[发明专利]液氮高温发动机

说明书

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种液氮高温发动机。

背景技术

传统液氮发动机均是用环境的热量或利用其它热动力系统的余热使液氮气化，再通过膨胀做功机构对外输出动力，这种发动机功率小，单位焦耳动力所需要的液氮量大，很难实际应用。因此需要发明一种污染小的、效率高的新型液氮发动机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

 方案1：一种液氮高温发动机，包括液氮源、外燃加热器和膨胀做功机构，所述液氮源与所述外燃加热器的被加热流体通道的工质入口连通，所述外燃加热器的被加热流体通道的工质出口与所述膨胀做功机构连通，所述外燃加热器的承压能力大于3MPa，所述外燃加热器的被加热流体通道的工质出口处的工质温度高于500K。

方案2：在方案1的基础上，进一步可选择的，在所述液氮源与所述外燃加热器的被加热流体通道的工质入口之间的连通通道上设余热加热器。

方案3：在方案1或2的基础上，进一步可选择的，在所述液氮源与所述外燃加热器的被加热流体通道的工质入口之间的连通通道上设环境加热器。

方案4：在方案1至方案3中任一方案的基础上，进一步可选择的，在所述液氮源与所述外燃加热器的被加热流体通道的工质入口之间的连通通道上设液氮加压泵。

方案5：在方案1至方案4中任一方案的基础上，进一步可选择的，所述膨胀做功机构设为透平式膨胀做功机构。

方案6：在方案1至方案4中任一方案的基础上，进一步可选择的，所述膨胀做功机构设为喷管。

方案7：在方案1至方案4中任一方案的基础上，进一步可选择的，所述膨胀做功机构设为喷管推进转子做功机构。

方案8：在方案1至方案7中任一方案的基础上，进一步可选择的，所述外燃加热器的燃料设为汽油、柴油、煤油、重油、轻油、天然气、煤层气、甲醇、乙醇、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、甲醚、乙醚、氢气或设为固体燃料。

方案9：在上述所有方案中任一方案的基础上，进一步可选择的，所述外燃加热器产生的工质的温度和压力符合类绝热关系。

本发明中，所谓燃料可以是汽油、柴油、煤油、重油、轻油、液化天然气、煤层气、氢气、烃类（例如甲烷、乙烷、乙炔、乙烯等）、醇类（例如甲醇、乙醇等）、醚类（例如甲醚、乙醚等）或为固体燃料。

本发明中，所述的烃类化合物为烷烃化合物或炔烃化合物，例如甲烷、乙烷、乙炔、乙烯等。

本发明中，所述膨胀做功机构包括单级膨胀做功机构，也包括多级膨胀做功机构，可以是容积型膨胀做功机构，也可以是速度型膨胀做功机构。

本发明中，所述透平式膨胀做功机构包括单级透平式膨胀做功机构，也包括多级透平式膨胀做功机构，所述透平式膨胀做功机构包括涡轮式膨胀做功机构。

本发明中，应尽可能选择膨胀比大的所述膨胀做功机构。

本发明中，所述喷管可以选择性的选择完全膨胀喷管，所述完全膨胀喷管是指经过喷管后压力降到1个大气压的喷管。

本发明中，所谓的“外燃加热器”是指在工质外部进行燃烧，将燃烧产生的热通过壁面传递给工质，对工质进行加热的加热器，例如锅炉等，在所述外燃加热器中，被加热的工质可以是液氮，也可以是氮气，在所述外燃加热器中，可以使氮气处于超超临界状态，也可使氮气处于过热状态。

本发明中，所述“外燃加热器的被加热流体通道”是指设置在所述外燃加热器上的用于供被加热流体通过的通道；在所述外燃加热器中，吸收热量温度升高的流体称为被加热流体。

本发明中，所谓的“喷管推进转子做功机构”是指工质通过拉瓦尔喷管喷射形成旋转动力的机构，包括所述拉瓦尔喷管做旋转运动对外输出动力的机构，所述拉瓦尔喷管做旋转运动对外输出动力的同时由所述拉瓦尔喷管喷射出的高速流体推动叶轮机构旋转对外做功的机构和所述拉瓦尔喷管静止由所述拉瓦尔喷管喷射出的高速流体推动叶轮机构旋转对外做功的机构；所述叶轮机构可以是径流叶轮机构也可以是轴流叶轮机构，所述叶轮机构可以是单级也可以是多级；所述喷管推进转子做功机构可以选择性地选择：包括工质回收壳和设置在旋转结构体上的拉瓦尔喷管构成的机构，低熵轮机（专利号：201410001441.3），超音速转子发动机（专利号：201110186547.1）以及其它由拉瓦尔喷管喷射形成旋转动力的径流机构和轴流机构。

本发明中，所述余热加热器是利用余热对工质（液氮或氮气）进行加热的加热器。

本发明中，所述环境加热器是利用环境中的空气对工质（液氮或氮气）进行加热的加热器。