CN103206316A - 做功单元热气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种做功单元热气机，包括气缸活塞机构、加热器、冷却器和进排分置压气机，在气缸活塞机构的气缸上设进气口和排气口，进气口经连通通道与进排分置压气机的气体出口连通，在连通通道上设有旁通口和附属旁通口，旁通口与排气口连通，附属旁通口与进排分置压气机的气体入口连通，旁通口与进气口和排气口之间均设有控制阀，附属旁通口与气体入口和气体出口之间也均设有控制阀；加热器设在气缸活塞机构的气缸上，和/或设在进气口或排气口与其接近的控制阀之间的连通通道上；冷却器设在进排分置压气机上和/或设在附属旁通口与气体入口之间的连通通道上。本发明结构简单、效率高、造价低、使用寿命长。

Description

做功单元热气机

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

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

方案1.一种做功单元热气机，包括气缸活塞机构、加热器和冷却器，所述气缸活塞机构的气缸上设有进气口和排气口，所述做功单元热气机还包括进排分置压气机，所述进气口与所述进排分置压气机的气体出口连通，在所述进气口与所述气体出口之间的连通通道上设旁通口，所述排气口与所述旁通口连通，在所述进气口与所述旁通口之间的连通通道上设热缸进气正时控制阀，在所述排气口与所述旁通口之间的连通通道上设热缸排气正时控制阀；在所述旁通口与所述气体出口之间的连通通道上设附属旁通口，所述附属旁通口与所述进排分置压气机的气体入口连通；在所述气体入口处或在所述气体入口与所述附属旁通口之间的连通通道上设冷缸进气正时控制阀，在所述气体出口处或在所述气体出口与所述附属旁通口之间的连通通道上设冷缸排气正时控制阀；所述加热器设在所述气缸活塞机构的气缸上和/或设在所述热缸进气正时控制阀与所述进气口之间的连通通道上；所述冷却器设在所述进排分置压气机上和/或设在所述排气口与所述气体入口之间的连通通道上。

方案2.在方案1的基础上，所述做功单元热气机进一步还包括热交换器式回热器，所述旁通口与所述进气口之间的连通通道设为所述热交换器式回热器的被加热流体通道，所述旁通口与所述排气口之间的连通通道设为所述热交换器式回热器的被冷却流体通道，所述加热器设在所述热交换器式回热器的被加热流体出口与所述进气口之间的连通通道上和/或设在所述气缸活塞机构的气缸上，所述冷却器设在所述热交换器式回热器的被冷却流体出口与所述气体入口之间的连通通道上和/或设在所述进排分置压气机上。

方案3.在方案1的基础上，进一步在所述冷却器设置在所述排气口与所述旁通口之间的结构中，在所述排气口与所述冷却器之间设热交换式回热器，所述热交换式回热器对进入所述加热器之前的工质进行加热；

在所述冷却器设置在所述旁通口与所述附属旁通口之间的结构中，在所述旁通口与所述冷却器之间的连通通道上设填料式回热器；

在所述冷却器设置在所述附属旁通口与所述气体入口之间的结构中，在所述附属旁通口与所述冷却器之间设热交换式回热器，或在所述旁通口与所述附属旁通口之间的连通通道上设填料式回热器；在所述冷却器设置在所述进排分置压气机上的结构中，在所述附属旁通口与所述气体入口之间设热交换式回热器，或在所述旁通口与所述附属旁通口之间的连通通道上设填料式回热器；设置在所述附属旁通口与所述冷却器之间或所述附属旁通口与所述气体入口之间的所述热交换式回热器对由所述进排分置压气机导出的工质进行加热。

方案4.一种做功单元热气机，包括气缸活塞机构、内燃燃烧室和冷却器，所述气缸活塞机构的气缸上设有进气口和排气口，所述做功单元热气机还包括进排分置压气机和工质导出口，所述进气口与所述进排分置压气机的气体出口连通，在所述进气口与所述气体出口之间的连通通道上设旁通口，所述排气口与所述旁通口连通，在所述进气口与所述旁通口之间的连通通道上设热缸进气正时控制阀，在所述排气口与所述旁通口之间的连通通道上设热缸排气正时控制阀；在所述旁通口与所述气体出口之间的连通通道上设附属旁通口，所述附属旁通口与所述进排分置压气机的气体入口连通；在所述气体入口处或在所述气体入口与所述附属旁通口之间的连通通道上设冷缸进气正时控制阀，在所述气体出口处或在所述气体出口与所述附属旁通口之间的连通通道上设冷缸排气正时控制阀；所述内燃燃烧室设在所述气缸活塞机构的气缸内和/或设在所述热缸进气正时控制阀与所述进气口之间的连通通道内；所述冷却器设在所述进排分置压气机上和/或设在所述排气口与所述气体入口之间的连通通道上；所述工质导出口设置在工质闭合回路上。

方案5.在方案4的基础上，将所述冷却器设在所述热缸排气正时控制阀与所述气体入口之间的连通通道上，所述工质导出口设置在所述冷却器与所述热缸排气正时控制阀之间的连通通道上。

方案6.在方案4的基础上，所述做功单元热气机进一步还包括热交换器式回热器，所述旁通口与所述进气口之间的连通通道设为所述热交换器式回热器的被加热流体通道，所述旁通口与所述排气口之间的连通通道设为所述热交换器式回热器的被冷却流体通道，所述内燃燃烧室设在所述热交换器式回热器的被加热流体出口与所述进气口之间的连通通道内和/或设在所述气缸活塞机构的气缸内，所述冷却器设在所述热交换器式回热器的被冷却流体出口与所述气体入口之间的连通通道上和/或设在所述进排分置压气机上。

方案7.在方案4的基础上，进一步在所述冷却器设置在所述排气口与所述旁通口之间的结构中，在所述排气口与所述冷却器之间设热交换式回热器，所述热交换式回热器对进入所述内燃燃烧室之前的工质进行加热；

在所述冷却器设置在所述旁通口与所述附属旁通口之间的结构中，在所述旁通口与所述冷却器之间的连通通道上设填料式回热器；

在所述冷却器设置在所述附属旁通口与所述气体入口之间的结构中，在所述附属旁通口与所述冷却器之间设热交换式回热器，或在所述旁通口与所述附属旁通口之间的连通通道上设填料式回热器；在所述冷却器设置在所述进排分置压气机上的结构中，在所述附属旁通口与所述气体入口之间设热交换式回热器，或在所述旁通口与所述附属旁通口之间的连通通道上设填料式回热器；设置在所述附属旁通口与所述冷却器之间或所述附属旁通口与所述气体入口之间的所述热交换式回热器对由所述进排分置压气机导出的工质进行加热。

方案8.在方案1或方案4的基础上，所述做功单元热气机进一步还包括热交换器式回热器，所述进气口与所述气体出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，所述热交换式回热器的被冷却流体入口与所述旁通口连通，所述热交换式回热器的被冷却流体出口设在所述旁通口与所述附属旁通口之间的连通通道内。

本发明所有设有所述内燃燃烧室的方案中，都可以选择性的使所述做功单元热气机进一步还包括附属涡轮动力机构和附属叶轮压气机，所述工质导出口与所述附属涡轮动力机构的工质入口连通，所述附属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，所述附属叶轮压气机的工质出口与所述工质闭合回路连通；在所述附属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连通通道上设附属工质导出口。

本发明的所有设置所述内燃燃烧室的方案中，都可以选择性的使所述内燃燃烧室排出的物质的质量流量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。

本发明的所有设置所述内燃燃烧室的方案中，都可以选择性的使所述做功单元热气机进一步还包括四类门气缸活塞机构，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。

本发明的所有设置所述内燃燃烧室的方案中，都可以选择性的使所述做功单元热气机进一步还包括氧化剂源、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，所述氧化剂源经氧化剂控制阀与所述工质闭合回路连通，所述氧化剂控制装置控制所述氧化剂控制阀。可以选择性的将所述氧化剂源设为活塞式空气压缩机构。

本发明的所有方案中，都可以选择性的使所述做功单元热气机进一步还包括低温冷源，所述低温冷源用于提供低温物质，所述低温物质用于冷却所述进排分置压气机中和/或即将进入所述进排分置压气机的工质。

本发明的所有方案中，都可以选择性的将所述气缸活塞机构和/或所述进排分置压气机设为活塞液体机构，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。可选择的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做往复运动时的惯性力之和。

本发明的所有方案中，都可以选择性的将所述进排分置压气机设为气缸活塞式压气机、叶轮式压气机、罗茨式压气机或螺杆式压气机。

本发明的所有方案中，都可以选择性的将在所述进排分置压气机的气体出口与所述冷缸排气正时控制阀之间的连通通道上设气体储罐。

本发明中所有设置所述加热器，而未设回热器（填料式回热器或热交换器式回热器）的方案中，都可以选择性的在所述气缸活塞机构的气缸内设填料式回热器，所述加热器设置在所述气缸活塞机构的活塞与所述填料式回热器之间的所述气缸活塞机构的气缸内。

本发明中所有设置所述内燃燃烧室，而未设回热器（填料式回热器或热交换器式回热器）的方案中，都可以选择性的在所述气缸活塞机构的气缸内设填料式回热器，所述内燃燃烧室设置在所述气缸活塞机构的活塞与所述填料式回热器之间的所述气缸活塞机构的气缸内。

本发明的原理是：在所述气缸活塞机构的活塞处于上止点附近时，打开所述热缸进气正时控制阀，将经所述进排分置压气机增压后的压缩空气直接或经回热器（填料式回热器或热交换器式回热器）供送到所述加热器或所述内燃燃烧室内，吸热（恒温吸热、吸热升压或吸热升温）后推动所述气缸活塞机构的活塞下行对外做功，当所述气缸活塞机构的活塞下行到一定程度时停止供送压缩工质；当所述气缸活塞机构的活塞趋近下止点时（或越过下止点时）打开所述热缸排气正时控制阀，气体工质直接或经回热器（填料式回热器或热交换器式回热器）被所述冷却器冷却后经所述冷缸进气正时控制阀从所述进排分置压气机的气体入口进入所述进排分置压气机内被压缩，或气体工质直接或经回热器（填料式回热器或热交换器式回热器）通过所述冷缸进气正时控制阀从所述进排分置压气机的气体入口进入带有所述冷却器的所述进排分置压气机并在其中同时被冷却和压缩，如此循环周而复始对外做功。其中在使用所述内燃燃烧室的结构中，由于燃料在所述内燃燃烧室中燃烧会产生气体工质，将增大所述工质闭合回路中气体工质的量，因此当所述工质闭合回路中压力过大时，可经所述工质导出口导出部分工质。

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，所谓的进排分置压气机是指气体入口和气体出口分置设置的压气机构，例如气缸上设有进气口和供气口的气缸活塞机构、叶轮压气机构、传统罗茨压气机构、螺杆式压气机构等。

本发明中，所谓的加热器是指加热流体和工质不发生混合且能对工质进行加热的装置，以及用太阳能对工质进行加热的装置；如热交换器式加热器、燃烧炉等。

本发明中，所谓的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工质闭合回路中。

本发明中，所谓的内燃燃烧室可以设为内燃连续燃烧室或内燃间歇燃烧室，所述内燃连续燃烧室是指其内可以连续发生燃烧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燃烧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，在所述做功单元热气机的每个工作循环中，所述内燃燃烧室内只发生一次燃烧化学反应，燃烧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，在所述做功单元热气机的多个工作循环中，所述内燃燃烧室内发生一次燃烧化学反应；或者可以是长正时间歇燃烧室，在所述做功单元热气机连续的多个工作循环中，所述内燃燃烧室内连续发生燃烧化学反应。

本发明中，所谓的气缸包括气缸套、气缸盖以及由气缸套和气缸盖所形成的容积空间，所述气缸上的连通口可设置在气缸盖上，也可设置在气缸套上。

本发明中，所谓的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，所谓的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，所谓的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，所谓的“四类门气缸活塞机构”是指气缸上设进气口、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，所谓的“工质闭合回路”是指由所述气缸活塞机构、所述内燃燃烧室（或所述加热器）、所述冷却器、所述进排分置压气机等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，所述做功单元热气机的工质为在循环中不发生相变或不完全发生相变的气体工质，例如空气、水和二氧化碳混合物、氦气、氩气、氢气等。

本发明中，在设置所述内燃燃烧室的结构中，通过调整所述工质闭合回路的工作压力（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）以及所述气缸活塞机构的排量，以控制所述气缸活塞机构的质量排量，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，即实现了工质在所述气缸活塞机构和所述进排分置压气机之间有往复流动。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，所谓的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工质闭合回路中的其他装置或机构连通；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的工作过程中，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，在所述做功单元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做往复运动时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“调整工质闭合回路中的工作压力”是通过调整流入和/或流出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。所谓的液氧包括商业液氧或现场制备的液氧。

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工质闭合回路连通使所述低温物质与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工质闭合回路内的工质换热的方式，对所述进排分置压气机中或即将进入所述进排分置压气机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进排分置压气机中或即将进入所述进排分置压气机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η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η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，既可导入工质闭合回路中，作为所述做功单元热气机的循环工质，也可不导入工质闭合回路中。

本发明中，所述氧化剂传感器是指对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工质闭合回路中静态或动态的氧化剂含量设定值对氧化剂控制阀进行控制以增加或减少向工质闭合回路中供给氧化剂的量，达到调控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：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所述工质闭合回路上，可保证整个所述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，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，这就要求工质闭合回路能承受一定压力，选择性地，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、22MPa、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进入所述内燃燃烧室。

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20所示的是本发明实施例20的结构示意图；

图21所示的是本发明实施例21的结构示意图；

图中：

1气缸活塞机构、2加热器、3冷却器、4进排分置压气机、7内燃燃烧室、8工质导出口、9填料式回热器、11进气口、12排气口、15工质回送系统、16液压动力机构、17气液隔离结构、18气液缸、19活塞液体机构、50低温冷源、51旁通口、52氧化剂控制装置、53氧化剂控制阀、55氧化剂源、58氧化剂传感器、60热缸进气正时控制阀、62冷缸进气正时控制阀、64冷缸排气正时控制阀、66热缸排气正时控制阀、70附属涡轮动力机构、71附属叶轮压气机、72附属冷却器、75附属工质导出口、80活塞式空气压缩机构、81附属进气口、82附属排气口、83供气口、84回充口、91热交换器式回热器、100过程控制机构、500附属旁通口、600气体储罐。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的做功单元热气机，包括气缸活塞机构1、加热器2、冷却器3和进排分置压气机4，所述进排分置压气机4设为气缸活塞式压气机，所述气缸活塞机构1的气缸上设有进气口11和排气口12，所述进气口11与所述进排分置压气机4的气体出口连通，在所述进气口11与所述气体出口之间的连通通道上设旁通口51，所述排气口12与所述旁通口51连通，在所述进气口11与所述旁通口51之间的连通通道上设热缸进气正时控制阀60，在所述排气口12与所述旁通口51之间的连通通道上设热缸排气正时控制阀66；在所述旁通口51与所述气体出口之间的连通通道上设附属旁通口500，所述附属旁通口500与所述进排分置压气机4的气体入口连通；在所述气体入口处设冷缸进气正时控制阀62，在所述气体出口处设冷缸排气正时控制阀64；所述加热器2设在所述热缸进气正时控制阀60与所述进气口11之间的连通通道上；所述冷却器3设在所述排气口12与所述气体入口之间的连通通道上。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于2MPa。

可选择地，所述加热器2可改设在所述气缸活塞机构1的气缸上，或在所述热缸进气正时控制阀60与所述进气口11之间的连通通道上和所述气缸活塞机构1的气缸上同时设置或“同时设置且分别或择一处设置两个以上”。所述冷却器3可改设在所述进排分置压气机4上，或在所述排气口12与所述气体入口之间的连通通道上和所述进排分置压气机4上同时设置或“同时设置且分别或择一处设置两个以上”。所述进排分置压气机4还可改设为叶轮式压气机、罗茨式压气机或螺杆式压气机。

本实施例的所述做功单元热气机工作过程如下：在所述气缸活塞机构1的活塞处于上止点附近时，打开所述热缸进气正时控制阀60，将经所述进排分置压气机4增压后的压缩工质供送到所述加热器2中，在流经所述加热器2所在的连通通道时，压缩工质吸热（恒温吸热、吸热升压或吸热升温）后推动所述气缸活塞机构1的活塞下行对外做功，当所述气缸活塞机构1的活塞下行到一定程度时关闭所述热缸进气正时控制阀60停止供送压缩工质；当所述气缸活塞机构1的活塞趋近下止点时（或越过下止点时）打开所述热缸排气正时控制阀66，气体工质流经所述冷却器3所在连通通道时被冷却后经所述冷缸进气正时控制阀62从所述进排分置压气机4的气体入口进入所述进排分置压气机4内被压缩，如此循环周而复始对外做功。

实施例2

如图2所示的做功单元热气机，其与实施例1的区别在于：所述进排分置压气机4改设为叶轮式压气机，所述冷缸进气正时控制阀62改设在所述附属旁通口500与所述叶轮式压气机的气体入口之间的连通通道上，所述冷缸排气正时控制阀64改设在所述附属旁通口500与所述叶轮式压气机的气体出口之间的连通通道上。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于20MPa。实施例1中的可变换的实施方式同样适用于本实施例。

实施例3

如图3所示的做功单元热气机，其与实施例2的区别在于：所述加热器2改设在所述气缸活塞机构1的气缸上，所述做功单元热气机还包括热交换器式回热器91，所述热缸进气正时控制阀60与所述进气口11之间的连通通道设为所述热交换器式回热器91的被加热流体通道，所述热缸排气正时控制阀66与所述排气口12之间的连通通道设为所述热交换器式回热器91的被冷却流体通道，在所述进排分置压气机4的气体出口与所述冷缸排气正时控制阀64之间的连通通道上设气体储罐600。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于40MPa。

选择性地，所述加热器2可改设在所述热交换器式回热器91的被加热流体出口与所述进气口11之间的连通通道上，或在所述热交换器式回热器91的被加热流体出口与所述进气口11之间的连通通道上和所述气缸活塞机构1的气缸内同时设置或“同时设置且分别或择一处设置两个以上”；所述气体储罐600可以不设；还可以将所述热缸进气正时控制阀60与所述旁通口51之间的连通通道设为所述热交换器式回热器91的被加热流体通道，将所述热缸排气正时控制阀66与所述旁通口51之间的连通通道设为所述热交换器式回热器91的被冷却流体通道。

本发明的所有实施方式中，都可以参照本实施例设置所述气体储罐600。

实施例4

如图4所示的做功单元热气机，其与实施例2的区别在于：所述进排分置压气机4改设为罗茨式压气机，在所述旁通口51与所述附属旁通口500之间的连通通道上设有填料式回热器9，在所述进排分置压气机4的气体出口与所述冷缸排气正时控制阀64之间的连通通道上增设气体储罐600。

本实施例中，所述工质闭合回路的承压能力设为大于30MPa。

本实施例中的所述冷却器3设置在所述附属旁通口500与所述气体入口之间，在所述冷却器3设置在所述进排分置压气机4上的结构中，也可以参照本实施例设置所述填料式回热器9；本实施例中的所述冷却器3还可以设置在所述旁通口51与所述附属旁通口500之间的连通通道上代替设在所述附属旁通口500与所述气体入口之间的连通通道上，此时所述填料式回热器9需要设置在所述旁通口51与所述冷却器3之间的连通通道上。

作为可以变换的实施方式，可以取消所述填料式回热器9，而是在所述附属旁通口500与所述冷却器3之间的连通通道上设所述热交换器式回热器91，所述热交换器式回热器91对由所述进排分置压气机4导出的工质进行加热。

作为可以变换的实施方式，所述气体储罐600可以不设。

实施例5

如图5所示的做功单元热气机，其与实施例1的区别在于：所述冷却器3设置在所述旁通口51与所述附属旁通口500之间的连通通道上，在所述旁通口51与所述冷却器3之间的连通通道上设填料式回热器9。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于10MPa。

实施例6

如图6所示的做功单元热气机，包括气缸活塞机构1、内燃燃烧室7、冷却器3、进排分置压气机4和工质导出口8，所述进排分置压气机4设为气缸活塞式压气机，所述气缸活塞机构1的气缸上设有进气口11和排气口12，所述进气口11与所述进排分置压气机4的气体出口连通，在所述进气口11与所述气体出口之间的连通通道上设旁通口51，所述排气口12与所述旁通口51连通，在所述进气口11与所述旁通口51之间的连通通道上设热缸进气正时控制阀60，在所述排气口12与所述旁通口51之间的连通通道上设热缸排气正时控制阀66；在所述旁通口51与所述气体出口之间的连通通道上设附属旁通口500，所述附属旁通口500与所述进排分置压气机4的气体入口连通；在所述气体入口处设冷缸进气正时控制阀62，在所述气体出口处设冷缸排气正时控制阀64；所述内燃燃烧室7设在所述气缸活塞机构1的气缸内，所述冷却器3设在所述进排分置压气机4的气缸上；所述工质导出口8设置在所述附属旁通口500与所述气体入口之间的连通通道上。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于5MPa。

可选择地，所述内燃燃烧室7可改设在所述热缸进气正时控制阀60与所述进气口11之间的连通通道内；或在所述热缸进气正时控制阀60与所述进气口11之间的连通通道内和所述气缸活塞机构1的气缸内同时设置。所述冷却器3可设在所述排气口12与所述气体入口之间的连通通道上，或所述排气口12与所述气体入口之间的连通通道上和所述进排分置压气机4的气缸上同时设置；所述进排分置压气机4还可改设为叶轮式压气机、罗茨式压气机或螺杆式压气机；所述工质导出口8可以改为设置在所述工质闭合回路上的其他位置上；可以设定从所述内燃燃烧室7排出的物质的质量流量大于从工质闭合回路外导入所述内燃燃烧室7的物质的质量流量。

本实施例的所述做功单元热气机工作过程如下：在所述气缸活塞机构1的活塞处于上止点附近时，打开所述热缸进气正时控制阀60，将经所述进排分置压气机4增压后的压缩工质直接供送到所述内燃燃烧室7内，压缩工质在所述内燃燃烧室7内吸热（恒温吸热、吸热升压或吸热升温）后推动所述气缸活塞机构1的活塞下行对外做功，当所述气缸活塞机构1的活塞下行到一定程度时关闭所述热缸进气正时控制阀60停止供送压缩工质；当所述气缸活塞机构1的活塞趋近下止点时（或越过下止点时）打开所述热缸排气正时控制阀66，气体工质直接通过所述冷缸进气正时控制阀62从所述进排分置压气机4的气体入口进入带有所述冷却器3的所述进排分置压气机4并在其中同时被冷却和压缩，如此循环周而复始对外做功。由于燃料在所述内燃燃烧室7中燃烧会产生气体工质，将增大所述工质闭合回路中气体工质的量，因此当所述工质闭合回路中压力过大时，可经所述工质导出口8导出部分工质。

实施例7

如图7所示的做功单元热气机，其与实施例6的区别在于：在所述旁通口51与所述附属旁通口500之间的连通通道上设填料式回热器9。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于15MPa。

作为可以变换的实施方式，所述冷却器3可以设置在所述附属旁通口500与所述气体入口之间的连通通道上；当所述冷却器3可以设置在所述附属旁通口500与所述气体入口之间的连通通道上时，可以取消所述填料式回热器9，而在所述附属旁通口500与所述冷却器3之间设热交换器式回热器91，此热交换器式回热器91对由所述进排分置压气机4导出的工质进行加热。

作为可以变换的实施方式，所述冷却器3可以改设置在所述旁通口51与所述附属旁通口500之间的连通通道上，此时所述填料式回热器9需要在所述旁通口51与所述冷却器3之间的连通通道上。

实施例8

如图8所示的做功单元热气机，其与实施例7的区别在于：所述进排分置压气机4改设为叶轮式压气机，所述冷缸进气正时控制阀62改设在所述附属旁通口500与所述叶轮式压气机的气体入口之间的连通通道上，所述冷缸排气正时控制阀64改设在所述附属旁通口500与所述叶轮式压气机的气体出口之间的连通通道上，所述工质导出口8改设在所述填料式回热器9与所述附属旁通口500之间的连通通道上，所述冷却器3改设在所述附属旁通口500与所述气体入口之间的连通通道上。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于25MPa。

实施例9

如图9所示的做功单元热气机，其与实施例8的区别在于：所述进排分置压气机4改设为螺杆式压气机，在所述进排分置压气机4的气体出口与所述冷缸排气正时控制阀64之间的连通通道上增设气体储罐600。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于35MPa。

实施例10

如图10所示的做功单元热气机，其与实施例6的区别在于：所述进排分置压气机4改设为叶轮式压气机，所述冷缸进气正时控制阀62改设在所述附属旁通口500与所述叶轮式压气机的气体入口之间的连通通道上，所述冷缸排气正时控制阀64改设在所述附属旁通口500与所述叶轮式压气机的气体出口之间的连通通道上，所述工质导出口8改设在所述旁通口51与所述附属旁通口500之间的连通通道上，所述冷却器3改设在所述冷缸进气正时控制阀62与所述气体入口之间的连通通道上；所述做功单元热气机还包括热交换器式回热器91，所述热缸进气正时控制阀60与所述进气口11之间的连通通道设为所述热交换器式回热器91的被加热流体通道，所述热缸排气正时控制阀66与所述排气口12之间的连通通道设为所述热交换器式回热器91的被冷却流体通道，在所述进排分置压气机4的气体出口与所述冷缸排气正时控制阀64之间的连通通道上增设气体储罐600。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于8MPa。

选择性地，所述内燃燃烧室7可改设在所述热交换器式回热器91的被加热流体出口与所述进气口11之间的连通通道内，或在所述热交换器式回热器91的被加热流体出口与所述进气口11之间的连通通道内和所述气缸活塞机构1的气缸内同时设置；所述冷却器3还可以改为设置在所述冷缸进气正时控制阀62与附属旁通口500之间的连通通道上或所述旁通口51与所述附属旁通口500之间的连通通道上；还可以将所述热缸进气正时控制阀60与所述旁通口51之间的连通通道设为所述热交换器式回热器91的被加热流体通道，将所述热缸排气正时控制阀66与所述旁通口51之间的连通通道设为所述热交换器式回热器91的被冷却流体通道。

实施例11

如图11所示的做功单元热气机，其与实施例7的区别在于：所述冷却器3改设在所述附属旁通口500与所述气体入口之间的连通通道上，所述工质导出口8改设在所述旁通口51与所述填料式回热器9之间的连通通道上；所述做功单元热气机还包括附属涡轮动力机构70和附属叶轮压气机71，所述工质导出口8与所述附属涡轮动力机构70的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构70的工质出口经附属冷却器72与所述附属叶轮压气机71的工质入口连通，所述附属叶轮压气机71的工质出口与所述旁通口51和所述热缸进气正时控制阀60之间的连通通道连通；在所述附属冷却器72与所述附属叶轮压气机71的工质入口之间的连通通道上设附属工质导出口75。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于12MPa。

可选择地，所述附属叶轮压气机71的工质出口也可与所述工质闭合回路的其他位置连通；所述工质导出口8也可以改为设置在所述工质闭合回路的其他位置；所述附属工质导出口75也可设在所述附属涡轮动力机构70的工质出口与所述附属冷却器72之间的连通通道上；所述冷却器3、所述填料式回热器9可以不设也可以择一设置或者设置在其它位置，或者参照实施10设置所述热交换器式回热器91。

本实施例中，利用所述工质导出口8导出的工质再次做功，经冷却后导出一部分，剩下部分经压缩后再返回工质闭合回路内。

实施例12

如图12所示的做功单元热气机，其与实施例8的区别在于：所述做功单元热气机还包括四类门气缸活塞机构80，所述四类门气缸活塞机构的供气口83与所述旁通口51和所述热缸进气正时控制阀60之间的连通通道连通，所述四类门气缸活塞机构80的回充口84与所述工质导出口8连通，在所述进排分置压气机4的气体出口与所述冷缸排气正时控制阀64之间的连通通道上设气体储罐600。

本实施例中，工质闭合回路的承压能力可以设为大于18MPa。

本实施例中，所述四类门气缸活塞机构80能利用所述工质导出口8导出的工质做功；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。

可选择地，将所述供气口83直接与所述内燃燃烧室7连通；所述工质导出口8也可以设置在工质闭合回路的其他位置；所述填料式回热器9可以不设也可以设置在其它位置，或者参照实施10设置所述热交换器式回热器91。

实施例13

如图13所示的做功单元热气机，其与实施例7的区别在于：所述做功单元热气机还包括氧化剂传感器58和氧化剂控制装置52，所述氧化剂传感器58设在所述旁通口51和所述热缸进气正时控制阀60之间的连通通道内，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7的氧化剂的量。

本实施例中，所述工质闭合回路的承压能力可以设为大于22MPa。

可选择地，所述氧化剂源55可以设为活塞式空气压缩机构；所述工质导出口8也可以设置在工质闭合回路的其他位置；所述填料式回热器9可以不设也可以设置在其它位置，或者参照实施10设置所述热交换器式回热器91；还可以参照实施例11在本实施例的结构上设置所述附属涡轮动力机构70和附属叶轮压气机71等的结构或参照实施例12设置所述四类门气缸活塞机构80；所述氧化剂传感器58也可设置在所述工质闭合回路的其他位置，例如设在所述气缸活塞机构1的气缸内，设在连通通道内或设在所述进排分置压气机4的气缸内等，用于检测所述工质闭合回路内的氧含量，所述氧化剂传感器58对所述氧化剂控制装置52提供信号，所述氧化剂控制装置52根据所述氧化剂传感器58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。

实施例14

如图14所示的做功单元热气机，其与实施例7的区别在于：所述气缸活塞机构1和所述进排分置压气机4均设为活塞液体机构19，所述活塞液体机构包括气液缸18和气液隔离结构17，所述气液隔离结构17设在所述气液缸18内。

本实施例中，可以将所述气液缸18内的气体工质对所述气液隔离结构17的压力设为大于所述气液缸18内的液体和所述气液隔离结构17做往复运动时的惯性力之和。

所述气液缸18的液体端与液压动力机构16连通，所述液压动力机构16与液体工质回送系统15连通，所述液体工质回送系统15与所述气液缸18的液体端连通；所述液压动力机构16和所述液体工质回送系统15受过程控制机构100控制。

本实施例中，所述工质闭合回路的承压能力可以设为大于28MPa。

在具体实施过程中，可将所述气缸活塞机构1和所述进排分置压气机4中的一个设为所述活塞液体机构19，另一个根据使用的需要进行选择。

作为可以变换的实施方式，所述工质导出口8也可以设置在工质闭合回路的其他位置；所述填料式回热器9可以不设也可以设置在其它位置，或者参照实施10设置所述热交换器式回热器91；还可以参照实施例11在本实施例的结构上设置所述附属涡轮动力机构70和附属叶轮压气机71等的结构或参照实施例12设置所述四类门气缸活塞机构80。

实施例15

如图15所示的做功单元热气机，其与实施例5的区别在于：所述气缸活塞机构1和所述进排分置压气机4均设为活塞液体机构19，所述活塞液体机构19包括气液缸18和气液隔离结构17，所述气液隔离结构17设在所述气液缸18内，所述冷却器3改为设置在所述进排分置压气机4上。

本实施例中，可以将所述气液缸18内的气体工质对所述气液隔离结构17的压力设为大于所述气液缸18内的液体和所述气液隔离结构17做往复运动时的惯性力之和。

所述气液缸18的液体端与液压动力机构16连通，所述液压动力机构16与液体工质回送系统15连通，所述液体工质回送系统15与所述气液缸18的液体端连通；所述液压动力机构16和所述液体工质回送系统15受过程控制机构100控制。

本实施例中，所述工质闭合回路的承压能力可以设为大于32MPa。

在具体实施过程中，可将所述气缸活塞机构1和所述进排分置压气机4中的任一个设为所述活塞液体机构19。

作为可以变换的实施方式，所述填料式回热器9可以不设也可以设置在其它位置，或者参照实施10设置所述热交换器式回热器91。

实施例16

如图16所示的做功单元热气机，其与实施例5的区别在于：所述气缸活塞机构1设为活塞液体机构19，所述活塞液体机构19包括气液缸18和气液隔离结构17，所述气液隔离结构17设在所述气液缸18内，所述冷却器3改为设置在所述进排分置压气机4上。

本实施例中，可以将所述气液缸18内的气体工质对所述气液隔离结构17的压力设为大于所述气液缸18内的液体和所述气液隔离结构17做往复运动时的惯性力之和。

所述气液缸18的液体端与液压动力机构16连通，所述液压动力机构16与液体工质回送系统15连通，所述液体工质回送系统15与所述气液缸18的液体端连通；所述液压动力机构16和所述液体工质回送系统15受过程控制机构100控制。

本实施例中，所述工质闭合回路的承压能力可以设为大于26MPa。所述进排分置压气机4设为气缸活塞式压气机。

作为可以变换的实施方式，所述填料式回热器9可以不设也可以设置在其它位置，或者参照实施10设置所述热交换器式回热器91。

实施例17

如图17所示的做功单元热气机，其与实施例5的区别在于：所述做功单元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，所述低温物质通过与所述填料式回热器9和所述气体入口之间的连通通道进行热交换来实现对即将进入所述进排分置压气机4的工质进行冷却，所述冷却器3改为设置在所述附属旁通口500与所述气体入口之间的连通通道上。

选择性地，所述低温冷源50中的低温物质还可单独或同时与所述进排分置压气机4的气缸进行热交换，从而实现对所述进排分置压气机4中的工质和/或即将进入所述进排分置压气机4的工质进行冷却；在设置所述热交换器式回热器91的结构中，可以参照本实施例设置所述低温冷源50；在不设所述热交换器式回热器91、也不设所述填料式回热器9的结构中，可以在所述冷却器3与所述热缸进气正时控制阀60之间的连通通道上设置所述低温冷源50。

实施例18

如图18所示的做功单元热气机，其与实施例7的区别在于：所述工质导出口8改设在所述旁通口51与所述填料式回热器9之间的连通通道上，所述做功单元热气机还包括低温冷源50，所述低温冷源50与所述进排分置压气机4的气缸连通，所述低温冷源50用于提供低温物质，从而实现对所述进排分置压气机4中的工质进行冷却。

本实施例中，所述工质闭合回路的承压能力设为大于34MPa。

选择性地，所述低温冷源50还可单独或同时与所述填料式回热器9和所述气体入口之间的连通通道连通，从而实现对所述进排分置压气机4中的工质和/或即将进入所述进排分置压气机4的工质进行冷却；所述低温冷源50提供的低温物质还可以参考实施例17通过热交换的方式对所述进排分置压气机4中的工质和/或即将进入所述进排分置压气机4的工质进行冷却；在设置所述热交换器式回热器91的结构中，可以参照本实施例设置所述低温冷源50；在不设所述热交换器式回热器91、也不设所述填料式回热器9的结构中，可以在所述冷却器3与所述热缸进气正时控制阀60之间的连通通道上设置所述低温冷源50。

实施例19

如图19所示的做功单元热气机，其与实施例1的区别在于：

在所述气缸活塞机构1的气缸内设填料式回热器9，所述加热器2设置在所述气缸活塞机构1的活塞与所述填料回热器9之间的所述气缸活塞机构1的气缸内代替设在所述热缸进气正时控制阀60与所述进气口11之间的连通通道上。

实施例20

如图20所示的做功单元热气机，其与实施例6的区别在于：

在所述气缸活塞机构1的气缸内设填料式回热器9，所述内燃燃烧室7设置在所述气缸活塞机构1的活塞与所述填料回热器9之间的所述气缸活塞机构1的气缸内。

实施例21

如图21所示的做功单元热气机，其与实施例6的区别在于：

所述进排分置压气机4设为叶轮式压气机，取消设置在所述气缸活塞机构1的气缸内的所述内燃燃烧室7，在所述热缸进气正时控制阀60与所述进气口11之间的连通通道上设内燃燃烧室7，所述做功单元热气机还包括热交换器式回热器91，所述进气口11与所述附属旁通口500之间的连通通道设为所述热交换式回热器91的被加热流体通道，所述热交换式回热器91的被冷却流体入口与所述旁通口51连通，所述热交换式回热器91的被冷却流体出口设在所述旁通口51与所述附属旁通口500之间的连通通道内。

作为可以变换的实施方式，本发明的所有未设回热器的实施方式中，都可以参考本实施例设置所述热交换器式回热器91。

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)

1.一种做功单元热气机，包括气缸活塞机构（1）、加热器（2）和冷却器（3），所述气缸活塞机构（1）的气缸上设有进气口（11）和排气口（12），其特征在于：所述做功单元热气机还包括进排分置压气机（4），所述进气口（11）与所述进排分置压气机（4）的气体出口连通，在所述进气口（11）与所述气体出口之间的连通通道上设旁通口（51），所述排气口（12）与所述旁通口（51）连通，在所述进气口（11）与所述旁通口（51）之间的连通通道上设热缸进气正时控制阀（60），在所述排气口（12）与所述旁通口（51）之间的连通通道上设热缸排气正时控制阀（66）；在所述旁通口（51）与所述气体出口之间的连通通道上设附属旁通口（500），所述附属旁通口（500）与所述进排分置压气机（4）的气体入口连通；在所述气体入口处或在所述气体入口与所述附属旁通口（500）之间的连通通道上设冷缸进气正时控制阀（62），在所述气体出口处或在所述气体出口与所述附属旁通口（500）之间的连通通道上设冷缸排气正时控制阀（64）；所述加热器（2）设在所述气缸活塞机构（1）的气缸上和/或设在所述热缸进气正时控制阀（60）与所述进气口（11）之间的连通通道上；所述冷却器（3）设在所述进排分置压气机（4）上和/或设在所述排气口（12）与所述气体入口之间的连通通道上。

2.如权利要求1所述做功单元热气机，其特征在于：所述做功单元热气机还包括热交换器式回热器（91），所述旁通口（51）与所述进气口（11）之间的连通通道设为所述热交换器式回热器（91）的被加热流体通道，所述旁通口（51）与所述排气口（12）之间的连通通道设为所述热交换器式回热器（91）的被冷却流体通道，所述加热器（2）设在所述热交换器式回热器（91）的被加热流体出口与所述进气口（11）之间的连通通道上和/或设在所述气缸活塞机构（1）的气缸上，所述冷却器（3）设在所述热交换器式回热器（91）的被冷却流体出口与所述气体入口之间的连通通道上和/或设在所述进排分置压气机（4）上。

3.如权利要求1所述做功单元热气机，其特征在于：在所述冷却器（3）设置在所述排气口（12）与所述旁通口（51）之间的结构中，在所述排气口（12）与所述冷却器（3）之间设热交换式回热器（91），所述热交换式回热器（91）对进入所述加热器（2）之前的工质进行加热；

在所述冷却器（3）设置在所述旁通口（51）与所述附属旁通口（500）之间的结构中，在所述旁通口（51）与所述冷却器（3）之间的连通通道上设填料式回热器（9）；

在所述冷却器（3）设置在所述附属旁通口（500）与所述气体入口之间的结构中，在所述附属旁通口（500）与所述冷却器（3）之间设热交换式回热器（91），或在所述旁通口（51）与所述附属旁通口（500）之间的连通通道上设填料式回热器（9）；在所述冷却器（3）设置在所述进排分置压气机（4）上的结构中，在所述附属旁通口（500）与所述气体入口之间设热交换式回热器（91），或在所述旁通口（51）与所述附属旁通口（500）之间的连通通道上设填料式回热器（9）；设置在所述附属旁通口（500）与所述冷却器（3）之间或所述附属旁通口（500）与所述气体入口之间的所述热交换式回热器（91）对由所述进排分置压气机（4）导出的工质进行加热。

4.一种做功单元热气机，包括气缸活塞机构（1）、内燃燃烧室（7）和冷却器（3），所述气缸活塞机构（1）的气缸上设有进气口（11）和排气口（12），其特征在于：所述做功单元热气机还包括进排分置压气机（4）和工质导出口（8），所述进气口（11）与所述进排分置压气机（4）的气体出口连通，在所述进气口（11）与所述气体出口之间的连通通道上设旁通口（51），所述排气口（12）与所述旁通口（51）连通，在所述进气口（11）与所述旁通口（51）之间的连通通道上设热缸进气正时控制阀（60），在所述排气口（12）与所述旁通口（51）之间的连通通道上设热缸排气正时控制阀（66）；在所述旁通口（51）与所述气体出口之间的连通通道上设附属旁通口（500），所述附属旁通口（500）与所述进排分置压气机（4）的气体入口连通；在所述气体入口处或在所述气体入口与所述附属旁通口（500）之间的连通通道上设冷缸进气正时控制阀（62），在所述气体出口处或在所述气体出口与所述附属旁通口（500）之间的连通通道上设冷缸排气正时控制阀（64）；所述内燃燃烧室（7）设在所述气缸活塞机构（1）的气缸内和/或设在所述热缸进气正时控制阀（60）与所述进气口（11）之间的连通通道内；所述冷却器（3）设在所述进排分置压气机（4）上和/或设在所述排气口（12）与所述气体入口之间的连通通道上；所述工质导出口（8）设置在工质闭合回路上。

5.如权利要求4所述做功单元热气机，其特征在于：所述冷却器（3）设在所述热缸排气正时控制阀（66）与所述气体入口之间的连通通道上，所述工质导出口（8）设置在所述冷却器（3）与所述热缸排气正时控制阀（66）之间的连通通道上。

6.如权利要求4所述做功单元热气机，其特征在于：所述做功单元热气机还包括热交换器式回热器（91），所述旁通口（51）与所述进气口（11）之间的连通通道设为所述热交换器式回热器（91）的被加热流体通道，所述旁通口（51）与所述排气口（12）之间的连通通道设为所述热交换器式回热器（91）的被冷却流体通道，所述内燃燃烧室（7）设在所述热交换器式回热器（91）的被加热流体出口与所述进气口（11）之间的连通通道内和/或设在所述气缸活塞机构（1）的气缸内，所述冷却器（3）设在所述热交换器式回热器（91）的被冷却流体出口与所述气体入口之间的连通通道上和/或设在所述进排分置压气机（4）上。

7.如权利要求4所述做功单元热气机，其特征在于：在所述冷却器（3）设置在所述排气口（12）与所述旁通口（51）之间的结构中，在所述排气口（12）与所述冷却器（3）之间设热交换式回热器（91），所述热交换式回热器（91）对进入所述内燃燃烧室（7）之前的工质进行加热；

在所述冷却器（3）设置在所述旁通口（51）与所述附属旁通口（500）之间的结构中，在所述旁通口（51）与所述冷却器（3）之间的连通通道上设填料式回热器（9）；

在所述冷却器（3）设置在所述附属旁通口（500）与所述气体入口之间的结构中，在所述附属旁通口（500）与所述冷却器（3）之间设热交换式回热器（91），或在所述旁通口（51）与所述附属旁通口（500）之间的连通通道上设填料式回热器（9）；在所述冷却器（3）设置在所述进排分置压气机（4）上的结构中，在所述附属旁通口（500）与所述气体入口之间设热交换式回热器（91），或在所述旁通口（51）与所述附属旁通口（500）之间的连通通道上设填料式回热器（9）；设置在所述附属旁通口（500）与所述冷却器（3）之间或所述附属旁通口（500）与所述气体入口之间的所述热交换式回热器（91）对由所述进排分置压气机（4）导出的工质进行加热。

8.如权利要求1或4所述做功单元热气机，其特征在于：所述做功单元热气机还包括热交换器式回热器（91），所述进气口（11）与所述气体出口之间的连通通道设为所述热交换式回热器（91）的被加热流体通道，所述热交换式回热器（91）的被冷却流体入口与所述旁通口（51）连通，所述热交换式回热器（91）的被冷却流体出口设在所述旁通口（51）与所述附属旁通口（500）之间的连通通道内。

9.如权利要求4所述做功单元热气机，其特征在于：所述做功单元热气机还包括附属涡轮动力机构（70）和附属叶轮压气机（71），所述工质导出口（8）与所述附属涡轮动力机构（70）的工质入口连通，所述附属涡轮动力机构（70）的工质出口经附属冷却器（72）与所述附属叶轮压气机（71）的工质入口连通，所述附属叶轮压气机（71）的工质出口与所述工质闭合回路连通；在所述附属涡轮动力机构（70）的工质出口与所述附属叶轮压气机（71）的工质入口之间的连通通道上设附属工质导出口（75）。

10.如权利要求4所述做功单元热气机，其特征在于：所述内燃燃烧室（7）排出的物质的质量流量大于从所述工质闭合回路外导入所述内燃燃烧室（7）的物质的质量流量。

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