專利名稱：冷氣缸非共軛熱氣機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能與動(dòng)力領(lǐng)域，尤其是一種冷氣缸非共軛熱氣機(jī)。
背景技術(shù)：
目前熱氣機(jī)，例如斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，一般包含有熱缸和冷缸，以及兩缸之間的工質(zhì)通道，氣體工質(zhì)循環(huán)在熱缸中被加熱和在冷缸中被降溫，推動(dòng)兩缸中的活塞對(duì)外輸出做功。究其根本，任何一種能夠完成熱氣機(jī)循環(huán)(斯特林循環(huán)或其他類型的循環(huán))機(jī)構(gòu)都必須具有如下兩個(gè)功能:一、使工質(zhì)在冷熱缸之間往復(fù)流通；二、使工質(zhì)發(fā)生壓縮和膨脹變化。一般說(shuō)來(lái)，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)功能的機(jī)構(gòu)有α、β、Y型斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，這些發(fā)動(dòng)機(jī)都具有兩個(gè)缸，這樣就不可避免的造成機(jī)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。為了解決這一問(wèn)題，需要發(fā)明一種由單一冷缸完成的熱氣機(jī)循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，將更有效的降低造價(jià)，提高使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下:
方案1.一種冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，包括有氣缸活塞機(jī)構(gòu)、冷卻器、回?zé)崞骱蛢?nèi)燃燃燒室，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸與所述冷卻器連通；所述冷卻器與所述回?zé)崞鬟B通；所述回?zé)崞髋c所述內(nèi)燃燃燒室連通；所述內(nèi)燃燃燒室與氧化劑源和燃料源連通；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸上、在所述冷卻器上、在所述回?zé)崞魃稀⒃谒鰵飧谆钊麢C(jī)構(gòu)的氣缸和所述冷卻器之間的連通通道上以及在所述冷卻器和所述回?zé)崞髦g的連通通道上中的至少一處設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口。方案2.在方案I的基礎(chǔ)上進(jìn)一步在所述工質(zhì)導(dǎo)出口處設(shè)控制閥。方案3.在方案I的基礎(chǔ)上進(jìn)一步還包括渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu),所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)入口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口連通。 方案4.在方案I的基礎(chǔ)上進(jìn)一步還包括冷凝器，所述冷凝器的工質(zhì)入口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口連通。方案5.在方案I的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將所述氧化劑源設(shè)為高壓的純氧或含氧的氣體源或液體源。方案6.—種冷氣缸非共軛熱氣機(jī),包括有氣缸活塞機(jī)構(gòu)、冷卻器、回?zé)崞骱图訜崞?，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸與所述冷卻器連通；所述冷卻器與所述回?zé)崞鬟B通；所述回?zé)崞髋c所述加熱器連通。方案7.在方案6的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將所述加熱器的熱源為外燃燃燒室。方案8.在方案6的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將所述加熱器設(shè)為以余熱為熱源的余熱熱交換器。方案9.在方案6的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將所述加熱器設(shè)為以太陽(yáng)能為熱源的太陽(yáng)能熱交換器。方案10.在方案3的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將還包括葉輪壓氣機(jī)，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬冷卻器與所述葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口連通，所述葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)出口與工質(zhì)閉合回路連通；在所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)的工質(zhì)出口與所述葉輪壓氣機(jī)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)附屬工質(zhì)導(dǎo)出口。方案11.在方案I的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量設(shè)為大于從工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)的質(zhì)量流量。方案12.在方案I的基礎(chǔ)上進(jìn)一步還包括氧化劑傳感器、氧化劑控制裝置和附屬氧化劑源，所述氧化劑傳感器設(shè)在工質(zhì)閉合回路內(nèi)，所述氧化劑傳感器對(duì)所述氧化劑控制裝置提供信號(hào)，所述附屬氧化劑源經(jīng)氧化劑控制閥與工質(zhì)閉合回路連通，所述氧化劑控制裝置控制所述氧化劑控制閥。方案13.在方案12的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將所述附屬氧化劑源設(shè)為高壓的純氧或含氧的氣體源或液體源。方案14.在方案I的基礎(chǔ)上進(jìn)一步還包括四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)的供氣口與所述內(nèi)燃燃燒室連通，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)的回充口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口連通。方案15.在方案I或方案6的基礎(chǔ)上進(jìn)一步還包括低溫冷源，所述低溫冷源用于提供低溫物質(zhì)，所述低溫物質(zhì)用于冷卻所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)中或即將進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)。方案16.在方案I或方案6的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)設(shè)為活塞液體機(jī)構(gòu)，所述活塞液體機(jī)構(gòu)包括氣液缸和氣液隔離結(jié)構(gòu)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)設(shè)在所述氣液缸內(nèi)。方案17.在方案16的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力設(shè)為大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和。本發(fā)明中，所謂的“渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)”是指一切利用氣體流動(dòng)膨脹對(duì)外做功的機(jī)構(gòu)，例如動(dòng)力透平、動(dòng)力渦輪等。本發(fā)明中，所謂的“氧化劑”是指能與燃料發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，例如液氧、氧氣、空氣、液態(tài)空氣、雙氧水、雙氧溶液等。本發(fā)明中，所謂“燃料”是指能與氧化劑發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，例如，碳?xì)浠衔?、碳?xì)溲趸衔锘蚬腆w碳。其中，所述碳?xì)浠衔锇ㄆ汀⒉裼?、重油、煤油、航空煤油等其他烴類；所述碳?xì)溲趸衔锇状肌⒁掖?、甲醚、乙醚等。需要指出的?固體碳燃燒后沒(méi)有水生成，且燃燒后產(chǎn)物中的二氧化碳濃度高，易液化；實(shí)施的過(guò)程中，固體碳可采用固體預(yù)先裝配、粉末化后噴入、粉末化后再用液體或氣體二氧化碳流化后噴入的方式輸入熱氣機(jī)。本發(fā)明中，所謂的“工質(zhì)閉合回路”是指由所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)、所述冷卻器、所述回?zé)崞?、所述?nèi)燃燃燒室(或所述加熱器)及它們之間的連通通道構(gòu)成的工質(zhì)可循環(huán)流動(dòng)的空間。本發(fā)明中，在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，可以通過(guò)調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路的工作壓力(例如可以通過(guò)調(diào)整所述工質(zhì)導(dǎo)出口的開啟壓力或者開關(guān)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn))以及所述內(nèi)燃燃燒室的排量，以控制所述內(nèi)燃燃燒室的質(zhì)量排量，使所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量M2大于從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)的質(zhì)量流量M1，也就是說(shuō)除了從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的物質(zhì)外，還有一部分物質(zhì)是從所述工質(zhì)閉合回路中導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室的，由于所述內(nèi)燃燃燒室是設(shè)置在所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的，所以也就是說(shuō)從所述內(nèi)燃燃燒室排出的物質(zhì)至少有一部分流回所述內(nèi)燃燃燒室，即實(shí)現(xiàn)了工質(zhì)在所述內(nèi)燃燃燒室和所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)之間有往復(fù)流動(dòng)。從所述工質(zhì)閉合回路外向所述內(nèi)燃燃燒室導(dǎo)入的物質(zhì)可以是氧化劑、還原劑、壓縮氣體或高溫燃?xì)獾?。本發(fā)明中，所述氧化劑傳感器是指對(duì)所述工質(zhì)閉合回路中的氧化劑的含量進(jìn)行檢測(cè)的裝置。所述氧化劑傳感器對(duì)所述氧化劑控制裝置提供信號(hào)，所述氧化劑控制裝置根據(jù)所述氧化劑傳感器提供的信號(hào)以及預(yù)先設(shè)定的所述工質(zhì)閉合回路中靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的氧化劑含量設(shè)定值對(duì)所述氧化劑控制閥進(jìn)行控制以增加或減少向所述工質(zhì)閉合回路中供給氧化劑的量，達(dá)到調(diào)控所述工質(zhì)閉合回路中氧化劑的含量的目的。所述氧化劑含量設(shè)定值可以是一個(gè)數(shù)值，也可以是一個(gè)數(shù)值區(qū)間，例如:所述工質(zhì)閉合回路中的氧化劑含量設(shè)定值可以為5%、10%或10°/Γ12%等。所述氧化劑傳感器可以設(shè)在遠(yuǎn)離所述內(nèi)燃燃燒室的所述工質(zhì)閉合回路上，可保證整個(gè)所述工質(zhì)閉合回路是在富氧(氧含量大于零)狀態(tài)下工作，使所述內(nèi)燃燃燒室內(nèi)發(fā)生穩(wěn)定的燃燒化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)還可以防止積碳的發(fā)生。本發(fā)明中，所述低溫冷源是指能提供溫度在0°C以下的低溫物質(zhì)的裝置、機(jī)構(gòu)或儲(chǔ)罐，例如采用商業(yè)購(gòu)買方式獲得的儲(chǔ)存有低溫物質(zhì)的儲(chǔ)罐，所述低溫物質(zhì)可以是液氮、液氧、液氦或液化空氣等。在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)氧化劑為液氧時(shí)，液氧可直接作為所述低溫物質(zhì)。
本發(fā)明中，在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述低溫冷源以直接與所述工質(zhì)閉合回路連通使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)混合的方式，或者以經(jīng)換熱裝置使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)換熱的方式，對(duì)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)中或即將進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)進(jìn)行冷卻處理；在設(shè)置所述加熱器的結(jié)構(gòu)中，所述低溫冷源以經(jīng)換熱裝置使所述低溫物質(zhì)與所述工質(zhì)閉合回路內(nèi)的工質(zhì)換熱的方式對(duì)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)中或即將進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的工質(zhì)進(jìn)行冷卻處理。熱氣機(jī)是一種工作循環(huán)接近卡諾循環(huán)的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，其熱效率的計(jì)算可以參考卡諾循環(huán)熱效率計(jì)算公式:
,從中可知，當(dāng)冷源溫度τ下降時(shí)，熱效率0升高，而且向冷源排放的熱量減少，
如果冷源溫度T2下降幅度很大，即冷源溫度很低，則熱效率7很高，向冷源排放的熱量很小。由此推斷，可用溫度相當(dāng)?shù)偷牡蜏匚镔|(zhì)使冷源溫度大幅下降，從而大幅減少向冷源排放的熱量，有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。溫度越低的低溫物質(zhì)(例如液氧、液氮或液氦等)，在制造過(guò)程中需要消耗越多的能量，但是就單位質(zhì)量而言，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率？提升的貢獻(xiàn)越大，就好比將能量存儲(chǔ)在溫度很低的物質(zhì)中，相當(dāng)于一種新型電池的概念，所述低溫物質(zhì)可以使用垃圾電等成本很低的能源來(lái)制造，從而有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的使用成本。本發(fā)明中，在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所述低溫冷源中的低溫物質(zhì)發(fā)揮冷卻作用后，既可導(dǎo)入所述工質(zhì)閉合回路中，作為本發(fā)明的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)的循環(huán)工質(zhì)，也可不導(dǎo)入所述工質(zhì)閉合回路中。
本發(fā)明中，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)是指氣缸上設(shè)有進(jìn)氣口、排氣口、供氣口和回充口，在所述進(jìn)氣口、所述排氣口、所述供氣口和所述回充口處依次對(duì)應(yīng)設(shè)置進(jìn)氣門、排氣門、供氣門和回充門的氣缸活塞機(jī)構(gòu)。本發(fā)明中，所謂的兩個(gè)裝置連通，是指流體可以在兩個(gè)裝置之間單向或者雙向流通。所謂的連通是指直接連通或經(jīng)控制機(jī)構(gòu)、控制單元或其他控制部件間接連通。本發(fā)明中，所述液氧包括商業(yè)液氧或現(xiàn)場(chǎng)制備的液氧。本發(fā)明中，所述氣液缸是指可以容納氣體工質(zhì)和/或液體，并能承受一定壓力的容器，所述氣液缸被所述氣液隔離結(jié)構(gòu)分隔成氣體端和液體端，所述氣液缸的氣體端設(shè)有氣體工質(zhì)流通口，所述氣體工質(zhì)流通口用于與所述工質(zhì)閉合回路中的其他裝置或機(jī)構(gòu)連通；所述氣液缸的液體端設(shè)有液體流通口，所述液體流通口用于與液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)和/或液體工質(zhì)回送系統(tǒng)連通。本發(fā)明中，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)是指可以在所述氣液缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)體，如隔離板、隔離膜、活塞等，其作用是隔離所述氣液缸中的氣體工質(zhì)和液體，優(yōu)選地，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)和所述氣液缸密封滑動(dòng)配合。在所述活塞液體機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中，根據(jù)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)處于所述氣液缸內(nèi)的不同位置，所述氣液缸內(nèi)可能全部是氣體工質(zhì)，也可能全部是液體，或者氣體工質(zhì)和液體同時(shí)存在。本發(fā)明中，所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的活塞連桿機(jī)構(gòu)不同，傳統(tǒng)的活塞連桿機(jī)構(gòu)中的活塞可受連桿的推力或拉力停下，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞行程的限制，而在所述氣液缸中，當(dāng)所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)做正功時(shí)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)受壓力向下止點(diǎn)方向移動(dòng)，將液體以高壓形式排出所述氣液缸并推動(dòng)液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)(例如液體馬達(dá))對(duì)外做功，當(dāng)液體即將排盡時(shí)，改變液體馬達(dá)工作模式或啟動(dòng)液體工質(zhì)回送系統(tǒng)，使所述氣液缸內(nèi)的液體不再減少，此時(shí)液體會(huì)對(duì)所述氣液缸內(nèi)的所述氣液隔離結(jié)構(gòu)施加制動(dòng)力，使其停止，以防止其撞擊氣液缸的液體端底部的壁；當(dāng)不斷向所述氣液缸內(nèi)輸入液體時(shí)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)會(huì)不斷向上止點(diǎn)方向移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)上止點(diǎn)附近時(shí)，停止向所述氣液缸內(nèi)輸入液體或者使所述氣液缸內(nèi)的液體減少(流出)，盡管如此，所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)仍然會(huì)由于慣性向上止點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，如果所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)的壓力不夠高，則會(huì)導(dǎo)致所述氣液隔離結(jié)構(gòu)繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)而撞擊所述氣液缸頂部的壁，為了避免這種撞擊，需要使所述氣液缸內(nèi)氣體工質(zhì)的壓力足夠高，使其對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和。本發(fā)明中，在所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)的工作過(guò)程中所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的慣性力之和是變化的，因此在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)保證在任何工作時(shí)刻都滿足“所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和”的條件，例如通過(guò)調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的工作壓力、調(diào)整氣液隔離結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、調(diào)整液體密度或調(diào)整液體深度等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，所述液體深度是指液體在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向上的液體的深度。在設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室的結(jié)構(gòu)中，所謂的“調(diào)整所述工質(zhì)閉合回路中的工作壓力”是通過(guò)調(diào)整流入和/或流出所述工質(zhì)閉合回路的氣體工質(zhì)的體積流量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如可以通過(guò)調(diào)整所述工質(zhì)導(dǎo)出口的開關(guān)間隔、每次開啟的時(shí)間和/或所述工質(zhì)導(dǎo)出口處控制閥的開口大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)熱能與動(dòng)力領(lǐng)域的公知技術(shù)，在必要的地方設(shè)置必要的部件、單元或系統(tǒng)等。本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明所公開的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，采用單缸結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中熱氣機(jī)的做功過(guò)程，使用與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)連通的盲管結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的高溫高壓工質(zhì)將在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)處得到降溫處理；活塞向下止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，高溫工質(zhì)將部分將進(jìn)入至所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)中，而活塞向上止點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，被降溫后的工質(zhì)回流到工質(zhì)通道中。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。


圖1所示的是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意 圖2所示的是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意 圖3所示的是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意 圖4所示的是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意 圖5所示的是本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意 圖6所示的是本發(fā)明實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意 圖7所示的是本發(fā)明實(shí)施例7的結(jié)構(gòu)示意 圖8所示的是本發(fā)明實(shí)施例8的結(jié)構(gòu)示意 圖9所示的是本發(fā)明實(shí)施例9的結(jié)構(gòu)示意 圖10所示的是本發(fā)明實(shí)施例10的結(jié)構(gòu)示意 圖11所示的是本發(fā)明實(shí)施例11的結(jié)構(gòu)示意 圖12所示的是本發(fā)明實(shí)施例12的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖中:
I氣缸活塞機(jī)構(gòu)、2冷卻器、3回?zé)崞鳌?內(nèi)燃燃燒室、6控制閥、7余熱熱交換器、8加熱器、9氧化劑傳感器、10氧化劑控制裝置、11附屬氧化劑源、12氧化劑控制閥、13四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)、14低溫冷源、15活塞液體機(jī)構(gòu)、21工質(zhì)導(dǎo)出口、22渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)、23冷凝器、24葉輪壓氣機(jī)、25附屬工質(zhì)導(dǎo)出口、41外燃燃燒室、52燃料源、53氧化劑源、71太陽(yáng)能熱交換器、131進(jìn)氣口、132排氣口、133供氣口、134回充口、151液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)、152液體工質(zhì)回送系統(tǒng)、153過(guò)程控制機(jī)構(gòu)、16附屬冷卻器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
如圖1所不的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，包括有氣缸活塞機(jī)構(gòu)1、冷卻器2、回?zé)崞?和內(nèi)燃燃燒室4，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的氣缸與所述冷卻器2、所述回?zé)崞?和所述內(nèi)燃燃燒室4依次連通，所述內(nèi)燃燃燒室4與氧化劑源53和燃料源52連通；在所述冷卻器2和所述回?zé)崞?之間的連通通道上設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口 21，在所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21處上設(shè)控制閥6。本實(shí)施例發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程為:所述內(nèi)燃燃燒室4作為熱氣機(jī)循環(huán)的熱缸，在所述內(nèi)燃燃燒室4內(nèi)燃燒后形成的高溫高壓工質(zhì)被所述回?zé)崞?和所述冷卻器2冷卻降溫后進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I (相當(dāng)于熱氣機(jī)的冷缸部分)，氣體工質(zhì)推動(dòng)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的活塞下行做功，在活塞上行時(shí)將氣體工質(zhì)壓入所述內(nèi)燃燃燒室4，多余的氣體工質(zhì)可通過(guò)所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21排出。
作為可以變換的實(shí)施方式，可以在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的氣缸上、在所述冷卻器2上、在所述回?zé)崞?上或在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I和所述冷卻器2之間的連通通道上處設(shè)置所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21代替設(shè)置在所述冷卻器2和所述回?zé)崞?之間的連通通道上的所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21，或者在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的氣缸上、在所述冷卻器2上、在所述回?zé)崞?上、在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I和所述冷卻器2之間的連通通道上以及在所述冷卻器2和所述回?zé)崞?之間的連通通道上的幾處中任擇若干處同時(shí)設(shè)置所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21。所述控制閥6的設(shè)置可以更好的控制工質(zhì)從所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21導(dǎo)出，從而維持系統(tǒng)內(nèi)的壓力穩(wěn)定，作為可以變換的實(shí)施方式，所述控制閥6可以不設(shè)，此時(shí)可以通過(guò)所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21的大小、形狀來(lái)維持系統(tǒng)內(nèi)的壓力穩(wěn)定。具體實(shí)施時(shí)，所述氧化劑源53可以設(shè)為高壓的純氧或含氧的氣體源或液體源，也可以設(shè)為其他任何合適的氧化劑源；可以設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室4排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量大于從所述回?zé)崞?和所述內(nèi)燃燃燒室4之間的連通通道外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室4的物質(zhì)的
質(zhì)量流量。作為可以變換的實(shí)施方式，所述氧化劑源53和所述燃料源52可以設(shè)置在其它能夠與所述內(nèi)燃燃燒室4連通的位置上。實(shí)施例2
如圖2所示的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:取消在所述所述冷卻器2和所述回?zé)崞?之間的連通通道上設(shè)置的所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21，在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I上設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口 21，并在此工質(zhì)導(dǎo)出口 21處上設(shè)控制閥6。所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)還包括渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)22，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)22的工質(zhì)入口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21連通。本發(fā)明中所有設(shè)有所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21且該工質(zhì)導(dǎo)出口 21沒(méi)有連通其他裝置的實(shí)施方式中，都可以參照本實(shí)施例設(shè)置所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)22。實(shí)施例3
如圖3所示的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)還包括冷凝器23，所述冷凝器23的工質(zhì)入口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21連通。本發(fā)明中所有設(shè)置所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21且該工質(zhì)導(dǎo)出口 21沒(méi)有連通其他裝置的實(shí)施方式中，都可以參照本實(shí)施例設(shè)置所述冷凝器23。實(shí)施例4
如圖4所不的冷氣缸非共軛熱氣機(jī),包括有氣缸活塞機(jī)構(gòu)1、冷卻器2、回?zé)崞?和加熱器8，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的氣缸與所述冷卻器2、所述回?zé)崞?、所述加熱器8依次連通。實(shí)施例5
如圖5所示的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其與實(shí)施例4的區(qū)別在于:所述加熱器8的熱源設(shè)為外燃燃燒室41。實(shí)施例6
如圖6所示的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其與實(shí)施例4的區(qū)別在于:所述加熱器8設(shè)為以余熱為熱源的余熱熱交換器7。實(shí)施例7
如圖7所示的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其與實(shí)施例4的區(qū)別在于:所述加熱器8設(shè)為以太陽(yáng)能為熱源的太陽(yáng)能熱交換器71。
本發(fā)明的所有設(shè)有所述加熱器8的實(shí)施方式中，都可以參將實(shí)施例5將所述加熱器8的熱源設(shè)為外燃燃燒室41或參考實(shí)施例6將所述加熱器8設(shè)為以余熱為熱源的余熱熱交換器7或參考實(shí)施例7將所述加熱器8設(shè)為以太陽(yáng)能為熱源的太陽(yáng)能熱交換器71。實(shí)施例8
如圖8所示的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其與實(shí)施例2的區(qū)別在于:所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)還包括葉輪壓氣機(jī)24，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)22的工質(zhì)出口經(jīng)附屬冷卻器16與所述葉輪壓氣機(jī)24的工質(zhì)入口連通，所述葉輪壓氣機(jī)24的工質(zhì)出口與所述冷卻器2與所述回?zé)崞?之間的連通通道連通；在所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)22的工質(zhì)出口與所述葉輪壓氣機(jī)24的工質(zhì)入口之間的通道上設(shè)附屬工質(zhì)導(dǎo)出口 25。圖中所示所述附屬工質(zhì)導(dǎo)出口 25設(shè)在所述附屬冷卻器16與所述葉輪壓氣機(jī)24的工質(zhì)入口之間的通道上。可選擇地，還可以將所述附屬工質(zhì)導(dǎo)出口 25設(shè)在所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)22的工質(zhì)出口與所述附屬冷卻器16之間的通道上。所述葉輪壓氣機(jī)24的工質(zhì)出口與所述工質(zhì)閉合回路連通的連通口和所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21設(shè)在所述工質(zhì)閉合回路上的不同位置。作為可以變換的實(shí)施方式，所述葉輪壓氣機(jī)24的工質(zhì)出口和所述工質(zhì)閉合回路的連通口還可以設(shè)置在所述工質(zhì)閉合回路上的其他位置上。具體實(shí)施時(shí)，可選擇地，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)22可以對(duì)所述葉輪壓氣機(jī)24輸出動(dòng)力，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)22也可以對(duì)外輸出動(dòng)力。本發(fā)明中設(shè)有所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)22的實(shí)施方式中，都可以參照本實(shí)施例設(shè)置所述葉輪壓氣機(jī)24等結(jié)構(gòu)。實(shí)施例9
如圖9所示的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)還包括氧化劑傳感器9、氧化劑控制裝置10和附屬氧化劑源11，所述氧化劑傳感器9設(shè)在工質(zhì)閉合回路內(nèi)，所述氧化劑傳感器9對(duì)所述氧化劑控制裝置10提供信號(hào)，所述附屬氧化劑源11經(jīng)氧化劑控制閥12與工質(zhì)閉合回路連通，所述氧化劑控制裝置10控制所述氧化劑控制閥12。本實(shí)施例中，所述附屬氧化劑源11可以為高壓的純氧或含氧的氣體源或液體源，也可以設(shè)為其他任何合適的氧化劑源。由于氧化劑由附屬氧化劑源11提供，所以本實(shí)施例中取消所述內(nèi)燃燃燒室4上設(shè)置的氧化劑源53，即此時(shí)，所述氧化劑源53和所述附屬氧化劑源11合并一體化設(shè)置，當(dāng)然也可將所述附屬氧化劑源11和所述氧化劑源53分別設(shè)置。本發(fā)明的所有所述內(nèi)燃燃燒室4的實(shí)施方式中，都可以參照本實(shí)施例設(shè)置所述氧化劑傳感器9、所述氧化劑控制裝置10和所述附屬氧化劑源11等結(jié)構(gòu)。實(shí)施例10
如圖10所示的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)還包括四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)13，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)13的供氣口 133與所述內(nèi)燃燃燒室4連通，所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)13的回充口 134與所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21連通。本發(fā)明中所有設(shè)置所述工質(zhì)導(dǎo)出口 21且該工質(zhì)導(dǎo)出口 21沒(méi)有連通其他裝置的實(shí)施方式中，都可以參照本實(shí)施例設(shè)置所述四類門氣缸活塞機(jī)構(gòu)13。
實(shí)施例11
如圖11所示的冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)還包括低溫冷源14，所述低溫冷源14與所述冷卻器2與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的氣缸之間的連通通道連通，所述低溫冷源14提供的低溫物質(zhì)通過(guò)與工質(zhì)閉合回路中的工質(zhì)直接混合的方式，對(duì)即將進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的工質(zhì)進(jìn)行冷卻。作為可以變的實(shí)施方式，所述低溫冷源14可以與所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的氣缸連通，以對(duì)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸中的工質(zhì)進(jìn)行冷卻。作為可以變換的實(shí)施方式，可以將所述低溫冷源9提供的低溫物質(zhì)作為換熱裝置的工質(zhì)，以熱交換的方式對(duì)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I中或即將進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的工質(zhì)進(jìn)行冷卻。本發(fā)明中的設(shè)置所述加熱器8的實(shí)施方式中，可以參考本實(shí)施例中的可變換的實(shí)施方式，采用熱交換的方式，對(duì)所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I中或即將進(jìn)入所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I的工質(zhì)進(jìn)行冷卻。實(shí)施例12
如圖12所不的冷氣缸非共軛熱氣機(jī),其與實(shí)施例1的區(qū)別在于:所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I設(shè)為活塞液體機(jī)構(gòu)15，所述活塞液體機(jī)構(gòu)15包括氣液缸和氣液隔離結(jié)構(gòu)，所述氣液隔離結(jié)構(gòu)設(shè)在所述氣液缸內(nèi)；所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力之和；所述氣液缸的液體端與液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)151連通，所述液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)151與液體工質(zhì)回送系統(tǒng)152連通，所述液體工質(zhì)回送系統(tǒng)152與所述氣液缸的液體端連通；所述液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)151和所述液體工質(zhì)回送系統(tǒng)152受過(guò)程控制機(jī)構(gòu)153控制。本實(shí)施中，將所述氣液缸內(nèi)的氣體工質(zhì)對(duì)所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的壓力設(shè)為大于所述氣液缸內(nèi)的液體和所述氣液隔離結(jié)構(gòu)的慣性力之和，是為了防止所述氣液隔離結(jié)構(gòu)對(duì)所述氣液缸頂部的沖擊，當(dāng)然在不考慮這種沖擊的情況下，可以不作限定。本發(fā)明中的所有實(shí)施方式都可以參照本實(shí)施例將所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)I設(shè)為所述活塞液體機(jī)構(gòu)15。本發(fā)明中所有設(shè)置所述內(nèi)燃燃燒室4的實(shí)施方式中，都可以將所述內(nèi)燃燃燒室4排出的物質(zhì)的質(zhì)量流量設(shè)為大于從所述工質(zhì)閉合回路外導(dǎo)入所述內(nèi)燃燃燒室4的物質(zhì)的
質(zhì)量流量。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，根據(jù)本領(lǐng)域的公知技術(shù)和本發(fā)明所公開的技術(shù)方案，可以推導(dǎo)出或聯(lián)想出許多變型方案，所有這些變型方案，也應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，包括有氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)、冷卻器(2)、回?zé)崞?3)和內(nèi)燃燃燒室(4)，其特征在于:所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)的氣缸與所述冷卻器(2)連通；所述冷卻器(2)與所述回?zé)崞?3)連通；所述回?zé)崞?3)與所述內(nèi)燃燃燒室(4)連通；所述內(nèi)燃燃燒室(4 )與氧化劑源(53 )和燃料源(52 )連通；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)的氣缸上、在所述冷卻器(2)上、在所述回?zé)崞?3)上、在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)的氣缸和所述冷卻器(2)之間的連通通道上以及在所述冷卻器(2)和所述回?zé)崞?3)之間的連通通道上中的至少一處設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口(21)。
2.如權(quán)利要求1所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其特征在于:在所述工質(zhì)導(dǎo)出口(21)處設(shè)控制閥(6)。
3.如權(quán)利要求1所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其特征在于:所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)還包括渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)(22)，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)(22)的工質(zhì)入口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口(21)連通。
4.如權(quán)利要求1所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其特征在于:所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)還包括冷凝器(23)，所述冷凝器(23)的工質(zhì)入口與所述工質(zhì)導(dǎo)出口(21)連通。
5.如權(quán)利要求1所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其特征在于:所述氧化劑源(53)設(shè)為高壓的純氧或含氧的氣體源或液體源。
6.—種冷氣缸非共軛熱氣機(jī),包括有氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)、冷卻器(2)、回?zé)崞?3)和加熱器(8)，其特征在于:所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)(I)的氣缸與所述冷卻器(2)連通；所述冷卻器(2)與所述回?zé)崞?3)連通；所述回?zé)崞?3)與所述加熱器(8)連通。
7.如權(quán)利要求6所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其特征在于:所述加熱器(8)的熱源為外燃燃燒室(41)。
8.如權(quán)利要求6所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其特征在于:所述加熱器(8)設(shè)為以余熱為熱源的余熱熱交換器(7)。
9.如權(quán)利要求6所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其特征在于:所述加熱器(8)設(shè)為以太陽(yáng)能為熱源的太陽(yáng)能熱交換器(71)。
10.如權(quán)利要求3所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，其特征在于:所述冷氣缸非共軛熱氣機(jī)還包括葉輪壓氣機(jī)(24)，所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)(22)的工質(zhì)出口經(jīng)附屬冷卻器(16)與所述葉輪壓氣機(jī)(24)的工質(zhì)入口連通，所述葉輪壓氣機(jī)(24)的工質(zhì)出口與工質(zhì)閉合回路連通；在所述渦輪動(dòng)力機(jī)構(gòu)(22)的工質(zhì)出口與所述葉輪壓氣機(jī)(24)的工質(zhì)入口之間的連通通道上設(shè)附屬工質(zhì)導(dǎo)出口(25)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種冷氣缸非共軛熱氣機(jī)，包括有氣缸活塞機(jī)構(gòu)、冷卻器、回?zé)崞骱蛢?nèi)燃燃燒室，所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸與所述冷卻器連通；所述冷卻器與所述回?zé)崞鬟B通；所述回?zé)崞髋c所述內(nèi)燃燃燒室連通；所述內(nèi)燃燃燒室與氧化劑源和燃料源連通；在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)的氣缸上、在所述冷卻器上、在所述回?zé)崞魃?、在所述氣缸活塞機(jī)構(gòu)和所述冷卻器之間的連通通道上以及在所述冷卻器和所述回?zé)崞髦g的連通通道上中的至少一處設(shè)工質(zhì)導(dǎo)出口，所述工質(zhì)導(dǎo)出口上設(shè)有控制閥。本發(fā)明采用單缸結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中熱氣機(jī)的做功過(guò)程，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)F02G1/044GK103114937SQ20131002223
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月11日
發(fā)明者靳北彪 申請(qǐng)人:摩爾動(dòng)力(北京)技術(shù)股份有限公司