專利名稱：低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及熱能與動力領(lǐng)域，尤其是一種低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
在燃燒產(chǎn)物參與作功的熱動力系統(tǒng)(包括發(fā)動機(jī))中，最重要的過程是要制備溫度和壓力參數(shù)科學(xué)合理的工質(zhì)，才能推高熱動力系統(tǒng)的效率。為了制備溫度和壓力參數(shù)科學(xué)合理的工質(zhì)，就要對熱動力系統(tǒng)的進(jìn)氣進(jìn)行冷卻，然而由于沒有溫度較低的冷源對進(jìn)氣的冷卻一直處于效率較低的狀態(tài)。因此，需要制造一個溫度較低的冷源對進(jìn)氣進(jìn)行高效冷卻。
發(fā)明內(nèi)容為了達(dá)到上述目的，本實用新型提出的技術(shù)方案如下一種低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，包括發(fā)動機(jī)，在與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通的進(jìn)氣道上設(shè)置壓縮冷卻系統(tǒng)，該壓縮冷卻系統(tǒng)包括壓氣機(jī)、熱交換器、旁通管開口、旁通管，所述熱交換器和旁通管開口設(shè)置在所述壓氣機(jī)的壓縮氣體出口與燃燒室之間的進(jìn)氣道上，所述旁通管開口通過旁通管與熱交換器的冷流體入口連通。所述旁通管通過節(jié)流閥或作功機(jī)構(gòu)與熱交換器的冷流體入口連通。在設(shè)有所述節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)中，在所述旁通管開口和所述燃燒室之間的所述進(jìn)氣道上設(shè)深冷熱交換器，所述節(jié)流閥的氣體出口經(jīng)所述深冷熱交換器的冷流體通道與所述熱交換器的冷流體入口連通。所述旁通管開口與節(jié)流閥之間設(shè)膨脹劑混合降溫器，所述膨脹劑混合降溫器與膨脹劑源連通。在設(shè)有所述作功機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)中，在所述旁通管開口和所述燃燒室之間的所述進(jìn)氣道上設(shè)深冷熱交換器，所述作功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)所述深冷熱交換器與所述熱交換器的冷流體入口連通。所述壓縮冷卻系統(tǒng)還包括環(huán)境吸熱排熱器，該環(huán)境吸熱排熱器設(shè)置在所述壓氣機(jī)上和/或在所述壓縮氣體出口和所述燃燒室之間的所述進(jìn)氣道上。所述熱交換器設(shè)置在所述環(huán)境吸熱排熱器和所述旁通管開口之間的所述進(jìn)氣道上。在所述旁通管開口和所述燃燒室之間設(shè)環(huán)境吸熱排熱器，所述熱交換器設(shè)置在所述環(huán)境吸熱排熱器和所述燃燒室之間。在所述發(fā)動機(jī)的排氣道上設(shè)排氣動力透平，所述排氣動力透平對所述壓氣機(jī)輸出動力。所述壓氣機(jī)設(shè)為多級壓氣機(jī)，在所述多級壓氣機(jī)的每一個級間或部分級間設(shè)環(huán)境吸熱排熱器。在每個所述環(huán)境吸熱排熱器與下一級壓氣機(jī)的連通通道上或在一個所述環(huán)境吸熱排熱器與下一級壓氣機(jī)的連通通道上設(shè)旁通管開口。[0015]本實用新型的原理是首先利用所述環(huán)境吸熱排熱器對所述發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣在壓縮進(jìn)程中(即在所述壓氣機(jī)內(nèi))進(jìn)行冷卻，和/或利用所述環(huán)境吸熱排熱器對所述發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣在所述壓氣機(jī)后進(jìn)行冷卻，使被壓縮的進(jìn)氣的溫度盡可能降低，然后將其中一部分與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通，為所述發(fā)動機(jī)提供進(jìn)氣，另一部分通過節(jié)流閥或通過作功機(jī)構(gòu)形成溫度更低的氣體冷源，利用這一氣體冷源對進(jìn)入所述發(fā)動機(jī)燃燒室的壓縮氣體進(jìn)行冷卻和/或利用這一氣體冷源對進(jìn)入所述發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的氣體進(jìn)行冷卻，從而實現(xiàn)所述發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度的大幅度下降。本實用新型中，所謂的膨脹劑混合降溫器是指利用膨脹劑混合降溫的熱交換器， 所謂的膨脹劑是指不參與燃燒化學(xué)反應(yīng)起冷卻降溫增加工質(zhì)摩爾數(shù)作用的物質(zhì)，如水，液體二氧化碳、液氮、液氦、液態(tài)空氣等。本實用新型中，所謂的壓氣機(jī)是指一切可以對氣體進(jìn)行壓縮增壓的裝置，如葉輪式壓氣機(jī)、活塞式壓氣機(jī)以及射流泵等。本實用新型中，所謂的射流泵是指通過動力流體引射非動力流體(氣體)，兩流體相互作用從一個出口排出的裝置，在這種裝置中，非動力流體(氣體)被動力流體引射并被壓縮，所謂的射流泵可以是傳統(tǒng)射流泵，也可以是非傳統(tǒng)射流泵。本實用新型中，所謂的傳統(tǒng)射流泵是指由兩個套裝設(shè)置的管構(gòu)成的，向內(nèi)管提供高壓動力流體，內(nèi)管高壓動力流體在外管內(nèi)噴射，在內(nèi)管高壓動力流體噴射和外管的共同作用下使內(nèi)外管之間的其他流體(從外管進(jìn)入的流體)沿內(nèi)管高壓動力流體的噴射方向產(chǎn)生運動的裝置；所謂射流泵的外管可以有縮擴(kuò)區(qū)，外管可以設(shè)為文丘里管，內(nèi)管噴嘴可以設(shè)為拉瓦爾噴管，所謂的縮擴(kuò)區(qū)是指外管內(nèi)截面面積發(fā)生變化的區(qū)域；所述射流泵至少有三個接口或稱通道，即射流泵動力流體噴射口、射流泵低壓流體入口和射流泵流體出口。本實用新型中，所謂的非傳統(tǒng)射流泵是指由兩個或兩個以上相互套裝設(shè)置或相互并列設(shè)置的管構(gòu)成的，其中至少一個管與動力流體源連通，并且動力流體源中的動力流體的流動能夠引起其他管中的流體產(chǎn)生定向流動的裝置；所謂射流泵的管可以有縮擴(kuò)區(qū)，可以設(shè)為文丘里管，管的噴嘴可以設(shè)為拉瓦爾噴管，所謂的縮擴(kuò)區(qū)是指管內(nèi)截面面積發(fā)生變化的區(qū)域；所述射流泵至少有三個接口或稱通道，即射流泵動力流體噴射口、射流泵低壓流體入口和射流泵流體出口 ；所述射流泵可以包括多個射流泵動力流體噴射口，在包括多個射流泵動力流體噴射口的結(jié)構(gòu)中，所述射流泵動力流體噴射口可以布置在所述射流泵低壓流體入口的管道中心區(qū)，也可以布置在所述射流泵低壓流體入口的管道壁附近，所述射流泵動力流體噴射口也可以是環(huán)繞所述射流泵低壓流體入口管道壁的環(huán)形噴射口。本實用新型中，所謂的發(fā)動機(jī)是指至少包括燃燒室和作功機(jī)構(gòu)的能夠?qū)ν廨敵鰟恿Φ难b置，它可以是傳統(tǒng)的二沖程發(fā)動機(jī)、四沖程發(fā)動機(jī)、活塞式發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航空發(fā)動機(jī)，也可以是短壓程充氣發(fā)動機(jī)、爆排發(fā)動機(jī)等。本實用新型中，所謂的爆排發(fā)動機(jī)是指由燃燒室和膨脹作功機(jī)構(gòu)(即作功機(jī)構(gòu))構(gòu)成的，只進(jìn)行燃燒爆炸作功過程(含燃燒爆炸作功沖程)和排氣過程，不包含吸氣過程和壓縮過程的熱動力系統(tǒng)(即將熱轉(zhuǎn)換成功的系統(tǒng))，這種熱動力系統(tǒng)中原工質(zhì)(充入燃燒室的工質(zhì))是以充入的方式而不是吸入的方式進(jìn)入燃燒室的；燃燒室與膨脹作功機(jī)構(gòu)(即作功機(jī)構(gòu))可以直接連通，也可以將燃燒室設(shè)置在膨脹作功機(jī)構(gòu)內(nèi)(如將燃燒室設(shè)置在氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸內(nèi)的結(jié)構(gòu))，還可以將燃燒室經(jīng)控制閥與膨脹作功機(jī)構(gòu)連通；在將燃燒室經(jīng)控制閥與膨脹作功機(jī)構(gòu)連通的結(jié)構(gòu)中，為了充分高效燃燒，可以使燃燒室處于連續(xù)燃燒狀態(tài)，也可以使燃燒室處于間歇燃燒狀態(tài)；一個燃燒室可以對應(yīng)一個膨脹作功機(jī)構(gòu)，一個燃燒室也可以對應(yīng)兩個或兩個以上的膨脹作功機(jī)構(gòu)；作功機(jī)構(gòu)可以是活塞式膨脹作功機(jī)構(gòu)(含轉(zhuǎn)子式膨脹作功機(jī)構(gòu))，還可以是透平式膨脹作功機(jī)構(gòu)(即葉輪式作功機(jī)構(gòu))，所謂的膨脹作功機(jī)構(gòu)是指利用燃燒室的工質(zhì)膨脹對外輸出動力的機(jī)構(gòu)；為使這種發(fā)動機(jī)正常工作需要在進(jìn)氣中加入燃料或在燃燒室中噴射燃料，根據(jù)燃料不同，可以采用點燃或壓燃形式。本實用新型中，所謂的短壓程充氣發(fā)動機(jī)是指沒有獨立的吸氣沖程，排氣過程、吸氣過程和壓縮過程共用一個沖程，在排氣、進(jìn)氣、壓縮過程完了后進(jìn)行燃燒爆炸沖程的發(fā)動機(jī)；所述壓氣機(jī)出口處的氣體壓力越高，所述短壓程充氣發(fā)動機(jī)的壓縮過程占一個沖程的長度的份額可以越小，在具體發(fā)動機(jī)中，可根據(jù)工況的要求，調(diào)整所述壓氣機(jī)的氣體出口處的氣體壓力和所述短壓程充氣發(fā)動機(jī)的壓縮沖程的壓縮力度。本實用新型中，所謂的環(huán)境吸熱排熱器是指一切可以利用環(huán)境吸熱，對氣體進(jìn)行排熱降溫的裝置，可以是散熱器，也可以是以冷卻為目的的熱交換器，例如中冷器等；所謂的熱交換器是指以經(jīng)過節(jié)流閥或作功機(jī)構(gòu)降溫的氣體為冷源的，對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中的氣體和/或?qū)M(jìn)入所述發(fā)動機(jī)的燃燒室的壓縮氣體進(jìn)行冷卻的裝置；所謂深冷熱交換器是指能夠?qū)怏w冷卻到更低溫度的熱交換器；所謂的作功機(jī)構(gòu)是指通過氣體體積膨脹對外作功的裝置。本實用新型的有益效果如下1、本實用新型通過在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道上設(shè)置壓縮冷卻系統(tǒng)，對進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室的氣體進(jìn)行壓縮冷卻，以提高發(fā)動機(jī)的效率。2、本實用新型通過設(shè)置熱交換器、環(huán)境吸熱排熱器、節(jié)流閥或作功機(jī)構(gòu)、膨脹劑混合降溫器等多級降溫，從而大幅提高發(fā)動機(jī)的效率。3、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可靠性高。

圖1為本實用新型實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實用新型實施例7的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實用新型實施例8的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本實用新型實施例9的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1發(fā)動機(jī)、2壓氣機(jī)、3進(jìn)氣道、4環(huán)境吸熱排熱器、5作功機(jī)構(gòu)、7排氣道、30旁通管、 33旁通管開口、71排氣動力透平、101燃燒室、200多級壓氣機(jī)、201壓縮氣體出口、331熱交換器、332深冷熱交換器、335節(jié)流閥、3030膨脹劑混合降溫器、3031膨脹劑源。
具體實施方式
實施例1如圖1所示的低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，包括發(fā)動機(jī)1和壓氣機(jī)2，所述壓氣機(jī)2的壓縮氣體出口 201經(jīng)進(jìn)氣道3與所述發(fā)動機(jī)1的燃燒室101連通，在所述壓氣機(jī)2上和在所述壓縮氣體出口 201和所述燃燒室101之間的所述進(jìn)氣道3上均設(shè)環(huán)境吸熱排熱器4，在從所述環(huán)境吸熱排熱器4到所述燃燒室101之間的所述進(jìn)氣道3上依次設(shè)熱交換器331和旁通管開口 33，所述旁通管開口 33與旁通管30連通；所述旁通管30與節(jié)流閥335的氣體入口連通，所述節(jié)流閥335的氣體出口與熱交換器331的冷流體入口連通，利用所述熱交換器331 對所述發(fā)動機(jī)1的進(jìn)氣進(jìn)行冷卻。實施例2如圖2所示的低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其與實施例1的區(qū)別在于所述旁通管30與作功機(jī)構(gòu)5的工質(zhì)入口連通，所述作功機(jī)構(gòu)5的工質(zhì)出口與熱交換器331的冷流體入口連通，利用所述熱交換器331對所述發(fā)動機(jī)1的進(jìn)氣進(jìn)行冷卻。實施例3如圖3所示的低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其與實施例1的區(qū)別在于在所述旁通管開口 33 和所述燃燒室101之間的所述進(jìn)氣道3上設(shè)深冷熱交換器332，所述節(jié)流閥335的氣體出口經(jīng)所述深冷熱交換器332的冷流體通道與所述熱交換器331的冷流體入口連通。實施例4如圖4所示的低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其與實施例2的區(qū)別在于在所述旁通管開口 33 和所述燃燒室101之間的所述進(jìn)氣道3上設(shè)深冷熱交換器332，所述作功機(jī)構(gòu)5的工質(zhì)出口經(jīng)所述深冷熱交換器332與所述熱交換器331的冷流體入口連通。實施例5如圖5所示的低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其與實施例4的區(qū)別在于在所述發(fā)動機(jī)1的排氣道7上設(shè)排氣動力透平71，所述排氣動力透平71對所述壓氣機(jī)2輸出動力。實施例6如圖6所示的低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其與實施例1的區(qū)別在于所述壓氣機(jī)設(shè)為多級壓氣機(jī)200，在所述多級壓氣機(jī)200的每一個級間均設(shè)環(huán)境吸熱排熱器4。實施例7如圖7所示的低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其與實施例6的區(qū)別在于在所述多級壓氣機(jī)200 中的某些級上也設(shè)置環(huán)境吸熱排熱器4，且在所述多級壓氣機(jī)200的第一級和第二級之間的所述環(huán)境吸熱排熱器4與第二級壓氣機(jī)的連通通道上設(shè)旁通管開口 33和旁通管30。實施例8如圖8所示的低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，包括發(fā)動機(jī)1和壓氣機(jī)2，所述壓氣機(jī)2的壓縮氣體出口 201經(jīng)進(jìn)氣道3與所述發(fā)動機(jī)1的燃燒室101連通，在從所述壓氣機(jī)2的壓縮氣體出口 201到所述燃燒室101之間的所述進(jìn)氣道3上依次設(shè)旁通管開口 33和熱交換器331， 所述旁通管開口 33與旁通管30連通，所述旁通管30與節(jié)流閥335的氣體入口連通，在所述旁通管30上設(shè)膨脹劑混合降溫器3030，所述膨脹劑混合降溫器3030與膨脹劑源3031連通，所述節(jié)流閥335的氣體出口與所述熱交換器331的冷流體入口連通，利用所述熱交換器 331對所述發(fā)動機(jī)1的進(jìn)氣進(jìn)行冷卻。
6[0056]實施例9如圖9所示的低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其與實施例8的區(qū)別在于在所述旁通管開口 33 和所述熱交換器331之間的進(jìn)氣道3上設(shè)環(huán)境吸熱排熱器4。顯然，本實用新型不限于以上實施例，根據(jù)本領(lǐng)域的公知技術(shù)和本實用新型所公開的技術(shù)方案，可以推導(dǎo)出或聯(lián)想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應(yīng)認(rèn)為是本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，包括發(fā)動機(jī)(1)，其特征在于在與所述發(fā)動機(jī)(1)的燃燒室 (101)連通的進(jìn)氣道(3)上設(shè)有壓縮冷卻系統(tǒng)，該壓縮冷卻系統(tǒng)包括壓氣機(jī)(2)、熱交換器(331)、旁通管開口(33)、旁通管(30)，所述熱交換器(331)和旁通管開口(33)設(shè)置在所述壓氣機(jī)(2)的壓縮氣體出口(201)與燃燒室(101)之間的進(jìn)氣道(3)上，所述旁通管開口 (33)通過旁通管(30)與熱交換器(331)的冷流體入口連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其特征在于所述旁通管(30)通過節(jié)流閥 (335)或作功機(jī)構(gòu)(5)與熱交換器(331)的冷流體入口連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其特征在于在設(shè)有所述節(jié)流閥(335)的結(jié)構(gòu)中，在所述旁通管開口( 33 )和所述燃燒室(101)之間的所述進(jìn)氣道(3 )上設(shè)深冷熱交換器(332)，所述節(jié)流閥(335)的氣體出口經(jīng)所述深冷熱交換器(332)的冷流體通道與所述熱交換器(331)的冷流體入口連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其特征在于所述旁通管開口(33)與節(jié)流閥 (335)之間設(shè)膨脹劑混合降溫器(3030)，所述膨脹劑混合降溫器(3030)與膨脹劑源(3031) 連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其特征在于在設(shè)有所述作功機(jī)構(gòu)(5)的結(jié)構(gòu)中，在所述旁通管開口(33)和所述燃燒室(101)之間的所述進(jìn)氣道(3)上設(shè)深冷熱交換器 (332)，所述作功機(jī)構(gòu)(5)的工質(zhì)出口經(jīng)所述深冷熱交換器(332)與所述熱交換器(331)的冷流體入口連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意之一所述低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其特征在于所述壓縮冷卻系統(tǒng)還包括環(huán)境吸熱排熱器(4)，該環(huán)境吸熱排熱器(4)設(shè)置在所述壓氣機(jī)(2)上和/或在所述壓縮氣體出口( 201)和所述燃燒室(101)之間的所述進(jìn)氣道(3 )上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其特征在于在所述發(fā)動機(jī)(1)的排氣道(7) 上設(shè)排氣動力透平(71)，所述排氣動力透平(71)對所述壓氣機(jī)(2)輸出動力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其特征在于所述壓氣機(jī)(2)設(shè)為多級壓氣機(jī) (200)，在所述多級壓氣機(jī)(200)的每一個級間或部分級間設(shè)環(huán)境吸熱排熱器(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，其特征在于在每個所述環(huán)境吸熱排熱器(4) 與下一級壓氣機(jī)的連通通道上或在一個所述環(huán)境吸熱排熱器(4)與下一級壓氣機(jī)的連通通道上設(shè)旁通管開口(33)。
專利摘要本實用新型公開了一種低溫進(jìn)氣發(fā)動機(jī)，包括發(fā)動機(jī)，在與所述發(fā)動機(jī)的燃燒室連通的進(jìn)氣道上設(shè)有壓縮冷卻系統(tǒng)，該壓縮冷卻系統(tǒng)包括壓氣機(jī)、熱交換器、旁通管開口、旁通管，所述熱交換器和旁通管開口設(shè)置在所述壓氣機(jī)的壓縮氣體出口與燃燒室之間的進(jìn)氣道上，所述旁通管開口通過旁通管與熱交換器的冷流體入口連通。本實用新型大幅度提高了發(fā)動機(jī)的效率。
文檔編號F02B29/04GK202228175SQ20112037767
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者靳北彪 申請人:靳北彪