往復(fù)通道熵循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利說(shuō)明】往復(fù)通道摘循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)
[0001] 本申請(qǐng)是原申請(qǐng)?zhí)枮?01210507566. 4、原申請(qǐng)日為2012年11月30日、名稱為往 復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及熱能與動(dòng)力領(lǐng)域，尤其是一種往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年來(lái)，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的高能耗、高污染排放問(wèn)題日顯突出，所W，熱氣機(jī)得到了廣 泛重視，然而熱氣機(jī)都是W外燃加熱方式對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱的，眾所周知，外燃加熱過(guò)程很難 得到溫度較高的工質(zhì)，因此，造成大量化學(xué)爛損失。不僅如此，由于外燃加熱的速率有限，對(duì) 材料要求高，負(fù)荷響應(yīng)差，所W嚴(yán)重制約了熱氣機(jī)的單機(jī)功率和整機(jī)功率密度，最終使熱氣 機(jī)的用途嚴(yán)重受限。因此，需要發(fā)明一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：
[0005] 方案--種往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)、活塞式氣體做功 機(jī)構(gòu)和連通通道，所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)的氣缸經(jīng)所述連通通道與所述活塞式氣體做功 機(jī)構(gòu)的氣缸連通，所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)、所述連通通道和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)相 互連通后構(gòu)成工質(zhì)閉合回路，所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括氧化劑源、燃料源和內(nèi)燃 燃燒室，所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)置在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)和/或所述連通通道 內(nèi)，所述內(nèi)燃燃燒室與所述氧化劑源連通，所述內(nèi)燃燃燒室與所述燃料源連通，在所述工質(zhì) 閉合回路上設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口。
[0006] 方案二一種往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)、活塞式氣體做功 機(jī)構(gòu)和連通通道，所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)的氣缸經(jīng)所述連通通道與所述活塞式氣體做功 機(jī)構(gòu)的氣缸連通，所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)、所述連通通道和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)相 互連通后構(gòu)成工質(zhì)閉合回路，所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括氧化劑源、燃料源和旁置 內(nèi)燃燃燒室，所述旁置內(nèi)燃燃燒室的工質(zhì)出口與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的氣缸和/或所 述連通通道連通，所述旁置內(nèi)燃燃燒室與所述氧化劑源連通，所述旁置內(nèi)燃燃燒室與所述 燃料源連通，在所述工質(zhì)閉合回路上設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口。
[0007] 在方案一的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步可選擇的：（1)所述氧化劑源經(jīng)所述連通通道與所述 內(nèi)燃燃燒室連通；（2)在所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，所述內(nèi)燃燃燒室排出的 物質(zhì)的質(zhì)量流量大于從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)的質(zhì)量流量。
[0008] 在方案二的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步可選擇的：（1)所述氧化劑源經(jīng)所述連通通道與所述 旁置內(nèi)燃燃燒室連通；(2)在所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，流入所述活塞式氣 體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)的質(zhì)量流量大于所述旁置內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量。
[0009] 在方案一或方案二的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步選擇的：
[0010] (1)將所述工質(zhì)導(dǎo)出口設(shè)在所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)的氣缸上和/或所述連通通 道上；
[0011] (2)在所述工質(zhì)導(dǎo)出口上設(shè)控制閥，進(jìn)一步可選擇的：使所述控制閥受峰壓控制 機(jī)構(gòu)控制，所述峰壓控制機(jī)構(gòu)在所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)使所述控制閥開(kāi) 啟，并當(dāng)所述閉合回路內(nèi)的壓力回降到所述設(shè)定值時(shí)使所述控制閥關(guān)閉；或使所述控制閥 受谷壓控制機(jī)構(gòu)控制，在所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的壓力處于谷壓狀態(tài)時(shí)使所述控制閥開(kāi)啟， 并當(dāng)所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的壓力將至0. 2MPa時(shí)使所述控制閥關(guān)閉；或所述控制閥受開(kāi)啟 度控制機(jī)構(gòu)控制，所述開(kāi)啟度控制機(jī)構(gòu)根據(jù)所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的壓力設(shè)定范圍控制所述 控制閥的開(kāi)啟度，使所述工質(zhì)導(dǎo)出口在某種開(kāi)啟度下處于常開(kāi)狀態(tài)。
[0012] (3)所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括回?zé)崞?，所述回?zé)崞髟O(shè)在所述活塞式氣體 做功機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)和/或所述連通通道內(nèi)；進(jìn)一步可選擇的，所述回?zé)崞髟O(shè)為Ξ元催化器。
[0013] (4)在所述連通通道上或所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)上設(shè)冷凝冷卻器。
[0014] (5)所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括非直混冷凝冷卻器，所述非直混冷凝冷卻 器的被冷卻工質(zhì)入口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口連通；進(jìn)一步可選擇的：①在所述非直混冷凝冷卻 器上設(shè)冷凝液體工質(zhì)出口，更進(jìn)一步可選擇的，在所述非直混冷凝冷卻器上設(shè)不凝氣出口， 再進(jìn)一步可選擇的，將所述不凝氣出口與所述工質(zhì)閉合回路連通；②在所述非直混冷凝冷 卻器上設(shè)不凝氣出口，更進(jìn)一步可選擇的，將所述不凝氣出口與所述工質(zhì)閉合回路連通；③ 在含有內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述氧化劑源經(jīng)所述非直混冷凝冷卻器的被加熱流體通道與 所述內(nèi)燃燃燒室連通；在含有旁置內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述氧化劑源經(jīng)所述非直混冷凝 冷卻器的被加熱流體通道與所述旁置內(nèi)燃燃燒室連通。
[0015] (6)所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括附屬氣體做功機(jī)構(gòu)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口與所 述附屬氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通。
[0016] (7)所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括有儲(chǔ)氣罐，所述工質(zhì)導(dǎo)出口與所述儲(chǔ)氣罐 連通。
[0017] (8)所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括有直混冷凝冷卻器，所述直混冷凝冷卻器 的被冷卻流體入口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口連通，所述氧化劑源與所述直混冷凝冷卻器的被加熱 流體入口連通，所述直混冷凝冷卻器的被加熱流體出口與所述工質(zhì)閉合回路連通；進(jìn)一步 可選擇的：①在所述直混冷凝冷卻器上設(shè)深冷液體工質(zhì)出口，更進(jìn)一步可選擇的，所述往復(fù) 通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括有深冷液體工質(zhì)儲(chǔ)罐，所述深冷液體工質(zhì)儲(chǔ)罐與所述深冷液體工 質(zhì)出口連通；②所述直混冷凝冷卻器上設(shè)不凝氣出口，更進(jìn)一步可選擇的，所述不凝氣出口 與所述工質(zhì)閉合回路連通或所述不凝氣出口設(shè)為所述直混冷凝冷卻器上的被加熱流體出 口；③在含有內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述氧化劑源經(jīng)所述直混冷凝冷卻器的流體通道與所 述內(nèi)燃燃燒室連通；在含有旁置內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述氧化劑源經(jīng)所述直混冷凝冷卻 器的流體通道與所述旁置內(nèi)燃燃燒室連通。
[001引 （9)所述氧化劑源的壓力大于2MPa。
[0019] (10)所述工質(zhì)閉合回路中，參與循環(huán)的氣體的一部分為不凝氣，進(jìn)一步可選擇的， 所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括不凝氣儲(chǔ)罐，所述不凝氣儲(chǔ)罐經(jīng)控制裝置與所述工質(zhì)閉 合回路連通，更進(jìn)一步可選擇的，所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括不凝氣回儲(chǔ)壓縮機(jī)，所 述不凝氣回儲(chǔ)壓縮機(jī)的進(jìn)氣口經(jīng)控制閥與所述工質(zhì)閉合回路連通，所述不凝氣回儲(chǔ)壓縮機(jī) 的氣體出口經(jīng)控制閥與所述不凝氣儲(chǔ)罐連通。
[0020] (11)所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括Ξ元催化器，所述Ξ元催化器設(shè)在所述工 質(zhì)閉合回路內(nèi)，進(jìn)一步可選擇的，所述Ξ元催化器巧9)設(shè)置在所述連通通道內(nèi)。
[0021] (12)所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)的氣缸中屯、線和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的氣缸 中屯、線之間的夾角小于180度，所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)的活塞和所述活塞式氣體做功機(jī) 構(gòu)的活塞分別經(jīng)連桿與同一曲軸的同一連桿軸頸連接，進(jìn)一步可選擇的，所述活塞式氣體 壓縮機(jī)構(gòu)的氣缸中屯、線和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的氣缸中屯、線之間的夾角為90度。
[0022] (13)所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)的活塞和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的活塞分別經(jīng) 連桿與同一曲軸上的不同連桿軸頸連接，此兩所述連桿軸頸的相位差大于0度小于180度。
[0023] (14)將所述工質(zhì)閉合回路的承壓能力設(shè)為大于2MPa。
[0024] (15)所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括低溫冷源，所述低溫冷源用于提供低溫物 質(zhì)，所述低溫物質(zhì)用于冷卻所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)的氣缸中或即將進(jìn)入所述活塞式氣體 壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)。
[00巧](16)所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括次級(jí)滿輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)和次級(jí)葉輪壓氣機(jī)，所 述工質(zhì)導(dǎo)出口與所述次級(jí)滿輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述次級(jí)滿輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出 口經(jīng)附屬冷卻器與所述次級(jí)葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口連通，所述次級(jí)葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)出口 與所述工質(zhì)閉合回路連通；所述次級(jí)滿輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口與所述次級(jí)葉輪壓氣機(jī)的工 質(zhì)入口之間的通道上設(shè)附屬工質(zhì)導(dǎo)出口。
[0026] (17)所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括氧化劑傳感器和氧化劑控制裝置，所述 氧化劑傳感器設(shè)在所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)，所述氧化劑傳感器對(duì)所述氧化劑控制裝置提供信 號(hào)，所述氧化劑控制裝置控制所述氧化劑源的氧化劑流出量。
[0027] (18)所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)和/或所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)設(shè)為活塞液體機(jī) 構(gòu)，所述活塞液體機(jī)構(gòu)包括氣液缸和氣液隔離結(jié)構(gòu)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)設(shè)在所述氣液缸內(nèi)， 進(jìn)一步可選擇的，所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi) 的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和。
[002引（19)在所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)的氣缸上和/或在所述內(nèi)燃燃燒室與所述活塞 式氣體壓縮機(jī)構(gòu)之間的所述連通通道上設(shè)冷卻器，或在所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)的氣缸上 和/或在所述旁置內(nèi)燃燃燒室與所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)之間的所述連通通道上設(shè)冷卻 器，更進(jìn)一步可選擇的：①在所述冷卻器與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的氣缸之間的所述連 通通道內(nèi)和/或在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)設(shè)回?zé)崞鳎龠M(jìn)一步可選擇的：a所述 冷卻器設(shè)為氣液直混式冷卻器、吸附式制冷系統(tǒng)的解吸器或非直混冷卻器，b所述往復(fù)通道 賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括冷卻液體排出口，所述冷卻液體排出口設(shè)在所述冷卻器和所述工質(zhì)導(dǎo) 出口之間的所述連通通道上，C所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括Ξ元催化器，所述Ξ元催 化器設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)和所述冷卻器之間的所述連通通道內(nèi)或在所述回?zé)崞?和所述冷卻器之間的所述連通通道內(nèi)；②所述冷卻器設(shè)為氣液直混式冷卻器、吸附式制冷 系統(tǒng)的解吸器或非直混冷卻器；③所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括冷卻液體排出口，所 述冷卻液體排出口設(shè)在所述冷卻器和所述工質(zhì)導(dǎo)出口之間的所述連通通道上；④所述往復(fù) 通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)還包括Ξ元催化器，所述Ξ元催化器設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)和所 述冷卻器之間的所述連通通道內(nèi)。
[0029] 巧莫三一種往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，包括一個(gè)作為熱缸的氣缸活塞機(jī)構(gòu)和一個(gè) 作為冷缸的氣缸活塞機(jī)構(gòu)，所述熱缸和所述冷缸之間的連通通道上設(shè)回?zé)崞?，所述熱缸?nèi) 設(shè)內(nèi)燃燃燒室，所述熱缸受正時(shí)機(jī)構(gòu)控制依次完成吸氣沖程、壓縮沖程、燃燒做功沖程、至 少一個(gè)熱氣機(jī)熱力循環(huán)、排氣沖程，并W此循環(huán)；所述熱氣機(jī)熱力循環(huán)是由所述熱缸、所述 冷缸和所述回?zé)崞饕黄鹜瓿?；進(jìn)一步可選擇的，所述熱缸和所述冷缸由同一曲軸驅(qū)動(dòng)，并且 呈V型設(shè)置，更進(jìn)一步可選擇的，所述往復(fù)通道賭循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)為α型或β型熱氣機(jī)結(jié) 構(gòu)。在前述方案及其可選擇的方案下，（1)進(jìn)一步可選擇的，所述熱缸的內(nèi)燃燃燒室與氧化 劑源和燃料源連通，更進(jìn)一步可選擇的，所述氧化劑源為純氧或含氧氣體源。（2)進(jìn)一步可 選擇的，在所述熱缸、所述冷缸或所述連通通道上設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口，更進(jìn)一步可選擇的，所述 工質(zhì)導(dǎo)出口與滿輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的氣體入口連通。（3)進(jìn)一步可選擇的，在所述熱缸內(nèi)部活塞的 頭部和/或缸蓋的內(nèi)壁設(shè)有蓄熱結(jié)構(gòu)。（4)進(jìn)一步可選擇的，所述連通通道的承壓能力等于 或大于0. 5MPa。
[0030] 本發(fā)明的原理是：用所述內(nèi)燃燃燒室（即向需要進(jìn)行加熱的熱氣機(jī)的工質(zhì)內(nèi)導(dǎo)入 氧化劑、燃料并使其發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而提高工質(zhì)的溫度）取代傳統(tǒng)熱氣機(jī)（包括斯 特林發(fā)動(dòng)機(jī)等所有類型的熱氣機(jī)）的工質(zhì)加熱熱交換器，從而使工質(zhì)的溫度和壓力可W達(dá) 到更高的水平，實(shí)現(xiàn)熱氣機(jī)效率和功率密度的本質(zhì)性提高，而且可W大幅度減少機(jī)構(gòu)的體 積、重量和制造成本。利用所述內(nèi)燃燃燒室對(duì)所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行內(nèi)燃加熱，推 動(dòng)活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的活塞對(duì)外做功，通過(guò)將部分工質(zhì)從所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)導(dǎo)出實(shí)現(xiàn) 所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)工質(zhì)平衡，在將所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)導(dǎo)出的過(guò)程的同時(shí)可導(dǎo)出 部分熱量；本發(fā)明中所述冷卻器和所述回?zé)崞鞯淖饔门c傳統(tǒng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)中的冷卻器和回 熱器的作用相同；本發(fā)明中所述冷凝冷卻器的作用是將閉合回路中的部分工質(zhì)進(jìn)行冷凝液 化，W液體的形式從所述工質(zhì)閉合回路中導(dǎo)出，運(yùn)樣不僅可W實(shí)現(xiàn)所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)工 質(zhì)平衡，也可W實(shí)現(xiàn)不向環(huán)境排放氣體的作用，形成發(fā)動(dòng)機(jī)整體零排放。
[0031] 所述控制閥既要防止系統(tǒng)由于過(guò)高壓力導(dǎo)致所述工質(zhì)閉合回路的壓力過(guò)大，導(dǎo)致 所述工質(zhì)閉合回路的破壞，又要使所述工質(zhì)閉合回路的谷壓大于0. 2MPa、0. 3MPa、0. 5MPa、 lMPa、l. 5MPa、2MPa、2. 51口日、31口日、51口日