PCT说明书WO01/63099公开了采用液化气(例如液化氮)作为驱 动流体的低温发动机。液化氮具有缺陷：在泄漏到封闭空间中的情况下， 得到的大气可能使人和其它动物窒息。同样，因为其汽化趋向，以高压 泵送液化氮非常困难。本发明基于完成的工作确认用于低温发动机的可 替换驱动流体。

根据本发明的一个方面，半融化气体用于低温发动机中的驱动流 体。在此使用的术语“半融化气体”指的是冷却或压缩为使得其部分固 态和部分液态的气体、或气体混合物。
半融化气体可以为半融化空气，它是冷却(通常低于负210摄氏度) 为使得其部分固态和部分液态的空气。
驱动流体可作为半融化气体供应给发动机。在本发明的另一示例 中，驱动流体是从半融化气体通过首先融化半融化气体中的固态成分获 得的液体，因而所述半融化气体构成驱动流体源。
半融化气体通过在凝固之前去除空气中的一种或更多成分预处理。 尤其希望从空气去除水分(即，水蒸汽)，这种去除通过使用已知的致 冷干燥过程进行，根据该致冷干燥过程，空气致冷以凝结水蒸汽，凝结 的水蒸汽然后排出。此外，或可替换地，二氧化碳在压缩或化学吸收期 间可以通过例如物理分离去除，这都是本身已知的过程。
半融化空气比液体氮更容易生产且更便宜，且半融化空气比液体氮 包括更多的能量。与液体空气的1.23和液体氮的1.1相比，半融化空气 具有1.5到1.6兆焦每千克的能量密度。同样，半融化空气更安全和更 容易输运，因为温度的任何增加将首先导致固态成分融化而不是液体成 分沸腾，导致较少的压力增大和较小的总体浪费。此外，沸腾的任何半 融化空气导致无害的排放。
半融化空气中液态-固态的比例可以变化，但半融化空气必须充分可 流动(或流体)，以喷射到低温发动机的汽缸或其它工作室。液态:固 态的优选比例为70:30范围，最优选为60:40。
代替通过冷却空气形成半融化气体，半融化气体可通过冷却单独的 气体成分(例如，氮气和氧气)且然后将冷却的成分组合，以形成半融 化气体。
可替换地，半融化气体可以为半融化氮，其为冷却为使得其部分固 态和部分液态的氮。
根据本发明的另一方面，低温发动机制成利用半融化气体作为其驱 动流体。
半融化气体输送给其的低温发动机可用于给车辆(例如，机动公路 车辆)或固定式发动机(例如产生电力)提供动力。
优选地使用喷射装置，以在压力下输送半融化气体给发动机汽缸或 其它工作室，其中驱动流体(由半融化气体构成)膨胀以提供轴动力。
本发明在其范围内也包括使用半融化气体作为能量源产生轴动力 的方法，优选为半融化空气。
喷射装置优选为包括壳体、和可在壳体中移动以将驱动流体从壳体 的第一区域向壳体的第二区域移置的喷射构件，使用中，处于半融化状 况的驱动流体引入壳体的第一区域且通过喷射构件的移动传递给第二 区域，第二区域处于比第一区域更高的温度，使得第二区域中的小体积 驱动流体沸腾且然后将驱动流体在压力下喷射到低温发动机中。
喷射构件优选为以定时为与低温发动机工作循环恰当同步的重复 顺序在壳体中移动，所述工作循环符合两冲程或四冲程循环。喷射装置 通过低温发动机驱动或可替换地通过分开的动力源驱动，例如电动马 达。起动时，所述装置通过将半融化气体通过第一区域灌装以冷却半融 化气体。
喷射构件优选为可在壳体中往复，以交替顺序经历喷射冲程和返回 冲程。在喷射冲程，该构件向第二区域移动，携带一定体积的驱动流体， 且在此情况下该构件与壳体密封接合且具有槽，该体积的驱动流体在第 一区域引入该槽且在第二区域从其传输。
可替换地，喷射构件在喷射冲程向第一区域移动，将驱动流体从第 一区域向第二区域移置，且在此情况下该壳体优选为配备有进口和出口 阀，进口和出口阀以定时方式打开和关闭，以将驱动流体在喷射冲程开 始时引入第一区域，且允许在返回冲程开始之前导出驱动流体。
喷射装置消耗从有关低温发动机的轴动力方便地获得的少许动力。
本发明在其范围内包括适于用作驱动流体(或它的源)的半融化气 体主体，半融化气体主体作为低温发动机的能量源。
半融化气体主体以大气压或以上保持在容器中，优选为绝热的。容 器为低温发动机的燃料箱，低温发动机可以为固定式发动机或可以为例 如机动公路车辆的车辆提供动力；或容器可以为用于给低温发动机补给 燃料的存储箱(固定的或移动的)。这种半融化气体主体可看作能量存 储电池，具有优势：成分气体容易得到、高能量密度、延长时间周期的 存储能力、容易输运和使用时没有污染。
在用于小型车辆的燃料箱的情况下，例如小型摩托车、高尔夫场地 车、机动脚踏两用车、摩托车、或割草机、或小型家用发电机，容器具 有高达100升的容量(也对应于其中的半融化气体主体的体积)。用于 汽车的燃料箱的容器具有至少100升的容量，优选为250-300升，半融 化气体主体具有相应的初始体积。如果半融化气体主体用于推进公共汽 车，主体的初始体积和其容器的容量优选为至少1000升。
半融化气体主体可以用作存储从由发电站(例如核能发电站)产生 的非峰值动力得到的能量的设备，在此情况下主体体积为百万升量级， 且可以存储在大的水下或地下存储箱中。
附图说明
现在，本发明的四个实施例将示例性地参考附图描述，其中：
图1到3图示了操作循环中处于三个不同级的第一实施例，
图4到7图示了操作循环中处于四个不同级的第二实施例，
图8图示了与低温发动机的部分结合的第三实施例，
图9是在图8的线IX-IX上的截面图，和
图10和11对应于图8和9，但显示第四实施例。
现在，用于将半融化空气喷射到低温发动机中的喷射装置的两个示 例将示例性地参考附图描述，其中：

喷射装置的每个示例设计为将半融化空气的装料喷射到低温发动 机的工作室，低温发动机优选为在PCT说明书WO01/63099中公开的低 温发动机，该公开作为参考引入。半融化空气是液化空气和固化空气的 混合物，液态-固态比例为60:40，从而混合物具有足够的流体以喷射。 在发动机的工作室中，半融化空气从热交换液体接收能量且膨胀产生发 动机轴动力。
图1到3的喷射装置包括柱塞4形式的喷射构件，柱塞4在圆柱形 壳体6中往复且与其密封接合。壳体6具有第一区域8(处于对半融化 空气来说足够低的温度)和处于周围温度的第二区域10，通常在10℃ 和20℃之间。壳体的壁具有形成环形进口室的增加直径部分，且柱塞 具有形成限定环形容积的腰形区域的减少直径部分。
柱塞4经历交替的喷射和返回冲程，以从其源以低压吸取半融化空 气2且将它在压力下输送给低温发动机的工作室。
为此，低压半融化空气源设置为与环形进口室连通。在喷射冲程开 始时(图1)，环形进口室和柱塞中的腰形区域连通，从而环形容积充 满低压的半融化空气2。柱塞4然后在壳体6中向下移动，以经历喷射 冲程(图2)，柱塞与壳体壁密封接合，从而室中的该体积的半融化空 气2随柱塞4从区域8向区域10携载。一旦达到区域10，小量的传递 的半融化空气沸腾，因为它在区域10中经历较高的温度，从而产生高 压源，在室不再由壳体壁覆盖的喷射冲程结束时，该高压源驱动半融化 空气的剂量到低温发动机的室中(图3)。
参见图4到7，喷射装置的第二实施例包括可在圆柱形壳体22中以 一定间隙往复运动的柱塞20，具有进口阀24以控制从半融化空气源的 低压半融化空气的引入、和出口阀26以控制高压半融化空气从壳体22 向低温发动机的工作室的流动。阀26具有阀杆30，阀杆30通过柱塞 20中的通道。
在喷射冲程开始时(图4)，进口阀24打开且出口阀26关闭，低 压半融化空气进入壳体中处于低温的第一区域32。进口阀24然后关闭 且柱塞20开始喷射冲程，在壳体22中向上朝低温区域32移动(图5)。 在柱塞20的喷射冲程期间，半融化空气通过从低温区域32向处于周围 温度的第二区域34移动而传递。在喷射冲程结束时(图6)，大致所有 半融化空气已经传递，且由于区域34中的较高温度，小体积的氮沸腾。 得到的高压打开出口阀26，且使得半融化空气在高压下喷射到低温发动 机的工作室。
在每个实施例中，半融化空气通过装置的流动将以需要的低温保持 在第一(低温)区域。第二(较高温度)区域通过从低温发动机的汽缸 或外壳吸热，或与热交换液体接触吸热而保持在需要的较高温度。该装 置通过低温发动机驱动(例如，从其凸轮轴)，或可从分开的电动马达 驱动。进入该装置的半融化空气的数量可以控制(例如，通过阀，或通 过控制与低温发动机有关的泵速)。
图8和9所示的喷射装置具有大体圆柱形壳体36，壳体36内延伸 12个热交换管38阵列，诸如乙二醇的热交换液体40通过热交换管38。 在壳体的进口区域处，进口阀42控制半融化空气44的引入，半融化空 气44通过供应管46供应给喷射装置，供应给46与保持半融化空气供 应在大约负220℃的绝热增压存储箱47连通。为了清楚起见，示意性 地且以减小比例显示该箱。在壳体的出口区域，此时出口阀48控制半 融化空气在压力下输送给两冲程低温发动机的汽缸50，具有可在汽缸 50中往复运动的活塞52。
进口阀42通过可移动阀构件形成，可移动阀构件具有伸长的杆54， 杆54在其下端终止于与在圆柱形导向器60的下端上的阀座58配合的 阀头56。阀构件杆54在导向器60中滑动，且通过周向密封件62相对 于导向器60的内表面密封。供应管46刚好在阀座上与导向器60下端 连通。
类似地，出口阀48具有可移动阀构件，可移动阀构件具有伸长的 杆64，杆64在其下端终止于与在圆柱形导向器70的下端上的阀座68 配合的阀头66。阀构件杆64在导向器70中滑动，且通过周向密封件 72相对于导向器70的内表面密封。
刚好在阀座68上，出口管74与导向器70的下端连通，通入汽缸 50的上端中。汽缸50的上端具有两个阀，即用于将热交换液体40引入 汽缸50的阀76和用于通过排出管80排出热交换液体和驱动流体的阀 78。低温发动机是两冲程发动机且以WO 01/63099中公开的方式起作 用。图8和9的喷射装置和低温发动机以下述方式操作。
从活塞52在上止点处开始(如图8所示)，进口阀42关闭，出口 阀48打开，且两个阀76和78关闭。驱动流体(即，半融化空气)的 装料从壳体36强制通过打开的出口阀48且进入汽缸50，其中驱动流体 膨胀(同时从汽缸50中的热交换液体吸热)，使得活塞52经历动力冲 程以驱动曲柄轴发动机。接近动力冲程结束，随着活塞52趋近下止点， 排出阀78打开且出口阀48保持打开，直到活塞52刚好在下止点上， 以减少出口阀关闭时壳体中的压力。在活塞52的返回冲程期间，出口 阀48关闭，其后进口阀42尽可能快地打开。这使得驱动流体的装料引 入壳体36中环绕管的空间。通过管38的热交换流体40将热能传递给 驱动流体，使得小量的驱动流体沸腾，从而增加壳体中的压力，因此当 出口阀48在下一动力冲程开始时打开时，驱动流体在压力下喷射到汽 缸。在活塞52的返回冲程期间，阀76打开以将热交换液体引向汽缸50。
上述阀定时需要进口阀42和出口阀48以与低温发动机相同的速度 经历操作循环。这对进口阀42提出相当大的要求，且为了满足此问题， 喷射装置可以复制(或重复任何次)。例如，一对喷射装置，每个如图 8和9所示，可并排布置以供应单个低温发动机，于是该两个装置的每 个以在发动机通过单个装置供应时需要的速度的一半操作。
供应给壳体36的热交换液体是与通过进口阀76供应给汽缸50相 同的液体。供应给壳体36的液体优选为通过分支连接件从供应给汽缸 的主热交换液体取出，从壳体36流出的液体在已经从汽缸50排出之后 供应回到热交换液体的返回。进口和出口阀导向器60和70以及杆54 和64是伸长的，从而密封件52、72可以远离这些阀的下端处的低温区 域定位。
在图10和11的喷射装置中，对应于图8和9的部件相同的部件具 有相同的附图标记。图10和11的不同之处在于：供应管46继续通过 导向器60的方式；在导向器60下端上，管46和导向器60之间的连接 部分的增加的间隔；和进口阀构件形成为向其关闭位置偏压的弹簧加载 止回阀构件84，其中止回阀构件84与导向器60的下端接合。进口阀 42通过杆54的向下移动打开，这不仅在导向器60的下部长度中捕获一 定体积的驱动流体，而且也促使止回阀构件84打开，从而将该体积的 驱动流体压入壳体36中。
供应管46继续超出导向器60，将半融化空气在优选地位于存储箱 中的小的再循环泵的影响下引回存储箱。该低速循环减少了在半融化空 气中形成气泡的趋势。
在进入壳体36之后，半融化空气从热交换器接收热，从而小部分 沸腾，将半融化空气以关于图8和9所述的方式驱动通过出口阀48且 到汽缸50中。