燃气－蒸汽发动机制造技术

本发明专利技术的燃气－蒸汽锅炉发动机，包括锅炉机、叶轮机、内燃机三种形式，该发动机利用二元燃烧的动能和热能产生高温高压燃气和蒸汽或其混合气作功，同时回收燃烧作功时消耗的热量，作功后的蒸汽冷却还原后循环利用。因而从根本上解决了现有热机巨大的能源浪费和环境污染问题，与原有技术相比，实现节能达７５％左右，且近零排放，具有高功率密度、高可靠性的优点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种发动机，该发动机适用于机动车、机械设备、航空器和舰船。技术背景当今世界能源危机和环境污染日趋严重，而现有的热机又普遍存在着严重浪费燃 料和污染环境的现象。本专利申请的专利技术人认为解决这一技术问题的关键涉及到对燃烧机 理的深入研究。目前人们普遍把燃烧的动能归为热能，本专利技术人认为动能和热能是随燃烧 同时产生的。把燃烧理解为在化学反应下的密度释放(动能)和热量释放。如c和02燃 烧产生C02，C相对于C02是高密度的固体，而C02相对于C是微小密度的气体，即使气体燃 料也要先压缩成一定密度才能燃烧，如液化天然气，液化石油气等。燃烧热能是随动能而产生的，即在化学反应下的密度释放过程中产生了热量，密 度释放越快，动能越大，热能也越强，燃烧工质越多，密度释放后的体积越大，即动量越多， 产生的热量也越多，如火药和燃油爆炸(剧烈燃烧)的动能是典型例子。虽然动能可随热 能的流失而消失，但热能也可随动能的增强而增加，如压缩式热泵，它们是相互依存和相互 转换且成正比的关系，即动能越大热能也越大，反之热能越大动能也越大，但它们却是不同 的两种能量。因燃烧中动能和热能成正比，所以动能适用于热定律学进行计算研究，这也是 为什么燃机的研究设计可以用于热定律学得出结论的原因。对于发动机来讲，动能是直接 能量，而热能是间接能量，它必须经中介转化，如锅炉产汽驱动蒸汽机。热能对于取暖、做饭 等是直接能量，如家用燃具利用燃烧的热能做饭、洗浴，但它没有利用动能，而现有的燃机 只利用了燃烧时的动能，热能都随冷却系统和排气系统白白浪费掉；蒸汽机组中的锅炉只 利用了燃烧时的热能、动能都随烟气白白流失，且它们的排气都严重污染环境。
技术实现思路
本专利申请的专利技术人从动能和热能随燃烧同时产生的认识出发，提供一种可同时 利用燃烧产生燃气和蒸汽，并回收燃烧做功时消耗的热量，达到根本性节能环保、结构精简 可靠、高功率密度的发动机。为此而提出的解决方案是一种燃气_蒸汽发动机，为二冲程，它包括三元制进气系统、气缸盖、燃烧室、气 缸、多孔排气口、曲轴箱、活塞及活塞环、曲轴连杆；其进气、配气、扫气由三元制进气系统控 制，所述的二冲程包括第一冲程，活塞由下至上运动，在压缩前向气缸内喷入高压水雾，同 时扫气，由于此时气缸内仍有较高的温度，水雾在扫出废气后就变为了蒸汽，同时冷却了气 缸，在压缩过程中(为减少压缩功一般为后期)一次或分多次同时向气缸内喷入氧气和燃 料并混合，活塞继续上行至近上止点，混合气由于压缩效应而自燃(压燃)或被点燃；第二 冲程，活塞由上至下运动，由于惯性活塞过了上止点，爆燃产生的高温高压燃气同时加热了 气缸内大量被压缩的低温低压蒸汽，产生剧烈膨胀，共同推动活塞向下运动，同时通过连杆 曲轴对外做功，活塞行至近下止点时多个排气口同时被打开，排出废汽后又进入第一冲程;排出的废汽引入凝汽器，经冷却后还原回液态水，经过滤后进入水直喷系统循环，包括燃烧 产生的H20气也一起被液化，极少量的C02则经凝汽器上的排气口排出。为提高排气、扫气效率，采用多孔排气口排汽，同时由于进气、扫气与曲轴箱无关， 所以可以采用飞溅润滑。三元制进气系统由水电控喷射系统和氧气电控喷射系统及燃料电控喷射系统组 成，其电控系统部分共用。水电控喷射系统与现有的燃油电控喷射系统基本相同，只是水源 为凝汽器，各自喷射或利用高压氧气驱动水喷射(喷雾器式)。该三元制进气系统解决了现有技术粗放型进气、效率低、能耗高、功率密度低、对 环境污染严重等问题，达到了在任何工况下精确控制混合气比例和进气量，高度节能，高功 率密度，从根本上杜绝了 NOx的产生和显著降低CO和HC等污染物的产生。因空气中有大约21%的氧气，所以氧燃比为空燃比的21%，如汽油的空燃比为 14.7 1，那么氧燃比就为约3.1 1就可以了，高纯度氧气促进燃烧，可谓是一触即发，使 动能和热能相对于空燃比燃烧在更短的时间内同时释放，加之燃烧室或气缸容积的减小， 更缩短了火焰传播时间，同时相对于空燃比燃烧产生了更高的温度，从而加大了与气缸内 水汽的温差，使换热更迅速，也加大了与排气口的废气温差，减少了热损失。因显著节能而 减少了燃料携带量和减少了发动机的体积和质量，所以弥补了携带氧气瓶或其它制氧装置 的体积和质量的不足。/"(^//J在确保当量氧燃比的情况下，应尽量提高水燃比来增加蒸汽量，也即动能 (类似现有的稀燃技术)，由于燃烧温度较现有技术大幅度降低，所以无须冷却系统，而且 气缸和缸盖外壁还需保温，利用气缸体金属的蓄热使喷入缸内的水雾完全气化，气缸与曲 轴箱之间采用绝热气缸垫，使之减少因热传递造成的热损。缸内喷射的水温高低，也即凝汽 器冷却程度，须看是何种燃料或压缩比，也即排气后的缸内温度。由于采用三元制进气，燃气-蒸汽发动机的单缸容积可制造的非常大，减少了制 造多缸机的复杂性和成本(为保持平衡和曲轴360°做功，一般双缸即可)。因本专利技术的燃气-蒸汽发动机同时利用了燃烧的动能和热能，并采用了三元制燃 烧和余热回收及回收了制氧时消耗的能量，且在等压下蒸汽至少要比空气-燃料燃烧产物 的比热高一倍以上，所以从根本上解决了现有热机巨大的能源浪费和环境污染问题，达到 了惊人的效果(1)实现了极度节能，最高节能可达75%左右，也即只需原25%的燃料可输出原 动力。(2)由于高纯度的C02很容易处理，所以达到了零排放。(3)结构的简单紧凑又达到了极高的功率密度和可靠性。附图说明图1为本专利技术发动机的燃气_蒸汽发动机剖视图； 具体实施方式附图中描述了本专利技术提供的燃气_蒸汽发动机一个优选实施例。图1所示的燃气-蒸汽发动机44，其进气、配气、扫气由三元制进气系统45、46、47 控制；为提高排气、扫气效率，采用多气口及排气管48排汽，因进气、扫气与曲轴箱49无关， 所以可以采用飞溅润滑。所述的三元制进气系统45、46、47由水电控喷射系统45，和氧气电控喷射系统46 及燃料电控喷射系统47组成，电控系统部分可共用，各自独立喷射或利用高压氧气驱动水 喷射(喷雾器式)。第一冲程，活塞50由下至上运动，在下止点时水电控喷射系统45向气缸51内喷 入高压水雾，同时扫气，由于此时气缸51内仍有较高温度，水雾在扫出废汽后就变为了蒸 汽(可采用近沸点的高温水喷射)，同时冷却了气缸51，在压缩过程中(为减少压缩功，一 般在压缩后期)，氧气和燃料电控喷射系统46、47 —次或分多次同时向气缸51内喷入氧气 和燃料并混合(对喷或喷雾器式喷射)，活塞50继续上行至近上止点，混合气由于压缩效 应而自燃(压燃)或被点燃，第二冲程，活塞50由上至下运动，由于惯性活塞50过了上止 点，氧燃比混合气爆燃产生的高温高压燃气同时加热了气缸51内大量被压缩的低温低压 蒸汽，产生剧烈膨胀，共同推动活塞50向下运动，同时通过连杆曲轴52对外做功，活塞50 行至近下止点时多个排气口 48同时被打开，排出废汽后又进入第一冲程。排出的废汽引入 凝汽器53，经同轴52或同步的风扇54或自然风或水流(包括机动车、舰船、航空器的迎风 迎水)冷却后还原回液态水，经过滤器55后进入水电控直喷系统45循环，包括燃烧产生的 H20气也一起被液化，极少量的C02则经凝汽器53上的排气口 5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：周华群，
申请(专利权)人：周华群，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]