CN103397933A - 极限热机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极限热机及其工作方法，该极限热机包括温压压气机和有压做功机构，所述温压压气机的工质出口与所述有压做功机构的工质入口连通；所述温压压气机的工质出口处的承压能力大于1MPa，所述温压压气机的工质出口处的工质温度低于373K。该极限热机的工作方法如下：第一步：用温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；第二步：将所述压缩工质导入有压做功机构中对所述压缩工质进一步压缩，第三步：经第二步压缩后的工质与燃料在所述有压做功机构的燃烧室中燃烧，对外输出动力。本发明可以获得效率比卡诺循环效率还高的热机，而且本发明中，设置有压做功机构之后，增大了压缩比，减少了阻力，提高了效率。

Description

极限热机及其工作方法

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，特别是一种极限热机及其工作方法。

背景技术

热机总是要向冷源放热的，例如传统内燃机（汽油机和柴油机），它们是在膨胀过程结束后向环境排热的。根据研究，只在压缩过程中放热的发动机才是在同等条件下效率最高的发动机。卡诺循环发动机就是其中的代表，卡诺循环发动机的效率是由其绝热压缩前的温度和绝热压缩后的温度决定的。然而我们对气体进行恒温压缩、绝热压缩，再在升温条件下加热，我们就可以获得效率比同等压缩条件下的卡诺循环效率更高的发动机。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出的技术方案如下：

方案一：一种极限热机的工作方法，包括以下步骤：

第一步：用温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将所述压缩工质导入有压做功机构中，并对所述压缩工质进一步压缩，

第三步：经第二步压缩后的工质与燃料在所述有压做功机构的燃烧室中燃烧，并对外输出动力。

方案二：一种极限热机的工作方法，包括以下步骤：

第一步：用温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将第一步得到的所述压缩工质导入有压做功机构中对所述压缩工质进一步压缩；

第三步：经第二步压缩后的工质与燃料在所述有压做功机构的燃烧室中燃烧，对外输出动力；

第四步：将经第三步燃烧并做功后的工质导入附属做功机构中，附属做功机构进一步对外输出动力。

方案三：一种极限热机，包括温压压气机和有压做功机构，所述温压压气机的工质出口与所述有压做功机构的工质入口连通，所述温压压气机的工质出口处的承压能力大于1MPa，所述温压压气机的工质出口处的工质温度低于373K。

方案四：在方案三的基础上，所述温压压气机工质出口处的压缩工质的压力大于1MPa,温度低于373K。

方案五：在方案三的基础上，在所述温压压气机的工质出口与所述有压做功机构的工质入口之间的连通通道上设冷却器。

方案六：在方案三的基础上，两个以上所述有压做功机构的工质入口与所述温压压气机的工质出口连通。

方案七：在方案三的基础上，所述有压做功机构对所述温压压气机输出动力。

方案八：在方案三的基础上，所述有压做功机构设为气缸活塞机构。

方案九：在方案八的基础上，在所述气缸活塞机构的气缸内设回热器。

方案十：在方案三的基础上，所述有压做功机构设为包括叶轮压气机和透平的燃气轮机。

方案十一：在方案三的基础上，所述有压做功机构设为包括叶轮压气机和透平的喷气式有压做功机构。

方案十二：在方案三的基础上，所述有压做功机构的工质出口与附属做功机构连通。

方案十三：在方案十二的基础上，两个以上所述有压做功机构的工质出口与附属做功机构的工质入口连通。

方案十四：在方案十二的基础上，所述附属做功机构设为容积型气体做功机构和/或速度型气体做功机构。

方案十五：在方案十四的基础上，所述附属做功机构设为多级做功机构。

方案十六：在方案十二的基础上，所述附属做功机构设为喷管。

方案十七：在方案三至方案十六的基础上，所述极限热机使用汽油作为燃料。

方案十八：一种包括气缸活塞机构的极限热机的工作方法，包括以下步骤：

第一步：用所述温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：利用按吸气冲程-压缩冲程-膨胀做功冲程-排气冲程的四冲程工作模式工作的气缸活塞机构将所述压缩工质在吸气冲程中导入所述气缸活塞机构的气缸内；

第三步：所述气缸活塞机构进入压缩冲程对导入所述气缸活塞机构的气缸内的所述压缩工质进行压缩；

第四步：所述气缸活塞机构依次进入燃烧膨胀做功冲程-排气冲程，周而复始循环工作。

方案十九：一种包括气缸活塞机构的极限热机的工作方法，包括以下步骤：

第一步：用所述温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：利用按扫气进气压缩冲程-燃烧膨胀做功的二冲程工作模式工作的的气缸活塞机构将所述压缩工质在扫气进气压缩冲程的扫气进气过程导入所述气缸活塞机构的气缸内，并进行压缩过程；

第三步：所述气缸活塞机构进入燃烧膨胀做功冲程，周而复始循环工作。

方案二十：一种包括燃气轮机的极限热机的工作方法，包括以下步骤：

第一步：用所述温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将所述压缩工质压入燃气轮机中，经过叶轮压气机再次对所述压缩工质进行压缩；

第三步：利用燃料对第二步中再次压缩后的工质进行加热，升温后的工质导入所述燃气轮机的透平对外做功。

方案二十一：一种包括喷气式发动机的极限热机的工作方法，包括以下步骤：

第一步：用温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将所述压缩工质压入喷气式发动机中，经过叶轮压气机再次对所述压缩工质进行压缩；

第三步：利用燃料对第二步中再次压缩后的工质进行加热，升温后的工质导入所述喷气式发动机的透平推动所述透平对外做功后进入喷管。

方案二十二：在方案一、方案二、方案十八和方案二十一的基础上，所述燃料为汽油。

方案二十三：一种极限热机，包括压缩冷却单元，叶轮压气机和透平，所述极限热机还包括燃烧室，所述压缩冷却单元的工质出口处的工质压力大于1MPa，温度低于373K；所述压缩冷却单元的工质出口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所述燃烧室连通，所述燃烧室的工质出口与所述透平的工质入口连通，所述透平对所述叶轮压气机输出动力。

方案二十四：在方案二十三的基础上，所述极限热机还包括喷管，所述透平的工质出口与所述喷管的工质入口连通。

方案二十五：一种极限热机，包括压缩冷却单元，所述极限热机还包括活塞式发动机，所述压缩冷却单元的工质出口处的工质压力大于1MPa，温度低于373K；所述压缩冷却单元的工质出口与所述活塞式发动机的进气道连通。

方案二十六：一种极限热机，包括压缩冷却单元，所述极限热机还包括速度型压气机、燃烧室和喷管，所述压缩冷却单元的工质出口处的工质压力大于1MPa，温度低于373K；所述压缩冷却单元的工质出口与所述速度型压气机的气体入口连通，所述速度型压气机的气体出口与所述燃烧室连通，所述燃烧室的工质出口与所述喷管连通。

方案二十七：在方案二十六的基础上，所述极限热机还包括旋转体，所述喷管设在旋转体上，所述喷管推动所述旋转体对外输出动力。

方案二十八：在方案二十三至方案二十七的基础上，所述极限热机还包括散热器、冷却透平和冷却压气机，所述压缩冷却单元中的冷却器设为热交换器式冷却器，所述热交换器式冷却器的吸热流体通道与所述冷却透平的工质入口连通，所述冷却透平的工质出口与所述散热器的被冷却流体通道的工质入口连通，所述散热器的被冷却流体通道的工质出口与所述冷却压气机的工质入口连通，所述冷却压气机的工质出口与所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质入口连通。

方案二十九：在方案二十三至方案二十七的基础上，所述极限热机还包括散热器、冷却压气机和冷却透平，所述压缩冷却单元中的冷却器设为热交换器式冷却器，所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质出口与所述冷却压气机的工质入口连通，所述冷却压气机的工质出口与所述散热器的被冷却流体通道的工质入口连通，所述散热器的被冷却流体通道的工质出口与所述冷却透平的工质入口连通，所述冷却透平的工质出口与所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质入口连通，所述冷却压气机受动力源驱动。

方案三十：在方案二十三至方案二十七的基础上，所述极限热机还包括散热器、冷却压气机和节流喷嘴，所述压缩冷却单元中的冷却器设为热交换器式冷却器，所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质出口与所述冷却压气机的工质入口连通，所述冷却压气机的工质出口与所述散热器的被冷却流体通道的工质入口连通，所述散热器的被冷却流体通道的工质出口与所述节流喷嘴的工质入口连通，所述节流喷嘴的工质出口与所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质入口连通，所述冷却压气机受动力源驱动。 

本发明的原理是：在设有所述气缸活塞机构的极限热机中，通过所述温压压气机将气体进行恒温压缩或近似恒温压缩，得到压力大于1MPa，温度低于373K的压缩工质，然后将所述压缩工质导入所述气缸活塞机构中，使所述气缸活塞机构按照吸气冲程-压缩冲程-膨胀做功冲程-排气冲程的四冲程工作模式或扫气进气压缩冲程-燃烧膨胀做功的二冲程工作模式进行工作。

在设有所述燃气轮机或所述喷气式发动机的极限热机结构中，通过所述温压压气机将气体进行恒温压缩或近似恒温压缩，得到压力大于1MPa，温度低于373K的压缩工质，然后将燃料和经第二步中再次压缩后的工质进行加热，升温后的工质导入所述燃气轮机或所述喷气式发动机的所述透平内，推动所述透平对外做功。

本发明中，所谓的“温压压气机”是指有排热（散热或热量导出）功能的压气机。

所谓的“用温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态”是指：在不设有所述冷却器的结构中，通过在压缩过程中进行冷却和/或在多级压缩中级间冷却的方式将气体压缩到压力大于1MPa，冷却到温度低于373K的压气机；或指在设有所述冷却器的结构中经过所述温压压气机和所述冷却器冷却之后的工质的状态达到压力大于1MPa，温度低于373K的压气机。例如：某一级或某几级上设有冷却装置的多级压气机、级间设有冷却装置的多级压气机或设有冷却装置的单级螺杆式压气机等，其中，所述多级压气机可以为具有冷却功能的活塞式压气机、叶轮式压气机、罗茨式压气机、螺杆式压气机或它们的组合形成的多级压气机；所述多级压气机也可以为具有冷却功能的活塞式压气机、叶轮式压气机、罗茨式压气机、螺杆式压气机并且在级间进行冷却的多级压气机；还可以为活塞式压气机、叶轮式压气机、罗茨式压气机、螺杆式压气机的组合并在级间进行冷却的多级压气机。

本发明中，所谓的“做功机构”是指一切可以利用气体工质膨胀和/或流动产生动力的机构。

本发明中，所谓的“有压做功机构”是指有压缩过程的做功机构。例如：按二冲程或四冲程模式工作的气缸活塞机构等。

本发明中，所述附属做功机构即做功机构，名称不同是为了区分其他做功机构而定义的。

本发明中，所谓的容积型气体做功机构是指利用气体的静压对外做功的机构。例如活塞式做功机构、罗茨式做功机构、螺杆式做功机构、滑片式做功机构、滚动活塞式做功机构或涡旋式做功机构，所谓的活塞式做功机构是指一切利用活塞对外做功的机构，例如活塞式马达。

本发明中，所谓的速度型气体做功机构是指利用气体的动能对外做功的机构，例如涡轮动力机构或喷射式做功机构。

本发明中，所述温压压气机采用的冷却方式可以是在压缩过程中冷却或在压缩级间进行冷却的方式。

本发明中，所谓的“间歇燃烧式工作模式”是指包括喷油过程的工作循环和不包括喷油过程的工作循环交替的工作模式。具体的工作模式是：在两个以上包括喷油过程的工作循环之间插入一个或多个不包括喷油过程的工作循环，例如：在三个包括喷油过程的工作循环之间插入一个不包括喷油过程的工作循环，也可以在十个包括喷油过程的工作循环中插入一个不包括喷油过程的工作循环，其目的是降低所述气缸做功机构的工作温度，利用所述气缸做功机构的气缸内的固体表面的热量对充入的工质进行加热并膨胀做功，以起到冷却和回收热量的作用。

本发明中，所谓的“包括喷油过程的工作循环”是指在吸压爆排四个冲程或在扫气进气压缩冲程-燃烧膨胀做功二冲程中的爆炸冲程中，有燃烧化学反应的发生。

本发明中，所谓的“不包括喷油过程的工作循环”是指没有喷油过程的工作循环，在这种情况下，所述气缸活塞机构仍然按照吸压爆排工作模式进行工作或按照扫气进气压缩冲程-燃烧膨胀做功二冲程工作模式工作，但是这时的爆炸冲程不是由燃料燃烧产生热量而形成，而是吸收部分壁面余热膨胀做功的冲程。

本发明中的极限热机可选择性地按照下述中的循环模式工作，但是由于在实际机构等诸多条件的限制下，本发明中发动机可能完全按下述循环方式工作，有可能出现一定程度偏差，但仍属于极限热机的范畴。

本发明中，图13是纵轴为压力，横轴为温度的图，即P-T 图，其中曲线A、曲线B和曲线C是绝热过程曲线，0-1是恒温压缩过程，1-2是绝热压缩过程，2-3是恒温吸热膨胀过程，3-0是绝热膨胀过程，2-4和2-4’是恒容加热过程，2-5和2-5’是恒压加热过程。

其中：0-1-2-3-0是卡诺循环的工作模式；0-1-2-5-0是效率高于前述卡诺循环的循环模式，0’-1-2-5’-0’是效率高于前述0-1-2-5-0的循环模式；0’-1-2-4’-0’是比0-1-2-4-0效率更高的循环工作模式。由图13可知，由状态点2开始到达任何一个在状态点3和4之间的并与状态点3和4在同一绝热过程曲线上的加热过程构成的循环的效率均比以状态点2处的温度为高温热源的卡诺循环的效率高，同样由状态点2开始到达任何一个在状态点3’和4’之间的并与状态点3’和4’在同一绝热过程曲线上的加热过程构成的循环的效率均比以状态点2处的温度为高温热源的卡诺循环、0-1-2-5-0以及0-1-2-4-0的效率高。本发明所公开的极限热机，其循环模式可以是上述0-1-2-3-0、0-1-2-5-0、0-1-2-4-0、0’-1-2-5’-0’以及0’-1-2-4’-0’循环模式，也可以是0-1-2-X-0的循环模式，其中，X在状态点3和4之间的通过状态点3和4的绝热过程曲线上；或可以是0’-1-2-X’-0’的循环模式，其中，X’在状态点3’和4’之间的通过状态点3’和4’的绝热过程曲线上。

图中0-1-2-A-B-0的工作循环是效率高于前述0-1-2-3-0、0-1-2-5-0以及0-1-2-4-0工作循环的工作模式，其中A-B-C是等压线，上述工作循环的效率的排列顺序如下： 0-1-2-A-B-0＞0-1-2-4-0＞0-1-2-5-0＞0-1-2-3-0。

对应的，0’-1-2-A-C-3’-0’的工作循环是效率高于前述0’-1-2-3’-0’、0’-1-2-5’-0’以及0’-1-2-4’-0’工作循环的工作模式，上述工作循环的效率的排列顺序如下：0’-1-2-A-C-3’-0’＞0’-1-2-4’-0’＞0’-1-2-5’-0’＞0’-1-2-3’-0’。

图中T₃与T₂的温差小于200K。

本发明中，所述恒温压缩过程、绝热压缩过程、恒容加热过程、恒压加热过程、恒温吸热膨胀过程以及绝热膨胀过程，均包括严格按所述过程进行的过程，也包括由于工程上或机构上的限制所必须采取的近似过程，例如：恒温压缩过程可能无法真正实现恒温压缩，但是必须有冷却过程参与，例如压缩过程的级间冷却过程的参与。

本发明的极限热机可用在飞机机头上。

本发明的所述极限热机的工作方法，可用所述温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa、1.2 MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa或大于2.5MPa，温度低于373K、353K、333K、313K、293K、273K、253K、233K、213K、193K、183K或低于178K。

本发明的所述极限热机中，所述温压压气机的工质出口处的承压能力大于1MPa、1.2MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa或大于2.5MPa，所述温压压气机的工质出口处的工质温度低于373K、353K、333K、313K、293K、273K、253K、233K、213K、193K、183K或低于178K。

本发明中，所述温压压气机工质出口处的压缩工质的压力大于1MPa、2MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa或大于2.5MPa。

本发明中，所述温压压气机的工质出口处的工质压力与其承压能力相匹配，即所述温压压气机的工质出口处的最高工质压力达到其承压能力。

本发明中，所述压缩冷却单元的工质出口处的工质压力大于1MPa、1.2 MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2MPa、2.1MPa、2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa或大于2.5MPa，温度低于373K、353K、333K、313K、293K、273K、253K、233K、213K、193K、183K或低于178K。

本发明中，所述气缸活塞机构可以按照四冲程工作模式工作，也可以按照二冲程工作模式工作，根据具体情况、依据公知技术决定其按二冲程工作模式或按四冲程工作模式工作，并根据工作模式的不同，依据公知技术对所述气缸活塞机构的结构进行调整。

本发明中，所述的压缩冷却单元是指对气体具有压缩冷却的工作单元，它可以是在压缩过程中进行冷却的工作单元，也可以是压缩后进行冷却的工作单元，还可以是由两个以上压缩过程和至少一个冷却过程构成的工作单元。

本发明中，所述冷却压气机即压气机，名称是为了与其它压气机区分而定义的。

本发明中，所述透平和所述冷却透平都是透平，名称不同是为了区分而定义的。

本发明中，所述冷却压气机和所述冷却透平构成的循环的工质为惰性气体。

本发明中，应根据发动机、热气机及热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。

本发明的有益效果如下：

卡诺循环热机的效率是由其绝热压缩前的温度、绝热压缩后的温度决定的，而我们对气体进行恒温、绝热压缩，并在升温条件下进行加热，所以本发明可以获得效率比卡诺循环效率还高的热机，而且本发明中，设置有压做功机构之后，增大了压缩比，减少了阻力，提高了效率。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图；

图4是本发明实施例4的结构示意图；

图5是本发明实施例5的结构示意图；

图6是本发明实施例6的结构示意图；

图7是本发明实施例7的结构示意图；

图8是本发明实施例8的结构示意图；

图9是本发明实施例9的结构示意图；

图10是本发明实施例10的结构示意图；

图11是本发明实施例11的结构示意图；

图12是本发明实施例12的结构示意图；

图13是本发明的P-T图；

图14是本发明实施例13的结构示意图；

图15是本发明实施例14的结构示意图；

图16是本发明实施例15的结构示意图；

图17是本发明实施例16的结构示意图；

图18是本发明实施例17的结构示意图；

图19是本发明实施例18的结构示意图；

图20是本发明实施例19的结构示意图；

图21是本发明实施例20的结构示意图；

图22是本发明实施例21的结构示意图，

图中：1温压压气机、101速度型气体压缩机构A、102容积型气体压缩机构、103速度型气体压缩机构B、2有压做功机构、5燃烧室、201气缸活塞机构、202叶轮压气机、203透平、204冷却透平、205冷却压气机、206节流喷嘴、3冷却器、4附属做功机构、401速度型气体做功机构A、402容积型气体做功机构、403速度型气体做功机构B、6回热器、7压缩冷却单元、8动力源、9喷管、11速度型压气机、12散热器。

具体实施方式

本发明一种极限热机的工作方法包括以下步骤：

第一步：用温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将第一步得到的所述压缩工质导入有压做功机构中并对所述压缩工质进一步压缩；

第三步：经第二步压缩后的工质与燃料在所述有压做功机构的燃烧室中燃烧，并对外输出动力。

此外，本发明还提供另一种极限热机的工作方法，包括以下步骤：

第一步：用温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将第一步得到的所述压缩工质导入有压做功机构中对所述压缩工质进一步压缩；

第三步：经第二步压缩后的工质与燃料在所述有压做功机构的燃烧室中燃烧，对外输出动力；

第四步：将经第三步燃烧并做功后的工质导入附属做功机构中，进一步对外输出动力。

实施例1

如图1所示的极限热机，所述极限热机包括温压压气机1和有压做功机构2，所述温压压气机1的工质出口与所述有压做功机构2的工质入口连通，所述温压压气机的工质出口处的承压能力大于1MPa,所述温压压气机1工质出口处的压缩工质的压力大于1MPa,温度低于373K。

其工作过程如下：

第一步：用温压压气机1将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将所述压缩工质导入有压做功机构2中对所述压缩工质进一步压缩；

第三步：经第二步压缩后的工质与燃料在有压做功机构2中混合并燃烧，对外输出动力。

实施例2

如图2所示的极限热机，其与实施例1的区别在于：在所述温压压气机1的工质出口与所述有压做功机构2的工质入口之间的连通通道上设冷却器3,所述有压做功机构2的工质出口与附属做功机构4连通,经所述冷却器3冷却后的工质的压力大于1MPa,温度低于373K。

可选择地，所述有压做功机构设为两个以上。

可选择地，所述附属做功机构设为速度型做功机构或容积型做功机构，所述附属做功机构同时设为速度型做功机构和容积型做功机构。

可选择地，所述附属做功机构设为多级做功机构。

其工作过程如下：

第一步：用温压压气机1将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将所述压缩工质导入有压做功机构2中对所述压缩工质进一步压缩；

第三步：经第二步压缩后的工质与燃料在有压做功机构2中混合并燃烧，对外输出动力；

第四步：将经第三步燃烧后的工质导入附属做功机构4中，并进一步的对外输出动力。

实施例3

如图3所示的极限热机，包括温压压气机1和有压做功机构2，所述有压做功机构2设为气缸活塞机构201，所述气缸活塞机构201内设燃烧室5，所述温压压气机1的工质出口与所述气缸活塞机构201的工质入口连通，所述有压做功机构2对所述温压压气机1输出动力。

可选择地，所述气缸活塞机构201的气缸内增设回热器6。

其工作过程包括以下步骤：

第一步：用所述温压压气机1将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：利用按吸气冲程-压缩冲程-膨胀做功冲程-排气冲程工作模式工作的所述气缸活塞机构201将所述压缩工质在吸气冲程中导入所述气缸活塞机构201的气缸内；

第三步：所述气缸活塞机构201进入压缩冲程对导入所述气缸活塞机构201的气缸内的所述压缩工质进行压缩；

第四步：所述气缸活塞机构201依次进入燃烧膨胀做功冲程-排气冲程；周而复始循环工作。

选择性地，所述气缸活塞机构201的每个工作循环中均可包括喷油过程，也可在选定的几个工作循环中不包括喷油过程。

选择性地，一个所述温压压气机1可以与两个以上所述有压做功机构2连通。

可选择地，所述温压压气机可设为多级压气机。

实施例4

如图4所示的极限热机，其与实施例3的区别在于：在所述温压压气机1的工质出口与所述气缸活塞机构201工质入口之间的连通通道上设冷却器3，用于进一步冷却压缩后的工质，其工作过程包括以下步骤：

第一步：用温压压气机1将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：利用按扫气进气压缩冲程-燃烧膨胀做功的二冲程工作模式工作的的所述气缸活塞机构201将所述压缩工质在扫气进气压缩冲程的扫气进气过程导入所述气缸活塞机构201的气缸内，并进行压缩过程；

第三步：所述气缸活塞机构201进入燃烧膨胀做功冲程，周而复始循环工作。

实施例5

如5所示的极限热机，其与实施例4的区别在于：所述气缸活塞机构201的工质出口与附属做功机构4的工质入口连通。

所述气缸活塞机构201按照间歇燃烧式工作模式进行工作，所述的间歇燃烧式工作模式是在三个包括喷油过程的工作循环之间插入一个不包括喷油过程的工作循环。

实施例6

如图6所示的极限热机，其与实施例3的区别在于：所述附属做功机构4对所述温压压气机1输出动力。

可选择地，所述附属做功机构4设为多级做功机构。

实施例7

如图7所示的极限热机，其与实施例3的区别在于：所述温压压气机1设为多级压气机，所述附属做功机构4设为多级做功机构。

作为可以变换的实施方式，所述温压压气机和所述附属做功机构4可以择一采用多级结构。

实施例8

如图8所示的极限热机，其与实施例7的区别在于：所述温压压气机1依次包括速度型气体压缩机构A 101、容积型气体压缩机构102、速度型气体压缩机构B 103，其中所述速度型气体压缩机构A 101的工质出口与所述容积型气体压缩机构102的工质入口连通，所述容积型气体压缩机构102的工质出口与所述速度型气体压缩机构B 103的工质入口连通，所述速度型气体压缩机构B 103的工质出口与所述气缸活塞机构201的工质入口连通；所述附属做功机构4依次包括速度型气体做功机构A 401、容积型气体做功机构402、速度型气体做功机构B 403，所述气缸活塞机构201的工质出口与所述速度型气体做功机构B 403的工质入口连通，所述速度型气体做功机构B 403的工质出口与所述容积型气体做功机构402的工质入口连通，所述容积型气体做功机构402的工质出口与所述速度型气体做功机构A 401的工质入口连通。

图中，所述速度型气体压缩机构A 101为叶轮压气机，所述速度型气体压缩机构B 103为叶轮压气机，所述容积型气体压缩机构102为罗茨风机；所述速度型气体做功机构A 401为涡轮动力机构，所述容积型气体做功机构402为罗茨马达，所述速度型气体做功机构B 403为涡轮动力机构。

可选择地，所述容积型气体做功机构402、所述容积型气体压缩机构102和所述活气缸活塞机构201共轴。

可选择地，所述速度型气体压缩机构101和所述速度型气体做功机构A 401共轴。

可选择地，所述多级做功机构可以为相互串联设置的多个容积型气体做功机构，或相互串联设置的多个速度型气体做功机构，或相互交叉串联设置的多个容积型气体做功机构和多个速度型气体做功机构。

实施例9

如图9所示包括燃气轮机的极限热机，包括温压压气机1和有压做功机构2，所述温压压气机1的工质出口与所述有压做功机构2的工质入口连通，所述有压做功机构2设为包括叶轮压气机202和透平203的燃气轮机，所述温压压气机1的工质出口与所述叶轮压气机202的工质入口连通，所述叶轮压气机202的工质出口经燃烧室5与所述透平203的工质入口连通。

在所述温压压气机1的工质出口与所述燃气轮机的工质入口之间的连通通道上设冷却器3。

所述温压压气机1设为多级叶轮压气机。

可选择地，所述燃气轮机对所述温压压气机1输出动力。

可选择地，所述有压做功机构2的出口可与附属做功机构4连通。

本发明中，所述包括燃气轮机的极限热机的具体的工作过程如下：用温压压气机1将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；然后将所述压缩工质压入所述燃气轮机中，经过所述叶轮压气机202再次对所述压缩工质进行压缩；然后利用燃料对第二步中再次压缩后的工质进行加热，升温后的工质导入所述透平203对外做功。

实施例10

如图10所示包括喷气式发动机的极限热机，其与实施例9的区别在于：取消了所述冷却器3，所述有压做功机构2设为包括叶轮压气机202和透平203的喷气式发动机，且一个所述温压压气机1的工质出口与两个所述喷气式发动机的工质入口连通。

具体的工作过程如下：用所述温压压气机1将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；然后将所述压缩工质压入所述喷气式发动机中，经过所述叶轮压气机202再次对所述压缩工质进行压缩；然后利用燃料对第二步中再次压缩后的工质进行加热，升温后的工质导入所述透平203推动所述透平203对外做功后进入喷管。

可选择地，所述有压做功机构2的工质出口可与附属做功机构4连通。

可选择地，一个所述温压压气机1的工质出口与三个以上所述喷气式发动机的工质入口连通。

可选择地，所述温压压气机设为多级压气机。

实施例11

如图11所示的极限热机，其与实施例8的区别在于：在所述温压压气机1的级间设冷却器3。

上述实施例中，所述极限热机可以选择使用汽油作为燃料。

实施例12

如图12所示的极限热机，其与实施例6的区别在于：所述附属做功机构4设为喷管9。

实施例13

如图14所述的极限热机，其与实施例7的区别在于：所述温压压气机1设为速度型气体压缩机构，具体设为级数为三级的串联设置的叶轮压气机；所述附属做功机4构设为速度型气体做功机构，具体设为级数为三级的串联设置的涡轮动力机构。

可选择地，所述附属做功机构4设为三级以上串联设置的涡轮动力机构，所述温压压气机1设为级数为三级以上串联设置的涡轮动力机构。

实施例14

如图15所示的极限热机，其与实施例13的区别在于：两个以上所述有压做功机构2的工质出口与附属做功机构4的工质入口连通；同时两个以上所述有压做功机构2的工质入口与所述温压压气机1的工质入口连通；在所述气缸活塞机构201的气缸内设回热器6。

图中，两个所述有压做功机构2的工质入口与所述温压压气机1的工质出口连通，所述有压做功机构2设为气缸活塞机构201，所述附属做功机构4设为级数为三级串联设置的的涡轮动力机构，所述温压压气机1设为级数为三级串联设置的叶轮压气机。

设置两个所述气缸活塞机构201的目的是使得所述温压压气机1和所述附属做功机构4可以连续稳定工作，且两个所述气缸活塞机构201工作的相位不同，具体的所述气缸活塞机构201可以按二冲程或者四冲程模式进行工作。

所述附属做功机构4对所述温压压气机1输出动力。

可选择地，所述附属做功机构4设为三级以上串联设置的涡轮动力机构，所述温压压气机1设为级数为三级以上串联设置的涡轮动力机构。

实施例15

如图16所示的极限热机，包括压缩冷却单元7，叶轮压气机202和透平203，所述极限热机还包括燃烧室5，所述压缩冷却单元7的工质出口处的承压能力大于1MPa，所述压缩冷却单元7的工质出口处的工质压力大于1MPa，温度低于373K，所述压缩冷却单元7的工质出口与所述叶轮压气机202的工质入口连通，所述叶轮压气机202的工质出口与所述燃烧室5连通，所述燃烧室5的工质出口与所述透平203的工质入口连通，所述透平203对所述叶轮压气机202输出动力。

实施例16

如图17所示的极限热机，其与实施例15的区别在于：所述极限热机还包括喷管9，所述透平203的工质出口与所述喷管9的工质入口连通。

实施例17

如图18所示的极限热机，包括压缩冷却单元7，所述极限热机还包括活塞式发动机207，所述压缩冷却单元7的工质出口处的工质压力大于1MPa，温度低于373K，所述压缩冷却单元7的工质出口与所述活塞式发动机207的进气道连通。

实施例18

如图19所示的极限热机，包括压缩冷却单元7，所述极限热机还包括速度型压气机11、燃烧室5和喷管9，所述压缩冷却单元7的工质出口处的工质压力大于1MPa，温度低于373K，所述压缩冷却单元7的工质出口与所述速度型压气机11的气体入口连通，所述速度型压气机11的气体出口与所述燃烧室5连通，所述燃烧室5的工质出口与喷管9连通。

可选择地，所述极限热机还包括旋转体，所述喷管9设在旋转体上，所述喷管9推动所述旋转体对外输出动力。

实施例19

如图20所示的极限热机，其与实施例15的区别在于：所述压缩冷却单元7中的冷却器设为热交换器式冷却器，所述热交换器式冷却器的吸热流体通道与所述冷却透平204的工质入口连通，所述冷却透平204的工质出口与所述散热器12的被冷却流体通道的工质入口连通，所述散热器12的被冷却流体通道的工质出口与所述冷却压气机205的工质入口连通，所述冷却压气机205的工质出口与所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质入口连通。

实施例20

如图21所示的极限热机，其与实施例15的区别在于：所述压缩冷却单元7中的冷却器设为热交换器式冷却器，所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质出口与冷却压气机205的工质入口连通，所述冷却压气机205的工质出口与所述散热器12的被冷却流体通道的工质入口连通，所述散热器12的被冷却流体通道的工质出口与所述冷却透平204的工质入口连通，所述冷却透平204的工质出口与所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质入口连通，所述冷却压气机205受动力源8驱动。

实施例21

如图22所示的极限热机，其与实施例15的区别在于：所述极限热机还包括动力源8，所述压缩冷却单元7中的冷却器设为热交换器式冷却器，所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质出口与所述冷却压气机205的工质入口连通，所述冷却压气机205的工质出口与所述散热器12的被冷却流体通道的工质入口连通，所述散热器12的被冷却流体通道的工质出口与所述节流喷嘴206的工质入口连通，所述节流喷嘴206的工质出口与所述热交换器式冷却器的吸热流体通道的工质入口连通，所述冷却压气机205受动力源8驱动。

在所有设有压缩冷却单元7的实施方式中，都可以参照实施例20或实施例21或实施例22，将所述压缩冷却单元7设为热交换器式冷却器，并设置与其相关的关联结构。

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)

1.一种极限热机的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：用温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将第一步得到的所述压缩工质导入有压做功机构中并对所述压缩工质进一步压缩；

第三步：经第二步压缩后的工质与燃料在所述有压做功机构的燃烧室中燃烧，并对外输出动力。

2.一种极限热机的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：用温压压气机将气体工质压缩到压力大于1MPa,温度低于373K的状态，得到压缩工质；

第二步：将第一步得到的所述压缩工质导入有压做功机构中对所述压缩工质进一步压缩；

第三步：经第二步压缩后的工质与燃料在所述有压做功机构的燃烧室中燃烧，对外输出动力；

第四步：将经第三步燃烧并做功后的工质导入附属做功机构中，进一步对外输出动力。

3.一种极限热机，其特征在于：包括温压压气机（1）和有压做功机构（2），所述温压压气机（1）的工质出口与所述有压做功机构（2）的工质入口连通，所述温压压气机（1）的工质出口处的承压能力大于1MPa，所述温压压气机（1）的工质出口处的工质温度低于373K。

4.如权利要求3所述的极限热机，其特征在于：所述温压压气机（1）工质出口处的压缩工质的压力大于1MPa,温度低于373K。

5.如权利要求3所述极限热机，其特征在于：在所述温压压气机（1）的工质出口与所述有压做功机构（2）的工质入口之间的连通通道上设冷却器（3）。

6.如权利要求3所述极限热机，其特征在于：两个以上所述有压做功机构（2）的工质入口与所述温压压气机（1）的工质出口连通。

7.如权利要求3所述极限热机，其特征在于：所述有压做功机构（2）对所述温压压气机（1）输出动力。

8.如权利要求3所述极限热机，其特征在于：所述有压做功机构（2）设为气缸活塞机构（201）。

9.如权利要求8所述极限热机，其特征在于：在所述气缸活塞机构（201）的气缸内设回热器（6）。

10.如权利要求3所述极限热机，其特征在于：所述有压做功机构（2）设为包括叶轮压气机（202）和透平（203）的燃气轮机。

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