[發明專利]梯級能源發動機

無效

• 申請號: 200810135005.X
• 申請日: 2008-07-25
• 公開（公告）號: CN101328816A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 靳北彪
• 申請（專利權）人: 靳北彪
• 主分類號: F01K23/10
• 分類號: F01K23/10;F02B73/00;F01N5/00;F02G5/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種發動機。

背景技術

傳統內燃發動機技術領域，內燃發動機的余熱沒有得到很好的利用，因而內燃發動機的熱效率很難得到根本性提高。近年來，雖有大量利用內燃發動機余熱的嘗試，比如美國專利發布號為US?2003/005696A1和英國專利發布號為GB1539166，但因內燃發動機的特殊性，這些嘗試均存在設備繁多，效率低，難于實際應用的缺點。所以急需發明一種設備簡單、能夠高效利用內燃發動機余熱產生動力的新的發動機技術。進而提高內燃發動機的效率減少燃料消耗，抑制全球變暖趨勢。

發明內容

為從根本上解決傳統發動機熱效率低的技術問題，本發明提供了一種梯級能源發動機，包括內燃發動機、氣缸套、氣缸蓋、排氣熱交換器、外燃機和冷凝冷卻器，所述氣缸套外圍設有缸套工質承壓通道，所述氣缸蓋內設有缸蓋工質承壓通道，所述缸套工質承壓通道的工質出口和所述缸蓋工質承壓通道的工質入口連通或經液相工質增壓泵連通，所述缸蓋工質承壓通道的工質出口與所述排氣熱交換器的被加熱工質入口連通，所述排氣熱交換器的被加熱工質出口與所述外燃機的工質入口連通，所述外燃機的工質出口與所述冷凝冷卻器的工質入口連通，所述冷凝冷卻器的工質出口與所述缸套工質承壓通道的工質入口連通或經冷凝液相工質加壓泵連通。所述冷凝液相工質加壓泵和所述液相加壓泵可單獨設置或同時設置。在不設液相工質加壓泵時所述外燃機工質入口處的工質壓強、所述缸蓋工質承壓通道的工質壓強和所述缸套工質承壓通道的工質壓強依次增大。在設置液相工質加壓泵時所述缸蓋工質承壓通道的工質壓強大于所述外燃機工質入口處的壓強，而所述缸套工質承壓通道的工質壓強可小于所述缸蓋工質承壓通道的工質壓強。

所述外燃機可設為汽輪機、渦輪機或蒸汽機式的動力源。

所述缸套工質承壓通道和所述缸蓋工質承壓通道可單獨或同時設為承壓腔式。

所述缸套工質承壓通道和所述缸蓋工質承壓通道可單獨或同時設為復數個承壓管式。

所述冷凝液相工質加壓泵的工質出口與所述缸套工質承壓通道在所述氣缸套上端(靠近燃燒室)的工質入口連通，所述缸套工質承壓通道在所述氣缸套下端的工質出口(遠離燃燒室)與所述缸蓋工質承壓通道的入口連通，所述缸蓋工質承壓通道的工質出口與所述排氣熱交換器的被加熱工質入口連通。

所述缸套工質承壓通道的工質出口經控制閥與所述缸蓋工質承壓通道的工質入口連通。

所述內燃發動機和系統的其它部位的外圍可全部或部分增設保溫層，以進一步提高發動機的熱效率。

本發明結合內燃發動機的特點將燃燒室以外的熱系統(即余熱系統)按能源品位分為復數個梯級能源區。為了便于理解，現以三個梯級能源區為例進行說明。梯級能源區A是內燃發動機氣缸套周圍的區域(即所述缸套工質承壓通道)，這個區域由于氣缸套和活塞的高速相對運動，要求較高的散熱降溫條件，即工質的溫度要相對低一些，因而，在本發明中將梯級能源區A作為工質的加熱區，在此區內將工質加熱升溫；梯級能源區B是內燃發動機燃燒室上方氣缸蓋內的區域(即所述缸蓋工質承壓通道)，這個區域內除可耐高溫的氣門的運動及其與氣門座的撞擊外，沒有其它高速相對運動，因此，散熱降溫條件可以相對差一些，即工質的溫度可以高一些，因而，在本發明中將梯級能源區B作為工質的氣化區，在此區內產生高溫高壓的氣相工質；梯級能源區C是發動機排氣道上熱交換器(即所述排氣熱交換器)，這個區域沒有運動部件，即不需要特別散熱降溫條件，也就是說工質的溫度可以很高，故在本發明中將此區作為工質過熱區，在此區內使工質過熱，進一步提高工質的溫度，進而提高工質循環做功的效率。

本發明中的工質可以是水或其它類型的工質，例如：氨、醇類、醚類、烷類、以及其它類型的工質，只要根據發動機的散熱降溫條件和系統的承壓能力等進行選擇即可。

通過本發明中的的三個梯級能源區A、B和C的工質通道，可直接或經控制閥門連通。通過選擇不同工質在滿足氣缸套的散熱降溫條件下，依據工質的熱力學性質(熱容、氣化熱、蒸汽壓溫度曲線等)，可以將梯級能源區A和梯級能源區B部分或全部融合形成一個或多個新的梯級能源區。然而，梯級能源區C可部分不應全部與梯級能源區B融合，因為如果全部融合則將沒有工質過熱區，因而會降低氣相工質的溫度，從而降低工質循環做功效率。根據內燃發動機的類型、工作條件(即不同梯級能源區的溫度及傳熱量)以及所用工質的性質，可以進行所有梯級能源區的熱平衡計算或實驗，根據計算或實驗結果可以確定工質的流量以及不同梯級能源區的融合率。