CN103195607A - 热源做功热气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热源做功热气机，包括气体做功机构、气体压缩机构、气缸活塞机构、内燃燃烧室、工质导出口和冷却器，所述气体压缩机构、所述气体做功机构和所述气缸活塞机构依次经连通通道连通并构成工质闭合回路，所述冷却器设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气缸活塞机构为下游的工质闭合回路上，所述内燃燃烧室设在以所述气体压缩机构的工质出口为上游、以所述气体做功机构的工质出口为下游的所述工质闭合回路内，所述工质导出口设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气缸活塞机构为下游的所述工质闭合回路上。本发明结构简单、效率高、造价低使用寿命长。

Description

热源做功热气机

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种热气机。

背景技术

传统热气机例如斯特林发动机，其冷缸和热缸的压力基本相同，而且压缩比非常低（目前世界上最好的斯特林发动机的压缩比仅为2左右），这些都严重影响着斯特林发动机的效率，不仅如此，冷缸和热缸之间必须具有特定的相位差，这就不可避免的影响其使用范围。因此需要发明一种新型热气机。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出的技术方案如下：

方案:1：一种热源做功热气机，包括气体做功机构、气体压缩机构、气缸活塞机构、内燃燃烧室、工质导出口和冷却器，所述气体做功机构的工质出口经连通通道与所述气缸活塞机构的工质入口连通，所述气缸活塞机构的工质出口经连通通道与所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述气体做功机构的工质入口连通，所述气体做功机构、所述气体压缩机构、所述气缸活塞机构经连通通道连通形成工质闭合回路，所述冷却器设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气缸活塞机构的工质出口为下游的所述工质闭合回路上，所述内燃燃烧室设在以所述气体压缩机构的工质出口为上游、以所述气体做功机构的工质出口为下游的所述工质闭合回路内，所述工质导出口设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气体压缩机构的工质入口为下游的所述工质闭合回路上。

方案2：一种热源做功热气机，包括气体做功机构、气体压缩机构、气缸活塞机构、加热器和冷却器，所述气体做功机构的工质出口经连通通道与所述气缸活塞机构的工质入口连通，所述气缸活塞机构的工质出口经连通通道与所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述气体做功机构的工质入口连通，所述气体做功机构、所述气体压缩机构、所述气缸活塞机构经连通通道连通形成工质闭合回路，所述冷却器设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气缸活塞机构的工质出口为下游的所述工质闭合回路上，所述加热器设在以所述气体压缩机构的工质出口为上游、以所述气体做功机构的工质出口为下游的所述工质闭合回路上。

方案3：一种热源做功热气机，包括活塞式气体做功机构、气体压缩机构、气缸活塞机构、往复连通通道、内燃燃烧室、工质导出口和冷却器，所述往复连通通道的一端与所述气缸活塞机构的气缸连通，另一端与所述活塞式气体做功机构的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述活塞式气体做功机构的工质入口连通，在所述活塞式气体做功机构的工质出口和所述往复连通通道之间的连通通道上设排气正时控制阀，在所述气体压缩机构的气体出口和所述活塞式气体做功机构之间的连通通道上设进气正时控制阀，所述冷却器设在所述往复连通通道上或所述气缸活塞机构上或所述排气正时控制阀和所述往复连通通道之间的连通通道上，所述内燃燃烧室设在所述活塞式气体做功机构的工质出口和所述排气正时控制阀之间的连通通道内，所述工质导出口设在所述气缸活塞机构上或所述往复连通通道上或所述排气正时控制阀和所述往复连通通道之间的连通通道上。

方案4：一种热源做功热气机，包括活塞式气体做功机构、气体压缩机构、气缸活塞机构、往复连通通道、加热器和冷却器，所述往复连通通道的一端与所述气缸活塞机构连通，另一端与所述活塞式气体做功机构的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述活塞式气体做功机构的工质入口连通，在所述活塞式气体做功机构的工质出口和所述往复连通通道之间的连通通道上设排气正时控制阀，在所述气体压缩机构的出口和所述活塞式气体做功机构的入口之间的连通通道上设进气正时控制阀，所述冷却器设在所述往复连通通道上或所述气缸活塞机构上或所述排气正时控制阀和所述往复连通通道之间的连通通道上，所述加热器设在所述活塞式气体做功机构的工质出口和所述排气正时控制阀之间的连通通道内。

方案5：在方案1或方案2的基础上，所述热源做功热气机还包括热交换式回热器，所述气体做功机构的工质出口和所述气缸活塞机构工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器的被冷却流体通道，所述气缸活塞机构的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器的被加热流体通道。

方案6：在方案3或方案4的基础上，所述热源做功热气机还包括热交换式回热器，所述活塞式气体做功机构的工质出口和所述气缸活塞机构的工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器的被冷却流体通道，所述气缸活塞机构的工质出口和所述气体压缩机构工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器的被加热流体通道。

方案7：在方案1或方案2的基础上，所述气体做功机构设为活塞式气体做功机构或涡轮动力机构。

方案8：在方案1至方案4中任一项的基础上，所述气体压缩机构设为活塞式气体压缩机构或叶轮压气机。

方案9：在方案1或方案2的基础上，所述气体做功机构对所述气体压缩机构输出动力。

方案10：在方案3或方案4的基础上，所述活塞式气体做功机构对所述气体压缩机构输出动力。

方案11：在方案1或方案3的基础上，所述工质导出口上设控制阀。

方案12：在方案1或方案2 的基础上，所述气缸活塞机构的工质入口和工质出口一体化设为往复流通口，所述往复流通口经往复连通通道与所述气体做功机构的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口连通。

方案13：在方案12的基础上，在所述气体做功机构的工质出口和所述往复连通通道之间的连通通道上设正时控制阀，在所述往复连通通道和所述气体压缩机构的工质入口之间的连通通道上设正时控制阀。

方案14：在方案2、方案4或方案12的基础上，在所述往复连通通道上设回热器。

方案15：在方案1或方案2 的基础上，多个所述气体做功机构和/或多个所述气体压缩机构和/或多个所述气缸活塞机构串联设置。

方案16：在方案3或方案4 的基础上，多个所述气体做功机构和/或多个所述气体压缩机构和/或多个所述气缸活塞机构串联设置。

方案17：在方案1或方案3 的基础上，所述热源做功热气机还包括涡轮动力机构和附属叶轮压气机，所述工质导出口与所述涡轮动力机构的工质入口连通，所述涡轮动力机构的工质出口经附属冷却器与所述附属叶轮压气机的工质入口连通，所附属叶轮压气机的工质出口与所述工质闭合回路连通；所述涡轮动力机构的工质出口与所述附属叶轮压气机的工质入口之间的通道上设有附属工质导出口。

方案18：在方案1或方案3 的基础上，所述热源做功热气机还包括氧化剂源和还原剂源，所述氧化剂源和所述还原剂源与所述工质闭合回路连通，所述氧化剂源设为四类门气缸活塞机构。

方案19：在方案18的基础上，所述四类门气缸活塞机构受使所述四类门气缸活塞机构按照吸气冲程-压气供气冲程-气体回充做功冲程-排气冲程模式循环工作的控制机构控制，所述四类门气缸活塞机构的供气口与所述内燃燃烧室连通，所述四类门气缸活塞机构的回充口与所述工质导出口连通。

方案20：在方案1的基础上，所述热源做功热气机还包括氧化剂源、氧化剂传感器和氧化剂控制装置，所述氧化剂传感器设在所述工质闭合回路内，所述氧化剂传感器对所述氧化剂控制装置提供信号，所述氧化剂源受所述氧化剂控制装置控制以实现调整进入所述内燃燃烧室的氧化剂的量。

方案21：在方案3或方案4的基础上，所述气缸活塞机构设为活塞液体机构，所述活塞液体机构包括气液缸和气液隔离结构，所述气液隔离结构设在所述气液缸内。

方案22：在方案1至方案4的基础上，所述气缸活塞机构设为活塞液体机构，所述活塞液体机构包括气液缸和气液隔离结构，所述气液隔离结构（102）设在所述气液缸内。

方案23：在方案21或方案22 的基础上，所述气液缸内的气体工质对所述气液隔离结构的压力大于所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构做往复运动时的惯性力之和。

方案24：在方案1至方案4的基础上，所述热源做功热气机还包括低温冷源，所述低温冷源用于提供低温物质，所述低温物质用于冷却进入所述气体压缩机构的工质。

方案25：在方案1或方案3的基础上，所述内燃燃烧室排出的物质的质量流量大于从由所述工质闭合回路中导入所述内燃燃烧室的物质的质量流量。

本发明的原理是：在所述气缸活塞机构的活塞向上止点运动时，气体工质直接或经所述回热器（填料式回热器或热交换器式回热器）供送给气体压缩机构，经所述气体压缩机构增压后的气体工质供送到所述加热器（或所述内燃燃烧室）内，在所述加热器内吸热（恒温吸热、吸热升压或吸热升温）后推动所述气体做功机构对外做功；从所述气体做功机构排出的气体工质直接或经所述回热器供送给所述气缸活塞机构，推动所述气缸活塞机构的活塞下行做功；如此循环周而复始对外做功。

本发明中，在具有正时控制阀（所述进气正时控制阀、所述排气正时控制阀和所述正时控制阀）的结构中，所述热源做功热气机中气体工质的流动可以通过所述正时控制阀进行控制。

本发明中，在具有所述涡轮动力机构和所述叶轮压气机的结构中，通过所述涡轮动力机构和所述叶轮压气机控制所述热源做功热气机中气体工质的流动。

本发明中，所述加热器是指能够在系统外部对工质进行加热的装置，也可以是太阳能加热器，还可以是热交换器或其他外燃形式的加热器。

本发明中，所述内燃燃烧室是指氧化剂和还原剂发生燃烧化学反应后所形成的高温产物直接作为循环工质或与所述工质闭合回路内事先存在的其它气体混合后作为循环工质的燃烧室。根据技术常识，需要在所述工质闭合回路上设置氧化剂和还原剂的入口，或者将氧化剂和还原剂预先存入所述工质闭合回路中。

本发明中，所述热交换器式回热器是指设在所述冷却器之前的，能够将来自所述加热器（或所述内燃燃烧室）流向所述冷却器的高温工质的热量传递给即将进入所述加热器（或所述内燃燃烧室）的工质的热交换器。

本发明中，所述填料式回热器是指当高温工质流过多孔填料区域时将自身的热量留给填料，当低温工质逆行流过多孔填料区域时吸收填料所存储的热量的装置。

本发明中，所述冷却器是指能够使工质降温的装置，它可以是散热器，也可以是热交换器。

本发明中，通过调整所述工质闭合回路的工作压力以及热端机构的排量，以控制热端机构的质量排量，使所述内燃燃烧室排出的物质的质量流量M₂大于从所述工质闭合回路外导入所述内燃燃烧室的物质的质量流量M₁，也就是说除了从所述工质闭合回路外导入所述内燃燃烧室的物质外，还有一部分物质是从所述工质闭合回路中导入所述内燃燃烧室的，由于所述内燃燃烧室是设置在所述工质闭合回路内的，所以也就是说从所述内燃燃烧室排出的物质至少有一部分流回所述内燃燃烧室，即实现了工质在热端机构和冷端机构之间有往复流动。从所述工质闭合回路外向所述内燃燃烧室导入的物质可以是氧化剂、还原剂、压缩气体或高温燃气等。

本发明中，所述热端机构是指所述内燃燃烧室设在其中，或者所述内燃燃烧室中发生燃烧化学反应后产生的工质首先进入其中的配气机构或做功机构，例如气体做功机构、活塞式气体做功机构。

本发明中，所述冷端机构是指工质从所述热端机构流出后进入的气体做功机构或气体压缩机构，例如所述气体压缩机构和所述气缸活塞机构等。

本发明中，所述工质闭合回路是指由所述气体做功机构（或所述活塞式气体做功机构）、所述气体压缩机构、所述气缸活塞机构、所述内燃燃烧室（或加热器）、所述冷却器等以及它们之间的连通通道构成的工质可循环流动的空间。

本发明中，所述气液缸是指可以容纳气体工质和/或液体，并能承受一定压力的容器，所述气液缸被所述气液隔离结构分隔成气体端和液体端，所述气液缸的气体端设有气体工质流通口，所述气体工质流通口用于与所述工质闭合回路中的其它装置或机构连通；所述气液缸的液体端设有液体流通口，所述液体流通口用于与液压动力机构和/或液体工质回送系统连通。

本发明中，所述气液隔离结构是指可以在所述气液缸中做往复运动的结构体，如隔离板、隔离膜、活塞等，其作用是隔离所述气液缸中的气体工质和液体，优选地，所述气液隔离结构和所述气液缸密封滑动配合。在所述活塞液体机构工作过程中，根据所述气液隔离结构处于所述气液缸内的不同位置，所述气液缸内可能全部是气体工质，也可能全部是液体，或者气体工质和液体同时存在。

本发明中，所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构与传统的活塞连杆机构不同，传统的活塞连杆机构中的活塞可受连杆的推力或拉力停下，从而实现对活塞行程的限制，而在所述气液缸中，当所述气液缸内的气体工质做正功时，所述气液隔离结构受压力向下止点方向移动，将液体以高压形式排出所述气液缸并推动液压动力机构（例如液体马达）对外做功，当液体即将排尽时，改变液体马达工作模式或启动液体工质回送系统，使所述气液缸内的液体不再减少，此时液体会对所述气液缸内的所述气液隔离结构施加制动力，使其停止，以防止其撞击气液缸的液体端底部的壁；当不断向所述气液缸内输入液体时，所述气液隔离结构会不断向上止点方向移动，当到达上止点附近时，停止向所述气液缸内输入液体或者使所述气液缸内的液体减少（流出），尽管如此，所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构仍然会由于惯性向上止点方向运动，此时，如果所述气液缸内的气体工质的压力不够高，则会导致所述气液隔离结构继续向上运动而撞击气液缸顶部的壁，为了避免这种撞击，需要使气液缸内气体工质的压力足够高，使其对所述气液隔离结构的压力大于所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构做往复运动时的惯性力之和。

本发明中，在所述热源做功热气机的工作过程中所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构的惯性力之和是变化的，因此在工程设计中应保证在任何工作时刻都满足“所述气液缸内的气体工质对所述气液隔离结构的压力大于所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构做往复运动时的惯性力之和”的条件，例如通过调整所述工质闭合回路中的工作压力、调整气液隔离结构的质量、调整液体密度或调整液体深度等方式来实现，其中，所述液体深度是指液体在做往复运动方向上的液体的深度。

所谓的“调整所述工质闭合回路中的工作压力”是通过调整流入和/或流出所述工质闭合回路的气体工质的体积流量来实现的，例如可以通过调整所述工质导出口的开关间隔、每次开启的时间和/或所述工质导出口处控制阀的开口大小来实现。

本发明中，可以通过调整所述工质闭合回路中的压力（例如可以通过调整所述工质导出口的开启压力或者开关时间来实现），使所述气液缸内的气体工质对所述气液隔离结构的压力大于所述气液缸内的液体和所述气液隔离结构的总惯性力，从而防止所述气液隔离结构与所述气液缸碰撞。

本发明中，所述低温冷源是指能提供温度在0℃以下的低温物质的装置、机构或储罐，例如采用商业购买方式获得的储存有低温物质的储罐，所述低温物质可以是液氮、液氧、液氦或液化空气等。在设置所述内燃燃烧室的结构中，当氧化剂为液氧时，液氧可直接作为所述低温物质。

本发明中，在设置所述内燃燃烧室的结构中，所述低温冷源以直接与所述工质闭合回路连通使所述低温物质与所述工质闭合回路内的工质混合的方式，或者以经换热装置使所述低温物质与所述工质闭合回路内的工质换热的方式，对所述气体压缩机构中或即将进入所述气体压缩机构的工质进行冷却处理。在设置所述加热器的结构中，所述低温冷源以经换热装置使所述低温物质与所述工质闭合回路内的工质换热的方式对所述气体压缩机构中或即将进入所述气体压缩机构的工质进行冷却处理。热气机是一种工作循环接近卡诺循环的动力机构，其热效率的计算可以参考卡诺循环热效率计算公式：                                                ，从中可知，当冷源温度T₂下降时，热效率

升高，而且向冷源排放的热量减少，如果冷源温度T₂下降幅度很大，即冷源温度很低，则热效率

很高，向冷源排放的热量很小。由此推断，可用温度相当低的低温物质使冷源温度T₂大幅下降，从而大幅减少向冷源排放的热量，有效提高发动机效率。

温度越低的低温物质（例如液氧、液氮或液氦等），在制造过程中需要消耗越多的能量，但是就单位质量而言，对发动机热效率

提升的贡献越大，就好比将能量存储在温度很低的物质中，相当于一种新型电池的概念，所述低温物质可以使用垃圾电等成本很低的能源来制造，从而有效降低发动机的使用成本。

本发明中，在设置所述内燃燃烧室的结构中，所述低温冷源中的所述低温物质发挥冷却作用后，既可导入所述工质闭合回路中，作为热源做功热气机的循环工质，也可不导入所述工质闭合回路中。

本发明中，所谓的两个装置连通，是指流体可以在两个装置之间单向或者双向流通。所谓的连通是指直接连通或经控制机构、控制单元或其他控制部件间接连通。

本发明中，所述氧化剂传感器是指对所述工质闭合回路中的氧化剂的含量进行检测的装置。所述氧化剂传感器对所述氧化剂控制装置提供信号，所述氧化剂控制装置根据所述氧化剂传感器提供的信号以及预先设定的所述工质闭合回路中静态或动态的氧化剂含量设定值对所述氧化剂控制阀进行控制以增加或减少向所述工质闭合回路中供给氧化剂的量，达到调控所述工质闭合回路中氧化剂的含量的目的。

所述氧化剂含量的设定值可以是一个数值，也可以是一个数值区间，例如：所述工质闭合回路中的氧化剂含量的设定值可以为5％、10％或10%~12%等。

所述氧化剂传感器可以设在远离所述内燃燃烧室的工质闭合回路上，可保证整个工质闭合回路是在富氧（氧含量大于零）状态下工作，使所述内燃燃烧室内发生稳定的燃烧化学反应，同时还可以防止积碳的发生。

本发明中，所述液氧包括商业液氧或现场制备的液氧。

本发明中，所述内燃燃烧室可以设为内燃连续燃烧室、内燃间歇燃烧室或内燃正时燃烧室；所述内燃连续燃烧室是指其内可以连续发生所述放热化学反应的内燃燃烧室；所述内燃间歇燃烧室是指非连续发生所述放热化学反应的内燃燃烧室，所述内燃间歇燃烧室可以是正时间歇燃烧室，所述热源做功热气机的每个工作循环中燃烧室内只发生一次所述放热化学反应，所述放热化学反应只在一个冲程内发生；或者可以是正时长间歇燃烧室，所述热源做功热气机多个工作循环中燃烧室内发生一次所述放热化学反应；或者可以是长正时间歇燃烧室，所述热源做功热气机连续的多个工作循环中燃烧室连续发生所述放热化学反应。

本发明中，所述四类门气缸活塞机构是指气缸上设有进气口、排气口、供气口和回充口，在所述进气口、所述排气口、所述供气口和所述回充口处依次对应设置进气门、排气门、供气门和回充门的气缸活塞机构。

本发明中，所述工质闭合回路内的工质需要经过压缩、加热升温升压、做功以及被冷却的过程，这就要求所述工质闭合回路能承受一定压力，选择性地，所述工质闭合回路的承压能力可设为大于2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa、10MPa、10.5MPa、11MPa、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。

本发明中，所述工质闭合回路内工质压力与其承压能力相匹配，即所述工质闭合回路内的最高工质压力达到其承压能力。

本发明中，所述燃料可以是碳氢化合物、碳氢氧化合物或固体碳。需要指出的是：采用固体碳作为燃料燃烧后没有水生成，且燃烧后产物中的二氧化碳浓度高，易液化；实施的过程中，固体碳可采用固体预先装配、粉末化后喷入、粉末化后再用液体或气体二氧化碳流化后喷入的方式输入热源做功热气机。

本发明中，应根据热能与动力领域的公知技术，在必要的地方设置必要的部件、单元或系统等。

本发明的有益效果如下：

本发明结构简单、效率高、造价低，使用寿命长。

附图说明

图1所示的是本发明实施例1的结构示意图；

图2所示的是本发明实施例2的结构示意图；

图3所示的是本发明实施例3的结构示意图；

图4所示的是本发明实施例4的结构示意图；

图5所示的是本发明实施例5的结构示意图；

图6所示的是本发明实施例6的结构示意图；

图7所示的是本发明实施例7的结构示意图；

图8所示的是本发明实施例8的结构示意图；

图9所示的是本发明实施例9的结构示意图；

图10所示的是本发明实施例10的结构示意图；

图11所示的是本发明实施例11的结构示意图；

图12所示的是本发明实施例12的结构示意图；

图13所示的是本发明实施例13的结构示意图；

图14所示的是本发明实施例14的结构示意图；

图15所示的是本发明实施例15的结构示意图；

图16所示的是本发明实施例16的结构示意图；

图17所示的是本发明实施例17的结构示意图；

图18所示的是本发明实施例18的结构示意图；

图19所示的是本发明实施例19的结构示意图；

图中：

3气缸活塞机构、4内燃燃烧室、5冷却器、6工质导出口、7加热器、8热交换式回热器、9控制阀、10往复连通通道、11活塞式气体做功机构、12涡轮动力机构、21活塞式气体压缩机构、22叶轮压气机、30往复流通口、33三通、80填料式回热器、91正时控制阀、50、低温冷源、100涡轮动力机构、200附属叶轮压气机、401附属冷却器、3002附属工质导出口、5001连通口、101气液缸、102气液隔离结构、97液体工质回送系统、99过程控制机构、96液压动力机构、80四类门气缸活塞机构、81进气口、82排气口、83供气口、84回充口、58氧化剂传感器、52氧化剂控制装置、53氧化剂控制阀、55氧化剂源、56还原剂源、92排气正时控制阀、93进气正时控制阀。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的热源做功热气机，包括气体做功机构、气体压缩机构、气缸活塞机构3、内燃燃烧室4、工质导出口6和冷却器5，所述气体做功机构、所述气体压缩机构、所述气缸活塞机构3经连通通道连通构成工质闭合回路，所述气体做功机构设为涡轮动力机构12，所述气体压缩机构设为叶轮压气机22，所述涡轮动力机构12与所述叶轮压气机22同轴设置并对所述叶轮压气机22输出动力，所述涡轮动力机构12、所述气缸活塞机构3和所述叶轮压气机22依次经连通通道连通，所述冷却器5设置在所述气缸活塞机构3的气缸上，所述内燃燃烧室4设置在所述叶轮压气机22的工质出口和所述涡轮动力机构12的工质入口之间的连通通道内，所述工质导出口6设在所述涡轮动力机构12的工质出口和所述气缸活塞机构3的气缸之间的连通通道上，所述工质导出口6上设控制阀9。

作为可变换的实施方式，所述冷却器5可改设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气缸活塞机构3的工质出口为下游的所述工质闭合回路的除所述气缸活塞机构3的气缸以外的其它位置上；

作为可变换的实施方式，所述内燃燃烧室4可改设在以所述气体压缩机构的工质出口为上游、以所述气体做功机构的工质出口为下游的所述工质闭合回路内的除所述叶轮压气机22的工质出口和所述涡轮动力机构12的工质入口之间的连通通道的其它位置上；

作为可变换的实施方式，所述工质导出口6可改设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气体压缩机构的工质入口为下游的所述工质闭合回路的除所述涡轮动力机构12的工质出口和所述气缸活塞机构3之间的连通通道其它位置上。

实施例2

如图2所示的热源做功热气机，包括气体做功机构、气体压缩机构、气缸活塞机构3、加热器7和冷却器5；所述气体做功机构的工质出口经连通通道与所述气缸活塞机构3的工质入口连通，所述气缸活塞机构3的工质出口经连通通道与所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述气体做功机构的工质入口连通，构成工质闭合回路；所述气体做功机构设为涡轮动力机构12，所述气体压缩机构设为叶轮压气机22，所述涡轮动力机构12与所述叶轮压气机22同轴设置并对所述叶轮压气机22输出动力，所述冷却器5设在所述涡轮动力机构12的工质出口和所述气缸活塞机构3的气缸之间连通通道上，所述加热器7设置在所述叶轮压气机22的工质出口和所述涡轮动力机构12的工质入口之间的连通通道上。 

作为可变换的实施方式，所述冷却器5可改设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气缸活塞机构3的工质出口为下游的所述工质闭合回路的除所述涡轮动力机构12的工质出口和所述气缸活塞机构3的气缸之间连通通道的其它位置上。

实施例3

如图3所示的热源做功热气机，其与实施例1的区别在于：所述气体做功机构改设为活塞式气体做功机构11，所述气体压缩机构改设为活塞式气体压缩机构21，所述内燃燃烧室4改设在所述活塞式气体做功机构11的气缸内，所述冷却器5改设在所述工质导出口6和所述气缸活塞机构3的工质入口之间连通通道上，在所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述气缸活塞机构3的工质入口之间的连通通道上设正时控制阀91，在所述活塞式气体压缩机构21的工质出口和所述活塞式气体做功机构11的工质入口之间的连通通道上设另一个正时控制阀91。

实施例4 

如图4所示的热源做功热气机，其与实施例2的区别在于：所述气体做功机构改设为活塞式气体做功机构11，所述气体压缩机构改设为活塞式气体压缩机构21，所述加热器7改设在所述活塞式气体做功机构11的气缸上，所述冷却器改5设在所述气缸活塞机构3的气缸上，在所述活塞式气体做功机构21的工质出口和所述活塞式气体做功机构11的工质入口之间的连通通道上设正时控制阀91，在所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述气缸活塞机构3的工质入口之间的连通通道上设另一个正时控制阀91。

实施例5 

如图5所示的热源做功热气机，其与实施例1的区别在于：所述气体压缩机构改设为活塞式气体压缩机构21，所述冷却器5改设在所述工质导出口6和所述气缸活塞机构3的工质入口之间的连通通道上。

实施例6 

如图6所示的热源做功热气机，其与实施例2的区别在于：所述气体压缩机构改设为活塞式气体压缩机构21。

实施例7 

如图7所示的热源做功热气机，其与实施例1的区别在于：所述气体做功机构改设为活塞式气体做功机构11，所述内燃燃烧室4改设在所述活塞式气体做功机构11的气缸内，所述热源做功热气机还包括热交换式回热器8，所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述气缸活塞机构3的工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器8的被冷却流体通道，所述气缸活塞机构3的工质出口和所述叶轮压气机22的工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器8的被加热流体通道。

实施例8 

如图8所示的热源做功热气机，其与实施例2的区别在于：所述气体做功机构改设为活塞式气体做功机构11，所述加热器7改设在所述活塞式气体做功机构11的气缸上，所述冷却器5改设在所述气缸活塞机构3的气缸上。 

实施例9 

如图9所示的热源做功热气机，其与实施例7的区别在于：取消了所述热交换器式回热器8，所述气缸活塞机构3的工质入口和工质出口一体化设置为往复流通口30，所述往复流通口30经往复连通通道10与所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述叶轮压气机22的工质入口连通，在所述往复连通通道10和所述活塞式气体做功机构11的工质出口之间的连通通道上设排气正时控制阀92，在所述往复连通通道10和所述叶轮压气机22的工质入口之间的连通通道上设进气正时控制阀93，所述冷却器5改为设置在所述排气正时控制阀92和所述往复连通通道10之间的连通通道上。

作为可变换的实施方式，所述冷却器5还可设置在所述往复连通通道10上。

实施例10

如图10所示的热源做功热气机，其与实施例4的区别在于：所述气缸活塞机构3的工质入口和工质出口一体化设置为往复流通口30，所述往复流通口30经往复连通通道10与所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述活塞式气体压缩机构21的工质入口连通，在所述往复连通通道10上设填料式回热器80。

实施例11 

如图11所示的热源做功热气机，其与实施例1的区别在于：两个所述叶轮压气机22串联设置，两个所述涡轮动力机构12串联设置，其中一个所述涡轮动力机构12对一个所述叶轮压气机22输出动力。 

作为可变换的实施方式，两个所述叶轮压气机22和两个所述涡轮动力机构12共轴设置。

实施例12 

如图12所示的热源做功热气机，其与实施例8的区别在于：所述气缸活塞机构3设为两个，且两个所述气缸活塞机构3串联设置。

实施例13

如图13所示的热源做功热气机，包括活塞式气体做功机构11、气体压缩机构、气缸活塞机构3、往复连通通道10、内燃燃烧室4、工质导出口6和冷却器5，所述往复连通通道10的一端与所述气缸活塞机构3连通，所述往复连通通道10的另一端与所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述活塞式气体做功机构11的工质入口连通，在所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述往复连通通道10之间的连通通道上设排气正时控制阀92，在所述气体压缩机构的工质出口和所述活塞式气体做功机构11的工质入口之间的连通通道上设进气正时控制阀93，所述冷却器5设在所述排气正时控制阀92和所述往复连通通道10之间的连通通道上，所述内燃燃烧室4设在所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述排气正时控制阀92之间的连通通道内，所述工质导出口6设在所述往复连通通道10上，在所述工质导出口6上设控制阀9，本实施例中，所述气体压缩机构具体的设为了叶轮压气机22。

实施例14

如图14所示的热源做功热气机，包括活塞式气体做功机构11、气体压缩机构、气缸活塞机构3、往复连通通道10、加热器7和冷却器5，所述往复连通通道10的一端与所述气缸活塞机构3的气缸连通，所述往复连通通道10的另一端与所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述活塞式气体做功机构11的工质入口连通，在所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述往复连通通道10之间的连通通道上设排气正时控制阀92，在所述气体压缩机构的工质出口和所述活塞式气体做功机构11的工质入口之间的连通通道上设进气正时控制阀93，所述冷却器5设在所述气缸活塞机构3的气缸上，所述加热器7设在所述活塞式气体做功机构11的工质出口和所述排气正时控制阀92之间的连通通道内，在所述往复连通通道10上设填料式回热器80，本实施例中，所述气体压缩机构具体的设为了活塞式气体压缩机构21。

作为可以变换的实施方式，所述填料式回热器80可以不设。

实施例15

如图15所示的热源做功热气机，其与实施例1的区别在于：所述热源做功热气机还包括低温冷源50，所述低温冷源50用于提供低温物质，所述低温物质用于冷却进入所述叶轮压气机22的工质，图中所述低温冷源50设置在所述气缸活塞机构3的工质出口与所述叶轮压气机22的工质入口之间的连通通道上。

本发明的所有实施方式中，都可以参照本实施例设置所述低温冷源50。

实施例16

如图16所示的热源做功热气机，其与实施例1的区别在于：所述热源做功热气机还包括涡轮动力机构100和附属叶轮压气机200，所述工质导出口6与所述涡轮动力机构100的工质入口连通，所述涡轮动力机构100的工质出口经附属冷却器401与所述附属叶轮压气机200的工质入口连通，所述附属叶轮压气机200的工质出口与所述工质闭合回路连通；在所述涡轮动力机构100的工质出口与所述附属叶轮压气机200的工质入口之间的连通通道上设附属工质导出口3002，

本实施例中，在所述气缸活塞机构3的工质出口和所述叶轮压气机22工质入口之间的连通通道上设连通口5001，所述附属叶轮压气机200的工质出口与所述连通口5001连通。作为可以变换的实施方式，所述附属叶轮压气机200的工质出口还可以与所述工质闭合回路的其他任何位置连通。

本发明的所有设置所述内燃燃烧室4的实施方式中，都可以参照本实施例设置所述涡轮动力机构100和所述附属叶轮压气机200及其关联结构。

实施例17

如图17所示的热源做功热气机，其与实施例3的区别在于：所述热源做功热气机还包括氧化剂源和还原剂源，所述氧化剂源和所述还原剂源与所述工质闭合回路连通，所述氧化剂源设为四类门气缸活塞机构80，所述四类门气缸活塞机构80受使所述四类门气缸活塞机构80按照吸气冲程-压气供气冲程-气体回充做功冲程-排气冲程模式循环工作的控制机构控制，所述四类门气缸活塞机构80上设有进气口81、排气口82、供气口83和回充口84，在所述进气口81、所述排气口82、所述供气口83和所述回充口84处依次对应设置进气门、排气门、供气门和回充门，所述四类门气缸活塞机构80的所述供气口83与所述内燃燃烧室4连通，所述四类门气缸活塞机构80的所述回充口84与所述工质导出口6连通。

本发明的所有设置所述内燃燃烧室4的实施方式中，都可以参照本实施例设置所述四类门气缸活塞机构80。

实施例18

如图18所示的热源做功热气机，其与实施例3的区别在于：所述活塞式气体做功机构11改设为活塞液体机构，所述活塞液体机构包括气液缸101和气液隔离结构102，所述气液隔离结构102设在所述气液缸101内。

所述气液缸101的液体端与液压动力机构96连通，所述液压动力机构96与液体工质回送系统97连通，所述液体工质回送系统97与所述气液缸101的液体端连通；所述液压动力机构96和所述液体工质回送系统97受过程控制机构99控制。

具体实施时，可选择性的使所述气液缸101内的气体工质对所述气液隔离结构102的压力大于所述气液缸101内的液体和所述气液隔离结构102做往复运动时的惯性力之和。

本发明的所有设置所述活塞式气体做功机构11的实施方式中都可以参照本实施例将所述活塞式气体做功机构11设置成所述活塞液体机构，本发明的所有实施方式中的所述气缸活塞机构3也可以参照本实施例设置成所述活塞液体机构。

实施例19

如图19所示的热源做功热气机，其与实施例3的区别在于：所述热源做功热气机还包括氧化剂源55、氧化剂传感器58和氧化剂控制装置52，所述氧化剂传感器58设在所述闭合回路内，所述氧化剂传感器58对所述氧化剂控制装置52提供信号，所述氧化剂源55通过控制阀53受所述氧化剂控制装置52控制以实现调整进入所述内燃燃烧室4的氧化剂的量。

本发明的所有设置所述内燃燃烧室4的实施方式中，都可以参照本实施例设置所述氧化剂控制装置52及其关联结构。

本发明的所有设置所述内燃燃烧室4的实施方式中，具体实施时，都可以选择性的设置使所述内燃燃烧室4排出的物质的质量流量大于从由所述工质闭合回路中导入所述内燃燃烧室4的物质的质量流量。

显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种热源做功热气机，其特征在于：包括气体做功机构、气体压缩机构、气缸活塞机构（3）、内燃燃烧室（4）、工质导出口（6）和冷却器（5），所述气体做功机构的工质出口经连通通道与所述气缸活塞机构（3）的工质入口连通，所述气缸活塞机构（3）的工质出口经连通通道与所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述气体做功机构的工质入口连通，所述气体做功机构、所述气体压缩机构、所述气缸活塞机构（3）经连通通道连通形成工质闭合回路，所述冷却器（5）设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气缸活塞机构（3）的工质出口为下游的所述工质闭合回路上，所述内燃燃烧室（4）设在以所述气体压缩机构的工质出口为上游、以所述气体做功机构的工质出口为下游的所述工质闭合回路内，所述工质导出口（6）设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气体压缩机构的工质入口为下游的所述工质闭合回路上。

2.一种热源做功热气机，其特征在于：包括气体做功机构、气体压缩机构、气缸活塞机构（3）、加热器（7）和冷却器（5），所述气体做功机构的工质出口经连通通道与所述气缸活塞机构（3）的工质入口连通，所述气缸活塞机构（3）的工质出口经连通通道与所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述气体做功机构的工质入口连通，所述气体做功机构、所述气体压缩机构、所述气缸活塞机构（3）经连通通道连通形成工质闭合回路，所述冷却器（5）设在以所述气体做功机构的工质出口为上游、以所述气缸活塞机构（3）的工质出口为下游的所述工质闭合回路上，所述加热器（7）设在以所述气体压缩机构的工质出口为上游、以所述气体做功机构的工质出口为下游的所述工质闭合回路上。

3.一种热源做功热气机，其特征在于：包括活塞式气体做功机构（11）、气体压缩机构、气缸活塞机构（3）、往复连通通道（10）、内燃燃烧室（4）、工质导出口（6）和冷却器（5），所述往复连通通道（10）的一端与所述气缸活塞机构（3）的气缸连通，另一端与所述活塞式气体做功机构（11）的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述活塞式气体做功机构（11）的工质入口连通，在所述活塞式气体做功机构（11）的工质出口和所述往复连通通道（10）之间的连通通道上设排气正时控制阀（92），在所述气体压缩机构的工质出口和所述活塞式气体做功机构（11）的工质入口之间的连通通道上设进气正时控制阀（93），所述冷却器（5）设在所述往复连通通道（10）上或设在所述气缸活塞机构（3）的气缸上或设在所述排气正时控制阀（92）和所述往复连通通道（10）之间的连通通道上，所述内燃燃烧室（4）设在所述活塞式气体做功机构（11）的工质出口和所述排气正时控制阀（92）之间的连通通道内，所述工质导出口（6）设在所述气缸活塞机构（3）的气缸上或设在所述往复连通通道（10）上或设在所述排气正时控制阀（92）和所述往复连通通道（10）之间的连通通道上。

4.一种热源做功热气机，其特征在于：包括活塞式气体做功机构（11）、气体压缩机构、气缸活塞机构（3）、往复连通通道（10）、加热器（7）和冷却器（5），所述往复连通通道（10）的一端与所述气缸活塞机构（3）的气缸连通，另一端与所述活塞式气体做功机构（11）的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口连通，所述气体压缩机构的工质出口经连通通道与所述活塞式气体做功机构（11）的工质入口连通，在所述活塞式气体做功机构（11）的工质出口和所述往复连通通道（10）之间的连通通道上设排气正时控制阀（92），在所述气体压缩机构的工质出口和所述活塞式气体做功机构（11）的工质入口之间的连通通道上设进气正时控制阀（93），所述冷却器（5）设在所述往复连通通道（10）上或设在所述气缸活塞机构（3）的气缸上或设在所述排气正时控制阀（92）和所述往复连通通道（10）之间的连通通道上，所述加热器（7）设在所述活塞式气体做功机构（11）的工质出口和所述排气正时控制阀（92）之间的连通通道上。

5. 如权利要求1或2所述热源做功热气机，其特征在于：所述热源做功热气机还包括热交换式回热器（8），所述气体做功机构的工质出口和所述气缸活塞机构（3）的工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器（8）的被冷却流体通道，所述气缸活塞机构（3）的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器（8）的被加热流体通道。

6.如权利要求3或4所述热源做功热气机，其特征在于：所述热源做功热气机还包括热交换式回热器（8），所述活塞式气体做功机构（11）的工质出口和所述气缸活塞机构（3）的工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器（8）的被冷却流体通道，所述气缸活塞机构（3）的工质出口和所述气体压缩机构的工质入口之间的连通通道设为所述热交换式回热器（8）的被加热流体通道。

7.如权利要求1或2所述热源做功热气机，其特征在于：所述气体做功机构设为活塞式气体做功机构（11）或涡轮动力机构（12）。

8.如权利要求1至4中任一项所述热源做功热气机，其特征在于：所述气体压缩机构设为活塞式气体压缩机构（21）或叶轮压气机（22）。

9.如权利要求1或2所述热源做功热气机，其特征在于：所述气体做功机构对所述气体压缩机构输出动力。

10.如权利要求3或4所述热源做功热气机，其特征在于：所述活塞式气体做功机构（11）对所述气体压缩机构输出动力。

Images