[发明专利]用低温液体作为发动机工作物质的方法及内循环装置

说明书

本发明属于发动机装置，涉及液态氧沸点以下的低温技术。

申请日前检索了F01、F03、F04等文献资料，并重点检索了F01K25/06的专利文献。上述文献公开了一些用其他燃料作为发动机工作物质的技术，但尚未查到用低温液体作为发动机工作物质的方法及内循环装置的对比文件。迄今为止，车、船、飞机所使用的发动机大部分都是以汽油、柴油和煤油为主要工作物质的燃油型发动机，但是由于汽油、柴油和煤油都是从不可再生的石油中提炼出来的，并且这石油资源也即将枯竭，大约只够再使用五十年左右的时间，因此，当今的科学家都在努力寻找能够替代石油的产品，以使人类能渡过这能源危机。此外，现如今的燃油型发动机还由于其工作物质不能作内循环，燃烧完的气体不能回收再利用，而是作为废气全部排出，因此，不但是造成了严重的废气污染问题，而且还大大地降低了燃油发动机的热效率。另外，尽管人们早已对燃氢发动机，燃醇发动机做了有益的尝试，但终究因技术不成熟等原因，而难以投入到实际应用中去，因此，现今的人们迫切需要尽快寻找到能够替代燃油作为发动机工作物质的新原料。

本发明的目的就在于针对上述不足之处而提供一种能完全取代汽油、柴油和煤油的新的发动机工作物质，即低温液体，并且还要在现如今的活塞式发动机和涡轮式发动机上增加二套可使作功后的工作物质能够回收再利用的内循环装置。

为达到上述目的，本发明采用的是处在液态氧沸点以下的低温液体来作为活塞式发动机和涡轮式发动机或者是喷气式发动机的工作物质的，上面所说的处在液体态氧沸点以下的低温液体是指液态氧气，液态空气，液态氮气，液态氩气、液态氖气，液态氢气、液态氧气。对于处在液态氧沸点以下的低温液体来说，由于都是处在-183℃以下，因而，相对于水这种液体来说，这些处在液态氧沸点以下的低温液态的汽化热要小得多。如果让这些处在液态氧沸点以下的低温液体暴露在常温空气中，那么这些低温液体就会被立即气化，其体积就会突然膨胀，进而产生爆炸性的冲击效应。因此，根据低温液体的这种特性，我们就可以在活塞发动机上、还有涡轮发动机上以及喷气发动机上使用这些处在液态氧沸点以下的低温液体来替代汽油、柴油和煤油作为上述三种发动机的工作物质。下面以四冲程活塞式发动机为例，来说明活塞式发动机使用低温液体作工质的具体方法，首先是做吸气与压缩这两个过程，接着就是向气缸里注入低温液体，这低温液体在高压高温空气中会被立即气化，进而迅速膨胀并推动活塞作功，完成作功过程后就是排气过程，当作功后的废气被排出后也就完成了这四冲程循环。如果是在涡轮式发动机上使用低温液体，那么这低温液体将与被压缩机压缩的高压高温(相对于低温液体)空气在膨胀室中混合，混合后的低温液体就会被立即气化并迅速膨胀，由气化膨胀所产生的能量首先是变成高速流动的气流流动动能，经喷嘴喷出冲动叶轮高速旋转，然后变成叶轮转予的机械能输出外功。因此，通过让低温液体在发动机的工作室里与相应的(混合气体的质量最少为混合低温液体质量的十倍)常温或经过压缩的气体进行混合，就会使低温液体迅速气化膨胀，并推动活塞作功或推动叶轮作功(活塞式发动机的工作室是指气缸，涡轮式发动机和喷气式发动机的工作室是指膨胀室)。在此还要特别说明的一点是，由于不同低温液体的汽化热不同，因而与之混合共同工作的气体需要量也就不相同，此外，气体本身还会由于温度的不同而导致焓值发生变化，因此，在不同温度下工作的使用低温液体作工质的发动机应当选择不同的进气量，但总的来说是进气量应尽可能地多，进气温度也应尽可能地高，这样带进发动机工作室里的热量就会增多，就会使进入发动机工作室里的低温液体气化得更快，膨胀得更充分，作功能力也就更强。