[发明专利]液体活塞单热源发动机

说明书

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种液体活塞单热源发动机。

背景技术

根据热力学的基本定律，热机必须需要两个不同温度的热源。世界上所有热机都是以环境作为低温热源或自造高于环境温度的热源作为低温热源，而通过燃烧燃料或通过太阳能构建温度高于环境的高温热源，为此，人类消耗了大量能源，也对环境造成了严重污染。如果能够发明一种以环境作为高温热源或以低品位热源（如海水、地热、尾气、工厂余热以及太阳能集热系统等）为高温热源，并通过内部系统构造一个温度低于环境和低品位热源温度的低温热源的发动机，将具有划时代的意义。

发明内容

要想利用环境或低品位热源作为高温热源，在发动机系统内构建一个低温热源，唯一的方法就是将来自于环境的气体、或将来自于低品位热源的气体、或将在环境中吸热的气体、或将在低品位热源中吸热的气体进行绝热深度压缩或进行近似绝热深度压缩，在深度压缩过程中被压缩的气体的压力和温度均大幅度提高，向被深度压缩的气体内混入液体（含临界状态），液体与气体发生传热相变成气体，使压力升高、温度小幅升高或不升高或下降，然后进行绝热膨胀作功，膨胀作功的量大于压缩过程的功耗，所以系统可以对外输出动力，作功完了时的气体温度下降到低于压缩前的温度，这样就构建了一个新的低温热源。如果从表面上看，这个过程违反了热力学的相关定律，但是详细分析，可知在向高温高压气体内混入液体（含临界状态）时，压力会大幅升高，压力的升高会导致膨胀作功完了时的气体温度大幅下降，这一过程的实质是利用了传质过程和传热过程的互换，用传质过程替换了传热过程，从而实现了构建低温热源的目的。

向被深度压缩的气体内混入液体（含临界状态）的量应满足液体气化后气相总摩尔数n、温度T和气体常数R的乘积大于混入液体前的此乘积。在向被深度压缩的气体内混入液体（含临界状态）的过程中，应尽可能维持恒容状态。

深度压缩需要很高的压力，用传统活塞和曲柄连杆机构很难实现，因此，需要发明一种新型活塞。为此，本发明采用了液体活塞。

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种液体活塞单热源发动机，包括气液缸、液压动力机构和液体工质回送系统，在所述气液缸上设液体工质出口和液体工质回流口，所述液体工质出口与所述液压动力机构的动力液体入口连通，所述液压动力机构的液体出口与所述液体工质回送系统连通，所述液体工质回送系统与所述液体工质回流口连通，在所述气液缸内的所述气体工质的区域内设高压液体回流口，所述液压动力机构的液体出口与液体工质高压回送系统连通，所述液体工质高压回送系统的高压液体出口与所述高压液体回流口连通，在所述高压液体回流口和所述液压动力机构的液体出口之间的液体通道上设低品位热源液体加热器；在所述气液缸内的液体工质的作用与传统活塞式发动机中的活塞的密封和传力作用相同，在所述气液缸内的气体工质和所述液体工质的相互作用关系与传统活塞式发动机中的气态工质和活塞的作用关系相同，在一个工作循环的某一过程中所述气体工质对所述液体工质施压迫使所述液体工质推动所述液压动力机构对外作功，在同一个工作循环的另一过程中所述液体工质回送系统将所述液体工质经所述液体工质回流口回流到所述气液缸内实现对所述气体工质的压缩，当所述气体工质被压缩到设定程度时，高压液体工质经所述液体工质高压回送系统和所述高压液体回流口被回送到所述气液缸的所述气体工质的区域内与所述气体工质混合传热发生气化降温增压对所述液体工质施压，进入下一循环；

所述液压动力机构、所述液体工质回送系统和所述液体工质高压回送系统受过程控制机构控制协调工作。

在所述气液缸的中部设低品位热源气体加热器。

在所述液压动力机构、所述液体工质回送系统、所述液体工质出口和所述液体工质回流口所构成的所述液体工质的流通通道上设低品位热源液体加热器。

在所述气液缸上设气体工质导出口，在所述气体工质导出口处设气体工质导出控制阀，在所述气液缸上设气体工质导入口，在所述气体工质导入口处设气体工质导入控制阀，在所述气体工质导出口经连通通道与所述气体工质导入口连通，在所述连通通道上设低品位热源气体加热器；

所述气体工质导出控制阀、所述气体工质导入控制阀、所述液压动力机构、所述液体工质回送系统和所述液体工质高压回送系统受过程控制机构控制协调工作实现在所述气液缸内膨胀作功降温的所述气体工质在所述低品位热源气体加热器内吸热升温再被吸入所述气液缸后再次被压缩的目的。