CN103133176A - 单缸u流熵循环发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单缸U流熵循环发动机，包括气缸活塞机构和连通通道，所述气缸活塞机构的气缸上设有工质入口和工质出口，所述连通通道连通所述工质入口和所述工质出口，所述气缸活塞机构和所述连通通道构成工质闭合回路,在所述工质闭合回路内设有内燃燃烧室，在所述工质闭合回路上设工质导出口。本发明解决了现有热气机的工质温度和压力难以被加热到应有高度从而影响热气机效率的问题，具有效率高、节能的特点。

Description

单缸U流熵循环发动机

 

技术领域

本发明涉及热能与动力领域，尤其是一种热气机。

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

本发明提供了一种功率大、功率密度高的单缸U流熵循环发动机，解决了传统热气机因工质的温度低，影响热气机效率的问题。

本发明提出的技术方案如下：

方案1：一种单缸U流熵循环发动机，包括气缸活塞机构和连通通道，所述气缸活塞机构的气缸上设有工质入口和工质出口，所述连通通道连通所述工质入口和所述工质出口，所述气缸活塞机构的气缸和所述连通通道构成工质闭合回路，其特征在于：在所述工质闭合回路内设有内燃燃烧室，在所述工质闭合回路上设工质导出口。

方案2：在方案1的基础上：所述内燃燃烧室设在所述气缸活塞机构的气缸内，所述工质导出口设在所述连通通道上。

方案3：在方案1的基础上：所述内燃燃烧室设在所述连通通道内，所述工质导出口设在所述气缸活塞机构的气缸上或者设在所述气缸活塞机构的工质出口和所述内燃燃烧室之间的所述连通通道上。

方案4：在方案1的基础上：所述单缸U流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4的基础上：所述冷却器设为气液直混冷却器或吸附式制冷系统的解吸器。

方案6：在方案4的基础上：所述冷却器设置在以所述工质出口为上游，以所述内燃燃烧室为下游的所述连通通道上。

方案7：在方案6的基础上：所述冷却器设为热交换式冷却器，以所述内燃燃烧室为上游，以所述工质导出口为下游的所述连通通道设为所述热交换式冷却器的被冷却流体通道。

方案8：在方案7的基础上：所述单缸U流熵循环发动机还包括氧化剂源，所述氧化剂源经所述热交换式冷却器的被加热流体通道与所述工质闭合回路连通。

方案9：在方案4的基础上：所述单缸U流熵循环发动机还包括热交换器，所述工质出口和所述冷却器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，所述冷却器和所述内燃燃烧室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10：在方案1的基础上：所述连通通道上设有逆止阀。

方案11：在方案1的基础上：在所述工质导出口上设控制阀。

方案12：在方案11的基础上：所述控制阀设为压力控制阀。

方案13：在方案1的基础上：所述内燃燃烧室设为内燃连续燃烧室或内燃间歇燃烧室。

方案14：在方案1的基础上：所述单缸U流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14的基础上：所述非直混冷凝冷却器上设有冷凝液体工质出口。

方案16：在方案14或15的基础上：所述非直混冷凝冷却器上设有不凝气出口。

方案17：在方案16的基础上：所述不凝气出口与所述工质闭合回路连通。

方案18：在方案14或15的基础上：所述单缸U流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工质闭合回路连通。

方案19：在方案18的基础上：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20：在方案1的基础上：所述单缸U流熵循环发动机还包括直混冷凝冷却器和氧化剂源，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。

方案21：在方案20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22：在方案21的基础上：所述单缸U流熵循环发动机还包括深冷液体工质储罐，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23：在方案20或21的基础上：所述直混冷凝冷却器上设有不凝气出口。

方案24：在方案23的基础上：所述不凝气出口与所述工质闭合回路连通。

方案25：在方案20或21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26：在方案20的基础上：所述单缸U流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27：在方案1的基础上：所述单缸U流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。

方案28：在方案27的基础上：所述附属气体做功机构设为叶轮式气体做功机构、罗茨式气体做功机构、螺杆式气体做功机构或活塞式气体做功机构。

方案29：在方案1的基础上：所述单缸U流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30：在方案29的基础上：所述氧化剂源与所述内燃燃烧室连通。

方案31：在方案29的基础上：所述氧化剂源的压力大于2MPa。

方案32：在方案1的基础上：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33：在方案32的基础上：所述单缸U流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34：在方案33的基础上：所述单缸U流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35：在方案1的基础上：所述内燃燃烧室设为旁置内燃燃烧室，所述旁置内燃燃烧室的工质出口与所述工质闭合回路连通。

方案36：在方案35的基础上：所述旁置内燃燃烧室设为旁置内燃连续燃烧室或旁置内燃间歇燃烧室。

方案37：在方案1的基础上：所述工质闭合回路的承压能力大于2MPa。

方案38：在方案1的基础上：在所述工质闭合回路上设有三元催化器。

方案39：在方案1的基础上，其特征在于：所述单缸U流熵循环发动机还包括低温冷源，所述低温冷源与以所述工质出口为上游、以所述内燃燃烧室为下游的所述工质闭合回路连通。

方案40：在方案27的基础上：所述附属做功机构设为叶轮式气体做功机构，所述单缸U流熵循环发动机还包括叶轮式气体压缩机构，所述叶轮式气体做功机构的工质出口经附属冷却器与所述叶轮式气体压缩机构的工质入口连通，所述叶轮式气体压缩机构的工质出口与所述工质闭合回路连通；在所述叶轮式气体做功机构的工质出口与所述叶轮式气体压缩机构的工质入口之间的通道上设附属工质导出口。

方案41：在方案1的基础上：所述单缸U流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工质闭合回路连通，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42：在方案35的基础上：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缸活塞机构连通，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43：在方案29的基础上：所述单缸U流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44：在方案1的基础上：所述气缸活塞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45：在方案44的基础上：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。

方案46：在方案1的基础上：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。

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所述工质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。

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或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缸活塞机构的气缸和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还原剂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，所述单缸U流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，所述单缸U流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，所述单缸U流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。同样，所述旁置内燃燃烧室也可设为旁置内燃连续燃烧室、旁置内燃间歇燃烧室或旁置内燃正时燃烧室。

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、液态空气、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，可以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、碳氢氧化合物或固体碳等，其中，所述碳氢化合物包括汽油、柴油、重油、煤油、航空煤油等其他烃类；所述碳氢氧化合物包括甲醇、乙醇、甲醚、乙醚等。需要指出的是：采用固体碳作为燃料燃烧后没有水生成，且燃烧后产物中的二氧化碳浓度高，易液化；实施的过程中，固体碳可采用固体预先装配、粉末化后喷入、粉末化后再用液体或气体二氧化碳流化后喷入的方式进入所述内燃燃烧室。

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单缸U流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，间歇式地在所述单缸U流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，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，例如直混冷却器、热交换器式冷却器和散热器式冷却器。所述直混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；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，所谓的不凝气是指惰性气体、氮气等在所述氧气闭合循环热动力系统中经冷却后不液化的气体。

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控制机构所控制。

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。

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

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

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

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，作为单缸U流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，在所述单缸U流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做往复运动时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，从而实现效率的提高。

根据绝热过程方程

（其中，

是常数，是工质的绝热指数），本发明人将不同

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P-T图，其中，

，

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P-T图，其中， 

，

，

，

和

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，是常数，

是绝热指数，A和B是状态点，

图中：

1气缸活塞机构、101工质入口、102工质出口、105热气入口、2 连通通道、21 连通通道、3内燃燃烧室、300旁置内燃燃烧室、301氧化剂入口、302还原剂入口、4工质导出口、201逆止阀、401控制阀、402不凝气出口、403深冷液体工质出口、404冷却液体排出口、5氧化剂源、6燃料源、7冷却器、71节流膨胀器、72气液直混冷却器、73吸附式制冷系统、701热交换式冷却器、8热交换器、801非直混冷凝冷却器、802直混冷凝冷却器、9深冷液体工质储罐、10附属气体做功机构、104曲轴箱、11不凝气储罐、12不凝气回储压缩机、14涡轮动力机构、15叶轮压气机、16三元催化器、44氧化剂传感器、45氧化剂控制装置、46氧化剂控制阀、55附属工质导出口、66低温冷源、67附属冷却器、111叶轮式气体压缩机构、211叶轮式气体做功机构、91活塞液体机构、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、991进气口、992排气口、993供气口、994回充口。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的单缸U流熵循环发动机，包括气缸活塞机构1和连通通道2，所述气缸活塞机构1的气缸上设有工质入口101和工质出口102，所述连通通道2连通所述工质入口101和所述工质出口102，所述气缸活塞机构1和所述连通通道2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3，在所述工质闭合回路上设工质导出口4。

图中所示，所述内燃燃烧室3设在所述连通通道2内，所述内燃燃烧室3的位置处的所述工质闭合回路上开有氧化剂入口301和还原剂入口302，所述氧化剂入口301与氧化剂源5连通，所述还原剂入口302与燃料源6连通。所述工质导出口4设在所述气缸活塞机构1的工质出口102和所述内燃燃烧室3之间的所述连通通道2上，所述工质导出口4上设有控制阀401。所述工质导出口4导出工质的同时可排出部分热量。在所述连通通道2上设有逆止阀201。所述逆止阀201使所述工质闭合回路内的工质单向循环流动（如图1中箭头所示方向）。所述控制阀401受使所述工质闭合回路中的最低压力大于0.2MPa的控制机构控制。可选择地，所述控制阀401受使所述工质闭合回路中的最低压力大于0.3MPa、0.5MPa、1MPa、1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、5MPa、8MPa或大于10MPa的控制机构控制。

所述工质闭合回路的承压能力为15MPa，所述氧化剂源和所述还原剂源的压力均为20MPa。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、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5和所述燃料源6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5或所述燃料源6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5或所述燃料源6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。

本实施例的工作过程：所述氧化剂源5中氧化剂和所述燃料源6中的燃料，分别经所述氧化剂入口301和所述还原剂入口302进入所述内燃燃烧室3，并在所述内燃燃烧室3内发生氧化还原反应，产生高温高压气体工质，经所述工质入口101进入所述气缸活塞机构1内而推动活塞下行，对外输出动力；在活塞上行时，将做功后低温低压气体工质压缩，此压缩的气体工质在所述内燃燃烧室3内再次被加热，然后，再推动所述气缸活塞机构1的活塞下行，依次重复上述循环过程。由于上述循环过程将产生大量气体工质，若过量可由所述工质导出口4导出一部分，所述工质导出口4导出工质的同时可以导出部分热量。

实施例2

如图2所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：所述工质导出口4设在所述气缸活塞机构1上。

实施例3

如图3所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：所述氧化剂入口301设在所述工质出口102和所述工质导出口4之间的所述连通通道2上。所述氧化剂入口301与所述氧化剂源5连通。

所述氧化剂源5中的氧化剂可以设为低温氧化剂，例如液氧或液化空气等。所述氧化剂经所述氧化剂入口301进入所述工质闭合回路，可以对所述工质出口102流出的工质降温，所述氧化剂参与所述工质闭合回路中的工质循环，并在所述内燃燃烧室3中与所述燃料源6中导入的燃料发生燃烧化学反应。

实施例4

如图4所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例2的区别在于：所述单缸U流熵循环发动机还包括冷却器7，所述冷却器7设置在所述工质出口102和所述内燃燃烧室3之间的所述连通通道2上。

实施例5

如图5所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例4的区别在于：所述工质导出口4设在所述工质出口102和所述冷却器7之间的所述连通通道2上，所述冷却器7设为气液直混冷却器72。从所述气缸活塞机构1的工质出口102流出的工质经先从所述工质导出口4排出一部分并释放部分热量后，经所述气液直混冷却器72冷却降温。

本实施例中，所述气液直混冷却器72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。

实施例6

如图6所述的单缸U流熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：所述内燃燃烧室3设在所述气缸活塞机构1的气缸内，所述气缸活塞机构1的气缸上设有氧化剂入口301和所述还原剂入口302，所述氧化剂入口301与氧化剂源5连通，所述还原剂入口302与燃料源6连通。所述氧化剂源5设为中的氧化剂设为液氧，所述单缸U流熵循环发动机还包括冷却器7，所述冷却器7设为热交换式冷却器701，所述热交换式冷却器701设在所述工质出口102和所述工质导出口4之间的所述连通通道2上，并以所述连通通道2作为所述热交换式冷却器701的被冷却流体通道。所述氧化剂源5经所述热交换式冷却器701的被加热流体通道与所述氧化剂入口301连通。由于所述氧化剂源5的温度很低，所以可以作为热交换式冷却器701的冷媒来冷却做功完了时的工质。

实施例7

如图7所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例6的区别在于：在所述工质出口102和所述工质导出口4之间的所述连通通道2上设有冷却器7。在所述冷却器7和所述内燃燃烧室3之间的所述连通通道2上设有非直混冷凝冷却器801，并以所述连通通道2作为所述热交换式冷却器701的被冷却流体通道。所述工质导出口4设在所述非直混冷凝冷却器801的被冷却流体通道上。

经过所述冷却器7冷却，并进一步经所述非直混冷凝冷却器801冷凝后的部分工质可以从所述工质导出口4导出。

实施例8

如图8所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例4的区别在于：所述内燃燃烧室3设在所述气缸活塞机构1的气缸内，所述气缸活塞机构1的气缸上设有氧化剂入口301和还原剂入口302，所述氧化剂入口301与氧化剂源5连通，所述还原剂入口302与燃料源6连通，所述冷却器7设为吸附式制冷系统73的解吸器，所述工质导出口4设在所述连通通道2。

所述单缸U流熵循环发动机还包括热交换器8，所述热交换器8的热流体通道设为所述工质出口102和所述吸附式制冷系统73的解吸器之间的所述连通通道2，所述热交换器8的冷流体通道设为所述吸附式制冷系统73的解吸器和所述内燃燃烧室3之间的所述连通通道2（即本实施例中所述吸附式制冷系统73的解吸器和所述工质入口101之间的所述连通通道2）。从所述气缸活塞机构1做功完了的较高温度的工质，需要降温再进入下一次循环，而所述热交换器8可对所述工质进行初步降温，然后在用所述吸附式制冷系统73的解吸器进行进一步降温，从所述吸附式制冷系统73的解吸器流出的低温度的工质，可作为所述热交换器8冷媒对从所述工质出口102流出的所述工质进行初步冷却。 

此外，本实施例取消了实施例4中的逆止阀102，取而代之的是在所述工质出口102和所述工质入口101处设置相应的阀门。

实施例9

如图9所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例7的区别在于：所述非直混冷凝冷却器801的被冷却流体入口与所述工质导出口4连接。

实施例10

如图10所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例9的区别在于：所述氧化剂源5经所述非直混冷凝冷却器801的被加热流体通道与所述气缸活塞机构1的气缸连通。

实施例11

如图11所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例10的区别在于：所述非直混冷凝冷却器801上还设有不凝气出口402，所述不凝气出口402与所述工质闭合回路连通，具体是与所述连通通道2连通。

实施例12

如图12所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例10的区别在于：采用直混冷凝冷却器802替代所述非直混冷凝冷却器801。所述直混冷凝冷却器802的被冷却流体入口与所述工质导出口4连通，所述氧化剂源5与所述直混冷凝冷却器802的被加热流体入口连通。

所述直混冷凝冷却器802上设有深冷液体工质出口403。所述工质导出口4导出的工质在所述直混冷凝冷却器802中被从所述氧化剂源5导入的氧化剂冷凝后从所述深冷液体工质出口403导出。

氧化剂在所述直混冷凝冷却器802中被所述工质导出口4导出的工质加热后经管道导入所述内燃燃烧室3中。

实施例13

如图13所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例12的区别在于：所述单缸U流熵循环发动机还包括冷却液体排出口404，所述冷却液体排出口404设在所述冷却器7和所述工质导出口4之间的所述连通通道2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7被冷凝后从所述冷却液体排出口404导出。

所述单缸U流熵循环发动机还包括深冷液体工质储罐9，所述深冷液体工质储罐9与所述深冷液体工质出口403连通。从所述工质导出口4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802中被冷凝后从所述深冷液体工质出口403导入所述深冷液体工质储罐9中储存。

实施例14

如图14所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例9的区别在于：还包括附属气体做功机构，所述工质导出口4与所述附属气体做功机构的工质入口连通。本实施例中所述附属气体做功机构设为附属叶轮式气体做功机构211。

可选择地，本实施例中所述附属气体做功机构还可以设为罗茨式气体做功机构、螺杆式气体做功机构或活塞式气体做功机构等其它形式的气体做功机构。

实施例15

如图15所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例9的区别在于：所述工质闭合回路中，参与循环的气体的一部分为不凝气，所述单缸U流熵循环发动机还包括不凝气储罐11，所述不凝气储罐11经控制装置与所述工质闭合回路连通。

所述单缸U流熵循环发动机还包括不凝气回储压缩机12，所述不凝气回储压缩机12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12的气体出口经控制阀与所述不凝气储罐11连通。

实施例16

如图16所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例15的区别在于：所述冷却器7的工质入口与所述工质导出口4连通，为增强冷却器7的冷却效果，在冷却器7的工质出口连接一节流膨胀器71。所述工质导出口4导出的工质经所述冷却器7冷却降温后，通过所述节流膨胀器71后进一步对所述工质闭合回路中的工质降温。

实施例17

如图17所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：本实施例包括两个连通通道，分别为连通通道2和连通通道21，所述内燃燃烧室3设置在所述连通通道21内，所述冷却器7和所述工质导出口4设置在所述连通通道2上。

在所述气缸活塞机构1的工质出口102和所述冷却器7之间的所述连通通道2上设涡轮动力机构14，所述涡轮动力机构14的工质入口与所述气缸活塞机构1的工质出口102连通，经所述气缸活塞机构1的工质出口102排出的工质，仍然是高温高压状态，所述涡轮动力机构14可利用。

在所述气缸活塞机构1的工质入口101和所述工质导出口4之间的所述连通通道2上设叶轮压气机15，所述叶轮压气机15的工质出口与所述气缸活塞机构1的工质入口101连通。

所述涡轮动力机构14可对所述叶轮压气机15输出动力。

实施例18

如图18所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例18的区别在于：所述内燃燃烧室3设为旁置内燃燃烧室300，所述旁置内燃燃烧室300与所述气缸活塞机构1的气缸上设置的热气入口105连通。

实施例19

如图19所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例9的区别在于：所述工质导出口4和所述冷却器7之间的所述连通通道2上设有三元催化器16。

实施例20

如图20所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例4的区别在于：所述内燃燃烧室3设置在所述气缸活塞机构1内，所述工质导出口4设置在所述连通通道2上，所述工质导出口4经控制阀401与外界连通，所述冷却器7设置在所述工质导出口4与所述气缸活塞机构1的工质入口101之间的所述连通通道2上，所述单缸U流熵循环发动机还包括低温冷源66，所述低温冷源66与所述气缸活塞机构1的工质入口101和所述冷却器7之间的所述连通通道2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气缸活塞机构1的工质。

可选择地，将所述低温物质直接导入所述气缸活塞机构1中，冷却所述气缸活塞机构1中的工质。

实施例21

如图21所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例21的区别在于：所述单缸U流熵循环发动机还包括叶轮式气体压缩机构111，所述工质导出口4与所述叶轮式气体做功机构211的工质入口连通，所述叶轮式气体做功机构211的工质出口经附属冷却器67与所述叶轮式气体压缩机构111的工质入口连通，所述叶轮式气体压缩机构111的工质出口与所述工质闭合回路连通；所述叶轮式气体做功机构211的工质出口与所述叶轮式气体压缩机构111的工质入口之间的连通通道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与所述叶轮式气体压缩机构111的工质入口之间的连通通道上。

可选择地，将所述附属工质导出口55设在所述叶轮式气体做功机构211的工质出口与所述附属冷却器67之间的通道上。所述叶轮式气体压缩机构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4设在所述工质闭合回路上的不同位置。

所述叶轮式气体做功机构211可以进一步利用在所述气缸活塞机构1中做功完成后由所述工质导出口4流出的工质进一步做功，而所述叶轮式气体压缩机构111所述工质进行进一步压缩，从而提高发动机的效率。

具体实施时，可选择地，所述叶轮式气体做功机构211可对所述叶轮式气体压缩机构111输出动力。

实施例22

如图22所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例18的区别在于：所述旁置内燃燃烧室300设为四类门气缸活塞机构99，所述四类门气缸活塞机构99的气缸上设有进气口991、排气口992、供气口993和回充口994，在所述进气口991、所述排气口992、所述供气口993和所述回充口994处依次对应设置进气门、排气门、供气门和回充门；所述氧化剂源5和所述燃料源6与所述进气口991连通，在所述四类门气缸活塞机构99上设有点火装置，所述氧化剂源5和所述燃料源6在所述四类门气缸活塞机构99内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做功，另外一部分工质经所述供气口993进入所述气缸活塞机构1，所述回充口994与所述工质导出口4连通，从所述工质导出口4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。

实施例23

如图23所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例5的区别在于：所述单缸U流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的气缸上设有进气口991、排气口992、供气口993和回充口994，在所述进气口991、所述排气口992、所述供气口993和所述回充口994处依次对应设置进气门、排气门、供气门和回充门；所述氧化剂源5和所述燃料源6与所述进气口991连通，所述四类门气缸活塞机构99压缩后的工质经所述供气口993进入所述气缸活塞机构1，所述内燃燃烧室3设置在所述气缸活塞机构1中，所述工质导出口4与所述回充口994连通，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。

实施例24

如图24所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例21的区别在于：所述单缸U流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2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5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，以调整所述工质闭合回路中的氧化剂的量。

实施例25

如图25所示的单缸U流熵循环发动机，其与实施例1的区别在于：所述气体压缩机构1设为活塞液体机构91，所述活塞液体机构91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96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内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，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3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3的物质的质量流量。

以上所有实施例中所述的内燃燃烧室均可设为连续燃烧室或间歇燃烧室，设为间歇燃烧室时，可以根据需要选择不同的间歇燃烧时序关系。显然，本发明不限于以上实施例，根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导出或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单缸U流熵循环发动机，包括气缸活塞机构（1）和连通通道（2），所述气缸活塞机构（1）的气缸上设有工质入口（101）和工质出口（102），所述连通通道（2）连通所述工质入口（101）和所述工质出口（102），所述气缸活塞机构（1）的气缸和所述连通通道（2）构成工质闭合回路，其特征在于：在所述工质闭合回路内设有内燃燃烧室（3），在所述工质闭合回路上设工质导出口（4）。

2.如权利要求1所述单缸U流熵循环发动机，其特征在于：所述内燃燃烧室（3）设在所述气缸活塞机构（1）的气缸内，所述工质导出口（4）设在所述连通通道（2）上。

3.如权利要求1所述单缸U流熵循环发动机，其特征在于：所述内燃燃烧室（3）设在所述连通通道（2）内，所述工质导出口（4）设在所述气缸活塞机构（1）的气缸上或者设在所述气缸活塞机构（1）的工质出口（102）和所述内燃燃烧室（3）之间的所述连通通道（2）上。

4.如权利要求1所述单缸U流熵循环发动机，其特征在于：所述单缸U流熵循环发动机还包括冷却器（7），所述冷却器（7）设置在所述工质闭合回路上。

5.如权利要求1所述单缸U流熵循环发动机，其特征在于：所述连通通道（2）上设有逆止阀（201）。

6.如权利要求1所述单缸U流熵循环发动机，其特征在于：在所述工质导出口（4）上设控制阀（401）。

7.如权利要求1所述单缸U流熵循环发动机，其特征在于：所述内燃燃烧室（3）设为内燃连续燃烧室或内燃间歇燃烧室。

8.如权利要求1所述单缸U流熵循环发动机，其特征在于：所述单缸U流熵循环发动机还包括非直混冷凝冷却器（801），所述非直混冷凝冷却器（801）的被冷却工质入口与所述工质导出口（4）连通。

9.如权利要求1所述单缸U流熵循环发动机，其特征在于：所述单缸U流熵循环发动机还包括直混冷凝冷却器（802）和氧化剂源（5），所述直混冷凝冷却器（802）的被冷却流体入口与所述工质导出口（4）连通，所述氧化剂源（5）与所述直混冷凝冷却器（802）的被加热流体入口连通。

10.如权利要求1所述单缸U流熵循环发动机，其特征在于：所述单缸U流熵循环发动机还包括附属气体做功机构，所述工质导出口（4）与所述附属气体做功机构的工质入口连通。

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