CN103216358A - 热缸门控热气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热缸门控热气机，包括气缸活塞机构，在所述气缸活塞机构的气缸上设往复流通口，在所述往复流通口处设往复流通控制门，在所述气缸活塞机构的气缸内设内燃燃烧室，在所述气缸活塞机构的气缸上设氧化剂入口和燃料入口，所述氧化剂入口经控制阀与氧源连通，所述燃料入口经控制阀与燃料源连通，所述往复流通口经回热器与正时脉冲气体机构连通，并在所述回热器与所述正时脉冲气体机构的连通通道上或在所述正时脉冲气体机构上设工质导出口。本发明可以提高工质的利用效率，减少能源的浪费。

Description

热缸门控热气机

技术领域

本发明涉及一种热气机，尤其是一种热缸门控热气机。 

背景技术

传统的热气机的热缸采用外燃加热，其加热效率损失很大，功率密度低，因此，需要发明一种新型热气机。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案如下： 

方案一：一种热缸门控热气机，包括气缸活塞机构，在所述气缸活塞机构的气缸上设往复流通口，在所述往复流通口处设往复流通控制门，在所述气缸活塞机构的气缸内设内燃燃烧室，在所述气缸活塞机构的气缸上设氧化剂入口和燃料入口，所述氧化剂入口经控制阀与氧源连通，所述燃料入口经控制阀与燃料源连通，所述往复流通口经回热器与正时脉冲气体机构连通，并在所述回热器与所述正时脉冲气体机构的连通通道上或在所述正时脉冲气体机构上设工质导出口。 

方案二：在方案一的基础上，所述正时脉冲气体机构设为附属气缸活塞机构。 

方案三：在方案二的基础上，所述附属气缸活塞机构的活塞与所述气缸活塞机构的活塞由同一曲轴驱动，并且所述附属气缸活塞机构的气缸与所述气缸活塞机构的气缸呈V型设置。 

方案四：在方案一的基础上，所述正时脉冲气体机构设为受正时控制机构控制的储气罐。 

方案五：在方案二的基础上，所述附属气缸活塞机构设为气体压缩机，所述回热器与所述压气机的压缩气体出口连通。 

方案六：在方案五的基础上，所述气体压缩机的进气道上设有增压装置。 

方案七：在方案五的基础上，所述气体压缩机的活塞与所述气缸活塞机构的活塞由同一曲轴驱动，并且所述气体压缩机的气缸与所述气缸活塞机构的气 缸呈V型设置。 

方案八：在方案一的基础上，所述热缸门控热气机还包括涡轮动力机构和叶轮压气机，所述工质导出口与所述涡轮动力机构的工质入口连通，所述涡轮动力机构的工质出口经冷却器与所述叶轮压气机的工质入口连通，所述叶轮压气机的工质出口与工质回路连通；在所述涡轮动力机构的工质出口与所述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。 

方案九：在方案一的基础上，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。 

方案十：在方案二的基础上，所述附属气缸活塞机构设为附属活塞液体机构，所述附属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。 

方案十一：在方案九的基础上，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。 

方案十二：在方案十的基础上，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。 

方案十三：在方案一的基础上，所述热缸门控热气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工质回路内，所述氧化剂传感器对所述氧化剂控制装置提供信号，所述氧化剂控制装置控制所述氧化剂入口和所述氧源之间的控制阀。 

方案十四：在方案一的基础上，所述热缸门控热气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氧化剂入口连通，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。 

方案十五：在方案一的基础上，所述内燃燃烧室排出的物质的质量流量大于从工质回路外导入所述内燃燃烧室的物质的质量流量。 

方案十六：在方案一的基础上，所述热缸门控热气机还包括低温冷源，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正时脉冲气体机构中或即将进入所述正时脉冲气体机构的工质。 

方案十七：在方案一至十六中任一方案的基础上，在所述回热器和所述正时脉冲气体机构之间的往复循环通道上和/或在所述正时脉冲气体机构上设有冷却器。 

方案十八：在方案一至十六中任一方案的基础上，所述氧源为高压的气态或液态的纯氧源或高压的液态空气源。 

方案十九：在方案十八的基础上，所述氧源的压力至少为2MPa。 

方案二十：在方案一的基础上，工质回路的承压能力大于2MPa。 

本发明的原理是：在所述往复流通控制门关闭状态下，将有压氧源中的氧化剂和燃料源中的燃料导入所述气缸活塞机构的气缸中，并使其发生燃烧化学反应，推动活塞下行做功后，打开所述往复流通控制门，使缸内的燃气经所述回热器流入所述正时脉冲气体机构，进入斯特林热力循环，其实质相当于用内燃机做功后的高温工质作为斯特林发动机的热缸中的工质使用。 

本发明中，所谓的正时脉冲气体机构是指能够按正时关系向所述气缸活塞机构提供气体并能从所述气缸活塞机构接收气体，与所述气缸活塞机构及相关单元（例如回热器等）一同完成热力学循环的装置。所谓的正时关系是指配合所述气缸活塞机构和所述正时脉冲气体机构完成热力学循环的逻辑关系。 

本发明中，所述工质回路是指由所述气缸活塞机构的气缸、所述正时脉冲气体机构和二者之间的连通通道构成的工质可以循环流动的空间。 

本发明中，所述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，优选的，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，在所述热缸门控热气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“调整所述工质回路中的工作压力”是通过调整流入和/或流出所述工质回路的气体工质的体积流量来实现的，例如可以通过调整所述工质导出口的开关间隔、每次开启的时间和/或所述工质导出口处控制阀的开口大小来实现。 

本发明中，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，所述氧化剂传感器是指对所述工质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回路中静态或动态的氧化剂含量设定值对所述氧化剂入口和所述氧源之间的控制阀进行控制以增加或减少向所述工质回路中供给氧化剂的量，达到调控所述工质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所述工质回路上，可保证整个所述工质回路是在富氧（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，通过调整所述工质回路的工作压力（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）以及所述气缸活塞机构的排量，以控制所述气缸活塞机构的质量排量，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，即实现了工质在所述气缸活塞机构和所述正时脉冲气体机构之间的往复流动。从所述工质回路外向所述内燃燃烧室导入的物质可以是氧化剂、 燃料或压缩气体等。 

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回路连通使所述低温物质与所述工质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回路内的工质换热的方式，对所述正时脉冲气体机构中或即将进入正时脉冲气体机构的工质进行冷却处理。热气机是一种工作循环接近卡诺循环的动力机构，其热效率的计算可以参考卡诺循环热效率计算公式：

从中可知，当冷源温度T₂下降时，热效率η升高，而且向冷源排放的热量减少，如果冷源温度T₂下降幅度很大，即冷源温度很低，则热效率η很高，向冷源排放的热量很小。由此推断，可用温度相当低的低温物质使冷源温度T₂大幅下降，从而大幅减少向冷源排放的热量，有效提高发动机效率。 

温度越低的低温物质（例如液氧、液氮或液氦等），在制造过程中需要消耗越多的能量，但是就单位质量而言，对发动机热效率η提升的贡献越大，就好比将能量存储在温度很低的物质中，相当于一种新型电池的概念，所述低温物质可以使用垃圾电等成本很低的能源来制造，从而有效降低发动机的使用成本。 

本发明中，燃料在所述气缸活塞机构中燃烧可能是压燃方式也可能是点火燃烧方式，如果是采用点火燃烧的方式，还需要在所述气缸活塞机构上设点火装置，例如火花塞。 

本发明中，所述氧源的压力至少为2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa、6MPa、6.5MPa、7MPa、7.5MPa、8MPa、8.5MPa、9MPa、9.5MPa或至少为10MPa。 

本发明中，所述工质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，这就要求所述工质回路能承受一定压力，选择性地，所述工质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。 

本发明中，所述工质回路的工质压力与其承压能力相匹配，即所述工质回路的工质的最高压力达到其承压能力。 

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，使大家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Carnot Cycle的P-T图，可以使大家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，大家还可以明显地看出：当Carnot Cycle 的高温热源的温度升高时，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，C是常数，k是工质的绝热指数）。根据数学分析，，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）。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。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，应根据发动机、热气机及热动力领域的公知技术，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: 

本发明可以提高工质的利用效率，减少能源的浪费。 

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图； 

图2是本发明实施例2的结构示意图； 

图3是本发明实施例3的结构示意图； 

图4是本发明实施例4的结构示意图； 

图5是本发明实施例5的结构示意图； 

图6是本发明实施例6的结构示意图； 

图7是本发明实施例7的结构示意图； 

图8是本发明实施例8的结构示意图； 

图9是本发明实施例9的结构示意图； 

图10是本发明实施例10的结构示意图； 

图11是本发明实施例11的结构示意图； 

图12是本发明实施例12的结构示意图； 

图13是本发明实施例13的结构示意图； 

图14是本发明实施例14的结构示意图； 

图15是本发明实施例15的结构示意图； 

图16是本发明实施例16的结构示意图； 

图17是本发明实施例17的结构示意图， 

图中： 

1气缸活塞机构、11往复流通口、12往复流通控制门、13氧化剂入口、14燃料入口、15控制阀、16氧源、17控制阀、18燃料源、19工质导出口、20控制阀、3正时脉冲气体机构、4回热器、5冷却器、6正时控制机构、31附属气缸活塞机构、32储气罐、33气体压缩机、71涡轮动力机构、72叶轮压气机、73附属工质导出口、8低温冷源、106氧化剂储罐、111气液缸、112气液隔离结构、113液体流通口、96液压动力机构、97液体回送系统、99过程控制机构、200四类门气缸活塞机构、201进气口、202排气口、203供气口、204回充口、301氧化剂传感器、302氧化剂控制装置。 

具体实施方式

实施例1 

如图1所示的热缸门控热气机，包括气缸活塞机构1，在所述气缸活塞机构1的气缸上设往复流通口11，在所述往复流通口11处设往复流通控制门12，所述气缸活塞机构1的气缸内设内燃燃烧室，在所述气缸活塞机构1的气缸上设氧化剂入口13和燃料入口14，所述氧化剂入口13经控制阀15与氧源16连通，所述燃料入口14经控制阀17与燃料源18连通，所述往复流通口11经回热器4与正时脉冲气体机构3连通，并在所述回热器4与所述正时脉冲气体机构3的连通通道上设工质导出口19，并在所述工质导出口19的管道上设有控制阀20。所述控制阀15、所述控制阀16、所述控制阀20受正时机构控制。 

本实施例的工作过程为：在所述往复流通控制门12关闭状态下，所述氧源16中的氧化剂和所述燃料源18中的燃料导入所述气缸活塞机构1的气缸中， 然后，所述控制阀15和所述控制阀17关闭；所述氧化剂和所述燃料在所述气缸活塞机体1的气缸中发生燃烧化学反应，产生的高温高压气体工质推动活塞下行做功；在所述活塞到达下止点时，所述往复流通控制门12打开，所述活塞上行，使所述气缸活塞机构1的气缸中的气体工质经所述回热器4流入所述正时脉冲气体机构3中，所述气体工质在流经所述回热器4时，将热量留在所述回热器4中；所述正时脉冲气体机构3按正时关系将所述气体工质提供给所述气缸活塞机构1，在所述气体工质回流经过所述回热器4时，将所述回热器4中的热量带回到所述气缸活塞机构1中，推动所述活塞做功，当所述活塞由下止点向上止点运行，推动所述气缸内的气体工质再次进入所述正时脉冲气体机构3，所述气体工质在所述气缸活塞机构1和所述正时脉冲气体机构3之间重复上述循环，最终，所述气体工质由所述工质导出口19导出；当所述气体工质从工质导出口19导出后，关闭所述控制阀20和所述往复流通控制门12，打开所述控制阀15和所述控制阀17，进入下一循环。 

所述工质导出口19在导出工质的同时，可导出部分热量。 

本实施例中，所述内燃燃烧室设为间歇燃烧；所述氧源16为高压的气态纯氧；所述氧源16的压力至少为2MPa。 

可选择地，所述内燃燃烧室设为连续燃烧；所述氧源16设为液态的纯氧源或高压的液态空气源；将所述氧源16的压力设为大于2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、6MPa或大于10MPa。 

实施例2 

如图2所示的热缸门控热气机，其与实施例1的区别在于：所述正时脉冲气体机构3设为附属气缸活塞机构31，并且在所述回热器4和所述工质导出口19之间的往复循环通道上设冷却器5。 

所述气缸活塞机构1的高温高压气体工质经所述回热器4流入所述附属气缸活塞机构31时，所述附属气缸活塞机构31内的活塞下行，可对外输出动力；当所述附属气缸活塞机构31中的活塞由下止点向上止点运动时，推动气体进入所述气缸活塞机构1中。 

实施例3 

如图3所示的热缸门控热气机，其与实施例2的区别在于：所述冷却器5设在所述附属气缸活塞机构31上。 

与实施例2相同，所述冷却器5都是起到冷却工质的作用。 

实施例4 

如图4所示的热缸门控热气机，其与实施例2的区别在于：在所述回热器4和所述附属气缸活塞机构31之间的通道上和所述附属气缸活塞机构31上都设有冷却器5。 

实施例5 

如图5所示的热缸门控热气机，其与实施例3的区别在于：所述附属气缸活塞机构31的活塞与所述气缸活塞机构1的活塞由同一曲轴驱动，并且所述附属气缸活塞机构31的气缸与所述气缸活塞机构1的气缸呈V型设置，此时，所述热缸门控热气机的结构与传统的α型斯特林发动机结构相似。 

实施的过程中，本领域的技术人员可以根据本实施例的技术启发，将本发明所述热缸门控热气机设计成β型或γ型热气机结构，但基于本实施例的技术启示所得到的具体实施方式，应视为在本发明的保护范围内。 

实施例6 

如图6所示的热缸门控热气机，其与实施例5的区别在于：所述冷却器5设在所述回热器4和所述附属气缸活塞机构31之间的往复循环通道上，所述工质导出口19设在所述附属气缸活塞机构31的气缸上。 

实施例7 

如图7所示的热缸门控热气机，其与实施例5的区别在于：所述回热器4和所述附属气缸活塞机构31之间的往复循环通道上和所述附属气缸活塞机构31上都设有冷却器5。 

实施例8 

如图8所示的热缸门控热气机，其与实施例1的区别在于：所述正时脉冲气体机构3设为受正时控制机构6控制的储气罐32，在所述回热器4和所述储气罐32之间的往复循环通道上和所述储气罐32上都设有冷却器5。 

在实施的过程中，两处的冷却器5可以根据实际需要，只要能够满足冷却 的要求，任选其一即可。 

实施例9 

如图9所示的热缸门控热气机，其与实施例1的区别在于：所述正时脉冲气体机构3设为气缸活塞式的气体压缩机33，所述回热器4与所述气体压缩机33的压缩气体出口连通，所述回热器4和所述气体压缩机33之间的往复循环通道上和所述气体压缩机33上都设有冷却器5。 

所述气体压缩机33的活塞在由下止点向上止点运动的过程中，所述气体压缩机33的进气门关闭，所述气体压缩机33的活塞对所述气体压缩机33内的工质进行压缩，从而可使整个工质回路内的压力进一步升高。 

在实施的过程中，两处的冷却器5可以根据实际需要，只要能够满足冷却的要求，任选其一即可。 

实施例10 

如图10所示的热缸门控热气机，其与实施例9的区别在于：在所述气体压缩机33的进气道上设增压装置，所述增压装置设为叶轮压气机72。 

可选择地，所述增压装置设为罗茨风机或螺杆式气体压缩机。 

实施例11 

如图11所示的热缸门控热气机，其与实施例9的区别在于：所述气体压缩机33的活塞与所述气缸活塞机构1的活塞由同一曲轴驱动，并且所述气体压缩机33的气缸与所述气缸活塞机构1的气缸呈V型设置。 

实施例12 

如图12所示的热缸门控热气机，其与实施例11的区别在于：在所述气体压缩机33的进气道上增设有起到增压作用的叶轮压气机72。 

可选择地，所述叶轮压气机72可用罗茨风机或螺杆式气体压缩机等增压设备替换。 

实施例13 

如图13所示的热缸门控热气机，其与实施例4的区别在于：所述热缸门控热气机还包括涡轮动力机构71和叶轮压气机72，所述工质导出口19设在所述附属气缸活塞机构31的气缸上，所述工质导出口19与所述涡轮动力机构71 的工质入口连通，所述涡轮动力机构71的工质出口经冷却器5与所述叶轮压气机72的工质入口连通，所述叶轮压气机72的工质出口与所述工质回路连通，具体是与所述气缸活塞机构1和所述附属气缸活塞机构31之间的连通通道连通；所述涡轮动力机构71与所述叶轮压气机72之间的所述冷却器5与所述叶轮压气机72的工质入口之间的通道上设有附属工质导出口73。 

可选择地，所述附属工质导出口73设在所述涡轮动力机构71的工质出口与其直接连通的所述冷却器5之间的通道上；所述叶轮压气机72的工质出口与设在所述工质回路上的连通口连通，该连通口和所述工质导出口19设在所述工质回路上的不同位置。 

实施例14 

如图14所示的热缸门控热气机，其与实施例11的区别在于：所述热缸门控热气机还包括低温冷源8，所述低温冷源8是存储有液氮的储罐，储罐中的液氮用于冷却所述气体压缩机33中的工质。 

本实施例中，所述低温冷源8直接与所述气体压缩机33连通，在所述低温冷源8与所述气体压缩机33之间的连通通道上设有控制阀。 

选择性地，所述低温冷源8还可以经换热装置使所述低温物质与所述工质回路内的工质换热。 

实施例15 

如图15所示的热缸门控热气机，其与实施例8的区别在于：所述气缸活塞机构1设为活塞液体机构，所述活塞液体机构包括气液缸111和气液隔离机构112，所述气液隔离结构112设在所述气液缸111内，所述气液缸111的液体端的液体流通口113与液压动力机构96连通，所述液压动力机构96与液体回送系统97连通，所述液体回送系统97与所述气液缸111的液体端的液体流通口113连通；所述液压动力机构96和所述液体回送系统97受过程控制机构99控制。 

本实施例中，所述气液缸111内的气体工质对所述气液隔离结构112的压力大于所述气液缸111内的液体和所述气液隔离结构112做往复运动时的惯性力之和。 

选择性地，所述气液隔离结构112可以设为板状结构、膜结构或活塞状结构等。优选地，所述气液隔离结构112和所述气液缸111密封滑动配合。 

在所述正时脉冲气体机构3设为附属气缸活塞机构31的结构中，附属气缸活塞机构31设为活塞液体机构，或所述气缸活塞机构1和附属气缸活塞机构31同时设为活塞液体机构。 

实施例16 

如图16所示的热缸门控热气机，其与实施例8的区别在于：所述热缸门控热气机还包括四类门气缸活塞机构200，所述四类门气缸活塞机构200的气缸上设有进气口201、排气口202、供气口203和回充口204，在所述进气口201、所述排气口202、所述供气口203和所述回充口204处依次对应设置进气门、排气门、供气门和回充门；所述供气口203经氧化剂储罐106与所述氧化剂入口13连通，所述回充口204与所述工质导出口19连通。 

选择性地，所述供气口203也可以直接与所述氧化剂入口13连通。 

被所述四类门气缸活塞机构200压缩后的氧化剂，经所述供气口203进入所述气缸活塞机构1中，燃料经燃料入口14进入所述气缸活塞机构1中，所述氧化剂和所述燃料在所述气缸活塞机构1内发生燃烧化学反应，产生的大量能量物推动所述气缸活塞机构1做功，从所述气缸活塞机构1流出的工质经所述工质导出口19进入所述四类门气缸活塞机构200，所述工质的余热推动所述四类门气缸活塞机构200做功后，经所述排气口202排出所述四类门气缸活塞机构。 

实施例17 

如图17所示的热缸门控热气机，其与实施例3的区别在于：所述热缸门控热气机还包括氧化剂传感器301和氧化剂控制装置302，所述氧化剂传感器301设在所述工质回路内，所述氧化剂传感器301对所述氧化剂控制装置302提供信号，所述氧化剂控制装置302控制所述氧化剂入口13和所述氧源16之间的控制阀15。 

选择性地，所述氧化剂传感器301可以设在远离所述内燃燃烧室的工质回路上，例如设置在靠近所述附属气缸活塞机构31的连通通道内。 

以上实施例中，所述内燃燃烧室排出的物质的质量流量大于从所述工质回路外导入所述内燃燃烧室的物质的质量流量。 

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。 

Claims (10)

1.一种热缸门控热气机，包括气缸活塞机构（1），其特征在于：在所述气缸活塞机构（1）的气缸上设往复流通口（11），在所述往复流通口（11）处设往复流通控制门（12），在所述气缸活塞机构（1）的气缸内设内燃燃烧室，在所述气缸活塞机构（1）的气缸上设氧化剂入口（13）和燃料入口（14），所述氧化剂入口（13）经控制阀（15）与氧源（16）连通，所述燃料入口（14）经控制阀（17）与燃料源（18）连通，所述往复流通口（11）经回热器（4）与正时脉冲气体机构（3）连通，并在所述回热器（4）与所述正时脉冲气体机构（3）的连通通道上或在所述正时脉冲气体机构（3）上设工质导出口（19）。

2.如权利要求1所述热缸门控热气机，其特征在于：所述正时脉冲气体机构（3）设为附属气缸活塞机构（31）。

3.如权利要求2所述热缸门控热气机，其特征在于：所述附属气缸活塞机构（31）的活塞与所述气缸活塞机构（1）的活塞由同一曲轴驱动，并且所述附属气缸活塞机构（31）的气缸与所述气缸活塞机构（1）的气缸呈V型设置。

4.如权利要求1所述热缸门控热气机，其特征在于：所述正时脉冲气体机构（3）设为受正时控制机构（6）控制的储气罐（32）。

5.如权利要求2所述热缸门控热气机，其特征在于：所述附属气缸活塞机构（31）设为气体压缩机（33），所述回热器（4）与所述气体压缩机（33）的压缩气体出口连通。

6.如权利要求5所述热缸门控热气机，其特征在于：所述气体压缩机（33）的进气道上设有增压装置。

7.如权利要求5所述热缸门控热气机，其特征在于：所述气体压缩机（33）的活塞与所述气缸活塞机构（1）的活塞由同一曲轴驱动，并且所述气体压缩机（33）的气缸与所述气缸活塞机构（1）的气缸呈V型设置。

8.如权利要求1所述热缸门控热气机，其特征在于：所述热缸门控热气机还包括涡轮动力机构（71）和叶轮压气机（72），所述工质导出口（19）与所述涡轮动力机构（71）的工质入口连通，所述涡轮动力机构（71）的工质出口经冷却器（5）与所述叶轮压气机（72）的工质入口连通，所述叶轮压气机（72）的工质出口与工质回路连通；在所述涡轮动力机构（71）的工质出口与所述叶轮压气机（72）的工质入口之间的通道上设有附属工质导出口（73）。

9.如权利要求1所述热缸门控热气机，其特征在于：所述气缸活塞机构（1）设为活塞液体机构，所述活塞液体机构包括气液缸（111）和气液隔离结构（112），所述气液隔离结构（112）设在所述气液缸（111）内。

10.如权利要求2所述热缸门控热气机，其特征在于：所述附属气缸活塞机构（31）设为附属活塞液体机构，所述附属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。

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