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：
本发明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做功能力的研究，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，本发明提出的技术方案如下· 一种低熵混燃气体液化物发动机，包括气体液化物储罐、高压发动机和低压做功机构，所述气体液化物储罐经高压泵与所述高压发动机的燃烧室连通，所述燃烧室的排气道与所述低压做功机构的工质入口连通。所述高压发动机的冷却系统设在所述高压泵与所述燃烧室之间的连通通道上，所述高压发动机冷却系统的承压能力大于20MPa。所述低熵混燃气体液化物发动机还包括水箱和所述低压做功机构的冷却系统，所述水箱经高压水泵与所述低压做功机构冷却系统的工质入口连通，所述低压做功机构冷却系统的工质出口与所述燃烧室连通。在所述气体液化物储罐与所述高压发动机的燃烧室之间的连通通道上设热交换器。所述热交换器设为环境热交换器。所述热交换器设为排气热交换器。所述排气热交换器的被冷却流体入口与所述低压做功机构的工质出口连通。在所述排气热交换器上设冷凝水出口。所述低压做功机构设为活塞式做功机构，所述冷凝水出口经高压水泵与所述活塞式做功机构的低压做功机构冷却系统连通，所述低压做功机构冷却系统与所述燃烧室连通和/或与所述活塞式做功机构的气缸连通。在所述低压做功机构的工质出口和所述排气热交换器之间设回热器，所述排气热交换器的被冷却流体出口与叶轮压气机连通，所述叶轮压气机的压缩气体出口与所述回热器的被加热流体入口连通，所述回热器的被加热流体出口与回热动力涡轮连通，所述回热动力涡轮对所述叶轮压气机输出动力。所述低压做功机构设为活塞式做功机构，所述排气热交换器的被冷却流体出口与叶轮压气机连通，所述叶轮压气机的压缩气体出口与所述活塞式做功机构的低压做功机构冷却系统连通，所述低压做功机构冷却系统与冷却系统动力涡轮连通，所述冷却系统动力涡轮对所述叶轮压气机输出动力。
在所述排气热交换器上设液体二氧化碳出口。在所述排气热交换器上设干冰出口。在所述排气热交换器和所述气体液化物储罐之间设排气深度冷却器，所述排气深度冷却器与所述排气热交换器连通。所述低压做功机构的做功机构排气道与所述排气热交换器的被冷却流体入口连通。所述排气热交换器的被冷却流体出口与气液分离器连通。所述气液分离器的液体出口与所述水箱连通。所述低压做功机构设为活塞式做功机构。 所述活塞式做功机构的低压做功机构冷却系统的工质入口与所述高压泵的出口连通，所述低压做功机构冷却系统的工质出口与所述燃烧室连通。所述气体液化物储罐与所述燃烧室连通处的承压能力大于3MPa。所述低熵混燃气体液化物发动机还包括二氧化碳液化器，所述低压做功机构的做功机构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。所述高压发动机的膨胀比和所述低压做功机构的膨胀比相同。在所述低压做功机构的工质出口处设排气动力涡轮。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，调整即将开始做功的气体工质的压力到15MPa以上，调整即将开始做功的气体工质的温度到2700K以下，使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。本发明中，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 3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、10MPa、10. 5MPa、llMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、21. 5MPa、22MPa、22. 5MPa、23MPa、23. 5MPa、24MPa、24. 5MPa、25MPa、25.5MPa、26MPa、26.5MPa、27MPa、27. 5MPa、28MPa、28. 5MPa、29MPa、29. 5MPa、30MPa、30. 5MPa、31MPa、31. 5MPa、32MPa、32. 5MPa、33MPa、33. 5MPa、34MPa、34. 5MPa、35MPa、35. 5MPa、36MPa、36. 5MPa、37MPa、37. 5MPa、38MPa、38.5MPa、39MPa、39.5MPa、40MPa、40. 5MPa、41MPa、41. 5MPa、42MPa、42. 5MPa、43MPa、43. 5MPa、44MPa、44. 5MPa、45MPa、45. 5MPa、46MPa、46. 5MPa、47MPa、47. 5MPa、48MPa、48. 5MPa、49MPa、49. 5MPa 或大于 50MPa，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设置为上述数值，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。本发明的原理是将通过所述高压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)所述高压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做功的工质的摩尔数，从而增加压力，提高所述高压发动机的做功能力，然后将膨胀做功后的高压气体在所述低压做功机构中进行进一步膨胀做功，提高整个热动力系统的效率。本发明中，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，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闻或者有大幅度提闻，因此，虽然温度下降但其做功能力和效率都会提闻。为了进一步说明本发明的原理，现利用图18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=C1T^ (其中，CT1是常数)的关系进行增压增温(见图18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= QT (其中，C2是常数)的关系进行增温增压(见图18中的A-B所示的
直线)。由这两个过程共同作用使工质处于做功即将开始状态，做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18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 = C3T^i (其中，e3是常数)的关系降压降温直至做功
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做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 = Qr,不难看出工质最高能量状态下(见图18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18中向右移动，图18是纵轴为压力坐标横轴为温度坐标的压力温度关系图)，形成做功冲程完了时，温度仍然相当高的状态(如图18中曲线B-C所示的曲线上的点C所示的状态)，由图18中点C所示的状态不难看出:‘(即做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18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点开始膨胀做功达到点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18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做功的曲线，不难看出，其巧的值大幅度降低。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18所示，本发明中，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，则膨胀做功后的工质温度将可达到等于O点的温度或低于O点的温度的状态，这样将使系统的效率大幅度提高。本发明中，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。本发明中，图19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298K和O. IMPa的O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IOMPa (即目前内燃机中即将开始做功的气体工质的状态点)的工质绝热关系曲线。本发明中，图19中的p = 中的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k I常数。本发明中，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19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19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19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、力口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、力口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19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、300K、250Κ、200Κ、190Κ、180Κ、170Κ、160Κ、150Κ、140Κ、130Κ、120Κ、110Κ、100K、90K、80K、70K、60K、50Κ、40Κ、30Κ 或小于 20Κ。本发明中，所谓类绝热关系可以是上述三种情况中的任何一种，也就是指即将开始做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19所示的通过B点的绝热过程曲线E-B-D的左侧区域内。本发明中，所谓的“即将开始做功的气体工质”是指在做功冲程(或做功过程)即将开始时自身即将开始膨胀推动做功机构做功的气体工质。本发明中，将即将开始做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。本发明中，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，进而调整即将开始做功的气体工质的压力到15MPa以上，调整即将开始做功的气体工质的温度到2700K以下，使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。
本发明中，所述气体液化物(例如液氮、液化空气等)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做功能力，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发明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。本发明中，也可以向所述燃烧室内导入空气，所述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·大幅度提闻，从而减少系统的体积和重量。在本发明中，可以将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。本发明中，所谓的排气深度冷却器是指能够将排气中的二氧化碳液化，甚至固化成干冰的装置。本发明中，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)以及所述高压发动机的燃油喷射量，使本发明所公开的低熵混燃气体液化物发动机达到最佳工作状态。本发明中，所谓高压发动机是指传统意义上的高压内燃机，包括活塞式发动机、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，例如液化空气储罐、液氮储罐、液态二氧化碳储罐等；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做功的腔体，例如活塞式高压发动机中的气缸壁、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。本发明中，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；
本发明中，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、IOMPa、IIMPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa 或高20MPa的压力。本发明中，所谓的环境热交换器是指以环境为热源的热交换器；所谓排气热交换器是指以排气为热源的，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。本发明中，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。本发明中，所谓连通是指直接连通和经阀、泵、控制系统等的间接连通。本发明中，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。本发明的有益效果如下
本发明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I所示的是本发明实施例I的结构示意 图2所示的是本发明实施例2的结构示意 图3所示的是本发明实施例3的结构示意 图4所示的是本发明实施例4的结构示意 图5所示的是本发明实施例5的结构示意 图6所示的是本发明实施例6的结构示意 图7所示的是本发明实施例7的结构示意 图8所示的是本发明实施例8的结构示意 图9所示的是本发明实施例9的结构示意 图10所示的是本发明实施例10的结构示意 图11所示的是本发明实施例11的结构示意 图12所示的是本发明实施例12的结构示意 图13所示的是本发明实施例13的结构示意 图14所示的是本发明实施例14的结构示意 图15所示的是本发明实施例15的结构示意 图16所示的是本发明实施例16的结构示意 图17所示的是本发明实施例17的结构示意 图18是纵轴为压力坐标横轴为温度坐标的压力温度关系 图19是纵轴为压力坐标横轴为温度坐标的类绝热关系图，
图中
I气体液化物储罐、2高压发动机、3低压做功机构、4水箱、6燃烧室、7排气道、9高压泵、12气液分离器、20高压发动机冷却系统、21环境热交换器、22排气热交换器、25冷凝水出口、26液体二氧化碳出口、27干冰出口、28排气深度冷却器、29排气动力涡轮、31活塞式做功机构、32低压做功机构冷却系统、35叶轮压气机、40回热器、41回热动力涡轮、42冷却系统动力涡轮、43高压水泵、50 二氧化碳液化器、51做功机构排气道、52液体二氧化碳储罐、66气体液化物导入控制阀、67叶轮式做功机构、68控制阀。
具体实施例方式实施例I
如图I所示的低熵混燃气体液化物发动机，包括气体液化物储罐I、高压发动机2和低压做功机构3，所述气体液化物储罐I经高压泵9与所述高压发动机2的燃烧室6连通，所述燃烧室6的排气道7与所述低压做功机构3的工质入口连通，所述气体液化物储罐I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6内，所述气体液化物储罐I与所述燃烧室6连接处的承压能力大于3MPa，所述气体液化物储罐I的气体液化物设为液化空气。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，通过控制喷入所述高压发动机2的燃烧室6内的气体液化物的量以及喷入所述燃烧室6内的燃料的量，调整即 将开始做功的气体工质的压力到15MPa以上，进而调整即将开始做功的气体工质的温度到2700K以下，如40MPa，2800K,使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。具体实施时，选择性地，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 3. 5MPa、4MPa、4. 5MPa、5MPa、5. 5MPa、6MPa、6. 5MPa、7MPa、7. 5MPa、8MPa、8. 5MPa、9MPa、9. 5MPa、lOMPa、10. 5MPa、IIMPa、11. 5MPa、12MPa、12. 5MPa、13MPa、13. 5MPa、14MPa、14. 5MPa、15MPa、15. 5MPa、16MPa、16. 5MPa、17MPa、17. 5MPa、18MPa、18. 5MPa、19MPa、19. 5MPa、20MPa、20. 5MPa、21MPa、21. 5MPa、22MPa、22. 5MPa、23MPa、23. 5MPa、24MPa、24. 5MPa、25MPa、25. 5MPa、26MPa、26. 5MPa、27MPa、27. 5MPa、28MPa、28.5MPa、29MPa、29.5MPa、30MPa、30.5MPa、31MPa、31. 5MPa、32MPa、32. 5MPa、33MPa、33. 5MPa、34MPa、34.5MPa、35MPa、35.5MPa、36MPa、36.5MPa、37MPa、37.5MPa、38MPa、38.5MPa、39MPa、39.5MPa、40MPa、40. 5MPa、41MPa、41. 5MPa、42MPa、42. 5MPa、43MPa、43. 5MPa、44MPa、44. 5MPa、45MPa、45. 5MPa、46MPa、46. 5MPa、47MPa、47. 5MPa、48MPa、48. 5MPa、49MPa、49. 5MPa或大于50MPa，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设置为上述数值，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。实施例2
如图2所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例I的区别在于所述高压泵9经所述高压发动机2的冷却系统20与所述燃烧室6连通，所述高压发动机冷却系统20的承压能力大于20MPa。本实施例中，所述高压发动机2设为内燃机，所述低压做功机构3设为活塞式做功机构31 ;所述高压发动机冷却系统20即设在内燃机的气缸套内，由于所述高压发动机冷却系统20的冷源为气体液化物，所述气体液化物在进入所述燃烧室6之前先对所述高压发动机2进行冷却，这样即可以使所述气体液化物升温升压，又可以提高所述高压发动机2的效率，进入所述燃烧室6的气体液化物与燃料发生燃烧化学反应，产生大量的高温高压工质，所述高压发动机2对外输出动力，之后所述工质从所述排气道7排至所述活塞式做功机构31中并推动所述活塞式做功机构31对外输出动力。本实施例可只进行燃烧爆炸做功过程(含燃烧爆炸做功冲程)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6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；所述燃烧室6与所述低压做功机构3可以直接连通，也可以在所述低压做功机构3内再加设一个燃烧室，还可以将所述燃烧室6经控制阀与所述低压做功机构3连通；在将所述燃烧室6经控制阀与所述低压做功机构3连通的结构中，为了充分高效燃烧，可以使所述燃烧室6处于连续燃烧状态，也可以使所述燃烧室6处于间歇燃烧状态；一个所述燃烧室6可以对应一个所述低压做功机构3，一个所述燃烧室6也可以对应两个或两个以上的所述低压做功机构3 ;所述低压做功机构3可以是活塞式做功机构31 (含转子式膨胀做功机构)，还可以是叶轮式做功机构或罗茨马达；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。可选择地，所述高压发动机2设为斯特林发动机，所述高压发动机冷却系统20设为斯特林发动机的冷端。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I的区别在于所述低熵混燃气体液化物发动机还包括水箱4和所述低压做功机构3的冷却系统32，所述水箱4经高压水泵43与所述低压做功机构冷却系统32的工质入口连通，所述低压做功机构冷却系统32的工质出口与所述燃烧室6连通，所述气体液化物储罐I的气体液化物设为液化二氧化碳。本实施例中，所述低压做功机构冷却系统32设在所述活塞式做功机构31的气缸套内。可选择地，所述低压做功机构冷却系统32可以设为与所述低压做功机构的工质入口连通的冷却器。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I的区别在于所述气体液化物储罐I与所述高压发动机2的燃烧室6之间的连通通道上设热交换器，所述热交换器设为环境热交换器21，所述气体液化物储罐I与所述燃烧室6连接处的承压能力大于15MPa，所述气体液化物储罐I的气体液化物设为液氮。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的区别在于所述热交换器设为由环境热交换器21和排气热交换器22串联构成,所述低压做功机构3的做功机构排气道51与所述排气热交换器22的被冷却流体入口连通；所述气体液化物储罐I与所述燃烧室6连接处的承压能力大于20MPa，所述气体液化物储罐I的气体液化物设为液体二氧化碳。实施例6
如图6所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例3的区别在于所述气体液化物储罐I与所述高压发动机2的燃烧室6之间的连通通道上设热交换器，所述热交换器设为由环境热交换器21和排气热交换器22串联构成,所述高压发动机冷却系统20内设有气体液化物导入控制阀66，所述有气体液化物导入控制阀66用来控制所述高压发动机冷却系统20内的工质导入所述燃烧室6中的时间和速度，所述低压做功机构3的做功机构排气道51与所述排气热交换器22的被冷却流体入口连通，所述排气热交换器22的被冷却流体出口与气液分离器12连通，所述气液分离器12的液体出口与所述水箱4连通，所述水箱4中的水经所述高压水泵43进入所述低压做功机构冷却系统32中，然后再经所述低压做功机构冷却系统32的工质出口进入所述高压发动机2中，所述气体液化物储罐I与所述燃烧室6连接处的承压能力大于40MPa，所述气体液化物储罐I的气体液化物设为液化空气。实施例7
如图7所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例6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50，所述气液分离器12的气体出口与所述二氧化碳液化器50连通，所述二氧化碳液化器50的液体出口与所述气体液化物储罐I连通，所述气体液化物储罐I与所述燃烧室6连接处的承压能力大于35MPa，所述气体液化物储罐I的气体液化物设为液化二氧化碳。实施例8 如图8所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例7的区别在于所述二氧化碳液化器50的液体出口与液体二氧化碳储罐52连通，所述气体液化物储罐I中的气体液化物可作为所述二氧化碳液化器50的冷源使用，所述气体液化物储罐I与所述燃烧室6连接处的承压能力大于30MPa，所述气体液化物储罐I的气体液化物设为液氮。实施例9
如图9所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例2的区别在于所述低熵混燃气体液化物发动机还包括低压做功机构冷却系统32，所述低压做功机构冷却系统32设在所述活塞式做功机构31的气缸套内，所述气体液化物储罐I与所述高压发动机2的燃烧室6之间的连通通道上设热交换器，所述热交换器设为排气热交换器22，所述高压发动机冷却系统20内设有气体液化物导入控制阀66，所述气体液化物导入控制阀66用来控制所述高压发动机冷却系统20内的工质导入所述燃烧室6中的时间和速度，所述活塞式做功机构31的做功机构排气道51与所述排气热交换器22的被冷却流体入口连通，所述排气热交换器22的冷源为所述气体液化物储罐I中的气体液化物，被所述排气热交换器22冷却后的工质，变为液体的所述工质由所述排气热交换器22的冷凝水出口 25流出，经高压水泵43泵入所述低压做功机构冷却系统32，所述低压做功机构冷却系统32的工质经所述低压做功机构冷却系统32的工质出口进入所述高压发动机2的燃烧室6中，所述气体液化物储罐I与所述燃烧室6连接处的承压能力大于40MPa，所述气体液化物储罐I的气体液化物设为液化空气。实施例10
如图10所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例9的区别在于所述高压发动机冷却系统20的承压能力为24MPa ;所述活塞式做功机构31的所述低压做功机构冷却系统32内设有控制阀68，所述控制阀68用来控制所述低压做功机构冷却系统32内的低温物质导入所述活塞式做功机构31的气缸内的时间和速度，不将经过所述低压做功机构冷却系统32的低温物质进入所述高压发动机2的燃烧室6中。实施例11
如图11所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例9的区别在于所述热交换器还包括环境热交换器21，所述环境热交换器21设置在所述高压泵9和所述排气热交换器22之间，所述高压发动机冷却系统20的承压能力为30MPa，所述活塞式做功机构31的所述低压做功机构冷却系统32内设有控制阀68，所述控制阀68用来控制所述低压做功机构冷却系统32内的低温物质导入所述活塞式做功机构31的气缸内的时间和速度，所述做功机构冷却系统32还经所述控制阀68与所述活塞式做功机构31的气缸连通。实施例12
如图12所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例9的区别在于所述热交换器还包括环境热交换器21，所述环境热交换器21设置在所述高压泵9和所述排气热交换器22之间，所述高压发动机冷却系统20的承压能力为32MPa，在所述低压做功机构3的做功机构排气道51和所述排气热交换器22之间设回热器40，所述排气热交换器22的被冷却流体出口与叶轮压气机35连通，所述叶轮压气机35的压缩气体出口与所述回热器40的被加热流体入口连通，所述回热器40的被加热流体出口与回热动力涡轮41连通，所述回热动力涡轮41对所述叶轮压气机35输出动力。实施例13· 如图13所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例10的区别在于所述热交换器还包括环境热交换器21，所述环境热交换器21设置在所述高压泵9和所述排气热交换器22之间，所述高压发动机冷却系统的承压能力为30MPa，所述排气热交换器22的被冷却流体出口与叶轮压气机35连通，所述叶轮压气机35的压缩气体出口与所述活塞式做功机构31的低压做功机构冷却系统32连通，所述低压做功机构冷却系统32与冷却系统动力涡轮42连通,所述冷却系统动力涡轮42对所述叶轮压气机35输出动力，在所述排气热交换器22上设液体二氧化碳出口 26，利用液化空气作为冷源将排气中的二氧化碳液化。所述低压做功机构冷却系统32内不设控制阀68。实施例14
如图14所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例2的区别在于所述高压发动机冷却系统的承压能力为35MPa，所述气体液化物储罐I与所述燃烧室6之间的通道上设排气热交换器22，而在所述排气热交换器22和所述气体液化物储罐I之间设排气深度冷却器28，所述排气深度冷却器28与所述排气热交换器22被冷却流体出口连通，在所述排气热交换器22上设干冰出口 27，利用液化空气作为冷源将排气中的二氧化碳固化，然后储存在所述气体液化物储罐I中，进而节约液化空气的用量。实施例15
如图15所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例11的区别在于所述活塞式做功机构31的低压做功机构冷却系统32的工质入口与所述高压泵9的出口连通，所述低压做功机构冷却系统32的工质出口与所述燃烧室6连通；所述低压做功机构冷却系统32内不设控制阀68。实施例16
如图16所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例2的区别在于所述高压发动机冷却系统的承压能力为50MPa，所述高压发动机的膨胀比和所述做功机构的膨胀比相同，在所述低压做功机构3的做功机构排气道51处设排气动力涡轮29。具体实施时，可选择地，在所述高压泵9和所述燃烧室6之间设排气热交换器22，所述排气动力涡轮29的工质出口与所述排气热交换器22的被冷却流体通道连通。实施例17如图17所示的低熵混燃气体液化物发动机，其与实施例2的区别在于所述高压发动机冷却系统的承压能力为38MPa，所述低压做功机构3设为叶轮式做功机构67。
显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于包括气体液化物储罐(I)、高压发动机(2)和低压做功机构(3)，所述气体液化物储罐(I)经高压泵(9)与所述高压发动机(2)的燃烧室(6 )连通，所述燃烧室(6 )的排气道(7 )与所述低压做功机构(3 )的工质入口连通。
2.如权利要求I所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述高压发动机(2)的冷却系统(20)设在所述高压泵(9)与所述燃烧室(6)之间的连通通道上，所述高压发动机冷却系统(20)的承压能力大于20MPa。
3.如权利要求I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水箱(4)和所述低压做功机构(3)的冷却系统(32)，所述水箱(4)经高压水泵(43)与所述低压做功机构冷却系统(32)的工质入口连通，所述低压做功机构冷却系统(32)的工质出口与所述燃烧室(6)连通。
4.如权利要求I至3中任一项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(I)与所述高压发动机(2)的燃烧室(6)之间的连通通道上设热交换器。
5.如权利要求4所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述热交换器设为环境热交换器(21)。
6.如权利要求4所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述热交换器设为排气热交换器(22)。
7.如权利要求6所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述排气热交换器(22)的被冷却流体入口与所述低压做功机构(3)的工质出口连通。
8.如权利要求6所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述排气热交换器(22)上设冷凝水出口(25)。
9.如权利要求8所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述低压做功机构(3)设为活塞式做功机构(31)，所述冷凝水出口(25)经高压水泵(43)与所述活塞式做功机构(31)的低压做功机构冷却系统(32)连通，所述低压做功机构冷却系统(32)与所述燃烧室(6)连通和/或与所述活塞式做功机构(31)的气缸连通。
10.如权利要求6所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述低压做功机构(3)的工质出口和所述排气热交换器(22)之间设回热器(40)，所述排气热交换器(22)的被冷却流体出口与叶轮压气机(35)连通，所述叶轮压气机(35)的压缩气体出口与所述回热器(40)的被加热流体入口连通，所述回热器(40)的被加热流体出口与回热动力涡轮(41)连通，所述回热动力涡轮(41)对所述叶轮压气机(35)输出动力。
11.如权利要求6所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述低压做功机构设为活塞式做功机构(31)，所述排气热交换器(22)的被冷却流体出口与叶轮压气机(35)连通，所述叶轮压气机(35)的压缩气体出口与所述活塞式做功机构(31)的低压做功机构冷却系统(32)连通，所述低压做功机构冷却系统(32)与冷却系统动力涡轮(42)连通，所述冷却系统动力涡轮(42)对所述叶轮压气机(35)输出动力。
12.如权利要求6所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述排气热交换器(22)上设液体二氧化碳出口(26)。
13.如权利要求6所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述排气热交换器(22)上设干冰出口(27)。
14.如权利要求6所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述排气热交换器(22)和所述气体液化物储罐(I)之间设排气深度冷却器(28)，所述排气深度冷却器(28)与所述排气热交换器(22)连通。
15.如权利要求6所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述低压做功机构(3)的做功机构排气道(51)与所述排气热交换器(22)的被冷却流体入口连通。
16.如权利要求15所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述排气热交换器(22)的被冷却流体出口与气液分离器(12)连通。
17.如权利要求16所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述气液分离器(12)的液体出口与所述水箱(4)连通。
18.如权利要求I所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述低压做功机构(3)设为活塞式做功机构(31)。
19.如权利要求18所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述活塞式做功机构(31)的低压做功机构冷却系统(32)的工质入口与所述高压泵(9)的出口连通，所述低压做功机构冷却系统(32)的工质出口与所述燃烧室(6)连通。
20.如权利要求I或3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(I)与所述燃烧室(6)连通处的承压能力大于3MPa。
21.如权利要求I或3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(50)，所述低压做功机构(3)的做功机构排气道(51)与所述二氧化碳液化器(50)连通，所述二氧化碳液化器(50)的液体出口与液体二氧化碳储罐(52)连通或与所述气体液化物储罐(I)连通。
22.如权利要求I所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于所述高压发动机(2)的膨胀比和所述低压做功机构(3 )的膨胀比相同。
23.如权利要求I所述低熵混燃气体液化物发动机，其特征在于在所述低压做功机构(3)的工质出口处设排气动力涡轮(29)。
24.一种提高权利要求I或3所述低熵混燃气体液化物发动机效率和环保性的方法，其特征在于调整即将开始做功的气体工质的压力到15MPa以上，调整即将开始做功的气体工质的温度到2700K以下，使即将开始做功的气体工质的温度和压力符合类绝热关系。
全文摘要
本发明公开了一种低熵混燃气体液化物发动机，包括气体液化物储罐、高压发动机和低压做功机构，所述气体液化物储罐经高压泵与所述高压发动机的燃烧室连通，所述燃烧室的排气道与所述低压做功机构的工质入口连通。本发明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F02G5/02GK102926893SQ20121038322
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月10日 优先权日2011年10月18日
发明者靳北彪 申请人:摩尔动力(北京)技术股份有限公司