專利名稱:Gas-steam boiler engine的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機，該發(fā)動機適用于機動車、機械設(shè)備、航空器和艦船。
技術(shù)背景
當今世界能源危機和環(huán)境污染日趨嚴重，而現(xiàn)有的熱機又普遍存在著嚴重浪費燃 料和污染環(huán)境的現(xiàn)象。本專利申請的發(fā)明人認為解決這一技術(shù)問題的關(guān)鍵涉及到對燃燒機 理的深入研究。目前人們普遍把燃燒的動能歸為熱能，本發(fā)明人認為動能和熱能是隨燃燒 同時產(chǎn)生的。把燃燒理解為在化學(xué)反應(yīng)下的密度釋放(動能)和熱量釋放。如c和02燃 燒產(chǎn)生C02，C相對于C02是高密度的固體，而C02相對于C是微小密度的氣體，即使氣體燃 料也要先壓縮成一定密度才能燃燒，如液化天然氣，液化石油氣等。
燃燒熱能是隨動能而產(chǎn)生的，即在化學(xué)反應(yīng)下的密度釋放過程中產(chǎn)生了熱量，密 度釋放越快，動能越大，熱能也越強，燃燒工質(zhì)越多，密度釋放后的體積越大，即動量越多， 產(chǎn)生的熱量也越多，如火藥和燃油爆炸(劇烈燃燒)的動能是典型例子。雖然動能可隨熱 能的流失而消失，但熱能也可隨動能的增強而增加，如壓縮式熱泵，它們是相互依存和相互 轉(zhuǎn)換且成正比的關(guān)系，即動能越大熱能也越大，反之熱能越大動能也越大，但它們卻是不同 的兩種能量。因燃燒中動能和熱能成正比，所以動能適用于熱定律學(xué)進行計算研究，這也是 為什么燃機的研究設(shè)計可以用于熱定律學(xué)得出結(jié)論的原因。對于發(fā)動機來講，動能是直接 能量，而熱能是間接能量，它必須經(jīng)中介轉(zhuǎn)化，如鍋爐產(chǎn)汽驅(qū)動蒸汽機。熱能對于取暖、做飯 等是直接能量，如家用燃具利用燃燒的熱能做飯、洗浴，但它沒有利用動能，而現(xiàn)有的燃機 只利用了燃燒時的動能，熱能都隨冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)白白浪費掉；蒸汽機組中的鍋爐只 利用了燃燒時的熱能、動能都隨煙氣白白流失，且它們的排氣都嚴重污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本專利申請的發(fā)明人從動能和熱能隨燃燒同時產(chǎn)生的認識出發(fā)，提供一種可同時 利用燃燒產(chǎn)生燃氣和蒸汽，并回收燃燒做功時消耗的熱量，達到根本性節(jié)能環(huán)保、結(jié)構(gòu)精簡 可靠、高功率密度的發(fā)動機。
為此而提出的解決方案是
一種燃氣_蒸汽發(fā)動機，為二沖程，它包括三元制進氣系統(tǒng)、氣缸蓋、燃燒室、氣 缸、多孔排氣口、曲軸箱、活塞及活塞環(huán)、曲軸連桿；其進氣、配氣、掃氣由三元制進氣系統(tǒng)控 制，所述的二沖程包括第一沖程，活塞由下至上運動，在壓縮前向氣缸內(nèi)噴入高壓水霧，同 時掃氣，由于此時氣缸內(nèi)仍有較高的溫度，水霧在掃出廢氣后就變?yōu)榱苏羝?，同時冷卻了氣 缸，在壓縮過程中(為減少壓縮功一般為后期)一次或分多次同時向氣缸內(nèi)噴入氧氣和燃 料并混合，活塞繼續(xù)上行至近上止點，混合氣由于壓縮效應(yīng)而自燃(壓燃)或被點燃；第二 沖程，活塞由上至下運動，由于慣性活塞過了上止點，爆燃產(chǎn)生的高溫高壓燃氣同時加熱了 氣缸內(nèi)大量被壓縮的低溫低壓蒸汽，產(chǎn)生劇烈膨脹，共同推動活塞向下運動，同時通過連桿 曲軸對外做功，活塞行至近下止點時多個排氣口同時被打開，排出廢汽后又進入第一沖程;排出的廢汽引入凝汽器，經(jīng)冷卻后還原回液態(tài)水，經(jīng)過濾后進入水直噴系統(tǒng)循環(huán)，包括燃燒 產(chǎn)生的H20氣也一起被液化，極少量的C02則經(jīng)凝汽器上的排氣口排出。
為提高排氣、掃氣效率，采用多孔排氣口排汽，同時由于進氣、掃氣與曲軸箱無關(guān)， 所以可以采用飛濺潤滑。
三元制進氣系統(tǒng)由水電控噴射系統(tǒng)和氧氣電控噴射系統(tǒng)及燃料電控噴射系統(tǒng)組 成，其電控系統(tǒng)部分共用。水電控噴射系統(tǒng)與現(xiàn)有的燃油電控噴射系統(tǒng)基本相同，只是水源 為凝汽器，各自噴射或利用高壓氧氣驅(qū)動水噴射(噴霧器式)。
該三元制進氣系統(tǒng)解決了現(xiàn)有技術(shù)粗放型進氣、效率低、能耗高、功率密度低、對 環(huán)境污染嚴重等問題，達到了在任何工況下精確控制混合氣比例和進氣量，高度節(jié)能，高功 率密度，從根本上杜絕了 NOx的產(chǎn)生和顯著降低CO和HC等污染物的產(chǎn)生。
因空氣中有大約21%的氧氣，所以氧燃比為空燃比的21%，如汽油的空燃比為 14.7 1，那么氧燃比就為約3.1 1就可以了，高純度氧氣促進燃燒，可謂是一觸即發(fā)，使 動能和熱能相對于空燃比燃燒在更短的時間內(nèi)同時釋放，加之燃燒室或氣缸容積的減小， 更縮短了火焰?zhèn)鞑r間，同時相對于空燃比燃燒產(chǎn)生了更高的溫度，從而加大了與氣缸內(nèi) 水汽的溫差，使換熱更迅速，也加大了與排氣口的廢氣溫差，減少了熱損失。因顯著節(jié)能而 減少了燃料攜帶量和減少了發(fā)動機的體積和質(zhì)量，所以彌補了攜帶氧氣瓶或其它制氧裝置 的體積和質(zhì)量的不足。
/"(^//J在確保當量氧燃比的情況下，應(yīng)盡量提高水燃比來增加蒸汽量，也即動能 (類似現(xiàn)有的稀燃技術(shù))，由于燃燒溫度較現(xiàn)有技術(shù)大幅度降低，所以無須冷卻系統(tǒng)，而且 氣缸和缸蓋外壁還需保溫，利用氣缸體金屬的蓄熱使噴入缸內(nèi)的水霧完全氣化，氣缸與曲 軸箱之間采用絕熱氣缸墊，使之減少因熱傳遞造成的熱損。缸內(nèi)噴射的水溫高低，也即凝汽 器冷卻程度，須看是何種燃料或壓縮比，也即排氣后的缸內(nèi)溫度。
由于采用三元制進氣，燃氣-蒸汽發(fā)動機的單缸容積可制造的非常大，減少了制 造多缸機的復(fù)雜性和成本(為保持平衡和曲軸360°做功，一般雙缸即可)。
因本發(fā)明的燃氣-蒸汽發(fā)動機同時利用了燃燒的動能和熱能，并采用了三元制燃 燒和余熱回收及回收了制氧時消耗的能量，且在等壓下蒸汽至少要比空氣-燃料燃燒產(chǎn)物 的比熱高一倍以上，所以從根本上解決了現(xiàn)有熱機巨大的能源浪費和環(huán)境污染問題，達到 了驚人的效果
(1)實現(xiàn)了極度節(jié)能，最高節(jié)能可達75%左右，也即只需原25%的燃料可輸出原 動力。
(2)由于高純度的C02很容易處理，所以達到了零排放。
(3)結(jié)構(gòu)的簡單緊湊又達到了極高的功率密度和可靠性。


圖1為本發(fā)明發(fā)動機的燃氣_蒸汽發(fā)動機剖視圖； 具體實施方式
附圖中描述了本發(fā)明提供的燃氣_蒸汽發(fā)動機一個優(yōu)選實施例。
圖1所示的燃氣-蒸汽發(fā)動機44，其進氣、配氣、掃氣由三元制進氣系統(tǒng)45、46、47 控制；為提高排氣、掃氣效率，采用多氣口及排氣管48排汽，因進氣、掃氣與曲軸箱49無關(guān)， 所以可以采用飛濺潤滑。[0022]所述的三元制進氣系統(tǒng)45、46、47由水電控噴射系統(tǒng)45，和氧氣電控噴射系統(tǒng)46 及燃料電控噴射系統(tǒng)47組成，電控系統(tǒng)部分可共用，各自獨立噴射或利用高壓氧氣驅(qū)動水 噴射(噴霧器式)。
第一沖程，活塞50由下至上運動，在下止點時水電控噴射系統(tǒng)45向氣缸51內(nèi)噴 入高壓水霧，同時掃氣，由于此時氣缸51內(nèi)仍有較高溫度，水霧在掃出廢汽后就變?yōu)榱苏?汽(可采用近沸點的高溫水噴射)，同時冷卻了氣缸51，在壓縮過程中(為減少壓縮功，一 般在壓縮后期)，氧氣和燃料電控噴射系統(tǒng)46、47 —次或分多次同時向氣缸51內(nèi)噴入氧氣 和燃料并混合(對噴或噴霧器式噴射)，活塞50繼續(xù)上行至近上止點，混合氣由于壓縮效 應(yīng)而自燃(壓燃)或被點燃，第二沖程，活塞50由上至下運動，由于慣性活塞50過了上止 點，氧燃比混合氣爆燃產(chǎn)生的高溫高壓燃氣同時加熱了氣缸51內(nèi)大量被壓縮的低溫低壓 蒸汽，產(chǎn)生劇烈膨脹，共同推動活塞50向下運動，同時通過連桿曲軸52對外做功，活塞50 行至近下止點時多個排氣口 48同時被打開，排出廢汽后又進入第一沖程。排出的廢汽引入 凝汽器53，經(jīng)同軸52或同步的風(fēng)扇54或自然風(fēng)或水流(包括機動車、艦船、航空器的迎風(fēng) 迎水)冷卻后還原回液態(tài)水，經(jīng)過濾器55后進入水電控直噴系統(tǒng)45循環(huán)，包括燃燒產(chǎn)生的 H20氣也一起被液化，極少量的C02則經(jīng)凝汽器53上的排氣口 56排出。
在確保當量氧燃比的情況下，應(yīng)盡量提高水燃比來增加蒸汽量，也即動能(類似 現(xiàn)有的稀燃技術(shù))，由于燃燒溫度較現(xiàn)有技術(shù)顯著降低，所以無須冷卻系統(tǒng)，而且氣缸51和 氣缸蓋57外壁還需保溫，利用氣缸51體金屬的蓄熱使噴入氣缸51內(nèi)的水霧完全氣化；氣 缸外表、氣缸蓋外表及氣缸與曲軸箱結(jié)合處需隔熱保溫。氣缸51與曲軸箱49之間采用絕 熱氣缸墊58，使之減少因熱傳遞造成的熱損，氣缸51內(nèi)噴射的水溫高低，也即凝汽器53冷 卻程度，須看是何種燃料或壓縮比，也即排氣后的氣缸51內(nèi)溫度。
由于采用三元制進氣45、46、47，燃氣-蒸汽發(fā)動機的單缸51容積可制造的非常 大，減少了制造多缸51機的復(fù)雜性和成本。為保持平衡和曲軸52三百六十度做功，一般雙 缸51即可。
上面結(jié)合附圖詳細說明的實施方式并非是對本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限定，凡是 根據(jù)本發(fā)明提出的技術(shù)構(gòu)思作出的變型，都應(yīng)當是本發(fā)明的權(quán)利要求
的保護范圍之內(nèi)，如 采用直流鍋爐或汽包鍋爐的變型；采用軸流或徑流渦輪的變型；將排氣直接排入大氣的變 型；鍋爐外置同軸或非同軸蒸汽機的變型；增設(shè)與發(fā)動機同軸的壓氣機替代氧氣噴射系統(tǒng) 的變型；各組件位置的變型等。
權(quán)利要求
一種燃氣一蒸汽發(fā)動機，該發(fā)動機為二沖程內(nèi)燃機，其特征為由三元制進氣系統(tǒng)控制進氣、配氣、掃氣，采用多氣口排汽和飛濺潤滑及分離回收排汽的凝汽器，包括三元制進氣系統(tǒng)、氣缸蓋、氣缸、燃燒室、多排汽口及排汽管、曲軸箱、活塞及活塞環(huán)和曲軸連桿，所述的二沖程包括第一沖程，活塞由下至上運動，在壓縮前向氣缸內(nèi)噴入高壓水霧，同時掃氣，由于此時氣缸內(nèi)仍有較高的溫度，水霧在掃出廢氣后就變?yōu)榱苏羝瑫r冷卻了氣缸，在壓縮過程中期或后期，一次或分多次同時向氣缸內(nèi)噴入氧氣和燃料并混合，活塞繼續(xù)上行至近上止點，混合氣由于壓縮效應(yīng)而自燃或被點燃；第二沖程，活塞由上至下運動，由于慣性活塞過了上止點，爆燃產(chǎn)生的高溫高壓燃氣同時加熱了氣缸內(nèi)大量被壓縮的低溫低壓蒸汽，產(chǎn)生劇烈膨脹，共同推動活塞向下運動，同時通過連桿曲軸對外做功，活塞行至近下止點時排氣口被打開，排出廢汽后又進入第一沖程；排出的廢汽引入凝汽器，經(jīng)同軸或同步的風(fēng)扇或自然風(fēng)或水流冷卻后還原回液態(tài)水，經(jīng)過濾后進入水直噴系統(tǒng)循環(huán)，包括燃燒產(chǎn)生的H2O氣也一起被液化，極少量的CO2則經(jīng)凝汽器上的排氣口排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的發(fā)動機，其特征為不可燃液體噴入活塞式發(fā)動機或轉(zhuǎn)子發(fā) 動機或旋缸發(fā)動機的氣缸內(nèi)，作為吸收燃料與氧氣燃燒熱量的介質(zhì)膨脹做功，排汽引入冷 卻還原裝置循環(huán)利用。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的發(fā)動機，其特征為所述的三元制進氣系統(tǒng)由水電控噴射系 統(tǒng)和氧氣電控噴射系統(tǒng)及燃料電控噴射系統(tǒng)組成，其電控系統(tǒng)部分共用，各自獨立噴射或 利用高壓氧氣驅(qū)動水噴射。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的發(fā)動機，其特征為利用氣缸體金屬的蓄熱，使噴入缸內(nèi)的水 霧完全氣化，氣缸外表、氣缸蓋外表及氣缸與曲軸箱結(jié)合處加設(shè)隔熱保溫層。
專利摘要

文檔編號F01K23/10GKCN1934336 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200580009411
公開日2010年9月8日 申請日期2005年6月14日
發(fā)明者Zhou Huaqun 申請人:Zhou Huaqun導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan