高压内燃工质发生器及其发动的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压内燃工质发生器，包括燃烧室、还原剂源、氧化剂源、氧化氢源，所述还原剂源与所述燃烧室连通，所述氧化剂源与所述燃烧室连通，所述氧化氢源与所述燃烧室连通；在所述燃烧室上设工质导出口，所述燃烧室的承压能力大于5MPa。本发明还公开了包括所述高压内燃工质发生器的发动机。本发明的高压内燃工质发生器可以制造出压力高、温度高的工质，而且功率密度高。
【专利说明】高压内燃工质发生器及其发动机
【技术领域】
[0001]本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种高压内燃工质发生器，本发明还涉及包含所述高压内燃工质发生器的发动机。
【背景技术】
[0002]利用热能(如化学能)产生动力的装置中最重要的工作过程是工质高能状态的制造过程，所谓工质高能状态的制造过程是指利用热能产生高温高压工质的过程，例如内燃机，或通过在高压下燃烧将热量直接传给工质的过程，例如郎肯循环中，或利用外燃形式将液态工质变成高温高压气态工质的过程。至今为止的动力系统中工质制造过程要么是制造出温度高、压力低的工质(例如内燃机，工质温度约2700K，压力在IOMPa以内)，要么是制造出压力高、温度低的工质(例如郎肯循环发动机，工质温度约900K，压力约30MPa)，这样的工质在做功过程中严重地影响了发动机的效率。
【发明内容】
[0003]本发明解决的技术问题在于提供一种新型结构的工质发生器，并进一步解决现有技术无法制造出温度高、压力高(例如温度2700K时，压力在15MPa以上)的工质的问题，本发明还提供包括所述工质发生器的发动机。
[0004]为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下:
一种高压内燃工质发生器，包括燃烧室、还原剂源、氧化剂源、氧化氢源，所述还原剂源与所述燃烧室连通，所述氧化剂源与所述燃烧室连通，所述氧化氢源与所述燃烧室连通；在所述燃烧室上设工质导出口，所述燃烧室的承压能力大于5MPa。
[0005]所述燃烧室的承压能力大于6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、IOMPa、I IMPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa 或大于 20MPa。
[0006]所述高压内燃工质发生器还包括核心燃烧区，所述核心燃烧区设置在所述燃烧室内，所述还原剂源直接与所述核心燃烧区连通，所述氧化剂源直接与所述核心燃烧区连通，所述氧化氢源直接与所述核心燃烧区连通。
[0007]—种包括所述高压内燃工质发生器的发动机，所述工质导出口与做功机构连通，在所述做功机构上设置乏气口。
[0008]一种包括所述高压内燃工质发生器的发动机，所述工质导出口与做功机构连通，所述做功机构经冷却器与所述氧化氢源连通，在所述做功机构上和/或在所述做功机构与所述氧化氢源之间的连通通道上设乏气口。
[0009]一种包括所述高压内燃工质发生器的发动机，所述工质导出口经冷却器与做功机构连通，在所述做功机构上设乏气口。
[0010]一种包括所述高压内燃工质发生器的发动机，所述工质导出口经冷却器与做功机构连通，所述做功机构与所述氧化氢源连通，在所述做功机构上和/或在所述做功机构与所述氧化氢源之间的连通通道上设乏气口。[0011]一种包括所述高压内燃工质发生器的发动机，其特征在于:所述工质导出口经冷却器与做功机构连通，所述做功机构经冷却器与所述氧化氢源连通，在所述做功机构上和/或在所述做功机构与所述氧化氢源之间的连通通道上设乏气口。
[0012]所述做功机构与所述氧化氢源连通。
[0013]所述做功机构经冷却器与所述氧化氢源连通，在所述做功机构上和/或在所述做功机构与所述氧化氢源之间的连通通道上设乏气口。
[0014]所述氧化氢源设为气缸活塞机构A,所述做功机构设为气缸活塞机构B。
[0015]所述气缸活塞机构A的活塞经连杆与曲轴的一个连杆轴颈连接，所述气缸活塞机构B的活塞经连杆与所述曲轴的另一个连杆轴颈连接，两个所述连杆轴颈之间存在相位差。
[0016]在所述冷却器与所述燃烧室之间的连通通道上设置回热器。
[0017]一种发动机，包括高压内燃工质发生器，所述高压内燃工质发生器包括燃烧室、还原剂源、氧化剂源、氧化氢源，所述还原剂源与所述燃烧室连通，所述氧化剂源与所述燃烧室连通，所述氧化氢源与所述燃烧室连通；所述燃烧室的承压能力大于5MPa，所述氧化氢源与做功机构连通，在所述做功机构上和/或在所述做功机构与所述氧化氢源之间的连通通道上中的至少一处设乏气口。
[0018]在所述燃烧室与所述氧化氢源之间的连通通道上和/或在所述氧化氢源与所述做功机构之间的连通通道上中的至少一处设冷却器。
[0019]所述燃烧室的承压能力大于6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、IOMPa、I IMPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa 或大于 20MPa。
[0020]所述高压内燃工质发生器还包括核心燃烧区，所述核心燃烧区设置在所述燃烧室内，所述还原剂源直接与所述核心燃烧区连通，所述氧化剂源直接与所述核心燃烧区连通，所述氧化氢源直接与所述核心燃烧区连通。
[0021]所述做功机构设为气缸活塞机构B。
[0022]本发明的原理如下:
如果仅通过将氧化剂、还原剂直接燃烧产生高压会同时产生过高温度，使所述燃烧室的材料无法承受，因此，本发明中通过将氧化剂、还原剂、氧化氢同时导入所述燃烧室的方式以实现产生温度可以接受、压力高的工质(因为水蒸气本身特性，可以在较低的温度下获得较高的压力，可以通过调整水蒸气的含量来调整工质的温度、压力)，本发明中，氧化剂和还原剂在所述燃烧室内发生燃烧化学反应，所产生的热量直接传给氧化氢，使氧化氢达到气化、过热化、临界化、超临界化和/或超超临界化。本发明的高压内燃工质发生器可以根据需要调整能够到达的温度、压力值，当然本发明的高压内燃工质发生器也可以根据需要生成温度、压力都相对较低的工质，比如压力大于5MPa的工质。
[0023]本发明中，所谓的还原剂源是指用于提供还原剂的装置，所谓的还原剂是指一切能够与氧化剂发生放热化学反应的物质，例如碳氢化合物、碳氢氧化合物、氢气等，其中，所述碳氢化合物包括汽油、柴油、天然气、重油、煤油、沼气、航空煤油等其他烃类；所述碳氢氧化合物包括甲醇、乙醇、甲醚、乙醚等。
[0024]本发明中，所谓的氧化剂源是指用于提供氧化剂的装置，所谓的氧化剂是指一切能够与还原剂发生放热化学反应的物质，例如氧(液氧、氧气)、空气、液态空气、双氧水、双氧水溶液等。
[0025]本发明中，所谓的氧化氢源是指用于提供氧化氢的装置，所谓的氧化氢是指水、水蒸气，所述水蒸气包括饱和水蒸气、不饱和水蒸气、过饱和水蒸气、临界水蒸气、超临界水蒸气、超超临界水蒸气。
[0026]本发明中，氧化剂、还原剂、氧化氢供送时，可以连续供送、间歇供送或者按正时关系供送。
[0027]本发明中，所谓的做功机构可以是连续式做功机构(例如叶轮做功机构、齿轮马达)或往复式做功机构(例如活塞式做功机构)。
[0028]本发明中，所谓的核心燃烧区的设置目的是使氧化剂、还原剂在发生化学反应之前或过程中，不与氧化氢混合或只在一定程度上与氧化氢混合。所述核心燃烧区可以是通过固体界面隔离所营造的空间，所谓的固体界面隔离是指带有通道的容器，氧化剂、还原剂在此容器中燃烧，将热量通过所述容器的壁或所述通道传递给氧化氢，燃烧化学反应的产物通过所述通道与氧化氢混合；或，所述核心燃烧区还可以是通过非固体界面隔离所营造的空间，所谓的非固体界面隔离是指利用流体力学领域里的公知技术减少氧化氢在氧化剂与还原剂的燃烧化学反应结束前的混入。
[0029]本发明中，所述燃烧室的工质压力与所述燃烧室的承压能力相匹配，即所述燃烧室内的最高工质压力达到其承压能力。
[0030]本发明中，应根据发动机领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统，例如根据所述燃烧室内燃烧条件的要求可以设置火花塞等。
[0031]本发明的有益效果如下:
本发明的高压内燃工质发生器可以制造出压力高、温度高的工质，而且功率密度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的结构示意图；
图4为本发明实施例4的结构示意图；
图5为本发明实施例5的结构示意图；
图6为本发明实施例6的结构示意图；
图7为本发明实施例7的结构示意图；
图8为本发明实施例8的结构示意图；
图9为本发明实施例9的结构示意图；
图10为本发明实施例10的结构示意图；
图11为本发明实施例11的结构示意图；
图中:
I燃烧室、2还原剂源、3氧化剂源、4氧化氢源、5做功机构、6工质导出口、7核心燃烧区、8冷却器、9乏气口、10气缸活塞机构A、ll气缸活塞机构B、12回热器。
【具体实施方式】[0033]实施例1
图1所示的高压内燃工质发生器，包括燃烧室1、还原剂源2、氧化剂源3、氧化氢源4，所述还原剂源2与所述燃烧室I连通，所述氧化剂源3与所述燃烧室I连通，所述氧化氢源4与所述燃烧室I连通；在所述燃烧室I上设工质导出口 6，所述燃烧室I的承压能力大于5MPa0
[0034]实施例2
图2所示的高压内燃工质发生器，其在实施例1的基础上:
所述高压内燃工质发生器还包括核心燃烧区7，所述核心燃烧区7设置在所述燃烧室I内，所述还原剂源2直接与所述核心燃烧区7连通，所述氧化剂源3直接与所述核心燃烧区7连通，所述氧化氢源4直接与所述核心燃烧区7连通。
[0035]所述核心燃烧区7的设置可以使燃烧反应更加稳定、快速的进行。
[0036]实施例3
图3所示包括实施例1中所述高压内燃工质发生器的发动机，其在实施例1的基础上: 将所述工质导出口 6与做功机构5连通，在所述做功机构5上设置乏气口 9。
[0037]所述燃烧室I中产生的压力高、温度高的工质通过所述工质导出口 6导入所述做功机构5，推动所述做功机构5对外输出动力，做功后的工质经所述乏气口 9导出。
[0038]实施例4
图4所示的包括实施例1中所述高压内燃工质发生器的发动机，其在实施例1的基础
上:
所述工质导出口 6与做功机构5连通，所述做功机构5经冷却器8与所述氧化氢源4连通，在所述做功机构5与所述氧化氢源4之间的连通通道上设置乏气口 9，具体的本实施例中所述乏气口 9设置在所述做功机构5和所述冷却器8之间的连通通道上。
[0039]作为可以变换的实施方式，所述乏气口 9可以改为设置在所述做功机构5上，或改为设置在所述做功机构5上、在所述做功机构5与所述氧化氢源4之间的连通通道上分别设置。
[0040]作为可以变换的实施方式，当所述乏气口 9设置在所述做功机构5与所述氧化氢源4之间的连通通道上时，可以是指在所述冷却器8与所述氧化氢源4之间。
[0041]所述燃烧室I中产生的压力高、温度高的工质通过所述工质导出口 6导入所述做功机构5，推动所述做功机构5对外输出动力。做功完成后的工质部分经所述乏气口 9导出，部分工质经所述冷却器8冷却后形成的冷凝水返回所述氧化氢源4被重新利用，经所述冷却器8后未冷凝的工质返回经所述乏气口 9导出，本实施例的所述发动机减少了物质、热量的外排。
[0042]实施例5
图5所示的包括实施例1中所述高压内燃工质发生器的发动机，其在实施例1的基础上在于:
所述工质导出口 6经冷却器8与做功机构5连通，在所述做功机构5上设置乏气口 9。
[0043]实施例6
图6所示的发动机,其在实施例5的基础上:
所述做功机构5与所述氧化氢源4连通，在所述做功机构5与所述氧化氢源4之间的连通通道上设置乏气口 9。
[0044]作为可以变换的实施方式，所述乏气口 9可以改为设置在所述做功机构5上，或改为设置在所述做功机构5上、在所述做功机构5与所述氧化氢源4之间的连通通道上分别设置。
[0045]所述燃烧室I中产生的压力高、温度高的工质通过所述工质导出口 6导入所述做功机构5，推动所述做功机构5对外输出动力，在进入所述做功机构5之前，工质被所述冷却器8冷却，温度降低，做功后返回所述氧化氢源4被重新利用，减少了物质、热量的外排。
[0046]实施例7
图7所示的发动机，其在实施例5的基础上:
所述做功机构5经冷却器8与所述氧化氢源4连通，在所述做功机构5与所述氧化氢源4之间的连通通道上设置乏气口 9。
[0047]作为可以变换的实施方式，所述乏气口 9可以改为设置在所述做功机构5上，或改为设置在所述做功机构5上、在所述做功机构5与所述氧化氢源4之间的连通通道上分别设置。
[0048]做功后的工质经所述冷却器8进一步冷却后返回所述氧化氢源4被重新利用，减少了物质、热量的外排。
[0049]实施例8
图8所示的包括实施例3中所述高压内燃工质发生器的发动机，其在实施例3的基础
上:
所述做功机构5设为气缸活塞机构B 11。
[0050]作为可以变换的实施方式，可以参照本实施例将实施例4至实施例7中的所述做功机构5设为气缸活塞机构B 11。
[0051]实施例9
图9所示的发动机,其在实施例5的基础上:
所述氧化氢源4设为气缸活塞机构A 10,所述做功机构5设为气缸活塞机构B 11。
[0052]具体实施时，可选择地，所述气缸活塞机构A 10的活塞经连杆与曲轴的一个连杆轴颈连接，所述气缸活塞机构B 11的活塞经连杆与所述曲轴的另一个连杆轴颈连接，两个所述连杆轴颈之间存在相位差。
[0053]实施例10
图10所不的发动机，其在实施例9的基础上:
在所述冷却器8与所述燃烧室I之间的连通通道上设置回热器12。
[0054]实施例11
图11所示发动机，包括高压内燃工质发生器，所述高压内燃工质发生器包括燃烧室1、还原剂源2、氧化剂源3、氧化氢源4，所述还原剂源2与所述燃烧室I连通，所述氧化剂源3与所述燃烧室I连通，所述氧化氢源4与所述燃烧室I连通；所述燃烧室I的承压能力大于5MPa，所述氧化氢源4与做功机构5连通，在所述做功机构5与所述氧化氢源4之间的连通通道上设乏气口 9，在所述做功机构5与所述氧化氢源4的连通通道上和在所述氧化氢源4与所述燃烧室I之间的连通通道上分别设冷却器8。
[0055]所述氧化氢源4提供的氧化氢与所述燃烧室I中由氧化剂、还原剂化学反应产生的燃烧产物混合并被加热形成压力高、温度高的工质，该工质经所述氧化氢源4进入所述做功机构5，推动所述做功机构5对外输出动力，在进入所述做功机构5之前，做功后返回所述氧化氢源4被重新利用，减少了物质、热量的外排。
[0056]作为可以变换的实施方式，所述乏气口 9可以改为设置在所述做功机构5上，或者改为在所述做功机构5上、在所述做功机构5与所述氧化氢源4之间的连通通道上同时设置。
[0057]作为可以变换的实施方式，所述冷却器8可以不设，或在所述做功机构5与所述氧化氢源4的连通通道上、在所述氧化氢源4与所述燃烧室I之间的连通通道上择一处设置。
[0058]实施例5、实施例6、实施例7、实施例9或实施例10中的发动机工作时，可以在所述燃烧室I内设置液相区，所述工质导出口和所述燃烧室I的液相区连通，所述燃烧室I内产生的高温高压的工质推动液相区内的液体进入所述做功机构5，带动所述做功机构5对外输出动力，液体进入所述做功机构5之前被所述工质导出口 6与所述做功机构5之间的所述冷却器8冷却，降低进入所述做功机构5中的工质的温度，从而改善所述做功机构5的工作环境。
[0059]另，可以参照实施例2，在实施例3至实施例11的所述燃烧室I中设置所述核心燃烧区7。
[0060]本发明的高压内燃工质发生器工作时可以产生温度高、压力高的工质，所述燃烧室I的承压能力应能承受所述工质的压力，具体实施时，可以选择性地将本发明中所有实施方式中的所述燃烧室I的承压能力根据需要承受的工质的压力改设为大于6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa、llMPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa 或大于20MPa。
[0061]具体实施时，可以选择性地将本发明中所有实施方式中的所述氧化氢源4设为气缸活塞机构A 10,所述做功机构5设为气缸活塞机构B 11。
[0062]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】
1.一种高压内燃工质发生器，包括燃烧室(I)、还原剂源(2)、氧化剂源(3)、氧化氢源(4 )，其特征在于:所述还原剂源(2 )与所述燃烧室(I)连通，所述氧化剂源(3 )与所述燃烧室(I)连通，所述氧化氢源(4)与所述燃烧室(I)连通；在所述燃烧室(I)上设工质导出口(6)，所述燃烧室(I)的承压能力大于5MPa。
2.如权利要求1所述高压内燃工质发生器，其特征在于:所述燃烧室(I)的承压能力大于 6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、IOMPa、IIMPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、19MPa 或大于 20MPa。
3.如权利要求1所述高压内燃工质发生器，其特征在于:所述高压内燃工质发生器还包括核心燃烧区(7 )，所述核心燃烧区(7 )设置在所述燃烧室(I)内，所述还原剂源(2 )直接与所述核心燃烧区(7 )连通，所述氧化剂源(3 )直接与所述核心燃烧区(7 )连通，所述氧化氢源(4)直接与所述核心燃烧区(7)连通。
4.一种包括权利要求1至3中任一项所述高压内燃工质发生器的发动机，其特征在于:所述工质导出口( 6 )与做功机构(5 )连通，在所述做功机构(5 )上设置乏气口( 9 )。
5.一种包括权利要求1至3中任一项所述高压内燃工质发生器的发动机，其特征在于:所述工质导出口(6)与做功机构(5)连通，所述做功机构(5)经冷却器(8)与所述氧化氢源(4)连通，在所述做功机构(5)上和/或在所述做功机构(5)与所述氧化氢源(4)之间的连通通道上设乏气口(9)。
6.一种包括权利要求1至3中任一项所述高压内燃工质发生器的发动机，其特征在于:所述工质导出口(6)经冷却器(8)与做功机构(5)连通，在所述做功机构(5)上设置乏气口(9)。
7.一种包括权利要求1至3中任一项所述高压内燃工质发生器的发动机，其特征在于:所述工质导出口(6)经冷却器(8)与做功机构(5)连通，所述做功机构(5)与所述氧化氢源(4)连通，在所述做功机构(5)上和/或在所述做功机构(5)与所述氧化氢源(4)之间的连通通道上设乏气口(9)。
8.一种包括权利要求1至3中任一项所述高压内燃工质发生器的发动机，其特征在于:所述工质导出口(6)经冷却器(8)与做功机构(5)连通，所述做功机构(5)经冷却器(8)与所述氧化氢源(4)连通，在所述做功机构(5)上和/或在所述做功机构(5)与所述氧化氢源(4)之间的连通通道上设乏气口(9)。
9.如权利要求6所述发动机，其特征在于:所述做功机构(5)与所述氧化氢源(4)连通。
10.如权利要求6所述发动机，其特征在于:所述做功机构(5)经冷却器(8)与所述氧化氢源(4)连通，在所述做功机构(5)上和/或在所述做功机构(5)与所述氧化氢源(4)之间的连通通道上设乏气口( 9 )。
【文档编号】F02G1/043GK103485929SQ201310412897
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2012年9月14日
【发明者】靳北彪 申请人:摩尔动力(北京)技术股份有限公司