CN103306846B - 气流相循环发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气流相循环发动机，包括气缸活塞做功机构、外燃汽化器和冷凝器；所述外燃汽化器与所述气缸活塞做功机构的气缸连通，在所述气缸活塞做功机构的气缸壁上设气体工质出口，所述气体工质出口受所述气缸活塞做功机构的活塞控制打开或关闭；在所述气缸活塞做功机构的气缸上和/或在所述外燃汽化器与所述气缸活塞做功机构的气缸之间的连通通道上和/或在所述外燃汽化器上设液体工质入口，所述气体工质出口与所述液体工质入口连通。本发明结构简单、效率高、使用寿命长。

Description

气流相循环发动机

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种气流相循环发动机。

背景技术

根据朗肯循环、斯特林循环、奥托循环、狄赛尔循环以及布雷登循环等循环制造的热动力系统均具有这样和那样的缺点，因此需要发明一种结构更为简单的发动机。

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1.一种气流相循环发动机，包括气缸活塞做功机构、外燃汽化器和冷凝器；所述外燃汽化器与所述气缸活塞做功机构的气缸连通，在所述气缸活塞做功机构的气缸壁上设气体工质出口，所述气体工质出口受所述气缸活塞做功机构的活塞控制打开或关闭；在所述气缸活塞做功机构的气缸上和/或在所述外燃汽化器与所述气缸活塞做功机构的气缸之间的连通通道上和/或在所述外燃汽化器上设液体工质入口，所述气体工质出口与所述液体工质入口连通；所述冷凝器设在所述气体工质出口与所述液体工质入口之间的连通通道上，在所述冷凝器和所述液体工质入口之间的连通通道上设正时液体供送机构，所述正时液体供送机构将所述冷凝器所冷凝的液体输送至所述液体工质入口。

方案2.在方案1的基础上，将所述外燃汽化器设在所述气缸活塞做功机构的气缸顶处。

方案3.一种气流相循环发动机，包括气缸活塞做功机构、内燃汽化器和冷凝器；所述内燃汽化器与所述气缸活塞做功机构的气缸连通，在所述气缸活塞做功机构的气缸壁上设气体工质出口，所述气体工质出口受所述气缸活塞做功机构的活塞控制打开或关闭；在所述气缸活塞做功机构的气缸壁上和/或在所述内燃汽化器与所述气缸活塞做功机构的气缸之间的连通通道上和/或在所述内燃汽化器上设液体工质入口，所述气体工质出口与所述液体工质入口连通；所述冷凝器设置在所述气体工质出口与所述液体工质入口之间的连通通道上，在所述冷凝器和所述液体工质入口之间的连通通道上设正时液体供送机构，所述正时液体供送机构将所述冷凝器所冷凝的液体输送至所述液体工质入口；在气体工质通道上设工质导出口；所述内燃汽化器分别与氧化剂源和还原剂源连通。

方案4.在方案3的基础上，在所述工质导出口处设工质导出控制阀。

方案5.在方案3的基础上，将所述内燃汽化器设在所述气缸活塞做功机构的气缸内。

方案6.在方案1至方案5中任一方案的基础上，所述气流相循环发动机还包括热交换器，所述气体工质出口与所述冷凝器之间的连通通道设为所述热交换器的被冷却流体通道，所述冷凝器与所述液体工质入口之间的连通通道设为所述热交换器的被加热流体通道。

方案7.在方案1至方案5中任一方案的基础上，在所述冷凝器与所述正时液体供送机构之间的连通通道上设工质储罐。

方案8.在方案3至方案5中任一方案的基础上，所述气流相循环发动机还包括涡轮动力机构和叶轮压气机，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叶轮压气机的工质入口连通，所述叶轮压气机的工质出口与气体工质通道连通；在所述涡轮动力机构的工质出口与所述叶轮压气机的工质入口之间的连通通道上设置附属工质导出口。

方案9.在方案3至方案5中任一方案的基础上，所述氧化剂源设为活塞式空气压缩机构。

方案10.在方案9的基础上，将所述活塞式空气压缩机构设为四类门气缸活塞机构，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汽化器连通，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11.在方案3至方案5中任一方案的基础上，所述气流相循环发动机还包括氧化剂传感器和氧化剂控制装置，所述氧化剂传感器设在气体工质通道内，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汽化器的氧化剂的量。

方案12.在方案1至方案5中任一方案的基础上，在所述气缸活塞做功机构的活塞侧壁上设置环形凹槽，所述环形凹槽经设在所述活塞内的通孔与所述活塞的活塞顶贯通。

方案13.在方案1至方案5中任一方案的基础上，在所述液体工质入口处设置喷嘴。

方案14.在方案1至方案5中任一方案的基础上，所述气流相循环发动机还包括填料式回热器，所述液体工质入口与所述气体工质出口设为一体，在所述气体工质出口与所述冷凝器的工质入口之间的连通通道上设回充口，所述冷凝器的工质出口与所述回充口连通，所述填料式回热器设在所述回充口与所述气体工质出口之间的连通通道内。

方案15.在方案6的基础上，所述液体工质入口与所述气体工质出口设为一体。

方案16.在方案15的基础上，在所述冷凝器和所述热交换器之间的连通通道上设工质控制阀。

方案17.在方案14的基础上，在所述冷凝器和所述填料式回热器之间的连通通道上设工质控制阀。

方案18.在方案1或方案2的基础上，在所述冷凝器和所述正时液体供送机构之间的连通通道上设加热器。

方案19.在方案18的基础上，所述加热器设为热交换器式加热器。

方案20.在方案19的基础上，所述热交换器式加热器的热源为加热过所述外燃汽化器后的余热。

本发明的原理是：在所述外燃汽化器或所述内燃汽化器内使液体工质发生气化过热和/或临界化，产生的高温高压气体工质推动所述气缸活塞做功机构的活塞向下止点运行对外做功，当所述活塞越过所述气体工质出口处时，一部分气体工质经所述气体工质出口流向所述冷凝器并在其中被冷凝成液体工质；当所述活塞到达下止点附近时，所述正时液体供送机构将液体工质经所述液体工质入口送入所述气缸活塞做功机构的气缸内或汽化器与气缸之间的连通通道或汽化器内，对其中的气体工质进行降温降压，从而降低所述活塞向上止点运动的阻力；当所述活塞到达上止点附近时，所述正时液体供送机构停止供送液体工质，所述外燃汽化器或所述内燃汽化器内的液体工质受热发生气化过热和/或临界化后进入下一循环，如此周而复始循环工作。

本发明中，所谓的“气体工质通道”是指在发动机正常工作时，气体工质流所能到达的空间。

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，所谓的“汽化器”是指能够使液体工质发生汽化、过热化、临界化、超临界化或超超临界化的装置，它可以是内燃燃烧室、热交换器或其他内燃或外燃形式的加热器。

所述外燃汽化器是指将燃料在所述汽化器外燃烧产生的热量或将太阳能等形式的热能以热传递的方式使汽化器内的液体工质发生汽化、过热化、临界化、超临界化或超超临界化的装置，如锅炉、太阳能加热器等形式的热交换器。

所述内燃汽化器是指燃料在所述汽化器内燃烧，使所述汽化器内的液体工质发生汽化、过热化、临界化、超临界化或超超临界化的装置，如内燃燃烧室等，包括氧化剂和还原剂燃烧产物能够液化的内燃汽化器和氧化剂和还原剂燃烧产物不能液化的内燃汽化器。

本发明中，所谓的“正时液体供送机构”是指能按正时关系供送液体工质的装置，例如，正时泵，或正时控制阀和泵的组合装置等。

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A和B连通是指A与B之间工质发生流动，包括工质从A流到B或者从B流到A，或者工质先从A流到B再从B流到A。所谓的“连通”包括直接连通、间接连通和经操作单元连通，所述操作单元包括阀、控制机构、供送机构(泵)和热交换器等。

本发明中，所述工质导出口的作用是在设有所述内燃汽化器的系统中，将系统内的多余工质导出，以维持系统的正常工作。

本发明中，所谓的“冷凝器”是指能够使本发明所述气流相循环发动机的气体工质发生冷凝液化的装置，它可以是散热器，也可以是热交换器。

本发明中，所谓的“工质”是指在汽化器中可以发生汽化、过热化、临界化、超临界化或超超临界化的物质，例如水、氟利昂、醚类等一切无机朗肯循环和有机朗肯循环中的工质。

本发明中，所述氧化剂传感器是指对所述气体工质通道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气体工质通道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气体工质通道中供给氧化剂的量，达到调控所述气体工质通道中氧化剂的含量的目的。

所述氧化剂含量设定值可以是一个数值，也可以是一个数值区间，例如：所述气体工质通道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汽化器的气体工质通道上，可保证整个气体工质通道是在富氧(氧含量大于零)状态下工作，使所述内燃汽化器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，在所述内燃汽化器中发生燃烧化学反应的燃料可以是碳氢化合物、碳氢氧化合物或固体碳。固体碳具有燃烧后没有水生成和燃烧后产物中的二氧化碳浓度高，易液化等优点；固体碳可采用固体预先装配、粉末化后喷入或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所述气流相循环发动机。

本发明人提出如下所述P-T图和热力学第二定律的新的阐述方式：

压力和温度是工质的最基本、最重要的状态参数。然而，在至今为止的热力学研究中，没有将以压力P和温度T为坐标的P-T图用于对热力学过程及热力循环的研究中。在热力学诞生以来的两百多年里，本发明人第一次提出用P-T图研究热力学过程和热力循环的思想。在利用P-T图研究热力学过程和热力循环中，本发明人发现P-T图比常用的P-V图和T-S图都具有明显的优势，它能更本质地描述热力学过程和热力循环中工质状态的变化，使本发明人对热力学过程和热力循环有更深刻的理解。利用P-T图，本发明人总结了十条热力学第二定律的新的阐述方式，这些新的阐述方式与以往的开尔文和克劳修斯的热力学阐述方式虽然等价，但是更明确的揭示了对工质的加热过程和压缩过程的区别，也为高效热机的开发指明了方向。这一新方法和新定律，将大大促进热力学的发展和热机工业的进步。具体如下：

P-V图和T-S图在热力学研究中早已被广泛应用，然而鉴于P、T是工质最重要的状态参数，所以本发明人以压力P和温度T为坐标绘制了P-T图，并将Carnot Cycle和Otto Cycle标识在图22所示的P-T图中。很明显地，P-T图使热力学过程和热力循环中工质状态的变化更加显而易见，也使热力学过程和热力循环的本质更易理解。例如：图22所示的CarnotCycle的P-T图，可以使本发明人容易地得出这样的结论：Carnot Cycle的可逆绝热压缩过程的使命是以可逆绝热压缩的方式将工质的温度升高至其高温热源的温度，以实现与高温热源的温度保持一致的前提下自高温热源恒温吸热膨胀过程。此外，本发明人还可以明显地看出：当Carnot Cycle的高温热源的温度升高时，本发明人必须在Carnot Cycle的可逆绝热压缩过程中将工质更加深度地压缩，使其达到更高的温度，以达到升温后的高温热源的温度，以实现与升温后的高温热源的温度保持一致的前提下自升温后的高温热源恒温吸热膨胀过程，从而实现效率的提高。

根据绝热过程方程(其中，C是常数，k是工质的绝热指数)，本发明人将不同C值的绝热过程方程的曲线绘制在图23中。根据数学分析，并如图23所示，任何两条绝热过程曲线都不相交。这意味着：在同一条绝热过程曲线上的过程是绝热过程，而与任何绝热过程曲线相交的过程是非绝热过程，换句话说，任何连接两条不同绝热过程曲线的过程是非绝热过程(所谓的非绝热过程是指具有热量传递的过程，即放热的过程和吸热的过程)。在图24中，本发明人标注了两个状态点，即点A和点B。如果一个热力过程或一系列相互连接的热力过程从点A出发到达点B，则本发明人称之为连接点A和点B的过程，反之本发明人称之为连接点B和点A的过程。根据图24所示，本发明人可以得出这样的结论：如点B在点A所在的绝热过程曲线上，则连接点A和点B的过程是绝热过程；如点B在点A所在的绝热过程曲线的右侧，则连接点A和点B的过程是吸热过程；如点B在点A所在的绝热过程曲线的左侧，则连接点A和点B的过程是放热过程。由于连接点A和点B的过程可能是放热过程、绝热过程或吸热过程，所以本发明人以点B为参照，将点A分别定义为具有过剩温度、理想温度和不足温度。同理，连接点B和点A的过程可能是放热过程、绝热过程或吸热过程，所以本发明人以点A为参照，将点B分别定义为具有过剩温度、理想温度和不足温度。

通过这些分析和定义，本发明人得出如下十条关于热力学第二定律的新的阐述方式：

1、没有吸热过程的参与，不可能将放热过程恢复至其始点。

2、没有放热过程的参与，不可能将吸热过程恢复至其始点。

3、没有非绝热过程的参与，不可能将非绝热过程恢复至其始点。

4、仅用绝热过程，不可能将非绝热过程恢复至其始点。

5、用放热过程以外的热力过程使吸热过程的压力恢复到其始点的压力时，其温度一定高于其始点的温度。

6、用吸热过程以外的热力过程使放热过程的压力恢复到其始点的压力时，其温度一定低于其始点的温度。

7、吸热过程不可能不产生过剩温度。

8、放热过程不可能不产生不足温度。

9、任何在压缩过程中不放热的热机的效率不可能达到卡诺循环的效率。

10、对工质的加热过程和对工质的压缩过程的区别在于：加热过程一定产生过剩温度，而压缩过程则不然。

关于热力学第二定律的十条新的阐述方式，是等价的，也是可以经数学证明的，这十条阐述方式中的任何一条均可单独使用。本发明人建议：在热力学研究过程中，应广泛应用P-T图及上述关于热力学第二定律的新的阐述方式。P-T图以及关于热力学第二定律的新的阐述方式对热力学的进步和高效热机的开发具有重大意义。

热力学第二定律的新的阐述方式的英文表达：

1.It is impossible to return a heat rejection process to its initial state without a heat injectionprocess involved.

2.It is impossible to return a heat injection process to its initial state without a heat rejectionprocess involved.

3.It is impossible to return a non-adiabatic process to its initial state without anon-adiabatic process involved.

4.It is impossible to return a non-adiabatic process to its initial state only by adiabaticprocess.

5.If the final pressure of heat injection process is returned to its initial pressure by processother than heat rejection process，the temperature of that state is higher than that of the initialstate.

6.If the final pressure of heat rejection process is returned to its initial pressure by processother than heat injection process，the temperature of that state is lower than that of the initial state.

7.It is impossible to make heat injection process not generate excess-temperature.

8.It is impossible to make heat rejection process not generate insufficient-temperature.

9.It is impossible for any device that operates on a cycle to reach the efficiency indicatedby Carnot cycle without heat rejection in compression process.

10.The difference between heat injection process and compression process which are appliedto working fluid of thermodynamic process or cycle is that heat injection process must generateexcess-temperature，but compression process must not.

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22所示的是卡诺循环和奥拓循环的P-T图，其中，C₀，C₁和C₂是不同数值的常数，k是绝热指数，循环0-1-2-3-0是卡诺循环，循环0-1-4-5-0是高温热源温度升高后的卡诺循环，循环0-6-7-8-0是奥拓循环；

图23所示的是多条不同绝热过程曲线的P-T图，其中，C₁，C₂，C₃，C₄和C₅是不同数值的常数，k是绝热指数，A和B是状态点；

图24所示的是绝热过程曲线的P-T图，其中，C是常数，k是绝热指数，A和B是状态点，

其中：

1气缸活塞做功机构、3冷凝器、4加热器、5正时液体供送机构、6工质导出口、7热交换器、8工质储罐、10气体工质出口、11液体工质入口、12环形凹槽、13喷嘴、14回充口、21内燃汽化器、22外燃汽化器、30附属冷却器、52氧化剂控制装置、55氧化剂源、58氧化剂传感器、60附属工质导出口、61工质导出控制阀、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、100涡轮动力机构、200叶轮压气机、300工质控制阀、70填料式回热器。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的气流相循环发动机，包括气缸活塞做功机构1、外燃汽化器22和冷凝器3；所述外燃汽化器22与所述气缸活塞做功机构1的气缸连通；在所述气缸活塞做功机构1的气缸壁上设气体工质出口10，所述气体工质出口10受所述气缸活塞做功机构1的活塞控制打开或关闭；在所述外燃汽化器22与所述气缸活塞做功机构1的气缸之间的连通通道上设液体工质入口11，所述气体工质出口10与所述液体工质入口11连通；所述冷凝器3设在所述气体工质出口10与所述液体工质入口11之间的连通通道上，在所述冷凝器3和所述液体工质入口11之间的连通通道上设正时液体供送机构5，所述正时液体供送机构5将所述冷凝器3所冷凝的液体输送至所述液体工质入口11。

在所述外燃汽化器22内使液体工质发生气化过热和/或临界化，使系统内的压力增大，产生的高温高压工质推动所述气缸活塞做功机构1内的活塞向下止点运行对外做功，当所述活塞越过所述气体工质出口10处时，相当于将所述气体工质出口10打开，一部分气体工质经所述气体工质出口10流向所述冷凝器3并在其中被冷凝成液体工质；当所述活塞到达下止点附近时，所述正时液体供送机构5将液体工质经所述液体工质入口11送入所述外燃汽化器22与气缸之间的连通通道内，对其中的气体工质进行降温降压，从而降低所述活塞向上止点运动的阻力；当所述活塞到达上止点附近时，所述正时液体供送机构5停止供送液体工质，所述外燃汽化器22内的液体工质受热发生气化过热和/或临界化后进入下一循环，如此周而复始循环工作。

本实施例中，所述气缸活塞做功机构1的气缸顶朝下设置，所述外燃汽化器22位于所述气缸活塞做功机构1的下方，并将所述正时液体供送机构5具体的设为了正时泵。

作为可以变换的实施方式，所述气缸活塞做功机构1可以采用其他的设置方式，比如气缸顶朝上设置，当然也可以采用其他任何合适的设置方式，此时所述外燃汽化器22的位置也可以进行调整，比如可以设置在所述气缸活塞做功机构1的气缸的侧面。

作为可以变换的实施方式，所述液体工质入口11还可设置在所述气缸活塞做功机构1的气缸上，如气缸壁或气缸顶；或设在所述外燃汽化器22上；还可以在上述三处中任择一处或两处设置。

本发明的所有实施方式中，都可以参照本实施例将所述外燃汽化器22设在所述气缸活塞做功机构1的气缸外部，并通过连通通道与所述气缸活塞做功机构1的气缸连通。

实施例2

如图2所示的气流相循环发动机，其与实施例1的区别在于：所述外燃汽化器22改设在所述气缸活塞做功机构1的气缸顶处，且所述液体工质入口11改为设置在所述气缸活塞做功机构1的气缸壁上。

实施例3

如图3所示的气流相循环发动机，其与实施例2的区别在于：所述正时液体供送机构5改设为泵和正时阀的组合装置代替实施例2中的正时泵。

本发明的所有实施方式中，都可以参考本实施例将所述正时液体供送机构5设为泵和正时阀的组合装置。

实施例4

如图4所示的气流相循环发动机，其在实施例2的基础上，在所述冷凝器3与所述正时液体供送机构5之间的连通通道上增设工质储罐8。

本发明的所有未设所述工质储罐8的实施方式中，都可以参考本实施例设置所述工质储罐8。

实施例5

如图5所示的气流相循环发动机，其在实施例4的基础上，增设热交换器7，所述气体工质出口10与所述冷凝器3之间的连通通道设为所述热交换器7的被冷却流体通道，所述冷凝器3与所述液体工质入口11之间的连通通道设为所述热交换器7的被加热流体通道。

本实施例中所述正时液体供送机构5设在所述冷凝器3与所述热交换器7的被加热流体入口之间的连通通道上；作为可以变换的实施方式，可以将所述正时液体供送机构5改为设置在所述热交换器7的被加热流体出口与所述液体工质入口11之间的连通通道上。

作为可以变换的实施方式，所述工质储罐8可以不设；所述液体工质入口11还可设置在所述气缸活塞做功机构1的气缸顶上或设置在所述外燃汽化器22上。

实施例6

如图6所示的气流相循环发动机，其在实施例5的基础上，在所述液体工质入口11处增设喷嘴13，从而使得从所述液体工质入口11送回到所述气缸活塞做功机构1的气缸内的液体工质分散得更加均匀，有利于液体工质与气体工质的热交换，可以更快降低气缸内气体工质的温度和压力。

作为可以变换的实施方式，所述工质储罐8可以不设。

本发明中所有所述液体工质入口11与所述气体工质出口10不设为一体的实施方式中，都可以参照本实施例在所述液体工质入口11处设置所述喷嘴13。

实施例7

如图7所示的气流相循环发动机，其在实施例6的基础上，在所述气缸活塞做功机构1的活塞侧壁上增设环形凹槽12，所述环形凹槽12经设在所述活塞内的通孔与所述活塞的活塞顶贯通，当所述环形凹槽12与所述气体工质出口10对准时，气体工质即可通过所述活塞内的通孔流向所述气体工质出口10，继而进入所述冷凝器3。

作为可以变换的实施方式，所述工质储罐8、所述热交换器7、所述喷嘴13可以不设，也可以择一或者任择两个设置。

本发明中的所有实施方式中，都可以参照本实施例设置所述环形凹槽12及其相关结构。

实施例8

如图8所示的气流相循环发动机，其与实施例6的区别在于：取消所述喷嘴13，将所述液体工质入口11与所述气体工质出口10设为一体，在所述冷凝器3的工质入口和所述热交换器7之间的连通通道上设工质控制阀300，当气体从所述气体工质出口10进入所述热交换器7时，开启所述工质控制阀300，当液体需要从所述液体工质入口11喷出时，所述工质控制阀300关闭，以实现气体工质流入和液体工质喷出不会相互影响。

作为可以变换的实施方式，可以将所述工质控制阀300改为设置在所述冷凝器3的工质出口和所述热交换器7之间的连通通道上。

在所有设有所述热交换器7的结构中都可以参照本实施例设置所述工质控制阀300。

实施例9

如图9所示的气流相循环发动机，其与实施例6的区别在于：取消所述喷嘴13，将所述液体工质入口11改设在所述外燃汽化器22上，使得经所述热交换器7吸热后的工质直接进入所述外燃汽化器22内。

本实例中所述液体工质入口11设在所述外燃汽化器22的液相区上，所述作为可以变换的实施方式，所述液体工质入口11设在所述外燃汽化器22的气相区上。

实施例10

如图10所示的气流相循环发动机，其与实施例8的区别在于：将所述热交换器7替换为填料式回热器70，所述工质控制阀300改为设置在所述冷凝器3和所述填料式回热器70之间的连通通道上。在所述气体工质出口10与所述冷凝器3的工质入口之间的连通通道上设回充口14，所述冷凝器3的工质出口与所述回充口14连通，所述填料式回热器70设在所述回充口14与所述气体工质出口10之间的连通通道内，相当于所述气体工质出口10与所述液体工质入口11共用一个口。

作为可以变换的实施方式，所述工质储罐8可以不设。

实施例11

如图11所示的气流相循环发动机，其与实施例1的区别在于：所述液体工质入口11改设在所述气缸活塞做功机构1的气缸顶上，在所述液体工质入口11处增设喷嘴13。

作为可以变换的实施方式，所述喷嘴13可以不设；还可以参考实施例5设置所述热交换器7，此时，还可参考实施例8，进一步在所述冷凝器3入口和所述热交换器7之间的连通通道上设工质控制阀300。

实施例12

如图12所示的气流相循环发动机，其在实施例1的基础上，在所述冷凝器3和所述正时泵之间的连通通道上增设加热器4，从而使得经所述正时泵进入所述外燃汽化器22内的工质温度升高，在所述外燃汽化器22内更易汽化。

作为可以变换的实施方式，所述液体工质入口11还可设置在所述气缸活塞做功机构1的气缸上，如气缸壁或气缸顶；或设在所述外燃汽化器22上；或者在上述三处选择地设置两个或三个所述液体工质入口11；还可以参考实施例5设置所述热交换器7，此时，还可参考实施例8，进一步在所述冷凝器3入口和所述热交换器7之间的连通通道上设工质控制阀300。

实施例13

如图13所示的气流相循环发动机，其与实施例12的区别在于：所述加热器4改设为热交换器式加热器，且所述热交换器式加热器的热源为加热过所述外燃汽化器22后的余热，这样可以利用加热过所述外燃汽化器22之后的余热进一步加热即将进入所述外燃汽化器22的工质，使其在所述外燃汽化器22内更易汽化，从而提高能源利用率，有利于节约能源。

作为可以变换的实施方式，所述热交换器式加热器还可以采用其他形式的热源。

作为可以变换的实施方式，本发明的所有设有所述外燃汽化器22的实施方式中，都可以参照实施例12或实施例13设置所述加热器2。

实施例14

如图14所示的气流相循环发动机，包括气缸活塞做功机构1、内燃汽化器21和冷凝器3；所述气缸活塞做功机构1的气缸顶朝下设置，所述内燃汽化器21设在所述气缸活塞做功机构1的气缸内，在所述气缸活塞做功机构1的气缸壁上设气体工质出口10，所述气体工质出口10受所述气缸活塞做功机构1的活塞控制打开或关闭；在所述气缸活塞做功机构1的气缸壁上设液体工质入口11，所述气体工质出口10与所述液体工质入口11连通；所述冷凝器3设在所述气体工质出口10与所述液体工质入口11之间的连通通道上，在所述冷凝器3和所述液体工质入口11之间的连通通道上设正时液体供送机构5；在所述气缸活塞做功机构1的气缸壁上设工质导出口6，在所述工质导出口6处设工质导出控制阀61；所述内燃汽化器21分别与氧化剂源55和还原剂源连通，所述正时液体供送机构5将所述冷凝器3所冷凝的液体输送至所述液体工质入口11。

在所述内燃汽化器21内使液体工质发生气化过热和/或临界化，使系统内的压力增大，产生的高温高压工质推动所述气缸活塞做功机构1内的活塞向下止点运行对外做功，当所述活塞越过所述气体工质出口10处时，相当于将所述气体工质出口10打开，一部分气体工质经所述气体工质出口10流向所述冷凝器3并在其中被冷凝成液体工质；当所述活塞到达下止点附近时，所述正时液体供送机构5将液体工质送入所述气缸活塞做功机构1的气缸内，对其中的气体工质进行降温降压，从而降低所述活塞向上止点运动的阻力；当所述活塞到达上止点附近时，所述正时液体供送机构5停止供送液体工质，所述内燃汽化器21内的液体工质受热发生气化过热和/或临界化后进入下一循环，如此周而复始循环工作，当系统内工质的量或压力达到一定程度时，打开所述工质导出控制阀61将一部分工质导出，以维持系统内物质和压力的平衡。

可选择地，所述内燃汽化器21还可设在所述气缸活塞做功机构1的气缸外，通过连通通道与所述气缸活塞做功机构1的气缸连通，此时，所述液体工质入口11也可设在所述内燃汽化器21与所述气缸活塞做功机构1的气缸之间的连通通道上或者设置在所述气缸活塞做功机构1的气缸顶上；所述液体工质入口11还可以设置在所述内燃汽化器21上，或者在所述气缸活塞做功机构1的气缸上、在所述内燃汽化器21与所述气缸活塞做功机构1的气缸之间的连通通道上和在所述内燃汽化器21上同时设置；所述工质导出口6也可设在气体工质通道的其他部位，如设置在所述气体工质出口10与所述冷凝器3之间的连通通道上，或者，当所述内燃汽化器21设在所述气缸活塞做功机构1的气缸外并通过连通通道与所述气缸活塞做功机构1的气缸连通时，所述工质导出口6可以设置在所述内燃汽化器21与所述气缸活塞做功机构1的气缸之间的连通通道上等；所述工质导出控制阀61可以不设，此时可以通过调整所述工质导出口6的形状、开口大小等来维持系统内的压力或工质的量的平衡。

实施例15

如图15所示的气流相循环发动机，其与实施例14的区别在于：在所述冷凝器3与所述正时液体供送机构5之间的连通通道上设工质储罐8，且所述气流相循环发动机还包括热交换器7，所述气体工质出口10与所述冷凝器3之间的连通通道设为所述热交换器7的被冷却流体通道，所述冷凝器3与所述液体工质入口11之间的连通通道设为所述热交换器7的被加热流体通道；在所述液体工质入口11处设置喷嘴13。

本实施例中所述正时液体供送机构5设在所述冷凝器3与所述热交换器7的被加热流体入口之间的连通通道上，作为可以变换的实施方式，可以将所述正时液体供送机构5改为设在所述热交换器7的被加热流体出口与所述液体工质入口11之间的连通通道上。

作为可以变换的实施方式，所述工质储罐8、所述热交换器7和所述喷嘴13可以择一设置或者任择两个设置。

实施例16

如图16所示的气流相循环发动机，其在实施例15的基础上，增设涡轮动力机构100和叶轮压气机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30与所述叶轮压气机200的工质入口连通，所述叶轮压气机200的工质出口与所述气缸活塞做功机构1的气缸连通；在所述附属冷却器30与所述叶轮压气机200的工质入口之间的连通通道上设置附属工质导出口60。

具体实施时，可选择地，使所述涡轮动力机构100可以对所述叶轮压气机200输出动力，也可以使所述涡轮动力机构100对外输出动力。

可选择地，所述叶轮压气机200的工质出口也可与气体工质通道的其他部位连通，所述附属工质导出口60也可设在所述涡轮动力机构100的工质出口与所述附属冷却器30之间的连通通道上。

作为可以变换的实施方式，所述工质储罐8、所述热交换器7和所述喷嘴13可以不设，或者择一设置，或者任择两个设置。

实施例17

如图17所示的气流相循环发动机，其与实施例15的区别在于：取消所述工质导出控制阀61，将所述氧化剂源55具体的设为活塞式空气压缩机构，且所述活塞式空气压缩机构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的供气口83与所述内燃汽化器21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6连通。

作为可以变换的实施方式，所述活塞式空气压缩机构还可以设为其他的形式；所述工质储罐8、所述热交换器7和所述喷嘴13可以不设，或者择一设置，或者任择两个设置。

实施例18

如图18所示的气流相循环发动机，其在实施例15的基础上增设氧化剂传感器58和氧化剂控制装置52，所述氧化剂传感器58设在所述气缸活塞做功机构1的气缸内，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汽化器21的氧化剂的量。

可选择地，所述氧化剂传感器58还可设置在气体工质通道的其他部位，如供气体工质流通的连通通道等；所述工质储罐8、所述热交换器7和所述喷嘴13可以不设，或者择一设置，或者任择两个设置。

实施例19

如图19所示的气流相循环发动机，其在实施例15的基础上，在所述气缸活塞做功机构1的活塞侧壁上增设环形凹槽12，所述环形凹槽12经设在所述气缸活塞做功机构1的活塞内的通孔与所述气缸活塞做功机构1的活塞的活塞顶贯通。当所述环形凹槽12与所述气体工质出口10对准时，气体工质即可通过所述活塞内的通孔流向所述气体工质出口10，继而进入所述冷凝器3。

作为可以变换的实施方式，所述工质储罐8、所述热交换器7和所述喷嘴13可以不设，或者择一设置，或者任择两个设置。

实施例20

如图20所示的气流相循环发动机，其与实施例15的区别在于：取消所述喷嘴13，将所述液体工质入口11与所述气体工质出口10设为一体，在所述冷凝器3的工质入口和所述热交换器7之间的连通通道上设工质控制阀300。当气体从所述气体工质出口10进入所述热交换器7时，开启所述工质控制阀300，当液体需要从所述液体工质入口11喷出时，所述工质控制阀300关闭，以实现气体工质流入和液体工质喷出不会相互影响。

可选择地，将所述工质控制阀300设在所述冷凝器3的工质出口和所述热交换器7之间的连通通道上。

实施例21

如图21所示的气流相循环发动机，其与实施例20的区别在于：将所述热交换器7替换为填料式回热器70，所述工质控制阀300改为设置在所述冷凝器3和所述填料式回热器70之间的连通通道。所述气体工质出口10与所述冷凝器3的工质入口之间的连通通道设回充口14，所述冷凝器3的工质出口与所述回充口14连通，所述填料式回热器70设在所述回充口14与所述气体工质出口10之间的连通通道内，相当于所述气体工质出口10与所述液体工质入口11共用一个口。

可选择地，上述所有实施方式中所述气缸活塞做功机构1的活塞与曲柄连杆机构连接。

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 (20)

1.一种气流相循环发动机，其特征在于：包括气缸活塞做功机构(1)、外燃汽化器(22)和冷凝器(3)；所述外燃汽化器(22)与所述气缸活塞做功机构(1)的气缸连通，在所述气缸活塞做功机构(1)的气缸壁上设气体工质出口(10)，所述气体工质出口(10)受所述气缸活塞做功机构(1)的活塞控制打开或关闭；在所述气缸活塞做功机构(1)的气缸上和/或在所述外燃汽化器(22)与所述气缸活塞做功机构(1)的气缸之间的连通通道上和/或在所述外燃汽化器(22)上设液体工质入口(11)，所述气体工质出口(10)与所述液体工质入口(11)连通；所述冷凝器(3)设在所述气体工质出口(10)与所述液体工质入口(11)之间的连通通道上，在所述冷凝器(3)和所述液体工质入口(11)之间的连通通道上设正时液体供送机构(5)，所述正时液体供送机构(5)将所述冷凝器(3)所冷凝的液体输送至所述液体工质入口(11)。

2.如权利要求1所述气流相循环发动机，其特征在于：所述外燃汽化器(22)设在所述气缸活塞做功机构(1)的气缸顶处。

3.一种气流相循环发动机，其特征在于：包括气缸活塞做功机构(1)、内燃汽化器(21)和冷凝器(3)；所述内燃汽化器(21)与所述气缸活塞做功机构(1)的气缸连通，在所述气缸活塞做功机构(1)的气缸壁上设气体工质出口(10)，所述气体工质出口(10)受所述气缸活塞做功机构(1)的活塞控制打开或关闭；在所述气缸活塞做功机构(1)的气缸壁上和/或在所述内燃汽化器(21)与所述气缸活塞做功机构(1)的气缸之间的连通通道上和/或在所述内燃汽化器(21)上设液体工质入口(11)，所述气体工质出口(10)与所述液体工质入口(11)连通；所述冷凝器(3)设置在所述气体工质出口(10)与所述液体工质入口(11)之间的连通通道上，在所述冷凝器(3)和所述液体工质入口(11)之间的连通通道上设正时液体供送机构(5)，所述正时液体供送机构(5)将所述冷凝器(3)所冷凝的液体输送至所述液体工质入口(11)；在气体工质通道上设工质导出口(6)；所述内燃汽化器(21)分别与氧化剂源(55)和还原剂源连通。

4.如权利要求3所述气流相循环发动机，其特征在于：在所述工质导出口(6)处设工质导出控制阀(61)。

5.如权利要求3所述气流相循环发动机，其特征在于：所述内燃汽化器(21)设在所述气缸活塞做功机构(1)的气缸内。

6.如权利要求1至5中任一项所述气流相循环发动机，其特征在于：所述气流相循环发动机还包括热交换器(7)，所述气体工质出口(10)与所述冷凝器(3)之间的连通通道设为所述热交换器(7)的被冷却流体通道，所述冷凝器(3)与所述液体工质入口(11)之间的连通通道设为所述热交换器(7)的被加热流体通道。

7.如权利要求1至5中任一项所述气流相循环发动机，其特征在于：在所述冷凝器(3)与所述正时液体供送机构(5)之间的连通通道上设工质储罐(8)。

8.如权利要求3至5中任一项所述气流相循环发动机，其特征在于：所述气流相循环发动机还包括涡轮动力机构(100)和叶轮压气机(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(30)与所述叶轮压气机(200)的工质入口连通，所述叶轮压气机(200)的工质出口与气体工质通道连通；在所述涡轮动力机构(100)的工质出口与所述叶轮压气机(200)的工质入口之间的连通通道上设置附属工质导出口(60)。

9.如权利要求3至5中任一项所述气流相循环发动机，其特征在于：所述氧化剂源(55)设为活塞式空气压缩机构。

10.如权利要求9所述气流相循环发动机，其特征在于：所述活塞式空气压缩机构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)的供气口(83)与所述内燃汽化器(21)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(6)连通。

11.如权利要求3至5中任一项所述气流相循环发动机，其特征在于：所述气流相循环发动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)设在气体工质通道内，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汽化器(21)的氧化剂的量。

12.如权利要求1至5中任一项所述气流相循环发动机，其特征在于：在所述气缸活塞做功机构(1)的活塞侧壁上设置环形凹槽(12)，所述环形凹槽(12)经设在所述活塞内的通孔与所述活塞的活塞顶贯通。

13.如权利要求1至5中任一项所述气流相循环发动机，其特征在于：在所述液体工质入口(11)处设置喷嘴(13)。

14.如权利要求1至5中任一项所述气流相循环发动机，其特征在于：所述气流相循环发动机还包括填料式回热器(70)，所述液体工质入口(11)与所述气体工质出口(10)设为一体，在所述气体工质出口(10)与所述冷凝器(3)的工质入口之间的连通通道上设回充口(14)，所述冷凝器(3)的工质出口与所述回充口(14)连通，所述填料式回热器(70)设在所述回充口(14)与所述气体工质出口(10)之间的连通通道内。

15.如权利要求6所述气流相循环发动机，其特征在于：所述液体工质入口(11)与所述气体工质出口(10)设为一体。

16.如权利要求15所述气流相循环发动机，其特征在于：在所述冷凝器(3)和所述热交换器(7)之间的连通通道上设工质控制阀(300)。

17.如权利要求14所述气流相循环发动机，其特征在于：在所述冷凝器(3)和所述填料式回热器(70)之间的连通通道上设工质控制阀(300)。

18.如权利要求1或2所述气流相循环发动机，其特征在于：在所述冷凝器(3)和所述正时液体供送机构(5)之间的连通通道上设加热器(4)。

19.如权利要求18所述气流相循环发动机，其特征在于：所述加热器(4)设为热交换器式加热器。

20.如权利要求19所述气流相循环发动机，其特征在于：所述热交换器式加热器的热源为加热过所述外燃汽化器(22)后的余热。