專利名稱：氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能與動力領(lǐng)域，尤其是一種氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，無論是內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī)還是混燃機(jī)(詳見申請人的發(fā)明申請文件 201010118601.4)的燃燒室排放出的污染物是目前環(huán)境保護(hù)中的最大障礙。因此，關(guān)于新能源動力系統(tǒng)的研究日趨火熱。但是新能源動力系統(tǒng)很難在短時間內(nèi)得以廣泛實(shí)際應(yīng)用，因此如何減少或杜絕傳統(tǒng)能源動力轉(zhuǎn)換過程中的污染物排放是更為現(xiàn)實(shí)急迫的任務(wù)。不僅如此，在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)人類的能源結(jié)構(gòu)仍然將以碳?xì)浠衔餅橹?，其中包括化石能源和生物質(zhì)能源。為此如果能夠開發(fā)出以碳?xì)浠衔锘蛱細(xì)溲趸衔餅槿剂系牧闩欧呕蚪闩欧诺臒釀恿ο到y(tǒng)，將對于環(huán)境保護(hù)起到更大的作用。關(guān)于從動力系統(tǒng)的排氣中捕捉二氧化碳的研究有許多，但是它們都有一個共同的特點(diǎn)，就是沒有將二氧化碳液化或固化，所以盡管捕捉到了二氧化碳，但二氧化碳的后期處理仍然十分困難。如果能夠發(fā)明出在動力系統(tǒng)循環(huán)過程中就將二氧化碳液化或固化，特別是如果能夠發(fā)明出利用排氣的自身能量為主要推動力或以動力系統(tǒng)所消耗的液態(tài)氧、液化燃料為主要冷源將動力系統(tǒng)排放的二氧化碳液化或固化的動力系統(tǒng)，將具有十分重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下一種氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)、氧源、排氣冷卻器、排氣深度冷卻器和深冷二氧化碳儲罐，所述氧源與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通，所述發(fā)動機(jī)的排氣道經(jīng)所述排氣冷卻器與所述排氣深度冷卻器連通，在所述排氣冷卻器上設(shè)水排出口，在所述排氣深度冷卻器上設(shè)深冷二氧化碳排出口，所述深冷二氧化碳排出口與所述深冷二氧化碳儲罐連通使所述發(fā)動機(jī)排氣中的二氧化碳全部或部分以液體和/或固體的形式儲存在所述深冷二氧化碳儲罐內(nèi)。所述氧源設(shè)為液氧儲罐，所述排氣深度冷卻器設(shè)為氧吸熱排氣深度冷卻器，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口，所述液氧儲罐與所述氧吸熱排氣深度冷卻器的冷卻流體入口連通，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)氧氣/含氧氣體出口，所述氧氣/含氧氣體出口與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通；或所述氧源設(shè)為液氧儲罐，將由所述排氣冷卻器和所述排氣深度冷卻器構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)設(shè)為氧吸熱排氣深度冷卻器， 在所述氧吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口，所述液氧儲罐與所述氧吸熱排氣深度冷卻器的冷卻流體入口連通，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)氧氣/含氧氣體出口，所述氧氣/含氧氣體出口與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通。所述發(fā)動機(jī)的燃料設(shè)為液化燃料，所述液化燃料儲存在液化燃料儲罐內(nèi)，所述排氣深度冷卻器設(shè)為燃料吸熱排氣深度冷卻器，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口，所述燃料吸熱排氣深度冷卻器的冷卻流體入口與所述液化燃料儲罐連
5通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)燃料/含燃料流體出口，所述燃料/含燃料流體出口與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通；或所述發(fā)動機(jī)的燃料設(shè)為液化燃料，所述液化燃料儲存在液化燃料儲罐內(nèi)，將由所述排氣冷卻器和所述排氣深度冷卻器構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)設(shè)為燃料吸熱排氣深度冷卻器，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口， 所述燃料吸熱排氣深度冷卻器的冷卻流體入口與所述液化燃料儲罐連通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)燃料/含燃料流體出口，所述燃料/含燃料流體出口與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通。所述氧源設(shè)為液氧儲罐，所述發(fā)動機(jī)的燃料設(shè)為液化燃料，所述液化燃料儲存在液化燃料儲罐內(nèi)，所述排氣深度冷卻器設(shè)為由氧吸熱排氣深度冷卻器和燃料吸熱排氣深度冷卻器并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置構(gòu)成的排氣深度冷卻系統(tǒng)；在所述氧吸熱排氣深度冷卻器和所述燃料吸熱排氣深度冷卻器并聯(lián)設(shè)置的結(jié)構(gòu)中，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口，所述液氧儲罐與所述氧吸熱排氣深度冷卻器的冷卻流體入口連通，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)氧氣/含氧氣體出口，所述氧氣/含氧氣體出口與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口，所述燃料吸熱排氣深度冷卻器的冷卻流體入口與所述液化燃料儲罐連通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)燃料/含燃料流體出口，所述燃料/含燃料流體出口與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通，所述氧吸熱排氣深度冷卻器和所述燃料吸熱排氣深度冷卻器的排氣入口分別與所述排氣冷卻器連通；在所述氧吸熱排氣深度冷卻器和所述燃料吸熱排氣深度冷卻器串聯(lián)設(shè)置的結(jié)構(gòu)中，在處于末端的所述氧吸熱排氣深度冷卻器上或在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口，所述液氧儲罐與所述氧吸熱排氣深度冷卻器的冷卻流體入口連通，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)氧氣/含氧氣體出口，所述氧氣/含氧氣體出口與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通；所述燃料吸熱排氣深度冷卻器的冷卻流體入口與所述液化燃料儲罐連通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器上設(shè)燃料/含燃料流體出口，所述燃料/含燃料流體出口與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通；處于上游的所述氧吸熱排氣深度冷卻器或所述燃料吸熱排氣深度冷卻器的排氣入口與所述排氣冷卻器連通，處于上游的所述氧吸熱排氣深度冷卻器或所述燃料吸熱排氣深度冷卻器的排氣出口與處于下游的所述氧吸熱排氣深度冷卻器或所述燃料吸熱排氣深度冷卻器的排氣入口連通。在所述燃燒室與所述排氣冷卻器之間設(shè)熱動力單元，所述熱動力單元對外輸出動力。所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)還包括載冷劑儲罐，在所述排氣冷卻器和所述排氣深度冷卻器之間設(shè)載冷劑吸熱排氣冷卻器，所述載冷劑吸熱排氣冷卻器的被冷卻流體入口與所述排氣冷卻器連通，所述載冷劑吸熱排氣冷卻器的冷卻流體入口與所述載冷劑儲罐連通，所述載冷劑吸熱排氣冷卻器上設(shè)載冷劑出口，所述載冷劑吸熱排氣冷卻器的被冷卻流體出口與所述排氣深度冷卻器連通，由所述排氣冷卻器出來的排氣在所述載冷劑吸熱排氣冷卻器中被儲存在所述載冷劑儲罐內(nèi)的載冷劑進(jìn)一步冷卻后進(jìn)入所述排氣深度冷卻器進(jìn)行深度冷卻；和/或在所述排氣冷卻器和所述排氣深度冷卻器之間設(shè)增壓器和排熱器，排氣在所述增壓器內(nèi)被壓縮在所述排熱器中進(jìn)行冷卻降溫后進(jìn)入所述排氣深度冷卻器進(jìn)行深度冷卻以減少在所述排氣深度冷卻器中二氧化碳液化或固化過程中對冷能的需求。
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所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)還包括深冷載冷劑儲罐，所述排氣深度冷卻器設(shè)為深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器，所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器的被冷卻流體入口與所述排氣冷卻器的排氣出口連通，在所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口，所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器的冷卻流體入口與所述深冷載冷劑儲罐連通，所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器的所述深冷二氧化碳排出口與所述深冷二氧化碳儲罐連通，在所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器上設(shè)深冷載冷劑出口。所述排氣深度冷卻器設(shè)為以所述發(fā)動機(jī)排氣熱能為推動力的吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)，所述吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)利用所述發(fā)動機(jī)的排氣熱能將排氣進(jìn)行深度冷卻使排氣中的殘留水汽液化之后再將二氧化碳液化和/或固化；或所述排氣冷卻器設(shè)為以所述發(fā)動機(jī)排氣熱能為推動力的吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)，所述吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)利用所述發(fā)動機(jī)的排氣熱能將排氣進(jìn)行冷卻；或?qū)⒂伤雠艢饫鋮s器和所述排氣深度冷卻器構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)設(shè)為以所述發(fā)動機(jī)排氣熱能為推動力的吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)，所述吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)利用所述發(fā)動機(jī)的排氣熱能將排氣進(jìn)行冷卻后再進(jìn)入深度冷卻過程，將排氣中的水蒸氣液化，將二氧化碳液化和/或固化。所述排氣深度冷卻器設(shè)為以所述發(fā)動機(jī)排氣熱能為推動力的壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)，所述壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)利用所述發(fā)動機(jī)的排氣熱能將排氣進(jìn)行深度冷卻使排氣中的殘留水汽液化之后再將二氧化碳液化和/或固化；或所述排氣冷卻器設(shè)為以所述發(fā)動機(jī)排氣熱能為推動力的壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)，所述壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)利用所述發(fā)動機(jī)的排氣熱能將排氣進(jìn)行冷卻；或?qū)⒂伤雠艢饫鋮s器和所述排氣深度冷卻器構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)設(shè)為以所述發(fā)動機(jī)排氣熱能為推動力的壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)，所述壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)利用所述發(fā)動機(jī)的排氣熱能將排氣進(jìn)行冷卻后再進(jìn)入深度冷卻過程，將排氣中的水蒸氣液化， 將二氧化碳液化和/或固化。所述水排出口與水噴嘴連通將從所述水排出口出來的水噴射到所述排氣冷卻器的外部高溫區(qū)上作為所述排氣冷卻器的蒸發(fā)吸熱載體以提高所述排氣冷卻器的排氣冷卻效率；或?qū)乃鏊懦隹谥谐鰜淼乃鳛槔鋮s介質(zhì)導(dǎo)入所述排氣冷卻器內(nèi)部高溫區(qū)以提高所述排氣冷卻器的排氣冷卻效率。所述氧吸熱排氣深度冷卻器設(shè)為直混熱交換器或設(shè)為直混對流熱交換器；和/或在設(shè)有所述燃料吸熱排氣深度冷卻器的結(jié)構(gòu)中，所述燃料吸熱排氣深度冷卻器設(shè)為直混熱交換器或設(shè)為直混對流熱交換器。所述氧源設(shè)為液氧儲罐，所述深冷二氧化碳儲罐設(shè)為所述液氧儲罐的下端空間， 利用所述液氧儲罐的部分空間存儲液態(tài)二氧化碳和/或干冰。所述氧源設(shè)為大氣，在所述排氣深度冷卻器上設(shè)氮?dú)獬隹?。所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)還包括氦氣回流管，在所述發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道、所述燃燒室、所述排氣道、所述排氣冷卻器和所述深度冷卻器所構(gòu)成的系統(tǒng)內(nèi)充入氦氣，所述氦氣回流管將所述發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道與所述排氣道和/或所述排氣道的連通空間連通，氦氣在所述發(fā)動機(jī)的所述進(jìn)氣道、所述燃燒室、所述排氣道、所述排氣冷卻器和所述深度冷卻器之間循環(huán)。所述氧源設(shè)為液氧儲罐，所述排氣深度冷卻器設(shè)為罐內(nèi)氧吸熱熱交換器，所述罐內(nèi)氧吸熱熱交換器設(shè)在所述液氧儲罐內(nèi)，所述罐內(nèi)氧吸熱熱交換器的液體二氧化碳出口與所述深冷二氧化碳儲罐連通，利用所述液氧儲罐中的液氧將經(jīng)過所述排氣冷卻器冷卻后的排氣液化成液體二氧化碳，再將液體二氧化碳儲存在所述深冷二氧化碳儲罐內(nèi)。所述氧源設(shè)為液氧儲罐，所述排氣深度冷卻器設(shè)為所述液氧儲罐中的液氧區(qū)，所述深冷二氧化碳儲罐設(shè)為所述液氧儲罐中的下端空間，利用所述液氧儲罐中的所述液氧區(qū)對經(jīng)過所述排氣冷卻器冷卻后的排氣進(jìn)行深度冷卻，利用所述液氧儲罐中的部分空間存儲液態(tài)二氧化碳和/或干冰。長期以來，人們?yōu)榱藴p少熱動力系統(tǒng)對環(huán)境的污染(如NOx及二氧化碳等)，在如何使用氫燃料方面做了許多努力，也確實(shí)在一定的場合實(shí)際應(yīng)用了氫作為熱動力系統(tǒng)的燃料，如以氫氧燃燒反應(yīng)為動力的潛艇用斯特林發(fā)動機(jī)，以及寶馬公司以氫為燃料的汽車。然而，眾所周知?dú)涞膬Σ叵喈?dāng)困難，液態(tài)氫的密度也只有每立方米70公斤左右，雖然氫的燃燒值約是汽油的3倍、液化天然氣的2. 5倍左右，但就其單位體積的能量密度而言遠(yuǎn)不如汽油或天然氣。氫的制備工業(yè)遠(yuǎn)不如石油、天然氣工業(yè)成熟、龐大，因此氫的單位能量的價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)比石油、天然氣高。單純使用氫燃料與空氣中的氧燃燒反應(yīng)仍然會產(chǎn)生氮氧化物，只有使用氫和純氧燃燒反應(yīng)才能保證排放中只有水而沒有氮氧化物和二氧化碳。本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)既使用了傳統(tǒng)燃料(石油、天然氣、生物質(zhì)等碳?xì)浠衔锘蛱細(xì)溲趸衔?，又確保了沒有氮氧化物的生成，也沒有或只有少量二氧化碳排放。本發(fā)明中所使用的液化燃料如液化天然氣的儲藏、運(yùn)輸和攜帶都遠(yuǎn)遠(yuǎn)比儲藏、運(yùn)輸或攜帶氫燃料方便，而且價格低廉。因此，本發(fā)明中所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)不僅比傳統(tǒng)熱動力系統(tǒng) (內(nèi)燃機(jī)、外燃機(jī))優(yōu)越，也比以氫為燃料的熱動力系統(tǒng)優(yōu)越。本發(fā)明中所謂氧是指主要成分是氧的氣體或液體，可以有其他成分，但這些成分的含量對本發(fā)明系統(tǒng)的循環(huán)和排放的影響在可以控制和接受的范圍內(nèi)。所謂氧源可以是商用氧源，即高壓儲氧罐或液化氧罐，也可以是由現(xiàn)場制氧系統(tǒng)提供的氧，如膜分離等。如果在本發(fā)明中的發(fā)動機(jī)排氣中存在在液化二氧化碳條件下不凝結(jié)的氣體，應(yīng)在系統(tǒng)的末端安裝抽氣機(jī)構(gòu)，抽掉不凝氣，以防不凝氣在循環(huán)系統(tǒng)中大量積累。本發(fā)明中所謂的排氣冷卻器是指一切可以對排氣進(jìn)行冷卻的裝置，包括散熱器、 熱動力單元、制冷系統(tǒng)(含壓縮制冷、化學(xué)吸附制冷和物理吸附制冷)、熱交換器(含混合式和非混合式)等以及這些裝置的相互科學(xué)組合。所謂的排氣冷卻器不能液化二氧化碳。本發(fā)明中所謂的排氣深度冷卻器是指一切可以對排氣進(jìn)行冷卻和深度冷卻達(dá)到可使二氧化碳液化和/或固化的程度的裝置，包括制冷系統(tǒng)(含壓縮制冷、化學(xué)吸附制冷和物理吸附制冷)、熱動力單元、熱交換器(含混合式和非混合式)等以及這些裝置的科學(xué)組合；或本發(fā)明中所謂的排氣深度冷卻器是指一切以排氣自身能量為主要推動力或以液氧、 液化燃料、液氮及其他載冷劑為主要冷源對排氣進(jìn)行深度冷卻使二氧化碳液化和/或固化的裝置，包括制冷系統(tǒng)(含壓縮制冷、化學(xué)吸附制冷和物理吸附制冷)、熱動力單元、熱交換器(含混合式和非混合式)等以及這些裝置的科學(xué)組合。本發(fā)明中所謂的排氣冷卻器和排氣深度冷卻器構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)是指一切可以對排氣進(jìn)行冷卻達(dá)到可使二氧化碳液化的程度的裝置，包括制冷系統(tǒng)(含壓縮制冷、化學(xué)吸附制冷和物理吸附制冷)、熱動力單元、熱交換器(含混合式和非混合式)等以及這些裝置的科學(xué)組合。
本發(fā)明所謂的熱動力單元是指利用上游流體(排氣)的能量對外作功后將降低了溫度的排氣或排氣相變物(指排氣的相變產(chǎn)物，如水蒸汽的相變物是水和冰)傳給下游的系統(tǒng)，這個單元可以在對外輸出功的同時將排氣冷卻或深度冷卻，所謂上游是指排氣流靠近燃燒室的方向，所謂下游是指排氣流遠(yuǎn)離燃燒室的方向。本發(fā)明所謂的深度冷卻是指冷卻強(qiáng)度較強(qiáng)達(dá)到二氧化碳液化或固化的程度。本發(fā)明所謂的深冷過程是指深度降溫使二氧化碳液化或固化的過程。本發(fā)明所謂的吸附工質(zhì)對是指發(fā)生吸附作用和解吸作用的一對工質(zhì)，如溴化鋰和水。本發(fā)明所謂的吸附區(qū)是指吸附工質(zhì)對(詳見有關(guān)吸附制冷書籍)發(fā)生吸附過程的區(qū)域，本發(fā)明所謂的解吸區(qū)是指吸附工質(zhì)對發(fā)生解吸過程的區(qū)域。本發(fā)明所謂的排氣通道是指連接或間接連接吸附區(qū)和解吸區(qū)的排氣流動通道。本發(fā)明所謂散熱器是指能夠起到散熱作用的裝置，如散熱片和風(fēng)扇以及熱交換器等，其作用是對為解吸區(qū)提供熱能后的排氣進(jìn)行進(jìn)一步冷卻后再使其進(jìn)入吸附區(qū)，以提高排氣冷卻系統(tǒng)的冷卻能力。本發(fā)明中所謂連通是指直接連通、經(jīng)過若干過程(包括與其他物質(zhì)混合等)的間接連通或經(jīng)泵、控制閥等受控連通。本發(fā)明中的燃料/含燃料流體和氧/含氧氣體可以分別直接進(jìn)入燃燒室，也可以預(yù)混后再進(jìn)入燃燒室。本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)包括完全氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)和部分氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)。所謂完全氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)是指完全不對環(huán)境排放二氧化碳?xì)怏w的熱動力系統(tǒng)，所謂部分氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)是指對環(huán)境排放少量二氧化碳?xì)怏w的熱動力系統(tǒng)。所謂氣閉合循環(huán)是指氣相完全閉合循環(huán)或氣相部分閉合循環(huán)。所謂的完全閉合循環(huán)或部分閉合循環(huán)都是針對二氧化碳而言。當(dāng)氧源設(shè)為大氣時，本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)的排氣中的氮?dú)饪芍苯优欧?，也可以儲存起來以備他用，由于水蒸氣和二氧化碳均已液化，所以這個系統(tǒng)的排氣中的氮?dú)饧兌容^高。當(dāng)采用大氣吸氣時，系統(tǒng)可能會產(chǎn)生氮氧化物，產(chǎn)生的氮氧化物可直接被系統(tǒng)冷凝液化，也可以經(jīng)吸附回收或經(jīng)三元催化劑處理。當(dāng)采用大氣吸氣時，可保留傳統(tǒng)三元催化劑工作單元，三元催化劑工作單元可設(shè)在排氣冷卻器之前；在必要時，可對傳統(tǒng)三元催化劑工作單元進(jìn)行隔熱或絕熱處理以保證離開三元催化劑工作單元的排氣具有較高的溫度為后續(xù)單元提供推動力。在本發(fā)明中的循環(huán)中，液相和/或固相是不閉合的，即以液態(tài)和/或固態(tài)的形式向環(huán)境排出二氧化碳，而得到純度較高的二氧化碳。液態(tài)或固態(tài)二氧化碳是應(yīng)用廣泛的化工材料，廣泛應(yīng)用這一動力系統(tǒng)所產(chǎn)生的液體或固體二氧化碳可以減少用其他途徑生成二氧化碳的需求，達(dá)到減少二氧化碳排放的目的。本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)排氣可完全不回流到燃燒室， 也可部分回流到燃燒室。在排氣完全不回流到燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所有排氣完全被液化。在排氣部分回流到燃燒室的結(jié)構(gòu)中，回流到燃燒室的所述排氣可以是排氣的一部分，也可以是排氣中的某一種組分或多種組分的一部分(如二氧化碳、水)，在這種結(jié)構(gòu)中需要設(shè)置回流管，所述回流管的作用是將二氧化碳、水和二氧化碳和水的混合物中的一種或多種物質(zhì)以氣體或液體的形式回送至燃燒室，在有些情況下氧或燃料也可以通過回流管進(jìn)入燃燒室。在排氣的一部分回流到燃燒室的結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)中發(fā)動機(jī)的排氣可完全冷凝冷卻液化，也可其中的一部分被冷凝冷卻液化。重新進(jìn)入燃燒室的這部分排氣(二氧化碳、水或二氧化碳和水的混合物)可以是低壓進(jìn)入，在燃燒室內(nèi)被壓縮；也可以是高壓進(jìn)入，直接和高壓進(jìn)入的氧混合燃燒，不需要進(jìn)一步壓縮。如果采取高壓進(jìn)入，可以將沒被液化的排氣通過壓縮機(jī)壓縮，被壓縮的排氣進(jìn)入燃燒室，也可以將液化后的排氣中的某種組分或幾種組分的混合物(即水、液體二氧化碳或水和液體二氧化碳的混合物)加壓后吸收排氣的熱量汽化后進(jìn)入燃燒室。如果采用將排氣進(jìn)行壓縮的方案，應(yīng)將排氣先冷卻再壓縮，壓縮后的排氣進(jìn)入燃燒室；為了提高系統(tǒng)的液化二氧化碳的能力，可將排氣的一部分壓縮后冷卻減壓節(jié)流降低溫度。在需要對燃燒室回流燃燒產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)中，可在所述發(fā)動機(jī)的排氣道和/或排氣道連通空間上設(shè)回流流體出口，此回流流體出口與所述燃燒室或所述發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道連通。本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，為調(diào)整燃燒室的溫度及條件，可以在向燃燒室導(dǎo)入燃料/含燃料流體和氧/含氧氣體的同時，回流二氧化碳也可以回流水。如果選擇回流水，應(yīng)該使水在進(jìn)入燃燒室之前吸收發(fā)動機(jī)的余熱汽化，更能提高發(fā)動機(jī)的效率。本發(fā)明中排熱器是指系統(tǒng)對外排熱降溫的裝置，包括散熱器和以冷卻為目的的熱交換器等。本發(fā)明中進(jìn)入燃燒室的氧氣流可以是高壓氣態(tài)氧或低壓氣態(tài)氧，也可以是高壓含氧氣態(tài)混合物或低壓含氧氣態(tài)混合物?；旌衔镏谐跬?，其他主要成分為二氧化碳和水蒸汽。也就是說氧氣可以單獨(dú)進(jìn)入發(fā)動機(jī)的燃燒室，也可以在燃燒室外混合后進(jìn)入燃燒室。本發(fā)明中的發(fā)動機(jī)在正常工作情況下，不從環(huán)境吸入空氣。但是也可以在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道上(或外燃機(jī)鍋爐的進(jìn)風(fēng)通道上)設(shè)空氣入口，以便在氧源的氧用盡時讓發(fā)動機(jī)從環(huán)境吸入空氣使發(fā)動機(jī)能夠繼續(xù)工作，以備應(yīng)急之用。在氧氣流進(jìn)入燃燒室前可對氧氣流進(jìn)行控制，即可在燃燒室和所述氧氣/含氧氣體出口之間設(shè)氧控制閥。在所述排氣道上可設(shè)排氣回流出口，所述排氣回流出口經(jīng)排氣回流控制閥與所述燃燒室連通，以控制排氣回流到燃燒室內(nèi)的量。在某些情況下為了減少系統(tǒng)冷量的需求，可在所述深冷二氧化碳儲罐上設(shè)放空閥，以放空部分二氧化碳獲得更低的溫度，制造干冰或增加系統(tǒng)的冷卻能力，在這種情況下，雖然不是絕對意義上的閉合循環(huán)但其大部分二氧化碳仍然被液化或固化在系統(tǒng)內(nèi)。也可以在所述排氣道上設(shè)熱排氣放空閥，放空部分排氣以減少系統(tǒng)的冷卻負(fù)載，同樣雖然不是絕對意義上的閉合循環(huán)但其大部分二氧化碳仍然被液化或固化在系統(tǒng)內(nèi)。當(dāng)所述氧吸熱排氣深度冷卻器設(shè)為直混對流熱交換器時，可在所述直混對流熱交換器的中間級處設(shè)氧導(dǎo)出管，所述氧導(dǎo)出管經(jīng)氧控制閥與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通，以調(diào)整進(jìn)入燃燒室的氧的濃度，以滿足發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化的要求。當(dāng)所述氧吸熱排氣深度冷卻器設(shè)為直混熱交換器時，可在所述直混熱交換器內(nèi)的氧流上游處即靠近所述氧源處設(shè)氧導(dǎo)出管，所述氧導(dǎo)出管經(jīng)氧控制閥與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通，以調(diào)整進(jìn)入燃燒室的氧的濃度，以滿足發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化的要求。本發(fā)明中的所述發(fā)動機(jī)是指一切以含碳化合物為燃料的熱動力系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、由鍋爐和汽輪機(jī)組成的外燃熱動力系統(tǒng)或低熵混燃發(fā)動機(jī)(詳見本發(fā)明人于2010年3月5日申請的名為“低熵混燃發(fā)動機(jī)”的專利申請文件，申請?zhí)枮?201010118601. 4和201020124334. 7)。所謂含碳化合物是指一切可以和氧發(fā)生燃燒反應(yīng)的含有碳的化合物，如碳?xì)浠衔?、碳?xì)溲趸衔?例如乙醇等)。在包括鍋爐的結(jié)構(gòu)中，所述發(fā)動機(jī)的排氣道為鍋爐的排煙道，所述燃燒室為鍋爐的爐膛。本發(fā)明中的發(fā)動機(jī)是指在正常工作情況下從氧源向燃燒室導(dǎo)入氧化劑，不自然吸氣的熱動力系統(tǒng)。本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)中氧源的存在可以簡單的調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室氧的濃度，從而可以更為有效地調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷響應(yīng)?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室氧的濃度調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的升功率，滿足不同負(fù)荷的要求；尤其是對于車輛用發(fā)動機(jī)，可以裝配一個小型發(fā)動機(jī)使小型發(fā)動機(jī)在瞬間過載工作，滿足車輛急加速等的瞬間大功率要求，這種方式可以改變目前車用發(fā)動機(jī)均為“大馬拉小車”的低效配置方案，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)由于不對環(huán)境排放氣體，故尤為適合用在潛艇上。傳統(tǒng)常規(guī)動力潛艇多數(shù)使用以氫為燃料的斯特林發(fā)動機(jī)，這種發(fā)動機(jī)體積龐大，特別是氫的儲藏運(yùn)輸和成本均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳?xì)浠衔?如汽油、柴油、煤油和液化天然氣等)。 因此，如果用本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)將大大提高潛艇的潛水時間。所謂深度冷卻可以把二氧化碳液化或固化的冷卻深度，所謂冷卻器可以是冷卻流體和被冷卻流體不混合的熱交換器，也可以是冷卻流體和被冷卻流體相混合的熱交換器， 還可以是冷卻排氣的制冷系統(tǒng)。所謂冷卻排氣的制冷系統(tǒng)可以是吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)，也可以是有壓縮機(jī)式的制冷系統(tǒng)。本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)中的發(fā)動機(jī)的排氣中主要成分是水蒸汽和二氧化碳，當(dāng)水蒸氣被冷凝時，只剩下二氧化碳，因此這一系統(tǒng)的二氧化碳容易被回收。本發(fā)明所謂的深冷二氧化碳包括液態(tài)二氧化碳和固態(tài)二氧化碳(即干冰)。本發(fā)明所謂的氧吸熱排氣深度冷卻器是指利用液態(tài)氧和/或氣態(tài)氧將排氣進(jìn)行深度冷卻的冷卻裝置。本發(fā)明所謂的燃料吸熱排氣深度冷卻器是指利用低溫燃料(例如液化天然氣等)將排氣進(jìn)行深度冷卻的冷卻裝置。當(dāng)氧吸熱排氣深度冷卻器和燃料吸熱排氣深度冷卻器串聯(lián)使用時，處于下游的(以排氣流向?yàn)闇?zhǔn))要比處于上游的冷卻深度更深一些；在某些情況下，在處于上游的冷卻器中可能不發(fā)生或只發(fā)生一定量的二氧化碳液化。本發(fā)明所謂的吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)是指可以利用熱動力系統(tǒng)中熱流體所具有的熱量通過吸附制冷的方式對熱流體自身進(jìn)行冷卻的系統(tǒng)。例如可在溴化鋰吸附制冷系統(tǒng)中利用發(fā)動機(jī)排氣溫度對發(fā)動機(jī)自身排氣進(jìn)行冷卻。本發(fā)明所謂的壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)是指可以利用熱動力系統(tǒng)排氣推動壓縮機(jī)對熱動力系統(tǒng)自身排氣進(jìn)行冷卻的系統(tǒng)。本發(fā)明所謂的載冷劑吸熱排氣冷卻器是指利用載冷劑(例如冰、低溫氯化鈣水溶液等)的冷能對排氣進(jìn)行冷卻的冷卻裝置；所謂深冷載冷劑是指溫度更低的載冷劑，如液
化氮?dú)獾?。本發(fā)明所謂的排氣道的連通空間是指排氣和排氣的相變物能夠達(dá)到的空間。本發(fā)明所謂的“所述發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道、所述燃燒室、所述排氣道、所述排氣冷卻器和所述深度冷卻器所構(gòu)成的系統(tǒng)”是指這些單元的內(nèi)部空間及連通這些單元的通道的內(nèi)部空間；“在所述發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道、所述燃燒室、所述排氣道、所述排氣冷卻器和所述深度冷卻
11器所構(gòu)成的系統(tǒng)的內(nèi)充入氦氣”是指對這些單元的內(nèi)部空間及連通這些單元的通道的內(nèi)部空間內(nèi)充入氦氣，充入氦氣的量可根據(jù)內(nèi)部空間的大小以及燃燒室內(nèi)氦氣濃度的要求進(jìn)行調(diào)整。充入氦氣是指一次性充入后氦氣自行循環(huán)，一般不需要設(shè)氦氣儲罐，但是由于氦氣可能會有部分泄漏損失(如穿過活塞環(huán)的損失等)，所以也可以設(shè)置氦氣儲罐當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的氦氣量不足時可以利用氦氣儲罐對系統(tǒng)充入氦氣，充入氦氣的入口可以是上述系統(tǒng)中的任何容易充入的部位。由于本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)在很多情況下使用液氧，可以多儲存一些液氧作為深冷載冷劑使用，也可以用液氮作為深冷載冷劑；大量使用液氧會使空分產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生過量的液氮，為此，用液氮作為深冷載冷劑是一種選擇。由于在同等壓比下，使用二氧化碳作工質(zhì)的效率較低，而使用氦氣則可以獲得更高的效率。為此，為提高發(fā)動機(jī)循環(huán)效率可在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣排氣系統(tǒng)內(nèi)充入氦氣，氦氣不凝只參與循環(huán)。作為本發(fā)明的一個實(shí)施例，在排氣深度冷卻器內(nèi)充入不凝氣(如氦氣)，并設(shè)置連通燃燒室和排氣深度冷卻器的回流管道，使不凝氣進(jìn)入燃燒室參與作功循環(huán)。在這個方案中，燃燒室排氣中的二氧化碳的量會大幅度減少，取而代之的是氦氣，所以在同等作功壓比的條件下會得到更高的效率。在這個方案中，氦氣在燃燒室和排氣深度冷卻器之間循環(huán)流動。另外，為了回收曲柄連桿式熱動力系統(tǒng)通過活塞環(huán)泄漏的氦氣損失，可將曲軸箱設(shè)為負(fù)壓吸回氦氣，即可將曲軸箱與發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道連通，也可用泵抽出曲軸箱內(nèi)的氣體加壓后再送入進(jìn)氣道。在充入氦氣的系統(tǒng)中，二氧化碳液化區(qū)的不凝氣是氦氣，可在此處設(shè)氦氣專用回流管使氦氣回到進(jìn)氣道或燃燒室，也可與氧混合后再回流到進(jìn)氣道或燃燒室。在設(shè)有氦氣回流的結(jié)構(gòu)中，所述發(fā)動機(jī)應(yīng)設(shè)為具有壓縮沖程的發(fā)動機(jī)。依據(jù)發(fā)動機(jī)流體流動的要求在必要的地方設(shè)控制閥，正時控制閥、泵等。本發(fā)明中在設(shè)有氧吸熱排氣深度冷卻器的結(jié)構(gòu)中，利用液態(tài)氧將經(jīng)初步冷卻后的發(fā)動機(jī)排氣中的氣體二氧化碳冷卻成液態(tài)二氧化碳或干冰，而液態(tài)氧吸收熱量形成氣態(tài)氧。如果經(jīng)初步冷卻的發(fā)動機(jī)排氣中仍含有一定量的水蒸氣，這些水蒸氣在形成二氧化碳之前將被液化成水和/或固化成冰。為了盡可能的吸收排氣中的熱量，有效地液化排氣中的水蒸氣和二氧化碳，本發(fā)明中所形成的氣態(tài)氧或氣態(tài)氧和二氧化碳等的混合物(例如氣態(tài)氧和二氧化碳及水蒸氣的混合物)的壓力可設(shè)為較低，進(jìn)入氣缸后需要進(jìn)一步壓縮，這實(shí)質(zhì)上是利用了發(fā)動機(jī)的壓縮沖程增加了液態(tài)氧對排氣的冷卻能力，以構(gòu)成排放為零或近零的封閉系統(tǒng)，大大減少對環(huán)境的污染。當(dāng)然此壓力也可設(shè)為較高，不在需要進(jìn)一步壓縮就可在燃燒室內(nèi)完成高效燃燒反應(yīng)。經(jīng)計(jì)算可知，如果用排氣冷卻器將排氣冷卻到5度左右，液氧升溫相變過程所需要的熱量足以把以柴油、汽油、煤油為燃料時所產(chǎn)生的二氧化碳全部冷卻液化。如果用排氣冷卻器將排氣冷卻到60度左右，這時每立方米排氣中含有一百多克的水，液氧升溫相變過程所需要的熱量可以把以柴油、汽油、煤油為燃料時所產(chǎn)生的二氧化碳的百分之七十冷卻液化；在這個溫度條件下，如果使用液化天然氣為燃料并利用其冷能對排氣進(jìn)行冷卻，即利用液氧和液化天然氣共同冷卻60度的排氣，經(jīng)計(jì)算可知，不但可以把60度排氣中的水和二氧化碳全部液化，而且還剩余百分之四十的冷能。由此可以看出，如果在本發(fā)明所公開的系統(tǒng)中使用液化天然氣為燃料將可形成完全氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)。經(jīng)計(jì)算可知，每公斤液氧的蓄能量(指由液氧升溫汽化至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)所吸收的熱量)遠(yuǎn)高于目前最先進(jìn)的蓄電池的能量密度。液態(tài)氧的低溫性實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于將電能儲存在液態(tài)氧內(nèi)的蓄電池。液氧的儲存相對比較容易，制造工藝成熟，可以利用大量低價電(如谷電和水電廠的剩余電量)以及“垃圾電”將電能以液態(tài)氧的形式儲存起來，供發(fā)動機(jī)使用，從而實(shí)現(xiàn)熱動力系統(tǒng)的微排放、近零排放或零排放。所謂微排放是指向環(huán)境排放少量二氧化碳，大部分二氧化碳以液態(tài)或固態(tài)的形式儲存的熱動力系統(tǒng)；所謂近零排放是指向環(huán)境排放的二氧化碳的量幾乎接近于零的熱動力系統(tǒng)；所謂零排放是指完全不向環(huán)境排放的二氧化碳的熱動力系統(tǒng)。所謂谷電是指用電低峰時的電；所謂垃圾電是指無法穩(wěn)定使用的電，如風(fēng)電和太陽能發(fā)出的電，這個類型的電受天氣及晝夜影響，很難連續(xù)穩(wěn)定使用。液氧的價格每噸在600元左右，液態(tài)二氧化碳的價格每噸在800元左右，而干冰的價格要每噸一萬元左右，本發(fā)明所公開的發(fā)動機(jī)雖然消耗液態(tài)氧，但產(chǎn)生液態(tài)二氧化碳或干冰，可以用液態(tài)二氧化碳或干冰交易液氧，不但不會增加發(fā)動機(jī)的運(yùn)行成本，還有可能降低發(fā)動機(jī)的運(yùn)行成本。為了有效利用液氧和燃料冷卻冷凝排氣中的二氧化碳使燃燒排放出的二氧化碳更多或全部液化為液體二氧化碳，除對相應(yīng)設(shè)備和管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)外，更重要的一條途徑是選擇含氫多碳少的燃料，例如液體甲烷等。如果利用純液體甲烷或液化天然氣等燃燒后產(chǎn)生二氧化碳的量少于產(chǎn)生水的量的燃料，整個系統(tǒng)對二氧化碳液化和/或固化的過程將更為有效。為了確保燃燒所形成的二氧化碳全部被回收，可在將排氣中的絕大部分水冷凝分離后對排氣(其中絕大部分為二氧化碳)進(jìn)行壓縮放熱，或進(jìn)行壓縮放熱后減壓降溫，再進(jìn)入冷凝冷卻系統(tǒng)利用液氧或液氧和液態(tài)燃料將二氧化碳液化或干冰化。本發(fā)明中所述直混熱交換器是指高溫流體和低溫流體直接混合進(jìn)行傳熱的熱交換器，其本質(zhì)是一個容器，在此容器中高溫流體和低溫流體進(jìn)行混合，為了增加混合的均勻度，在此容器中可設(shè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)或射流結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中所述直混對流熱交換器是指高溫流體和低溫流體直接混合且不同濃度的混合物在逆流通道的作用下進(jìn)行對流流動進(jìn)行傳熱的熱交換器，為了增加混合的均勻度，在此熱交換器中可設(shè)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)或射流結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)中在將氧源設(shè)為液氧儲罐的結(jié)構(gòu)中可將液氧儲罐中的液氧區(qū)設(shè)為排氣深度冷卻器，而液氧儲罐中的一部分空間設(shè)為深冷二氧化碳儲罐。在這種結(jié)構(gòu)中，是將經(jīng)過排氣冷卻器后的排氣直接導(dǎo)入液氧儲罐中的液氧內(nèi)，使排氣與液氧發(fā)生混合實(shí)現(xiàn)二氧化碳在液氧儲罐內(nèi)的液化和/或固化，或使排氣在液氧儲罐內(nèi)經(jīng)過熱交換器被液氧深度冷卻實(shí)現(xiàn)二氧化碳的液化和/或固化，液化或固化后的二氧化碳由于比重較大會沉降到液氧儲罐的下端空間，這樣隨著發(fā)動機(jī)的工作的進(jìn)程，液氧儲罐內(nèi)的液氧會逐步汽化離開液氧儲罐，而液化或固化的二氧化碳的量會在液氧儲罐內(nèi)逐步增加， 這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于取消了排氣深度冷卻器和深冷二氧化碳儲罐所占據(jù)的空間，所以這種結(jié)構(gòu)可大幅度地減少系統(tǒng)的體積和造價。本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)如果去掉發(fā)動機(jī)，將發(fā)動機(jī)的燃燒室設(shè)為供熱鍋爐的爐膛，本發(fā)明所公開的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)也同樣適用于供熱系統(tǒng)，構(gòu)成沒有對外排放的氣閉合循環(huán)供熱系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果如下
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可靠性高，決定性地減少了發(fā)動機(jī)污染物的排放。2、本發(fā)明所公開的熱動力系統(tǒng)效率高、負(fù)荷響應(yīng)好。3、本發(fā)明所公開的熱動力系統(tǒng)可有效利用電網(wǎng)系統(tǒng)的谷電及所謂“垃圾電”，可提高電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖5和圖6為本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明實(shí)施例8的結(jié)構(gòu)示意圖10為本發(fā)明實(shí)施例9的結(jié)構(gòu)示意圖11為本發(fā)明實(shí)施例10的結(jié)構(gòu)示意圖12為本發(fā)明實(shí)施例11的結(jié)構(gòu)示意圖13為本發(fā)明實(shí)施例12的結(jié)構(gòu)示意圖14和圖15為本發(fā)明實(shí)施例13的結(jié)構(gòu)示意圖16為本發(fā)明實(shí)施例14的結(jié)構(gòu)示意圖17為本發(fā)明實(shí)施例15的結(jié)構(gòu)示意圖18為本發(fā)明實(shí)施例16的結(jié)構(gòu)示意圖19為本發(fā)明實(shí)施例17的結(jié)構(gòu)示意圖20、圖21和圖22為本發(fā)明實(shí)施例18的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)1、氧源2、排氣冷卻器3、排氣深度冷卻器4和深冷二氧化碳儲罐5，氧源2與發(fā)動機(jī)1的燃燒室100連通，發(fā)動機(jī)1的排氣道101經(jīng)排氣冷卻器3與排氣深度冷卻器4連通，在排氣冷卻器3上設(shè)水排出口 301，在排氣深度冷卻器4上設(shè)深冷二氧化碳排出口 302，深冷二氧化碳排出口 302與深冷二氧化碳儲罐5連通使發(fā)動機(jī)1排氣中的二氧化碳全部或部分以液體和/或固體的形式儲存在深冷二氧化碳儲罐5內(nèi)。實(shí)施例2如圖2所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于氧源2設(shè)為液氧儲罐21，排氣深度冷卻器4設(shè)為氧吸熱排氣深度冷卻器6，在氧吸熱排氣深度冷卻器6上設(shè)水排出口 301和深冷二氧化碳排出口 302，液氧儲罐21與氧吸熱排氣深度冷卻器6的冷卻流體入口連通，在氧吸熱排氣深度冷卻器6上設(shè)氧氣/含氧氣體出口 303，氧氣/含氧氣體
14出口 303與發(fā)動機(jī)1的燃燒室100連通。此外，還可以將由排氣冷卻器3和排氣深度冷卻器4構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)340設(shè)為氧吸熱排氣深度冷卻器，氧吸熱排氣深度冷卻器對排氣進(jìn)行冷卻、深度冷卻將排氣中的水蒸氣液化，將二氧化碳液化和/或固化。實(shí)施例3如圖3所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于發(fā)動機(jī)1的燃料設(shè)為液化燃料，液化燃料儲存在液化燃料儲罐3003內(nèi)，排氣深度冷卻器4設(shè)為燃料吸熱排氣深度冷卻器333，在燃料吸熱排氣深度冷卻器333上設(shè)深冷二氧化碳排出口 302，燃料吸熱排氣深度冷卻器333的冷卻流體入口與液化燃料儲罐3003連通，在燃料吸熱排氣深度冷卻器333上設(shè)燃料/含燃料流體出口 304，燃料/含燃料流體出口 304與發(fā)動機(jī)1的燃燒室100連通。此外，還可以將由排氣冷卻器3和排氣深度冷卻器4構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng) 340設(shè)為燃料吸熱排氣深度冷卻器，燃料吸熱排氣深度冷卻器對排氣進(jìn)行冷卻、深度冷卻將排氣中的水蒸氣液化，將二氧化碳液化和/或固化。實(shí)施例4如圖4所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于氧源2設(shè)為液氧儲罐21，發(fā)動機(jī)1的燃料設(shè)為液化燃料，液化燃料儲存在液化燃料儲罐3003內(nèi)，排氣深度冷卻器4設(shè)為由氧吸熱排氣深度冷卻器6和燃料吸熱排氣深度冷卻器333并聯(lián)設(shè)置構(gòu)成的排氣深度冷卻系統(tǒng)633 ；在氧吸熱排氣深度冷卻器6上設(shè)深冷二氧化碳排出口 302，液氧儲罐 21與氧吸熱排氣深度冷卻器6的冷卻流體入口連通，在氧吸熱排氣深度冷卻器6上設(shè)氧氣 /含氧氣體出口 303，氧氣/含氧氣體出口 303與發(fā)動機(jī)1的燃燒室100連通，在燃料吸熱排氣深度冷卻器333上設(shè)深冷二氧化碳排出口 302，燃料吸熱排氣深度冷卻器333的冷卻流體入口與液化燃料儲罐3003連通，在燃料吸熱排氣深度冷卻器333上設(shè)燃料/含燃料流體出口 304，燃料/含燃料流體出口 304與發(fā)動機(jī)1的燃燒室100連通，所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)和所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(333)的排氣入口分別與所述排氣冷卻器(3) 連通。實(shí)施例5如圖5所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于氧源2設(shè)為液氧儲罐21，發(fā)動機(jī)1的燃料設(shè)為液化燃料，液化燃料儲存在液化燃料儲罐3003內(nèi)，排氣深度冷卻器4設(shè)為由氧吸熱排氣深度冷卻器6和燃料吸熱排氣深度冷卻器333串聯(lián)設(shè)置構(gòu)成的排氣深度冷卻系統(tǒng)633 ；在處于末端的氧吸熱排氣深度冷卻器6上設(shè)深冷二氧化碳排出口 302，在處于中間級的燃料吸熱排氣深度冷卻器333上設(shè)水排出口 301。如圖6所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，與上述方案的區(qū)別在于在處于末端的燃料吸熱排氣深度冷卻器333上設(shè)深冷二氧化碳排出口 302，在處于中間級的氧吸熱排氣深度冷卻器6上設(shè)水排出口 301。實(shí)施例6如圖7所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于在燃燒室100與排氣冷卻器3之間設(shè)熱動力單元800，所述熱動力單元800對外輸出動力，排氣冷卻器3和排氣深度冷卻器4構(gòu)成排氣冷卻系統(tǒng)340，在排氣深度冷卻器4上設(shè)二氧化碳導(dǎo)出口 99，二氧化碳導(dǎo)出口 99經(jīng)二氧化碳導(dǎo)出通道900與發(fā)動機(jī)1的燃燒室100連通。實(shí)施例7
如圖8所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)還包括載冷劑儲罐200，在排氣冷卻器3和排氣深度冷卻器4之間設(shè)載冷劑吸熱排氣冷卻器201，載冷劑吸熱排氣冷卻器201的被冷卻流體入口與排氣冷卻器3連通，載冷劑吸熱排氣冷卻器201的冷卻流體入口與載冷劑儲罐200連通，載冷劑吸熱排氣冷卻器201上設(shè)載冷劑出口 202，載冷劑吸熱排氣冷卻器201的被冷卻流體出口與排氣深度冷卻器4連通，由排氣冷卻器3出來的排氣在載冷劑吸熱排氣冷卻器201中被儲存在載冷劑儲罐200 內(nèi)的載冷劑進(jìn)一步冷卻后進(jìn)入排氣深度冷卻器4進(jìn)行深度冷卻。實(shí)施例8如圖9所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于在排氣冷卻器3 和排氣深度冷卻器4之間設(shè)增壓器400和排熱器401，排氣在增壓器400內(nèi)被壓縮在排熱器 401中進(jìn)行冷卻降溫后進(jìn)入排氣深度冷卻器4進(jìn)行深度冷卻以減少在排氣深度冷卻器4中二氧化碳液化或固化過程中對冷能的需求。實(shí)施例9如圖10所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)還包括深冷載冷劑儲罐500，排氣深度冷卻器4設(shè)為深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器 501，深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器501的被冷卻流體入口與排氣冷卻器3的排氣出口連通， 在深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器501上設(shè)深冷二氧化碳排出口 302，深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器501的冷卻流體入口與深冷載冷劑儲罐500連通，深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器501的深冷二氧化碳排出口 302與深冷二氧化碳儲罐5連通，在深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器501 上設(shè)深冷載冷劑出口 502。實(shí)施例10如圖11所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于排氣深度冷卻器4設(shè)為以發(fā)動機(jī)1排氣熱能為推動力的吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)111，吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)111利用發(fā)動機(jī)1的排氣熱能將排氣進(jìn)行深度冷卻使排氣中的殘留水汽液化之后再將二氧化碳液化和/或固化。對于此實(shí)施例10，也可以將排氣冷卻器3設(shè)為以發(fā)動機(jī)1排氣熱能為推動力的吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)111，吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)111利用發(fā)動機(jī)1的排氣熱能將排氣進(jìn)行冷卻；或?qū)⒂膳艢饫鋮s器3和排氣深度冷卻器4構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)設(shè)為以發(fā)動機(jī)1排氣熱能為推動力的吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)，吸附式熱流體自身冷卻系統(tǒng)利用發(fā)動機(jī)1 的排氣熱能將排氣進(jìn)行冷卻后進(jìn)入深度冷卻過程，將排氣中的水蒸氣液化，將二氧化碳液化和/或固化。實(shí)施例11如圖12所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于排氣深度冷卻器4設(shè)為以發(fā)動機(jī)1排氣熱能為推動力的壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)444，壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)444利用發(fā)動機(jī)1的排氣熱能將排氣進(jìn)行深度冷卻使排氣中的殘留水汽液化之后再將二氧化碳液化和/或固化。對于此實(shí)施例10，也可以將排氣冷卻器3設(shè)為以發(fā)動機(jī)1排氣熱能為推動力的壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)444，壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)444利用發(fā)動機(jī)1的排氣熱能將排氣進(jìn)行冷卻；或?qū)⒂膳艢饫鋮s器3和排氣深度冷卻器4構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)設(shè)為以發(fā)動機(jī)1排氣熱能為推動力的壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)，壓縮式排氣自身冷卻系統(tǒng)利用發(fā)動機(jī)1的排氣熱能將排氣進(jìn)行冷卻后再進(jìn)入深度冷卻過程，將排氣中的水蒸氣液化，將二氧化碳液化和/或固化。實(shí)施例12如圖13所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于水排出口 301 與水噴嘴311連通將從水排出口 301出來的水噴射到排氣冷卻器3的外部高溫區(qū)上作為排氣冷卻器3的蒸發(fā)吸熱載體以提高排氣冷卻器3的排氣冷卻效率。此外，還可以將水排出口 301中出來的水作為冷卻介質(zhì)導(dǎo)入排氣冷卻器3內(nèi)部高溫區(qū)以提高排氣冷卻器3的排氣冷卻效率。實(shí)施例13如圖14和圖15所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于氧吸熱排氣深度冷卻器6設(shè)為直混熱交換器337或設(shè)為直混對流熱交換器338，所述氧源2設(shè)為液氧儲罐21，所述深冷二氧化碳儲罐5設(shè)為所述液氧儲罐21的下端空間2102，利用所述液氧儲罐21的部分空間存儲液態(tài)二氧化碳和/或干冰。此外，在設(shè)有燃料吸熱排氣深度冷卻器333的結(jié)構(gòu)中，燃料吸熱排氣深度冷卻器 333設(shè)為直混熱交換器337或設(shè)為直混對流熱交換器338。實(shí)施例14如圖16所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于所述氧源2設(shè)為大氣，在所述排氣深度冷卻器4上設(shè)氮?dú)獬隹?44，所述氮?dú)獬隹?44與氮?dú)馕鼰崤艢饨禍責(zé)峤粨Q器441的冷卻氣體入口連通，所述氮?dú)馕鼰崤艢饨禍責(zé)峤粨Q器441設(shè)置在所述排氣道101上的所述排氣深度冷卻器4之前。實(shí)施例15如圖17所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例14的區(qū)別在于所述氮?dú)獬隹?44與氮?dú)鈨?14連通，所述氮?dú)鈨?14用來儲存排氣中的氮?dú)?。?shí)施例16如圖18所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)還包括氦氣回流管1101，在發(fā)動機(jī)1的進(jìn)氣道108、燃燒室100、排氣道101、排氣冷卻器3和深度冷卻器4所構(gòu)成的系統(tǒng)內(nèi)充入氦氣，氦氣回流管1101將發(fā)動機(jī)1的進(jìn)氣道 108與排氣道101和/或排氣道101的連通空間連通，所述排氣道101的連通空間設(shè)為深度冷卻器4，在深度冷卻器4上設(shè)氦氣出口 41，氦氣出口 41與氦氣回流管1101連通，氦氣在發(fā)動機(jī)1的進(jìn)氣道108、燃燒室100、排氣道101、排氣冷卻器3和深度冷卻器4之間循環(huán)，并且在進(jìn)氣道108和曲軸箱106之間設(shè)曲軸箱氦氣回流管91，曲軸箱氦氣回流管91經(jīng)曲軸箱氦氣回流42與曲軸箱106連通，將通過活塞環(huán)泄漏的氦氣回流到進(jìn)氣道108，減少對氦氣的需求。實(shí)施例17如圖19所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于氧源2設(shè)為液氧儲罐21，排氣深度冷卻器4設(shè)為罐內(nèi)氧吸熱熱交換器480，罐內(nèi)氧吸熱熱交換器480設(shè)在液氧儲罐21內(nèi)，罐內(nèi)氧吸熱熱交換器480的液體二氧化碳出口 4801與深冷二氧化碳儲罐5 連通，利用液氧儲罐21中的液氧將經(jīng)過排氣冷卻器3冷卻后的排氣液化成液體二氧化碳， 再將液體二氧化碳儲存在深冷二氧化碳儲罐5內(nèi)。實(shí)施例18如圖20、21或22所示的氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于氧源 2設(shè)為液氧儲罐21，排氣深度冷卻器4設(shè)為液氧儲罐21中的液氧區(qū)2101，深冷二氧化碳儲罐5設(shè)為液氧儲罐21中的下端空間2102，利用液氧儲罐21中的液氧區(qū)2101對經(jīng)過排氣冷卻器3冷卻后的排氣進(jìn)行深度冷卻，利用液氧儲罐21中的部分空間存儲液態(tài)二氧化碳和/ 或干冰。其中，圖20中排氣冷卻器3冷卻后的排氣在液氧儲罐21的液氧區(qū)2101內(nèi)與液氧直接混合后被液氧深度冷卻；圖21中排氣冷卻器3冷卻后的排氣在液氧儲罐21的液氧區(qū) 2101內(nèi)經(jīng)熱交換器414被液氧深度冷卻；圖22中在液氧儲罐21的液氧區(qū)2101內(nèi)設(shè)可以上下浮動的隔熱板4001，在隔熱板4001上設(shè)導(dǎo)熱區(qū)4002，排氣冷卻器3冷卻后的排氣從液氧儲罐21的底部進(jìn)入，經(jīng)防固化熱交換器2103后進(jìn)入隔熱板4001下方，排氣被在導(dǎo)熱區(qū) 4002被液氧冷卻后存儲在液氧儲罐21中的下端空間2102內(nèi)。設(shè)置防固化熱交換器2103 的目的是為了防止二氧化碳固化，如果二氧化碳固化，會造成導(dǎo)出困難并吸收大量液氧的冷能，增加冷卻負(fù)荷。設(shè)置隔熱板4001的目的是為了控制液氧與排氣和/或液化二氧化碳之間的傳熱速度，以實(shí)現(xiàn)排氣被液化成液體二氧化碳并維持液體狀態(tài)。隔熱板4001的材料可以是硬質(zhì)材料，也可以是柔性材料(如柔性材料的帶狀結(jié)構(gòu))，只要其能夠上下浮動，并能滿足液氧與低端進(jìn)入的排氣之間的熱量傳遞速率即可，并且要滿足保持低溫和液氧環(huán)境的要求。隨著發(fā)動機(jī)工作的進(jìn)程，液氧儲罐21內(nèi)的液體二氧化碳的量會逐漸增加，液氧的量會逐漸減少，在液體壓力的作用下或在控制機(jī)構(gòu)的作用下隔熱板4001逐漸上行。當(dāng)液氧用盡時，將液體二氧化碳從液氧儲罐21的下端空間2102放出，隔熱板4001下行至液氧儲罐的低端，從液氧儲罐21的上方重新充入液氧。如果發(fā)動機(jī)處于一段時間的停滯，處于液氧儲罐21的下端空間2102內(nèi)的液體二氧化碳會逐漸被固化而形成干冰，但是當(dāng)發(fā)動機(jī)開始工作時，排氣中的氣體二氧化碳會首先通過防固化熱交換器2103將已經(jīng)固化的二氧化碳重新液化，并被固體二氧化碳液化成液體二氧化碳的過程冷卻和/或深度冷卻。
18
權(quán)利要求
1.一種氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)(1)、氧源O)、排氣冷卻器(3)、排氣深度冷卻器(4)和深冷二氧化碳儲罐(5)，其特征在于所述氧源( 與所述發(fā)動機(jī)(1)的燃燒室(100)連通，所述發(fā)動機(jī)(1)的排氣道(101)經(jīng)所述排氣冷卻器C3)與所述排氣深度冷卻器(4)連通，在所述排氣冷卻器C3)上設(shè)水排出口(301)，在所述排氣深度冷卻器(4)上設(shè)深冷二氧化碳排出口(302)，所述深冷二氧化碳排出口(30 與所述深冷二氧化碳儲罐 (5)連通使所述發(fā)動機(jī)(1)排氣中的二氧化碳全部或部分以液體和/或固體的形式儲存在所述深冷二氧化碳儲罐(5)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述氧源(2)設(shè)為液氧儲罐(21)，所述排氣深度冷卻器(4)設(shè)為氧吸熱排氣深度冷卻器(6)，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口(302)，所述液氧儲罐與所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)的冷卻流體入口連通，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)上設(shè)氧氣/含氧氣體出口(303)，所述氧氣/含氧氣體出口(303)與所述發(fā)動機(jī)(1)的燃燒室(100)連通；或所述氧源( 設(shè)為液氧儲罐(21)，將由所述排氣冷卻器C3)和所述排氣深度冷卻器 (4)構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)(340)設(shè)為氧吸熱排氣深度冷卻器(6)，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口(302)，所述液氧儲罐與所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)的冷卻流體入口連通，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)上設(shè)氧氣/含氧氣體出口(303)，所述氧氣/含氧氣體出口(303)與所述發(fā)動機(jī)(1)的燃燒室(100)連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)動機(jī)(1)的燃料設(shè)為液化燃料，所述液化燃料儲存在液化燃料儲罐(300 內(nèi)，所述排氣深度冷卻器(4)設(shè)為燃料吸熱排氣深度冷卻器(333)，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口(302)，所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(333)的冷卻流體入口與所述液化燃料儲罐(300 連通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 上設(shè)燃料/含燃料流體出口 (304)，所述燃料/含燃料流體出口(304)與所述發(fā)動機(jī)(1)的燃燒室(100)連通；或所述發(fā)動機(jī)(1)的燃料設(shè)為液化燃料，所述液化燃料儲存在液化燃料儲罐(3003) 內(nèi)，將由所述排氣冷卻器C3)和所述排氣深度冷卻器(4)構(gòu)成的排氣冷卻系統(tǒng)(340)設(shè)為燃料吸熱排氣深度冷卻器(333)，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口(302)，所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(333)的冷卻流體入口與所述液化燃料儲罐(300 連通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 上設(shè)燃料/含燃料流體出口 (304)，所述燃料/含燃料流體出口(304)與所述發(fā)動機(jī)(1)的燃燒室(100)連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述氧源( 設(shè)為液氧儲罐(21)，所述發(fā)動機(jī)(1)的燃料設(shè)為液化燃料，所述液化燃料儲存在液化燃料儲罐 (3003)內(nèi)，所述排氣深度冷卻器(4)設(shè)為由氧吸熱排氣深度冷卻器(6)和燃料吸熱排氣深度冷卻器(333)并聯(lián)或串聯(lián)設(shè)置構(gòu)成的排氣深度冷卻系統(tǒng)(633)；在所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)和所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 并聯(lián)設(shè)置的結(jié)構(gòu)中，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口(302)，所述液氧儲罐與所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)的冷卻流體入口連通，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)上設(shè)氧氣/含氧氣體出口(303)，所述氧氣/含氧氣體出口(30 與所述發(fā)動機(jī) (1)的燃燒室(100)連通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口(302)，所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(333)的冷卻流體入口與所述液化燃料儲罐(3003)連通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 上設(shè)燃料/含燃料流體出口(304)，所述燃料/含燃料流體出口(304)與所述發(fā)動機(jī)(1)的燃燒室(100)連通，所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)和所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 的排氣入口分別與所述排氣冷卻器 ⑶連通；在所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)和所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 串聯(lián)設(shè)置的結(jié)構(gòu)中，在處于末端的所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)上或在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口(302)，所述液氧儲罐與所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)的冷卻流體入口連通，在所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)上設(shè)氧氣/含氧氣體出口(303)，所述氧氣/含氧氣體出口(303)與所述發(fā)動機(jī)(1)的燃燒室(100)連通；所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 的冷卻流體入口與所述液化燃料儲罐(300 連通，在所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 上設(shè)燃料/含燃料流體出口(304)，所述燃料/含燃料流體出口(304)與所述發(fā)動機(jī)(1)的燃燒室(100)連通；處于上游的所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)或所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(333)的排氣入口與所述排氣冷卻器C3)連通，處于上游的所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)或所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(33 的排氣出口與處于下游的所述氧吸熱排氣深度冷卻器(6)或所述燃料吸熱排氣深度冷卻器(333)的排氣入口連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于在所述燃燒室(100)與所述排氣冷卻器C3)之間設(shè)熱動力單元(800)，所述熱動力單元(800)對外輸出動力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)還包括載冷劑儲罐O00)，在所述排氣冷卻器( 和所述排氣深度冷卻器(4)之間設(shè)載冷劑吸熱排氣冷卻器001)，所述載冷劑吸熱排氣冷卻器O01)的被冷卻流體入口與所述排氣冷卻器C3)連通，所述載冷劑吸熱排氣冷卻器O01)的冷卻流體入口與所述載冷劑儲罐(200)連通，所述載冷劑吸熱排氣冷卻器(201)上設(shè)載冷劑出口 002)，所述載冷劑吸熱排氣冷卻器O01)的被冷卻流體出口與所述排氣深度冷卻器(4)連通，由所述排氣冷卻器 (3)出來的排氣在所述載冷劑吸熱排氣冷卻器O01)中被儲存在所述載冷劑儲罐O00)內(nèi)的載冷劑進(jìn)一步冷卻后進(jìn)入所述排氣深度冷卻器(4)進(jìn)行深度冷卻；和/或在所述排氣冷卻器( 和所述排氣深度冷卻器(4)之間設(shè)增壓器(400)和排熱器G01)，排氣在所述增壓器G00)內(nèi)被壓縮在所述排熱器G01)中進(jìn)行冷卻降溫后進(jìn)入所述排氣深度冷卻器(4)進(jìn)行深度冷卻以減少在所述排氣深度冷卻器中二氧化碳液化或固化過程中對冷能的需求。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)還包括深冷載冷劑儲罐(500)，所述排氣深度冷卻器(4)設(shè)為深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器(501)，所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器(501)的被冷卻流體入口與所述排氣冷卻器 (3)的排氣出口連通，在所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器(501)上設(shè)所述深冷二氧化碳排出口(302)，所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器(501)的冷卻流體入口與所述深冷載冷劑儲罐(500)連通，所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器(501)的所述深冷二氧化碳排出口(302) 與所述深冷二氧化碳儲罐( 連通，在所述深冷載冷劑吸熱排氣冷卻器(501)上設(shè)深冷載冷劑出口 (502)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述水排出口(301)與水噴嘴(311)連通將從所述水排出口(301)出來的水噴射到所述排氣冷卻器C3)的外部高溫區(qū)上作為所述排氣冷卻器⑶的蒸發(fā)吸熱載體以提高所述排氣冷卻器⑶的排氣冷卻效率；或?qū)乃鏊懦隹?301)中出來的水作為冷卻介質(zhì)導(dǎo)入所述排氣冷卻器(3)內(nèi)部高溫區(qū)以提高所述排氣冷卻器(3)的排氣冷卻效率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任意之一所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述氧源 (2)設(shè)為液氧儲罐(21)，所述深冷二氧化碳儲罐( 設(shè)為所述液氧儲罐的下端空間 (2102)，利用所述液氧儲罐的部分空間存儲液態(tài)二氧化碳和/或干冰。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8任意之一所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述氧源 (2)設(shè)為大氣，在所述排氣深度冷卻器(4)上設(shè)氮?dú)獬隹?04)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)還包括氦氣回流管(1101)，在所述發(fā)動機(jī)(1)的進(jìn)氣道(108)、所述燃燒室(100)、所述排氣道(101)、所述排氣冷卻器C3)和所述深度冷卻器(4)所構(gòu)成的系統(tǒng)內(nèi)充入氦氣，所述氦氣回流管(1101)將所述發(fā)動機(jī)(1)的進(jìn)氣道(108)與所述排氣道(101)和/或所述排氣道(101)的連通空間連通，氦氣在所述發(fā)動機(jī)⑴的所述進(jìn)氣道(108)、所述燃燒室(100)、 所述排氣道(101)、所述排氣冷卻器( 和所述深度冷卻器(4)之間循環(huán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述氧源( 設(shè)為液氧儲罐(21)，所述排氣深度冷卻器(4)設(shè)為罐內(nèi)氧吸熱熱交換器G80)，所述罐內(nèi)氧吸熱熱交換器(480)設(shè)在所述液氧儲罐內(nèi)，所述罐內(nèi)氧吸熱熱交換器(480)的液體二氧化碳出口 0801)與所述深冷二氧化碳儲罐( 連通，利用所述液氧儲罐中的液氧將經(jīng)過所述排氣冷卻器( 冷卻后的排氣液化成液體二氧化碳，再將液體二氧化碳儲存在所述深冷二氧化碳儲罐(5)內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，其特征在于所述氧源( 設(shè)為液氧儲罐(21)，所述排氣深度冷卻器(4)設(shè)為所述液氧儲罐中的液氧區(qū)(2101)，所述深冷二氧化碳儲罐( 設(shè)為所述液氧儲罐中的下端空間(2102)，利用所述液氧儲罐中的所述液氧區(qū)O101)對經(jīng)過所述排氣冷卻器(3)冷卻后的排氣進(jìn)行深度冷卻，利用所述液氧儲罐中的部分空間存儲液態(tài)二氧化碳和/或干冰。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣閉合循環(huán)熱動力系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)、氧源、排氣冷卻器、排氣深度冷卻器和深冷二氧化碳儲罐，所述氧源與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通，所述發(fā)動機(jī)的排氣道經(jīng)所述排氣冷卻器與所述排氣深度冷卻器連通，在所述排氣冷卻器上設(shè)水排出口，在所述排氣深度冷卻器上設(shè)深冷二氧化碳排出口，所述深冷二氧化碳排出口與所述深冷二氧化碳儲罐連通使所述發(fā)動機(jī)排氣中的二氧化碳以液體和/或固體的形式儲存在所述深冷二氧化碳儲罐內(nèi)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可靠性高，決定性地減少了發(fā)動機(jī)污染物的排放。
文檔編號F01N3/04GK102213161SQ201010294818
公開日2011年10月12日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪