[发明专利]热压缩发动机

说明书

说明书

以往的开式循环进程(如：柴油机进程，奥托(Otto)进程，焦耳(Joule)进程(汽轮机进程))的发动机具有功率密度大和效率较高，因为工作介质由外界环境吸收进来，因此，根据卡诺定理外部的低温得到了很好的利用。

热力发动机，加热系统和相关的阀门控制系统已被公开，例如：DE 27 06 726 A1，DE 29 26 970 A1，DE 10 2007 023 295 A1，US 5,899,177，DE 10 2007 0622 93 A1，DE 25 282 45 A1，DE 41 34 404 A1，DE 24 05 033 A1，DE 102 39 403 A1，DE 100 83 635 A1，DE 2035605 A1，DE 3429727 A1，DE 4024558 A1，DE 4302087 A1，DE 4340872 A1，DE 4418286 A1，EP 1053393 A1，EP 1126153 A2，EP 1979601 A1，WO 1985001988 A1，WO 1993008390 A1，WO 1996019649 A1，WO 2003046347 A1以及WO 2005003542 A8。

热量由内部燃烧提供。因此，原则上不需要热量交换。但是，由于许多机械方面的原因，发动机需要冷却，汽缸壁需要润滑。缺点是开放式循环过程中废气的温度相对较高，且大部分通过排气装置或者烟道无用的排出，造成热量损失。

如果是封闭式循环进程，热交换机是必要的，热交换机对温度差起作用，具有限定的尺寸和较高的温度的要求以及高品质的材料的要求，这些都是高效率的先决条件。因此，在一些热循环进程中，如：斯特林(Stirling)进程或者兰金(Rankine)进程，或者各自的蒸汽发电工序，效率往往受热交换机的材料的限制，热交换机的材料通常为钢制品。

开放式热循环中另外一个缺点是：为了产生高压，需要承担大量的机械耗资。如果有外部的热供应或者封闭进程，为了分别提供或者排出交换机内部的热量，必须承担就工艺设备方面相对较高的花费。然而，最后相对较高的效率还是能够实现的。

DE 2209791 A公开了一种往复双活塞机式的热力发动机，其包括气缸，所述气缸被活塞分成上下两个腔体，新鲜的空气经下部腔体吸收并被预压缩，同时，上部腔体作为含氧气的热气体膨胀的空间。通过一个设置在气缸外面的阀控制炉管，下部腔体和上部腔体相连通。在下部腔体，预压缩气体通过外部的热源带往炉管的高压处，然后以循环的方式进入上部腔体。外部的燃烧器内连续的燃烧提供热源。膨胀后，从上部腔体排出的气体然后进入燃烧器中作为燃烧气体，由此看来，DE 22 09 791 A中公开的热力发动机实际上是利用外部燃烧来工作。

此外，US 4333424 A公开了一种具有可逆压缩机的内燃机。来自压缩机的预压缩空气通过热交换机，并且在热交换机中被内燃机的燃烧的气体加热。为了燃烧在能量循环过程中提供的燃料，预压缩的、且被加热的空气随后进入气缸-活塞单元的燃烧室内。汽缸-活塞单元中的废气在先于进入环境之前，经过热交换机。

本发明的目的是将开式循环进程系统中的优点和封闭循环进程中相对简单的热力发动机利用机器内部废热的优点结合在一起。

这个目的可以通过具有权利要求1所述的特征的热压缩发动机来实现。本发明中所述的热压缩发动机包括：气缸；活塞，所述的活塞可往复活动的设置在气缸中，且将气缸分为第一腔体和第二腔体；热交换机，所述热交换机至少具有一个连接第一腔体和第二腔体的风道；以及至少一个废气通道，所述的废气通道将第二腔体与外部环境相连接，其中，至少一个风道和至少一个废气通道相互之间具有热交换；进气装置，通过所述的进气装置将第一空间和外部环境相连接；以及阀装置，控制气缸腔体和热交换机通道的流入和流出。本发明所述的阀装置通过特定的方法控制，下列循环连续进行，即：

在第一个工作循环中，即热压缩循环中，第一腔体的体积被压缩的过程中，第一腔体和第二腔体之间由至少一个风道连接，由此，第一腔体的气体被挤压到热交换机，热交换机中的热气体运送入第二腔体，经过进气装置进入第一腔体的入流(inflow)和从第二腔体进入至少一个废气通道的出流(outflow)被阻断。

随后，第二个循环，在第一腔体体积被压缩的过程中，至少一个风道与第二腔体之间的连接是关闭的，被引进的燃料在第二腔体内燃烧，其中，第一空间的入流仍然被阻断。

第三个循环中，在第一腔体随后的体积增大的过程中，第二腔体与废气通道的连接是打开的，以及