[发明专利]纯氧富氧燃烧原动机系统装置

说明书

技术领域

本发明涉及采用纯氧、富氧燃烧技术直接利用生物质能源、固体能源等各种来源广泛的材料并将其转化为可直接利用的氢能源、原动力的原动机系统装置，尤其用于新能源汽车等交通工具的动力源系统。

背景技术

低碳技术、可再生能源、生物质能源利用、氢能源发展都是当今的热点研究技术，生物质能转化利用技术主要分为生物质的转化可以分为物理方法，热化学转化方法，生物转化方法；物理方法只是改变生物质的形状、致密度，以便于应用和储藏；热化学转化法是通过热化学将生物质转化制备得到一氧化碳、氢气、小分子烃或生物质油等物质；而生物转化是通过微生物或酶把生物质进行生化反应的过程，这些技术的优缺点、技术发展瓶颈等在各类论著中有大量描述。

与本发明有一定相关性的值得注意的几个背景技术有：

一、锅驼机(Iocomobile)：锅炉和蒸汽机连在一起的动力机器，有的装着轮子，可以移动。锅驼机可以带动水车、发电机或其他各种机械，用煤炭、木柴、重油等做燃料，适于农村使用。锅驼机与水泵、水车相配可进行灌溉排水；与发电机相配可发电，提供电力；并可直接驱动脱粒、碾米、榨油、锯木、食品加工和机械制造中的各种工作机械。将蒸汽机安放在锅炉上面或旁边，并与水泵、阀门等辅机组成的一个紧凑的整体动力机组。从锅炉来的蒸汽进入蒸汽机，在汽缸中膨胀作功，使主轴转动而输出机械功。锅驼机主要用于无电的农村。它与水泵、水车相配可进行灌溉排水；与发电机相配可发电，提供电力；并可直接驱动脱粒、碾米、榨油、锯木、食品加工和机械制造中的各种工作机械。另外，大型锅驼机的乏汽还可作为热源，供加热、蒸发、干燥和取暖等之用。锅驼机的功率一般为10～20马力(1马力＝735.5瓦)，很少超过100马力。它的类型较多，但基本型式不外乎立式和卧式，固定式和移动式。锅驼机的优点是：可燃用各种地方性的劣质燃料和可燃废料，操作、安装和维修简便，工作可靠，制造简单，成本较低。缺点是：升火准备工作时间较长，在暂时停车时必须保持锅炉在热备用状态，热效率较低，装置较笨重。随着小型柴油机的大量出现、电力网的普及和各种能源的综合利用，作为孤立动力源的锅驼机已基本上被淘汰。在石油供应紧张的情况下，燃烧各种杂料的锅驼机经过技术改造，有可能在局部范围内得到应用。

二、烧木材的发动机技术，在二战期间出现过大量的以木柴、煤炭、木炭为燃料的汽车、摩托车、坦克发动机，主要是将木材等生物质材料进行热解、裂解、气化，生成木煤气之类 气体，再冷却、净化、压缩后送入特制发动机燃烧，此技术因功率输出不稳定、尾气污染大、启动时间长，在石油工业发展起来后逐步淘汰，而随着油价上涨及油气资源枯竭，现在又有部分发明家在研究改进这一技术。值得注意的是作为生物质气化技术有富氧气化技术，最佳使用约90％纯氧，可使所产生物质气的热值提高到与城市煤气相同的中热值水平，但需要加设昂贵的制氧设备，一般是变压吸附制氧，能耗高，设备重，难以搬上车。也有煤炭的富氧连续气化技术，产物是半水煤气，但也需要加设价格昂贵、高能耗的制氧设备，现在以采用变压吸附制氧设备为多，也有采用深冷法空分制氧而以高压氧气瓶、杜瓦瓶储存供氧的技术。

三、斯特林发动机。外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，因它是在1816年为苏格兰的R.斯特林所发明，故又称斯特林发动机。新型外燃机使用氢气作为工质(传递能量的媒介物质叫工质)，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了低噪音、低污染和低运行成本。外燃机可以燃烧各种可燃气体，如：天然气、沼气、石油气、氢气、煤气等，也可燃烧柴油、液化石油气等液体燃料，还可以燃烧木材，以及利用太阳能等。只要热腔达到700℃，设备即可做功运行，环境温度越低，发电效率越高。比较典型的是美国STM公司提供的STM4-120型25kW级机组，它的发电效率为29.6％，热电联产总效率达到80％以上；但是斯特林发动机还有很多问题要解决，例如用于汽车发动机则显得扭矩小、功率输出较小等，木材等物质燃烧条件不好时易产生污染，仍有很多燃烧条件受限制尤其在空气中难以燃烧的生物质材料不能做燃料使用，及部分部件加工复杂，价格较贵，因此仍不能大规模应用。而潜艇AIP技术则主要是由潜艇携带氧气而使发动机燃烧不再依赖空气，也可能有纯氧燃烧的斯特林发动机技术，但那是与空气隔绝的情形下。