[发明专利]等温压缩式热力发动机

说明书

技术领域

本发明涉及热力发动机，特别涉及一种以空气为热力工质的热效率显著提高的等温压缩式热力发动机的工艺方法与装置。

背景技术

目前以空气为热力工质的热力发动机，通常采用绝热压缩的空气压缩方式；尤其是活塞式内燃机，长期将发动机中的空气压缩与扩膨作功两个不同的工程环节，安置在同一个汽缸内、一前一后进行；由此导致在空气压缩的工程环节中消耗的机械功很大、工作压力无法提高；与此同时，热力发动机的尾气余热回收率低、利用效率极低，并且通常将其尾气中的有毒、有害物质放任自流地向自然空间排放；从而导致其热机效率低下，环境污染严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的等温压缩式热力发动机的工艺方法与装置，大幅度提高热力工质气体的工作压力，高效率地回收利用发动机尾气的余热，显著提高其热机效率；必要时，实现尾气中的有毒、有害物质的零排放与零污染。

本发明的技术方案如下：

一种等温压缩式热力发动机的工艺方法，其热力工作循环是采用空气为热力工质，利用空气压缩机提高空气压力并将其输入燃烧室与燃料燃烧，压缩空气从燃烧室吸热产生体积膨胀，推动膨胀机运转并产生机械出力；

循环采用等温空压机对空气进行多级等温压缩，提高其热力工质气体工作压力，将空气压缩与扩膨作功两个工程环节分开在不同的发动机部件内进行，设置高效率回收利用热力发动机尾气余热的温梯式保温复合管；必要时让等温空压机与低温制冷设备配合使用，由此实现尾气中的有毒、有害气体成份在保温复合管低温区段自动冷凝液化、与洁净空气成份完全分离后回收利用；循环按照等温空压机在常温环境下吸入常温常压空气、并将常温常压空气压缩成常温高压空气以及按照等温空压机在人工低温环境下吸入低温空气、并将低温空气压缩成低温高压空气的两种不同的工况方式进行；

在常温环境工况下，等温空压机从常温环境中吸入常温常压空气，对其实行多级等温压缩并将其压缩成常温高压空气；常温高压空气从等温空压机流出后，经保温高压储气罐进入保温复合管内管，与从膨胀机出口流出并进入保温复合管外管的高热尾气进行对流换热；常温高压空气在保温复合管内吸热实行定压体积膨胀，再进入燃烧室与燃料燃烧，其体积再度膨胀；高温高压空气推动膨胀机运转并产生机械出力，膨胀机驱动等温空压机与工作机正常运转；同时，保温高压储气罐内的少量常温高压空气，经保温高压输气管注入膨胀机机体内内冷式载冷剂流动空间，从需要冷却的膨胀机机体中吸热，体积膨胀后，再与从燃烧室流出的高温高压空气汇合、推动膨胀机转运作功；从膨胀机出口排出的尾气经保温复合管外管流向常温冷端，与从常温冷端流入保温复合管内管的常温高压空气换热，冷却后，排向自然空间；由此形成热力循环；

在人工低温环境工况下，等温空压机从人工低温环境中吸入低温空气，对其实行多级等温压缩并将其压缩成低温高压空气；低温高压气体从等温空压机流出后进入保温高压储气罐，再流入保温复合管内管，与从膨胀机出口流出后进入保温复合管外管的高热尾气进行对流换热，低温高压空气在保温复合管内吸热实行定压体积膨胀；然后再进入燃烧室与燃料燃烧，体积再度膨胀；高温高压空气推动膨胀机运转并产生机械出力，膨胀机驱动等温空压机、制冷设备与工作机正常运转；同时，保温高压储气罐内的少量低温高压空气，经保温高压输气管注入膨胀机机体内内冷式载冷剂流动空间，从需要冷却的膨胀机机体中吸热，体积膨胀后，再与从燃烧室流出的高温高压空气汇合、推动膨胀机运转作功；从膨胀机出口排出的高热尾气，经保温复合管外管从热端流向低温冷端，与从低温冷端流入保温复合管内管的低温高压空气换热，冷却后，尾气中的有毒、有害气体成分在保温复合管低温区段自动冷凝液化或固化，与尾气中的洁净气体成份分离后进入尾气有毒、有害物质收集器，作为化工原料回收使用；尾气中的洁净气体从保温复合管外管低温末端进入第二保温复合管外管，再经第二复合管外管从低温冷端流向自然常温端，与从第二复合管内管自然常温端流入的常温空气进行对流换热，升温后，排向自然空间；常温常压新鲜空气进入第二保温复合管内管，并与外管中的尾气中的洁净气体换热，冷却后，进入人工低温环境；由此形成热力循环；

一种等温压缩式热力发动机装置，它包括空气压缩机，燃烧室，与燃烧室出口连接的膨胀机；它还包括等温空压机，保温高压储气罐，保温复合管，燃烧室，膨胀机，保温高压输气管，低温制冷设备，人工低温室，第二保温复合管，尾气中的有毒、有害物质收集器；