CN103437908A - 深度压缩单元发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元、填料式回热器和活塞式做功机构，所述深度压缩单元的气体出口经所述填料式回热器与所述活塞式做功机构的气缸连通，在所述深度压缩单元的气体出口和所述填料式回热器之间的连通通道上设工质导出口，在所述工质导出口处设控制阀，所述深度压缩单元的气体出口处的承压能力大于1MPa。本发明所公开的深度压缩单元发动机大幅度提高了气体压缩系统的效率，降低了重量，降低了造价。

Description

深度压缩单元发动机

技术领域

本发明涉及发动机领域，尤其是一种深度压缩单元发动机。

背景技术

专利号为5050570的美国专利文献公开了一种发动机，包括冷缸和热缸，气体工质被冷缸压缩后经回热器进入热缸，所述热缸做功后气体工质经所述回热器冷却后排出，该发动机的效率较低。申请人研究发现，造成该发动机效率低的原因是由于所述冷缸不能提供压力较高的高压气体。 

该文献中的发动机的冷缸设置为一级活塞式压缩机压缩，如果经一级活塞式压缩机压缩后提供较大压力的高压气体，会造成活塞式压缩机的效率也非常低，而且要造的很庞大，造价相当昂贵。

而冷缸提供的气体压力和发动机的效率有直接关系，而该专利文献并没有考虑到冷缸提供的气体压力对发动机效率的影响，因此，需要发明一种大幅度提高发动机效率，降低重量，造价低廉的发动机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

一种深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元、填料式回热器和活塞式做功机构，所述深度压缩单元的气体出口经所述填料式回热器与所述活塞式做功机构的气缸连通，在所述深度压缩单元的气体出口和所述填料式回热器之间的连通通道上设工质导出口，在所述工质导出口处设控制阀，所述深度压缩单元的气体出口处的承压能力大于1MPa。

一种深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元、填料式回热器和活塞式做功机构，所述深度压缩单元的气体出口与所述活塞式做功机构的气缸连通，所述填料式回热器设在所述活塞式做功机构的气缸内，在所述深度压缩单元的气体出口与所述填料式回热器之间的连通通道上设工质导出口，在所述工质导出口处设控制阀，所述深度压缩单元的气体出口处的承压能力大于1MPa。

所述工质导出口设在所述活塞式做功机构的气缸顶部上。

一种深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元、热交换式回热器和活塞式做功机构，所述深度压缩单元的气体出口经所述热交换式回热器的被加热流体通道与所述活塞式做功机构的气缸连通，在所述活塞式做功机构的气缸上设工质导出口，在所述工质导出口处设控制阀，所述工质导出口与所述热交换式回热器的被冷却流体通道的入口连通，所述深度压缩单元的气体出口处的承压能力大于1MPa。

所述深度压缩单元设为多级活塞式压缩机，所述多级活塞式压缩机与所述活塞式做功机构为正时关系。

所述深度压缩单元设为多级活塞式压缩机，在所述多级活塞式压缩机的最后一级的气体出口处设与所述活塞式做功机构为正时关系的排气门。

所述深度压缩单元设为多级活塞式压缩机，在所述多级活塞式压缩机的最后一级的气体出口与所述活塞式做功机构的气缸之间的连通通道上设正时控制阀。

所述深度压缩单元设为四类门活塞压缩机，所述四类门活塞压缩机的供气口与所述活塞式做功机构的气缸连通，所述四类门活塞压缩机的回充口与所述工质导出口连通。

所述深度压缩单元设为螺杆式压缩机、多级罗茨式压缩机或设为多级叶轮压气机，在所述深度压缩单元的气体出口与所述活塞式做功机构的气缸之间的连通通道上设正时控制阀。

所述工质导出口与做功机构连通。

所述做功机构设为涡轮动力机构。

所述深度压缩单元设为多级叶轮压气机，所述涡轮动力机构对所述多级叶轮压气机输出动力。

在所述活塞式做功机构的气缸上的与所述深度压缩单元连通的连通口处设正时控制门。

所述深度压缩单元上设级间冷却器和/或压缩过程冷却器。

本发明的原理是：气体工质经所述深度压缩单元压缩后，得到较大压强的气体工质，该压缩后的气体工质进入所述活塞式做功机构做功，并在做功完成后经回热器从工质导出口排出或再次做功。

本发明中，所述四类门活塞压缩机是指气缸上设有进气口、排气口、供气口和回充口，在所述进气口、所述排气口、所述供气口和所述回充口处依次对应设置进气门、排气门、供气门和回充门的气缸活塞压缩机。

本发明中，所述深度压缩单元是指一切能把空气压缩到1MPa以上的机构，如四类门活塞压缩机、螺杆式压缩机、多级罗茨式压缩机、多级活塞式压缩机或多级叶轮压气机，不包括一级活塞式压缩机。

本发明中，所谓的冷却器是指一切可以制冷的装置，包括散热器和以冷却为目的的热交换器等。

本发明中，所述深度压缩单元的气体出口处的工质压力与其承压能力相匹配，即所述深度压缩单元的气体出口处的最高工质压力达到其承压能力。

本发明中，所述深度压缩单元的出口处的承压能力大于1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或大于10MPa。

本发明中，当所述工质导出口设置在所述活塞式做功机构的气缸上时，其与所述深度压缩单元和所述活塞式做功机构连通的连通口不重合。

本发明中，应根据公知技术在必要的地方设部件、单元和系统，例如在必要的地方设置冷却系统等。

本发明的有益效果如下：

本发明所公开的深度压缩单元发动机大幅度提高了气体压缩系统的效率，降低了重量，降低了造价。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；

图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；

图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；

图6所示的是本发明实施例6的结构示意图；

图7所示的是本发明实施例7的结构示意图；

图8所示的是本发明实施例8的结构示意图；

图9所示的是本发明实施例9的结构示意图；

图10所示的是本发明实施例10的结构示意图；

图11所示的是本发明实施例11的结构示意图；

图12所示的是本发明实施例12的结构示意图；

图13所示的是本发明实施例13的结构示意图；

图14所示的是本发明实施例14的结构示意图，

图中：

1深度压缩单元、2填料式回热器、3活塞式做功机构、4涡轮动力机构、5工质导出口、6正时控制阀、11多级活塞式压缩机、12四类门活塞压缩机、13螺杆式压缩机、14多级罗茨式压缩机、15多级叶轮压气机、21热交换式回热器、31正时控制门、51控制阀、71级间冷却器、72压缩过程冷却器、121供气口、122回充口、123排气口、124进气口。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元1、填料式回热器2和活塞式做功机构3，所述深度压缩单元1的气体出口经所述填料式回热器2与所述活塞式做功机构3的气缸连通，在所述深度压缩单元1的气体出口和所述填料式回热器2之间的连通通道上设工质导出口5，在所述工质导出口5处设控制阀51，所述深度压缩单元1的气体出口处的承压能力大于1MPa。

本实施例的工作过程如下：气体经过所述深度压缩单元1的压缩后，其压强大于1MPa，经所述填料式回热器2吸收热量后进入所述活塞式做功机构3的气缸内燃烧并膨胀做功，膨胀做功后气体再经过所述填料式回热器2把热量留在回热器内，之后从所述工质导出口5排出或再次做功，所述填料式回热器2中的热量用于在下一循环中加热由所述深度压缩单元1压缩后即将进入所述活塞式做功机构3的工质。

实施例2

如图2所示的深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元1、填料式回热器2和活塞式做功机构3，所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸连通，所述填料式回热器2设在所述活塞式做功机构3的气缸内，在所述深度压缩单元1的气体出口与所述填料式回热器2之间设工质导出口5，所述工质导出口5处设控制阀51，所述深度压缩单元1的气体出口处的承压能力大于1MPa。

具体的，本实施例中，所述工质导出口5设置在所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸之间的连通通道上。

实施例3

如图3所示的深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元1、填料式回热器2和活塞式做功机构3，所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸连通，所述填料式回热器2设在所述活塞式做功机构3的气缸内，在所述活塞式做功机构3的气缸顶部上设工质导出口5，在所述工质导出口5处设控制阀51，所述深度压缩单元1的气体出口处的承压能力大于1MPa。

本发明中，对于“所述填料式回热器2设在所述活塞式做功机构3的气缸内”的实施方式，可以参照实施例2、实施例3设置所述工质导出口5，作为可以变换的实施方式，当所述填料式回热器2的设置位置距离气缸顶有一定距离时，所述工质导出口5还可以改设在所述填料式回热器2与气缸顶之间的气缸侧壁上。

实施例4

如图4所示的深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元1、热交换式回热器21和活塞式做功机构3，所述深度压缩单元1的气体出口经所述热交换式回热器21的被加热流体通道与所述活塞式做功机构3的气缸连通，在所述活塞式做功机构3的气缸上设工质导出口5，在所述工质导出口5处设控制阀51，所述工质导出口5与所述热交换式回热器21的被冷却流体通道的入口连通，所述深度压缩单元1的气体出口处的承压能力大于1MPa。

实施例5

如图5所示的深度压缩单元发动机，其在实施例4的基础上：在所述活塞式做功机构3的气缸上的与所述深度压缩单元1连通的连通口处设正时控制门31。

本发明的所有实施方式，都可以参照本实施例设置所述正时控制门31。

实施例6

如图6所示的深度压缩单元发动机，在实施例1的基础上：将所述深度压缩单元1设为多级活塞式压缩机11，在所述多级活塞式压缩机11的最后一级的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸之间的连通通道上设正时控制阀6。在所述多级活塞式压缩机11上设压缩过程冷却器72。

作为可以变换的实施方式，可以取消所述正时控制阀6，而采用其他方式实现所述多级活塞式压缩机与所述活塞式做功机构3的正时关系，例如使所述多级活塞式压缩机11与所述活塞式做功机构3为正时关系，或所述多级活塞式压缩机11的最后一级的气体出口处设与所述活塞式做功机构3为正时关系的排气门。

作为可以变换的实施方式，所述压缩过程冷却器72可以取消。

作为可以变换的实施方式，可以在两级级活塞式压缩机之间设置级间冷却器71。

作为可以变换的实施方式，所述填料式回热器2可以改设在所述活塞式做功机构3的气缸内，或者可以采用所述热交换式回热器21代替所述填料式回热器2。

实施例7

如图7所示的深度压缩单元发动机，其在实施例2的基础上，将所述深度压缩单元1设为四类门活塞压缩机12，所述四类门活塞压缩机12的供气口121与所述活塞式做功机构3的气缸连通，所述四类门活塞压缩机12的回充口122与所述工质导出口5连通。

实施例8

如图8所示的深度压缩单元发动机，其在实施例3的基础上，将所述深度压缩单元1设为四类门活塞压缩机12，所述四类门活塞压缩机12的供气口121与所述活塞式做功机构3的气缸连通，所述四类门活塞压缩机12的回充口122与所述工质导出口5连通。

实施例7和实施例8的工作过程如下：本实施例的工作过程如下：气体经进气口124进入所述四类门活塞压缩机12，并在所述四类门活塞压缩机12内被压缩，被压缩后的工质由所述四类门活塞压缩机12的供气口121排出进入所述填料式回热器2吸收热量，然后再进入所述活塞式做功机构3的气缸内进行燃烧并膨胀做功，膨胀做功后的气体经所述填料式回热器2并把热量留给所述填料式回热器2后从所述工质导出口5导出再从回充口122进入所述四类门活塞压缩机12，在所述四类门活塞压缩机12内再次做功后从所述四类门活塞压缩机12的排气门123排出，所述填料式回热器2吸收的热量留待下一循环中加热经所述四类门活塞压缩机12的供气口121排出的、进入所述活塞式做功机构3的气缸之前的压缩气体。

本发明中，所述填料式回热器2设置在所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸之间的连通通道上的实施方式中，以及设有所述热交换式回热器21的实施方式中，都可以参照实施例7或实施例8将所述深度压缩单元1设为四类门活塞压缩机12。

实施例9

如图9所示的深度压缩单元发动机，其在实施例1的的基础上，将所述深度压缩单元1设为螺杆式压缩机13，并所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸之间的连通通道上增设正时控制阀6。

实施例10

如图10所示的深度压缩单元发动机，在实施例2的的基础上，将所述深度压缩单元1设为多级罗茨式压缩机14，并在所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸之间的连通通道上增设正时控制阀6，在所述多级罗茨式压缩机14上设置级间冷却器71。

实施例11

如图11所示的深度压缩单元发动机，其在实施例3的基础上，将所述深度压缩单元1设为多级罗茨式压缩机14，并在所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3气缸之间的连通通道上增设正时控制阀6，在所述多级罗茨式压缩机14上设置级间冷却器71。

实施例12

如图12所示的深度压缩单元发动机，其在实施例4的基础上，将所述深度压缩单元1设为多级叶轮压气机15，并在所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸之间的连通通道上设正时控制阀6，在所述多级叶轮压气机15上设置级间冷却器71和压缩过程冷却器72。

实施例13

如图13所示的深度压缩单元发动机，其在实施例2的基础上，将所述深度压缩单元1设为多级叶轮压气机15，所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸之间的连通通道上设有正时控制阀6。所述工质导出口5与做功机构连通，并将所述做功机构具体的设为涡轮动力机构4，所述涡轮动力机构4对所述多级叶轮压气机15输出动力，在所述深度压缩单元1上设级间冷却器71和压缩过程冷却器72。

作为可以变换的实施方式，所述做功机构可以改为设置成其他形式的做功机构，比如气缸活塞做功机构、罗茨做功机构等；所述涡轮动力机构4也可以不对所述多级叶轮压气机15输出动力。

除了将所述深度压缩单元1设为四类门活塞压缩机12的实施方式的其他所有实施方式中，都可以参照本实施例设置所述做功机构。

实施例14

如图14所示的深度压缩单元发动机，其在实施例3的基础上，将所述深度压缩单元设为多级叶轮压气机15，在所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构3的气缸之间的连通通道上设正时控制阀6，所述工质导出口5与做功机构连通，并将所述做功机构具体的设为涡轮动力机构4，所述涡轮动力机构4对所述多级叶轮压气机15输出动力，在所述深度压缩单元1上设级间冷却器71和压缩过程冷却器72。

作为可以变换的实施方式，本发明的上述所有实施方式中都可选择地将所述深度压缩单元1的出口处的承压能力改设为大于1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或大于10MPa。此时，经所述深度压缩单元1压缩的工质的压强分别对应达到大于1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或大于10MPa。

在以上实施例的基础上，可以根据需要独立的选择改变所述深度压缩单元1的具体形式以及所述回热器的具体形式和设置位置，不受上述实施例给出的具体形式的限制，例如，当所述深度压缩单元1采用实施例9中的所述螺杆式压缩机13时，所述填料式回热器2可以改设在所述活塞式做功机构3的气缸内，或者可以采用所述热交换式回热器21代替所述填料式回热器2；当所述深度压缩单元1采用实施例10中的所述多级罗茨式压缩机14时，所述填料式回热器2也可以改为设置在所述深度压缩单元1的气体出口与所述活塞式做功机构（3）的气缸之间，或者可以采用所述热交换式回热器21代替所述填料式回热器2，依次类推。

在以上实施例的基础上，可以根据需要独立的选择改变冷却器的设置形式，不受上述实施例给出的具体形式的限制，例如在实施例11中，可以取消所述级间冷却器71，而改为设置压缩过程冷却器72，或者直接不设冷却器，再或者同时设置级间冷却器71和压缩过程冷却器72，依此类推。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元（1）、填料式回热器（2）和活塞式做功机构（3），其特征在于：所述深度压缩单元（1）的气体出口经所述填料式回热器（2）与所述活塞式做功机构（3）的气缸连通，在所述深度压缩单元（1）的气体出口和所述填料式回热器（2）之间的连通通道上设工质导出口（5），在所述工质导出口（5）处设控制阀（51），所述深度压缩单元（1）的气体出口处的承压能力大于1MPa。

2.一种深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元（1）、填料式回热器（2）和活塞式做功机构（3），其特征在于：所述深度压缩单元（1）的气体出口与所述活塞式做功机构（3）的气缸连通，所述填料式回热器（2）设在所述活塞式做功机构（3）的气缸内，在所述深度压缩单元（1）的气体出口与所述填料式回热器（2）之间的连通通道上设工质导出口（5），在所述工质导出口（5）处设控制阀（51），所述深度压缩单元（1）的气体出口处的承压能力大于1MPa。

3.如权利要求2所述深度压缩单元发动机，其特征在于：所述工质导出口（5）设在所述活塞式做功机构（3）的气缸顶部上。

4.一种深度压缩单元发动机，包括深度压缩单元（1）、热交换式回热器(21)和活塞式做功机构（3），其特征在于：所述深度压缩单元（1）的气体出口经所述热交换式回热器(21)的被加热流体通道与所述活塞式做功机构（3）的气缸连通，在所述活塞式做功机构（3）的气缸上设工质导出口（5），在所述工质导出口（5）处设控制阀（51），所述工质导出口（5）与所述热交换式回热器(21)的被冷却流体通道的入口连通，所述深度压缩单元（1）的气体出口处的承压能力大于1MPa。

5.如权利要求1至4中任一项所述深度压缩单元发动机，其特征在于：所述深度压缩单元（1）设为多级活塞式压缩机(11)，所述多级活塞式压缩机(11)与所述活塞式做功机构（3）为正时关系。

6.如权利要求1至4中任一项所述深度压缩单元发动机，其特征在于：所述深度压缩单元（1）设为多级活塞式压缩机(11)，在所述多级活塞式压缩机(11)的最后一级的气体出口处设与所述活塞式做功机构（3）为正时关系的排气门。

7.如权利要求1至4中任一项所述深度压缩单元发动机，其特征在于：所述深度压缩单元（1）设为多级活塞式压缩机(11)，在所述多级活塞式压缩机(11)的最后一级的气体出口与所述活塞式做功机构（3）的气缸之间的连通通道上设正时控制阀（6）。

8.如权利要求1至4中任一项所述深度压缩单元发动机，其特征在于：所述深度压缩单元（1）设为四类门活塞压缩机(12)，所述四类门活塞压缩机(12)的供气口与所述活塞式做功机构（3）的气缸连通，所述四类门活塞压缩机(12)的回充口与所述工质导出口（5）连通。

9.如权利要求1至4中任一项所述深度压缩单元发动机，其特征在于：所述深度压缩单元（1）设为螺杆式压缩机(13)、多级罗茨式压缩机(14)或设为多级叶轮压气机(15)，在所述深度压缩单元（1）的气体出口与所述活塞式做功机构（3）的气缸之间的连通通道上设正时控制阀(6)。

10.如权利要求1至4中任一项所述深度压缩单元发动机，其特征在于：所述工质导出口（5）与做功机构连通。

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