[发明专利]内燃式蒸汽机

说明书

本发明是一种内燃式蒸汽机，通过将燃烧室或燃烧炉和燃料室整体搬入蒸汽发生室，燃烧产生的高温气体由蒸汽发生室的水中喷出，生成的高温高压蒸汽连同燃烧废气一起做功。在该蒸汽机中采用汽轮机组结构对外做功，做功后产生的排气与进气管道进行热交换，利用排气的较高温度将进气预热加温，使得热能回收，减少热能流失。在该蒸汽机外部实行整体全方位保温，彻底将热能封锁在蒸汽机内。该蒸汽机优点是：不同于外燃式蒸汽机，燃烧室产生的高温气体不是通过热传导加热水产生蒸汽，而是直接打入水中产生蒸汽，燃料产生的热能全部用于蒸汽的发生。其中，空气中氮气参与做功和热循环，不直接作为排气，可提高热效率5.5％以上。排气与进气管道的热交换能够节能可提高热效率1.6％以上。

技术领域

本发明涉及一种节省燃料或提高热能效率的蒸汽机，尤其是从燃料完全产生蒸汽、废热回收、等方面入手，有效的提高蒸汽机的热效率，具有简单结构的内燃式蒸汽机。

背景技术

众所周知，蒸汽机有三百年以上的发展史，同时也是提高其热效率的发展史。至今蒸汽机的热效率仍然不高，始终屈居于汽油柴油等热机之后，本发明通过阻止热能消耗，增加热能转化的方法来提高热效率，希望对蒸汽机的使用者有所帮助。

发明内容

一种内燃式蒸汽机，包括燃料室、燃烧室、蒸汽发生室、汽轮机组、热交换室和外部保温：该蒸汽机提供一种使燃料燃烧产生的热能完全转化为蒸汽的方式，就是将燃烧室和燃料室一同搬入到水中，密封燃料室及进料口，燃料燃烧后产生高温的二氧化碳气体和氮气同时进入到蒸汽发生室的底部，从蒸汽发生管中喷出，产生蒸汽。此时，蒸汽中主要是由水蒸气、二氧化碳、氮气三种气体组成的混合气体，然后进入汽轮机组进行热能转化为动能。混合气体随即进入到热交换室，与进气管道进行热交换，把进气加温预热，最后排出机体外。

在这一热循环和热反应中：如果采用外部加热水得到高温高压的蒸汽，每燃烧1公斤的煤炭，将会有2.667公斤氧气参加反应，同时有10.3公斤氮气伴随，经过蒸汽发生装置，然后以较高的温度排出。煤炭燃烧值为20000千焦耳/公斤时，氮气被加热到高温需要1100千焦耳的热能，最少需要燃烧0.055公斤煤炭，氧气被加热到高温最少需要燃烧0.016公斤煤炭。其中的氮气是低温进入高温排除，白白带走1100千焦耳的热能。

如果采用内燃式的蒸汽机，进入燃烧室的氮气和氧气被排气所加温预热，进气的温度与排气的温度相同便不存在这部分热能的损耗。而且由于燃烧室设在水中，燃烧产生的热能将全部转化为蒸汽，而外燃式的蒸汽机由于多处机体散热热能损耗，并且排气口的温度高于蒸汽的温度，因此是不可能把热能全部转化为蒸汽的。

如上所述的内燃式蒸汽机：燃烧室内产生的高温气体进入到水中的过程是一个降温过程，是水吸收热能转化为蒸汽的过程，燃烧产生的热能完全被水包围，再加上机体外部的全身保温，所以热能被完全封锁，完全产生蒸汽。空气进入燃烧室之前需要鼓风加压，如此才能在蒸汽发生室得到理想的400℃左右的高温高压蒸汽。因此空气进气加压也是重要的环节，进气可通过多级加压、或空气压缩机等手段来实现增压。空气加压所需的动能可由其他的电力提供，也可利用蒸汽机自身转化的动能提供。这部分压缩的动能也会在汽轮机的热能转化为动能中得以释放、偿还，不会产生大的能量损失。

相比外燃式蒸汽机：外燃式蒸汽机的炉火温度始终比蒸汽温度高，否则无法给蒸汽升温加压。正因如此炉火与蒸汽之间会有不小的温差，温差越大将意味着热能转化为蒸汽的比例越低，每100℃的温差将损失20％的热能，所有热能的损失会在蒸汽机的热效率中体现。然而内燃式蒸汽机的炉火与蒸汽相连没有温差，从多个环节制止了热能的损失，因此内燃式蒸汽机的热效率总体会有10％以上的提高。这将意味着它能够节省10％以上的燃煤。

附图说明

图1是本发明的内燃式蒸汽机的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示本发明是一种内燃式蒸汽机，通过将燃烧室1或燃烧炉和燃料室13整体搬入蒸汽发生室7，燃烧产生的高温气体通过蒸汽发生管2从蒸汽发生室的水中喷出，蒸汽发生管的部分管道必须高于水面，生成的高温高压蒸汽连同燃烧废气一起做功。在该蒸汽机中采用汽轮机组3结构对外做功，由动力输出轴4向外输出动力。空气由进气口5进入到排气中进行热交换，然后进入鼓风机14加压，加压后进入燃烧室。燃料室13内部设有送燃料电机12，可调控送燃料的快慢。蒸汽发生室7的上部设有气压表9、气压安全调节阀10、注水口11等设施。燃烧室设有炉渣排出口17和炉灰排出口16。燃料室13有燃料入口8，在该蒸汽机工作运转时，要求炉渣排出口17、炉灰排出口16、燃料入口8保气密封。这个蒸汽机外部除进气口5和排气口6以外的部分实行全方位保温措施。