CN104265498A - 速容型热气机 - Google Patents

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CN104265498A
CN104265498A CN201410488060.2A CN201410488060A CN104265498A CN 104265498 A CN104265498 A CN 104265498A CN 201410488060 A CN201410488060 A CN 201410488060A CN 104265498 A CN104265498 A CN 104265498A
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    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
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Abstract

本发明公开了一种速容型热气机，包括膨胀做功机构、气体压缩机构、加热单元和冷却单元，所述膨胀做功机构的工质出口经所述冷却单元和待压气体控制阀与所述气体压缩机构的待压气体入口连通；所述气体压缩机构的压缩气体出口经所述加热单元与所述膨胀做功机构的工质入口连通，或所述气体压缩机构的压缩气体出口经压缩气体控制阀和所述加热单元与所述膨胀做功机构的工质入口连通，所述膨胀做功机构和所述气体压缩机构一个机构设为容积型，一个设为速度型。本发明公开的速容型热气机，结构简单、效率高、流体流动阻力小。

Description

速容型热气机
技术领域
本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种速容型热气机。
背景技术
传统热气机应用日益广泛，但是，由于其膨胀比受限，所以严重影响其效率，并使其结构复杂化，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，包括膨胀做功机构、气体压缩机构、附属膨胀做功机构、加热单元和冷却单元，所述膨胀做功机构经所述加热单元、再经膨胀做功机构控制阀与所述附属膨胀做功机构的工质入口连通，所述附属膨胀做功机构的工质出口经所述冷却单元与所述气体压缩机构的待压气体入口连通；所述气体压缩机构的压缩气体出口与所述加热单元连通，或所述气体压缩机构的压缩气体出口经压缩气体控制阀与所述加热单元连通，所述膨胀做功机构、所述气体压缩机构和所述附属膨胀做功机构中至少一个机构设为容积型，至少一个机构设为速度型。
方案2，在方案1的基础上，包括所述膨胀做功机构、所述加热单元和所述膨胀做功机构控制阀，或在包括所述压缩气体控制阀的结构中，包括所述膨胀做功机构、所述加热单元、所述膨胀做功机构控制阀和所述压缩气体控制阀的系统定义为做功系统，包括所述附属膨胀做功机构、所述冷却单元和所述气体压缩机构的系统定义为回送系统，两个以上所述做功系统与一个所述回送系统对应设置。
方案3，一种速容型热气机，包括膨胀做功机构、气体压缩机构、加热单元和冷却单元，所述膨胀做功机构的工质出口经所述冷却单元和待压气体控制阀与所述气体压缩机构的待压气体入口连通；所述气体压缩机构的压缩气体出口经所述加热单元与所述膨胀做功机构的工质入口连通，或所述气体压缩机构的压缩气体出口经压缩气体控制阀和所述加热单元与所述膨胀做功机构的工质入口连通，所述膨胀做功机构和所述气体压缩机构中一个机构设为容积型，一个设为速度型。
方案4，在方案3的基础上，所述待压气体控制阀设置在所述膨胀做功机构的工质出口与所述冷却单元之间的连通通道上或设置在所述冷却单元与所述气体压缩机构的待压气体入口之间的连通通道上。
方案5，在方案3的基础上，在所述膨胀做功机构的工质出口与所述冷却单元之间的连通通道上和在所述冷却单元与所述气体压缩机构的待压气体入口之间的连通通道上分别设置一个所述待压气体控制阀。
方案6，在方案3至5中任一方案的基础上，在包括所述压缩气体控制阀的结构中，所述压缩气体控制阀设置在所述膨胀做功机构的工质入口与所述加热单元之间的连通通道上或设置在所述加热单元与所述气体压缩机构的压缩气体出口之间的连通通道上。
方案7，在方案3至5中任一方案的基础上，在包括所述压缩气体控制阀的结构中，在所述膨胀做功机构的工质入口与所述加热单元之间的连通通道上和所述加热单元与所述气体压缩机构的压缩气体出口之间的连通通道上分别设置一个所述压缩气体控制阀。
方案8，在方案3至5中任一方案的基础上，包括所述膨胀做功机构、所述待压气体控制阀、所述冷却单元和所述加热单元，或在包括所述压缩气体控制阀的结构中，包括所述膨胀做功机构、所述待压气体控制阀、所述加热单元、所述冷却单元和所述压缩气体控制阀的系统定义为做功系统，两个以上所述做功系统与一个所述气体压缩机构对应设置。
方案9，一种速容型热气机，包括气缸活塞机构、叶轮压气机、透平、加热单元和冷却单元，所述气缸活塞机构的气缸经所述加热单元、再经透平控制阀与所述透平的工质入口连通，所述透平的工质出口经所述冷却单元与所述叶轮压气机的待压气体入口连通；所述叶轮压气机的压缩气体出口与所述加热单元连通，或所述叶轮压气机的压缩气体出口经加热气体控制阀与所述加热单元连通。
方案10，在方案9的基础上，包括所述气缸活塞机构、所述加热单元和所述透平控制阀，或在包括所述加热气体控制阀的结构中，包括所述气缸活塞机构、所述加热单元、所述透平控制阀和所述加热气体控制阀的系统定义为做功系统，包括所述叶轮压气机、所述透平和所述冷却单元的系统定义为回送系统；两个以上所述做功系统与一个所述回送系统对应设置。
方案11，一种速容型热气机，包括透平、活塞式气体压缩机构、加热单元和冷却单元，所述透平的工质出口经所述冷却单元和待压气体控制阀与所述活塞式气体压缩机构的待压气体入口连通；所述活塞式气体压缩机构的压缩气体出口经所述加热单元与所述透平的工质入口连通，或所述活塞式气体压缩机构的压缩气体出口经压缩气体控制阀和所述加热单元与所述透平的工质入口连通。
方案12，在方案11的基础上，所述待压气体控制阀设置在所述透平的工质出口与所述冷却单元之间的连通通道上或设置在所述冷却单元与所述活塞式气体压缩机构的待压气体入口之间的连通通道上。
方案13，在方案11的基础上，在所述透平的工质出口与所述冷却单元之间的连通通道上和在所述冷却单元与所述活塞式气体压缩机构的待压气体入口之间的连通通道上分别设置一个所述待压气体控制阀。
方案14，在方案11至13中任一方案的基础上，在包括所述压缩气体控制阀的结构中，所述压缩气体控制阀设置在所述活塞式气体压缩机构的压缩气体出口与所述加热单元之间的连通通道上或设置在所述加热单元与所述透平的工质入口之间的连通通道上。
方案15，在方案11至13中任一方案的基础上，在包括所述压缩气体控制阀的结构中，在所述活塞式气体压缩机构的压缩气体出口与所述加热单元之间的连通通道上和在所述加热单元与所述透平的工质入口之间的连通通道上分别设置一个所述压缩气体控制阀。
方案16，在方案11至13中任一方案的基础上，包括所述透平、所述冷却单元、所述待压气体控制阀和所述加热单元，或在包括所述压缩气体控制阀的结构中，包括所述透平、所述冷却单元、所述加热单元、所述待压气体控制阀和所述压缩气体控制阀的系统定义为做功系统，两个以上所述做功系统与一个所述活塞式气体压缩机构对应设置。
方案17，在方案1、2、3、4、5、9、10、11、12或13中任一方案的基础上，所述加热单元设为内燃燃烧室，所述燃烧室对工质进行加热。
方案18，在方案17的基础上，在所述速容型热气机的气相工质包络上设工质导出口。
方案19，在方案17的基础上，在所述速容型热气机的气相工质包络上设冷凝液体导出口。
方案20，在方案17的基础上，在所述速容型热气机的气相工质包络上设燃烧产物捕捉器。
方案21，在方案17的基础上，在所述速容型热气机的在气相工质包络上设二氧化碳捕捉器。
方案22，在方案1、2、3、4、5、9、10、11、12或13中任一方案的基础上，所述加热单元设为热交换器，所述热交换器对工质进行加热。
方案23，在方案1、2、3、4、5、9、10、11、12或13中任一方案的基础上，所述加热单元设为导热流体加热单元，所述导热流体加热单元中的导热流体对工质进行加热。
方案24，在方案23的基础上，所述导热流体加热单元中的导热流体设为低熔点合金或设为锡。
方案25，在方案1、2、3、4、5、9、10、11、12或13中任一方案的基础上，所述冷却单元设为混合式冷却单元。
方案26，在方案1、2、3、4、5、9、10、11、12或13中任一方案的基础上，所述冷却单元设为低熔点合金冷却单元，所述低熔点合金冷却单元中的低熔点合金对工质进行冷却。
方案27，在方案1、2、3、4、5、9、10、11、12或13中任一方案的基础上，所述速容型热气机的总压缩比大于2。
方案28，在方案1、2、3、4、5、9、10、11、12或13中任一方案的基础上，所述加热单元(4)设为外燃加热单元。
方案29，在方案1、2、3、4、5、9、10、11、12或13中任一方案的基础上，所述速容型热气机的气相工质设为惰性气体。
本发明中，所述容积型热气机的总压缩比选择性地大于2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8或大于5.0。
本发明中，所谓的“A经B和C与X连通”是指A和X之间的单元(B、C等)不分顺序的连通方式，即可以是ABCX的连通方式，也可以是ACBX的连通方式。
本发明中，所谓的“在A和B之间的连通通道上设C”是指在A的流通口处、在B的流通口处和/或在A的流通口和B的流通口之间的连通通道上设C。
本发明中，所谓的“膨胀做功机构控制阀”、“压缩气体控制阀”、“待压气体控制阀”、“加热气体控制阀”都是控制阀，名称不同只是为了区分而定义的。
本发明中，所谓的“工质包络”是指工质能够到达的空间的壁的集合，例如所述加热单元的壁等，所谓的“气相工质包络”是指所述速度型热气机工作时一直处于气相区的工质包络。
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:
结构简单、效率高、流体流动阻力小。
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；
图中：
1膨胀做功机构、2气体压缩机构、3附属膨胀做功机构、4加热单元、41内燃燃烧室、5冷却单元、6膨胀做功机构控制阀、7压缩气体控制阀、8待压气体控制阀、9气缸活塞机构、91气缸、10叶轮压气机、11透平、12透平控制阀、13加热气体控制阀、14工质导出口、15活塞式气体压缩机构、16燃烧产物捕捉器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种速容型热气机，包括膨胀做功机构1、气体压缩机构2、附属膨胀做功机构3、加热单元4和冷却单元5，其特征在于：所述膨胀做功机构1经所述加热单元4、再经膨胀做功机构控制阀6与所述附属膨胀做功机构3的工质入口连通，所述附属膨胀做功机构3的工质出口经所述冷却单元5与所述气体压缩机构2的待压气体入口连通；所述气体压缩机构2的压缩气体出口经压缩气体控制阀7与所述加热单元4连通，所述膨胀做功机构1、所述气体压缩机构2和所述附属膨胀做功机构3中至少一个机构设为容积型，至少一个设为速度型。
作为可以变换的实施方式，本实施例中可以不设所述压缩气体控制阀7。
实施例2
如图2所示，一种速容型热气机，其在实施例1的基础上，包括所述膨胀做功机构1、所述加热单元4、所述膨胀做功机构控制阀6和所述压缩气体控制阀7的系统定义为做功系统，包括所述附属膨胀做功机构3、所述冷却单元5和所述气体压缩机构2的系统定义为回送系统，两个以上所述做功系统与一个所述回送系统对应设置。
作为可以变换的实施方式，在不设置所述压缩气体控制阀7的结构中，包括所述膨胀做功机构1、所述加热单元4和所述膨胀做功机构控制阀6的系统定义为做功系统，包括所述附属膨胀做功机构3、所述冷却单元5和所述气体压缩机构2的系统定义为回送系统，两个以上所述做功系统与一个所述回送系统对应设置。
实施例3
如图3所示，一种速容型热气机，包括膨胀做功机构1、气体压缩机构2、加热单元4和冷却单元5，所述膨胀做功机构1的工质出口经所述冷却单元5和待压气体控制阀8与所述气体压缩机构2的待压气体入口连通；所述气体压缩机构2的压缩气体出口经压缩气体控制阀7和所述加热单元4与所述膨胀做功机构1的工质入口连通，所述膨胀做功机构1和所述气体压缩机构2中的一个机构设为容积型，一个设为速度型。
本实施例在具体实施时，在所述膨胀做功机构1的工质出口与所述冷却单元5之间的连通通道上和在所述冷却单元5与所述气体压缩机构2的待压气体入口之间的连通通道上分别设置一个所述待压气体控制阀8；在所述膨胀做功机构1的工质入口与所述加热单元4之间的连通通道上和所述加热单元4与所述气体压缩机构2的压缩气体出口之间的连通通道上分别设置一个所述压缩气体控制阀7。
作为可以变换的实施方式，可选择地，在所述膨胀做功机构1的工质出口与所述冷却单元5之间的连通通道上和在所述冷却单元5与所述气体压缩机构2的待压气体入口之间的连通通道上的至少一处设置所述待压气体控制阀8；
作为可以变换的实施方式，可选择地，在所述膨胀做功机构1的工质入口与所述加热单元4之间的连通通道上和所述加热单元4与所述气体压缩机构2的压缩气体出口之间的连通通道上的至少一处设置所述压缩气体控制阀7。
作为可以变换的实施方式，本实施例中也可以不设所述压缩气体控制阀7。
实施例4
如图4所示，一种速容型热气机，其在实施例3的基础上，包括所述膨胀做功机构1、所述待压气体控制阀8、所述加热单元4、所述冷却单元5和所述压缩气体控制阀7的系统定义为做功系统，两个以上所述做功系统与一个所述气体压缩机构2对应设置。
作为可以变换的实施方式，在不设置所述压缩气体控制阀7的结构中，包括所述膨胀做功机构1、所述待压气体控制阀8、所述冷却单元5和所述加热单元4的系统定义为做功系统，两个以上所述做功系统与一个所述气体压缩机构2对应设置。
实施例5
如图5所示，一种速容型热气机，包括气缸活塞机构9、叶轮压气机10、透平11、加热单元4和冷却单元5，所述气缸活塞机构9的气缸91经所述加热单元4、再经透平控制阀12与所述透平11的工质入口连通，所述透平11的工质出口经所述冷却单元5与所述叶轮压气机10的待压气体入口连通；所述叶轮压气机10的压缩气体出口经加热气体控制阀13与所述加热单元4连通。
作为可以变换的实施方式，本实施例中可以不设所述加热气体控制阀13。
实施例6
如图6所示，一种速容型热气机，其在实施例5的基础上，包括所述气缸活塞机构9、所述加热单元4、所述透平控制阀12和所述加热气体控制阀13的系统定义为做功系统，包括所述叶轮压气机10、所述透平11和所述冷却单元5的系统定义为回送系统；两个以上所述做功系统与一个所述回送系统对应设置。
作为可以变换的实施方式，在不设置所述加热气体控制阀13的结构中，包括所述气缸活塞机构9、所述加热单元4和所述透平控制阀12的系统定义为做功系统，包括所述叶轮压气机10、所述透平11和所述冷却单元5的系统定义为回送系统；两个以上所述做功系统与一个所述回送系统对应设置。
实施例7
如图7所示，一种速容型热气机，包括透平11、活塞式气体压缩机构15、加热单元4和冷却单元5，所述透平11的工质出口经所述冷却单元5和待压气体控制阀8与所述活塞式气体压缩机构15的待压气体入口连通；所述活塞式气体压缩机构15的压缩气体出口经压缩气体控制阀7和所述加热单元4与所述透平11的工质入口连通。
本实施例在具体实施时，在所述透平11的工质出口与所述冷却单元5之间的连通通道上和在所述冷却单元5与所述活塞式气体压缩机构15的待压气体入口之间的连通通道上分别设置一个所述待压气体控制阀8；在所述活塞式气体压缩机构15的压缩气体出口与所述加热单元4之间的连通通道上和在所述加热单元4与所述透平11的工质入口之间的连通通道上分别设置一个所述压缩气体控制阀7。
作为可以变换的实施方式，可选择地，在所述透平11的工质出口与所述冷却单元5之间的连通通道上和在所述冷却单元5与所述活塞式气体压缩机构15的待压气体入口之间的连通通道上二者中的一处设置所述待压气体控制阀8；
作为可以变换的实施方式，可选择地，在所述活塞式气体压缩机构15的压缩气体出口与所述加热单元4之间的连通通道上和在所述加热单元4与所述透平11的工质入口之间的连通通道上二者中的一处设置所述压缩气体控制阀7。
作为可以变换的实施方式，本实施例中可以不设所述压缩气体控制阀7。
实施例8
如图8所示，一种速容型热气机，其在实施例7的基础上，包括所述透平11、所述冷却单元5、所述加热单元4、所述待压气体控制阀8和所述压缩气体控制阀7的系统定义为做功系统，两个以上所述做功系统与一个所述活塞式气体压缩机构15对应设置。
作为可以变换的实施方式，在不设置所述压缩气体控制阀7的结构中，包括所述透平11、所述冷却单元5、所述待压气体控制阀8和所述加热单元4的系统定义为做功系统，两个以上所述做功系统与一个所述活塞式气体压缩机构15对应设置。
实施例9
如图9所示，一种速容型热气机，其在实施例3的基础上，所述加热单元4设为内燃燃烧室41，所述内燃燃烧室41对工质进行加热，在气相工质包络上设工质导出口14。
可选择地，在气相工质包络上设冷凝液体导出口。
实施例10
如图10所示，一种速容型热气机，其在实施例3的基础上，所述加热单元4设为内燃燃烧室41，所述内燃燃烧室41对工质进行加热，在气相工质包络上设燃烧产物捕捉器16。
可选择地，在气相工质包络上设二氧化碳捕捉器。
实施例9也可参照本实施例在气相工质包络上设燃烧产物捕捉器和/或二氧化碳捕捉器。
本发明中所有实施例中，可选择地，所述加热单元4设为热交换器，所述热交换器对工质进行加热，气相工质设为惰性气体。
本发明中所有实施例中，可选择地，所述加热单元4设为导热流体加热单元，所述导热流体加热单元中的导热流体对工质进行加热，可选择地，所述导热流体加热单元中的导热流体设为低熔点合金或设为锡，气相工质设为惰性气体。
本发明中所有实施例中，可选择地，所述冷却单元5设为混合式冷却单元。
本发明中所有实施例中，可选择地，所述冷却单元5设为低熔点合金冷却单元，所述低熔点合金冷却单元中的低熔点合金对工质进行冷却。
以上所有实施例中，可选择地，所述速容型热气机的总压缩比大于2。
以上所有实施例中，可选择地，所述容积型热气机的总压缩比大于2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0。
以上所有实施例中，可选择地，气相工质设为惰性气体。
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)

1.一种速容型热气机，包括膨胀做功机构(1)、气体压缩机构(2)、附属膨胀做功机构(3)、加热单元(4)和冷却单元(5)，其特征在于：所述膨胀做功机构(1)经所述加热单元(4)、再经膨胀做功机构控制阀(6)与所述附属膨胀做功机构(3)的工质入口连通，所述附属膨胀做功机构(3)的工质出口经所述冷却单元(5)与所述气体压缩机构(2)的待压气体入口连通；所述气体压缩机构(2)的压缩气体出口与所述加热单元(4)连通，或所述气体压缩机构(2)的压缩气体出口经压缩气体控制阀(7)与所述加热单元(4)连通，所述膨胀做功机构(1)、所述气体压缩机构(2)和所述附属膨胀做功机构(3)中至少一个机构设为容积型，至少一个机构设为速度型。
2.如权利要求1所述速容型热气机，其特征在于：包括所述膨胀做功机构(1)、所述加热单元(4)和所述膨胀做功机构控制阀(6)，或在包括所述压缩气体控制阀(7)的结构中，包括所述膨胀做功机构(1)、所述加热单元(4)、所述膨胀做功机构控制阀(6)和所述压缩气体控制阀(7)的系统定义为做功系统，包括所述附属膨胀做功机构(3)、所述冷却单元(5)和所述气体压缩机构(2)的系统定义为回送系统，两个以上所述做功系统与一个所述回送系统对应设置。
3.一种速容型热气机，包括膨胀做功机构(1)、气体压缩机构(2)、加热单元(4)和冷却单元(5)，其特征在于：所述膨胀做功机构(1)的工质出口经所述冷却单元(5)和待压气体控制阀(8)与所述气体压缩机构(2)的待压气体入口连通；所述气体压缩机构(2)的压缩气体出口经所述加热单元(4)与所述膨胀做功机构(1)的工质入口连通，或所述气体压缩机构(2)的压缩气体出口经压缩气体控制阀(7)和所述加热单元(4)与所述膨胀做功机构(1)的工质入口连通，所述膨胀做功机构(1)和所述气体压缩机构(2)中的一个机构设为容积型，一个机构设为速度型。
4.如权利要求3所述速容型热气机，其特征在于：所述待压气体控制阀(8)设置在所述膨胀做功机构(1)的工质出口与所述冷却单元(5)之间的连通通道上或设置在所述冷却单元(5)与所述气体压缩机构(2)的待压气体入口之间的连通通道上。
5.如权利要求3所述速容型热气机，其特征在于：在所述膨胀做功机构(1)的工质出口与所述冷却单元(5)之间的连通通道上和在所述冷却单元(5)与所述气体压缩机构(2)的待压气体入口之间的连通通道上分别设置一个所述待压气体控制阀(8)。
6.如权利要求3至5中任一项所述速容型热气机，其特征在于：在包括所述压缩气体控制阀(7)的结构中，所述压缩气体控制阀(7)设置在所述膨胀做功机构(1)的工质入口与所述加热单元(4)之间的连通通道上或设置在所述加热单元(4)与所述气体压缩机构(2)的压缩气体出口之间的连通通道上。
7.如权利要求3至5中任一项所述速容型热气机，其特征在于：在包括所述压缩气体控制阀(7)的结构中，在所述膨胀做功机构(1)的工质入口与所述加热单元(4)之间的连通通道上和所述加热单元(4)与所述气体压缩机构(2)的压缩气体出口之间的连通通道上分别设置一个所述压缩气体控制阀(7)。
8.如权利要求3至5中任一项所述速容型热气机，其特征在于：包括所述膨胀做功机构(1)、所述待压气体控制阀(8)、所述冷却单元(5)和所述加热单元(4)，或在包括所述压缩气体控制阀(7)的结构中，包括所述膨胀做功机构(1)、所述待压气体控制阀(8)、所述加热单元(4)、所述冷却单元(5)和所述压缩气体控制阀(7)的系统定义为做功系统，两个以上所述做功系统与一个所述气体压缩机构(2)对应设置。
9.一种速容型热气机，包括气缸活塞机构(9)、叶轮压气机(10)、透平(11)、加热单元(4)和冷却单元(5)，其特征在于：所述气缸活塞机构(9)的气缸(91)经所述加热单元(4)、再经透平控制阀(12)与所述透平(11)的工质入口连通，所述透平(11)的工质出口经所述冷却单元(5)与所述叶轮压气机(10)的待压气体入口连通；所述叶轮压气机(10)的压缩气体出口与所述加热单元(4)连通，或所述叶轮压气机(10)的压缩气体出口经加热气体控制阀(13)与所述加热单元(4)连通。
10.一种速容型热气机，包括透平(11)、活塞式气体压缩机构(15)、加热单元(4)和冷却单元(5)，其特征在于：所述透平(11)的工质出口经所述冷却单元(5)和待压气体控制阀(8)与所述活塞式气体压缩机构(15)的待压气体入口连通；所述活塞式气体压缩机构(15)的压缩气体出口经所述加热单元(4)与所述透平(11)的工质入口连通，或所述活塞式气体压缩机构(15)的压缩气体出口经压缩气体控制阀(7)和所述加热单元(4)与所述透平(11)的工质入口连通。
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