專利名稱：熱氣缸非共軛熱氣機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱能與動力領域，尤其是一種熱氣缸非共軛熱氣機。
背景技術：
目前熱氣機即斯特林發(fā)動機，一般包含有熱缸和冷缸，以及兩缸之間的工質通道，氣體工質循環(huán)地在熱缸中被加熱和在冷缸中被降溫，推動兩缸中的活塞對外做功。現有技術中的冷缸起到的作用是冷卻工質和向熱缸回送工質，造成目前斯特林發(fā)動機結構復雜，造價高。因此需要發(fā)明一種結構簡單的熱氣機。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出的技術方案如下:
方案1.一種熱氣缸非共軛熱氣機，包括氣缸活塞機構、工質通道、回熱器和冷卻器，所述氣缸活塞機構的氣缸通過所述工質通道與所述冷卻器連通，所述回熱器設在所述氣缸活塞機構的氣缸與所述冷卻器之間的所述工質通道內，在所述氣缸活塞機構的氣缸內和/或在所述氣缸活塞機構的氣缸和所述回熱器之間的所述工質通道內設內燃燃燒室；在所述工質通道上和/或在所述冷卻器上和/或在所述氣缸活塞機構的氣缸上設工質導出口。方案2.在方案I的基礎上進一步在所述氣缸活塞機構的氣缸上設燃料入口和氧化劑入口 ；所述工質通道一端與所述氣缸活塞機構的氣缸連通，另一端為密封設置；所述回熱器設在所述工質通道上靠近所述氣缸活塞機構處，所述冷卻器設在所述工質通道的密封端上。方案3.在方案I或方案2的基礎上，所述熱氣缸非共軛熱氣機還進一步包括有渦輪動力機構，所述渦輪動力機構的工質入口與所述工質導出口連通。方案4.在方案I或方案2的基礎上，所述熱氣缸非共軛熱氣機還進一步還包括有冷凝器，所述冷凝器的被冷卻流體入口與所述工質導出口連通。方案5.在方案I或方案2的基礎上，進一步將所述工質導出口設在所述冷卻器和所述回熱器之間所述工質通道上。方案6.在方案I或方案2的基礎上，進一步將在所述工質導出口處設控制閥。方案7.在3的基礎上，所述熱氣缸非共軛熱氣機進一步還包括葉輪壓氣機，所述渦輪動力機構的工質出口經附屬冷卻器與所述葉輪壓氣機的工質入口連通，所述葉輪壓氣機的工質出口與工質閉合回路連通；在所述渦輪動力機構的工質出口與所述葉輪壓氣機的工質入口之間的通道上設附屬工質導出口。方案8.在方案I的基礎上進一步將所述內燃燃燒室排出的物質的質量流量設為大于從工質閉合回路外導入所述內燃燃燒室的物質的質量流量。方案9.在方案I的基礎上，所述熱氣缸非共軛熱氣機進一步還包括氧化劑傳感器、氧化劑控制裝置和氧化劑源，所述氧化劑傳感器設在工質閉合回路內，所述氧化劑傳感器對所述氧化劑控制裝置提供信號，所述氧化劑源經氧化劑控制閥與所述工質閉合回路連通，所述氧化劑控制裝置控制所述氧化劑控制閥。方案10.在方案I或方案2的基礎上，所述熱氣缸非共軛熱氣機進一步還包括四類門氣缸活塞機構，所述四類門氣缸活塞機構的供氣口與所述氣缸活塞機構的氣缸連通，所述四類門氣缸活塞機構的回充口與所述工質導出口連通。方案11.在方案I或方案2的基礎上，進一步在所述氣缸活塞機構的活塞頂部和/或缸蓋的內壁設置蓄熱結構。方案12.—種熱氣缸非共軛熱氣機,包括氣缸活塞機構、工質通道、回熱器和冷卻器，所述氣缸活塞機構的氣缸通過所述工質通道與所述冷卻器連通，所述回熱器設在所述氣缸活塞機構的氣缸與所述冷卻器之間的所述工質通道內，在所述氣缸活塞機構的氣缸上和/或在所述氣缸活塞機構的氣缸和所述回熱器之間的所述工質通道上設工質加熱器。方案13.在方案I或方案12的基礎上進一步將所述氣缸活塞機構設為活塞液體機構，所述活塞液體機構包括氣液缸和氣液隔離結構，所述氣液隔離結構設在所述氣液缸內。方案14.在方案13的基礎上，進一步將所述氣液缸內的氣體工質對所述氣液隔離結構的壓力設為大于所述氣液缸內的液體和所述氣液隔離結構做往復運動時的慣性力之和。方案15.在方案12的基礎上,將所述工質通道的遠離與所述氣缸活塞機構的氣缸連通的一端的另一端為密封設置；所述回熱器設在所述工質通道上靠近所述氣缸活塞機構處，所述冷卻器設在所述工質通道的密封端上。方案16.在方案2或方案15的基礎上,所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括低溫冷源，所述低溫冷源用于提供低溫物質，所述低溫物質用于冷卻所述工質通道的密封端中或即將進入所述工質通道的密封端的工質。方案17.—種熱氣缸非共軛熱氣機,包括一個作為熱缸的氣缸活塞機構和一個冷卻器，所述熱缸和所述冷卻器之間的工質通道上設回熱器，所述熱缸內和/或在所述熱缸和所述回熱器之間的所述工質通道內設內燃燃燒室，所述熱缸受正時機構控制依次完成吸氣沖程、壓縮沖程、燃燒做功沖程、至少一個熱氣機熱力循環(huán)、排氣沖程，并以此循環(huán)；所述熱氣機熱力循環(huán)是由所述熱缸、所述冷卻器和所述回熱器一起完成。方案18.在方案17所述熱氣缸非共軛熱氣機,進一步將所述內燃燃燒室與氧源和燃料源連通。方案19.在方案18的基礎上將所述氧源為純氧或含氧氣體源。方案20.在方案17的基礎上在所述熱缸上、在所述冷卻器上、在所述工質通道上中的至少一處設工質導出口。方案21.在方案20的基礎上將所述工質導出口與渦輪動力機構的氣體入口連通。方案22.在方案17的基礎上在所述熱缸內部活塞的頭部和/或缸蓋的內壁設有蓄熱結構。方案23.在方案17的基礎上將所述工質通道的承壓能力設為大于0.5MPa。本發(fā)明的原理是:在設有所述內燃燃燒室的結構中，在所述氣缸活塞機構的活塞由上止點向下止點開始移動時，所述冷卻器內的工質向所述氣缸活塞機構的氣缸內流動，在流經所述回熱器時，工質被所述回熱器加熱升溫，在經過所述內燃燃燒室時，進一步被加熱升溫并推動所述活塞由上止點向下止點移動做功，當所述氣缸活塞機構的活塞越過下止點向上止點方向移動時，將高溫工質壓入所述回熱器，工質在所述回熱器內降溫后進入所述冷卻器并在所述冷卻器內降溫冷卻，進入下一循環(huán)，如此周而復始，所述控制閥在適當的時候打開放出多余的工質；在設有所述工質加熱器的結構中，在所述氣缸活塞機構的活塞由上止點向下止點開始移動時，所述冷卻器內的工質向所述氣缸活塞機構的氣缸內流動，在流經所述回熱器時，工質被所述回熱器加熱升溫，在經過所述工質加熱器時，進一步被加熱升溫并推動所述活塞由上止點向下止點移動做功，當所述氣缸活塞機構的活塞越過下止點向上止點方向移動時，將高溫工質壓入所述回熱器，工質在所述回熱器內降溫后進入所述冷卻器并在所述冷卻器內降溫冷卻，進入下一循環(huán)，如此周而復始。由于采用所述內燃燃燒室對工質加熱時會產生較多的工質，過量的工質可部分經由所述工質導出口排出；導出的工質可驅動所述渦輪動力機構做功，或經所述冷凝器后導出，減少污染。本發(fā)明中，所述氣缸包括氣缸套、氣缸蓋以及由氣缸套和氣缸蓋所形成的容積空間，所述氣缸上的連通口可設置在氣缸蓋上，也可設置在氣缸套上。本發(fā)明中，所述內燃燃燒室是指氧化劑和還原劑發(fā)生燃燒化學反應后所形成的高溫產物直接作為循環(huán)工質或與事先存在的其它氣體混合后作為循環(huán)工質的燃燒室。本發(fā)明中，所謂的“工質閉合回路”是指由所述氣缸活塞機構、所述工質通道和所述冷卻器連通構成的工質可循環(huán)流動的空間。本發(fā)明中，所謂的“冷卻器”是指一切可以對氣體進行降溫的裝置，可以是散熱器，也可以是以降溫為目的的熱交換器，還可以是混合式冷卻器；所謂混合式冷卻器，是指將溫度較低的膨脹劑與高溫高壓氣體混合使高溫高壓氣體降溫的裝置。本發(fā)明中，所謂的“燃料入口 ”是指一切能夠將燃料導入所述工質閉合回路的開口或裝置，如燃料噴射器、燃料導入閥等。本發(fā)明中，所謂的“渦輪動力機構”是指一切利用氣體流動膨脹對外做功的機構，例如動力透平、動力渦輪等。本發(fā)明中，在設有所述內燃燃燒室的結構中，通過調整所述工質閉合回路的工作壓力(例如可以通過調整所述工質導出口的開啟壓力或者開關時間來實現)以及所述氣缸活塞機構的排量，以控制所述氣缸活塞機構的質量排量，使所述內燃燃燒室排出的物質的質量流量M2大于從所述工質閉合回路外導入所述內燃燃燒室的物質的質量流量M1，也就是說除了從所述工質閉合回路外導入所述內燃燃燒室的物質外，還有一部分物質是從所述工質閉合回路中導入所述內燃燃燒室的，由于所述內燃燃燒室是設置在所述工質閉合回路內的，所以也就是說從所述內燃燃燒室排出的物質至少有一部分流回所述內燃燃燒室，即實現了工質在所述氣缸活塞機構和所述冷卻器之間有往復流動。從所述工質閉合回路外向所述內燃燃燒室導入的物質可以是氧化劑、還原劑、壓縮氣體或高溫燃氣等。本發(fā)明中，所述氧化劑傳感器是指對所述工質閉合回路中的氧化劑的含量進行檢測的裝置。所述氧化劑傳感器對所述氧化劑控制裝置提供信號，所述氧化劑控制裝置根據所述氧化劑傳感器提供的信號以及預先設定的所述工質閉合回路中靜態(tài)或動態(tài)的氧化劑含量設定值對所述氧化劑控制閥進行控制以增加或減少向所述工質閉合回路中供給氧化劑的量，達到調控所述工質閉合回路中氧化劑的含量的目的。所述氧化劑含量設定值可以是一個數值，也可以是一個數值區(qū)間，例如:所述工質閉合回路中的氧化劑含量設定值可以為5%、10%或10°/Γ12%等。所述氧化劑傳感器可以設在遠離所述內燃燃燒室的所述工質閉合回路上，可保證整個所述工質閉合回路是在富氧(氧含量大于零)狀態(tài)下工作，使所述內燃燃燒室內發(fā)生穩(wěn)定的燃燒化學反應，同時還可以防止積碳的發(fā)生。本發(fā)明中，所述四類門氣缸活塞機構是指氣缸上設有進氣口、排氣口、供氣口和回充口，在所述進氣口、所述排氣口、所述供氣口和所述回充口處依次對應設置進氣門、排氣門、供氣門和回充門的氣缸活塞機構。本發(fā)明中，所述低溫冷源是指能提供溫度在0°C以下的低溫物質的裝置、機構或儲罐，例如采用商業(yè)購買方式獲得的儲存有低溫物質的儲罐，所述低溫物質可以是液氮、液氧、液氦或液化空氣等。在設置所述內燃燃燒室的結構中，當氧化劑為液氧時，液氧可直接作為所述低溫物質。本發(fā)明中，在設置所述內燃燃燒室的結構中，所述低溫冷源以直接與所述工質閉合回路連通使所述低溫物質與所述工質閉合回路內的工質混合的方式，或者以經換熱裝置使所述低溫物質與所述工質閉合回路內的工質換熱的方式，對所述工質通道的密封端中或即將進入所述工質通道的密封端中的工質進行冷卻處理；在設置所述工質加熱器的結構中，所述低溫冷源以經換熱裝置使所述低溫物質與所述工質閉合回路內的工質換熱的方式對所述工質通道的密封端中或即將進入所述工質通道的密封端中的工質進行冷卻處理。熱氣機是一種工作循環(huán)接近卡諾循環(huán)的動力機構，其熱效率的計算可以參考卡諾循環(huán)熱效率
計算公式從中可知，當冷源溫度τ下降時，熱效率g升高，而且向冷源排放的
熱量減少，如果冷源溫度"' 下降幅度很大，即冷源溫度很低，則熱效率^很高，向冷源排放的熱量很小。由此推斷，可用溫度相當低的低溫物質使冷源溫度K大幅下降，從而大幅減少向冷源排放的熱量，有效提高發(fā)動`機效率。溫度越低的低溫物質(例如液氧、液氮或液氦等)，在制造過程中需要消耗越多的能量，但是就單位質量而言，對發(fā)動機熱效率7提升的貢獻越大，就好比將能量存儲在溫度很低的物質中，相當于一種新型電池的概念，所述低溫物質可以使用垃圾電等成本很低的能源來制造，從而有效降低發(fā)動機的使用成本。本發(fā)明中，在設置所述內燃燃燒室的結構中，所述低溫冷源中的低溫物質發(fā)揮冷卻作用后，既可導入所述工質閉合回路中，作為本發(fā)明的所述熱氣缸非共軛熱氣機的循環(huán)工質，也可不導入所述工質閉合回路中。本發(fā)明中，所謂的兩個裝置連通是指流體可以在兩個裝置之間單向或者雙向流通。所謂的連通是指直接連通或經控制機構、控制單元或其他控制部件間接連通。本發(fā)明中，所述液氧包括商業(yè)液氧或現場制備的液氧。本發(fā)明中，所述氣液缸是指可以容納氣體工質和/或液體，并能承受一定壓力的容器，所述氣液缸被所述氣液隔離結構分隔成氣體端和液體端，在所述氣液缸的氣體端上設氣體工質流通口，所述氣體工質流通口用于與所述工質閉合回路中的其他裝置或機構連通；在所述氣液缸的液體端上設液體流通口，所述液體流通口用于與液壓動力機構和/或液體工質回送系統(tǒng)連通。本發(fā)明中，所述氣液隔離結構是指可以在所述氣液缸中做往復運動的結構體，如隔離板、隔離膜、活塞等，其作用是隔離所述氣液缸中的氣體工質和液體，優(yōu)選地，所述氣液隔離結構和所述氣液缸密封滑動配合。在所述活塞液體機構工作過程中，根據所述氣液隔離結構處于所述氣液缸內的不同位置，所述氣液缸內可能全部是氣體工質，也可能全部是液體，或者氣體工質和液體同時存在。本發(fā)明中，所述氣液缸內的液體和所述氣液隔離結構與傳統(tǒng)的活塞連桿機構不同，傳統(tǒng)的活塞連桿機構中的活塞可受連桿的推力或拉力停下，從而實現對活塞行程的限制，而在所述氣液缸中，當所述氣液缸內的氣體工質做正功時，所述氣液隔離結構受壓力向下止點方向移動，將液體以高壓形式排出所述氣液缸并推動液壓動力機構(例如液體馬達)對外做功，當液體即將排盡時，改變液體馬達工作模式或啟動液體工質回送系統(tǒng)，使所述氣液缸內的液體不再減少，此時液體會對所述氣液缸內的所述氣液隔離結構施加制動力，使其停止，以防止其撞擊氣液缸的液體端底部的壁；當不斷向所述氣液缸內輸入液體時，所述氣液隔離結構會不斷向上止點方向移動，當到達上止點附近時，停止向所述氣液缸內輸入液體或者使所述氣液缸內的液體減少(流出)，盡管如此，所述氣液缸內的液體和所述氣液隔離結構仍然會由于慣性向上止點方向運動，此時，如果所述氣液缸內的氣體工質的壓力不夠高，則會導致所述氣液隔離結構繼續(xù)向上運動而撞擊氣液缸頂部的壁，為了避免這種撞擊，需要使氣液缸內氣體工質的壓力足夠高，使其對所述氣液隔離結構的壓力大于所述氣液缸內的液體和所述氣液隔離結構做往復運動時的慣性力之和。本發(fā)明中，在所述熱氣缸非共軛熱氣機的工作過程中所述氣液缸內的液體和所述氣液隔離結構做往復運動時的慣性力之和是變化的，因此在工程設計中應保證在任何工作時刻都滿足“所述氣液缸內的氣體工質對所述氣液隔離結構的壓力大于所述氣液缸內的液體和所述氣液隔離結構做往復運動時的慣性力之和”的條件，例如通過調整所述工質閉合回路中的工作壓力、調整氣液隔離結構的質量、調整液體密度或調整液體深度等方式來實現，其中，所述液體深度是指液體在做往復運動方向上的液體的深度。所謂的“調整所述工質閉合回路中的工作壓力”是通過調整流入和/或流出所述工質閉合回路的氣體工質的體積流量來實現的，例如可以通過調整所述工質導出口的開關間隔、每次開啟的時間和/或所述工質導出口處控制閥的開口大小來實現。本發(fā)明中，所述工質通道的承壓能力設為大于0.5MPa、IMPa, 1.5MPa、2MPa、
2.5MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、8MPa、10MPa、12MPa、15MPa 或大于 20MPa。所述工質通道的工作壓力與其承壓能力相匹配，即所述工質通道的最高工作壓力達到其承壓能力。根據熱能與動力領域的公知技術，在必要的地方設置必要的部件、單元或系統(tǒng)等。本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明所公開的所述熱氣缸非共軛熱氣機，采用單缸結構，能實現現有技術中熱氣機的做功過程，使用與氣缸活塞機構連通的盲管結構，產生的高溫高壓工質將在盲管另一端得到降溫處理，而活塞向下止點移動時，降溫后的工質將部分將返回至氣缸活塞機構的氣缸中。本發(fā)明結構簡單，生產成本低。


圖1所示的是本發(fā)明實施例1的結構示意 圖2所示的是本發(fā)明實施例2的結構示意 圖3所示的是本發(fā)明實施例3的結構示意 圖4所示的是本發(fā)明實施例4的結構示意 圖5所示的是本發(fā)明實施例5的結構示意 圖6所示的是本發(fā)明實施例6的結構示意 圖7所示的是本發(fā)明實施例7的結構示意 圖8所示的是本發(fā)明實施例8的結構示意 圖9所示的是本發(fā)明實施例9的結構示意 圖10所示的是本發(fā)明實施例10的結構示意 圖11所示的是本發(fā)明實施例11的結構示意 圖12所示的是本發(fā)明實施例12的結構示意 圖13所示的是本發(fā)明實施例13的結構示意 圖14所示的是本發(fā)明實施例14的結構示意 圖中:
I氣缸活塞機構、2工質通道、3回熱器、4冷卻器、5工質加熱器、6控制閥、11氧化劑入口、12燃料入口、13附屬冷卻器、14蓄熱結構、21工質導出口、22渦輪動力機構、23冷凝器、24葉輪壓氣機、25附屬工質導出口、7氧化劑傳感器、71氧化劑控制裝置、72氧化劑源、73氧化劑控制閥、8四類門氣缸活塞機構、81進氣口、82排氣口、83供氣口、84回充口、9低溫冷源、10活塞液體機構、101液壓動力機構、102液體工質回送系統(tǒng)、103過程控制機構、15熱缸、16氧源、17燃料源。
具體實施例方式實施例1
如圖1所不的熱氣缸非共軛熱氣機，包括有氣缸活塞機構1、工質通道2和回熱器3和冷卻器4，所述氣缸活塞機構I的氣缸通過所述工質通道2與所述冷卻器4連通，具體的，所述工質通道2—端與所述氣缸活塞機構I的氣缸連通，另一端為密封設置，所述冷卻器4設置在所述工質通道2的密封端上；所述回熱器3設在所述氣缸活塞機構I的氣缸與所述冷卻器4之間的所述工質通道2內，并具體設在靠近所述氣缸活塞機構I處，即所述回熱器3距所述氣缸活塞機構I的距離比距所述冷卻器4的距離近，所述氣缸活塞機構I的氣缸內設內燃燃燒室，所述氣缸活塞機構I上設燃料入口 12和氧化劑入口 11 ;所述工質通道2上設工質導出口 21，在所述工質導出口 21處設控制閥6，所述工質導出口 21設在所述冷卻器4和所述回熱器3之間。本實施例中的，將所述工質通道2的一端密封并將所述冷卻器4設置在所述密封端上的結構中，所述工質通道2的密封端相當于所述冷卻器4的被冷卻流體通道，作為可以變換的實施方式，所述工質通道2的可以不設密封端，而所述冷卻器4的內部設被冷卻流體通道，所述工質通道2遠離與所述氣缸活塞機構的氣缸連通的一端的另一端直接與所述冷卻器4內部的被冷卻流體通道連通。作為可以變換的實施方式，所述內燃燃燒室還可以設置在所述氣缸活塞機構I的氣缸和所述回熱器3之間的所述工質通道2內代替設置在所述氣缸活塞機構I的氣缸內，還可以在所述氣缸活塞機構I的氣缸和所述回熱器3之間的所述工質通道2內與所述氣缸活塞機構I的氣缸內同時設置。本實施例中，所述工質導出口 21的設置位置，使做功后的工質經過并將熱量留給所述回熱器3后排出，排出的工質未經所述冷卻器4冷卻，可以提高系統(tǒng)的效率；作為可以變換的實施方式，所述工質導出口 21還可以設置在所述工質通道2上的其他位置，所述工質導出口 21還可以設在所述冷卻器4上或者所述氣缸活塞機構I的氣缸上代替設置在所述工質通道2上，還可以在上述三處任擇兩處同時設置，或在上述三處同時設置。作為可以變換的實施方式，所述控制閥6可以不設。本實施例中，所述回熱器3設置位置可以使從所述氣缸活塞機構I的氣缸內排出的工質盡快進入并將熱量傳遞給所述回熱器3，減少工質在進入所述回熱器3之前的熱損失，提高系統(tǒng)的效率，當然，所述回熱器3還可以設置在所述氣缸活塞機構I的氣缸與所述冷卻器4之間的所述工質通道內2內的其他位置。在本實施例中，根據內燃燃燒室位置的不同，需要在對應的位置設置點火裝置，所述燃料入口 12、所述氧化劑入口 11可以設置在工質閉合回路的其他位置。實施例2
如圖2所示的熱氣缸非共軛熱氣機，其與實施例1的區(qū)別在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括有渦輪動力機構22，所述渦輪動力機構22的入口與所述工質導出口 21連通。本發(fā)明中所有設置所述工質導出口 21且該工質導出口 21沒有連通其他裝置的實施方式中，都可以參照本實施例設置所述渦輪動力機構22。實施例3
如圖3所示的熱氣缸非共軛熱氣機，其與實施例1的區(qū)別在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括有冷凝器23，所述冷凝器23的入口與所述工質導出口 21連通。本發(fā)明中所有設置所述工質導出口 21且該工質導出口 21沒有連通其他裝置的實施方式中，都可以參照本實施例設置所述冷凝器23。實施例4
如圖4所不的熱氣缸非共軛熱氣機,包括氣缸活塞機構1、工質通道2、回熱器3和冷卻器4，所述氣缸活塞機構I的氣缸通過所述工質通道2與所述冷卻器4連通，具體的，所述工質通道2—端與所述氣缸活塞機構I的氣缸連通，另一端為密封設置，所述冷卻器4設置在所述工質通道2的密封端上；所述回熱器3設在所述氣缸活塞機構I的氣缸與所述冷卻器4之間的所述工質通道2內，并具體設在靠近所述氣缸活塞機構I處，即所述回熱器3距所述氣缸活塞機構I的距離比距所述冷卻器4的距離近，所述氣缸活塞機構I的氣缸上設工質加熱器5。由于本實施例米用所述工質加熱器5在所述氣缸活塞機構I的外部對工質進行加熱。本實施例中的，將所述工質通道2的一端密封并將所述冷卻器4設置在所述密封端上的結構中，所述工質通道2的密封端相當于所述冷卻器4的被冷卻流體通道，作為可以變換的實施方式，所述工質通道2的可以不設密封端，而所述冷卻器4的內部設被冷卻流體通道，所述工質通道2遠離與所述氣缸活塞機構的氣缸連通的一端的另一端直接與所述冷卻器4內部的被冷卻流體通道連通。作為可以變換的實施方式，所述工質加熱器5可以設置在所述氣缸活塞機構的氣缸和所述回熱器之間的所述工質通道上代替設置在所述氣缸活塞機構I的氣缸上。本實施例中，所述回熱器3設置位置可以使從所述氣缸活塞機構I的氣缸內排出的工質盡快進入并將熱量傳遞給所述回熱器3，減少工質在進入所述回熱器3之前的熱損失，提高系統(tǒng)的效率，當然，所述回熱器3還可以設置在所述氣缸活塞機構I的氣缸與所述冷卻器4之間的所述工質通道內2內的其他位置。實施例5
如圖5所不的熱氣缸非共軛熱氣機,其與實施例4的區(qū)別在于:在所述氣缸活塞機構的氣缸和所述回熱器之間的所述工質通道上加設工質加熱器5，使所述工質加熱器5同時設置在所述氣缸活塞機構I的氣缸和所述回熱器3之間的所述工質通道2上和所述氣缸活塞機構I的氣缸上。實施例6
如圖6所不的熱氣缸非共軛熱氣機,其與實施例2的區(qū)別在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括葉輪壓氣機24，所述渦輪動力機構22的工質出口經附屬冷卻器13與所述葉輪壓氣機24的工質入口連通，所述葉輪壓氣機24的工質出口與所述工質通道2連通；所述渦輪動力機構22的工質出口與所述葉輪壓氣機24的工質入口之間的通道上設附屬工質導出口25。圖中所示的所述附屬工質導出口 25設在所述附屬冷卻器13與所述葉輪壓氣機24之間的通道上；可選擇地，還可以將所述附屬工質導出口 25設在所述渦輪動力機構22的工質出口與所述附屬冷卻器13之間的通道上。所述葉輪壓氣機24的工質出口和所述工質閉合回路連通的連通口與所述工質導出口 21設在所述工質閉合回路上的不同位置。作為可以變換的實施方式，所述葉輪壓氣機24的工質出口和所述工質閉合回路的連通口還可以設置在所述工質閉合回路上的其他位置上?？蛇x擇地，所述渦輪動力機構22可以對所述葉輪壓氣機24輸出動力，如所述渦輪動力機構22與所述葉輪壓氣機24為同軸設置。本發(fā)明中設有所述渦輪動力機構22的實施方式中，都可以參照本實施例設置所述葉輪壓氣機24等結構。實施例7
如圖7所示的熱氣缸非共軛熱氣機，其與實施例1的區(qū)別在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括氧化劑傳感器7、氧化劑控制裝置71和氧化劑源72，所述氧化劑傳感器7設在所述工質閉合回路內，所述氧化劑傳感器7對所述氧化劑控制裝置71提供信號，所述氧化劑源72經氧化劑控制閥73與所述工質閉合回路連通，所述氧化劑控制裝置71控制所述氧化劑控制閥73。具體實施時，由于氧化劑由所述氧化劑源72提供，故取消在所述氣缸活塞機構I上設置的氧化劑入口 11，只需在所述氣缸活塞機構I上設置燃料入口 12。本發(fā)明的所有所述內燃燃燒室的實施方式中，都可以參照本實施例設置所述氧化劑傳感器7、所述氧化劑控制裝置71和所述氧化劑源72等結構。
實施例8
如圖8所不的熱氣缸非共軛熱氣機,其與實施例1的區(qū)別在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括四類門氣缸活塞機構8，所述四類門氣缸活塞機構8的供氣口 83與所述氣缸活塞機構I的氣缸連通，所述四類門氣缸活塞機構8的回充口 84與所述工質導出口 21連通。本發(fā)明中所有設置所述工質導出口 21且該工質導出口 21沒有連通其他裝置的實施方式中，都可以參照本實施例設置所述四類門氣缸活塞機構8。實施例9
如圖9所示的熱氣缸非共軛熱氣機，其與實施例1的區(qū)別在于:還包括低溫冷源9，所述低溫冷源9用于提供低溫物質，所述低溫冷源9與所述回熱器2與所述冷卻器4之間的所述工質通道2連通，所述低溫冷源9提供的低溫物質通過與所述工質通道2內的工質直接混合的方式，對即將進入所述工質通道2的密封端的工質的工質進行冷卻。作為可以變的實施方式，所述低溫冷源9可以與所述工質通道2的密封端連通，以對所述密封端中的工質進行冷卻。作為可以變換的實施方式，可以將所述低溫冷源9提供的低溫物質作為換熱裝置的工質，以熱交換的方式對所述工質通道密封端中或即將進入所述工質通道密封端中的工質進行冷卻。本發(fā)明中的設置所述工質加熱器5的實施方式中，可以參考本實施例中的可變換的實施方式，采用熱交換的方式，對所述工質通道密封端中或即將進入所述工質通道密封端中的工質進行冷卻。實施例10
如圖10所不的熱氣缸非共軛熱氣機,其與實施例1的區(qū)別在于:所述氣缸活塞機構I設為活塞液體機構10，所述活塞液體機構10包括氣液缸和氣液隔離結構，所述氣液隔離結構設在所述氣液缸內；所述氣液缸內的氣體工質對所述氣液隔離結構的壓力大于所述氣液缸內的液體和所述氣液隔離結構的慣性力之和；所述氣液缸的液體端與液壓動力機構101連通，所述液壓動力機構101與液體工質回送系統(tǒng)102連通，所述液體工質回送系統(tǒng)102與所述氣液缸的液體端連通；所述液壓動力機構101和所述液體工質回送系統(tǒng)102受過程控制機構103控制。本實施中，將所述氣液缸內的氣體工質對所述氣液隔離結構的壓力設為大于所述氣液缸內的液體和所述氣液隔離結構的慣性力之和，是為了防止所述氣液隔離結構對所述氣液缸頂部的沖擊，當然在不考慮這種沖擊的情況下，可以不作限定。本發(fā)明中的所有實施方式都可以參照本實施例將所述氣缸活塞機構I設為所述活塞液體機構10。實施例11
如圖11所不的熱氣缸非共軛熱氣機，其與實施例1的區(qū)別在于:在所述氣缸活塞機構I的活塞頂部設置蓄熱結構14。作為可以變換的實施方式，可以在缸蓋的內壁上設置所述蓄熱結構14代替在活塞頂部設置的該蓄熱結構14，或者，在所述活塞頂部和所述缸蓋的內壁上同時設置所述蓄熱結構14。實施例12 如圖12所不的熱氣缸非共軛熱氣機,包括一個作為熱缸15的氣缸活塞機構和一個冷卻器4，所述熱缸15和所述冷卻器4之間的工質通道2上設回熱器3，所述熱缸15內設內燃燃燒室，所述熱缸15受正時機構控制依次完成吸氣沖程、壓縮沖程、燃燒做功沖程、至少一個熱氣機熱力循環(huán)、排氣沖程，并以此循環(huán)；所述熱氣機熱力循環(huán)是由所述熱缸15、所述冷卻器4和所述回熱器3 —起完成。實施時，可以將所述熱缸I的內燃燃燒室與氧源16和燃料源17連通，可以將所述氧源16設為純氧或含氧氣體源,還可以設為其他合適的氧源。在所述工質通道2上設工質導出口 21，作為可以變換的實施方式，所述工質導出口 21也可以設置在熱缸15上、所述冷卻器4上或所述回熱器3上，還可以在上述四處任擇若干處同時設置，本實施例中，在所述工質導出口 21處設控制閥6，作為可以變換的實施方式，該控制閥6可以不設。可以設定所述工質通道2的承壓能力大于2MPa，或者設為大于0.5至20 MPa之間的任何值。本實施例的所述熱氣缸非共軛熱氣機工作時，所述內燃燃燒室內的工質非連續(xù)燃料，所述內燃燃燒室的間歇時間超過一個循環(huán)。實施例13
如圖13所示的熱氣缸非共軛熱氣機，其與實施例12的區(qū)別在于:
在所述熱缸15內部活塞的頭部設有蓄熱結構14。作為可以變換的實施方式，可以在缸蓋的內壁上設置所述蓄熱結構14代替在活塞的頭部設置的該蓄熱結構14，或者，在所述活塞頭部和所述缸蓋的內壁上同時設置所述蓄熱結構14。實施例14
如圖14所示的熱氣缸非共軛熱氣機，其與實施例13的區(qū)別在于:
所述工質導出口 21與渦輪動力機構22的氣體入口連通。本發(fā)明中所有設置所述內燃燃燒室的實施方式中，都可以將所述內燃燃燒室排出的物質的質量流量設為大于從工質閉合回路外導入所述內燃燃燒室的物質的質量流量。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，根據本領域的公知技術和本發(fā)明所公開的技術方案，可以推導出或聯想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應認為是本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種熱氣缸非共軛熱氣機，包括氣缸活塞機構(I)、工質通道(2)、回熱器(3)和冷卻器(4 )，其特征在于:所述氣缸活塞機構(I)的氣缸通過所述工質通道(2 )與所述冷卻器(4 )連通，所述回熱器(3)設在所述氣缸活塞機構(I)的氣缸與所述冷卻器(4)之間的所述工質通道(2)內，在所述氣缸活塞機構(I)的氣缸內和/或在所述氣缸活塞機構(I)的氣缸和所述回熱器(3 )之間的所述工質通道(2 )內設內燃燃燒室；在所述工質通道(2 )上和/或在所述冷卻器(4)上和/或在所述氣缸活塞機構(I)的氣缸上設工質導出口(21)。
2.如權利要求1所述熱氣缸非共軛熱氣機，其特征在于:在所述氣缸活塞機構(I)的氣缸上設燃料入口( 12 )和氧化劑入口( 11);所述工質通道(2 ) 一端與所述氣缸活塞機構(I)的氣缸連通，另一端為密封設置；所述回熱器(3)設在所述工質通道(2)上靠近所述氣缸活塞機構(I)處，所述冷卻器(4)設在所述工質通道(2)的密封端上。
3.如權利要求1或2所述熱氣缸非共軛熱氣機,其特征在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括有渦輪動力機構(22)，所述渦輪動力機構(22)的工質入口與所述工質導出口(21)連通。
4.如權利要求1或2所述熱氣缸非共軛熱氣機,其特征在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括有冷凝器(23)，所述冷凝器(23)的被冷卻流體入口與所述工質導出口(21)連通。
5.如權利要求1或2所述熱氣缸非共軛熱氣機，其特征在于:所述工質導出口(21)設在所述冷卻器(4)和所述回熱器(3)之間所述工質通道(2)上。
6.如權利要求1或2所述熱氣缸非共軛熱氣機，其特征在于:在所述工質導出口(21)處設控制閥(6)。
7.如權利要求3所述熱氣缸非共軛熱氣機，其特征在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括葉輪壓氣機(24)，所述渦輪動力機構(22)的工質出口經附屬冷卻器(13)與所述葉輪壓氣機(24)的工質入口連通，所述葉輪壓氣機(24)的工質出口與工質閉合回路連通；在所述渦輪動力機構(22)的工質出口與所述葉輪壓氣機(24)的工質入口之間的通道上設附屬工質導出口(25)。
8.如權利要求1所述熱氣缸非共軛熱氣機，其特征在于:所述內燃燃燒室排出的物質的質量流量大于從工質閉合回路外導入所述內燃燃燒室的物質的質量流量。
9.如權利要求1所述熱氣缸非共軛熱氣機，其特征在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括氧化劑傳感器(7)、氧化劑控制裝置(71)和氧化劑源(72 )，所述氧化劑傳感器(7 )設在工質閉合回路內，所述氧化劑傳感器(7 )對所述氧化劑控制裝置(71)提供信號，所述氧化劑源(72 )經氧化劑控制閥(73 )與所述工質閉合回路連通，所述氧化劑控制裝置(71)控制所述氧化劑控制閥(73)。
10.如權利要求1或2所述熱氣缸非共軛熱氣機,其特征在于:所述熱氣缸非共軛熱氣機還包括四類門氣缸活塞機構(8)，所述四類門氣缸活塞機構(8)的供氣口(83)與所述氣缸活塞機構(I)的氣缸連通，所述四類門氣缸活塞機構(8)的回充口(84)與所述工質導出口(21)連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱氣缸非共軛熱氣機，包括氣缸活塞機構、工質通道、回熱器和冷卻器，所述氣缸活塞機構的氣缸通過所述工質通道與所述冷卻器連通，所述回熱器設在所述氣缸活塞機構的氣缸與所述冷卻器之間的所述工質通道內，在所述氣缸活塞機構的氣缸內和/或在所述氣缸活塞機構的氣缸和所述回熱器之間的所述工質通道內設內燃燃燒室；在所述工質通道上和/或在所述冷卻器上和/或在所述氣缸活塞機構的氣缸上設工質導出口。本發(fā)明采用單缸結構，能實現現有技術中熱氣機的做功過程，本發(fā)明結構簡單，生產成本低。
文檔編號F02G1/043GK103114936SQ201310022219
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權日2012年1月28日
發(fā)明者靳北彪 申請人:摩爾動力(北京)技術股份有限公司