MPa、 lMPa、l. 5MPa、2MPa、2. 51口日、31口日、51口日