CN105240154A - 往复通道熵循环发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复通道熵循环发动机，包括一个作为热缸的气缸活塞机构和一个作为冷缸的气缸活塞机构，所述热缸和所述冷缸之间的连通通道上设回热器，所述热缸内设内燃燃烧室，所述热缸受正时机构控制依次完成吸气冲程、压缩冲程、燃烧做功冲程、至少一个热气机热力循环、排气冲程，并以此循环；所述热气机热力循环是由所述热缸、所述冷缸和所述回热器一起完成。本发明通过利用内燃加热代替传统外燃加热，将内燃加热方式的直接加热以致加热效率高的优势应用到热气机上，克服了传统热气机中因工质的温度和压力难以达到更高水平而影响功率和功率密度的问题，可有效节约能源并大幅度减少机构的体积和制造成本，适用于活塞式的压缩和做功机构。

Description

往复通道熵循环发动机

本申请是原申请号为201210507566.4、原申请日为2012年11月30日、名称为往复通道熵循环发动机的分案申请。

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种往复通道熵循环发动机。

背景技术

近年来，传统内燃机的高能耗、高污染排放问题日显突出，所以，热气机得到了广泛重视，然而热气机都是以外燃加热方式对工质进行加热的，众所周知，外燃加热过程很难得到温度较高的工质，因此，造成大量化学损失。不仅如此，由于外燃加热的速率有限，对材料要求高，负荷响应差，所以严重制约了热气机的单机功率和整机功率密度，最终使热气机的用途严重受限。因此，需要发明一种新型发动机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下：

方案一一种往复通道熵循环发动机，包括活塞式气体压缩机构、活塞式气体做功机构和连通通道，所述活塞式气体压缩机构的气缸经所述连通通道与所述活塞式气体做功机构的气缸连通，所述活塞式气体压缩机构、所述连通通道和所述活塞式气体做功机构相互连通后构成工质闭合回路，所述往复通道熵循环发动机还包括氧化剂源、燃料源和内燃燃烧室，所述内燃燃烧室设置在所述活塞式气体做功机构的气缸内和/或所述连通通道内，所述内燃燃烧室与所述氧化剂源连通，所述内燃燃烧室与所述燃料源连通，在所述工质闭合回路上设工质导出口。

方案二一种往复通道熵循环发动机，包括活塞式气体压缩机构、活塞式气体做功机构和连通通道，所述活塞式气体压缩机构的气缸经所述连通通道与所述活塞式气体做功机构的气缸连通，所述活塞式气体压缩机构、所述连通通道和所述活塞式气体做功机构相互连通后构成工质闭合回路，所述往复通道熵循环发动机还包括氧化剂源、燃料源和旁置内燃燃烧室，所述旁置内燃燃烧室的工质出口与所述活塞式气体做功机构的气缸和/或所述连通通道连通，所述旁置内燃燃烧室与所述氧化剂源连通，所述旁置内燃燃烧室与所述燃料源连通，在所述工质闭合回路上设工质导出口。

在方案一的基础上，进一步可选择的：(1)所述氧化剂源经所述连通通道与所述内燃燃烧室连通；(2)在所述往复通道熵循环发动机工作过程中，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。

在方案二的基础上，进一步可选择的：(1)所述氧化剂源经所述连通通道与所述旁置内燃燃烧室连通；(2)在所述往复通道熵循环发动机工作过程中，流入所述活塞式气体做功机构的工质的质量流量大于所述旁置内燃燃烧室排出的物质的质量流量。

在方案一或方案二的基础上，进一步选择的：

(1)将所述工质导出口设在所述活塞式气体压缩机构的气缸上和/或所述连通通道上；

(2)在所述工质导出口上设控制阀，进一步可选择的：使所述控制阀受峰压控制机构控制，所述峰压控制机构在所述工质闭合回路内的压力超过设定值时使所述控制阀开启，并当所述闭合回路内的压力回降到所述设定值时使所述控制阀关闭；或使所述控制阀受谷压控制机构控制，在所述工质闭合回路内的压力处于谷压状态时使所述控制阀开启，并当所述工质闭合回路内的压力将至0.2MPa时使所述控制阀关闭；或所述控制阀受开启度控制机构控制，所述开启度控制机构根据所述工质闭合回路内的压力设定范围控制所述控制阀的开启度，使所述工质导出口在某种开启度下处于常开状态。

(3)所述往复通道熵循环发动机还包括回热器，所述回热器设在所述活塞式气体做功机构的气缸内和/或所述连通通道内；进一步可选择的，所述回热器设为三元催化器。

(4)在所述连通通道上或所述活塞式气体压缩机构上设冷凝冷却器。

(5)所述往复通道熵循环发动机还包括非直混冷凝冷却器，所述非直混冷凝冷却器的被冷却工质入口与所述工质导出口连通；进一步可选择的：①在所述非直混冷凝冷却器上设冷凝液体工质出口，更进一步可选择的，在所述非直混冷凝冷却器上设不凝气出口，再进一步可选择的，将所述不凝气出口与所述工质闭合回路连通；②在所述非直混冷凝冷却器上设不凝气出口，更进一步可选择的，将所述不凝气出口与所述工质闭合回路连通；③在含有内燃燃烧室的结构中，所述氧化剂源经所述非直混冷凝冷却器的被加热流体通道与所述内燃燃烧室连通；在含有旁置内燃燃烧室的结构中，所述氧化剂源经所述非直混冷凝冷却器的被加热流体通道与所述旁置内燃燃烧室连通。

(6)所述往复通道熵循环发动机还包括附属气体做功机构，所述工质导出口与所述附属气体做功机构的工质入口连通。

(7)所述往复通道熵循环发动机还包括有储气罐，所述工质导出口与所述储气罐连通。

(8)所述往复通道熵循环发动机还包括有直混冷凝冷却器，所述直混冷凝冷却器的被冷却流体入口与所述工质导出口连通，所述氧化剂源与所述直混冷凝冷却器的被加热流体入口连通，所述直混冷凝冷却器的被加热流体出口与所述工质闭合回路连通；进一步可选择的：①在所述直混冷凝冷却器上设深冷液体工质出口，更进一步可选择的，所述往复通道熵循环发动机还包括有深冷液体工质储罐，所述深冷液体工质储罐与所述深冷液体工质出口连通；②所述直混冷凝冷却器上设不凝气出口，更进一步可选择的，所述不凝气出口与所述工质闭合回路连通或所述不凝气出口设为所述直混冷凝冷却器上的被加热流体出口；③在含有内燃燃烧室的结构中，所述氧化剂源经所述直混冷凝冷却器的流体通道与所述内燃燃烧室连通；在含有旁置内燃燃烧室的结构中，所述氧化剂源经所述直混冷凝冷却器的流体通道与所述旁置内燃燃烧室连通。

(9)所述氧化剂源的压力大于2MPa。

(10)所述工质闭合回路中，参与循环的气体的一部分为不凝气，进一步可选择的，所述往复通道熵循环发动机还包括不凝气储罐，所述不凝气储罐经控制装置与所述工质闭合回路连通，更进一步可选择的，所述往复通道熵循环发动机还包括不凝气回储压缩机，所述不凝气回储压缩机的进气口经控制阀与所述工质闭合回路连通，所述不凝气回储压缩机的气体出口经控制阀与所述不凝气储罐连通。

(11)所述往复通道熵循环发动机还包括三元催化器，所述三元催化器设在所述工质闭合回路内，进一步可选择的，所述三元催化器(99)设置在所述连通通道内。

(12)所述活塞式气体压缩机构的气缸中心线和所述活塞式气体做功机构的气缸中心线之间的夹角小于180度，所述活塞式气体压缩机构的活塞和所述活塞式气体做功机构的活塞分别经连杆与同一曲轴的同一连杆轴颈连接，进一步可选择的，所述活塞式气体压缩机构的气缸中心线和所述活塞式气体做功机构的气缸中心线之间的夹角为90度。

(13)所述活塞式气体压缩机构的活塞和所述活塞式气体做功机构的活塞分别经连杆与同一曲轴上的不同连杆轴颈连接，此两所述连杆轴颈的相位差大于0度小于180度。

(14)将所述工质闭合回路的承压能力设为大于2MPa。

(15)所述往复通道熵循环发动机还包括低温冷源，所述低温冷源用于提供低温物质，所述低温物质用于冷却所述活塞式气体压缩机构的气缸中或即将进入所述活塞式气体压缩机构的工质。

(16)所述往复通道熵循环发动机还包括次级涡轮动力机构和次级叶轮压气机，所述工质导出口与所述次级涡轮动力机构的工质入口连通，所述次级涡轮动力机构的工质出口经附属冷却器与所述次级叶轮压气机的工质入口连通，所述次级叶轮压气机的工质出口与所述工质闭合回路连通；所述次级涡轮动力机构的工质出口与所述次级叶轮压气机的工质入口之间的通道上设附属工质导出口。

(17)所述往复通道熵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，所述氧化剂控制装置控制所述氧化剂源的氧化剂流出量。

(18)所述活塞式气体压缩机构和/或所述活塞式气体做功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，进一步可选择的，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。

(19)在所述活塞式气体压缩机构的气缸上和/或在所述内燃燃烧室与所述活塞式气体压缩机构之间的所述连通通道上设冷却器，或在所述活塞式气体压缩机构的气缸上和/或在所述旁置内燃燃烧室与所述活塞式气体压缩机构之间的所述连通通道上设冷却器，更进一步可选择的：①在所述冷却器与所述活塞式气体做功机构的气缸之间的所述连通通道内和/或在所述活塞式气体做功机构的气缸内设回热器，再进一步可选择的：a所述冷却器设为气液直混式冷却器、吸附式制冷系统的解吸器或非直混冷却器，b所述往复通道熵循环发动机还包括冷却液体排出口，所述冷却液体排出口设在所述冷却器和所述工质导出口之间的所述连通通道上，c所述往复通道熵循环发动机还包括三元催化器，所述三元催化器设在所述活塞式气体做功机构和所述冷却器之间的所述连通通道内或在所述回热器和所述冷却器之间的所述连通通道内；②所述冷却器设为气液直混式冷却器、吸附式制冷系统的解吸器或非直混冷却器；③所述往复通道熵循环发动机还包括冷却液体排出口，所述冷却液体排出口设在所述冷却器和所述工质导出口之间的所述连通通道上；④所述往复通道熵循环发动机还包括三元催化器，所述三元催化器设在所述活塞式气体做功机构和所述冷却器之间的所述连通通道内。

方案三一种往复通道熵循环发动机，包括一个作为热缸的气缸活塞机构和一个作为冷缸的气缸活塞机构，所述热缸和所述冷缸之间的连通通道上设回热器，所述热缸内设内燃燃烧室，所述热缸受正时机构控制依次完成吸气冲程、压缩冲程、燃烧做功冲程、至少一个热气机热力循环、排气冲程，并以此循环；所述热气机热力循环是由所述热缸、所述冷缸和所述回热器一起完成；进一步可选择的，所述热缸和所述冷缸由同一曲轴驱动，并且呈V型设置，更进一步可选择的，所述往复通道熵循环发动机设为α型或β型热气机结构。在前述方案及其可选择的方案下，(1)进一步可选择的，所述热缸的内燃燃烧室与氧化剂源和燃料源连通，更进一步可选择的，所述氧化剂源为纯氧或含氧气体源。(2)进一步可选择的，在所述热缸、所述冷缸或所述连通通道上设工质导出口，更进一步可选择的，所述工质导出口与涡轮动力机构的气体入口连通。(3)进一步可选择的，在所述热缸内部活塞的头部和/或缸盖的内壁设有蓄热结构。(4)进一步可选择的，所述连通通道的承压能力等于或大于0.5MPa。

本发明的原理是：用所述内燃燃烧室(即向需要进行加热的热气机的工质内导入氧化剂、燃料并使其发生燃烧化学反应，进而提高工质的温度)取代传统热气机(包括斯特林发动机等所有类型的热气机)的工质加热热交换器，从而使工质的温度和压力可以达到更高的水平，实现热气机效率和功率密度的本质性提高，而且可以大幅度减少机构的体积、重量和制造成本。利用所述内燃燃烧室对所述工质闭合回路内的工质进行内燃加热，推动活塞式气体做功机构的活塞对外做功，通过将部分工质从所述工质闭合回路内导出实现所述工质闭合回路内工质平衡，在将所述工质闭合回路内的工质导出的过程的同时可导出部分热量；本发明中所述冷却器和所述回热器的作用与传统斯特林发动机中的冷却器和回热器的作用相同；本发明中所述冷凝冷却器的作用是将闭合回路中的部分工质进行冷凝液化，以液体的形式从所述工质闭合回路中导出，这样不仅可以实现所述工质闭合回路内工质平衡，也可以实现不向环境排放气体的作用，形成发动机整体零排放。

所述控制阀既要防止系统由于过高压力导致所述工质闭合回路的压力过大，导致所述工质闭合回路的破坏，又要使所述工质闭合回路的谷压大于0.2MPa、0.3MPa、0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、5MPa、8MPa或大于10MPa。

本发明中，所谓的“连通通道”是指连通所述活塞式气体压缩机构和所述活塞式气体做功机构的工质流动的通道。

本发明中，所述工质闭合回路内的工质可以是氧化剂和燃料燃烧形成的烟气，也可以是烟气与事先存入的其它气体的混合物，例如烟气与氦气的混合物、烟气与氩气的混合物等。

本发明中，所谓的“工质闭合回路”是指由所述活塞式气体压缩机构和所述活塞式气体做功机构以及连通两者的所述连通通道构成的工质可以循环流动的空间。

本发明中，所谓的”内燃燃烧室”是指氧化剂和燃料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。

本发明中，所谓的“旁置内燃燃烧室”是指内燃燃烧室设为采用通道与所述工质闭合回路连通的独立燃烧空间。

本发明中，所述内燃燃烧室或所述旁置内燃燃烧室可以设为内燃连续燃烧式、内燃间歇燃烧式燃烧室；所谓的“内燃连续燃烧式燃烧室”是指其内可以连续发生放热化学反应的内燃燃烧室；所谓的“内燃间歇燃烧式燃烧室”是指非连续发生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，所述往复通道熵循环发动机的每个工作循环中燃烧室内只发生一次放热化学反应，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，所述往复通道熵循环发动机多个工作循环中燃烧室内发生一次放热化学反应；或者可以是长正时间歇燃烧室，所述往复通道熵循环发动机连续的多个工作循环中燃烧室连续发生放热化学反应。

本发明中，所谓的“氧化剂源”是指可以提供氧化剂的装置、机构或储罐，所述氧化剂源中的氧化剂在进入所述内燃燃烧室时，其压力应高于所述内燃燃烧室内的压力，所谓的“氧化剂”是指能够与还原剂发生燃烧化学反应的物质，例如液氧、氧气、含氧气体等。

本发明中，所谓的“氧化剂”是指液态或高压气态的能与燃料发生燃烧化学反应的物质，例如液氧、高压氧气、高压压缩空气、液化空气、双氧水、双氧水溶液等。当所述氧化剂是液态时，需通过高压液体泵供送；当所述氧化剂是高压气态时，可直接以高压形式送入。

本发明中，应根据公知技术不仅向所述内燃燃烧室提供氧化剂还应向所述内燃燃烧室提供燃料。所述燃料源是指可以提供燃料的装置、机构或储罐，所述燃料源中的燃料在进入所述内燃燃烧室时，其压力应高于所述内燃燃烧室内的压力，所述燃料是指能与氧化剂发生燃烧化学反应的物质，例如碳氢化合物、碳氢氧化合物等；其中所述碳氢化合物包括汽油、柴油、重油、煤油、航空煤油等其它烃类；所述碳氢氧化合物包括甲醇、乙醇、甲醚、乙醚等。

本发明中，在所述内燃燃烧室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热气机。

本发明中，所谓的“工质导出口”是指从所述往复通道熵循环发动机工质系统中导出部分工质的出口，其目的是为了平衡导入的氧化剂和燃料发生燃烧化学反应所产生的多余的工质，以维持所述往复通道熵循环发动机工质系统的平衡。所述工质导出口可以是气体导出口，也可以是液体导出口，还可以是气液混合物导出口。

本发明中，所述工质导出口可以是连续导出工质，可以是间歇导出工质(即根据工质在所述工质闭合回路内积累的情况，对工质进行导出)，也可以是按正时关系对工质进行导出。

本发明中，导出工质可以是在所述往复通道熵循环发动机每个工作循环中、工质导出口处压力较低的时候导出一次工质；还可以是正时导出工质，间歇式地在所述往复通道熵循环发动机进行多个工作循环后在工质导出口处压力低的时候导出一次工质；还可以采用限压阀等压力控制装置在工质闭合回路内压力超过某设定限度的时候导出工质。

本发明中，导出所述工质闭合回路内的工质可以以气体的形式导出也可以以液体的形式导出。

本发明中，所述储气罐可提供压缩空气源供其它用气单元使用。

在所述氧化剂源经所述连通通道与所述内燃燃烧室/所述旁置内燃燃烧室连通的结构中，利用所述氧化剂源的低温特点，使工质降温或冷凝，相当于在所述连通通道上设置了混合式冷却器和/或混合式冷凝冷却器。

本发明中，所谓的“冷却器”是指一切能使工质冷却的装置，例如直混式、热交换器式和散热器式冷却器。所述直混式冷却器是指将被加热流体与被冷却工质直接混合，两者直接进行热交换而达到工质冷却的装置；所述热交换器是指采用其它流体做热的接受介质，与工质进行热交换达到冷却工质的装置；所述散热器是采用环境气体作为热接受介质，使工质热量扩散至环境中，达到冷却工质的装置。其中所述热交换器和所述散热器均属于非直混式冷却器，即被加热流体与被冷却工质不混合。

本发明中，所谓的“气液直混式冷却器”是指在所述工质闭合回路上设冷却液体导入口和导出口，其原理是利用导入的液体吸收所述工质闭合回路内的气体工质的热量并使其降温，升温后的液体再从所述工质闭合回路上导出；在导出时可采用气液分离器以防止气体工质流出。

本发明中，所述冷凝冷却器包括直混冷凝冷却器和非直混冷凝冷却器。所述直混冷凝冷却器是指被加热流体和被冷却流体在其中混合，使被冷却流体发生部分或全部冷凝，使被加热流体升温的装置；所述非直混冷凝冷却器是指具有被加热流体通道和被冷却流体通道，所述被加热流体通道中的被加热流体和所述被冷却流体通道内的被冷却流体在其中发生热量交换但不进行混合的装置，例如热交换器式和散热器式冷凝冷却器；所述非直混冷凝冷却器和直混冷凝冷却器在必要的时候可以具有气液分离器的功能。

本发明中，所述工质闭合回路中工质的最高压力达到所述工质闭合回路的承压能力。

本发明中，所谓的“附属气体做功机构”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，例如活塞式气体做功机构、叶轮式气体做功机构、罗茨式气体做功机构等，其作用是利用所述往复通道熵循环发动机内的处于高能状态下的气体工质进行做功，所谓的高能状态是指在所述往复通道熵循环发动机的循环中，气体工质处于温度最高、压力最大的状态。

本发明中，所述工质闭合回路中的循环气体可以是氩气、氦气、氧气等气体。

本发明中，所谓的“不凝气”是指惰性气体、氮气等在所述往复通道熵循环发动机中经冷却后不液化的气体，优选的不凝气为氩气。

本发明中，设置所述不凝气回储压缩机的作用是，当系统不工作时，将不凝气从所述工质闭合回路中抽出，并存储在所述不凝气储罐中。

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、22MPa、23MPa、24MPa、25MPa、26MPa、27MPa、28MPa、29MPa、30MPa、31MPa、32MPa、33MPa、34MPa、35MPa、36MPa、37MPa、38MPa、39MPa或大于40MPa。相应地，所述氧化剂源和所述燃料源的承压能力也设为上述数值范围。

本发明中，所述控制阀受使所述工质闭合回路中的最低压力大于0.2MPa、0.3MPa、0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、5MPa、8MPa或大于10MPa的控制机构控制。

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。当本发明中氧化剂为液氧时，液氧可直接作为所述低温物质。

本发明中，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，对所述活塞式气体压缩机构中或即将进入所述活塞式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η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，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，作为所述往复通道熵循环发动机的循环工质，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，所述液氧包括商业液氧或现场制备的液氧。

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、燃料、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，例如活塞式气体压缩机构。

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，在所述往复通道熵循环发动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板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，所述活塞式气体压缩机构和所述活塞式气体做功机构之间可以不设阀，而依靠相互之间的相位差来形成系统的压缩和膨胀做功。

本发明中，所述内燃燃烧室和所述冷却器在所述工质闭合回路上的位置应根据公知的热力学循环来设置。

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CarnotCycle和OttoCycle标识在图39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39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：CarnotCycle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CarnotCycle的高温热源的温度升高时，本发明人必须在CarnotCycle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40中。根据数学分析，并如图40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41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41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.Itisimpossibletoreturnaheatrejectionprocesstoitsinitialstatewithoutaheatinjectionprocessinvolved.

2.Itisimpossibletoreturnaheatinjectionprocesstoitsinitialstatewithoutaheatrejectionprocessinvolved.

3.Itisimpossibletoreturnanon-adiabaticprocesstoitsinitialstatewithoutanon-adiabaticprocessinvolved.

4.Itisimpossibletoreturnanon-adiabaticprocesstoitsinitialstateonlybyadiabaticprocess.

5.Ifthefinalpressureofheatinjectionprocessisreturnedtoitsinitialpressurebyprocessotherthanheatrejectionprocess,thetemperatureofthatstateishigherthanthatoftheinitialstate.

6.Ifthefinalpressureofheatrejectionprocessisreturnedtoitsinitialpressurebyprocessotherthanheatinjectionprocess,thetemperatureofthatstateislowerthanthatoftheinitialstate.

7.Itisimpossibletomakeheatinjectionprocessnotgenerateexcess-temperature.

8.Itisimpossibletomakeheatrejectionprocessnotgenerateinsufficient-temperature.

9.ItisimpossibleforanydevicethatoperatesonacycletoreachtheefficiencyindicatedbyCarnotcyclewithoutheatrejectionincompressionprocess.

10.Thedifferencebetweenheatinjectionprocessandcompressionprocesswhichareappliedtoworkingfluidofthermodynamicprocessorcycleisthatheatinjectionprocessmustgenerateexcess-temperature,butcompressionprocessmustnot.

本发明中，根据热气机领域的公知技术，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：

本发明通过利用内燃加热方式代替传统热气机的外燃加热方式，将内燃加热方式的直接加热以致加热效率高的优势应用到热气机上，克服了传统热气机中因工质的温度和压力难以达到更高水平而影响功率和功率密度的问题，从而可以有效节约能源并大幅度减少机构的体积、重量和制造成本，具有广阔的应用前景。

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所示的是本发明实施例22的结构示意图；

图23所示的是本发明实施例23的结构示意图；

图24所示的是本发明实施例24的结构示意图；

图25所示的是本发明实施例25的结构示意图；

图26所示的是本发明实施例26的结构示意图；

图27所示的是本发明实施例27的结构示意图；

图28所示的是本发明实施例28的结构示意图；

图29所示的是本发明实施例29的结构示意图；

图30所示的是本发明实施例30的结构示意图；

图31所示的是本发明实施例31的结构示意图；

图32所示的是本发明实施例32的结构示意图；

图33所示的是本发明实施例33的结构示意图；

图34所示的是本发明实施例34的结构示意图；

图35所示的是本发明实施例35的结构示意图；

图36所示的是本发明实施例36的结构示意图；

图37所示的是本发明实施例37的结构示意图；

图38所示的是本发明实施例38的结构示意图；

图39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40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41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，

图中：

1活塞式气体压缩机构、2活塞式气体做功机构、21附属气体做功机构、3连通通道、4氧化剂源、41燃料源、5内燃燃烧室、51旁置内燃燃烧室、6工质导出口、61控制阀、611峰压控制机构、7回热器、8冷却器、80冷凝冷却器、81气液直混式冷却器、82吸附式制冷系统、83非直混冷却器、85冷却液体排出口、87冷凝液体工质出口、88非直混冷凝冷却器、89不凝气出口、90储气罐、91深冷液体工质储罐、92深冷液体工质出口、93不凝气出口、94不凝气回储压缩机、95不凝气储罐、98直混冷凝冷却器、99三元催化器、22活塞液体结构、23气液缸、24气液隔离结构、25液压动力机构、26液体工质回送系统、27过程控制机构、44氧化剂传感器、45氧化剂控制装置、46氧化剂控制阀、66低温冷源、55附属工质导出口、67附属冷却器、111次级叶轮压气机、211次级涡轮动力机构、212、涡轮动力机构、101冷缸、201热缸、10蓄热结构。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的往复通道熵循环发动机，包括活塞式气体压缩机构1、活塞式气体做功机构2和连通通道3，所述活塞式气体压缩机构1经所述连通通道3与所述活塞式气体做功机构2连通并构成工质闭合回路，所述往复通道熵循环发动机还包括氧化剂源4、燃料源41和内燃燃烧室5，所述内燃燃烧室5设置在所述活塞式气体做功机构2的气缸内，所述内燃燃烧室5与所述氧化剂源4连通，所述内燃燃烧室5与所述燃料源41连通，在所述连通通道3上设工质导出口6，以排出所述工质闭合回路中的过剩的工质，同时可以导出部分热量。

具体实施时，应根据公知技术在所述内燃燃烧室5上设点火装置。

作为可以变换的实施方式，所述工质导出口6还可在所述工质闭合回路的其它位置上，比如设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上或设在所述活塞式气体做功机构2的气缸上，或在所述活塞式气体压缩机构1的气缸、所述活塞式气体做功机构2的气缸和所述连通通道3上分别设置或任择两处设置；所述内燃燃烧室5还可以设置在所述连通通道3内。

实施例2

如图2所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：所述往复通道熵循环发动机包括两个所述内燃燃烧室5，所述内燃燃烧室5分别设置在所述活塞式气体做功机构2的气缸内和所述连通通道3内，以提高所述往复通道熵循环发动机的做功能力。

所述活塞式气体压缩机构1的活塞和所述活塞式气体做功机构2的活塞分别经连杆与同一曲轴上的不同连杆轴颈连接，两所述连杆轴颈的相位差为90度，作为可以变换的实施方式，此两所述连杆轴颈的相位差可以选择大于0度小于180度的范围内的任何数值。

所述工质导出口6上设控制阀61，所述控制阀61设为压力控制阀，所述控制阀61受峰压控制机构611控制，所述峰压控制机构611在所述工质闭合回路内的压力超过设定值时使所述控制阀61开启，并当所述闭合回路内的压力回降到所述设定值时使所述控制阀61关闭。

可选择地，所述控制阀61受谷压控制机构控制，在所述工质闭合回路内的压力处于谷压状态时使所述控制阀61开启，并当所述工质闭合回路内的压力将至0.2MPa时使所述控制阀61关闭；或所述控制阀61受开启度控制机构控制，所述开启度控制机构根据所述工质闭合回路内的压力设定范围控制所述控制阀61的开启度，使所述工质导出口6在某种开启度下处于常开状态；可选择地，将所述工质闭合回路内的压力设定为大于0.3MPa、0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、5MPa、8MPa或大于10MPa。

实施例3

如图3所示的往复通道熵循环发动机，包括活塞式气体压缩机构1、活塞式气体做功机构2和连通通道3，所述活塞式气体压缩机构1的气缸经所述连通通道3与所述活塞式气体做功机构2的气缸连通并构成工质闭合回路，所述往复通道熵循环发动机还包括氧化剂源4、燃料源41和旁置内燃燃烧室51，所述旁置内燃燃烧室51的工质出口与所述活塞式气体做功机构2的气缸连通，所述旁置内燃燃烧室51与所述氧化剂源4连通，所述旁置内燃燃烧室51与燃料源41连通，所述工质导出口6设在所述连通通道3上。氧化剂和燃料在所述旁置内燃燃烧室51内发生化学反应后，所产生的高温高压工质经通道供给给所述活塞式气体做功机构2，所述高温高压工质推动所述活塞式气体做功机构2做功，所述工质导出口6排出所述工质闭合回路中的过剩的工质，同时可以导出部分热量。

做可以变换的实施方式，所述工质导出口6还可在所述工质闭合回路上的其他位置上，比如设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上或所述活塞式气体做功机构2的气缸上，或在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上、在所述活塞式气体做功机构2的气缸上和所述连通通道3上分别设置或任择两处设置；所述旁置内燃燃烧室51还可以与所述连通通道3连通，或所述往复通道熵循环发动机包括两个旁置内燃燃烧室51，两个所述旁置内燃燃烧室51分别与所述活塞式气体做功机构2的气缸和所述连通通道3连通。

实施例4

如图4所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：在所述内燃燃烧室5与所述活塞式气体压缩机构1之间的所述连通通道3上设冷却器8，所述工质导出口6设在所述活塞式气体做功机构2和所述冷却器8之间的连通通道3上。

作为可以变换的实施方式，所述冷却器8设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上代替设置在所述连通通道3上，或在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上和所述内燃燃烧室5与所述活塞式气体压缩机构1之间的所述连通通道3上分别设置；所述工质导出口6设置在本实施例的位置上，可以减轻所述冷却器8的负荷，当让所述工质导出口6也可以设置在所述工质闭合回路的其它位置上。

实施例5

如图5所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括回热器7，所述回热器7设在所述连通通道3内，本实施例中，所述回热器7设在所述活塞式气体做功机构2和所述工质导出口6之间的所述连通通道3内。

本实施例中所述回热器7的设置位置可以使从所述活塞式气体做功机构2的气缸内排出的做功后的工质在将热量留给所述回热器7后再从所述工质导出口6导出，从而提高系统的效率，作为可以变换的实施方式，所述回热器7还可以设置所述连通通道3内的其他位置上或设在所述活塞式气体做功机构2的气缸内，或在所述活塞式气体做功机构2内和所述连通通道3内分别设置。

实施例6

如图6所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例4的区别在于：所述冷却器8与所述活塞式气体做功机构2的气缸之间的所述连通通道3上设回热器7，所述工质导出口6设在所述回热器7和所述冷却器8之间的所述连通通道3上。

所述活塞式气体压缩机构1的活塞和活塞式气体做功机构2的活塞分别经连杆与同一曲轴的同一连杆轴颈连接，所述活塞式气体压缩机构1的气缸中心线和所述活塞式气体做功机构2的气缸中心线之间的夹角为90度。

本实施例中，所述工质导出口6的设置位置，可以使从所述活塞式气体做功机构2的气缸内排出的做功后的工质在将热量留给所述回热器7后再从所述工质导出口6导出，同时减轻所述冷却器8的负荷，从而提高系统的效率，作为可以变换的实施方式，所述工质导出口6可以设置在所述工质闭合回路的其他位置上；所述活塞式气体压缩机构1的气缸中心线和所述活塞式气体做功机构2的气缸中心线之间的夹角为大于0度小于180度范围内的任意值。

实施例7

如图7所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例6的区别在于：所述活塞式气体压缩机构1和所述活塞式气体做功机构2不共轴，所述冷却器8设在所述活塞式气体压缩机构1上。

实施例8

如图8所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例6的区别在于：所述冷却器8设为气液直混式冷却器81。

实施例9

如图9所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例6的区别在于：所述冷却器8设为吸附式制冷系统82的解吸器。

实施例10

如图10所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例4的区别在于：所述冷却器8设为非直混冷却器83，所述活塞式气体做功机构2和所述工质导出口6之间的所述工质闭合回路设为所述非直混冷却器83的被冷却流体通道。

在包括所述旁置内燃燃烧室51的所述往复通道熵循环发动机上可以参考如实施例4至10中所述回热器7和所述冷却器8的设置位置在相对应位置进行设置。

实施例11

如图11所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例7的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括非直混冷凝冷却器88，所述工质导出口6设在所述活塞式气体压缩机构1上，所述非直混冷凝冷却器88的被冷却工质入口与所述工质导出口6连通，所述非直混冷凝冷却器88上设有冷凝液体工质出口87。

作为可以变换的实施方式，所述回热器7和所述冷却器8可以不设或择一设置；所述内燃燃烧室5可以设置所述连通通道3上代替设置在所述活塞式气体做功机构2的气缸内；所述冷凝液体工质出口87可以不设。

实施例12

如图12所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例11的区别在于：所述工质导出口6设置在所述连通通道3上，在所述非直混冷凝冷却器88上设不凝气出口89，所述不凝气出口89与所述工质闭合回路连通。

作为可以变换的实施方式，所述不凝气出口89可以不与所述工质闭合回路连通。

实施例13

如图13所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例11的区别在于：所述冷却器8设置在所述所述回热器7与所述活塞式气体压缩机1的气缸之间的所述连通通道3上，所述氧化剂源4经所述非直混冷凝冷却器88的被加热流体通道与所述内燃燃烧室5连通，也就是与所述活塞式气体做功机构2的气缸连通，所述氧化剂源4设为液氧储罐。

实施例14

如图14所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例13的区别在于：所述工质闭合回路中的部分工质为不凝气时，所述非直混冷凝冷却器88上还包括不凝气出口89，所述不凝气出口89与所述活塞式气体压缩机构1的气缸连通。

作为可以变换的实施方式，所述不凝气出口89还可以与所述工质闭合回路连通其他位置连通，比如所述连通通道3。

实施例15

如图15所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例14的区别在于：所述工质导出口6和所述冷却器8设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，所述氧化剂源4经所述非直混冷凝冷却器88的被加热流体通道与所述连通通道3连通，所述不凝气出口89与所述回热器7和所述活塞式气体做功机构1之间的所述连通通道3连通。

实施例16

如图16所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例3的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括冷却器8、回热器7和非直混冷凝冷却器88，所述冷却器8设在所述连通通道3上，所述回热器7设在所述活塞式气体做功机构2的气缸和所述冷却器8之间的所述连通通道3内，所述非直混冷凝冷却器88的被冷却工质入口与所述工质导出口6连通，所述氧化剂源4经所述非直混冷凝冷却器88的被加热流体通道与所述旁置内燃燃烧室51连通，所述氧化剂源4设为液氧储罐，所述非直混冷凝冷却器88上设有冷凝液体工质出口87。

作为可以变换的实施方式，所述工质导出口6还可设在所述工质闭合回路上的其它位置上，比如设置在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，或在所述活塞式气体压缩机构1的气缸和所述连通通道3上分别设置；将所述冷却器8设置在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上代替设置在所述连通通道3上，或在所述活塞式气体压缩机构1上加设一个冷却器8。

作为可以变换的实施方式，所述回热器7可以改设在所述活塞式气体做功机构2内，或在所述活塞式气体做功机构2的气缸内和所述连通通道3内分别设置。

在包括所述旁置内燃燃烧室51的所述往复通道熵循环发动机上可以参照实施例11至16中所述非直混冷凝冷却器88的设置位置在相应位置进行设置。

实施例17

如图17所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例7的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括附属气体做功机构21，所述工质导出口6与所述附属气体做功机构21的工质入口连通，所述附属气体做功机构21利用经所述工质导出口6排出的能量继续做功，以增加所述往复通道熵循环发动机的热利用率。

可选择地，在包括所述旁置内燃燃烧室51的所述往复通道熵循环发动机中，可以参照本实施例将所述工质导出口6与所述附属气体做功机构21连通。

实施例18

如图18所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例7的区别在于：所述工质导出口6设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，所述往复通道熵循环发动机还包括有储气罐90，所述工质导出口6与所述储气罐90连通，所述工质闭合回路中的过剩的工质，可经所述工质导出口6排入所述储气罐90中。所述储气罐90中的工质，可提供压缩空气源供其他用气单元使用。

实施例19

如图19所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例7的区别在于：所述工质导出口6设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，所述往复通道熵循环发动机还包括有直混冷凝冷却器98，所述直混冷凝冷却器98的被冷却流体入口与所述工质导出口6连通，所述氧化剂源4与所述直混冷凝冷却器98的被加热流体入口连通，所述直混冷凝冷却器98的被加热流体出口与所述活塞式气体做功机构2的气缸连通，所述直混冷凝冷却器98上设有深冷液体工质出口92。

所述氧化剂源4设为液氧储罐，所述液氧作为所述直混冷凝冷却器98的冷媒，对经所述工质导出口6排出的工质进行冷却，被冷却液化的工质经所述深冷液体工质出口92排出。

作为可以变换的实施方式，所述直混冷凝冷却器98被加热流体出口还可以与所述工质闭合回路的其他位置连通，比如与所述连通通道3连通；所述深冷液体工质出口92可以不设。

实施例20

如图20所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例19的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括有深冷液体工质储罐91，所述深冷液体工质储罐91与所述深冷液体工质出口92连通，所述深冷液体工质储罐91用来存储被冷却液化的工质；所述氧化剂源4经所述直混冷凝冷却器98的所述被加热流体出口与所述连通通道3连通，氧气经所述直混冷凝冷却器98的被加热流体出口进入所述工质闭合回路。

实施例21

如图21所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例16的区别在于：将所述非直混冷凝冷却器88换成直混冷凝冷却器98，所述直混冷凝冷却器98包括被冷却工质入口、被加热工质入口、深冷液体工质出口92和被加热流体出口，其中所述被加热流体出口设为不凝气出口93，所述直混冷凝冷却器98的被冷却工质入口与所述工质导出口6连通，所述氧化剂源4与所述直混冷凝冷却器98的被加热工质入口连通，所述氧化剂源4设为液氧储罐，所述液氧作为所述直混冷凝冷却器98的冷媒，对经所述工质导出口6排出的工质进行冷却，被冷却液化的工质经所述深冷液体工质出口92排出到深冷液体工质储罐91中，没有被液化的部分工质为不凝气，所述不凝气与氧气经所述直混冷凝冷却器98的所述不凝气出口93进入所述旁置内燃燃烧室51中，来参加下一个过程的循环。

作为可以变换的实施方式，所述深冷液体工质出口92、所述深冷液体工质储罐91可以不设，所述被加热流体出口可以不设为所述不凝气出口93，本实施例中，所述不凝气出口93与所述旁置燃烧室51连通，作为可以变换的实施方式，所述不凝气出口93还可以与所述工质闭合回路的其它位置连通。

实施例22

如图22所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例7的区别在于：所述工质导出口6设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，所述往复通道熵循环发动机还包括不凝气储罐95，所述不凝气储罐95经控制装置与所述工质闭合回路连通，当所述工质闭合回路中的不凝气低于设定值时，所述不凝气储罐95中的不凝气充入所述工质闭合回路中。

本实施例中，所述不凝气储罐95经控制装置与所述连通通道3连通，具体实施时，还可以将所述不凝气储罐95经控制装置与所述工质闭合回路的其它位置连通。

实施例23

如图23所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例19的区别在于：所述冷却器8和所述工质导出口6设置在所述连通通道3上代替所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，所述工质闭合回路中的部分工质为不凝气时，所述直混冷凝冷却器98上加设不凝气出口93，所述不凝气出口93与所述活塞式气体压缩机构1的气缸连通。

具体实施时，所述不凝气出口93还可以与所述工质闭合回路的其它位置连通。

实施例24

如图24所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例23的区别在于：将所述所述直混冷凝冷却器98的被加热流体出口设为所述不凝气出口93，所述氧化剂源4中的氧化剂在所述直混冷凝冷却器98中被加热后，从活塞式气体压缩机构1的气缸进入所述工质闭合回路。

实施例25

如图25所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例24的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括冷却液体排出口85，所述冷却液体排出口85设在所述冷却器8和所述工质导出口6之间的所述连通通道3上。所述工质闭合回路中部分高冷凝点的工质(例如水蒸气)经所述冷却器8被冷凝后从所述冷却液体排出口85导出。

所述往复通道熵循环发动机还包括深冷液体工质储罐91，所述深冷液体工质储罐91与所述深冷液体工质出口92连通。从所述工质导出口6导出的低冷凝点的工质(例如二氧化碳)在所述直混冷凝冷却器98中被冷凝后从所述深冷液体工质出口92导入所述深冷液体工质储罐91中储存。

本实施例取消了所述直混冷凝冷却器98的被冷却流体入口和所述工质导出口6之间的连通通道上的控制阀61。所述工质闭合回路中的工质和所述直混冷凝冷却器98中的工质均可以通过所述直混冷凝冷却器98的被冷却流体入口和所述工质导出口6之间的连通通道。

本发明的所有实施方式中，都可以参照本实施例设置所述冷却液体排出口85。

实施例26

如图26所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例19的区别在于：所述冷却器8和所述工质导出口6设置在所述连通通道3上代替所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，所述直混冷凝冷却器98的被加热流体出口与所述连通通道3连通，氧化剂在所述直混冷凝冷却器98中被所述工质导出口6导出的工质加热后经管道进入所述连通通道，从而将所述氧化剂导入所述工质闭合回路中。

实施例27

如图27所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例25的区别在于：所述直混冷凝冷却器98设为大截面积、宽敞口的结构。

相比实施例25，本实施例的结构更加便于直混冷凝冷却器98和所述工质闭合回路中工质的流通。

实施例28

如图28所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例6的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括冷凝冷却器80，所述冷凝冷却器80设在所述连通通道3上，对工质闭合回路内的工质进一步冷却，本实施例中，所述冷凝冷却器80设在所述冷却器8和所述活塞式气体压缩机构1之间的所述连通通道3上。

可选择地，所述冷凝冷却器80还可设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上；所述冷却器8可以不设，在包含所述旁置燃烧室51的结构中，也可以参照本实施例设置所述冷凝冷却器80。

实施例29

如图29所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例22的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括不凝气回储压缩机94，所述不凝气回储压缩机94的进气口与所述工质闭合回路连通，所述不凝气回储压缩机94的气体出口与所述不凝气储罐95连通。

所述不凝气回储压缩机94，用来将所述工质闭合回路中过剩的不凝气压缩到所述不凝气储罐95中。

实施例30

如图30所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例6的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括三元催化器99，所述三元催化器99与所述回热器7一体化设置。

在不包括所述回热器7及所述冷却器8的结构中，所述三元催化器99可以直接设置在所述工质闭合回路内，比如设置在所述连通通道3内。

实施例31

如图31所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例4的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括回热器7和三元催化器99，所述回热器7设在所述活塞式气体做功机构2的气缸和所述冷却器8之间的所述连通通道3上，所述三元催化器99设在所述回热器7和所述冷却器8之间的所述连通通道3内。

在实施的过程中，本领域的技术人员可以根据三元催化器99的使用要求，将三元催化器99设在所述气体做功机构2的气缸和所述回热器7之间的所述连通通道3内，或者将所述回热器7设为两个或多个串联，将所述三元催化器99设在串联的两个回热器7之间的所述连通通道3内。

实施例32

如图32所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例5的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括低温冷源66，所述低温冷源66与所述活塞式气体压缩机构1工质入口处的连通通道3连通，所述低温冷源66用于提供低温物质，所述低温物质用于冷却即将进入所述活塞式气体压缩机构1的气缸中的工质。

可选择地，所述低温冷源66还可以与所述活塞式气体压缩机构1连通，将所述低温物质直接导入所述活塞式气体压缩机构1中，从而冷却所述活塞式气体压缩机构1的气缸中的工质；所述低温冷源66还可以采用热交换的方式对即将进入所述活塞式气体压缩机构1的气缸中或所述活塞式气体压缩机构1的气缸中的工质进行冷却。

实施例33

如图33所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例5的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括冷却器8、次级涡轮动力机构211和次级叶轮压气机111，所述冷却器8设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，所述工质导出口6与所述次级涡轮动力机构211的工质入口连通，所述次级涡轮动力机构211的工质出口经附属冷却器67与所述次级叶轮压气机111的工质入口连通，所述次级叶轮压气机111的工质出口与所述工质闭合回路连通；所述次级涡轮动力机构211的工质出口与所述次级叶轮压气机111的工质入口之间的连通通道3上设有附属工质导出口55。

图中所示所述附属工质导出口55设在所述附属冷却器67与所述次级叶轮压气机111的工质入口之间的通道上。

可选择地，将所述附属工质导出口55设在所述次级涡轮动力机构211的工质出口与所述附属冷却器67之间的通道上。所述次级叶轮压气机111的工质出口与设在所述工质闭合回路上的连通口连通，该连通口和所述工质导出口6设在所述工质闭合回路上的不同位置。

所述次级涡轮动力机构211可以进一步利用在所述活塞式气体做功机构2中做功完成后由所述工质导出口6流出的工质进一步做功，而所述次级叶轮压气机111和所述活塞式气体压缩机构1可对所述工质进行多级压缩，从而提高发动机的效率。

具体实施时，可选择地，所述次级涡轮动力机构211对所述次级叶轮压气机111输出动力。

实施例34

如图34所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例5的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括冷却器8、氧化剂传感器44和氧化剂控制装置45，所述冷却器8设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，所述氧化剂传感器44可以包含有氧化剂探头，仅使所述氧化剂探头设在所述连通通道3内，所述氧化剂传感器44对所述氧化剂控制装置45提供信号，所述氧化剂源41经氧化剂控制阀46与所述工质闭合回路连通，所述氧化剂控制装置45控制所述氧化剂控制阀46打开或关闭，以调整工质闭合回路中的氧化剂的量。

实施例35

如图35所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例5的区别在于：所述往复通道熵循环发动机还包括冷却器8，所述冷却器8设在所述活塞式气体压缩机构1的气缸上，所述活塞式气体压缩机构1和所述活塞式气体做功机构2都设为活塞液体机构22，所述活塞液体机构22包括气液缸23和气液隔离结构24，所述气液隔离结构24设在所述气液缸23内。所述气液缸23的液体端与液压动力机构25连通，所述液压动力机构25与液体工质回送系统26连通，所述液体工质回送系统26与所述气液缸23的液体端连通；所述液压动力机构25和所述液体工质回送系统26受过程控制机构27控制。所述气液缸23的气体工质对所述气液隔离结构24的压力大于所述气液缸23内的液体和所述气液隔离结构24做往复运动时的惯性力之和，以使所述气液隔离结构24不撞上所述气液缸23的缸盖。

可选择地，所述活塞式气体压缩机构1或所述活塞式气体做功机构2可以择一设为所述活塞液体机构22。

在含有旁置内燃燃烧室51的往复通道熵循环发动机中可以参照实施例29至36中相应的设置所述冷凝冷却器80、所述不凝气储罐95、所述不凝气回储压缩机94、所述不凝气回收压缩机96、三元催化器99、低温冷源66、氧化剂传感器44和所述活塞液体机构22。

本发明的上述所有实施方式中，都可以选择性的将所述工质闭合回路的承压能力设为大于2.0MPa、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。相应地，所述氧化剂源4和所述燃料源41的承压能力也设为上述同样的数值范围。

本发明的上述所有实施方式中都可以参考实施例2、实施例6设置所述活塞式气体压缩机构1的气缸、所述活塞式气体做功机构2的气缸以及它们的活塞同曲轴的连杆轴颈的连接关系。

实施例36

如图36所示的往复通道熵循环发动机，包括一个作为热缸201的气缸活塞机构和一个作为冷缸101的气缸活塞机构，所述热缸201和所述冷缸101之间的连通通道3上设回热器7，所述热缸201内设内燃燃烧室，所述热缸201受正时机构控制依次完成吸气冲程、压缩冲程、燃烧做功冲程、至少一个热气机热力循环、排气冲程，并以此循环；所述热气机热力循环是由热缸、冷缸和回热器一起完成，在所述连通通道3上设工质导出口6。

本实施例中，所述往复通道熵循环发送机的一个完整的工作循环包括至少一个热气机热力循环，也就是所述内燃燃烧室内一次燃烧反应产生的高温高压工质可以完整至少一个热力循环，从而使所述内燃燃烧室的间歇时间超过一个热力学循环。

具体实施时，可选择的将所述热缸201和所述冷缸101由同一曲轴驱动，并且呈V型设置；可选择的将所述热缸201的内燃燃烧室与氧化剂源4和燃料源41连通，并可以将所述氧化剂源4为纯氧或含氧气体源；可以选择的将所述工质导出口6设置在所述热缸201或所述冷缸101上。

实施例37

如图37所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例36的区别在于：在所述热缸201内部的活塞的头部设有蓄热结构10。所述蓄热结构10在内燃燃烧室燃烧的过程中进行蓄热，在热气机热力循环的过程中将热能释放。

作为可以变换实施方式，所述蓄热机构10可以设置在所述热缸201的缸盖的内壁上，或在所述热缸201内部的活塞的头部和缸盖的内壁上同时设置。

实施例38

如图38所示的往复通道熵循环发动机，其与实施例37的区别在于：所述工质导出口6与涡轮动力机构212的气体入口连通。

实施例36至实施例38中，可以将所述连通通道3的承压能力设0.5MPa或设为大于0.5MPa。

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 (9)

1.一种往复通道熵循环发动机，其特征在于，包括一个作为热缸(201)的气缸活塞机构和一个作为冷缸(101)的气缸活塞机构，所述热缸(201)和所述冷缸(101)之间的连通通道(3)上设回热器(7)，所述热缸(201)内设内燃燃烧室，所述热缸(201)受正时机构控制依次完成吸气冲程、压缩冲程、燃烧做功冲程、至少一个热气机热力循环、排气冲程，并以此循环；所述热气机热力循环是由所述热缸(201)、所述冷缸(101)和所述回热器(7)一起完成。

2.如权利要求1所述往复通道熵循环发动机，其特征在于，所述热缸(201)和所述冷缸(101)由同一曲轴驱动，并且呈V型设置。

3.如权利要求2所述往复通道熵循环发动机，其特征在于，所述往复通道熵循环发动机设为α型或β型热气机结构。

4.如权利要求1至3中任一项所述往复通道熵循环发动机，其特征在于，所述热缸(201)的内燃燃烧室与氧化剂源(4)和燃料源(41)连通。

5.如权利要求4所述往复通道熵循环发动机，其特征在于，所述氧化剂源(4)为纯氧或含氧气体源。

6.如权利要求1至3中任一项所述往复通道熵循环发动机，其特征在于，在所述热缸(201)、所述冷缸(101)或所述连通通道(3)上设工质导出口(6)。

7.如权利要求6所述往复通道熵循环发动机，其特征在于，所述工质导出口(6)与涡轮动力机构(212)的气体入口连通。

8.如权利要求1至3中任一项所述往复通道熵循环发动机，其特征在于，在所述热缸(201)内部活塞的头部和/或缸盖的内壁设有蓄热结构(10)。

9.如权利要求1至3中任一项所述往复通道熵循环发动机，其特征在于，所述连通通道(3)的承压能力等于或大于0.5MPa。