CN107407228A - 传递‑膨胀和再生型热力发动机 - Google Patents

Abstract

传递‑膨胀再生热力发动机(1)包括在再生热交换器(5)的高压再生管线(6)中压缩气体的压缩机(2)，所述气体从所述高压再生管线(6)流出后通过高压再生器出口管线(9)进行预热，所述高压再生器出口管线(9)具有使所述气体过热的热源(12)，所述气体然后通过由计量阀致动器(25)操纵的进气计量阀(24)传递到特别地由膨胀气缸(13)和膨胀活塞(15)形成的传递‑膨胀室(16)，膨胀之后的所述气体在所述再生热交换器(5)的低压再生管线(7)中进行冷却之前，通过膨胀气体排气管道(26)并且通过由排气阀致动器(32)操纵的排气阀(31)离开所述室(16)。

Description

传递-膨胀和再生型热力发动机

技术领域

本发明涉及一种传递-膨胀和再生型的热力发动机。

背景技术

最常使用的往复式内燃机在强制点火发动机的情况下进行奥图(Otto)或罗彻斯(Beau de Rochas)循环，或者在压缩点火发动机的情况下进行狄塞尔(Diesel)循环。这些循环的多样变体具体地能实现更好的效率，诸如米勒(Miller)循环或阿特金森(Atkinson)循环。

主要区分以四个活塞运动执行其循环四冲程发动机和仅以两个活塞运动执行其循环二冲程发动机。

绝大多数强制点火发动机输出的最大效率几乎不大于百分之三十五。安装在汽车或卡车中的高速狄塞尔发动机输出的峰值效率以百分之四十至百分之四十五的数量级计。只有具有非常大的气缸容量的低速二冲程狄塞尔发动机在其最佳的工作点下超过百分之五十的效率。因此，无论应用的类型或往复式内燃机的类型如何，一半与三分之二之间的燃料能量含量被浪费了。

能量损失基本上由排气中排放的热量和冷却系统所带走的热量组成。由于摩擦而引起的损失和由于抽气而引起的损失也构成显著的能量损失，所述能量损失也转化为周围环境中的热量分散体。较为不重要的是，未燃烧的或部分燃烧的燃料也形成损失。这些损失由现有技术的往复式内燃机的设计所固有的各种限制产生。

首先，指出了在这些发动机中，一方面气体在其燃烧过程中所达到的最大温度与另一方面所述发动机的内壁(即，它们的气缸、气缸盖和活塞帽)温度之间存在较大差异。这些壁实际上被冷却，因为一方面，需要将以薄层覆盖所述壁并且润滑各区段和活塞的油保持在可接受的温度下，并且另一方面，如果所述壁的温度过高，则进入所述气缸的新鲜气体在进气到所述气缸时立即被过度加热，这因此限制了能够在给定进气压力下被引入到所述气缸中的所述气体的量。

此外，尤其是在强制点火的发动机的情况下，如果新鲜气体在进气阶段被过度加热，它们与燃料的混合物就变得易于爆震，并且必须减缓燃烧或限制压缩。这两个校正动作降低了这些发动机的效率。此外，如果所进气的新鲜空气被过度加热，它们在燃烧结束时和在膨胀开始时的温度将被更多地升高，并且它们将产生更多氮氧化物，所述氮氧化物是污染物。因此传统往复式内燃机内壁的冷却是不可缺少的。然而，所述冷却导致主要的能量和效率损失，从而导致燃料消耗量升高。

在现有技术的往复式内燃机设计所固有的其他限制中，指出了新鲜气体的进气、这些气体的燃烧以及然后这些气体的膨胀发生在同一个室中。现在，需要相当冷的室来接收新鲜气体和相当热的室来在所述气体燃烧时防止热损失。情况并非如此。

新鲜气体的进气、预压缩、燃烧-膨胀以及抽空或“排气”的不同阶段发生在同一个室和同一个气缸中，使得这些阶段不能同时发生并且必须及时地接着彼此进行。

此排序意味着间歇性燃烧，这需要在每一个循环中启动和发展。因此，对于每一次点火，需要提供必要的条件以用于其在非常短的时间内适当地发生。这些条件根据发动机操作速度和负载极大地变化。因此，存在大量的未燃烧燃料产生、在可变化体积下发生的燃烧(因为需要在其不可能使活塞停止的情况下给予其时间发展)以及对于燃料性质的较大敏感性，所述燃料需要在强制点火的情况下没有爆震地着火，并且需要在狄赛尔发动机中在所有情况下燃烧，即使不存在任何点火花。

在强制点火发动机的情况下，可提及进入到气缸的填充物的均匀性和组成以及尤其是空气-燃料比的极度重要性，这不仅是出于所述填充物的易燃性的原因，也是出于例如在三元催化转化器中对由所述填充物的燃烧产生的污染物进行后处理的原因。

还指出了这些发动机对于压缩比的强依赖性。理论上，此压缩比应尽量高，以便实现气体的最大膨胀并且恢复活塞的最大功。在实践中，对燃料爆震的限制以及对与发动机内壁的热交换的控制使针对后者的可允许的压缩比设定在针对效率的理论上理想的压缩比之前。

因为具有奥图循环或狄赛尔循环的发动机的燃烧发生在非常短的时间内，所以指出了这些发动机对决定燃烧室体积变化的法则的连杆/曲柄比的特定敏感性。因为在此燃烧不在恒定的体积下发生，所以燃烧的一部分在减小的体积中在活塞的上止点之前发生，从而造成不必要的气体温度升高和对热力学效率有害的热损失，同时所述燃烧的另一部分在增加的体积中在活塞的上止点之后发生，使得此燃烧的一部分在膨胀过程中发生，这同样对于所述热力学效率是有害的。

奥图循环或狄赛尔循环的顺序性质同样意味着生成必要的湍流以保证足够的空气/燃料均匀性，并且使火焰前锋弯曲，以便有利于传播到燃烧室的体积中。除生成另外的抽气损失以外，所述湍流增加了热气与由气缸、气缸盖或活塞呈现的壁之间的热交换。以这种方式，所述湍流增加了热损失，这限制了效率。

一旦燃烧气体的膨胀发生而恢复功，气体就在发动机未使余热被再利用的情况下被抽出到大气。

作为现有技术的往复式内燃机的替代方案，具有布雷顿(Brayton)循环的离心涡轮发动机是已知的，其具有再生。这些发动机的最先进版本毫无疑问就是提供具有中间冷却器的至少两个压缩机级的发动机。此离心能实现再生交换器的最佳的操作，并且它是在例如针对某些军舰设计的Rolls-Royce WR-21发动机中实现的。这些发动机的效率超过百分之四十。

这些发动机具有以下优点：燃烧不再是顺序的而是连续的，并且在空间上分离，并且将热力学循环的不同阶段(即，进气、压缩、燃烧、膨胀以及排气)分配给专用元件。

遗憾的是，具有再生的这些布雷顿循环发动机最后仅提供比强制点火发动机稍微更好的效率。此效率相当于高速狄赛尔发动机的效率，并且低于具有非常大的气缸容量的低速二冲程狄赛尔发动机的效率。此外，具有再生的布雷顿循环发动机的能量效率迅速降到其产生最佳效率的功率范围之外。另外，其响应时间在功率瞬变中是缓慢的。出于此原因，其应用领域受到限制。

具有再生的布雷顿循环发动机的另一个熟知的限制是其对于构成所述发动机的离心压缩机和涡轮的效率的强依赖性。在当前技术和工程发展水平中，这些部件的效率受到限制，并且剩余的进步限度并不暗示在短期内出现能够使这些发动机与具有狄赛尔循环的往复式发动机竞争的任何技术飞跃。

即使如此，计算显示装备有驱动涡轮和具有中间冷却器的两级涡轮压缩机的具有再生的布雷顿循环发动机可在理论上产生升高很高的总效率，高于百分之五十。为此，需要构成所述发动机的离心压缩机和涡轮具有以百分之八十五至百分之九十数量级计的效率，同时再生交换器的效率需要以百分之九十五的数量级计。如果进一步提升这些元件的效率，则对于仅以一千至一千一百摄氏度数量级计的温度，最终效率可升高至百分之七十。

遗憾的是，这些气体压缩和膨胀效率事实上超出离心涡轮和压缩机的范围。即使如此，鉴于活塞机器的体积效率是足够的，并且它们所生成的抽气和摩擦损失是足够低的，这些效率在理论上在活塞机器的范围内。所提及的逆流温度的交换器的必要效率也在范围内。

发明内容

问题主要在于膨胀气缸的设计中，所述膨胀气缸的内壁温度接近于燃烧气体的升高很高的温度，其以一千摄氏度或更高的数量级计。此气缸必须保持持久的、紧密的和机械上可靠的。

第一个问题是具有所述气缸与其所配合的活塞之间的紧密性的装置，因为没有此类装置存在于当前的技术发展水平中。制造具有紧密性的此类装置是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的目标之一。此发动机还旨在提供其具有良好紧密性和对离心涡轮的非常高的温度的抵抗力的膨胀气缸。

因此具备了此第一个不可缺少的特性，所述发动机可实现不再使用离心压缩机和涡轮、而是使用体积压缩机和具有往复式活塞的膨胀气缸的具有再生的布雷顿循环的等同物。

还指出，除与非常高的温度兼容的气缸的设计以外，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机提出控制所述气缸的填充和排空，以便更好地利用富产功的传递和膨胀阶段。

本发明的结果是传递-膨胀和再生热力发动机：

●其进气-压缩、燃烧和膨胀-排气的阶段是分开的，并且赋予被设计且尺寸设定成支持如所需要的那么多的特定机械和热负载的专用元件；

●其中膨胀气体的余热在很大程度上被循环以产生增补功，从而造成最小的热损失；

●其中膨胀气缸的壁的温度接近于热气在其膨胀前的温度，从而造成最小的热损失；

●其主要部件不需要冷却，从而造成最小的热损失；

●其连杆/曲柄比对效率没有影响；

●其几何体积比对效率不具有重要性，后者接近于由无穷大体积比所产生的效率；

●其空气/燃料混合物的燃烧可在与化学计量相比的大范围的富度和大空气过剩下发生；

●其燃烧是连续的并且不依赖于燃烧室的三维空间中的火焰前锋的传播；

●其中燃烧-除是连续的并且在空气过量的情况下实现以外-在比存在于传统的往复式燃烧发动机中的最大温度低的最大温度下发生，用于实现所述燃烧的各条件的此结合使得可能在源头处产生很少的污染物，以便减少或消除对于氧化催化剂、三元催化转化器或用于氮氧化物的后处理或颗粒过滤的任何装置的需要。

●其可具有内燃烧或外燃烧，在后一种情况下燃烧可能由太阳能、核能或任何其他源的足够强的热源替换；

●其可消耗任何种类的液体燃料，诸如瓦斯油、任何等级的汽油、乙醇或任何类型的醇、或任何气体燃料诸如液化石油气、甲醇或氢气；

●其可消耗煤、木材、或任何可燃烧的固体废料，尤其是存在外燃烧的情况下；

●其发生能量效率升高的速度和功率的范围显著地大于涡轮发动机的速度和功率的范围；

●其瞬变负载和/或速度响应性大于涡轮发动机的瞬变负载和/或速度响应性；

●其声学和振动排放低于常规的往复式内燃机的声学和振动辐射，无论是强制点火或狄赛尔类型，因为在其膨胀气缸中的最大压力和最大压力梯度远小于所述常规发动机的气缸中的最大压力和最大压力梯度，并且因为在膨胀气体排出到周围环境中时膨胀气体的压力更小；

●其效率很少依赖于单元气缸容量，并且其可靠性和效率在实践上独立于任何尺寸或高功率或低功率；

●其将热量转换为功的效率远大于常规的往复式内燃机的效率，无论原理如何，从而造成对于所提供的相同的功，低于所述常规发动机的燃料消耗和同样更低的相关联的二氧化碳排放。

应理解，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机适于需要驱动源以便被移置和/或进行移动的任何机器或装备，诸如汽车、摩托车、卡车、机车、船、建筑机器、搬运机器、起重机器或军用机器或任何其他汽车机器。根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机还可产生固定式装备(诸如发电机、液压泵)或需要移动源的任何工业或家用机器所需的驱动功率。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的这些示例性应用作为非限制性实例给出。

本发明的其他特性在说明书和直接或间接取决于主权利要求的从属权利要求中进行描述。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括：

●至少一个压缩机，所述至少一个压缩机能够在某一压力下通过压缩机入口管线抽吸气体并且在更大的压力下在压缩机出口管线中将其驱出；

●至少一个再生热交换器，所述至少一个再生热交换器包括至少一个高压再生管线和至少一个低压再生管线，所述高压管线的第一端部连接到压缩机出口管线，同时在低压再生管线中循环的气体可将其热量的一部分转移至在高压再生管线中循环的气体；

●至少一个再生器高压出口管线，所述至少一个再生器高压出口管线具有连接到构成高压再生管线的第二端部的第一端部；

●至少一个热源，所述至少一个热源放置在再生器高压出口管线的任何给定位置中，并且可使在所述管线中循环的气体过热；

●至少一个膨胀气缸，所述至少一个膨胀气缸的至少一个端部由集成在所述气缸中或附接到所述气缸的膨胀气缸盖闭合，所述气缸容纳膨胀活塞，所述气缸与其产生紧密性以形成具有可变体积的传递-膨胀室，所述活塞能够在所述气缸中移动并且通过机械传动装置直接地或间接地连接到功率输出轴，以便在所述活塞在膨胀气缸中执行往复式运动时将连续旋转运动赋予所述轴；

●用于热气的至少一个进气管线，所述至少一个进气管线具有连接到构成再生器高压出口管线的第二端部的第一端部，所述进气管线具有通过热气进气管线的嘴部穿过膨胀气缸盖以排空至膨胀气缸中的第二端部；

●至少一个进气计量阀，所述至少一个进气计量阀由计量阀致动器操纵，所述阀能够打开或封闭热气进气管线的嘴部；

●用于膨胀气体的至少一个排气管线，所述至少一个排气管线具有通过膨胀气体排气管线的嘴部穿过膨胀气缸盖以排空至膨胀气缸中的第一端部，所述排气管线还具有连接到构成低压再生管线的第一端部的第二端部；

●至少一个排气阀，所述至少一个排气阀由排气阀致动器操纵，所述阀能够打开或封闭膨胀气体排气管线的嘴部；

●至少一个发动机出口管线，所述至少一个发动机出口管线放置在构成低压再生管线的第二端部的延长部分中，或者与所述第二端部组合以与后者构成单件。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括两级压缩机，所述两级压缩机包括其出口通过中间压缩机冷却器连接到高压压缩机的入口的低压压缩机。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括驱动压缩机进行旋转的功率输出轴。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括具有水注射器的压缩机入口管线，所述水注射器可在所述管线中循环的气体进气到吸入-递送室中之前将液态水喷射到所述气体中，所述吸入-递送室由抽吸所述气体的压缩机限定。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括压缩机，所述压缩机限定水注射器在其中排空的吸入-递送室，所述水注射器能够在进气到所述室中的气体通过压缩机入口管线由所述压缩机抽吸之后将液态水喷射到所述气体中。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括具有空气/水分离器的压缩机出口管线。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括具有冷凝气体干燥器的发动机出口管线。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括具有压缩机进气计量阀的压缩机，所述阀的打开和闭合由压缩机进气计量阀致动器控制，所述阀能够打开并且在压缩机入口管线与由压缩机限定的吸入-递送室之间构建连接。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括在其全部或一些长度上并排放置的高压再生管线和低压再生管线，高压再生管线中所含的气体的循环方向与低压再生管线中所含的气体的循环方向相反，两条所述管线构成逆流热交换器。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括热源，所述热源是由燃料注射器和燃烧室构成的燃烧器。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括由初级热交换器构成的热源，所述初级热交换器从通用热源吸取热量，以便将所述热量直接地或通过次级热传输回路传送到在高压再生器管线中循环的气体。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括具有均压门的膨胀气缸盖，所述均压门封闭连接传递-膨胀室和热气进气管线的管线或使其打开，所述门在传递-膨胀室中主导的压力大于热气进气管线中主导的压力的情况下打开，使得气体从所述室传到所述管线，否则门闭合，使得所述气体不能从所述管线通过所述门传到所述室。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括传递-膨胀室，所述传递-膨胀室具有至少一个温度维持燃料注射器。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括传递-膨胀室，所述传递-膨胀室具有至少一个抗NOx水注射器。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括膨胀活塞，所述膨胀活塞通过穿过膨胀气缸盖的膨胀活塞杆连接到机械传动装置，通过杆密封装置在所述杆与所述气缸盖之间实现密封。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括具有上部杆密封件和下部杆密封件的杆密封装置，所述上部杆密封件和所述下部杆密封件充分间隔开以形成-在两个所述密封件之间-油循环室，冷却和润滑油供给管线在所述油循环室中排空并且冷却和润滑油出口管线从所述油循环室流出。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括杆密封装置，所述杆密封装置与嵌入在油循环室内侧或外侧的杆导向轴环配合。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括由连杆构成的机械传动装置，所述连杆的端部之一直接地或间接地活接在膨胀活塞中，并且另一端部围绕与功率输出轴集成的曲柄活接。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括进气计量阀和/或排气阀，所述进气计量阀和/或排气阀在容纳在膨胀气缸盖中的阀壳中直接地或间接地引导，所述阀壳具有所述阀可安置在其上以形成密封的座部，同时所述座部和/或阀壳的引导所述阀的部分通过热传递流体在其中循环的阀冷却回路冷却。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括具有活塞密封装置的膨胀活塞。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括活塞密封装置，所述活塞密封装置包括：

●至少一个连续穿孔环，所述至少一个连续穿孔环具有内圆柱环表面、外圆柱环表面和两个轴向环表面，所述环嵌入在布置在膨胀活塞中的至少一个环形槽中，同时所述环可在环形槽中径向移动而不能从后者中退出；

●环密封装置，所述环密封装置在每个轴向环表面与环形槽之间产生密封，使得后者与连续穿孔环限定通过传递回路连接到加压流体源的压力分布室；

●至少一个校准孔，所述至少一个校准孔完全穿过连续穿孔环的径向厚度；

●连续穿孔环的至少一个气垫浮动表面，所述浮动表面背对压力分布室布置。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机具有包括至少一个反压力腔的活塞密封装置，所述至少一个反压力腔不是轴向突出的，并且在外圆柱环表面处是挖空的，使得外圆柱环表面的没有被所述腔占据的表面构成气垫浮动表面。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机具有包括反压力腔的活塞密封装置，所述反压力腔由或多或少位于外圆柱环表面的轴向长度中心上的微小厚度的反压力槽构成，所述反压力槽形成在所述外圆柱环表面的整个圆周上。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机具有校准孔，所述校准孔突出到所述反压力腔中。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括校准孔，所述校准孔通过在所述反压力腔的底部处挖空的压力分布腔突出到反压力腔中。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括压力分布腔，所述压力分布腔由或多或少位于外圆柱环表面的轴向长度中心上的压力分布槽构成，所述压力分布槽形成在所述外圆柱环表面的整个圆周上。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机具有接收反压力腔的外圆柱环表面或内圆柱环表面的两个轴向边缘中的至少一个，所述两个轴向边缘中的至少一个在边缘板余隙中终止。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括由环密封唇缘构成的环密封装置，所述环密封唇缘一方面与连续穿孔环集成，并且另一方面与环形槽的内侧或槽缘建立紧密接触。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括环密封装置，所述环密封装置由设置在连续穿孔环的轴向端部中的至少一个附近的变薄轴向部分构成，所述部分以紧密方式与环形槽集成，并且是足够柔性的以允许连续穿孔环的直径相对于所述槽的直径扩大或减小。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括连续穿孔环，所述连续穿孔环由柔性材料制成，并且包括倾向于减小所述环的直径的至少一个周向环形弹簧。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括容纳环流扩散装置的压力分布室，所述环流扩散装置迫使来自压力传递回路的环流在通过校准孔逸出之前扫过内圆柱环表面的最大可能的表面。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括环流扩散装置，所述环流扩散装置由嵌入在环形槽的底部处的扩散板构成，所述板的轴向端部中的至少一个具备扩散板的至少一个孔或横向槽，所述扩散板通过其轴向端部中的至少一个迫使来自压力传递回路的环流排空至压力分布室中。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括具有径向环形端部止挡件的环形槽，所述径向环形端部止挡件限制连续穿孔环穿入到所述槽中。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括由压力入口管道构成的压力传递回路，所述压力入口管道平行于膨胀气缸并且与膨胀活塞集成，所述管道的第一端部在所述活塞的内侧排空，同时所述管道的第二端部通过压力室的镗孔排空至连接到加压流体源的压力室中，在所述镗孔中，所述管道可纵向地并且以紧密的方式移位。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括压力入口管道，所述压力入口管道通过至少一个径向压力入口管线连接到压力分布室。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括压力室，所述压力室通过比例压力止回阀连接到加压流体源，所述比例压力止回阀允许环流从所述源行进到所述室，但是不从所述室行进到所述源。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括容纳膨胀弹簧的环形槽，所述膨胀弹簧抵靠于所述槽以在内圆柱环表面上施加径向力。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括膨胀弹簧，所述膨胀弹簧通过接触在环形槽与连续穿孔环之间产生密封。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机包括膨胀弹簧，所述膨胀弹簧具备至少一个流体扩散孔和/或至少一个流体扩散槽，以便与所述孔和/或所述槽构成环流扩散装置。

附图说明

关于附图并且作为非限制性实例给出的以下说明书使本发明、其特性以及其能够提供的优点得到更好的理解。

图1是从上看的根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的示意性表示，压缩机包括低压压缩机、高压压缩机和中间压缩机冷却器，同时热源由燃烧器构成，并且活塞密封装置具体地由连续穿孔环构成。

图2是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的侧视图的示意性表示，压缩机包括低压压缩机、高压压缩机和中间压缩机冷却器，同时热源由从通用热源吸取热量的初级热交换器构成，并且活塞密封装置具体地由连续穿孔环构成。

图3是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的侧视图的示意性表示，压缩机是单级的，具有双效活塞，装备有由压缩机进气计量阀致动器驱动的压缩机进气计量阀，并且与将液态水喷射到在压缩机入口管线中循环的气体中的水注射器配合，所述水然后通过空气/水分离器、并且然后通过冷凝气体干燥器回收。

图4和图5分别是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的活塞的一部分的三维剖面图和三维分解图，此时活塞密封装置具体地由连续穿孔环构成，所述部分具体地包括机械传动装置和膨胀气缸，所述膨胀气缸与所述膨胀气缸与其配合的膨胀活塞限定两个传递-膨胀室，每一个由膨胀气缸盖闭合。

图6是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的排气阀的三维透视图，其座部和阀壳的引导所述阀的部分通过阀冷却回路冷却。

图7是以示意性方式示出循环的压力/体积图，所述循环发生在根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的传递-膨胀室中。

图8是以示意性方式示出循环的压力/体积图，所述循环可发生在根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的传递-膨胀室中，以便使所述发动机的扭矩最大化。

图9是以示意性方式示出循环的压力/体积图，所述循环可发生在根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的传递-膨胀室中，以便减小所述发动机的扭矩。

图10是以示意性方式示出循环的压力/体积图，所述循环可发生在根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的传递-膨胀室中，以便通过温度维持燃料注射器使所述发动机的扭矩最大化。

图11是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的活塞密封装置的截面示意图，具体地，此时所述活塞密封装置由连续穿孔环构成，所述环密封装置由O形环构成。

图12是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的活塞密封装置的截面示意图，具体地，此时所述活塞密封装置由连续穿孔环构成，环形槽具有限制连续穿孔环穿入所述槽中的径向环形端部止挡件，同时所述环由柔性材料构成并且包括周向环形弹簧。

图13和图14分别是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的活塞密封装置的示意性截面图和三维分解图，具体地，此时所述活塞密封装置由连续穿孔环构成，环形槽容纳通过接触在环形槽与连续穿孔环之间产生密封的膨胀弹簧，此外，所述弹簧具备流体分散孔，以便构成环流分散装置。

图15和图16分别是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的活塞密封装置的示意性截面图和三维分解图，具体地，此时所述活塞密封装置由连续穿孔环构成，扩散板具备扩散板的横向槽，所述扩散板嵌入在环形槽的底部处，同时与连续穿孔环集成的环密封唇缘构成环密封装置，并且连续穿孔环具有边缘板余隙。

图17和图18分别是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的活塞密封装置的示意性截面图和三维分解图，具体地，此时所述活塞密封装置由连续穿孔环构成，环形槽容纳具备流体扩散孔以便构成环流扩散装置的膨胀弹簧，同时环密封装置由设置在连续穿孔环的轴向端部附近的变薄轴向部分构成。

图19和图20是示出根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的活塞密封装置的运行的示意性截面图，具体地，此时所述活塞密封装置由连续穿孔环构成，所述环密封装置由O形环构成。

图21是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的杆密封装置的示意性截面图，此时所述杆密封装置应用到压力供给管道，并且此时其具体地由上部杆密封件、下部杆密封件、油循环室以及杆导向轴环构成。

图22是根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的杆密封装置的示意性截面图，此时所述杆密封装置应用到膨胀活塞杆，并且此时其具体地由上部杆密封件、下部杆密封件、油循环室以及区段分隔弹簧构成。

具体实施方式

在图1至图22中示出传递-膨胀和再生热力发动机1、其部件、变体和附件的各种细节。

如图1至图3清楚地示出，传递-膨胀和再生热力发动机1包括能够在某一压力下通过压缩机入口管线3抽吸气体并且在更大的压力下在压缩机出口管线4中将其驱出的至少一个压缩机2，所述压缩机2是离心的、体积旋转叶片、螺杆或凸起类型、或体积往复式活塞类型或技术人员已知的任何类型。

指出了如果压缩机2是往复式活塞类型，则其进气门可有利地由压缩机进气计量阀66替换，所述压缩机进气计量阀66的打开和/或闭合由压缩机进气计量阀致动器67控制。根据此构型，压缩机2所进气的空气的量可由所述致动器67在所述压缩机2的进气循环过程中(所述计量阀66的闭合或多或少地较早)或在所述压缩机2的压缩循环过程中(所述计量阀66的闭合或多或少地较晚)进行调节。

还看到在图1至图3中，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1包括由至少一个高压再生管线6和至少一个低压再生管线7构成的至少一个再生热交换器5，所述高压管线6的第一端部8连接到压缩机出口管线4，同时在低压再生管线7中循环的气体可将其热量的一部分交出给在高压再生管线6中循环的气体。还指出，低压再生管线7的内部可衬有贵金属诸如铂、钯或铑，其氧化特性有利于可能在所述低压管线7中循环的气体中所含的烃的氧化。

传递-膨胀和再生所述热力发动机1还包括至少一个高压再生器出口管线9，所述出口管线9具有连接到高压再生管线6的第二端部11的第一端部10。

还注意到在图1至图3中，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1包括至少一个热源12，所述至少一个热源12放置在高压再生器出口管线9的任何给定位置中，并且可使在所述管线9中循环的气体过热。

图1至图5同样示出，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1此外包括至少一个膨胀气缸13，所述至少一个膨胀气缸13的至少一个端部由与所述气缸13集成或附接到所述气缸13的膨胀气缸盖14闭合，所述气缸13容纳膨胀活塞15，所述气缸13与其产生密封以形成具有可变体积的传递-膨胀室16，所述活塞15能够在所述气缸13中移动并且通过机械传动装置18直接地或间接地连接到功率输出轴17，以便在所述活塞15在膨胀气缸13中执行往复式运动时在所述轴17上加以连续旋转运动。

根据情况，机械传动装置18可嵌入在发动机曲轴箱45中，并且可与可插入在所述机械装置18与膨胀活塞15之间的电动的、气动的或液压的功率传动装置配合。例如，膨胀活塞15可直接地致动液压泵的活塞以在压力下提供油的流动，这可被液压马达或任何其他液压机器使用。

应指出，作为图2至图5所示的变体，膨胀气缸13可与膨胀活塞15限定两个传递-膨胀室16。根据此构型，膨胀气缸13的两个端部由膨胀气缸盖14闭合，所述膨胀气缸盖14放置在具有机械传动装置18的一侧上，其被所述装置18的至少一部分所穿过的孔或所述装置18与其相互作用的附属元件横穿。还应指出，膨胀气缸13、膨胀气缸盖14和膨胀活塞15可由对以一千摄氏度的数量级计的非常高的温度有抵抗力的材料制成，诸如基于矾土、锆石或碳化硅的陶瓷。

参见图1至图3，同样指出，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1包括至少一个热气进气管线19，所述进气管线19具有连接到高压再生器出口管线9的第二端部21的第一端部20，所述进气管线19包括通过热气进气管线的嘴部23穿过膨胀气缸盖14以排空至膨胀气缸13中的第二端部22。

图1至图5示出根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1还包括由计量阀致动器25操纵的至少一个进气计量阀24，所述阀24能够封闭或打开热气进气管线的嘴部23，同时计量阀致动器25可由根据膨胀活塞15相对于膨胀气缸13的相对位置和所述活塞15的位移方向控制进气计量阀24的打开和/或闭合的时间的计算机控制，所述计算机还能够控制所述阀24的提升高度。应指出，计量阀致动器25可在复位弹簧或连控轨道的情况下是机械的、是电动的、电动机械的、液压的、液压机械的、气动的、液压气动的或总体而言本领域技术人员已知的任何类型。

在图1至图5中，同样看到，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1还包括至少一个膨胀气体排气管线26，所述排气管线26包括通过膨胀气体排气管线的嘴部28穿过膨胀气缸盖14以排空至膨胀气缸13中的第一端部27，所述排气管线26还包括连接到低压再生管线7的第一端部30的第二端部29。

应看到，在图1至图6中，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1包括由排气阀致动器32操纵的至少一个排气阀31，所述阀31能够封闭或打开膨胀气体排气管线的嘴部28，然而排气阀致动器32可由根据膨胀活塞15相对于膨胀气缸13的相对位置和所述活塞15的位移方向控制排气阀31的打开和/或闭合的时间的计算机控制，所述计算机还能够控制所述阀31的提升高度。应指出，排气阀致动器32可在复位弹簧或连控轨道的情况下是机械的、是电动的、电动机械的、液压的、液压机械的、气动的、液压气动的或总体而言本领域技术人员已知的任何类型。

应指出，根据针对根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1所选择的实施方案，进气计量阀24和/或排气阀31可以是实心的或空心的。在后一种情况下，所述阀24、31可含有或可不含有液体或热传递盐。所述阀24、31另外可由具有或不具有强化的一个或多个任何等级的钢件和/或陶瓷制成。如果所述阀24、31是空心的，则它可设计为尽可能地轻的，即具有对于所述阀24、31的刚度和寿命而言可容许的限度下的钢厚度。

最后，如可在图1至图3中所看到的，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1包括至少一个发动机出口管线33，所述出口管线33放置在低压再生管线7的第二端部34的延长部分中，或者与所述第二端部34组合以便与后者形成仅单件。

应指出，如果根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1具有至少一个往复式活塞类型压缩机2，则所述发动机1所包括的膨胀气缸13和所述压缩机2可连接至同一功率输出轴17，并且在后者周围以直线、以“V”形、平坦形或星形、或者以可应用于常规往复式活塞类型发动机或压缩机的任何其他架构布置，以便使传递-膨胀和再生热力发动机1的占地面积、比例或振动排放最佳化。

如图1和图2所示，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的发动机2可以是两级的并且包括低压压缩机35，所述低压压缩机35的出口通过中间压缩机冷却器37连接到高压压缩机36的入口(本身是常见的)，所述中间压缩机冷却器37依次将离开低压压缩机35的气体冷却，将热量驱散到大气或比所述气体更冷的任何其他环境中，并且之后它们进气到高压压缩机36的入口中。应指出，如果低压压缩机35是往复式活塞类型，则其气缸至少可由空气或由水冷却。

图1至图3还示出功率输出轴17-根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的一个具体实施方案-可驱动压缩机2进行旋转。指出了这可直接地或通过多速度或连续变速传动装置完成。

如图3所示，压缩机入口管线3可具有水注射器56，所述水注射器56可在所述管线3中循环的气体被引入吸入-递送室58中之前将液态水57喷射在所述气体中，所述吸入-递送室58由抽吸所述气体的压缩机2限定，所述水注射器56是技术人员已知的任何类型并且由水泵62供给有液态水57或者由任何给定类型的液体泵供给有任何其他液体诸如油或其他烃。

作为另一种变体，应指出压缩机2可限定水注射器56所排空至其中的吸入-递送室58，所述水注射器56可在引入到所述室58中的气体通过压缩机入口管线3由所述压缩机2抽吸之后将液态水57喷射在所述气体中。应指出，水注射器56可以是技术人员已知的任何类型，并且其可由水泵62供给有液态水57或者由任何给定类型的液体泵供给有任何其他液体诸如油或其他烃。

在提供水注射器56的情况下，图3示出压缩机出口管线4可具有空气/水分离器59，所述空气/水分离器59回收存在于在所述出口管线4中由压缩机2递送的气体中的液态水57，并且将所述水57存储在液态水回收槽61中。应指出，空气/水分离器59可以是例如离心或旋风类型或技术人员已知的任何其他类型。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的另一个变体，再次在图3中示出，发动机出口管线33可具有离开低压再生管线7的气体行进到其中的冷凝气体干燥器60，所述干燥器60的内壁通过任何可能的冷源维持在相对低的温度下，使得在所述气体扫过所述壁时，所述壁将其冷却，所述气体中所含的蒸汽的大部分然后冷凝以形成液态水57，所述液态水57沿所述壁慢慢流淌以回收在冷凝水槽63中。

应指出，如果冷源是环境大气空气，则冷凝气体干燥器60可主要由集成冷凝水槽63或连接到其的空气/空气冷凝交换器64构成，同时所述环境空气可通过冷凝交换器风扇65迫使穿过所述交换器64。

图3还示出压缩机2可具有压缩机进气计量阀66，所述阀66的打开和闭合由压缩机进气计量阀致动器67控制，所述阀66打开以将压缩机入口管线3连接到由压缩机2限定的吸入-递送室58。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的此具体构型，压缩机进气计量阀致动器67可调节由压缩机2在所述压缩机2的进气循环过程中(所述计量阀66的闭合或多或少地较早)或在所述压缩机2的压缩循环过程中(所述计量阀66的闭合或多或少地较晚)所进气的空气的量。

作为图1至图3所表示的变体，高压再生管线6和低压再生管线7可在其全部或一些长度上并排放置，高压再生管线6中所含的气体的循环方向与低压再生管线7中所含的气体的循环方向相反，两条所述管线6、7构成逆流热交换器41(本身是常见的)，所述逆流热交换器41可由管、堆叠板或技术人员已知的且可应用于此类型的交换器的任何其他布置构成。

还指出，在图1和图3中，热源12可以是由燃料注射器39和燃烧室40构成的燃烧器38，所述燃料是液态的或气态的，并且燃烧室是技术人员已知的任何类型。

图2示出热源12可由初级热交换器46形成的变体，所述初级热交换器46从通用热源47吸取热量以将所述热量直接地或通过次级热传输回路48传递给在高压再生器出口管线9中循环的气体，通用热源47-作为非限制性实例-由化石或可再生来源的烃的燃烧、或氢气的燃烧或核反应产生。

应指出，次级热传输回路48可通过任何性质的热传递剂携带热量，包括熔化的盐或液态金属。有利地，初级热交换器46的至少一部分可以是逆流类型。

还应指出，如果传递-膨胀和再生热力发动机1具有初级热交换器46，则它可在闭合回路中操作。在此情况下，由发动机出口管线33排弃的气体在交换器中冷却，通过所述交换器，所述气体在再次被压缩机2抽吸之前将其热量的大部分转移至任何给定性质的冷源。优选地旨在针对固定式应用的此构型具体地避免再生热交换器的任何积垢，使得其保持最高可能的效率。此构型还使得可能选择非氧化的中性且化学稳定的气体诸如氮气或二氧化碳，或选择其物理特性比大气空气对于根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的效率是潜在地更有利的气体。

图1示出膨胀气缸盖14可具有封闭连接传递-膨胀室16和热气进气管线19的管线的压力平衡阀49，所述阀49在传递-膨胀室16中主导的压力大于热气进气管线19中主导的压力的情况下打开，使得气体从所述室16传到所述管线19，否则所述阀49闭合，使得所述气体不能从所述管线19通过所述阀49传到所述室16。

应指出，在图3中，传递-膨胀室16可包括可将液态的、气态的或先前粉碎的固态燃料注射到所述室16中的至少一个温度维持燃料注射器140，并且这是为了暂时提高通过进气计量阀24进气到所述室16中的热气在所述气体进气到所述室16中时的温度。

此第一策略的结果是增加根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的效率。

作为对所述第一策略的替代方案或补充，温度维持燃料注射器140可在进气计量阀24闭合之后将燃料注射到传递-膨胀室16中，以补偿所述气体在其一些或全部膨胀过程中温度的一些或全部下降。

此第二策略的结果是所述气体在其一些或全部膨胀过程中保持其膨胀开始温度，这增加传递-膨胀和再生热力发动机1的效率。

再次在图3中，应指出，传递-膨胀室16可包括至少一个抗NOx水注射器141，所述水注射器141可将制冷剂液体-诸如水-注射到所述室16中，以便将所述室16中所含的热气的最大温度保持在某一阈值的这一侧，尤其是在排气冲程结束时所述气体的再压缩过程中。

制冷剂液体的此简短注射使得可能减少污染物并且尤其是由根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1产生的氮氧化物的量。

看到在图2至图5中，膨胀活塞15可通过穿过膨胀气缸盖14的膨胀活塞杆68连接到机械传动装置18，在所述杆68与所述气缸盖14之间通过杆密封装置69产生密封，所述杆密封装置69可至少包括垫圈、区段、环或技术人员已知的任何其他密封装置。

图22指定杆密封装置69可包括上部杆密封件70和下部杆密封件71，所述上部杆密封件70和所述下部杆密封件71充分间隔开以形成-在两个所述密封件70、71之间-油循环室72，冷却-润滑油供给管线73排空至所述油循环室72中并且冷却-润滑油出口管线74从所述油循环室72中退出。

这样设计之后，杆密封装置69使通过油循环室72在冷却-润滑油供给管线73与冷却-润滑油出口管线74之间循环的油一方面提供膨胀活塞杆68与两个所述密封件70、71之间的润滑，并且另一方面提供膨胀活塞杆68的冷却。

指出了上部杆密封件70和/或下部杆密封件71可具体地由一个切段或切口是角度交错的两个叠加的切段形成，同时膨胀活塞杆68的外表面可具备呈双螺旋形式的微小深度的划痕，从而形成一系列的油储器或流体动力学浮动表面。

在图22中，指出了构成上部杆密封件70的区段可通过区段分隔弹簧75与构成下部杆密封件71的区段保持一定距离，所述区段分隔弹簧75同样被设计成-尤其是因为它包括孔或通路-使组织在冷却-润滑油供给管线73与冷却-润滑油出口管线74之间的冷却和润滑油流穿过。

应指出-如图21所示，杆密封装置69还可应用到压力供给管道128，以便在后者与膨胀气缸盖14或与所述管道128所穿过的压力室130的镗孔之间产生密封，并且确保所述管道128的冷却。

图21示出杆密封装置69可与嵌入在油循环室72内侧或外侧的杆导向轴环76配合，所述轴环76由青铜或惯常用于进行减摩作用和/或制造流体动力学轴环或轴承的任何其他材料制成，并且所述轴环76确保膨胀活塞杆68在膨胀活塞盖14中的径向导向。

另外指出了杆密封装置69在其应用到压力供给管道128时优选地具备杆导向轴环76，同时膨胀活塞杆68的径向导向可由十字头44间接地提供。

在图2至图5中，指出了根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的机械传动装置18可由连杆42形成，所述连杆42的一个端部直接地或间接地活接在膨胀活塞15中，并且其另一个端部围绕与功率输出轴17集成的曲柄43活接。

应指出，如果膨胀气缸13与膨胀活塞15限定两个传递-膨胀室16，则连杆可通过与所述活塞15集成的十字头44活接在膨胀活塞15中，并且相对于发动机曲轴箱45平移地引导。十字头44然后可以是在导向圆柱体中滑动的圆柱形导向活塞，或者具有与设置在发动机曲轴箱45中或上的轨道或导向器配合的任何其他形状。

图6示出根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的进气计量阀24和/或排气阀31可在嵌入在膨胀气缸盖14中的阀壳50中直接地或间接地引导，所述阀壳50具有所述阀24、31可安置在其上以形成密封的座部，同时所述座部和/或阀壳50的引导所述阀24、31的部分通过热传递剂在其中循环的阀冷却回路51冷却。应指出，在图6中，所述阀24、31、阀壳50以及计量阀致动器25或排气阀致动器32可构成安装在膨胀气缸盖14中的预先制成的筒状物52。

图5和图11至图20示出总体上，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的膨胀活塞15可具有活塞密封装置53，所述活塞密封装置53在所述活塞15与膨胀气缸13之间产生最完美可能的密封，并且可由至少一个切段和/或密封环构成，无论所述区段和/或所述环的材料和几何形状如何。

更具体地，图5和图11至图20示出根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的活塞密封装置53可包括至少一个连续穿孔环105，所述环105具有内圆柱环表面106、外圆柱环表面107和两个轴向环表面108，所述环105嵌入在设置在膨胀活塞15中的至少一个环形槽109中，同时所述环105可在环形槽109中径向移动而不能从其中退出。还应指出，环形槽109可直接地或间接地维持与膨胀活塞15轴向集成的连续穿孔环105。

在此情况下，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的活塞密封装置53具有环密封装置110，所述环密封装置110在环的轴向表面108与环形槽109之间提供密封，使得后者与连续穿孔环105限定压力分布室119。应指出，环密封装置110可包括O形环132、唇缘密封件、复合材料密封件或任何已知的密封区段或垫圈，无论其材料或几何形状如何。还应指出，面对环形槽109的内圆柱环表面106或外圆柱环表面107可具有非圆柱旋转表面，使得连续穿孔环105的每一个厚度变化在其轴向长度上是可能的，所述环105是通过磨光或冲压而变形的简单圆形片或通过辊压、通过任何给定的切割或矫直工具或通过技术人员已知的任何其他电化学或其他加工方法制成的工件。

再次在根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的图5和图11至图20所示的且基于至少一个连续穿孔环105的活塞密封装置53的构型中，至少一个校准孔111完全穿过连续穿孔环105的径向厚度，所述孔111的第一端部突出到内圆柱环表面106上，同时所述孔111的第二端部突出到外圆柱环表面107上。

所述活塞密封装置53还包括加压环流113从其流出的至少一个加压流体源112，所述流体源112的出口通过压力传递回路114连接到压力分布室119，使得环流113在内圆柱环表面106上施加压力。应指出，环流113所经受的压力总是大于传递-膨胀室16中主导的压力。作为前述的结果，连续穿孔环105的直径在环流113的压力的作用下由于所述环105的弹性而增加，使得外圆柱环表面107倾向于更接近膨胀气缸13。

还应指出，校准孔111的直径被计算成使得将来自加压流体源112的环流113的流量考虑在内，所述环流113施加在内圆柱环表面106上的压力总是保持大于传递-膨胀室16中主导的压力。应指出，加压流体源112可以是活塞的、轮叶的、螺杆的、离心的或技术人员已知的任何类型的或本身是常见的任何类型的气动流体压缩机120。气动流体压缩机120可与常见的蓄压器配合或不与其配合。应指出，细网环流过滤器138可安装在气动流体压缩机120的上游或下游，以便在环流113被引入到压力分布室119中之前从所述环流113中移除大于某一大小的任何颗粒。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的如图5和图11至图20所示的基于至少一个连续穿孔环105的活塞密封装置53，所述装置53包括至少一个反压力腔115，所述反压力腔115是轴向无孔的并且从内圆柱环表面107挖空，校准孔111排空至所述反压力腔115中，同时外圆柱环表面107的没有被所述腔115占据的表面构成气垫浮动表面116。

应指出，反压力腔115的程度可以是从最小(即等同于校准孔111的出口的非零半径)至最大(即仅大体上小于接收所述腔115的外圆柱环表面107的尺寸)的任何给定尺寸。指定了膨胀活塞15可在环形槽109的附近具有将所述附近连接到传递-膨胀室16的减压槽或狭槽或任何其他内通道或任何类型的表面。

图11至图20示出根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的活塞密封装置53可具备反压力腔115，所述反压力腔115包括或多或少位于外圆柱环表面107的轴向长度中心上的微小厚度的反压力槽117，所述反压力槽117形成在所述外圆柱环表面107的整个圆周上，与所述反压力槽117相邻的每个环形表面构成气垫浮动表面116。

在图13至图20中，看到校准孔111可通过从反压力腔115的底部挖空的压力分布室125突出到所述反压力腔115中。

在相同的图13至图20中，指出了压力分布腔125可包括或多或少位于外圆柱环表面107的轴向长度中心上的压力分布槽126，所述压力分布槽126形成在所述外圆柱环表面107的整个圆周上。

图15和图16示出接收反压力腔115的外圆柱环表面107或内圆柱环表面106的两个轴向槽缘中的至少一个可在边缘板余隙118中终止，所述边缘板余隙118使压力分布室119中所含的环流113的压力在邻接所述边缘板余隙118的气垫浮动表面116上施加局部更高的力。

在图15和图16中，还看到环密封装置110可由环形密封唇缘121制成，所述环形密封唇缘121一方面与连续穿孔环105集成，并且另一方面与环形槽109的内侧或凸缘建立紧密接触，所述密封唇缘121安装或附接到连续穿孔环105或由与所述环105相同的材料片制成。可替代地，环形密封唇缘121可一方面与环形槽109集成，并且另一方面与连续穿孔环105建立紧密接触。在此情况下，所述唇缘121可安装或附接在环形槽109中或在后者的凸缘上，或者由与所述槽109相同的材料片制成。

作为根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的图17和图18所示的活塞密封装置53的变体，环密封装置110可包括设置在连续穿孔环105的轴向端部中的至少一个附近的较薄轴向部分139，所述部分139以紧密方式与环形槽109集成，并且是足够柔性的以允许连续穿孔环105的直径关于所述槽109的直径增加或下降。应指出，较薄轴向部分139被设计成使得构成其的材料没有生成环流113的压力或与所述材料的疲劳强度限度不相容的重复力的风险。

图12另一方面示出连续穿孔环105可由弹性材料构成，并且包括倾向于减小所述环105的直径的至少一个周向环形弹簧123。应指出，所述弹性材料可以是压载有或没有抗磨蚀或抗摩擦颗粒的弹性体或聚合物，同时周向环形弹簧123可并入所述材料中或通过槽、座部或端部止挡件维持在后者的表面上。周向环形弹簧123可以是螺旋形的，像阀杆密封垫圈、开口环或使其完成所需功能的任何其他类型。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的活塞密封装置53的图13至图18所示的变体示出压力分布室119可容纳环流扩散装置124，所述环流扩散装置124迫使来自压力传递回路114的环流113在通过校准孔111离开之前扫过内圆柱环表面106的最大可能的表面。此布置使环流113将连续穿孔环105冷却，其中后者将其热量的一部分交出给所述流体113。

如图15和图16所示，环流扩散装置124由嵌入在环形槽106的底部处的扩散板136构成，所述板136的轴向端部中的至少一个具备扩散板的至少一个孔或横向槽137，所述扩散板136通过其轴向端部中的至少一个迫使来自压力传递回路114的环流113排空至压力分布室119中。

图12示出环形槽109可具有限制连续穿孔环105穿入到所述槽109中的径向环形端部止挡件127，所述端部止挡件127是但不限于构成环形槽109的底部的圆柱形表面、或布置在所述槽109的底部上的至少一个圆形脊部或螺柱、或设置在所述槽109的两侧中的至少一个上的至少一个斜面或凸缘。

看到在图4和图5中，压力传递回路114可由与膨胀气缸13平行并且与膨胀活塞15集成的压力供给管道128构成，所述管道128的第一端部在所述活塞15的内侧排空，同时所述管道128的第二端部通过压力室镗孔130排空至连接到加压流体源112的压力室129中，所述管道128可在所述压力室镗孔130中纵向地并且以紧密方式移动。

应指出，在压力室镗孔130中平行移动的压力供给管道128的第二端部可包括在所述镗孔130中滑动以产生密封的密封件。可替代地，压力室镗孔130可包括在压力供给管道128的所述第二端部周围滑动以提供密封的密封件。

然而，应指出，像穿过膨胀气缸盖14的膨胀活塞杆68一样，管道密封件-像图21所示的一样-可在压力供给管道128与压力室镗孔130之间产生，所述管道密封件包括上部杆密封件70和下部杆密封件71，所述上部杆密封件70和所述下部杆密封件71充分间隔开以形成-在两个所述密封件70、71之间-油循环室72，冷却-润滑油供给管线73排空至所述油循环室72中并且冷却-润滑油出口管线74从所述油循环室72中离去。

由此产生的管道密封件使通过油循环室72在冷却-润滑油供给管线73与冷却-润滑油出口管线74之间循环的油一方面确保压力供给管道128与两个所述密封件70、71之间的润滑，并且另一方面确保压力供给管道128的冷却。

在图4中，看到压力供给管道128可通过至少一个径向压力入口管线131连接到压力分布室119，所述径向压力入口管线131可在膨胀活塞15的主体中实现或其可例如通过有或没有密封和/或膨胀垫圈的管道组件附接到后者。

应指出，压力室129可通过比例压力止回阀连接到加压流体源112，所述比例压力止回阀允许环流113从所述源112行进到所述室129，但是不从所述室129行进到所述源112。此特定特征使得可能使用由压力供给管道128的第二端部的来回移动所产生的压力室129体积的变化来在膨胀活塞151在其上止点附近时增加压力分布室119中主导的压力。

图13、图14、图17和图18示出环形槽109可容纳膨胀弹簧133，所述膨胀弹簧133抵靠于所述槽109以在内圆柱环表面106上施加径向力，所述弹簧133是螺旋状的、叶状的、波浪状的或技术人员已知的任何类型。

在图13和图14中，看到膨胀弹簧133可通过接触在环形槽109与连续穿孔环105之间产生紧密性。

图13、图14、图17和图18另外示出膨胀弹簧133可具备至少一个流体扩散孔134和/或至少一个流体扩散槽135，以便与所述孔134和/或所述槽135构成环流扩散装置124。

发明运行：

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的运行通过参见图1至图22容易地理解。为了提供此运行的细节，将在此使用根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机的如图1和图2示意性地示出的示例性实施方案。所述示例性实施方案需要包括低压压缩机35和高压压缩机36的两级活塞类型压缩机，低压压缩机的出口通过中间压缩机冷却设备37连接到高压压缩机的入口。图1和图2主要通过热源12彼此区分，为了解释本发明的运行，将使用图1所示的需要燃烧器38的热源12，所述燃烧器38的燃料注射器39为燃烧室40进料。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的如图1和图2所示的示例性实施方案，低压压缩机35和高压压缩机36由呈曲柄轴形式的同一功率输出轴17驱动，同时膨胀活塞15与所述轴17之间的机械传动装置18包括连杆42，所述连杆42的一个端部通过与所述活塞15集成的十字头44活接在膨胀活塞15中，并且其另一个端部围绕与功率输出轴17集成的曲柄43活接。

应指出，低压压缩机35和高压压缩机36通过类似的方式连接到功率输出轴17。

还应注意到，在图2中，进气计量阀24打开热气进气管线的嘴部23，其通过从膨胀气缸13移开来封闭所述嘴部23，同时排气阀31打开膨胀气体排气管线的嘴部28，其通过移动更接近于所述气缸13来封闭所述嘴部28，所述阀24、31的座部分别向所述气缸13的外侧和内侧取向。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的运行的解释还将参考图4和图5，图4和图5以三维形式示出膨胀气缸13以及所述膨胀气缸13与其相互作用的不同元件，所述气缸13在图1和图2中示意性地示出。

因此，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1-在非限制性实施方案中-以以下方式运行，一旦启动并且一旦其运行稳定化：低压压缩机35就通过压缩机入口管线3吸入大气空气。所述空气的温度和压力分别是二十摄氏度和一巴绝对压力。低压压缩机35然后在十巴的压力和以二百九十摄氏度数量级计的温度下递送所述空气。在达到高压压缩机36的入口之前，所述空气在中间压缩机冷却设备37中被冷却，使得所述空气的温度再次下降到二十摄氏度附近，其压力保持在十巴下不变。此中间冷却设备提高了高压压缩机36的体积效率，并且减小了所述压缩机36在功率输出轴17上的工作损耗。

接收所述空气的高压压缩机36将其吸入并且使其过载，从而在二十巴的压力和以八十五摄氏度的数量级计的温度下将其递送到压缩机出口管线4。

然后空气由压缩机出口管线4输送到高压再生管线6中，在其中所述空气接收低压再生管线7的热量。低压再生管线7与高压再生管线6之间的热传递发生在再生热交换器5中，在此情况下所述再生热交换器41是效率特别高的逆流热交换器41。

仍然在二十巴下但是具有接近于三百摄氏度的温度的气体离开高压再生管线6，其中离开低压再生管线7的气体达到一巴的压力和以九十摄氏度数量级计的温度。

一旦从高压再生管线6中退出，在三百摄氏度下的气体进入高压再生管线9并且然后行进到燃烧器38的燃烧室40，在其中所述气体的温度在由燃料注射器39注射到所述室40中的燃料燃烧之后提高至一千一百摄氏度。这些气体的压力仍然是二十巴。

气体然后离开高压再生出口管线9并且行进到将其带到膨胀气缸13的热气进气管线19，在所述膨胀气缸13中，所述气体现在在一千一百摄氏度下并且仍然在二十巴的压力下进气。

在此阶段下，在对根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的运行的解释中，将仅描述如图2以及图4和图5所表示的位于膨胀活塞15上方的传递-膨胀室16中所发生的运行，应知道定位在所述活塞15下方的传递-膨胀室16以完全相同的方式运行。

膨胀活塞15处于下止点处时，其朝向上止点升高，从而将先前从二十巴和一千一百摄氏度膨胀至一巴和三百一十摄氏度的热气排弃到膨胀气体排气管线26中。

在膨胀活塞15到达其上止点附近时，排气阀31闭合并且将某一量的残留排气捕获在传递-膨胀室16中。所述阀31的闭合时机被设计成使得在膨胀活塞15达到其上止点时，所述气体的压力和温度分别升高至二十巴和一千一百摄氏度。因此，此时机主要取决于在膨胀活塞15达到所述上止点时其上方余留的死体积。

因此，在膨胀活塞15达到其上止点时，捕获在传递-膨胀室16中的气体的压力和温度与热气进气管线19中所含的气体的温度和压力相同。正是在此准确时机下，进气计量阀24打开并且在所述管线19与所述室16之间构建连接。为了防止由于进气计量阀24的不完美同步而引起的传递-膨胀室16中的任何过压，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的膨胀气缸盖14(涉及图1所示的变体)可具有均压阀49，一旦传递-膨胀室16中主导的压力大于热气进气管线19中主导的压力，所述均压阀49就打开。

膨胀活塞15在上止点处，进气计量阀24打开并且气体的压力和温度在热气进气管线的嘴部23的任一侧上相同时，膨胀活塞15开始朝向其下止点下降。

在这样做的时候，热气进气管线19中所含的在一千一百摄氏度和二十巴下的气体进入到传递-膨胀室16中，同时膨胀活塞15在功率输出轴17上产生第一功。在某一量的所述气体传递到传递-膨胀室16中时，进气计量阀24闭合并且所述气体的膨胀开始，使得膨胀活塞15在功率输出轴17上产生第二功。所述某一量被提供成使得在膨胀活塞15到达其下止点处时，所述气体的压力大体上等同于一巴绝对大气压，同时所述气体的温度以三百一十摄氏度的数量级计。

一旦膨胀活塞15到达下止点处，其就再次朝向上止点升高，从而通过膨胀气体排气管线的嘴部28将热气排弃，所述气体先前通过所述活塞15从二十巴和一千一百摄氏度膨胀至一巴和三百一十摄氏度。这标志着新循环的开始。

图7的压力/体积图示出传递-膨胀室16中发生的循环过程。指出了在所述图7中-如同关于图8、图9和图10的情况-膨胀活塞15的下止点指示为“PMB”，同时所述活塞15的上止点指示为“PMH”。

根据在图7中用于解释根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的运行的实例中，由膨胀活塞15产生的冲程AB在传递-膨胀室16中所含的气体的压力是一巴并且所述气体的温度是三百一十摄氏度时发生。

在冲程BC过程中，膨胀活塞15压缩通过排气阀31捕获在传递-膨胀室16中的残留排气，使得所述气体的压力和温度分别变化至二十巴和一千一百摄氏度。

冲程CD对应于热气进气管线19中所含的在一千一百摄氏度和二十巴下的气体到传递-膨胀室16的传递，同时膨胀活塞15在功率输出轴17上产生第一功。

冲程DA进而对应于先前传递到传递-膨胀室16的气体的膨胀，并且所述气体的量由进气计量阀24调节，使得在膨胀活塞15到达其上止点处时，所述气体的压力大体上等同于一巴绝对大气压。所述气体的膨胀使膨胀活塞15在功率输出轴17上产生第二功。

图8的压力/体积图进而示出进气计量阀24的不同控制策略，所述策略被提供来使根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的比扭矩最大化，并且因此使所述发动机1在恒速下的比功率最大化。

在图8所示的图中，指出了与图7的图相比，进气计量阀24的闭合“D”被延迟至“D’”标记的点。因此，在一千一百摄氏度和二十巴下的更多气体从热气进气管线19被传递到传递-膨胀室16。

此过剩气体被进气时，膨胀活塞15的冲程D’A变得不足以将所述气体膨胀至一巴绝对压力。因此，在排气阀31打开时，气体的压力仍然是例如三巴，同时其温度仍然是五百二十摄氏度。另一方面，气体的功面积显著增加，尽管是以根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1效率的大量下降为代价。

应指出，在图8中，与图7所示的那些相对应的冲程相比，冲程AB和BC保持不变。

还指出，在打开排气阀31时，如在图8中所提供的由膨胀的截短而产生的过量气体温度主要通过再生热交换器5进行再循环以使从高压压缩机36接收的气体过热。因此，所述过剩相应地减少燃烧器38需要产生来提高在一千一百摄氏度下的接着的循环中所涉及气体的温度的热量。

对于由于所述截短而没有恢复的驱动能量，其是损失掉的。

图9的压力/体积图进而示出进气计量阀24和排气阀31的另一个控制策略。所述变体此次被提供来减小根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的比扭矩，并且因此减小所述热力发动机1对于相同速度的比功率。它可被证明在许多使用情况下对于调控所述发动机1的功率降低是有用的。

在图9的所述图中，指出了与图7的图相比，进气计量阀24的闭合时机“D”被提前至“D’”标记的点。因此，在一千一百摄氏度和二十巴下的更少气体从热气进气管线19被传递到传递-膨胀室16。

进气气体的此不足的结果是膨胀活塞15将上至指示为“PMB”的气体膨胀至小于一巴绝对压力。因此，图9所解释的策略需要膨胀活塞15对所述气体进行再压缩，直至其压力是一巴绝对压力并且以三百摄氏度的数量级计。再压缩之前的此膨胀在图9中被指示为“DC”。对气体的再压缩在排气阀31在与同一图9中指示的点“A”相比极大地延迟的“A’”标记的点处打开时发生，这使人联想到图7所示的所述阀31的打开时机。

如指出的，在图9中，气体的功面积与图7所示的相比显著地减小而没有丧失根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的指示效率。

应指出，为了有效服务于图9所示出的策略，压缩机2必须通过压缩机管线3吸入更少的大气空气。为此，如图3所示，所述压缩机2可具有压缩机进气计量阀66，其打开和闭合由压缩机进气计量阀致动器67控制以便进气更多或更少的大气空气。

作为图1所示的替代方案，可在压缩机入口管线3上提供调节进气空气的节气门142来调节压缩机2的进气压力。

图10所示的另一个策略在于限制或甚至废除气体在其膨胀过程中的温度下降，以便使传递-膨胀和再生热力发动机1的效率最大化。此策略需要使用温度维持燃料注射器140，其喷嘴流入到传递-膨胀室16中。

如应指出的，所述图10的气体的功面积在表面上与图7的功面积相当。即使如此，还指出与图7的图相比，进气计量阀24的闭合时机“D”被提前至“D’”标记的点。这意味着压缩机2做了更少的功来得到与膨胀活塞15所产生的相当的功。

指出了此策略可在不必增加气体的最大温度的情况下使用，所述最大温度保持在一千一百摄氏度下。为了实现此结果，一旦进气计量阀24依照“D’”标记的点闭合，温度维持燃料注射器140就在热气的膨胀过程中将燃料注射到热气中，所述燃料在与所述热气接触之后瞬时被点火，另外后者仍然富含氧。

所述燃料的流量被计算成例如使得所述气体的温度保持在一千一百摄氏度附近，虽然所述气体在如图10中指示为“DI”的整个注射过程中具有膨胀。

如图10中指示为“FI”的注射的结束被计算成使得将被设计来接收这些气体的再生热交换器的热力发动机械强度考虑在内，气体在膨胀结束时的温度保持是可接受的-例如六百摄氏度。

指出了图10所示的策略必然在冲程BC结束时使气体的温度达到大于一千一百摄氏度。将此考虑在内并且为了防止过量的氮氧化物形成，传递-膨胀室16可具有-除温度维持燃料注射器140以外-抗NOx水注射器141，所述抗NOx水注射器141可将水注射到所述室16中，以便将所述室16中所含的热气温度维持在大量氮氧化物形成的阈值以下。

注意到，因为高于一千一百摄氏度的温度仅在冲程BC结束时存在非常短的持续时间，所以所述温度对于膨胀气缸13、膨胀气缸盖14或膨胀活塞15的热力发动机械强度不具有显著影响。

如可容易地想象的，使用温度维持燃料注射器140的另一个方式是在通过进气计量阀24进气到传递-膨胀室16中的热气进气到所述室16中时暂时提高所述气体的温度。在图7中，这体现为在冲程CD过程中发生的燃料注射。此策略的结果是增加根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的效率而不危及其主要部件的热力发动机械强度，进而会产生氮氧化物含量潜在地升高的排气。

在此情况下，膨胀气体排气管线26可包括例如对尿素的用于氮氧化物的后处理的催化剂(未示出)，所述尿素有利地具有升高的温度以减少所述氧化物。

应指出，为了传递-膨胀和再生热力发动机1的最佳功效，高压再生出口管线9、热气进气管线19、膨胀气缸13以及膨胀气缸盖14的内壁的温度类似于这些各种元件9、19、13以及14中所含的热气的温度。这使得可能以几乎绝热的方式操作图7所示的循环。为此，所述元件由例如基于矾土、锆石或碳化硅的陶瓷制成。此外，如图6所示，进气计量阀24和排气阀31以及其相应的座部和导向器通过热传递剂在其中循环的阀冷却回路51局部地冷却。

一旦循环进行，从而使膨胀活塞15在功率输出轴17上提供所需的功，由所述活塞15排弃到膨胀气体排气管线26中的气体达到再生热交换器5的低压再生管线7。在此管线7中，所述气体将其热量的一部分交出给在高压再生管线6中循环的空气。因此，所述气体的温度降至约九十摄氏度，同时其压力保持在约一巴绝对压力下不变。所述气体然后被释放到大气中。

应观察到，为了给予根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1最好可能的功效，从高压压缩机的出口至发动机出口管线33，组成所述发动机1的各种热元件和管线可涂覆有限制热损失的隔热材料和/或结构。作为非限制性实例，所述材料可以是技术人员已知的任何耐火和等温类型，同时所述结构可呈至少热屏蔽体的形状。

此外，应指出给予根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1有效的且持久的运行的活塞密封装置53-尤其是在包括连续穿孔环105时-的决定性作用，因为实际上它对于在最好可能的操作条件下保证膨胀活塞15与膨胀气缸13之间的最好可能的紧密性是重要的。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的所述活塞密封装置53的运行通过参见图19和图20是具体地可理解的，所述图19和图20仅作为例示和教导包括O形环132的环密封装置110示出。

应指出，在所述图19和图20中，由圆圈包围的符号“+”和“-”被添加来示出一方面压力分布室119中主导的压力与另一方面压力分布槽126、反压力槽117以及传递-膨胀室16中主导的压力之间的差异。

假定传递-膨胀室16中主导的最大压力是二十巴，同时加压流体源112产生最大压力是四十巴的环流113的流量。这些压力值作为例示给出并且不以任何方式限制可由技术人员所采取的、设计根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1中所涉及的压力变体。

应指出，在图1和图2中，根据在此所表示的根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的具体示例性实施方案，加压流体源112是通过功率输出轴17驱动的活塞类型气动流体压缩机120。有利地，低压压缩机35的活塞和高压压缩机36的活塞同等地装备有与膨胀活塞15的那些类似的密封装置，因此所述装置自身利用加压流体源112。应指出，在所述图1和图2中，为在低压压缩机35的活塞的密封中配合的压力室129进料的加压流体源112正是高压压缩机36，同时活塞类型气动流体压缩机120为在高压压缩机36的活塞和膨胀活塞15的密封中配合的压力室129进料。

还应注意到，在图1和图2中，气动流体压缩机120的入口通过环流冷却器54并且然后通过环流过滤器138连接到高压压缩机36的出口。在这些相同的图1和图2中，指出了气动流体压缩机120的出口直接地连接到在高压压缩机36的活塞的密封中配合的压力室129，同时所述出口可直接地或根据环流温度调节器55的位置通过环流冷却器54连接到在膨胀活塞15的活塞的密封中配合的压力室129。因此，环流温度调节器55使得可能调节环流113的温度，所述环流113被引入到在膨胀活塞15的活塞的密封中配合的压力室129中。

图19示出根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的所述活塞密封装置53，此时加压流体源112正开始输出环流113，并且压力分布室119的压力正开始上升。假定在此阶段下，传递-膨胀室16中主导的压力仍然仅是一巴绝对压力。

指出了，在压力分布室119具体地由于O形环132而使得紧密时，环流113除校准孔111外没有其他出口来从所述室119逸出。在根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的如图19所示的所述活塞密封装置53的操作阶段中，来自加压流体源112的环流113的完全流量还未建立，使得压力分布室119中主导的压力仅是十巴。指出了虽然加压流体源112还未产生四十巴的压力，但是连续穿孔环105开始鼓胀，即使存在环流113通过校准孔111的泄漏，这是因为压力分布室119中主导的压力大于压力分布槽126、反压力槽117以及传递-膨胀室16中主导的压力。连续穿孔环105的鼓胀通过虚线箭头表现。通过校准孔111逸出的环流113的流量分别通过压力分布槽126、分压力槽117以及由膨胀活塞15与膨胀气缸13之间的游隙形成的间隙返回传递-膨胀室16。

应指出，校准孔111和由加压流体源112生成的环流113的流量的横截面被计算成使得四十巴的压力-在其由所述源112有效地产生时-可在压力分布室119中维持，虽然环流113通过校准孔111逸出。这归结为，如果没有障碍物限制连续穿孔环105的鼓胀，则后者接收由加压流体源112产生的足够流量的环流113，以鼓胀至如其是完美地紧密的状态，即鼓胀至如其不具有校准孔111的状态。

连续穿孔环105的径向厚度自身计算成使得-将制成所述环105的材料的弹性考虑在内-在四十巴的压力施加到内圆柱环表面106时，连续穿孔环105的外径至少等于(如果不大于的话)膨胀气缸13的内径。

随着压力分布室119中的压力逐渐上升，连续穿孔环105的直径增加，直至气垫浮动表面116在距离膨胀气缸13的壁非常微小的距离处为止。这是图20所示出的情况。

在根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的所述活塞密封装置53的运行的此阶段下，在气垫浮动表面116与膨胀气缸13之间产生显著的压头损失，所述损失抵抗环流113的通过。因此，压力分布槽126和反压力槽117中主导的压力增加至接近于压力分布室119中主导的压力的点。结果是所述室119中主导的压力不再在连续穿孔环105(除气垫浮动表面116的区域之外)上施加径向力。在此之后，由于给予其弹簧特性并且使其具有对鼓胀的抵抗力的弹性，连续穿孔环105收缩，这具有一方面减小气垫浮动表面116与膨胀气缸13之间的压头损失，并且另一方面减小压力分布槽126和反压力槽117中主导的压力的作用，这致使连续穿孔环105再次鼓胀。

如可确认的，一方面由连续穿孔环105的刚性和抵抗所述连续穿孔环105的鼓胀而产生的收紧力，以及另一方面在气垫浮动表面116与膨胀气缸13之间产生的压头损失导致连续穿孔环105的相对不稳定的状态。实际上，在此环105的直径增加时，导致所述直径增加的情况消失，而在所述环105的直径减小时，导致所述增加的情况再次出现。

这种情形的结果是气垫浮动表面116别无选择而只能采用在距离膨胀气缸13非常短的距离处的中间相对稳定的位置。所述距离根据以下各项得出：膨胀活塞15与膨胀气缸13之间的初始游隙、压力分布室119中主导的压力、连续穿孔环105的刚性、以及与暴露于环流113的压力的内圆柱环表面106的总轴向长度有关的气垫浮动表面116的总轴向长度。所述距离还根据自身构成另外的压头损失的反压力槽117的深度得出。

根据在此所考虑的示例性运行，一旦四十巴的压力在压力分布室119中建立，气垫浮动表面116与膨胀气缸13之间的距离就以几微米计、或以一微米或甚至零点几微米的数量级计。正是与仍然从反压力腔115行进到传递-膨胀室16并且不反向的环流113的流量组合的此短距离产生膨胀活塞15与膨胀气缸13之间的优异的密封。

应指出，将根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的所述活塞密封装置53的特定运行模式考虑在内，连续穿孔环105具有变得在膨胀气缸13中位于中心并且使其自身适应于所述13的圆形度或圆柱度的缺陷的自然倾向。实际上，连续穿孔环105的位置由第一由于其刚性而引起的所述环105的总体收紧力与第二施加在连续穿孔环105的外缘和轴向长度的每个点处的局部径向力之间的平衡得出，所述力由气垫浮动表面116与膨胀气缸13之间的空气动力学相互作用产生。

还应指出，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的所述活塞密封装置53能在其设计中实现各种调整。例如，在所有其他条件同等时，校准孔111的横截面的尺寸具体地决定气垫浮动表面116与膨胀气缸13之间保留的距离，所述距离因此由连续穿孔环105的具体地取决于其厚度的刚性调节。

根据刚才所述的运行，容易地推断出由加压流体源112生成的压力总是大于传递-膨胀室16中主导的压力是重要的。这不排除-在足够长的时间标度上-将由加压流体源112生成的压力适配为传递-膨胀室16中发生的最大压力的可能性。然而，应指出，如果压力室129具有比例压力止回阀140，则压力分布室119中主导的压力可像传递-膨胀室16中主导的压力一样在非常短的时间标度内变化。可例如在根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的接收所述活塞密封装置53的膨胀活塞15与膨胀气缸13仅限定单个传递-膨胀室16的情况下采取此策略。

因此，应理解，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的所述活塞密封装置53构成了在膨胀活塞15与膨胀气缸13之间产生有效的且持久的密封的稳健解决方案。

实际上，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1需要膨胀气缸13和膨胀活塞15的操作温度以一千摄氏度或更大的数量级计。在此温度下，不能使用区段或环的任何种类的油润滑。此外，无论制造所述气缸13和所述活塞15所使用的材料如何，是基于矾土、锆石或碳化硅的陶瓷或是任何其他材料，在此温度下，所述气缸13与密封区段或垫圈之间的任何接触是可能的。

即使如此，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的所述活塞密封装置53事实上与此类操作条件是兼容的。实际上，连续穿孔环105从不触碰膨胀气缸13，因为它通过环流113的膜与后者分开，所述膜可以是-作为非限制性实例-大气空气。此外，连续穿孔环105通过穿过其并且扫过内圆柱环表面106和外圆柱环表面107的环流113的流量来不断地冷却。应记住，为了帮助此冷却，压力分布室119可容纳环流扩散装置124，诸如图13至图18所示的那些环流扩散装置。所述冷却具体地允许在不超过具有所需机械强度的钢的退火温度的情况下使用由此钢制成的连续穿孔环105，所述退火温度仅是几百摄氏度。在达到大于一千摄氏度的由陶瓷制成的膨胀气缸13中使用达到几百度的由钢制成的连续穿孔环105另外能在良好条件下控制所述环105与所述气缸13之间的功能性游隙，这容易地通过计算证明。这具体地是由于钢的膨胀系数引起的，其大于陶瓷的膨胀系数，不论所述钢是否覆盖有防止其氧化的层。

还指出，作为其必然结果，连续穿孔环105的冷却具有环流113的局部加热。这一方面允许将所述流体113的体积流量甚至增加至质量流量，并且另一方面增加所述流体113的黏度并且因此增加其浮力，如果例如所述流体113由大气空气组成的话。这有利地允许减小由加压流体源112产生的环流113的流量，同时允许根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的活塞密封装置53在所需的条件下运行。还指出，可能在将环流113引入到压力室129中之前调节其温度，这使得可能调节连续穿孔环105的操作温度并且因此调节所述环105与膨胀气缸13之间的功能性游隙。

还应指出，在气垫浮动表面116与膨胀气缸13之间流动的环流113的流量确保对后者的永久清洁。因此，每一种颗粒和残留物不能粘着到膨胀气缸13。此外，来自传递-膨胀室16的颗粒不可能在气垫浮动表面116与膨胀气缸13之间穿行，因为所述室16中气体的压力小于压力分布室119中主导的压力。还应指出，为了保证气垫浮动表面116的最佳运行，如图1和图2所示，可能提供环流过滤器138，所述环流过滤器138在环流113被引入到压力分布室119中之前清理掉所述流体113的直径例如大于一微米的任何颗粒。

图3示出根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的一个变体，由此压缩机2不再由低压压缩机35和高压压缩机36构成，而是由单个双效活塞类型压缩机构成。然而，指出了在图3中，所述压缩机2与水注射器56配合，所述水注射器56在压缩机入口管线3中循环的气体被引入到所述压缩机2的吸入-递送室58中之前将液态水57喷射到所述气体中。

在所述气体中液态水57的此添加的结果是所述气体在等温线附近的压缩发生在吸入-递送室58中。实际上，在其压缩过程中，负载有液态水57的液滴的所述气体将其热量转移至所述液滴。因此，液态水57含在所述液滴中的部分在所述周围气体交出液态水57的对应潜热时蒸发，同时其他部分保持在液体状态并且温度上升，所述气体将液态水57的对应显热转移至所述其他部分。

此策略的结果是显著减小从功率输出轴17索取来压缩所述气体的功。对压缩有抵抗力的功的此减少转化为根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的效率增加。

一旦气体和液态水57的混合物通过压缩机出口管线4从压缩机2排弃，空气/水分离器59就被分派用于回收未蒸发的液态水57，所述未蒸发的液态水57可在液态水冷却器77中冷却之后再次被注射。

指出了液态水57在压缩机2中蒸发的部分构成了在通过膨胀活塞15膨胀之前预定在燃烧室38中达到例如一千一百摄氏度的另外的气体量。由此产生的另外的有用功同样有利于根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的效率。

应指出-再次参考图3-为了补偿液态水57在压缩机2中蒸发部分的损失，可在发动机出口管线33上提供冷凝气体干燥器60。所述干燥器60具有冷凝保持在从低压再生管线7排弃的气体中的水蒸汽的一部分的功能，所述蒸汽同时来自先前通过水注射器56喷射到压缩机入口管线3中的液态水57在压缩机2中的蒸发和烃在燃烧室40中的燃烧，所述燃烧通过将燃料的氢气与氧化剂组合来产生水，在当前的情况下并且根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的此示例性实施方案，所述氧化剂是大气氧气。

应理解，根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的如图3所示的变体-由于其相对复杂性-特别适于移动工业应用诸如船舶推进，或固定式应用诸如抽水蓄能或压缩类型发电厂。然而，进行一些小型化和足够的整合努力，所述变体也可处理重公路运输或轻公路运输，或任何其他应用而没有任何限制。

根据本发明的传递-膨胀和再生热力发动机1的可能性不限于刚才所述的应用，并且另外应理解前述说明书仅作为实例给出并且决不限制所述发明的范围，通过使用任何其他等同物替换所述执行细节，所述发明将不受到影响。

Claims (39)

1.一种传递-膨胀和再生热力发动机(1)，其特征在于其包括：

●至少一个压缩机(2)，所述至少一个压缩机(2)能够在某一压力下通过压缩机入口管线(3)抽吸气体并且在更大的压力下在压缩机出口管线(4)中将其驱出；

●至少一个再生热交换器(5)，所述至少一个再生热交换器(5)包括至少一个高压再生管线(6)和至少一个低压再生管线(7)，所述高压管线(6)的第一端部(8)连接到所述压缩机出口管线(4)，同时在所述低压再生管线(7)中循环的气体可将其热量的一部分转移至在所述高压再生管线(6)中循环的气体；

●至少一个再生器高压出口管线(9)，所述至少一个再生器高压出口管线(9)具有连接到构成所述高压再生管线(6)的第二端部(11)的第一端部(10)；

●至少一个热源(12)，所述至少一个热源(12)放置在所述再生器高压出口管线(9)的任何给定位置中，并且可使在所述管线(9)中循环的气体过热；

●至少一个膨胀气缸(13)，所述至少一个膨胀气缸(13)的至少一个端部由集成在所述气缸(13)中或附接到所述气缸(13)的膨胀气缸盖(14)闭合，所述气缸(13)容纳膨胀活塞(15)，所述气缸(13)与其产生紧密性以形成具有可变体积的传递-膨胀室(16)，所述活塞(15)能够在所述气缸(13)中移动并且通过机械传动装置(18)直接地或间接地连接到功率输出轴(17)，以便在所述活塞(15)在所述膨胀气缸(13)中执行往复式运动时将连续旋转运动赋予所述轴(17)；

●用于热气的至少一个进气管线(19)，所述至少一个进气管线(19)具有连接到构成所述再生器高压出口管线(9)的第二端部(21)的第一端部(20)，所述进气管线(19)具有通过所述热气进气管线的嘴部(23)穿过所述膨胀气缸盖(14)以排空至所述膨胀气缸(13)中的第二端部(22)；

●至少一个进气计量阀(24)，所述至少一个进气计量阀(24)由计量阀致动器(25)操纵，所述阀(24)能够打开或封闭所述热气进气管线的所述嘴部(23)；

●用于所述膨胀气体的至少一个排气管线(26)，所述至少一个排气管线(26)具有通过所述膨胀气体排气管线的嘴部(28)穿过所述膨胀气缸盖(14)以排空至所述膨胀气缸(13)中的第一端部(27)，所述排气管线(26)还具有连接到构成所述低压再生管线(7)的第一端部(30)的第二端部(29)；

●至少一个排气阀(31)，所述至少一个排气阀(31)由排气阀致动器(32)操纵，所述阀(31)能够打开或封闭所述膨胀气体排气管线的所述嘴部(28)；

●至少一个发动机出口管线(33)，所述至少一个发动机出口管线(33)放置在构成所述低压再生管线(7)的第二端部(34)的延长部分中，或者与所述第二端部(34)组合以与后者构成单件。

2.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压缩机(2)是两级的并且包括低压压缩机(35)，所述低压压缩机(35)的出口通过中间压缩机冷却器(37)连接到高压压缩机(36)的入口。

3.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述功率输出轴(17)驱动所述压缩机(2)进行旋转。

4.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压缩机入口管线(3)具有水注射器(56)，所述水注射器(56)可在所述管线(3)中循环的气体进气到吸入-递送室(58)中之前将液态水(57)喷射到所述气体中，所述吸入-递送室(58)由抽吸所述气体的所述压缩机(2)限定。

5.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压缩机(2)限定水注射器(56)在其中排空的吸入-递送室(58)，所述水注射器(56)能够在进气到所述室(58)中的气体通过所述压缩机入口管线(3)由所述压缩机(2)抽吸之后将液态水(57)喷射到所述气体中。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压缩机出口管线(4)具有空气/水分离器(59)。

7.根据权利要求4或5中任一项所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述发动机出口管线(33)具有冷凝气体干燥器(60)。

8.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压缩机(2)具有压缩机进气计量阀(66)，所述阀(66)的打开和闭合由压缩机进气计量阀致动器(67)控制，所述阀(66)能够打开并且在所述压缩机入口管线(3)与由所述压缩机(2)限定的吸入-递送室(58)之间构建连接。

9.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述高压再生管线(6)和所述低压再生管线(7)在其全部或一些长度上并排放置，所述高压再生管线(6)中所含的气体的循环方向与所述低压再生管线(7)中所含的气体的循环方向相反，两条所述管线(6、7)构成逆流热交换器(41)。

10.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述热源(12)是由燃料注射器(39)和燃烧室(40)构成的燃烧器(38)。

11.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述热源(12)由初级热交换器(46)构成，所述初级热交换器(46)从通用热源(47)吸取热量，以便将所述热量直接地或通过次级热传输回路(48)传送到在所述高压再生器管线(9)中循环的气体。

12.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述膨胀气缸盖(14)具有均压门(49)，所述均压门(49)封闭连接所述传递-膨胀室(16)和所述热气进气管线(19)的管线或使其打开，所述门(49)在所述传递-膨胀室(16)中主导的压力大于所述热气进气管线(19)中主导的压力的情况下打开，使得所述气体从所述室(16)传到所述管线(19)，否则所述门(49)闭合，使得所述气体不能从所述管线(19)通过所述门(49)传到所述室(16)。

13.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述传递-膨胀室(16)具有至少一个温度维持燃料注射器(140)。

14.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述传递-膨胀室(16)具有至少一个抗NOx水注射器(141)。

15.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述膨胀活塞(15)通过穿过所述膨胀气缸盖(14)的膨胀活塞杆(68)连接到所述机械传动装置(18)，通过杆密封装置(69)在所述杆(68)与所述气缸盖(14)之间实现密封。

16.根据权利要求15所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述杆密封装置(69)包括上部杆密封件(70)和下部杆密封件(71)，所述上部杆密封件(70)和所述下部杆密封件(71)充分间隔开以形成-在两个所述密封件(70、71)之间-油循环室(72)，冷却和润滑油供给管线(73)在所述油循环室(72)排空并且冷却和润滑油出口管线(74)从所述油循环室(72)流出。

17.根据权利要求16所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述杆密封装置(69)与嵌入在所述油循环室(72)内侧或外侧的杆导向轴环(76)配合。

18.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述机械传动装置(18)由连杆(42)构成，所述连杆(42)的端部之一直接地或间接地活接在所述膨胀活塞(15)中，并且另一端部围绕与所述功率输出轴(17)集成的曲柄(43)活接。

19.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述进气计量阀(24)和/或所述排气阀(31)在容纳在所述膨胀气缸盖(14)中的阀壳(50)中直接地或间接地引导，所述阀壳(50)具有所述阀(24、31)可安置在其上以形成密封的座部，同时所述座部和/或所述阀壳(50)的引导所述阀(24、31)的部分通过热传递流体在其中循环的阀冷却回路(51)冷却。

20.根据权利要求1所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述膨胀活塞(15)具有活塞密封装置(53)。

21.根据权利要求20所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述活塞密封装置(53)包括：

●至少一个连续穿孔环(105)，所述至少一个连续穿孔环(105)具有内圆柱环表面(106)、外圆柱环表面(107)和两个轴向环表面(108)，所述环(105)嵌入在布置在所述膨胀活塞(15)中的至少一个环形槽(109)中，同时所述环(105)可在所述环形槽(109)中径向移动而不能从后者中退出；

●环密封装置(110)，所述环密封装置(110)在每个轴向环表面(108)与所述环形槽(109)之间产生密封，使得后者与所述连续穿孔环(105)限定通过传递回路(114)连接到加压流体源(112)的压力分布室(119)；

●至少一个校准孔(111)，所述至少一个校准孔(111)完全穿过所述连续穿孔环(105)的径向厚度；

●所述连续穿孔环(105)的至少一个气垫浮动表面(116)，所述浮动表面(116)背对所述压力分布室(119)布置。

22.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述活塞密封装置(53)包括至少一个反压力腔(115)，所述至少一个反压力腔(115)不是轴向突出的，并且在所述外圆柱环表面(107)处是挖空的，使得所述外圆柱环表面(107)的没有被所述腔(115)占据的表面构成所述气垫浮动表面(116)。

23.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述活塞密封装置(53)包括反压力腔(115)，所述反压力腔(115)由或多或少位于所述外圆柱环表面(107)的轴向长度中心上的微小厚度的反压力槽(117)构成，所述反压力槽(117)形成在所述外圆柱环表面(107)的整个圆周上。

24.根据权利要求22和23中任一项所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述校准孔(111)突出到所述反压力腔(115)中。

25.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述校准孔(111)通过在所述反压力腔(115)的底部处挖空的压力分布腔(125)突出到所述反压力腔(115)中。

26.根据权利要求25所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压力分布腔(125)由或多或少位于所述外圆柱环表面(107)的轴向长度中心上的压力分布槽(126)构成，所述压力分布槽(126)形成在所述外圆柱环表面(107)的整个圆周上。

27.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于接收所述反压力腔(115)的所述外圆柱环表面(107)或所述内圆柱环表面(106)的两个轴向边缘中的至少一个在边缘板余隙(118)中终止。

28.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述环密封装置(110)由环密封唇缘(121)构成，所述环密封唇缘(121)一方面与所述连续穿孔环(105)集成，并且另一方面与所述环形槽(109)的内侧或槽缘建立紧密接触。

29.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述环密封装置(110)由设置在所述连续穿孔环(105)的轴向端部中的至少一个附近的变薄轴向部分(139)构成，所述部分(139)以紧密方式与所述环形槽(109)集成，并且是足够柔性的以允许所述连续穿孔环(105)的直径相对于所述槽(109)的直径扩大或减小。

30.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述连续穿孔环(105)由柔性材料制成，并且包括倾向于减小所述环(105)的直径的至少一个周向环形弹簧(123)。

31.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压力分布室(119)容纳环流扩散装置(124)，所述环流扩散装置(124)迫使来自所述压力传递回路(114)的所述环流(113)在通过所述校准孔(111)逸出之前扫过所述内圆柱环表面(106)的最大可能的表面。

32.根据权利要求31所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述环流扩散装置(124)由嵌入在所述环形槽(106)的底部处的扩散板(136)构成，所述板(136)的轴向端部中的至少一个具备所述扩散板的至少一个孔或横向槽(137)，所述扩散板(136)通过其轴向端部中的至少一个迫使来自所述压力传递回路(114)的所述环流(113)排空至所述压力分布室(119)中。

33.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述环形槽(109)具有径向环形端部止挡件(127)，所述径向环形端部止挡件(127)限制所述连续穿孔环(105)穿入到所述槽(109)中。

34.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压力传递回路(114)由压力入口管道(128)构成，所述压力入口管道(128)平行于所述膨胀气缸(13)并且与所述膨胀活塞(15)集成，所述管道(128)的第一端部在所述活塞(15)的内侧排空，同时所述管道(128)的第二端部通过所述压力室(130)的镗孔排空至连接到所述加压流体源(112)的压力室(129)中，在所述镗孔中，所述管道(128)可纵向地并且以紧密的方式移位。

35.根据权利要求34所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压力入口管道(128)通过至少一个径向压力入口管线(131)连接到所述压力分布室(119)。

36.根据权利要求34所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述压力室(129)通过比例压力止回阀连接到所述加压流体源(112)，所述比例压力止回阀允许所述环流(113)从所述源(112)行进到所述室(129)，但是不从所述室(129)行进到所述源(112)。

37.根据权利要求21所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述环形槽(109)容纳膨胀弹簧(133)，所述膨胀弹簧(133)抵靠于所述槽(109)以在所述内圆柱环表面(106)上施加径向力。

38.根据权利要求37所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述膨胀弹簧(133)通过接触在所述环形槽(109)与所述连续穿孔环(105)之间产生密封。

39.根据权利要求31和37所述的传递-膨胀和再生热力发动机，其特征在于所述膨胀弹簧(133)具备至少一个流体扩散孔(134)和/或至少一个流体扩散槽(135)，以便与所述孔(134)和/或所述槽(135)构成所述环流扩散装置(124)。