[实用新型]梯级能源发动机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种发动机。

背景技术

传统内燃发动机技术领域，内燃发动机的余热没有得到很好的利用，因而内燃发动机的热效率很难得到根本性提高。近年来，虽有大量利用内燃发动机余热的尝试，比如美国专利发布号为US 2003/0005696A1和英国专利发布号为GB1539166，但因内燃发动机的特殊性，这些尝试均存在设备繁多，效率低，难于实际应用的缺点。所以急需发明一种设备简单、能够高效利用内燃发动机余热产生动力的新的发动机技术。进而提高内燃发动机的效率减少燃料消耗，抑制全球变暖趋势。

发明内容

为从根本上解决传统发动机热效率低的技术问题，本实用新型提供了一种梯级能源发动机，包括内燃发动机、气缸套、气缸盖、排气热交换器、外燃机和冷凝冷却器，所述气缸套外围设有缸套工质承压通道，所述气缸盖内设有缸盖工质承压通道，所述缸套工质承压通道的工质出口和所述缸盖工质承压通道的工质入口连通或经液相工质增压泵连通，所述缸盖工质承压通道的工质出口与所述排气热交换器的被加热工质入口连通，所述排气热交换器的被加热工质出口与所述外燃机的工质入口连通，所述外燃机的工质出口与所述冷凝冷却器的工质入口连通，所述冷凝冷却器的工质出口与所述缸套工质承压通道的工质入口连通或经冷凝液相工质加压泵连通。所述冷凝液相工质加压泵和所述液相加压泵可单独设置或同时设置。在不设液相工质加压泵时所述外燃机工质入口处的工质压强、所述缸盖工质承压通道的工质压强和所述缸套工质承压通道的工质压强依次增大。在设置液相工质加压泵时所述缸盖工质承压通道的工质压强大于所述外燃机工质入口处的压强，而所述缸套工质承压通道的工质压强可小于所述缸盖工质承压通道的工质压强。

所述外燃机可设为汽轮机、涡轮机或蒸汽机式的动力源。

所述缸套工质承压通道和所述缸盖工质承压通道可单独或同时设为承压腔式。

所述缸套工质承压通道和所述缸盖工质承压通道可单独或同时设为复数个承压管式。

所述冷凝液相工质加压泵的工质出口与所述缸套工质承压通道在所述气缸套上端(靠近燃烧室)的工质入口连通，所述缸套工质承压通道在所述气缸套下端的工质出口(远离燃烧室)与所述缸盖工质承压通道的入口连通，所述缸盖工质承压通道的工质出口与所述排气热交换器的被加热工质入口连通。

所述缸套工质承压通道的工质出口经控制阀与所述缸盖工质承压通道的工质入口连通。

所述内燃发动机和系统的其它部位的外围可全部或部分增设保温层，以进一步提高发动机的热效率。

本实用新型结合内燃发动机的特点将燃烧室以外的热系统(即余热系统)按能源品位分为复数个梯级能源区。为了便于理解，现以三个梯级能源区为例进行说明。梯级能源区A是内燃发动机气缸套周围的区域(即所述缸套工质承压通道)，这个区域由于气缸套和活塞的高速相对运动，要求较高的散热降温条件，即工质的温度要相对低一些，因而，在本实用新型中将梯级能源区A作为工质的加热区，在此区内将工质加热升温；梯级能源区B是内燃发动机燃烧室上方气缸盖内的区域(即所述缸盖工质承压通道)，这个区域内除可耐高温的气门的运动及其与气门座的撞击外，没有其它高速相对运动，因此，散热降温条件可以相对差一些，即工质的温度可以高一些，因而，在本实用新型中将梯级能源区B作为工质的气化区，在此区内产生高温高压的气相工质；梯级能源区C是发动机排气道上热交换器(即所述排气热交换器)，这个区域没有运动部件，即不需要特别散热降温条件，也就是说工质的温度可以很高，故在本实用新型中将此区作为工质过热区，在此区内使工质过热，进一步提高工质的温度，进而提高工质循环做功的效率。

本实用新型中的工质可以是水或其它类型的工质，例如：氨、醇类、醚类、烷类、以及其它类型的工质，只要根据发动机的散热降温条件和系统的承压能力等进行选择即可。

通过本实用新型中的的三个梯级能源区A、B和C的工质通道，可直接或经控制阀门连通。通过选择不同工质在满足气缸套的散热降温条件下，依据工质的热力学性质(热容、气化热、蒸汽压温度曲线等)，可以将梯级能源区A和梯级能源区B部分或全部融合形成一个或多个新的梯级能源区。然而，梯级能源区C可部分不应全部与梯级能源区B融合，因为如果全部融合则将没有工质过热区，因而会降低气相工质的温度，从而降低工质循环做功效率。根据内燃发动机的类型、工作条件(即不同梯级能源区的温度及传热量)以及所用工质的性质，可以进行所有梯级能源区的热平衡计算或实验，根据计算或实验结果可以确定工质的流量以及不同梯级能源区的融合率。