專利名稱：熱源做功熱氣機的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱能與動力領域，尤其是一種熱氣機。
背景技術：
傳統熱氣機例如斯特林發動機，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動機的壓縮比僅為2左右)，這些都嚴重影響著斯特林發動機的效率，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。因此需要發明一種新型熱氣機。
發明內容
為了解決現有技術存在的問題，本發明提出的技術方案如下:
方案:1:一種熱源做功熱氣機，包括氣體做功機構、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構、內燃燃燒室、工質導出口和冷卻器，所述氣體做功機構的工質出口經連通通道與所述氣缸活塞機構的工質入口連通，所述氣缸活塞機構的工質出口經連通通道與所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述氣體做功機構的工質入口連通，所述氣體做功機構、所述氣體壓縮機構、所述氣缸活塞機構經連通通道連通形成工質閉合回路，所述冷卻器設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣缸活塞機構的工質出口為下游的所述工質閉合回路上，所述內燃燃燒室設在以所述氣體壓縮機構的工質出口為上游、以所述氣體做功機構的工質出口為下游的所述工質閉合回路內，所述工質導出口設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣體壓縮機構的工質入口為下游的所述工質閉合回路上。方案2:—種熱源做功熱氣機,包括氣體做功機構、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構、加熱器和冷卻器，所述氣體做功機構的工質出口經連通通道與所述氣缸活塞機構的工質入口連通，所述氣缸活塞機構的工質出口經連通通道與所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述氣體做功機構的工質入口連通，所述氣體做功機構、所述氣體壓縮機構、所述氣缸活塞機構經連通通道連通形成工質閉合回路，所述冷卻器設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣缸活塞機構的工質出口為下游的所述工質閉合回路上，所述加熱器設在以所述氣體壓縮機構的工質出口為上游、以所述氣體做功機構的工質出口為下游的所述工質閉合回路上。方案3:—種熱源做功熱氣機,包括活塞式氣體做功機構、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構、往復連通通道、內燃燃燒室、工質導出口和冷卻器，所述往復連通通道的一端與所述氣缸活塞機構的氣缸連通，另一端與所述活塞式氣體做功機構的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述活塞式氣體做功機構的工質入口連通，在所述活塞式氣體做功機構的工質出口和所述往復連通通道之間的連通通道上設排氣正時控制閥，在所述氣體壓縮機構的氣體出口和所述活塞式氣體做功機構之間的連通通道上設進氣正時控制閥，所述冷卻器設在所述往復連通通道上或所述氣缸活塞機構上或所述排氣正時控制閥和所述往復連通通道之間的連通通道上，所述內燃燃燒室設在所述活塞式氣體做功機構的工質出口和所述排氣正時控制閥之間的連通通道內，所述工質導出口設在所述氣缸活塞機構上或所述往復連通通道上或所述排氣正時控制閥和所述往復連通通道之間的連通通道上。方案4:一種熱源做功熱氣機,包括活塞式氣體做功機構、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構、往復連通通道、加熱器和冷卻器，所述往復連通通道的一端與所述氣缸活塞機構連通，另一端與所述活塞式氣體做功機構的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述活塞式氣體做功機構的工質入口連通，在所述活塞式氣體做功機構的工質出口和所述往復連通通道之間的連通通道上設排氣正時控制閥，在所述氣體壓縮機構的出口和所述活塞式氣體做功機構的入口之間的連通通道上設進氣正時控制閥，所述冷卻器設在所述往復連通通道上或所述氣缸活塞機構上或所述排氣正時控制閥和所述往復連通通道之間的連通通道上，所述加熱器設在所述活塞式氣體做功機構的工質出口和所述排氣正時控制閥之間的連通通道內。方案5:在方案I或方案2的基礎上，所述熱源做功熱氣機還包括熱交換式回熱器，所述氣體做功機構的工質出口和所述氣缸活塞機構工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器的被冷卻流體通道，所述氣缸活塞機構的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器的被加熱流體通道。方案6:在方案3或方案4的基礎上，所述熱源做功熱氣機還包括熱交換式回熱器，所述活塞式氣體做功機構的工質出口和所述氣缸活塞機構的工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器的被冷卻流體通道，所述氣缸活塞機構的工質出口和所述氣體壓縮機構工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器的被加熱流體通道。方案7:在方案I或方案2的基礎上,所述氣體做功機構設為活塞式氣體做功機構或渦輪動力機構。方案8:在方案I至方案4中任一項的基礎上,所述氣體壓縮機構設為活塞式氣體壓縮機構或葉輪壓氣機。方案9:在方案I或方案2的基礎上,所述氣體做功機構對所述氣體壓縮機構輸出動力。方案10:在方案3或方案4的基礎上，所述活塞式氣體做功機構對所述氣體壓縮機構輸出動力。方案11:在方案I或方案3的基礎上，所述工質導出口上設控制閥。方案12:在方案I或方案2的基礎上，所述氣缸活塞機構的工質入口和工質出口一體化設為往復流通口，所述往復流通口經往復連通通道與所述氣體做功機構的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口連通。方案13:在方案12的基礎上，在所述氣體做功機構的工質出口和所述往復連通通道之間的連通通道上設正時控制閥，在所述往復連通通道和所述氣體壓縮機構的工質入口之間的連通通道上設正時控制閥。方案14:在方案2、方案4或方案12的基礎上，在所述往復連通通道上設回熱器。方案15:在方案I或方案2的基礎上，多個所述氣體做功機構和/或多個所述氣體壓縮機構和/或多個所述氣缸活塞機構串聯設置。
方案16:在方案3或方案4的基礎上，多個所述氣體做功機構和/或多個所述氣體壓縮機構和/或多個所述氣缸活塞機構串聯設置。方案17:在方案I或方案3的基礎上，所述熱源做功熱氣機還包括渦輪動力機構和附屬葉輪壓氣機，所述工質導出口與所述渦輪動力機構的工質入口連通，所述渦輪動力機構的工質出口經附屬冷卻器與所述附屬葉輪壓氣機的工質入口連通，所附屬葉輪壓氣機的工質出口與所述工質閉合回路連通；所述渦輪動力機構的工質出口與所述附屬葉輪壓氣機的工質入口之間的通道上設有附屬工質導出口。方案18:在方案I或方案3的基礎上，所述熱源做功熱氣機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閉合回路連通，所述氧化劑源設為四類門氣缸活塞機構。方案19:在方案18的基礎上，所述四類門氣缸活塞機構受使所述四類門氣缸活塞機構按照吸氣沖程-壓氣供氣沖程-氣體回充做功沖程-排氣沖程模式循環工作的控制機構控制，所述四類門氣缸活塞機構的供氣口與所述內燃燃燒室連通，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20:在方案I的基礎上，所述熱源做功熱氣機還包括氧化劑源、氧化劑傳感器和氧化劑控制裝置，所述氧化劑傳感器設在所述工質閉合回路內，所述氧化劑傳感器對所述氧化劑控制裝置提供信號，所述氧化劑源受所述氧化劑控制裝置控制以實現調整進入所述內燃燃燒室的氧化劑的量。方案21:在方案3或方案4的基礎上，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22:在方案I至方案4的基礎上，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(102)設在所述氣液缸內。方案23:在方案21或方案22的基礎上，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。方案24:在方案I至方案4的基礎上，所述熱源做功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進入所述氣體壓縮機構的工質。方案25:在方案I或方案3的基礎上，所述內燃燃燒室排出的物質的質量流量大于從由所述工質閉合回路中導入所述內燃燃燒室的物質的質量流量。本發明的原理是:在所述氣缸活塞機構的活塞向上止點運動時,氣體工質直接或經所述回熱器(填料式回熱器或熱交換器式回熱器)供送給氣體壓縮機構，經所述氣體壓縮機構增壓后的氣體工質供送到所述加熱器(或所述內燃燃燒室)內，在所述加熱器內吸熱(恒溫吸熱、吸熱升壓或吸熱升溫)后推動所述氣體做功機構對外做功；從所述氣體做功機構排出的氣體工質直接或經所述回熱器供送給所述氣缸活塞機構，推動所述氣缸活塞機構的活塞下行做功；如此循環周而復始對外做功。本發明中，在具有正時控制閥(所述進氣正時控制閥、所述排氣正時控制閥和所述正時控制閥)的結構中，所述熱源做功熱氣機中氣體工質的流動可以通過所述正時控制閥進行控制。本發明中，在具有所述渦輪動力機構和所述葉輪壓氣機的結構中，通過所述渦輪動力機構和所述葉輪壓氣機控制所述熱源做功熱氣機中氣體工質的流動。
本發明中，所述加熱器是指能夠在系統外部對工質進行加熱的裝置，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。本發明中，所述內燃燃燒室是指氧化劑和還原劑發生燃燒化學反應后所形成的高溫產物直接作為循環工質或與所述工質閉合回路內事先存在的其它氣體混合后作為循環工質的燃燒室。根據技術常識，需要在所述工質閉合回路上設置氧化劑和還原劑的入口，或者將氧化劑和還原劑預先存入所述工質閉合回路中。本發明中，所述熱交換器式回熱器是指設在所述冷卻器之前的，能夠將來自所述加熱器(或所述內燃燃燒室)流向所述冷卻器的高溫工質的熱量傳遞給即將進入所述加熱器(或所述內燃燃燒室)的工質的熱交換器。本發明中，所述填料式回熱器是指當高溫工質流過多孔填料區域時將自身的熱量留給填料，當低溫工質逆行流過多孔填料區域時吸收填料所存儲的熱量的裝置。本發明中，所述冷卻器是指能夠使工質降溫的裝置，它可以是散熱器，也可以是熱交換器。本發明中，通過調整所述工質閉合回路的工作壓力以及熱端機構的排量，以控制熱端機構的質量排量，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，即實現了工質在熱端機構和冷端機構之間有往復流動。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、還原齊U、壓縮氣體或高溫燃氣等。本發明中，所述熱端機構是指所述內燃燃燒室設在其中，或者所述內燃燃燒室中發生燃燒化學反應后產生的工質首先進入其中的配氣機構或做功機構，例如氣體做功機構、活塞式氣體做功機構。本發明中，所述冷端機構是指工質從所述熱端機構流出后進入的氣體做功機構或氣體壓縮機構，例如所述氣體壓縮機構和所述氣缸活塞機構等。本發明中，所述工質閉合回路是指由所述氣體做功機構(或所述活塞式氣體做功機構)、所述氣體壓縮機構、所述氣缸活塞機構、所述內燃燃燒室(或加熱器)、所述冷卻器等以及它們之間的連通通道構成的工質可循環流動的空間。本發明中，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，所述氣液缸的氣體端設有氣體工質流通口，所述氣體工質流通口用于與所述工質閉合回路中的其它裝置或機構連通；所述氣液缸的液體端設有液體流通口，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連通。 本發明中，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。
本發明中，所述氣液缸內的液體和所述氣液隔離結構與傳統的活塞連桿機構不同，傳統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，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。本發明中，在所述熱源做功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。本發明中，可 以通過調整所述工質閉合回路中的壓力(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)，使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總慣性力，從而防止所述氣液隔離結構與所述氣液缸碰撞。本發明中，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，對所述氣體壓縮機構中或即將進入所述氣體壓縮機構的工質進行冷卻處理。在設置所述加熱器的結構中，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氣體壓縮機構中或即將進入所述氣體壓縮機構的工質進行冷卻處理。熱氣機是一種工作循環接近卡諾循環的動力機構，其熱效率的計算可以參考卡諾循環熱效率計算公式:
從中可知，當冷源溫度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，可用溫度相當低的低溫物質使冷源溫度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，對發動機熱效車》 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，從而有效降低發動機的使用成本。本發明中，在設置所述內燃燃燒室的結構中，所述低溫冷源中的所述低溫物質發揮冷卻作用后，既可導入所述工質閉合回路中，作為熱源做功熱氣機的循環工質，也可不導入所述工質閉合回路中。本發明中，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或動態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。所述氧化劑含量的設定值可以是一個數值，也可以是一個數值區間，例如:所述工質閉合回路中的氧化劑含量的設定值可以為5%、10%或109Γ12%等。所述氧化劑傳感器可以設在遠離所述內燃燃燒室的工質閉合回路上，可保證整個工質閉合回路是在富氧(氧含量大于零)狀態下工作，使所述內燃燃燒室內發生穩定的燃燒化學反應，同時還可以防止積碳的發生。
本發明中，所述液氧包括商業液氧或現場制備的液氧。本發明中，所述內燃燃燒室可以設為內燃連續燃燒室、內燃間歇燃燒室或內燃正時燃燒室；所述內燃連續燃燒室是指其內可以連續發生所述放熱化學反應的內燃燃燒室；所述內燃間歇燃燒室是指非連續發生所述放熱化學反應的內燃燃燒室，所述內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的每個工作循環中燃燒室內只發生一次所述放熱化學反應，所述放熱化學反應只在一個沖程內發生；或者可以是正時長間歇燃燒室，所述熱源做功熱氣機多個工作循環中燃燒室內發生一次所述放熱化學反應；或者可以是長正時間歇燃燒室，所述熱源做功熱氣機連續的多個工作循環中燃燒室連續發生所述放熱化學反應。本發明中，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。本發明中，所述工質閉合回路內的工質需要經過壓縮、加熱升溫升壓、做功以及被冷卻的過程，這就要求所述工質閉合回路能承受一定壓力，選擇性地，所述工質閉合回路的承壓能力可設為大于 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。本發明中，所述工質閉合回路內工質壓力與其承壓能力相匹配，即所述工質閉合回路內的最高工質壓力達到其承壓能力。本發明中，所述燃料可以是碳氫化合物、碳氫氧化合物或固體碳。需要指出的是:采用固體碳作為燃料燃燒后沒有水生成，且燃燒后產物中的二氧化碳濃度高，易液化；實施的過程中，固體碳可采用固體預先裝配、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。本發明中，應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、單元或系統等。本發明的有益效果如下:
本發明結構簡單、效率高、造價低，使用壽命長。
圖1所示的是本發明實施例1的結構示意 圖2所示的是本發明實施例2的結構示意 圖3所示的是本發明實施例3的結構示意 圖4所示的是本發明實施例4的結構示意 圖5所示的是本發明實施例5的結構示意 圖6所示的是本發明實施例6的結構示意 圖7所示的是本發明實施例7的結構示意 圖8所示的是本發明實施例8的結構示意 圖9所示的是本發明實施例9的結構示意 圖10所示的是本發明實施例10的結構示意 圖11所示的是本發明實施例11的結構示意 圖12所示的是本發明實施例12的結構示意 圖13所示的是本發明實施例13的結構示意 圖14所示的是本發明實施例14的結構示意 圖15所示的是本發明實施例15的結構示意 圖16所示的是本發明實施例16的結構示意 圖17所示的是本發明實施例17的結構示意 圖18所示的是本發明實施例18的結構示意 圖19所示的是本發明實施例19的結構示意 圖中:
3氣缸活塞機構、4內燃燃燒室、5冷卻器、6工質導出口、7加熱器、8熱交換式回熱器、9控制閥、10往復連通通道、11活塞式氣體做功機構、12渦輪動力機構、21活塞式氣體壓縮機構、22葉輪壓氣機、30往復流通口、33三通、80填料式回熱器、91正時控制閥、50、低溫冷源、100渦輪動力機構、200附屬葉輪壓氣機、401附屬冷卻器、3002附屬工質導出口、5001連通口、101氣液缸、102氣液隔離結構、97液體工質回送系統、99過程控制機構、96液壓動力機構、80四類門氣缸活塞機構、81進氣口、82排氣口、83供氣口、84回充口、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進氣正時控制閥。
具體實施例方式實施例1
如圖1所不的熱源做功熱氣機，包括氣體做功機構、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構3、內燃燃燒室4、工質導出口 6和冷卻器5，所述氣體做功機構、所述氣體壓縮機構、所述氣缸活塞機構3經連通通道連通構成工質閉合回路，所述氣體做功機構設為渦輪動力機構12，所述氣體壓縮機構設為葉輪壓氣機22，所述渦輪動力機構12與所述葉輪壓氣機22同軸設置并對所述葉輪壓氣機22輸出動力，所述渦輪動力機構12、所述氣缸活塞機構3和所述葉輪壓氣機22依次經連通通道連通，所述冷卻器5設置在所述氣缸活塞機構3的氣缸上，所述內燃燃燒室4設置在所述葉輪壓氣機22的工質出口和所述渦輪動力機構12的工質入口之間的連通通道內，所述工質導出口 6設在所述渦輪動力機構12的工質出口和所述氣缸活塞機構3的氣缸之間的連通通道上，所述工質導出口 6上設控制閥9。作為可變換的實施方式，所述冷卻器5可改設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣缸活塞機構3的工質出口為下游的所述工質閉合回路的除所述氣缸活塞機構3的氣缸以外的其它位置上；
作為可變換的實施方式，所述內燃燃燒室4可改設在以所述氣體壓縮機構的工質出口為上游、以所述氣體做功機構的工質出口為下游的所述工質閉合回路內的除所述葉輪壓氣機22的工質出口和所述渦輪動力機構12的工質入口之間的連通通道的其它位置上；
作為可變換的實施方式，所述工質導出口 6可改設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣體壓縮機構的工質入口為下游的所述工質閉合回路的除所述渦輪動力機構12的工質出口和所述氣缸活塞機構3之間的連通通道其它位置上。實施例2
如圖2所不的熱源做功熱氣機,包括氣體做功機構、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構3、加熱器7和冷卻器5 ;所述氣體做功機構的工質出口經連通通道與所述氣缸活塞機構3的工質入口連通，所述氣缸活塞機構3的工質出口經連通通道與所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述氣體做功機構的工質入口連通，構成工質閉合回路；所述氣體做功機構設為渦輪動力機構12，所述氣體壓縮機構設為葉輪壓氣機22，所述渦輪動力機構12與所述葉輪壓氣機22同軸設置并對所述葉輪壓氣機22輸出動力，所述冷卻器5設在所述渦輪動力機構12的工質出口和所述氣缸活塞機構3的氣缸之間連通通道上，所述加熱器7設置在所述葉輪壓氣機22的工質出口和所述渦輪動力機構12的工質入口之間的連通通道上。作為可變換的實施方式，所述冷卻器5可改設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣缸活塞機構3的工質出口為下游的所述工質閉合回路的除所述渦輪動力機構12的工質出口和所述氣缸活塞機構3的氣缸之間連通通道的其它位置上。實施例3 如圖3所示的熱源做功熱氣機，其與實施例1的區別在于:所述氣體做功機構改設為活塞式氣體做功機構11，所述氣體壓縮機構改設為活塞式氣體壓縮機構21，所述內燃燃燒室4改設在所述活塞式氣體做功機構11的氣缸內，所述冷卻器5改設在所述工質導出口 6和所述氣缸活塞機構3的工質入口之間連通通道上，在所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述氣缸活塞機構3的工質入口之間的連通通道上設正時控制閥91，在所述活塞式氣體壓縮機構21的工質出口和所述活塞式氣體做功機構11的工質入口之間的連通通道上設另一個正時控制閥91。實施例4
如圖4所示的熱源做功熱氣機，其與實施例2的區別在于:所述氣體做功機構改設為活塞式氣體做功機構11，所述氣體壓縮機構改設為活塞式氣體壓縮機構21,所述加熱器7改設在所述活塞式氣體做功機構11的氣缸上，所述冷卻器改5設在所述氣缸活塞機構3的氣缸上，在所述活塞式氣體做功機構21的工質出口和所述活塞式氣體做功機構11的工質入口之間的連通通道上設正時控制閥91，在所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述氣缸活塞機構3的工質入口之間的連通通道上設另一個正時控制閥91。實施例5
如圖5所示的熱源做功熱氣機，其與實施例1的區別在于:所述氣體壓縮機構改設為活塞式氣體壓縮機構21,所述冷卻器5改設在所述工質導出口 6和所述氣缸活塞機構3的工質入口之間的連通通道上。實施例6
如圖6所示的熱源做功熱氣機，其與實施例2的區別在于:所述氣體壓縮機構改設為活塞式氣體壓縮機構21。實施例7
如圖7所示的熱源做功熱氣機，其與實施例1的區別在于:所述氣體做功機構改設為活塞式氣體做功機構11，所述內燃燃燒室4改設在所述活塞式氣體做功機構11的氣缸內，所述熱源做功熱氣機還包括熱交換式回熱器8，所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述氣缸活塞機構3的工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器8的被冷卻流體通道，所述氣缸活塞機構3的工質出口和所述葉輪壓氣機22的工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器8的被加熱流體通道。實施例8
如圖8所示的熱源做功熱氣機，其與實施例2的區別在于:所述氣體做功機構改設為活塞式氣體做功機構11，所述加熱器7改設在所述活塞式氣體做功機構11的氣缸上，所述冷卻器5改設在所述氣缸活塞機構3的氣缸上。實施例9
如圖9所示的熱源做功熱氣機，其與實施例7的區別在于:取消了所述熱交換器式回熱器8，所述氣缸活塞機構3的工質入口和工質出口一體化設置為往復流通口 30，所述往復流通口 30經往復連通通道10與所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述葉輪壓氣機22的工質入口連通，在所述往復連通通道10和所述活塞式氣體做功機構11的工質出口之間的連通通道上設排氣正時控制閥92，在所述往復連通通道10和所述葉輪壓氣機22的工質入口之間的連通通道上設進氣正時控制閥93，所述冷卻器5改為設置在所述排氣正時控制閥92和所述往復連通通道10之間的連通通道上。作為可變換的實施方式，所述冷卻器5還可設置在所述往復連通通道10上。實施例10
如圖10所示的熱源做功熱氣機，其與實施例4的區別在于:所述氣缸活塞機構3的工質入口和工質出口一體化設置為往復流通口 30，所述往復流通口 30經往復連通通道10與所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述活塞式氣體壓縮機構21的工質入口連通，在所述往復連通通道10上設填料式回熱器80。實施例11
如圖11所示的熱源做功熱氣機，其與實施例1的區別在于:兩個所述葉輪壓氣機22串聯設置，兩個所述渦輪動力機構12串聯設置，其中一個所述渦輪動力機構12對一個所述葉輪壓氣機22輸出動力。作為可變換的實施方式，兩個所述葉輪壓氣機22和兩個所述渦輪動力機構12共
軸設置。實施例12
如圖12所示的熱源做功熱氣機，其與實施例8的區別在于:所述氣缸活塞機構3設為兩個，且兩個所述氣缸活塞機構3串聯設置。實施例13
如圖13所示的熱源做功熱氣機，包括活塞式氣體做功機構11、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構3、往復連通通道10、內燃燃燒室4、工質導出口 6和冷卻器5，所述往復連通通道10的一端與所述氣缸活塞機構3連通，所述往復連通通道10的另一端與所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述活塞式氣體做功機構11的工質入口連通，在所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述往復連通通道10之間的連通通道上設排氣正時控制閥92，在所述氣體壓縮機構的工質出口和所述活塞式氣體做功機構11的工質入口之間的連通通道上設進氣正時控制閥93，所述冷卻器5設在所述排氣正時控制閥92和所述往復連通通道10之間的連通通道上，所述內燃燃燒室4設在所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述排氣正時控制閥92之間的連通通道內，所述工質導出口 6設在所述往復連通通道10上，在所述工質導出口 6上設控制閥9，本實施例中，所述氣體壓縮機構具體的設為了葉輪壓氣機22。實施例14
如圖14所示的熱源做功熱氣機，包括活塞式氣體做功機構11、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構3、往復連通通道10、加熱器7和冷卻器5，所述往復連通通道10的一端與所述氣缸活塞機構3的氣缸連通，所述往復連通通道10的另一端與所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述活塞式氣體做功機構11的工質入口連通，在所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述往復連通通道10之間的連通通道上設排氣正時控制閥92，在所述氣體壓縮機構的工質出口和所述活塞式氣體做功機構11的工質入口之間的連通通道上設進氣正時控制閥93，所述冷卻器5設在所述氣缸活塞機構3的氣缸上，所述加熱器7設在所述活塞式氣體做功機構11的工質出口和所述排氣正時控制閥92之間的連通通道內，在所述往復連通通道10上設填料式回熱器80，本實施例中，所述氣體壓縮機構具體的設為了活塞式氣體壓縮機構21。作為可以變換的實施方式，所述填料式回熱器80可以不設。實施例15
如圖15所示的熱源做功熱氣機，其與實施例1的區別在于:所述熱源做功熱氣機還包括低溫冷源50，所述低溫冷源50用于提供低溫物質，所述低溫物質用于冷卻進入所述葉輪壓氣機22的工質，圖中所述低溫冷源50設置在所述氣缸活塞機構3的工質出口與所述葉輪壓氣機22的工質入口之間的連通通道上。本發明的所有實施方式中，都可以參照本實施例設置所述低溫冷源50。實施例16
如圖16所示的熱源做功熱氣機，其與實施例1的區別在于:所述熱源做功熱氣機還包括渦輪動力機構100和附屬葉輪壓氣機200，所述工質導出口 6與所述渦輪動力機構100的工質入口連通，所述渦輪動力機構100的工質出口經附屬冷卻器401與所述附屬葉輪壓氣機200的工質入口連通，所述附屬葉輪壓氣機200的工質出口與所述工質閉合回路連通；在所述渦輪動力機構100的工質出口與所述附屬葉輪壓氣機200的工質入口之間的連通通道上設附屬工質導出口 3002，
本實施例中，在所述氣缸活塞機構3的工質出口和所述葉輪壓氣機22工質入口之間的連通通道上設連通口 5001，所述附屬葉輪壓氣機200的工質出口與所述連通口 5001連通。作為可以變換的實施方式，所述附屬葉輪壓氣機200的工質出口還可以與所述工質閉合回路的其他任何位置連通。本發明的所有設置所述內燃燃燒室4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100和所述附屬葉輪壓氣機200及其關聯結構。實施例17
如圖17所示的熱源做功熱氣機，其與實施例3的區別在于:所述熱源做功熱氣機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閉合回路連通，所述氧化劑源設為四類門氣缸活塞機構80，所述四類門氣缸活塞機構80受使所述四類門氣缸活塞機構80按照吸氣沖程-壓氣供氣沖程-氣體回充做功沖程-排氣沖程模式循環工作的控制機構控制，所述四類門氣缸活塞機構80上設有進氣口 81、排氣口 82、供氣口 83和回充口 84，在所述進氣口 81、所述排氣口 82、所述供氣口 83和所述回充口 84處依次對應設置進氣門、排氣門、供氣門和回充門，所述四類門氣缸活塞機構80的所述供氣口 83與所述內燃燃燒室4連通，所述四類門氣缸活塞機構80的所述回充口 84與所述工質導出口 6連通。本發明的所有設置所述內燃燃燒室4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80。實施例18
如圖18所示的熱源做功熱氣機，其與實施例3的區別在于:所述活塞式氣體做功機構11改設為活塞液體機構，所述活塞液體機構包括氣液缸101和氣液隔離結構102，所述氣液隔離結構102設在所述氣液缸101內。所述氣液缸101的液體端與液壓動力機構96連通，所述液壓動力機構96與液體工質回送系統97連通，所述液體工質回送系統97與所述氣液缸101的液體端連通；所述液壓動力機構96和所述液體工質回送系統97受過程控制機構99控制。
具體實施時，可選擇性的使所述氣液缸101內的氣體工質對所述氣液隔離結構102的壓力大于所述氣液缸101內的液體和所述氣液隔離結構102做往復運動時的慣性力之和。本發明的所有設置所述活塞式氣體做功機構11的實施方式中都可以參照本實施例將所述活塞式氣體做功機構11設置成所述活塞液體機構，本發明的所有實施方式中的所述氣缸活塞機構3也可以參照本實施例設置成所述活塞液體機構。實施例19
如圖19所示的熱源做功熱氣機，其與實施例3的區別在于:所述熱源做功熱氣機還包括氧化劑源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設在所述閉合回路內，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控制以實現調整進入所述內燃燃燒室4的氧化劑的量。本發明的所有設置所述內燃燃燒室4的實施方式中，都可以參照本實施例設置所述氧化劑控制裝置52及其關聯結構。本發明的所有設置所述內燃燃燒室4的實施方式中，具體實施時，都可以選擇性的設置使所述內燃燃燒室4排出的物質的質量流量大于從由所述工質閉合回路中導入所述內燃燃燒室4的物質的質量流量。顯然，本發明不限于以上實施例，根據本領域的公知技術和本發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，也應認為是本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種熱源做功熱氣機，其特征在于:包括氣體做功機構、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構(3)、內燃燃燒室(4)、工質導出口(6)和冷卻器(5)，所述氣體做功機構的工質出口經連通通道與所述氣缸活塞機構(3)的工質入口連通，所述氣缸活塞機構(3)的工質出口經連通通道與所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述氣體做功機構的工質入口連通，所述氣體做功機構、所述氣體壓縮機構、所述氣缸活塞機構(3)經連通通道連通形成工質閉合回路，所述冷卻器(5)設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣缸活塞機構(3)的工質出口為下游的所述工質閉合回路上，所述內燃燃燒室(4)設在以所述氣體壓縮機構的工質出口為上游、以所述氣體做功機構的工質出口為下游的所述工質閉合回路內，所述工質導出口(6)設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣體壓縮機構的工質入口為下游的所述工質閉合回路上。
2.一種熱源做功熱氣機，其特征在于:包括氣體做功機構、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構(3)、加熱器(7)和冷卻器(5)，所述氣體做功機構的工質出口經連通通道與所述氣缸活塞機構(3)的工質入口連通，所述氣缸活塞機構(3)的工質出口經連通通道與所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述氣體做功機構的工質入口連通，所述氣體做功機構、所述氣體壓縮機構、所述氣缸活塞機構(3)經連通通道連通形成工質閉合回路，所述冷卻器(5)設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣缸活塞機構(3)的工質出口為下游的所述工質閉合回路上，所述加熱器(7)設在以所述氣體壓縮機構的工質出口為上游、以所述氣體做功機構的工質出口為下游的所述工質閉合回路上。
3.一種熱源做功熱氣機，其特征在于:包括活塞式氣體做功機構(11)、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構(3)、往復連通通道(10)、內 燃燃燒室(4)、工質導出口(6)和冷卻器(5)，所述往復連通通道(10)的一端與所述氣缸活塞機構(3)的氣缸連通，另一端與所述活塞式氣體做功機構(11)的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述活塞式氣體做功機構(11)的工質入口連通，在所述活塞式氣體做功機構(11)的工質出口和所述往復連通通道(10 )之間的連通通道上設排氣正時控制閥(92)，在所述氣體壓縮機構的工質出口和所述活塞式氣體做功機構(11)的工質入口之間的連通通道上設進氣正時控制閥(93)，所述冷卻器(5)設在所述往復連通通道(10)上或設在所述氣缸活塞機構(3)的氣缸上或設在所述排氣正時控制閥(92)和所述往復連通通道(10)之間的連通通道上，所述內燃燃燒室(4)設在所述活塞式氣體做功機構(11)的工質出口和所述排氣正時控制閥(92 )之間的連通通道內，所述工質導出口( 6 )設在所述氣缸活塞機構(3)的氣缸上或設在所述往復連通通道(10)上或設在所述排氣正時控制閥(92)和所述往復連通通道(10)之間的連通通道上。
4.一種熱源做功熱氣機，其特征在于:包括活塞式氣體做功機構(11)、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構(3)、往復連通通道(10)、加熱器(7)和冷卻器(5)，所述往復連通通道(10)的一端與所述氣缸活塞機構(3)的氣缸連通,另一端與所述活塞式氣體做功機構(11)的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口連通，所述氣體壓縮機構的工質出口經連通通道與所述活塞式氣體做功機構(11)的工質入口連通，在所述活塞式氣體做功機構(11)的工質出口和所述往復連通通道(10)之間的連通通道上設排氣正時控制閥(92)，在所述氣體壓縮機構的工質出口和所述活塞式氣體做功機構(11)的工質入口之間的連通通道上設進氣正時控制閥(93 )，所述冷卻器(5 )設在所述往復連通通道(10 )上或設在所述氣缸活塞機構(3)的氣缸上或設在所述排氣正時控制閥(92)和所述往復連通通道(10)之間的連通通道上，所述加熱器(7 )設在所述活塞式氣體做功機構(11)的工質出口和所述排氣正時控制閥(92)之間的連通通道上。
5.如權利要求1或2所述熱源做功熱氣機，其特征在于:所述熱源做功熱氣機還包括熱交換式回熱器(8)，所述氣體做功機構的工質出口和所述氣缸活塞機構(3)的工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器(8)的被冷卻流體通道，所述氣缸活塞機構(3)的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器(8)的被加熱流體通道。
6.如權利要求3或4所述熱源做功熱氣機，其特征在于:所述熱源做功熱氣機還包括熱交換式回熱器(8)，所述活塞式氣體做功機構(11)的工質出口和所述氣缸活塞機構(3)的工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器(8)的被冷卻流體通道，所述氣缸活塞機構(3)的工質出口和所述氣體壓縮機構的工質入口之間的連通通道設為所述熱交換式回熱器(8)的被加熱流體通道。
7.如權利要求1或2所述熱源做功熱氣機，其特征在于:所述氣體做功機構設為活塞式氣體做功機構(11)或渦輪動力機構(12)。
8.如權利要求1至4中任一項所述熱源做功熱氣機，其特征在于:所述氣體壓縮機構設為活塞式氣體壓縮機構(21)或葉輪壓氣機(22)。
9.如權利要求1或2所述熱源做功熱氣機，其特征在于:所述氣體做功機構對所述氣體壓縮機構輸出動力。
10.如權利要求3或4所述熱源做功熱氣機，其特征在于:所述活塞式氣體做功機構(11)對所述氣體壓縮機構輸出動力。
全文摘要
本發明公開了一種熱源做功熱氣機，包括氣體做功機構、氣體壓縮機構、氣缸活塞機構、內燃燃燒室、工質導出口和冷卻器，所述氣體壓縮機構、所述氣體做功機構和所述氣缸活塞機構依次經連通通道連通并構成工質閉合回路，所述冷卻器設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣缸活塞機構為下游的工質閉合回路上，所述內燃燃燒室設在以所述氣體壓縮機構的工質出口為上游、以所述氣體做功機構的工質出口為下游的所述工質閉合回路內，所述工質導出口設在以所述氣體做功機構的工質出口為上游、以所述氣缸活塞機構為下游的所述工質閉合回路上。本發明結構簡單、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 優先權日2012年3月28日
發明者靳北彪 申請人:摩爾動力(北京)技術股份有限公司