冷能液态空气发动机系统技术方案

一种能够利用液态空气(液氮)气化做朗肯循环时产生的冷能做有用功的冷能液态空气发动机系统。它是由液态空气罐、低温液体泵、热交换器、等温压缩机、等温气动发动机(膨胀机)等构成，循环工质为液态空气或液氮，它利用液态空气做朗肯循环和液态空气产生的冷能做有效功。在系统中最大程度的利用了液态空气(液氮)有效能，从而达到高效节能的目的。在系统中，只有同一种工质即空气，同一个气动发动机输出动力，所以系统比较简单，不存在工质泄漏、爆炸、污染问题、液态空气在气化时不会有结霜现象。液态空气发动机系统使用在城市交通车辆时，起到制冷空调、净化城市空气、降低雾霾现象、降低城市热岛效应的作用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种能够利用液态空气(液氮)气化做朗肯循环时产生的冷能做有用功的冷能液态空气发动机系统。它是由液态空气罐、低温液体泵、热交换器、等温压缩机、等温气动发动机(膨胀机)等构成，循环工质为液态空气或液氮，它利用液态空气做朗肯循环和液态空气产生的冷能做有效功。在系统中最大程度的利用了液态空气(液氮)有效能，从而达到高效节能的目的。在系统中，只有同一种工质即空气，同一个气动发动机输出动力，所以系统比较简单，不存在工质泄漏、爆炸、污染问题、液态空气在气化时不会有结霜现象。液态空气发动机系统使用在城市交通车辆时，起到制冷空调、净化城市空气、降低雾霾现象、降低城市热岛效应的作用。【专利说明】冷能液态空气发动机系统所属
本技术涉及一种液态空气发动机系统，尤其是可以回收利用液态空气(液氮)气化时产生的冷能做有用功的液态空气发动机系统。
技术介绍
目前，公知的液态空气发动机是液态空气(液氮)作为工质在环境空气中吸热气化，在气动机(膨胀机)中膨胀做功的朗肯循环方式，做功后，工质排出系统进入环境空气。由于液态空气(液氮)气化时需要大量的热量，产生了大量的冷能(液态空气蒸发焓)，如果仅利用液态空气(液氮)做朗肯循环，不仅浪费的大量的冷能，而且液态空气在蒸发气化产生的低温会造成蒸发器表面结霜将大大降低发动机做功效率。为了提高循环效率，人们又提出了液氮朗肯循环+斯特林循环的拔顶循环方式和液氮朗肯循环+布雷顿循环拔顶循环方式，还有低温剂拔顶循环方式。在液氮朗肯循环+斯特林循环的拔顶循环方式以及液氮朗肯循环+布雷顿循环拔顶循环方式中，由于布雷顿循环和斯特林循环的工质都是采用氦气，氦气为稀有气体，成本高昂，而且还有工质泄漏的情况，而且作为两套系统，就有两套动力输出，系统比较复杂，故难以实用化。低温剂拔顶循环方式采用多套朗肯循环方式，如工质用甲烷、乙烷、液氮组成朗肯拔项循环方式也明显提高了系统的循环效率，但是甲烷、乙烷都为易燃易爆工质，并且是多套系统，系统有多套动力输出，系统更为复杂，更难以实用化。
技术实现思路
为了克服现有的液态空气(液氮)发动机不能充分利用冷能(低温工质汽化焓和汽化后产生的低温环境)、蒸发器结霜等原因造成的效率低下、以及各种拔顶循环系统复杂难以实现的不足，本技术提供了一种回收利用液态空气(液氮)在气化时产生的大量冷能做有用功的冷能液态空气发动机系统。本系统不仅利用液态空气或液氮做朗肯循环，还利用卡诺循环原理，将液态空气(液氮)气化时产生的冷能作为冷源，环境空气作为热源，气动发动机的尾气(空气)作为工质用以系统的拔顶循环，该系统利用气动机的尾气余热和热栗原理给液态空气(液氮)供热以使液态空气(液氮)气化，整个系统所采用的工质为同一种工质，而且整个系统只有一个动力输出，整个系统得到的功为朗肯技术功+卡诺拔顶循环功之和，从而大大提高了液态空气(液氮)发动机的效率，也大大提高了实用性。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:冷能液态空气发动机系统采用液态空气或液氮作为做功工质，不仅利用液态空气(液氮)气化产生的高压空气驱动气动机做功，还利用液态空气或液氮作为冷源，环境空气作为热源，气动发动机的尾气(空气)作为工质用以卡诺循环，在气动机得到的有用功为朗肯技术功+卡诺循环功之和。系统是由液态空气罐、低温液体栗、热交换器、等温压缩机、等温气动机(膨胀机)等构成。其中，液态空气罐(I)的出液管与低温液体栗(2)的进液管相连接，低温液体栗(2)的出液管与液态空气热交换器(3)的进液管(27)相连接，液态空气热交换器(3)的出液管(28)与等温压缩机内部换热器⑷的进液管(24)相连接，等温压缩机内部换热器⑷的出气管(25)与再热热交换器(5)的进气管(29)相连接，再热热交换器(5)的出气管(30)与环境热交换器(6)的进气管相连接，环境热交换器(6)的出气管再依次与电磁阀(22)、流量控制阀(23)相连接，流量控制阀(23)的出气管与等温气动发动机(7)的进气管相连接，等温气动机(7)的排气管有两个分支，一个分支与再热热交换器(5)的另一个进气管(31)相连接，再热热交换器(5)的另一个出气管(32)与液态空气热交换器(3)的进气管(33)相连接，液态空气热交换器(3)的出气管(34)与等温压缩机(9)的进气管相连接，等温压缩机(9)的排气管与等温压缩机内部换热器(4)的出气管(25)并连接于再热热交换器(5)的进气管(29)上，等温气动机(7)的排气管的另一个分支与消声器(14)相连接。其工质循环原理是:液态空气罐(I)内的液态空气(液氮)经低温液体栗(2)增压后在液态空气热交换器(3)和等温压缩机内部换热器(4)吸热气化，气化后的高压工质再到再热热交换器(5)吸收气动发动机尾气余热，工质再到环境热交换器(6)吸收环境空气热量，最后工质再到等温气动机(7)做膨胀功，膨胀做功后的尾气一部分排出装置外，另一部分经过再热热交换器(5)预冷，再到液态空气热交换器(3)被液态空气(液氮)气化时产生的冷能冷却，最后被等温压缩机(9)等温压缩，压缩后的工质与做朗肯循环的工质合并一起到环境空气中吸热，最后到等温气动机(7)膨胀做功，完成一个液态空气的朗肯循环+卡诺循环的拔顶循环。本技术的有益效果是，一、系统最大程度的利用了液态空气或液氮气化时产生的冷能用来增加系统的有用功；从而达到高效节能的目的，二、液态空气(液氮)在气化时不需要直接从环境空气中吸热气化，而是吸收的气动发动机尾气的余热气化，所以液态空气(液氮)在气化时系统不会有结霜现象；三、在整个系统循环中都是同一种工质即空气，所以不存在工质泄漏、爆炸、污染问题，对环境空气起到净化作用；四、整个系统最大程度的将本系统产生的冷能和气动发动机尾气的余热进行了热交换，从而减少了系统从环境空气中吸收的热量；五、在拔顶循环中只有一个气动发动机(膨胀机)输出动力和同一种工质循环，所以系统比较简单、容易实现；六、压缩机吸入的是膨胀做功后的尾气，它是纯净的空气，里面没有水分和灰尘，所以系统不会出现冰堵和脏堵；七、工质在膨胀做功时会吸收大量的热量，起到制冷空调的作用；八、液态空气(液氮)发动机系统作为城市交通机动车发动机时，起到清洁净化城市空气、降低雾霾现象、降低城市热岛效应的作用。【专利附图】【附图说明】下面结合附图对本技术进一步说明。图1是本技术的循环原理图。图2是冷能液态空气发动机系统的等温膨胀机和等温压缩机示意图。图3是冷能液态空气发动机系统用在汽车减速制动时的气体循环示意图。图中1.液态空气罐，2.低温液体栗，3.液态空气热交换器，4.等温压缩机内部换热器，5.再热热交换器，6.环境热交换器，7.等温气动机，8.废气排气口，9.等温压缩机，10.等温气动机内部换热器，11.热交换器，12.电磁阀，13.流量控制阀，14.消声器，15.储气罐，16.等温气动机活塞，17.等温气动机高压进气门，18.等温气动机排气门，19.等温气动机防冻液出液管，20.等温气动机防冻液进液管，21.等温压缩机活塞，22.等温压缩机进气阀片，23.等温压缩机排气阀片，24.等温压缩机内部换热器进液管，25.等温压缩机内部换热器出气管，26.曲轴，27.液态空气热交换器进液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷能液态空气发动机系统，由液态空气罐、低温液体泵、热交换器、等温气动发动机、等温压缩机、电磁阀、流量控制阀、储气罐构成，其特征是：液态空气罐(1)的出液管与低温液体泵(2)的进液管相连接，低温液体泵(2)的出液管与液态空气热交换器进液管(27)相连接，液态空气热交换器出液管(28)与等温压缩机内部换热器进液管(24)相连接，等温压缩机内部换热器出气管(25)与再热热交换器进气管(29)相连接，再热热交换器出气管(30)与环境热交换器(6)的进气管相连接，环境热交换器(6)的出气管再依次与电磁阀(22)、流量控制阀(23)相连接，流量控制阀(23)的出气管与等温气动发动机(7)的进气管相连接，等温气动发动机(7)的排气管有两个分支，一个分支与再热热交换器另一个进气管(31)相连接，再热热交换器另一个出气管(32)与液态空气热交换器进气管(33)相连接，液态空气热交换器出气管(34)与等温压缩机(9)的进气管相连接，等温压缩机(9)的排气管与等温压缩机内部换热器出气管(25)并连接于再热热交换器进气管(29)上，等温气动发动机(7)的排气管的另一个分支与消声器(14)相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖波，
申请(专利权)人：肖波，
类型：实用新型
国别省市：