本發明屬于內燃發動機技術領域，具體涉及一種閉式循環發動機冷卻系統及其工作方法。
背景技術：
內燃機作為一種機械動力源，在國民生產和建設中起著重要的作用，因動力性好、功率大和壽命長等優點，一直以來都是研究的熱點。
但內燃機尾氣排放量較高的缺點成為了限制其發展的主要問題。尤其在某些封閉環境下，如隧道、礦井、坑道和潛艇等，內燃機的排放物會對工作人員造成很大的傷害。為了解決這種問題科研工作者提出了一種不同于常規內油機的燃燒方式，被稱為閉式循環。閉式循環是指進氣由“人造大氣”組成，排出的尾氣利用特殊裝置進行吸收，整個動力裝置完全封閉,無排氣污染,工作不受外界環境影響,可工作于特殊環境。發展閉式循環柴油機能夠滿足某些特殊環境下使用柴油機的要求，成為在特殊環境下使用柴油機的一種選擇，是當今世界先進柴油機技術研發的重要方向。
近年來，一種被稱為液氧固碳的循環方式引起了廣泛關注，其循環系統用液態O2汽化吸熱來固化柴油機尾氣中的一部分CO2成干冰，經冷卻但未固化的CO2與汽化的O2組成混合進氣，使燃油在O2/CO2協同作用下進行燃燒。
但是通過對該液氧固碳的循環模式進行研究，發現其需要進一步改進和優化，以提高CO2的固化率。
技術實現要素：
本發明的目的是為了優化現有的液氧固碳的閉式循環發動的尾氣冷卻固化問題，設計了一種依托于三元催化器、冷凝器和液氧固碳裝置等的閉式循環發動機冷卻系統。
本發明通過如下技術方案來實現：
一種閉式循環發動機冷卻系統，主要包括內燃機、三元催化器、冷凝器、液氧罐、閥一、閥二、閥三、液氧固碳裝置；其中，
內燃機上連接有進氣管和排氣管；三元催化器、冷凝器沿內燃機的排氣方向依次連接在排氣管上；液氧固碳裝置經閥一與冷凝器相連；液氧罐經閥二與液氧固碳裝置相連；閥三連接在液氧固碳裝置的排氣口。
作為優選，還包括連接在三元催化器與冷凝器之間的消音器。
作為優選，冷凝器前后還分別設置了溫度傳感器一和溫度傳感器二。
本發明還提供了前述一種閉式循環發動機冷卻系統的工作方法：
內燃機開始內循環工作之前，關閉液氧固碳裝置上的閥一和閥二，打開閥三；內燃機采用純氧和二氧化碳混合進氣；內燃機的尾氣從排氣管出來進入三元催化器，尾氣中的CO、HC將被氧化為CO2和H2O；催化氧化后的尾氣進入冷凝器，隨后打開閥一使尾氣進入到尾氣捕集裝置中；讓尾氣持續通入一段時間，將捕集裝置中的空氣掃除后，關閉閥三進行尾氣捕集；當尾氣充滿捕集裝置后，關閉閥一并打開閥二，使得液氧流入到捕集裝置中與CO2氣體進行相變換熱反應；此時打開閥一和閥三，未被固化的CO2氣體將會隨著氣化的液氧進入到內燃機中參與燃燒；上述過程便實現了內燃機的全封閉系統的一個完整內循環。
本發明中采用三元催化器將尾氣中的HC和CO氧化為H2O和CO2，使得尾氣成為較為純凈的CO2氣體(含有少量水蒸氣)，便于后續對CO2的固化收集。同時消音器降低了發動機的排氣噪聲，減少了由于噪聲引起實驗人員不適的問題。
附圖說明
圖1是本發明的閉式循環發動機冷卻系統的總體方案流程圖。
圖中：1-進氣管，2-排氣管，3-三元催化器，4-消音器，5-冷凝器，6-液氧罐，7-閥一，8-閥二，9-閥三，10-內燃機，11-溫度傳感器一，12-溫度傳感器二，13-液氧固碳裝置。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述：
如圖1所示，本發明的一種閉式循環發動機冷卻系統，主要包括內燃機10、三元催化器3、冷凝器5、液氧罐6、閥一7、閥二8、閥三9、液氧固碳裝置13。
本發明的內燃機10采用純氧和二氧化碳進氣，杜絕了空氣中的氮氣，因此便消除了尾氣中氮氧化物對尾氣排放的影響，此時尾氣中存在的氣體有CO、HC、CO2及少量的水蒸氣。
內燃機10上連接有進氣管1和排氣管2。三元催化器3、冷凝器5沿內燃機10的排氣方向依次連接在排氣管2上。液氧固碳裝置13經閥一7與冷凝器5相連。液氧罐6經閥二8與液氧固碳裝置13相連。閥三9連接在液氧固碳裝置13的排氣口。
本發明在排氣管2上設置了三元催化器3，能夠將尾氣中的CO、HC分別催化氧化為CO2和H2O，這便使得尾氣成為比較純凈的CO2氣體。
本發明的一種閉式循環發動機冷卻系統還包括連接在三元催化器3與冷凝器5之間的消音器4。消音器4降低了尾氣的氣流噪聲，并使高溫廢氣能安全有效地排出。
本發明的冷凝器5前后還分別設置了溫度傳感器一11和溫度傳感器二12。溫度傳感器一11和溫度傳感器二12測量尾氣經過冷凝器5前后的溫度，得到溫度差從而測試冷凝器5的性能，并可以通過多次試驗得到進行尾氣(二氧化碳)固化的最佳溫度。
本發明的一種閉式循環發動機冷卻系統的工作方法描述如下：
根據圖1，首先內燃機10開始內循環工作之前，液氧固碳裝置13上的閥一7和閥二8是關閉的，閥三9是打開的。內燃機10采用純氧和二氧化碳混合進氣。內燃機10的尾氣從排氣管2出來進入三元催化器3，尾氣中的CO、HC將被氧化為CO2和H2O。催化氧化后的尾氣進入冷凝器5，隨后打開閥一7使尾氣進入到尾氣捕集裝置13中。讓尾氣持續通入一段時間，將捕集裝置13中的空氣掃除后，關閉閥三9進行尾氣捕集。當尾氣充滿捕集裝置13后，關閉閥一7并打開閥二8使得液氧流入到捕集裝置13中與CO2氣體進行相變換熱反應，CO2氣體將放熱固化為干冰，液氧將會大量吸熱并氣化為氧氣。此時打開閥一7和閥三9，未被固化的CO2氣體將會隨著氣化的液氧進入到內燃機10中參與燃燒。此時便實現了內燃機的全封閉系統的一個完整內循環。
對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
本發明不限于以上對實施例的描述，本領域技術人員根據本發明揭示的內容，在本發明基礎上不必經過創造性勞動所進行的改進和修改，比如冷凝器的選擇設置等，都應該在本發明的保護范圍之內。