專利名稱：熱源做功熱氣機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能與動力領(lǐng)域，尤其是一種熱氣機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)熱氣機(jī)例如斯特林發(fā)動機(jī)，其冷缸和熱缸的壓力基本相同，而且壓縮比非常低(目前世界上最好的斯特林發(fā)動機(jī)的壓縮比僅為2左右)，這些都嚴(yán)重影響著斯特林發(fā)動機(jī)的效率，不僅如此，冷缸和熱缸之間必須具有特定的相位差，這就不可避免的影響其使用范圍。因此需要發(fā)明一種新型熱氣機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下:
方案:1:一種熱源做功熱氣機(jī)，包括氣體做功機(jī)構(gòu)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)、內(nèi)燃燃燒室、工質(zhì)導(dǎo)出口和冷卻器，所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體做功機(jī)構(gòu)、所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)經(jīng)連通通道連通形成工質(zhì)閉合回路，所述冷卻器設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路上，所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)在以所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口為下游的所述工質(zhì)閉合回路上。方案2:—種熱源做功熱氣機(jī),包括氣體做功機(jī)構(gòu)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)、加熱器和冷卻器，所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體做功機(jī)構(gòu)、所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)經(jīng)連通通道連通形成工質(zhì)閉合回路，所述冷卻器設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路上，所述加熱器設(shè)在以所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路上。方案3:—種熱源做功熱氣機(jī),包括活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)、往復(fù)連通通道、內(nèi)燃燃燒室、工質(zhì)導(dǎo)出口和冷卻器，所述往復(fù)連通通道的一端與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸連通，另一端與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述往復(fù)連通通道之間的連通通道上設(shè)排氣正時控制閥，在所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的氣體出口和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)之間的連通通道上設(shè)進(jìn)氣正時控制閥，所述冷卻器設(shè)在所述往復(fù)連通通道上或所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)上或所述排氣正時控制閥和所述往復(fù)連通通道之間的連通通道上，所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述排氣正時控制閥之間的連通通道內(nèi)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)上或所述往復(fù)連通通道上或所述排氣正時控制閥和所述往復(fù)連通通道之間的連通通道上。方案4:一種熱源做功熱氣機(jī),包括活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)、往復(fù)連通通道、加熱器和冷卻器，所述往復(fù)連通通道的一端與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)連通，另一端與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述往復(fù)連通通道之間的連通通道上設(shè)排氣正時控制閥，在所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的出口和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的入口之間的連通通道上設(shè)進(jìn)氣正時控制閥，所述冷卻器設(shè)在所述往復(fù)連通通道上或所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)上或所述排氣正時控制閥和所述往復(fù)連通通道之間的連通通道上，所述加熱器設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述排氣正時控制閥之間的連通通道內(nèi)。方案5:在方案I或方案2的基礎(chǔ)上，所述熱源做功熱氣機(jī)還包括熱交換式回?zé)崞鳎鰵怏w做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞鞯谋焕鋮s流體通道，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞鞯谋患訜崃黧w通道。方案6:在方案3或方案4的基礎(chǔ)上，所述熱源做功熱氣機(jī)還包括熱交換式回?zé)崞鳎龌钊綒怏w做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞鞯谋焕鋮s流體通道，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞鞯谋患訜崃黧w通道。方案7:在方案I或方案2的基礎(chǔ)上,所述氣體做功機(jī)構(gòu)設(shè)為活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)或渦輪動力機(jī)構(gòu)。方案8:在方案I至方案4中任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上,所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)設(shè)為活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)或葉輪壓氣機(jī)。方案9:在方案I或方案2的基礎(chǔ)上,所述氣體做功機(jī)構(gòu)對所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)輸出動力。方案10:在方案3或方案4的基礎(chǔ)上，所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)對所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)輸出動力。方案11:在方案I或方案3的基礎(chǔ)上，所述工質(zhì)導(dǎo)出口上設(shè)控制閥。方案12:在方案I或方案2的基礎(chǔ)上，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口和工質(zhì)出口一體化設(shè)為往復(fù)流通口，所述往復(fù)流通口經(jīng)往復(fù)連通通道與所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通。方案13:在方案12的基礎(chǔ)上，在所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述往復(fù)連通通道之間的連通通道上設(shè)正時控制閥，在所述往復(fù)連通通道和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)正時控制閥。方案14:在方案2、方案4或方案12的基礎(chǔ)上，在所述往復(fù)連通通道上設(shè)回?zé)崞?。方?5:在方案I或方案2的基礎(chǔ)上，多個所述氣體做功機(jī)構(gòu)和/或多個所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)和/或多個所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)串聯(lián)設(shè)置。
方案16:在方案3或方案4的基礎(chǔ)上，多個所述氣體做功機(jī)構(gòu)和/或多個所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)和/或多個所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)串聯(lián)設(shè)置。方案17:在方案I或方案3的基礎(chǔ)上，所述熱源做功熱氣機(jī)還包括渦輪動力機(jī)構(gòu)和附屬葉輪壓氣機(jī)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口與所述渦輪動力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述渦輪動力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬冷卻器與所述附屬葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口連通，所附屬葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)出口與所述工質(zhì)閉合回路連通；所述渦輪動力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口與所述附屬葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口之間的通道上設(shè)有附屬工質(zhì)導(dǎo)出口。方案18:在方案I或方案3的基礎(chǔ)上，所述熱源做功熱氣機(jī)還包括氧化劑源和還原劑源，所述氧化劑源和所述還原劑源與所述工質(zhì)閉合回路連通，所述氧化劑源設(shè)為四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)。方案19:在方案18的基礎(chǔ)上，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)受使所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)按照吸氣沖程-壓氣供氣沖程-氣體回充做功沖程-排氣沖程模式循環(huán)工作的控制機(jī)構(gòu)控制，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)的供氣口與所述內(nèi)燃燃燒室連通，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)的回充口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口連通。方案20:在方案I的基礎(chǔ)上，所述熱源做功熱氣機(jī)還包括氧化劑源、氧化劑傳感器和氧化劑控制裝置，所述氧化劑傳感器設(shè)在所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)，所述氧化劑傳感器對所述氧化劑控制裝置提供信號，所述氧化劑源受所述氧化劑控制裝置控制以實(shí)現(xiàn)調(diào)整進(jìn)入所述內(nèi)燃燃燒室的氧化劑的量。方案21:在方案3或方案4的基礎(chǔ)上，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)設(shè)為活塞液體機(jī)構(gòu)，所述活塞液體機(jī)構(gòu)包括氣液缸和氣液隔離結(jié)構(gòu)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)設(shè)在所述氣液缸內(nèi)。方案22:在方案I至方案4的基礎(chǔ)上，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)設(shè)為活塞液體機(jī)構(gòu)，所述活塞液體機(jī)構(gòu)包括氣液缸和氣液隔離結(jié)構(gòu)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)(102)設(shè)在所述氣液缸內(nèi)。方案23:在方案21或方案22的基礎(chǔ)上，所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動時的慣性力之和。方案24:在方案I至方案4的基礎(chǔ)上，所述熱源做功熱氣機(jī)還包括低溫冷源，所述低溫冷源用于提供低溫物質(zhì)，所述低溫物質(zhì)用于冷卻進(jìn)入所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)。方案25:在方案I或方案3的基礎(chǔ)上，所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量大于從由所述工質(zhì)閉合回路中導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)的質(zhì)量流量。本發(fā)明的原理是:在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞向上止點(diǎn)運(yùn)動時,氣體工質(zhì)直接或經(jīng)所述回?zé)崞?填料式回?zé)崞骰驘峤粨Q器式回?zé)崞?供送給氣體壓縮機(jī)構(gòu)，經(jīng)所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)增壓后的氣體工質(zhì)供送到所述加熱器(或所述內(nèi)燃燃燒室)內(nèi)，在所述加熱器內(nèi)吸熱(恒溫吸熱、吸熱升壓或吸熱升溫)后推動所述氣體做功機(jī)構(gòu)對外做功；從所述氣體做功機(jī)構(gòu)排出的氣體工質(zhì)直接或經(jīng)所述回?zé)崞鞴┧徒o所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)，推動所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的活塞下行做功；如此循環(huán)周而復(fù)始對外做功。本發(fā)明中，在具有正時控制閥(所述進(jìn)氣正時控制閥、所述排氣正時控制閥和所述正時控制閥)的結(jié)構(gòu)中，所述熱源做功熱氣機(jī)中氣體工質(zhì)的流動可以通過所述正時控制閥進(jìn)行控制。本發(fā)明中，在具有所述渦輪動力機(jī)構(gòu)和所述葉輪壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)中，通過所述渦輪動力機(jī)構(gòu)和所述葉輪壓氣機(jī)控制所述熱源做功熱氣機(jī)中氣體工質(zhì)的流動。
本發(fā)明中，所述加熱器是指能夠在系統(tǒng)外部對工質(zhì)進(jìn)行加熱的裝置，也可以是太陽能加熱器，還可以是熱交換器或其他外燃形式的加熱器。本發(fā)明中，所述內(nèi)燃燃燒室是指氧化劑和還原劑發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)后所形成的高溫產(chǎn)物直接作為循環(huán)工質(zhì)或與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)事先存在的其它氣體混合后作為循環(huán)工質(zhì)的燃燒室。根據(jù)技術(shù)常識，需要在所述工質(zhì)閉合回路上設(shè)置氧化劑和還原劑的入口，或者將氧化劑和還原劑預(yù)先存入所述工質(zhì)閉合回路中。本發(fā)明中，所述熱交換器式回?zé)崞魇侵冈O(shè)在所述冷卻器之前的，能夠?qū)碜运黾訜崞?或所述內(nèi)燃燃燒室)流向所述冷卻器的高溫工質(zhì)的熱量傳遞給即將進(jìn)入所述加熱器(或所述內(nèi)燃燃燒室)的工質(zhì)的熱交換器。本發(fā)明中，所述填料式回?zé)崞魇侵府?dāng)高溫工質(zhì)流過多孔填料區(qū)域時將自身的熱量留給填料，當(dāng)?shù)蜏毓べ|(zhì)逆行流過多孔填料區(qū)域時吸收填料所存儲的熱量的裝置。本發(fā)明中，所述冷卻器是指能夠使工質(zhì)降溫的裝置，它可以是散熱器，也可以是熱交換器。本發(fā)明中，通過調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路的工作壓力以及熱端機(jī)構(gòu)的排量，以控制熱端機(jī)構(gòu)的質(zhì)量排量，使所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量M2大于從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)的質(zhì)量流量M1，也就是說除了從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)外，還有一部分物質(zhì)是從所述工質(zhì)閉合回路中導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的，由于所述內(nèi)燃燃燒室是設(shè)置在所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的，所以也就是說從所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)至少有一部分流回所述內(nèi)燃燃燒室，即實(shí)現(xiàn)了工質(zhì)在熱端機(jī)構(gòu)和冷端機(jī)構(gòu)之間有往復(fù)流動。從所述工質(zhì)閉合回路外向所述內(nèi)燃燃燒室導(dǎo)入的物質(zhì)可以是氧化劑、還原齊U、壓縮氣體或高溫燃?xì)獾?。本發(fā)明中，所述熱端機(jī)構(gòu)是指所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)在其中，或者所述內(nèi)燃燃燒室中發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的工質(zhì)首先進(jìn)入其中的配氣機(jī)構(gòu)或做功機(jī)構(gòu)，例如氣體做功機(jī)構(gòu)、活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)。本發(fā)明中，所述冷端機(jī)構(gòu)是指工質(zhì)從所述熱端機(jī)構(gòu)流出后進(jìn)入的氣體做功機(jī)構(gòu)或氣體壓縮機(jī)構(gòu)，例如所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)等。本發(fā)明中，所述工質(zhì)閉合回路是指由所述氣體做功機(jī)構(gòu)(或所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu))、所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)、所述內(nèi)燃燃燒室(或加熱器)、所述冷卻器等以及它們之間的連通通道構(gòu)成的工質(zhì)可循環(huán)流動的空間。本發(fā)明中，所述氣液缸是指可以容納氣體工質(zhì)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(jié)構(gòu)分隔成氣體端和液體端，所述氣液缸的氣體端設(shè)有氣體工質(zhì)流通口，所述氣體工質(zhì)流通口用于與所述工質(zhì)閉合回路中的其它裝置或機(jī)構(gòu)連通；所述氣液缸的液體端設(shè)有液體流通口，所述液體流通口用于與液壓動力機(jī)構(gòu)和/或液體工質(zhì)回送系統(tǒng)連通。 本發(fā)明中，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)是指可以在所述氣液缸中做往復(fù)運(yùn)動的結(jié)構(gòu)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(zhì)和液體，優(yōu)選地，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)和所述氣液缸密封滑動配合。在所述活塞液體機(jī)構(gòu)工作過程中，根據(jù)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)處于所述氣液缸內(nèi)的不同位置，所述氣液缸內(nèi)可能全部是氣體工質(zhì)，也可能全部是液體，或者氣體工質(zhì)和液體同時存在。
本發(fā)明中，所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的活塞連桿機(jī)構(gòu)不同，傳統(tǒng)的活塞連桿機(jī)構(gòu)中的活塞可受連桿的推力或拉力停下，從而實(shí)現(xiàn)對活塞行程的限制，而在所述氣液缸中，當(dāng)所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)做正功時，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)受壓力向下止點(diǎn)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(jī)構(gòu)(例如液體馬達(dá))對外做功，當(dāng)液體即將排盡時，改變液體馬達(dá)工作模式或啟動液體工質(zhì)回送系統(tǒng)，使所述氣液缸內(nèi)的液體不再減少，此時液體會對所述氣液缸內(nèi)的所述氣液隔離結(jié)構(gòu)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(dāng)不斷向所述氣液缸內(nèi)輸入液體時，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)會不斷向上止點(diǎn)方向移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)上止點(diǎn)附近時，停止向所述氣液缸內(nèi)輸入液體或者使所述氣液缸內(nèi)的液體減少(流出)，盡管如此，所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)仍然會由于慣性向上止點(diǎn)方向運(yùn)動，此時，如果所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)的壓力不夠高，則會導(dǎo)致所述氣液隔離結(jié)構(gòu)繼續(xù)向上運(yùn)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(nèi)氣體工質(zhì)的壓力足夠高，使其對所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動時的慣性力之和。本發(fā)明中，在所述熱源做功熱氣機(jī)的工作過程中所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的慣性力之和是變化的，因此在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)保證在任何工作時刻都滿足“所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動時的慣性力之和”的條件，例如通過調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的工作壓力、調(diào)整氣液隔離結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、調(diào)整液體密度或調(diào)整液體深度等方式來實(shí)現(xiàn)，其中，所述液體深度是指液體在做往復(fù)運(yùn)動方向上的液體的深度。所謂的“調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的工作壓力”是通過調(diào)整流入和/或流出所述工質(zhì)閉合回路的氣體工質(zhì)的體積流量來實(shí)現(xiàn)的，例如可以通過調(diào)整所述工質(zhì)導(dǎo)出口的開關(guān)間隔、每次開啟的時間和/或所述工質(zhì)導(dǎo)出口處控制閥的開口大小來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中，可 以通過調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的壓力(例如可以通過調(diào)整所述工質(zhì)導(dǎo)出口的開啟壓力或者開關(guān)時間來實(shí)現(xiàn))，使所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的總慣性力，從而防止所述氣液隔離結(jié)構(gòu)與所述氣液缸碰撞。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(zhì)的裝置、機(jī)構(gòu)或儲罐，例如采用商業(yè)購買方式獲得的儲存有低溫物質(zhì)的儲罐，所述低溫物質(zhì)可以是液氮、液氧、液氦或液化空氣等。在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)氧化劑為液氧時，液氧可直接作為所述低溫物質(zhì)。本發(fā)明中，在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述低溫冷源以直接與所述工質(zhì)閉合回路連通使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)混合的方式，或者以經(jīng)換熱裝置使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)換熱的方式，對所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)中或即將進(jìn)入所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)進(jìn)行冷卻處理。在設(shè)置所述加熱器的結(jié)構(gòu)中，所述低溫冷源以經(jīng)換熱裝置使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)換熱的方式對所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)中或即將進(jìn)入所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)進(jìn)行冷卻處理。熱氣機(jī)是一種工作循環(huán)接近卡諾循環(huán)的動力機(jī)構(gòu)，其熱效率的計(jì)算可以參考卡諾循環(huán)熱效率計(jì)算公式:
從中可知，當(dāng)冷源溫度T2下降時，熱效車 升高，而且向冷源排放的熱量減
u ηη少，如果冷源溫度T2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(dāng)?shù)偷牡蜏匚镔|(zhì)使冷源溫度T2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(jī)效率。溫度越低的低溫物質(zhì)(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(zhì)量而言，對發(fā)動機(jī)熱效車》 提升的貢獻(xiàn)越大，就好比將能量存儲在溫度很低的物質(zhì)中，相當(dāng)于一種新型電池的概念，所述低溫物質(zhì)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(jī)的使用成本。本發(fā)明中，在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述低溫冷源中的所述低溫物質(zhì)發(fā)揮冷卻作用后，既可導(dǎo)入所述工質(zhì)閉合回路中，作為熱源做功熱氣機(jī)的循環(huán)工質(zhì)，也可不導(dǎo)入所述工質(zhì)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(jīng)控制機(jī)構(gòu)、控制單元或其他控制部件間接連通。本發(fā)明中，所述氧化劑傳感器是指對所述工質(zhì)閉合回路中的氧化劑的含量進(jìn)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(jù)所述氧化劑傳感器提供的信號以及預(yù)先設(shè)定的所述工質(zhì)閉合回路中靜態(tài)或動態(tài)的氧化劑含量設(shè)定值對所述氧化劑控制閥進(jìn)行控制以增加或減少向所述工質(zhì)閉合回路中供給氧化劑的量，達(dá)到調(diào)控所述工質(zhì)閉合回路中氧化劑的含量的目的。所述氧化劑含量的設(shè)定值可以是一個數(shù)值，也可以是一個數(shù)值區(qū)間，例如:所述工質(zhì)閉合回路中的氧化劑含量的設(shè)定值可以為5%、10%或109Γ12%等。所述氧化劑傳感器可以設(shè)在遠(yuǎn)離所述內(nèi)燃燃燒室的工質(zhì)閉合回路上，可保證整個工質(zhì)閉合回路是在富氧(氧含量大于零)狀態(tài)下工作，使所述內(nèi)燃燃燒室內(nèi)發(fā)生穩(wěn)定的燃燒化學(xué)反應(yīng)，同時還可以防止積碳的發(fā)生。

本發(fā)明中，所述液氧包括商業(yè)液氧或現(xiàn)場制備的液氧。本發(fā)明中，所述內(nèi)燃燃燒室可以設(shè)為內(nèi)燃連續(xù)燃燒室、內(nèi)燃間歇燃燒室或內(nèi)燃正時燃燒室；所述內(nèi)燃連續(xù)燃燒室是指其內(nèi)可以連續(xù)發(fā)生所述放熱化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)燃燃燒室；所述內(nèi)燃間歇燃燒室是指非連續(xù)發(fā)生所述放熱化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)燃燃燒室，所述內(nèi)燃間歇燃燒室可以是正時間歇燃燒室，所述熱源做功熱氣機(jī)的每個工作循環(huán)中燃燒室內(nèi)只發(fā)生一次所述放熱化學(xué)反應(yīng)，所述放熱化學(xué)反應(yīng)只在一個沖程內(nèi)發(fā)生；或者可以是正時長間歇燃燒室，所述熱源做功熱氣機(jī)多個工作循環(huán)中燃燒室內(nèi)發(fā)生一次所述放熱化學(xué)反應(yīng)；或者可以是長正時間歇燃燒室，所述熱源做功熱氣機(jī)連續(xù)的多個工作循環(huán)中燃燒室連續(xù)發(fā)生所述放熱化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明中，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)是指氣缸上設(shè)有進(jìn)氣口、排氣口、供氣口和回充口，在所述進(jìn)氣口、所述排氣口、所述供氣口和所述回充口處依次對應(yīng)設(shè)置進(jìn)氣門、排氣門、供氣門和回充門的氣缸活塞機(jī)構(gòu)。本發(fā)明中，所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)需要經(jīng)過壓縮、加熱升溫升壓、做功以及被冷卻的過程，這就要求所述工質(zhì)閉合回路能承受一定壓力，選擇性地，所述工質(zhì)閉合回路的承壓能力可設(shè)為大于 2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、lOMPa、10.5MPa、llMPa、11.5MPa、12MPa、12.5MPa、13MPa、13.5MPa、14MPa、14.5MPa、15MPa、15.5MPa、16MPa、16.5MPa、17MPa、17.5MPa、18MPa、18.5MPa、19MPa、19.5MPa、20MPa、20.5MPa、21MPa、22 MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa、30MPa、31MPa、32MPa、33MPa、34MPa、35MPa、36MPa、37MPa、38MPa、39MPa 或大于 40MPa。本發(fā)明中，所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)工質(zhì)壓力與其承壓能力相匹配，即所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的最高工質(zhì)壓力達(dá)到其承壓能力。本發(fā)明中，所述燃料可以是碳?xì)浠衔?、碳?xì)溲趸衔锘蚬腆w碳。需要指出的是:采用固體碳作為燃料燃燒后沒有水生成，且燃燒后產(chǎn)物中的二氧化碳濃度高，易液化；實(shí)施的過程中，固體碳可采用固體預(yù)先裝配、粉末化后噴入、粉末化后再用液體或氣體二氧化碳流化后噴入的方式輸入熱源做功熱氣機(jī)。本發(fā)明中，應(yīng)根據(jù)熱能與動力領(lǐng)域的公知技術(shù)，在必要的地方設(shè)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)明結(jié)構(gòu)簡單、效率高、造價低，使用壽命長。


圖1所示的是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意 圖2所示的是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意 圖3所示的是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意 圖4所示的是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意 圖5所示的是本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意 圖6所示的是本發(fā)明實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意 圖7所示的是本發(fā)明實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意 圖8所示的是本發(fā)明實(shí)施例8的結(jié)構(gòu)示意 圖9所示的是本發(fā)明實(shí)施例9的結(jié)構(gòu)示意 圖10所示的是本發(fā)明實(shí)施例10的結(jié)構(gòu)示意 圖11所示的是本發(fā)明實(shí)施例11的結(jié)構(gòu)示意 圖12所示的是本發(fā)明實(shí)施例12的結(jié)構(gòu)示意 圖13所示的是本發(fā)明實(shí)施例13的結(jié)構(gòu)示意 圖14所示的是本發(fā)明實(shí)施例14的結(jié)構(gòu)示意 圖15所示的是本發(fā)明實(shí)施例15的結(jié)構(gòu)示意 圖16所示的是本發(fā)明實(shí)施例16的結(jié)構(gòu)示意 圖17所示的是本發(fā)明實(shí)施例17的結(jié)構(gòu)示意 圖18所示的是本發(fā)明實(shí)施例18的結(jié)構(gòu)示意 圖19所示的是本發(fā)明實(shí)施例19的結(jié)構(gòu)示意 圖中:
3氣缸活塞機(jī)構(gòu)、4內(nèi)燃燃燒室、5冷卻器、6工質(zhì)導(dǎo)出口、7加熱器、8熱交換式回?zé)崞鳌?控制閥、10往復(fù)連通通道、11活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)、12渦輪動力機(jī)構(gòu)、21活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)、22葉輪壓氣機(jī)、30往復(fù)流通口、33三通、80填料式回?zé)崞鳌?1正時控制閥、50、低溫冷源、100渦輪動力機(jī)構(gòu)、200附屬葉輪壓氣機(jī)、401附屬冷卻器、3002附屬工質(zhì)導(dǎo)出口、5001連通口、101氣液缸、102氣液隔離結(jié)構(gòu)、97液體工質(zhì)回送系統(tǒng)、99過程控制機(jī)構(gòu)、96液壓動力機(jī)構(gòu)、80四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)、81進(jìn)氣口、82排氣口、83供氣口、84回充口、58氧化劑傳感器、52氧化劑控制裝置、53氧化劑控制閥、55氧化劑源、56還原劑源、92排氣正時控制閥、93進(jìn)氣正時控制閥。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
如圖1所不的熱源做功熱氣機(jī)，包括氣體做功機(jī)構(gòu)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)3、內(nèi)燃燃燒室4、工質(zhì)導(dǎo)出口 6和冷卻器5，所述氣體做功機(jī)構(gòu)、所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3經(jīng)連通通道連通構(gòu)成工質(zhì)閉合回路，所述氣體做功機(jī)構(gòu)設(shè)為渦輪動力機(jī)構(gòu)12，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)設(shè)為葉輪壓氣機(jī)22，所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12與所述葉輪壓氣機(jī)22同軸設(shè)置并對所述葉輪壓氣機(jī)22輸出動力，所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3和所述葉輪壓氣機(jī)22依次經(jīng)連通通道連通，所述冷卻器5設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的氣缸上，所述內(nèi)燃燃燒室4設(shè)置在所述葉輪壓氣機(jī)22的工質(zhì)出口和所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12的工質(zhì)入口之間的連通通道內(nèi)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口 6設(shè)在所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的氣缸之間的連通通道上，所述工質(zhì)導(dǎo)出口 6上設(shè)控制閥9。作為可變換的實(shí)施方式，所述冷卻器5可改設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路的除所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的氣缸以外的其它位置上；
作為可變換的實(shí)施方式，所述內(nèi)燃燃燒室4可改設(shè)在以所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的除所述葉輪壓氣機(jī)22的工質(zhì)出口和所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12的工質(zhì)入口之間的連通通道的其它位置上；
作為可變換的實(shí)施方式，所述工質(zhì)導(dǎo)出口 6可改設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口為下游的所述工質(zhì)閉合回路的除所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3之間的連通通道其它位置上。實(shí)施例2
如圖2所不的熱源做功熱氣機(jī),包括氣體做功機(jī)構(gòu)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)3、加熱器7和冷卻器5 ;所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)入口連通，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，構(gòu)成工質(zhì)閉合回路；所述氣體做功機(jī)構(gòu)設(shè)為渦輪動力機(jī)構(gòu)12，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)設(shè)為葉輪壓氣機(jī)22，所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12與所述葉輪壓氣機(jī)22同軸設(shè)置并對所述葉輪壓氣機(jī)22輸出動力，所述冷卻器5設(shè)在所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的氣缸之間連通通道上，所述加熱器7設(shè)置在所述葉輪壓氣機(jī)22的工質(zhì)出口和所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12的工質(zhì)入口之間的連通通道上。作為可變換的實(shí)施方式，所述冷卻器5可改設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路的除所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的氣缸之間連通通道的其它位置上。實(shí)施例3 如圖3所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述氣體做功機(jī)構(gòu)改設(shè)為活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)改設(shè)為活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)21，所述內(nèi)燃燃燒室4改設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的氣缸內(nèi)，所述冷卻器5改設(shè)在所述工質(zhì)導(dǎo)出口 6和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)入口之間連通通道上，在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)正時控制閥91，在所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)21的工質(zhì)出口和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)另一個正時控制閥91。實(shí)施例4
如圖4所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例2的區(qū)別在于:所述氣體做功機(jī)構(gòu)改設(shè)為活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)改設(shè)為活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)21,所述加熱器7改設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的氣缸上，所述冷卻器改5設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的氣缸上，在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)21的工質(zhì)出口和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)正時控制閥91，在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)另一個正時控制閥91。實(shí)施例5
如圖5所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)改設(shè)為活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)21,所述冷卻器5改設(shè)在所述工質(zhì)導(dǎo)出口 6和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)入口之間的連通通道上。實(shí)施例6
如圖6所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例2的區(qū)別在于:所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)改設(shè)為活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)21。實(shí)施例7
如圖7所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述氣體做功機(jī)構(gòu)改設(shè)為活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11，所述內(nèi)燃燃燒室4改設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的氣缸內(nèi)，所述熱源做功熱氣機(jī)還包括熱交換式回?zé)崞?，所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞?的被冷卻流體通道，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)出口和所述葉輪壓氣機(jī)22的工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞?的被加熱流體通道。實(shí)施例8
如圖8所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例2的區(qū)別在于:所述氣體做功機(jī)構(gòu)改設(shè)為活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11，所述加熱器7改設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的氣缸上，所述冷卻器5改設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的氣缸上。實(shí)施例9
如圖9所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例7的區(qū)別在于:取消了所述熱交換器式回?zé)崞?，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)入口和工質(zhì)出口一體化設(shè)置為往復(fù)流通口 30，所述往復(fù)流通口 30經(jīng)往復(fù)連通通道10與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述葉輪壓氣機(jī)22的工質(zhì)入口連通，在所述往復(fù)連通通道10和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口之間的連通通道上設(shè)排氣正時控制閥92，在所述往復(fù)連通通道10和所述葉輪壓氣機(jī)22的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)進(jìn)氣正時控制閥93，所述冷卻器5改為設(shè)置在所述排氣正時控制閥92和所述往復(fù)連通通道10之間的連通通道上。作為可變換的實(shí)施方式，所述冷卻器5還可設(shè)置在所述往復(fù)連通通道10上。實(shí)施例10
如圖10所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例4的區(qū)別在于:所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)入口和工質(zhì)出口一體化設(shè)置為往復(fù)流通口 30，所述往復(fù)流通口 30經(jīng)往復(fù)連通通道10與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)21的工質(zhì)入口連通，在所述往復(fù)連通通道10上設(shè)填料式回?zé)崞?0。實(shí)施例11
如圖11所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:兩個所述葉輪壓氣機(jī)22串聯(lián)設(shè)置，兩個所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12串聯(lián)設(shè)置，其中一個所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12對一個所述葉輪壓氣機(jī)22輸出動力。作為可變換的實(shí)施方式，兩個所述葉輪壓氣機(jī)22和兩個所述渦輪動力機(jī)構(gòu)12共
軸設(shè)置。實(shí)施例12
如圖12所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例8的區(qū)別在于:所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3設(shè)為兩個，且兩個所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3串聯(lián)設(shè)置。實(shí)施例13
如圖13所示的熱源做功熱氣機(jī)，包括活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)3、往復(fù)連通通道10、內(nèi)燃燃燒室4、工質(zhì)導(dǎo)出口 6和冷卻器5，所述往復(fù)連通通道10的一端與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3連通，所述往復(fù)連通通道10的另一端與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)入口連通，在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述往復(fù)連通通道10之間的連通通道上設(shè)排氣正時控制閥92，在所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)進(jìn)氣正時控制閥93，所述冷卻器5設(shè)在所述排氣正時控制閥92和所述往復(fù)連通通道10之間的連通通道上，所述內(nèi)燃燃燒室4設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述排氣正時控制閥92之間的連通通道內(nèi)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口 6設(shè)在所述往復(fù)連通通道10上，在所述工質(zhì)導(dǎo)出口 6上設(shè)控制閥9，本實(shí)施例中，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)具體的設(shè)為了葉輪壓氣機(jī)22。實(shí)施例14
如圖14所示的熱源做功熱氣機(jī)，包括活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)3、往復(fù)連通通道10、加熱器7和冷卻器5，所述往復(fù)連通通道10的一端與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的氣缸連通，所述往復(fù)連通通道10的另一端與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)入口連通，在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述往復(fù)連通通道10之間的連通通道上設(shè)排氣正時控制閥92，在所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)進(jìn)氣正時控制閥93，所述冷卻器5設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的氣缸上，所述加熱器7設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的工質(zhì)出口和所述排氣正時控制閥92之間的連通通道內(nèi)，在所述往復(fù)連通通道10上設(shè)填料式回?zé)崞?0，本實(shí)施例中，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)具體的設(shè)為了活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)21。作為可以變換的實(shí)施方式，所述填料式回?zé)崞?0可以不設(shè)。實(shí)施例15
如圖15所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述熱源做功熱氣機(jī)還包括低溫冷源50，所述低溫冷源50用于提供低溫物質(zhì)，所述低溫物質(zhì)用于冷卻進(jìn)入所述葉輪壓氣機(jī)22的工質(zhì)，圖中所述低溫冷源50設(shè)置在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)出口與所述葉輪壓氣機(jī)22的工質(zhì)入口之間的連通通道上。本發(fā)明的所有實(shí)施方式中，都可以參照本實(shí)施例設(shè)置所述低溫冷源50。實(shí)施例16
如圖16所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述熱源做功熱氣機(jī)還包括渦輪動力機(jī)構(gòu)100和附屬葉輪壓氣機(jī)200，所述工質(zhì)導(dǎo)出口 6與所述渦輪動力機(jī)構(gòu)100的工質(zhì)入口連通，所述渦輪動力機(jī)構(gòu)100的工質(zhì)出口經(jīng)附屬冷卻器401與所述附屬葉輪壓氣機(jī)200的工質(zhì)入口連通，所述附屬葉輪壓氣機(jī)200的工質(zhì)出口與所述工質(zhì)閉合回路連通；在所述渦輪動力機(jī)構(gòu)100的工質(zhì)出口與所述附屬葉輪壓氣機(jī)200的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)附屬工質(zhì)導(dǎo)出口 3002，
本實(shí)施例中，在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3的工質(zhì)出口和所述葉輪壓氣機(jī)22工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)連通口 5001，所述附屬葉輪壓氣機(jī)200的工質(zhì)出口與所述連通口 5001連通。作為可以變換的實(shí)施方式，所述附屬葉輪壓氣機(jī)200的工質(zhì)出口還可以與所述工質(zhì)閉合回路的其他任何位置連通。本發(fā)明的所有設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室4的實(shí)施方式中，都可以參照本實(shí)施例設(shè)置所述渦輪動力機(jī)構(gòu)100和所述附屬葉輪壓氣機(jī)200及其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。實(shí)施例17
如圖17所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于:所述熱源做功熱氣機(jī)還包括氧化劑源和還原劑源，所述氧化劑源和所述還原劑源與所述工質(zhì)閉合回路連通，所述氧化劑源設(shè)為四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)80，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)80受使所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)80按照吸氣沖程-壓氣供氣沖程-氣體回充做功沖程-排氣沖程模式循環(huán)工作的控制機(jī)構(gòu)控制，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)80上設(shè)有進(jìn)氣口 81、排氣口 82、供氣口 83和回充口 84，在所述進(jìn)氣口 81、所述排氣口 82、所述供氣口 83和所述回充口 84處依次對應(yīng)設(shè)置進(jìn)氣門、排氣門、供氣門和回充門，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)80的所述供氣口 83與所述內(nèi)燃燃燒室4連通，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)80的所述回充口 84與所述工質(zhì)導(dǎo)出口 6連通。本發(fā)明的所有設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室4的實(shí)施方式中，都可以參照本實(shí)施例設(shè)置所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)80。實(shí)施例18
如圖18所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于:所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11改設(shè)為活塞液體機(jī)構(gòu)，所述活塞液體機(jī)構(gòu)包括氣液缸101和氣液隔離結(jié)構(gòu)102，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)102設(shè)在所述氣液缸101內(nèi)。所述氣液缸101的液體端與液壓動力機(jī)構(gòu)96連通，所述液壓動力機(jī)構(gòu)96與液體工質(zhì)回送系統(tǒng)97連通，所述液體工質(zhì)回送系統(tǒng)97與所述氣液缸101的液體端連通；所述液壓動力機(jī)構(gòu)96和所述液體工質(zhì)回送系統(tǒng)97受過程控制機(jī)構(gòu)99控制。
具體實(shí)施時，可選擇性的使所述氣液缸101內(nèi)的氣體工質(zhì)對所述氣液隔離結(jié)構(gòu)102的壓力大于所述氣液缸101內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)102做往復(fù)運(yùn)動時的慣性力之和。本發(fā)明的所有設(shè)置所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11的實(shí)施方式中都可以參照本實(shí)施例將所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)11設(shè)置成所述活塞液體機(jī)構(gòu)，本發(fā)明的所有實(shí)施方式中的所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)3也可以參照本實(shí)施例設(shè)置成所述活塞液體機(jī)構(gòu)。實(shí)施例19
如圖19所示的熱源做功熱氣機(jī)，其與實(shí)施例3的區(qū)別在于:所述熱源做功熱氣機(jī)還包括氧化劑源55、氧化劑傳感器58和氧化劑控制裝置52，所述氧化劑傳感器58設(shè)在所述閉合回路內(nèi)，所述氧化劑傳感器58對所述氧化劑控制裝置52提供信號，所述氧化劑源55通過控制閥53受所述氧化劑控制裝置52控制以實(shí)現(xiàn)調(diào)整進(jìn)入所述內(nèi)燃燃燒室4的氧化劑的量。本發(fā)明的所有設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室4的實(shí)施方式中，都可以參照本實(shí)施例設(shè)置所述氧化劑控制裝置52及其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的所有設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室4的實(shí)施方式中，具體實(shí)施時，都可以選擇性的設(shè)置使所述內(nèi)燃燃燒室4排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量大于從由所述工質(zhì)閉合回路中導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室4的物質(zhì)的質(zhì)量流量。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，根據(jù)本領(lǐng)域的公知技術(shù)和本發(fā)明所公開的技術(shù)方案，可以推導(dǎo)出或聯(lián)想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:包括氣體做功機(jī)構(gòu)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)、內(nèi)燃燃燒室(4)、工質(zhì)導(dǎo)出口(6)和冷卻器(5)，所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)入口連通，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體做功機(jī)構(gòu)、所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)經(jīng)連通通道連通形成工質(zhì)閉合回路，所述冷卻器(5)設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路上，所述內(nèi)燃燃燒室(4)設(shè)在以所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口(6)設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口為下游的所述工質(zhì)閉合回路上。
2.一種熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:包括氣體做功機(jī)構(gòu)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)、加熱器(7)和冷卻器(5)，所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)入口連通，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體做功機(jī)構(gòu)、所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)、所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)經(jīng)連通通道連通形成工質(zhì)閉合回路，所述冷卻器(5)設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路上，所述加熱器(7)設(shè)在以所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路上。
3.一種熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:包括活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)、往復(fù)連通通道(10)、內(nèi) 燃燃燒室(4)、工質(zhì)導(dǎo)出口(6)和冷卻器(5)，所述往復(fù)連通通道(10)的一端與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的氣缸連通，另一端與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)入口連通，在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)出口和所述往復(fù)連通通道(10 )之間的連通通道上設(shè)排氣正時控制閥(92)，在所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)進(jìn)氣正時控制閥(93)，所述冷卻器(5)設(shè)在所述往復(fù)連通通道(10)上或設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的氣缸上或設(shè)在所述排氣正時控制閥(92)和所述往復(fù)連通通道(10)之間的連通通道上，所述內(nèi)燃燃燒室(4)設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)出口和所述排氣正時控制閥(92 )之間的連通通道內(nèi)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口( 6 )設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的氣缸上或設(shè)在所述往復(fù)連通通道(10)上或設(shè)在所述排氣正時控制閥(92)和所述往復(fù)連通通道(10)之間的連通通道上。
4.一種熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:包括活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)、往復(fù)連通通道(10)、加熱器(7)和冷卻器(5)，所述往復(fù)連通通道(10)的一端與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的氣缸連通,另一端與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口連通，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)連通通道與所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)入口連通，在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)出口和所述往復(fù)連通通道(10)之間的連通通道上設(shè)排氣正時控制閥(92)，在所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)進(jìn)氣正時控制閥(93 )，所述冷卻器(5 )設(shè)在所述往復(fù)連通通道(10 )上或設(shè)在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的氣缸上或設(shè)在所述排氣正時控制閥(92)和所述往復(fù)連通通道(10)之間的連通通道上，所述加熱器(7 )設(shè)在所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)出口和所述排氣正時控制閥(92)之間的連通通道上。
5.如權(quán)利要求1或2所述熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:所述熱源做功熱氣機(jī)還包括熱交換式回?zé)崞?8)，所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞?8)的被冷卻流體通道，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞?8)的被加熱流體通道。
6.如權(quán)利要求3或4所述熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:所述熱源做功熱氣機(jī)還包括熱交換式回?zé)崞?8)，所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)的工質(zhì)出口和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞?8)的被冷卻流體通道，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(3)的工質(zhì)出口和所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口之間的連通通道設(shè)為所述熱交換式回?zé)崞?8)的被加熱流體通道。
7.如權(quán)利要求1或2所述熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:所述氣體做功機(jī)構(gòu)設(shè)為活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)或渦輪動力機(jī)構(gòu)(12)。
8.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)設(shè)為活塞式氣體壓縮機(jī)構(gòu)(21)或葉輪壓氣機(jī)(22)。
9.如權(quán)利要求1或2所述熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:所述氣體做功機(jī)構(gòu)對所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)輸出動力。
10.如權(quán)利要求3或4所述熱源做功熱氣機(jī)，其特征在于:所述活塞式氣體做功機(jī)構(gòu)(11)對所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)輸出動力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱源做功熱氣機(jī)，包括氣體做功機(jī)構(gòu)、氣體壓縮機(jī)構(gòu)、氣缸活塞機(jī)構(gòu)、內(nèi)燃燃燒室、工質(zhì)導(dǎo)出口和冷卻器，所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)、所述氣體做功機(jī)構(gòu)和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)依次經(jīng)連通通道連通并構(gòu)成工質(zhì)閉合回路，所述冷卻器設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)為下游的工質(zhì)閉合回路上，所述內(nèi)燃燃燒室設(shè)在以所述氣體壓縮機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為下游的所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)，所述工質(zhì)導(dǎo)出口設(shè)在以所述氣體做功機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口為上游、以所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)為下游的所述工質(zhì)閉合回路上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、效率高、造價低使用壽命長。
文檔編號F02G1/055GK103195607SQ20131008647
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者靳北彪 申請人:摩爾動力(北京)技術(shù)股份有限公司