ENTROPY-CYCLE ENGINE
WIPO Patent Application WO/
An entropy-cycle engine, comprising: a gas-compression mechanism (1), a gas work mechanism (2), and a communication conduit (3). The gas-compression mechanism (1) is in communication with the gas work mechanism (2) via the communication conduit (3) in such as a manner as to form a closed circuit for a working medium. An internal combustion chamber (4) is provided inside said closed circuit. A working-medium lead-out port (5) is provided on said closed circuit. At least one of the gas-compression mechanism (1) or the gas work mechanism (2) is configured as an impeller, Roots-type mechanism or screw-type mechanism. The present entropy-cycle engine is highly efficient and conserves energy.
Inventors:
JIN, Beibiao (24th Floor, Zhong'an Shengye BuildingNo. 168 Beiyuan Road, Chaoyang District, Beijing 1, 100101, CN)
Application Number:
Publication Date:
06/06/2013
Filing Date:
12/03/2012
Export Citation:
JIN, Beibiao (24th Floor, Zhong'an Shengye BuildingNo. 168 Beiyuan Road, Chaoyang District, Beijing 1, 100101, CN)
International Classes:
F02G1/02; F02B33/22; F02B37/00; F02M23/00
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Foreign References:
4364233CN1243562ACNACN2881124YCNACN2511795Y
】、 一种熵循环发动机， 包括气体压缩机构 （1 )、 气体做功机构 (2) 和连通通道（3 )， 所述气体压缩机构 （1 )经所述连通通道（3) 与所述气体做功机构 （2)连通形成工质闭合 回路， 其特征在于： 在所述工质闭合回路内设内燃燃烧室 （4), 在所述工质闭合回路上设 工质导出口 （5 ); 所述气体压缩机构 （1 ) 或所述气体做功机构 （2) 中至少一个设为叶轮 式、 罗茨式或螺杆式机构。
2、 如权利要求 1 所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述内燃燃烧室 （4) 设在以所述 气体压缩机构 （1 ) 的工质出口为上游和以所述气体做功机构 （2 ) 的工质入口为下游的所 述工质闭合回路内。
3、 如权利要求 1或 2所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述内燃燃烧室 （4) 设为旁 置内燃燃烧室 （40)。
4、如权利要求 1所述熵循环发动机，其特征在于：所述熵循环发动机还包括冷却器（6)， 所述冷却器 （6) 设置在所述工质闭合回路上。
5、 如权利要求 4所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述冷却器 （6) 设在以所述气体 做功机构 （2 ) 的工质出口为上游和以所述内燃燃烧室 （4) 的工质入口为下游的所述工质 闭合回路上。
6、 如权利要求 4或 5所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括冷却 液体排出口 （50)， 所述冷却液体排出口 （50)设在所述冷却器（6)和所述工质导出口 （5) 之间的所述连通通道 （3 ) 上。
7、 如权利要求 1、 2或 4所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括 热交换器 （8)， 所述气体做功机构 （2) 的工质出口和所述气体压缩机构 （1 ) 的工质入口 之间的所述连通通道 （3) 设为所述热交换器 （8) 的被冷却流体通道， 所述气体压缩机构 ( 1 ) 的工质出口和所述气体做功机构 （2) 的工质入口之间的所述连通通道 （3) 设为所述 热交换器 （8) 的被加热流体通道。
8、 如权利要求 1所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括氧化剂源 (41 ), 所述氧化剂源 （41 ) 与所述工质闭合回路连通。
9、 如权利要求 8所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述氧化剂源 （41 ) 经氧化剂控制 阀 （53) 与所述内燃燃烧室 （4) 直接连通。
10、 如权利要求 8所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括直混冷 凝冷却器 （70)， 所述直混冷凝冷却器 （70) 的被冷却流体入口与所述工质导出口 （5)连 通， 所述氧化剂源 （41 ) 与所述直混冷凝冷却器 （70) 的被加热流体入口连通， 并经所述 直混冷凝冷却器 （70) 的被加热流体出口与所述工质闭合回路连通。
11、 如权利要求 10所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述氧化剂源 （41 )经所述直混 冷凝冷却器 （70) 与所述内燃燃烧室 （4) 连通。
12、 如权利要求 8所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述氧化剂源 （41 ) 的压力大于 2MPa。 13、 如权利要求 2所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述工质导出口 （5 ) 设在以所述 气体做功机构 （2) 的工质出口为上游和以所述内燃燃烧室 （4 ) 的工质入口为下游的所述 工质闭合回路上。
14、 如权利要求 1 所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述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 （5 )连通。
15、 如权利要求 10所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述直混冷凝冷却器 （70) 上设 有深冷液体工质出口 （72)。
16、 如权利要求 14所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述非直混冷凝冷却器上设有深 冷液体工质出口 （72)。
17、 如权利要求 15或 16所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括 有深冷液体工质储罐（72】）， 所述深冷液体工质储罐（721 )与所述深冷液体工质出口 （72) 连通。
18、 如权利要求 10或 14所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述非直混冷凝冷却器上 设有不凝气出口 （71 )。
19、 如权利要求 18所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述不凝气出口 （71 )与所述工 质闭合回路连通。
20、 如权利要求 14所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括氧化剂 源 （41 )， 所述氧化剂源 （41 )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 （4) 连通。
21、 如权利要求 1所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述工质导出口 （5 )上设控制阀 (51 )。
22、 如权利要求 21所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述控制阀 （51 )设为压力控制 阀， 所述压力控制阀控制所述工质导出口 （5 )在所述工质闭合回路内的压力超过设定限度 时导出工质。
23、 如权利要求 22所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述压力控制阀受使所述工质闭 合回路中的最低压力大于 0.2MPa的控制机构所控制。
24、 如权利要求 1或 Π所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括有 附属气体做功机构， 所述工质导出口 （5 ) 与所述附属气体做功机构的工质入口连通。
25、 如权利要求 1或 Π所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括有 储气罐 （52)， 所述工质导出口 （5 ) 与所述储气罐 （52 ) 连通。
26、 如权利要求 1 所述熵循环发动机， 其特征在于： 在所述工质闭合回路上设有逆止 阀 （31 )。
27、 如权利要求 1所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述气体做功机构 （2) 设有两个 且串联方式连通。
28、 如权利要求 1所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述气体做功机构（2)对所述气 体压缩机构 （1)输出动力。
29、 如权利要求 1 所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述工质闭合回路中， 参与循环 的气体的一部分为不凝气。
30、 如权利要求 29所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括不凝气 储罐 （73)， 所述不凝气储罐 （73) 经控制装置与所述工质闭合回路连通。
31、 如权利要求 30所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括不凝气 回储压缩机（74)， 所述不凝气回储压缩机 （74) 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 （74) 的气体出口经控制阀与所述不凝气储罐 （73)连通。
32、 如权利要求 1 所述熵循环发动机， 其特征在于： 在所述工质闭合回路上设有三元 催化器 （81)。
33、 如权利要求 1 所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括低温冷 源 （66)， 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所述气体压缩机 构 （1) 中或即将进入所述气体压缩机构 （1) 的工质。
34、 如权利要求 1 所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括次级涡 轮动力机构（211)和次级叶轮压气机（111)， 所述工质导出口 （5)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) 的工质入口之间的通道上设有附属工质导出口 （55)。
35、 如权利要求 1 所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括四类门 气缸活塞机构 （99), 所述四类门气缸活塞机构 （99) 的供气口 （993) 与所述气体做功机 构 （2)连通， 所述四类门气缸活塞机构 （99) 的回充口 （994) 与所述工质导出口 （5)连 通。
36、 如权利要求 3 所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述旁置内燃燃烧室 （40)设为 四类门气缸活塞机构 （99), 所述四类门气缸活塞机构 （99) 的供气口 （993) 与所述气体 做功机构 （2)连通， 所述四类门气缸活塞机构 （99) 的回充口 （994) 与所述工质导出口 (5)连通。
37、 如权利要求 8所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述熵循环发动机还包括氧化剂 传感器（44)和氧化剂控制装置（45)， 所述氧化剂传感器（44)设在所述工质闭合回路内， 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 氧化剂控制阔 (53) 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 （53)。
38、 如权利要求 1所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述气体压缩机构 （1)或所述气 体做功机构 （2) 设为活塞液体机构 （15)， 所述活塞液体机构 （15) 包括气液缸 （94) 和 气液隔离结构 （95), 所述气液隔离结构 （95) 设在所述气液缸 （94) 内。 39、 如权利要求 37所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述气液缸（94) 的气体工质对 所述气液隔离结构 （95) 的压力大于所述气液缸 （94) 内的液体和所述气液隔离结构 （95) 做往复运动时的惯性力之和。
40、 如权利要求 1所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述内燃燃烧室 （4)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 （4) 的物质的质量流量。
41、 如权利要求 1 所述熵循环发动机， 其特征在于： 所述工质闭合回路的承压能力大 于 2MPa。
Description:
熵循环发动机 技术领域
本发明涉及热能与动力领域， 尤其是一种熵循环发动机。
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， 造成大量化学佣损失。 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。
本发明提供了一种功率大、 功率密度高的熵循环发动机， 解决了传统热气机因工质的 温度和压力难以被加热到应有的高度而影响功率和功率密度的问题。
本发明提出的技术方案如下- 方案 1 : 一种熵循环发动机， 包括气体压缩机构、 气体做功机构和连通通道， 所述气体 压缩机构经所述连通通道与所述气体做功机构连通形成工质闭合回路， 在所述工质闭合回 路内设内燃燃烧室， 在所述工质闭合回路上设工质导出口； 所述气体压缩机构或所述气体 做功机构中至少一个设为叶轮式、 罗茨式或螺杆式机构。
方案 2: 在方案 1的基础上， 所述内燃燃烧室设在以所述气体压缩机构的工质出口为上 游和以所述气体做功机构的工质入口为下游的所述工质闭合回路内。
方案 3: 在方案 1或方案 2的基础上， 所述内燃燃烧室设为旁置内燃燃烧室。
方案 4: 在方案 1的基础上： 所述熵循环发动机还包括冷却器， 所述冷却器设置在所述 工质闭合回路上。
方案 5: 在方案 1的基础上： 所述冷却器设在以所述气体做功机构的工质出口为上游和 以所述内燃燃烧室的工质入口为下游的所述工质闭合回路上。
方案 6: 在方案 4或 5的基础上， 所述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。
方案 7: 在方案 1、 2或方案 4的基础上， 所述熵循环发动机还包括热交换器， 所述气 体做功机构的工质出口和所述气体压縮机构的工质入口之间的所述连通通道设为所述热交 换器的被冷却流体通道， 所述气体压缩机构的工质出口和所述气体做功机构的工质入口之 间的所述连通通道设为所述热交换器的被加热流体通道。
方案 8: 在方案 1的基础上， 所述熵循环发动机还包括氧化剂源， 所述氧化剂源与所述 工质闭合回路连通。
方案 9:在方案 8的基础上，所述氧化剂源经氧化剂控制阀与所述内燃燃烧室直接连通。 方案 10: 在方案 8的基础上， 所述熵循环发动机还包括直混冷凝冷却器， 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， 并经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。
方案 U : 在方案 10的基础上， 所述氧化剂源经所述直混冷凝冷却器与所述内燃燃烧室 连通。
方案 12: 在方案 8的基础上， 所述氧化剂源的压力大于 2MPa。
方案 13: 在方案 2的基础上， 所述工质导出口设在以所述气体做功机构的工质出口为 上游和以所述内燃燃烧室的工质入口为下游的所述工质闭合回路上。
方案 14: 在方案 1的基础上， 所述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。
方案 15: 在方案 10的基础上， 所述直混冷凝冷却器上设有深冷液体工质出口。
方案 16: 在方案 14基础上， 所述非直混冷凝冷却器上设有深冷液体工质出口。
方案 Π: 在方案 16基础上， 所述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。
方案 18: 在方案 10或 14基础上， 所述非直混冷凝冷却器上设有不凝气出口。
方案 19: 在方案 18基础上， 所述不凝气出口与所述工质闭合回路连通。
方案 20: 在方案 14基础上， 所述熵循环发动机还包括氧化剂源， 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。
方案 21 : 在方案 1基础上， 所述工质导出口上设控制阀。
方案 22: 在方案 21基础上， 所述控制阀设为压力控制阀， 所述压力控制阀控制所述工 质导出口在所述工质闭合回路内的压力超过设定限度时导出工质。
方案 23: 在方案 22基础上， 所述压力控制阀受使所述工质闭合回路中的最低压力大于 0.2MPa的控制机构所控制。
方案 24: 在方案 1或 13基础上， 所述熵循环发动机还包括有附属气体做功机构， 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。
方案 25: 在方案 1或 13的基础上， 所述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。
方案 26: 在方案 1基础上， 在所述工质闭合回路上设有逆止阀。
方案 27: 在方案 1基础上， 所述气体做功机构设有两个且串联方式连通。
方案 28: 在方案 1基础上， 所述气体做功机构对所述气体压縮机构输出动力。
方案 29: 在方案 1基础上， 所述工质闭合回路中， 参与循环的气体的一部分为不凝气。 方案 30: 在方案 29基础上， 所述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。
方案 31 : 在方案 30基础上， 所述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。
方案 32: 在方案 1基础上， 在所述工质闭合回路上设有三元催化器
方案 33: 在方案 1基础上， 所述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气体压缩机构中或即将进入所述气体压缩机构的 工质。
方案 34: 在方案 1基础上， 所述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有附属工质导出口。
方案 35: 在方案 1基础上， 所述熵循环发动机还包括四类门气缸活塞机构， 所述四类 门气缸活塞机构的供气口与所述气体做功机构连通， 所述四类门气缸活塞机构的回充口与 所述工质导出口连通。
方案 36: 在方案 3基础上， 所述旁置内燃燃烧室设为四类门气缸活塞机构， 所述四类 门气缸活塞机构的供气口与所述气体做功机构连通， 所述四类门气缸活塞机构的回充口与 所述工质导出口连通。
方案 37: 在方案 8基础上， 所述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， 所述氧化剂源经氧化剂控制阀与所述工质闭合回路连通， 所述氧化剂控制装置控 制所述氧化剂控制阀。
方案 38: 在方案 1基础上， 所述气体压缩机构或所述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。
方案 39: 在方案 37基础上， 所述气液缸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。
方案 40: 在方案 1基础上， 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。
方案 41 : 在方案 1基础上， 所述工质闭合回路的承压能力大于 2MPa。
本发明的原理是： 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， 推动气体做功机构对外做功， 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的作用与传统斯特林发动机中的冷却器的作用相同； 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。 用所述内燃燃烧室取代传统热气机 （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。
本发明中， 所述气体压缩机构是指一切可以对气体进行压缩的机构， 例如螺杆式气体 压缩机构、 叶轮式气体压缩机构、 罗茨式气体压缩机构、 气缸活塞式气体压缩机构等， 气 缸活塞式气体压缩机构包括常规的气缸活塞式气体压缩机构和活塞液体机构， 气体压缩机 构的作用是将所述熵循环发动机内的气体工质进行压缩或压缩及平移， 所谓的平移是指将 工质从一个地方移动到另一个地方的过程。
本发明中， 所述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， 例如螺杆式气体做功机构、 叶轮式气体做功机构、 罗茨式气体做功机构、 气缸活塞式 气体做功机构等， 气缸活塞式气体做功机构包括常规的气缸活塞式气体做功机构和活塞液 体机构， 气体做功机构的作用是利用所述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， 例如烟气与氮气的混合物、 烟气与氩气的混合物 等。
本发明中， 所述工质闭合回路是指由所述气体压缩机构和所述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， 所述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， 所述工质闭合回路内设有内燃燃烧室包括将所述内燃燃烧室直接设置在所 述工质闭合回路内， 也包括所述内燃燃烧室的高温燃烧产物的出口与所述工质闭合回路连 通的结构， 即旁置内燃燃烧室结构。
本发明中， 所述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， 所述内燃燃烧室可以设为内燃连续燃烧室、 内燃间歇燃烧室或内燃正时燃 烧室； 所述内燃连续燃烧室是指其内可以连续发生所述放热化学反应的内燃燃烧室； 所述 内燃间歇燃烧室是指非连续发生所述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， 所述熵循环发动机的每个工作循环中燃烧室内只发生一次所述放热 化学反应， 所述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 熵循环发动机多个工作循环中燃烧室内发生一次所述放热化学反应； 或者可以是长正时间 歇燃烧室， 所述熵循环发动机连续的多个工作循环中燃烧室连续发生所述放热化学反应。
本发明中， 所述连通通道是指连通所述气体压缩机构和所述气体做功机构的工质流动 的通道。 本发明中， 所述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。
本发明中， 所述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熵循环发动机的每个工作循环中、 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 制装置在工质通道内压力超过某设定限度的时候导出工质。
本发明中， 在所述工质导出口上设控制阀； 所述控制阔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闽开启， 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闽关闭； 或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时使所述控制阔关闭； 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 工质导出口在某种幵启度下处于常开状态。
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， 与所述工质导出口连通的所述储气罐可作为压缩气体源使用。
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， 所述工质闭合回路中的循环气体可以选自氦气、 氧气等气体。
本发明中， 所述冷却器是指一切能使工质冷却的装置， 例如混合式、 热交换器式和散 热器式冷却器。 所述混合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； 所述热交换器式冷却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； 所述散热器式冷却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。 其中所述热交换器式和所述 散热器式冷却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。
本发明中， 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， 所述不凝气是指惰性气体、 氮气等在所述工质闭合回路中参与循环而经冷 却后不液化的气体。
本发明中， 所述内燃连续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、讓 Pa、 10.5MPa、 l lMPa、 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同样的数值范围。
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、 lMPa、 1.5MPa、 2MPa 2.5MPa、 3MPa, 5MPa、 8MPa或大于 lOMPa控制机构 所控制。
本发明中， 所述气体压缩机构和所述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， 所述低温冷源是指能提供温度在 0°C以下的低温物质的装置、 机构或储罐， 例如釆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7 ^下降时，热效率 升 高， 而且向冷源排放的热量减少， 如果冷源温度 ^下降幅度很大， 即冷源温度很低， 则热效 率 W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7 i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 7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， 所述四类门气缸活塞机构是指气缸上设有进气口、 排气口、 供气口和回充 口， 在所述进气口、 所述排气口、 所述供气口和所述回充口处依次对应设置进气门、 排气 门、 供气门和回充门的气缸活塞机构。
所述附属工质导出口可选择地设在所述次级涡轮动力机构的工质出口与所述附属冷却 器之间的通道上。 所述次级叶轮压气机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设在所述工质闭合回路上的不同位置。
本发明中， 通过调整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 Mi， 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置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、 还原剂、 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， 例如气缸活塞机构或罗 茨马达等机构。
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， 例如气缸活塞机构或罗茨式压气机等机构。
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， 所述气液隔离结构将所述气液缸分隔成气体端和液体端， 所述气液缸的气 体端设有气体工质开口， 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 的液体端设有液体工质开口， 用于与液压动力机构或液体工质回送系统连通。
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 τ-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？、 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 Carnot Cycle和 Otto Cycle 标识在图 26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 26所示的 Carnot Cycle的 P-T图， 可以使本发明人容易地得出这样的结论： Carnot Cycle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 Carnot Cycle的高温热源的温度升高时， 本发明人必须在 Carnot Cycle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 。
根据绝热过程方程 p = cr^ (其中， c是常数， 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 27中。 根据数学分析， 并如图 27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 28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 28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. It is impossible to return a heat rejection process to its initial state without a heat injection process involved.
2. It is impossible to return a heat injection process to its initial state without a heat rejection process involved.
3. It is impossible to return a non-adiabatic process to its initial state without a non-adiabatic process involved.
4. It is impossible to return a non-adiabatic process to its initial state only by adiabatic process.
5. If the final pressure of heat injection process is returned to its initial pressure by process other than heat rejection process, the temperature of that state is higher than that of the initial state.
6. If the final pressure of heat rejection process is returned to its initial pressure by process other than heat injection process, the temperature of that state is lower than that of the initial state.
7. It is impossible to make heat injection process not generate excess-temperature, 8. It is impossible to make heat rejection process not generate insufficient- temperature. 9. It is impossible for any device that operates on a cycle to reach the efficiency indicated by Carnot cycle without heat rejection in compression process.
10. The difference between heat injection process and compression process which are applied to working fluid of thermodynamic process or cycle is that heat injection process must generate excess-temperature, but compression process must not.
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效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， 且同时对于活塞式和叶轮式的压缩和做功机构均实用， 具有广阔 的应用前景。
本发明克服了传统斯特林发动机功率小、 整机功率密度低和负荷响应差的缺陷， 是一 种高效、 高功率密度、 可大功率化、 污染排放少或零排放、 震动噪声小、 负荷响应好的新 型发动机。
图 1为本发明实施例 1的结构示意图； 图 2为本发明实施例 2的结构示意图；
图 3为本发明实施例 3的结构示意图；
图 4为本发明实施例 4的结构示意图；
图 5为本发明实施例 5的结构示意图；
图 6为本发明实施例 6的结构示意图；
图 7为本发明实施例 7的结构示意图；
图 8为本发明实施例 8的结构示意图；
图 9为本发明实施例 9的结构示意图；
图 10为本发明实施例 10的结构示意图；
图 11为本发明实施例 11的结构示意图；
图 12为本发明实施例 12的结构示意图；
图 13为本发明实施例 13的结构示意图；
图 14为本发明实施例 14的结构示意图；
图 15为本发明实施例 15的结构示意图；
图 16为本发明实施例 16的结构示意图；
图 17为本发明实施例 17的结构示意图；
图 18为本发明实施例 18的结构示意图；
图 19为本发明实施例 19的结构示意图；
图 20为本发明实施例 20的结构示意图；
图 21为本发明实施例 21的结构示意图；
图 22为本发明实施例 22的结构示意图；
图 23为本发明实施例 23的结构示意图；
图 24为本发明实施例 24的结构示意图；
图 25为本发明实施例 25的结构示意图；
图 26所示的是卡诺循环和奥拓循环的 ρ-τ图， 其中， e。， q和 是不同数值的常数， 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 27所示的是多条不同绝热过程曲线的 ρ-τ图， 其中， ， C G和 G是不同 数值的常数， 是绝热指数， A和 B是状态点；
图 28所示的是绝热过程曲线的 P-T图， 其中， C是常数， :是绝热指数， A和 B是状 态点,
图中- 1气体压缩机构、 11叶轮压气机、 111次级叶轮压气机、 12罗茨风机、 13气缸活塞压 气机构、 14螺杆压气机、 15活塞液体机构、 2气体做功机构、 21涡轮动力机构、 211次级 涡轮动力结构、 22气缸活塞做功机构、 23罗茨马达、 24螺杆动力机构、 3连通通道、 31逆 止阔、 4内燃燃烧室、 40旁置内燃燃烧室、 41氧化剂源、 42燃料源、 43点火装置、 44氧 化剂传感器、 45氧化剂控制装置、 5工质导出口、 55附属工质导出口、 50冷却液体排出口、 51控制阀、 52储气罐、 6冷却器、 61热交换器式冷却器、 62直混冷却器、 63吸附式冷却 器、 64吸收式冷却器、 65节流膨胀式冷却器、 66低温冷源、 67附属冷却器、 7非直混冷凝 冷却器、 70直混冷凝冷却器、 71不凝气出口、 72深冷液体工质出口、 73不凝气储罐、 721 深冷液体工质储罐、 8热交换器、 81三元催化器、 94气液缸、 95气液隔离结构、 96液压动 力机构、 97液体工质回送系统连通、 98过程控制机构、 99四类门气缸活塞机构、 99】进气 口、 992排气口、 993供气口、 994回充口。
具体实施方式
如图 1所示的熵循环发动机，包括气体压缩机构 1、气体做功机构 2和两条连通通道 3， 所述气体压缩机构 1 的工质出口沿工质流向经一条所述连通通道 3与所述气体做功机构 2 的工质入口连通， 而所述气体做功机构 2 的工质出口沿工质流向经另一条所述连通通道 3 与所述气体压缩机构 1的工质入口连通， 即所述气体压缩机构 1和所述气体做功机构 2经 两条所述连通通道 3连通构成工质闭合回路； 在所述工质闭合回路内设有内燃燃烧室 4， 在 所述工质闭合回路上设有工质导出口 5;所述气体压缩机构 1或所述气体做功机构 2中至少 一个设为叶轮式、 罗茨式或螺杆式机构。
图 1 中所示的所述内燃燃烧室 4设在所述气体压缩机构 1的工质出口沿工质流向与所 述气体做功机构 2的工质入口连通的所述连通通道 3内； 所述内燃燃烧室 4与相应的氧化 剂源 41和燃料源 42连通， 且在所述内燃燃烧室 4上设点火装置 43。
在所述工质导出口 5处设有控制阀 51， 便于排出所述工质闭合回路中的过剩的工质； 所述控制阔 51受使所述工质闭合回路中的最低压力大于 0.2MPa的控制机构所控制； 可选 择的将最低压力限制为大于 0.3MPa、 0.5MPa、 lMPa、 1.5MPa、 2MPa、 2.5MPa、 3MPa、 5MPa、 8MPa或大于 10MPa。
本实施例的工作过程为： 被所述气体压缩机构 1压缩的工质，在经过所述内燃燃烧室 4 时被加热后， 与燃烧产物一起进入所述气体做功机构 2 中， 对外输出动力； 做功后的混合 工质可经所述工质导出口 5部分导出， 余下工质循环流动至所述气体压缩机构 1 中再次被 压缩， 依此循环进行。
如图 2所示的熵循环发动机， 其与实施例 1 的区别在于： 所述熵循环发动机还包括冷 却器 6，所述冷却器 6设在所述气体压缩机构 1上， 且在所述气体压缩机构 1的工质出口与 所述内燃燃烧室 4的工质入口之间的所述连通通道 3上设有逆止阀 31。
所述工质导出口 5连通有储气罐 52， 在所述工质闭合回路的压力高于设定限度时， 所 述工质闭合回路的压力设为至少大于 2MPa; 所述控制阀 51可设为压力控制阀， 将导致压 力过高的工质部分导入所述储气罐 52中， 可作为高压气源用。 可选择地， 将所述工质闭合回路的承压能力设为大于 2.5MPa、 3MPa、 3.5MPa、 4MPa、 4.5MPa、 5MPa、 5.5MPa、 6MPa、 6.5MPa、 7MPa、 7.5MPa、 8MPa、 8.5MPa、 9MPa、 9.5MPa、 麵 Pa、】0.5MPa、 l lMPa、 11.5MPa、 12MPa、 12.5MPa、 l3MPa、 13.5MPa、 14MPa、 14.5MPa、 15MPa、 15.5MPa、 16MPa、 16.5MPa 17MPa、 l7.5MPa l8MPa, 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 41和所述燃料源 42的承压能力也设为上述同样的数值范围。 由于需要将所述氧化剂源 41或所述燃料源 42中物质向所述工质闭合回路内喷射， 因此在 实际应用中， 所述氧化剂源 41或所述燃料源 42的承压能力一般设为大于所述工质闭合回 路的承压能力的。
可选择地， 将所述冷却器 6设在以所述气体做功机构 2的工质出口为上游和以所述内 燃燃烧室 4的工质入口为下游的所述工质闭合回路上， 即所述冷却器 6设在所述气体压缩 机构 1的工质出口与所述内燃燃烧室 4的工质入口之间的所述连通通道 3上。
如图 3所示的熵循环发动机， 其与实施例 2的区别在于： 所述气体压缩机构 1设为叶 轮压气机 11， 所述气体做功机构 2设为涡轮动力机构 21 ; 所述内燃燃烧室 4设在所述叶轮 压气机 11的工质出口与所述涡轮动力机构 21之间的所述连通通道 3内， 所述氧化剂源 41 经氧化剂控制阀 53与所述内燃燃烧室 4直接连通。
所述工质导出口 5与非直混冷凝冷却器 7的被冷却流体通道连通， 即所导出的过剩工 质将被进行冷凝冷却处理， 从而减少对环境的排放污染。
可选择地， 所述叶轮压气机 11设为两个并串联设置， 以实现多级压缩； 所述涡轮动力 机构 21也可设为两个， 以实现多级做功。
如图 4所示的熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述气体做功机构 2设为气 缸活塞做功机构 22, 且将所述内燃燃烧室 4设在所述气缸活塞做功机构 22内。
所述氧化剂源 41经所述非直混冷凝冷却器 7的被加热流体通道与所述工质闭合回路连 通，所述非直混冷凝冷却器 7上设有不凝气出口 71和深冷液体工质出口 72，所述不凝气出 口 71设在所述气缸活塞机构 22的工质出口与所述叶轮压气机 11工质入口之间的所述连通 通道 3连通。 从所述工质导出口 5进入所述非直混冷凝冷却器 7进行冷凝冷却处理， 其中 被冷凝部分经由所述深冷液体工质出口 72导出， 而不能被冷凝部分为不凝气， 经由所述不 凝气出口 71送回到所述工质闭合回路。
如图 5所示的熵循环发动机， 其与实施例 4的区别在于： 所述内燃燃烧室 4设为旁置 内燃燃烧室 40， 所述旁置内燃燃烧室 40与所述工质闭合回路连通； 所述气体压缩机构 1设 为罗茨风机 12， 所述气体做功机构 2设为螺杆动力机构 24。
在所述冷却器 6和所述工质导出口 5之间的所述连通通道 3上冷却液体排出口 50。 所述工质导出口 5连通有直混冷凝冷却器 70，所述深冷液体工质出口 72连通有深冷液 体工质储罐 721。 所述氧化剂源 41经所述直混冷凝冷却器 70与所述旁置内燃燃烧室 40连 通。
如图 6所示的熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述气体做功机构 2设为罗 茨马达 23: 所述工质导出口 5与螺杆动力机构 24连通， 即由所述工质导出口 5导出的工质 将继续驱动所述螺杆动力机构 24对外做功。
如图 7所示的熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述气体压缩机构 1设为气 缸活塞压气机构 13， 所述气体做功机构 2设为罗茨马达 23; 所述氧化剂源 41经所述非直 混冷凝冷却器 7的被加热流体通道与所述内燃燃烧室 4连通。 所述工质闭合回路的承压能 力为 8MPa, 所述氧化剂源 41和所述燃料源 42的压力均为 10MPa。
由于需要将所述氧化剂源 41或所述燃料源 42中物质向所述工质闭合回路内喷射， 因 此在实际应用中， 所述氧化剂源 41或所述燃料源 42的承压能力一般设为大于所述工质闭 合回路的承压能力。
如图 8所示的熵循环发动机， 其与实施例 5的区别在于： 所述气体做功机构 2设为气 缸活塞做功机构 22， 所述内燃燃烧室 4设在所述气缸活塞做功机构 22 内， 所述氧化剂源 41经所述直混冷凝冷却器 70和所述工质导出口 5连通。 所述工质闭合回路的承压能力为 15MPa, 所述氧化剂源 41和所述燃料源 42的压力均为 20MPa。
如图 9所示的熵循环发动机， 其与实施例 2的区别在于： 所述气体压縮机构 1设为罗 茨风机 12， 所述气体做功机构 2设为罗茨马达 23; 所述冷却器 6设为直混冷却器 62， 所述 工质导出口 5设在所述直混冷却器 62上。
如图 10所示的熵循环发动机， 其与实施例 9的区别在于： 所述气体压缩机构 1设为气 缸活塞压气机构 13， 所述冷却器 6设为吸附式冷却器 63。
如图 I I所示的熵循环发动机， 其与实施例 10的区别在于： 所述气体压缩机构 1设为 螺杆压气机 14， 所述气体做功机构 2设为螺杆动力机构 24; 所述内燃燃烧室 4设为旁置内 燃燃烧室 40， 所述旁置内燃燃烧室 40和以所述螺杆压气机 14的工质出口为上游与以所述 螺杆动力机构 24的入口为下游的所述连通通道 3连通； 所述工质导出口 5设在所述螺杆压 气机 14工质出口和所述旁置内燃燃烧室 40的连通处之间的所述连通通道 3上。 所述冷却 器 6设为吸收式冷却器 64。
所述熵循环发动机还包括不凝气回储压缩机 74,所述不凝气回储压缩机 74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 74的气体出口经控制阀与不凝气 储罐 73连通， 所述不凝气储罐 73与所述工质闭合回路连通。
如图 12所示的熵循环发动机， 其与实施例 10的区别在与： 所述气体压缩机构 1设为 螺杆压气机 14， 所述气体做功机构 2设为罗茨马达 23; 所述内燃燃烧室 4设为与所述工质 闭合回路连通的旁置内燃燃烧室 40; 所述冷却器 6设为节流膨胀式冷却器 65， 所述节流膨 胀式冷却器 65的入口与所述工质导出口 5连通。
如图 13所示的熵循环发动机， 其与实施例 1的区别在于： 所述气体压缩机构 1设为叶 轮压气机 11， 所述气体做功机构 2设有两个： 分别为涡轮动力机构 21和螺杆动力机构 24, 所述涡轮动力机构 21 的工质出口与所述螺杆动力机构 24的工质入口连通， 所述螺杆动力 机构 24的工质出口经冷却器 6与所述叶轮压气机 11的入口连通。
如图 14所示的熵循环发动机， 其与实施例 1的区别在于： 所述气体压缩机构 1设为罗 茨风机 12， 所述气体做功机构 2设为气缸活塞做功机构 22， 所述内燃燃烧室 4设在所述气 缸活塞做功机构 22 内。
所述熵循环发动机还包括有热交换器 8， 所述罗茨风机 12的工质出口与所述气缸活塞 做功机构 22的工质入口之间的所述连通通道 3设为所述热交换器 8的被加热流体通道， 而 所述气缸活塞做功机构 22的工质出口与所述罗茨风机 12的工质入口之间的所述连通通道 3 设为所述热交换器 8的被冷却流体通道， 所述热交换器 8与所述罗茨风机 12的工质入口之 间的所述连通通道 3上设有冷却器 6，所述工质闭合回路的承压能力为 37MPa，所述氧化剂 源 41和所述燃料源 42的压力均为 40MPa。
如图 15所示的熵循环发动机， 其与实施例 14的区别在于： 所述气体做功机构 2设为 涡轮动力机构 21 ; 所述熵循环发动机还包括热交换器 8， 所述涡轮动力机构 21的工质出口 与所述罗茨风机 12的工质入口之间的所述连通通道 3上设有冷却器 6。 所述涡轮动力机构 21的工质出口与所述冷却器 6之间的所述连通通道 3设为所述热交换器 8的被冷却流体通 道， 而所述冷却器 6与所述罗茨风机 12的工质入口之间的所述连通通道 3设为所述热交换 器 8的被加热流体通道。
如图 16所示的熵循环发动机， 其与实施例 1的区别在于： 所述气体压缩机构 1设为叶 轮压气机 11， 所述气体做功机构 2设为罗茨马达 23; 所述罗茨马达 23的工质出口与所述 叶轮压气机 11的工质入口之间的所述连通通道 3上设有冷却器 6。 所述熵循环发动机还包括有不凝气储罐 73， 所述不凝气储罐 73与所述叶轮压气机 11 的工质出口和所述内燃燃烧室 4之间的所述连通通道 3连通。
如图 17所示的熵循环发动机， 其与实施例 16的区别在于： 所述气体压缩机构 1设为 气缸活塞压气机构 13， 所述气体做功机构 2设为螺杆动力机构 24; 所述不凝气储罐 73与 所述冷却器 6和所述气缸活塞压气机构 13的工质入口之间的所述连通通道 3连通。
如图 18所示的熵循环发动机， 其与实施例 6的区别在于： 所述工质导出口 5经所述控 制闽 51直接排出， 在所述工质导出口 5与所述罗茨马达 23的工质出口之间的所述连通通 道 3上设有三元催化器 81。
如图 19所示的熵循环发动机， 其与实施例 14的区别在于： 在所述热交换器 8的被冷 却流体通道的出口与所述工质导出口 5之间的所述连通通道 3设有三元催化器 81。
如图 20所示的熵循环发动机， 其与实施例 18的区别在于： 在所述罗茨马达 23的工质 出口与所述工质导出口 5与之间的所述连通通道 3上设有冷却器 6，所述熵循环发动机还包 括低温冷源 66，所述低温冷源 66与所述叶轮压气机 11工质入口处的所述连通通道 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叶轮压气机 11 的工质。
可选择地， 当所述气体压缩机构 1设为所述气缸活塞压气机构 13时， 可将所述低温冷 源 66与所述气缸活塞压气机构 13直接连通， 所述低温冷源 66所提供的低温物质， 用于冷 却所述气缸活塞压气机构 13中的工质。
如图 21所示的熵循环发动机， 其与实施例 20的区别在于： 所述冷却器 6设置在所述 工质导出口 5和所述叶轮压气机 11的工质入口之间的所述连通通道 3上， 所述熵循环发动 机还包括次级涡轮动力机构 211和次级叶轮压气机 111，所述工质导出口 5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。
所述次级涡轮动力机构 211可以进一步利用在所述罗茨马达 23中做功完成后流出的工 质进一步做功， 而所述次级叶轮压气机 111和所述叶轮压气机 11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与次所述级叶轮压气机 111同轴设 置并对其输出动力。 所述附属工质导出口 55可选择地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， 或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。
如图 22所示的熵循环发动机， 其与实施例 18的区别在于： 所述氧化剂源 41设为活塞 式压气机， 所述活塞式压气机设为四类门气缸活塞机构 99，所述四类门气缸活塞机构 99受 使所述四类门气缸活塞机构 99按照吸气冲程-压气供气冲程 -气体回充做功冲程 -排气冲程工 作模式循环工作的四类门控制机构控制， 所述四类门气缸活塞机构 99的供气口 993为所述 氧化剂源 41的氧化剂出口，所述四类门气缸活塞机构 99的回充口 994与所述工质导出口 5 连通。
被所述四类门气缸活塞机构 99压缩后的氧化剂， 经所述供气口 993进入所述内燃燃烧 室 4中， 所述燃料源 42向所述内燃燃烧室 4喷入燃料， 所述氧化剂和所述燃料在所述内燃 燃烧室 4内发生燃烧化学反应， 产生的大量热推动所述罗茨马达 23做功， 从所述工质导出 口 6导出的部分工质经所述回充口 994进入所述四类门气缸活塞机构 99中， 所述工质的余 热推动所述四类门气缸活塞机构 99做功后， 经所述排气口 992排出所述四类门气缸活塞机 构 99。
如图 23所示的熵循环发动机， 其与实施例 18的区别在于： 所述内燃燃烧室 4设为旁 置内燃燃烧室 40, 所述旁置内燃燃烧室 40设为四类门气缸活塞机构 99， 所述氧化剂源 41 和所述燃料源 42与所述四类门气缸活塞机构 99的进气口 991连通， 在所述四类门气缸活 塞机构 99上设有点火装置 43，所述氧化剂源 41和所述燃料源 42在所述四类门气缸活塞机 构 99 中进行燃烧化学反应后， 产生的部分高温高压工质可用来使四类门气缸活塞机构 99 对外做功， 另外一部分工质经所述供气口 993进入所述罗茨马达 23， 所述回充口 994与所 述工质导出口 5连通， 从所述工质导出口 5导出的部分工质从所述回充口 994导入所述四 类门气缸活塞机构 99内， 所述四类门气缸活塞机构 99经所述排气口 992排出部分工质。
如图 24所示的熵循环发动机， 其与实施例 18的区别在于： 所述熵循环发动机还包括 氧化剂传感器 44和氧化剂控制装置 45 , 所述氧化剂传感器 44包含有氧化剂探头， 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经氧化剂控制阔 53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 53打开或关闭， 以调整所述工质闭合回路中的氧化剂的量。
如图 25所示的熵循环发动机， 其与实施例 1的区别在于： 所述气体做功机构 2设为涡 轮动力机构 21， 所述气体压缩机构 1设为活塞液体机构 15， 所述活塞液体机构 15包括气 液缸 94和气液隔离结构 95， 所述气液隔离结构 95设在所述气液缸 94内。 所述气液缸 94 的液体端与液压动力机构 96连通， 所述液压动力机构 96与液体工质回送系统 97连通， 所 述液体工质回送系统 97与所述气液缸 94的液体端连通； 所述液压动力机构％和所述液体 工质回送系统 97受过程控制机构 98控制。 所述气液缸 94的气体工质对所述气液隔离结构 95的压力大于所述气液缸 94内的液体和所述气液隔离结构 95的总惯性力， 以使所述气液 隔离结构 95不撞上所述气液缸 94的缸盖。
以上所有实施例中， 所述内燃燃烧室 4排出的物质的质量流量大于从所述工质回路外 导入所述内燃燃烧室 4的物质的质量流量。
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。
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