CN104832288A - 液氮液氧发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液氮液氧发动机，包括：液氧源、液氮源、燃料源、燃烧室和膨胀做功机构，其中，所述液氧源、液氮源和燃料源分别与所述燃烧室连通，所述燃烧室的工质出口与所述膨胀做功机构的工质入口连通。本发明通过引入燃烧室的液氧和燃料燃烧后产生的工质与氮气混合后对外做功，不仅能够使本发明具有节能环保的优点，而且极大程度地提高了发动机的做功能力。

Description

液氮液氧发动机

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其涉及一种液氮液氧发动机。

背景技术

空分是一个庞大的工业体系，在这个工业体系中，最大量的产品液氧和液氮，而现有工业中液氮量高度过剩。如果能够发明一种可高效利用液氮的发动机，不仅可以节能环保，还可以促进空分工业的发展。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

方案1：一种液氮液氧发动机，包括：液氧源、液氮源、燃料源、燃烧室、膨胀做功机构，其中，所述液氧源、液氮源和燃料源分别与所述燃烧室连通，所述燃烧室的工质出口与所述膨胀做功机构的工质入口连通。

方案2：在方案1的基础上，进一步使所述液氮液氧发动机还包括至少一个回热器；所述至少一个回热器的被加热流体通道的入口与所述液氧源的出口和/或所述液氮源的出口相连通，所述至少一个回热器的被加热流体通道的出口与所述燃烧室连通，所述膨胀做功机构的工质出口与所述至少一个回热器的加热流体通道的入口连通。

方案3：在方案1或2的基础上，进一步使所述液氮液氧发动机还包括核心燃烧室，所述核心燃烧室位于所述燃烧室的中心，所述液氧源和所述燃料源与所述核心燃烧室连通；所述液氮源与所述燃烧室和所述核心燃烧室之间的区域连通。

方案4：在方案1至3中任一方案的基础上，进一步使所述膨胀做功机构为透平、多级变界流体机构、活塞式做功机构或者罗茨马达。

方案5：在方案1至4中任一方案的基础上，进一步使所述燃烧室内的工质压力在2MPa至20MPa之间。

方案6：在方案1至5中任一方案的基础上，进一步使所述燃烧室的工质出口的温度在500K至3000K之间。

本发明人根据热力学的基本原理以及对宇宙现象的观察认为：在没有外部因素影响的前提下，热不可能百分之百的转换成其它任何形式的能量或物质。传统热力学第二定律中只阐述了在没有外部因素影响的前提下，热不能百分之百的转换成功，这一定律是正确的，但又是片面的。可以用通俗的语言将热定义为能量的最低形式，或者简称为这是宇宙的垃圾。经分析，本发明人还认为：任何生物(动物、植物、微生物、病毒和细菌)的生长过程都是放热的。经分析，本发明人还认为：任何一个过程或任何一个循环(不局限于热力学过程，例如化学反应过程、生物化学反应过程、光化学反应过程、生物生长过程、植物生长过程都包括在内)其最大做功能力守恒，本发明人认为没有光合作用的植物生长过程是不能提高其做功能力的，也就是说，豆芽的做功能力是不可能高于豆子的做功能力加上其吸收的养分的做功能力之和；之所以一棵树木的做功能力要大于树苗的做功能力，是因为阳光以光合作用的形式参与了由树苗到树木的生长过程。

本发明人认为：热机工作的基本逻辑是收敛-受热-发散。所谓收敛是工质的密度的增加过程，例如冷凝、压缩均属收敛过程，在同样的压力下，温度低的工质收敛程度大；所谓受热就是工质的吸热过程；所谓发散是指工质的密度降低的过程，例如膨胀或喷射。任何一个发散过程都会形成做功能力的降低，例如，气态的空气的做功能力要远远低于液态空气的做功能力；甲醇加水加中等温度的热生成一氧化碳和氢气，虽然所生成的一氧化碳和氢气的燃烧热大于甲醇的燃烧热20％左右，但其做功能力大于甲醇的做功能力的比例则微乎其微，其原因在于这一过程虽然吸了20％左右的热，但是生成物一氧化碳和氢气的发散程度远远大于甲醇。因此，利用温度不高的热参加化学反应是没有办法有效提高生成物的做功能力的。

本发明人认为：距离增加是熵增加的过程，冷热源之间的距离也影响效率，距离小效率高，距离大效率低。

本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或***等。

本发明中，所谓“多级”是指两级以上。

本发明中，某个数值A以上和某个数值A以下均包括：本数A。

本发明中，所谓的“变界流体机构”是指一切流体进入区内的运动件的表面和流体流出区内的运动件的表面不同的容积型流体机构，也就是说，所谓的“变界流体机构”是由旋转运动件形成容积变化的一切容积型流体机构，例如，滑片泵、滑片式机构(例如，滑片式膨胀机)、偏心转子机构(例如，偏心转子膨胀机)、液环式机构(例如，液环式膨胀机)、罗茨式机构(例如，罗茨式膨胀机)、螺杆式机构(例如，螺杆式膨胀机)、旋转活塞式机构(例如，旋转活塞式膨胀机)、滚动活塞式机构(例如，滚动活塞式膨胀机)、摆动转子式机构(例如，摆动转子式膨胀机)、单工作腔滑片式机构(例如，单工作腔滑片式膨胀机)、双工作腔滑片式机构(例如，双工作腔滑片式膨胀机)、贯穿滑片式机构(例如，贯穿滑片式膨胀机)、齿轮流体机构(例如，齿轮膨胀机)和转缸滚动活塞机构(例如，转缸滚动活塞膨胀机)等。所述变界机构可选择性地选择包括气缸、隔离体和缸内旋转体，且由所述气缸、所述隔离体和所述缸内旋转体三者相互配合形成容积变化的机构。

本发明的有益效果如下:本发明通过引入燃烧室的液氧和燃料燃烧后产生的工质与氮气混合后对外做功，不仅能够使本发明具有节能环保的优点，而且极大程度地提高了发动机的做功能力。

具体实施方式

实施例1

一种液氮液氧发动机，如图1所示，包括：液氧源1、液氮源2、燃料源3、燃烧室4和膨胀做功机构5，所述液氧源1、液氮源2和燃料源3分别与所述燃烧室4连通，所述燃烧室4的工质出口与所述膨胀做功机构5的工质入口连通。

实施例2

一种液氮液氧发动机，如图2所示，在实施例1的基础上，进一步使所述液氮液氧发动机还包括一个回热器6；所述回热器6的被加热流体通道的入口与所述液氧源1的出口相连通，所述回热器6的被加热流体通道的出口与所述燃烧室4连通，所述膨胀做功机构5的工质出口与所述回热器6的加热流体通道的入口连通。

实施例3

一种液氮液氧发动机，如图3所示，在实施例1的基础上，进一步使所述液氮液氧发动机还包括一个回热器6；所述回热器6的被加热流体通道的入口与所述液氮源2的出口相连通，所述回热器6的被加热流体通道的出口与所述燃烧室4连通，所述膨胀做功机构5的工质出口与所述回热器6的加热流体通道的入口连通。

实施例4

一种液氮液氧发动机，如图4所示，在实施例1的基础上，所述液氮液氧发动机还包括两个回热器6；一个所述回热器6的被加热流体通道的入口与所述液氧源1的出口相连通，另一个所述回热器6的被加热流体通道的入口与所述液氮源2的出口相连通，两个所述回热器6的被加热流体通道的出口均与所述燃烧室4连通，所述膨胀做功机构5的工质出口与所述的两个回热器6的加热流体通道的入口连通。

实施例5

一种液氮液氧发动机，如图5所示，在实施例1的基础上，进一步使所述液氮液氧发动机还包括核心燃烧室41，所述核心燃烧室41位于所述燃烧室4的中心，所述液氧源1和所述燃料源3与所述核心燃烧室41连通；所述液氮源2与所述燃烧室4和所述核心燃烧室41之间的区域连通。

作为可变换的实施方式，实施例1至4及其可变换的实施方案均可进一步使所述液氮液氧发动机还包括核心燃烧室41，所述核心燃烧室41位于所述燃烧室4的中心，所述液氧源1和所述燃料源3与所述核心燃烧室41连通；所述液氮源2与所述燃烧室4和所述核心燃烧室41之间的区域连通。

作为可变换的实施方式，本发明的上述实施例及其可变换的实施方式中所述膨胀做功机构5可选择性地设为透平、多级变界流体机构、活塞式做功机构或者罗茨马达。

作为可变换的实施方式，本发明的上述实施例及其可变换的实施方式中均可进一步使所述燃烧室4内的工质压力在2MPa至20MPa之间。

作为可变换的实施方式，本发明的所有实施例及其可变换的实施方式中均可进一步使所述燃烧室4的工质出口的温度在500K至3000K之间。

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)

1.一种液氮液氧发动机，其特征在于：包括：液氧源(1)、液氮源(2)、燃料源(3)、燃烧室(4)和膨胀做功机构(5)，所述液氧源(1)、液氮源(2)和燃料源(3)分别与所述燃烧室(4)连通，所述燃烧室(4)的工质出口与所述膨胀做功机构(5)的工质入口连通。

2.如权利要求1所述液氮液氧发动机，其特征在于：所述液氮液氧发动机还包括至少一个回热器(6)；所述至少一个回热器(6)的被加热流体通道的入口与所述液氧源(1)的出口和/或所述液氮源(2)的出口相连通，所述至少一个回热器(6)的被加热流体通道的出口与所述燃烧室(4)连通，所述膨胀做功机构(5)的工质出口与所述至少一个回热器(6)的加热流体通道的入口连通。

3.如权利要求1或2所述液氮液氧发动机，其特征在于：所述液氮液氧发动机还包括核心燃烧室(41)，所述核心燃烧室(41)位于所述燃烧室(4)的中心，所述液氧源(1)和所述燃料源(3)与所述核心燃烧室(41)连通；所述液氮源(2)与所述燃烧室(4)和所述核心燃烧室(41)之间的区域连通。

4.如权利要求1或2所述液氮液氧发动机，其特征在于：所述膨胀做功机构(5)为透平、多级变界流体机构、活塞式做功机构或者罗茨马达。

5.如权利要求3所述液氮液氧发动机，其特征在于：所述膨胀做功机构(5)为透平、多级变界流体机构、活塞式做功机构或者罗茨马达。

6.如权利要求1或2所述液氮液氧发动机，其特征在于：所述燃烧室(4)内的工质压力在2MPa至20MPa之间。

7.如权利要求3所述液氮液氧发动机，其特征在于：所述燃烧室(4)内的工质压力在2MPa至20MPa之间。

8.如权利要求4所述液氮液氧发动机，其特征在于：所述燃烧室(4)内的工质压力在2MPa至20MPa之间。

9.如权利要求1或2所述液氮液氧发动机，其特征在于：所述燃烧室(4)的工质出口的温度在500K至3000K之间。

10.如权利要求3所述液氮液氧发动机，其特征在于：所述燃烧室(4)的工质出口的温度在500K至3000K之间。