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。

发明内容

本发明提供了一种功率大、 功率密度高的双通道熵循环发动机， 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. 一种双通道熵循环发动机， 包括活塞式气体压缩机构、 活塞式气体做功机构和 两条连通通道， 所述活塞式气体压缩机构的工质出口经一条所 述连通通道与所述活塞式气 体做功机构的工质入口连通， 所述活塞式气体做功机构的工质出口经另一条 所述连通通道 与所述活塞式气体压缩机构的工质入口连通； 所述活塞式气体压缩机构经两条所述连通通 道与所述活塞式气体做功机构连通构成工质闭 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。

方案 2. 在方案 1的基础上， 进一步可选择的， 所述内燃燃烧室设在以所述活塞式气体 压缩机构的工质出口为上游和以所述活塞式气 体做功机构的工质出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， 进一步可选择的， 将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，进一步可选择的，所述双通道熵� �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， 进一步可选择的， 所述双通道熵循环发动机还包括直连通 道， 所述直连通道连通所述活塞式气体做功机构的 工质出口与所述活塞式压缩机构的工质 入口， 所述冷却器设置在所述直连通道上或设所述活 塞式气体做功机构的工质出口与所述 活塞式气体压缩机构的工质入口之间的所述连 通通道上， 在所述直连通道上和在所述活塞 式气体做功机构的工质出口与所述活塞式气体 压缩机构的工质入口之间的所述连通通道上 设控制阔。

方案 6. 在方案 4的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道熵循环发动机还包括氧化剂 源， 所述冷却器设置在所述活塞式气体做功机构的 工质出口与所述活塞式气体压缩机构工 说 明 书 质入口之间的所述连通通道上， 所述氧化剂源经氧化剂入口与所述冷却器与所 述活塞式气 体压缩机构的工质入口之间的所述连通通道连 通， 在所述冷却器和所述氧化剂入口之间的 所述连通通道上设冷却液体排出口， 在所述氧化剂入 和所述活塞式气体压缩机构之间的 所述连通通道上设液体二氧化碳出口。

方案 7. 在方案 4的基础上， 进一步可选择的， 所述冷却器设在以所述活塞式气体做功 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 8. 在方案 4的基础上， 进一步可选择的， 所述冷却器设为散热器、 气液直混冷却 器、 吸附式制冷器或非直混冷却器。

方案 9. 在方案 8的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道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却器的被加热流 体通道与所述内燃燃烧室连通。

方案 10.在方案 8或方案 9的基础上， 进一步可选择的， 在所述非直混冷却器上设深 冷液体排出口。

方案 1 1. 在方案 4、 方案 5、 方案 7、 方案 8或方案 9的基础上， 进一步可选择的， 所 述双通道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 12. 在方案 1或方案 2的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道熵循环发动机还 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 13. 在方案 12的基础上，进一步可选择的，所述氧化剂源� ��所述内燃燃烧室连通。 方案 14. 在方案 12的基础上， 进一步可选择的， 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 15. 在方案 14的基础上， 进一步可选择的， 所述氧化剂源经所述直混冷凝冷却器 的被加热流体出口与所述内燃燃烧室连通。

方案 16. 在方案 12的基础上， 进一步可选择的， 所述氧化剂源的压力大于 2MPa。 方案 17. 在方案 2的基础上， 进一步可选择的， 所述工质导出口设在以所述活塞式气 体做功机构 （10 ) 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 18. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道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 19. 在方案 14的基础上， 进一步可选择的， 所述直混冷凝冷却器上设深冷液体排 出口。

方案 20. 在方案 18的基础上， 进一步可选择的， 所述非直混冷凝冷却器设深冷液体排 出口。

方案 21. 在方案 19或方案 20的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道熵循环发动机 说 明 书 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排出口 连通。

方案 22. 在方案 14的基础上，进一步可选择的，所述直混冷凝� ��却器上设不凝气出口。 方案 23. 在方案 18的基础上，进一步可选择的，所述非直混冷� ��冷却器设不凝气出口。 方案 24. 在方案 22或方案 23的基础上， 进一步可选择的， 所述不凝气出口与所述工 质闭合回路连通。

方案 25. 在方案 18的基础上， 进一步可选择的， 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 26. 在方案 1的基础上， 进一步可选择的， 在所述工质导出口上设控制阀。

方案 27. 在方案 26的基础上， 进一步可选择的， 所述控制阀设为压力控制阔， 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 28. 在方案 26的基础上， 进一步可选择的， 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的控制机构控制。

方案 29. 在方案 26的基础上， 进一步可选择的， 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开启度下处于常开状 态。

方案 30. 在方案 1或方案 17的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道熵循环发动机还 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 31. 在方案 1或方案 17的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道熵循环发动机还 包括储气罐， 所述储气罐与所述工质导出口连通。

方案 32. 在方案 1的基础上， 进一步可选择的， 在所述连通通道上设逆止阀。

方案 33. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 在以所述活塞式气体做功机构的工质 出口为上游、 以所述活塞式气体压缩机构的工质入口为下游 的所述工质闭合回路上设另一 个活塞式气体做功机构。

方案 34. 在方案 1或方案 33的基础上， 进一步可选择的， 所述活塞式气体做功机构对 所述活塞式气体压缩机构输出动力。

方案 35. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 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 36. 在方案 35的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道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 37. 在方案 36的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道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与所述不凝气储罐连通。

方案 38. 在方案 1的基础上， 进一步可选择的， 在所述工质闭合回路内设三元催化器。 方案 39. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述活塞式气体压缩机构的气缸中心 线和所述活塞式气体做功机构的气缸中心线之 间的夹角小于 180度， 所述活塞式气体压缩 说 明 书 机构的活塞和所述活塞式气体做功机构的活塞 分别经连杆与同一曲轴的同一连杆轴颈连 接。

方案 40. 在方案 39的基础上， 进一步可选择的， 所述活塞式气体压缩机构的气缸中心 线和所述活塞式气体做功机构的气缸中心线之 间的夹角为 90度。

方案 41. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述活塞式气体压缩机构的活塞和所 述活塞式气体做功机构的活塞分别经连杆与同 一曲轴上的不同连杆轴颈连接， 两个所述连 杆轴颈的相位差大于 0度小于 180度。

方案 42. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道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 。

方案 43. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道熵循环发动机还包括涡轮 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附属冷却器与所述叶轮 压气机的工质入口连通， 所述叶轮压气机的 工质出口与所述工质闭合回路连通； 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附属工质导出口。

方案 44. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道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 45. 在方案 44的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道熵循环发动机还包括氧化 剂源， 所述氧化剂源设为所述四类门气缸活塞机构。

方案 46. 在方案 3的基础上， 进一步可选择的， 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活塞 式气体做功机构的气缸连通， 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 47. 在方案 12的基础上， 进一步可选择的， 所述双通道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 48. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述活塞式气体压缩机构设为活塞液 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 49. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述活塞式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 50. 在方案 48或方案 49的基础上， 进一步可选择的， 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 说 明 书 性力之和。

方案 51. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 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 52. 在方案 3的基础上， 进一步可选择的， 流入所述活塞式气体做功机构的工质 的质量流量大于所述旁置内燃燃烧室排出的物 质的质量流量。

方案 53. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述工质闭合回路的承压能力大于 2MPa。

方案 54. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 在所述连通通道上设回热器， 所述活 塞式气体做功机构的工质出口与所述活塞式气 体压缩机构的工质入口之间的所述连通通道 设为所述回热器的被冷却流体通道， 所述活塞式气体压缩机构的工质出口与所述活 塞式气 体做功机构的工质入口之间的所述连通通道设 为所述回热器的被加热流体通道。

方案 55. 在方案 1 的基础上， 进一步可选择的， 所述内燃燃烧室以独立腔体的形式设 置在所述连通通道内。

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， 所谓的附属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， 例如活塞式气体做功机构、 叶轮式气体做功机构、 罗茨式气体做功机构等， 其 作用是利用所述双通道熵循环发动机内的处于 高能状态下的气体工质进行做功。

本发明中， 所谓的连通通道是指连通所述活塞式气体压缩 机构和所述活塞式气体做功 机构的工质流动的通道。

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、 烟气与氩气的混合物 等。

本发明中， 所述工质闭合回路是指工质可在所述活塞式气 体压缩机构和所述活塞式气 体做功机构以及连通两者的所述连通通道中循 环流动的空间。 说 明 书 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 "工质闭合回路内设内燃燃烧室"包括将所述内� ��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 u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， 所述双通道熵循环发动机的每个工作循环中燃 烧室内只发生一次放热化学反 应， 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， 所述双通道熵循 环发动机多个工作循环中燃烧室内发生一次放 热化学反应： 或者可以是长正时间歇燃烧室， 所述双通道熵循环发动机连续的多个工作循环 中燃烧室连续发生放热化学反应。

本发明中， 所谓的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、 高压压縮空气、 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、 航空煤油等其它烃类； 所述碳氢氧化合物包括甲醇、 乙醇、 甲醚、 乙醚等； 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， 所谓的工质导出口是指从所述双通道熵循环发 动机工质系统中导出部分工 质的出口， 其目的是为了平衡导入的氧化剂和还原剂发生 燃烧化学反应所产生的多余的工 质， 以维持所述双通道熵循环发动机工质系统的平 衡。

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双通道熵循环发动机每 个工作循环中、 工质导出口 说 明 书 处压力较低的时候导出一次工质； 还可以是正时导出工质， 间歇式地在所述双通道熵循环 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 阔等压力控制装置在所述工质闭合回路内压力 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的控制阀： 所述控制阀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阔开启， 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 制阀关闭； 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开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， 所述冷却器是指一切能使工质冷却的装置， 例如直混式、 热交换器式和散 热器式冷却器。 所述直混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。 其中所述热交换器和所述散热器均属于非直混 式冷却器， 即被加热流体与被冷却工质不混合。

本发明中， 所述冷凝冷却器包括直混冷凝冷却器和非直混 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， 所述工质闭合回路中的循环气体可以选自氩气 、 氦气、 氧气等气体。

本发明中， 所谓的不凝气是指惰性气体、 氮气等在所述双通道熵循环发动机中经冷却 后不液化的气体， 优选的所述不凝气为氩气。

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。 所述双通道熵循环发动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： β ⁼ ' 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 ⁷⁷ 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 ^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，对发动机热说效率 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， 作为双通道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。

书

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， 所述液氧包括商业液氧或现场制备的液氧。

本发明中， 通过调整所述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 Μ ₂ 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 M 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气 体做功机构， 例如所述活塞式气体做功机构。

本发明中， 所述冷端机构是指工质从所述热端机构流出后 进入的气体压缩机构， 例如 所述活塞式气体压缩机构。

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。 说 明 书 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， 可保证整个所述工质 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， 在所述双通道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吋刻 都满足 "所述气液缸内的气体工质对所述气液隔离结� �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� ��整流入和 /或流出所述工质闭 说 明 书 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阔的开口大小来实� �。

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、 l lMPa、 11.5MPa、 12MPa、 12.5MPa、 13MPa、 13.5MPa、 14MPa、 14.5MPa、 15MPa、 15.5MPa、丽 Pa、 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， 所述活塞式气体压缩机构和所述活塞式气体做 功机构之间可以不设阔， 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己被广泛应用， 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 Camot 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 说 明 书 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 /» ₌ C ^ (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 说 明 书 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， 根据热能与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所示的是本发明实施例 1的结构示意图；

图 2所示的是本发明实施例 2的结构示意图； 图 3所示的是本发明实施例 3的结构示意图；

图 4所示的是本发明实施例 4的结构示意图；

图 5所示的是本发明实施例 5的结构示意图；

图 6所示的是本发明实施例 6的结构示意图；

图 7所示的是本发明实施例 7的结构示意图；

图 8所示的是本发明实施例 8的结构示意图；

图 9所示的是本发明实施例 9的结构示意图；

图 10所示的是本发明实施例说 10的结构示意图；

图 1 1所示的是本发明实施例 11的结构示意图；

图 12所示的是本发明实施例 12的结构示意图；

图 13所示的是本发明实施例 13的结构示意图；

图 14所示的是本发明实施例 14的结构示意图；

图 15所示的是本发明实施例 15的结构示意图；

图 16所示的是本发明实施例 16的结构示意图；

书

图 17所示的是本发明实施例 17的结构示意图；

图 18所示的是本发明实施例 18的结构示意图；

图 19所示的是本发明实施例 19的结构示意图；

图 20所示的是本发明实施例 20的结构示意图；

图 21所示的是本发明实施例 21的结构示意图；

图 22所示的是本发明实施例 22的结构示意图；

图 23所示的是本发明实施例 23的结构示意图；

图 24所示的是本发明实施例 24的结构示意图；

图 25所示的是本发明实施例 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， ， ^e i和 ^e ₂ 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， ^C '， ^ ² ， 3 , 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， C是常数， 是绝热指数， A和 B是状 态点，

图中：

1连通通道、 3内燃燃烧室、 4氧化剂源、 5燃料源、 6工质导出口、 7逆止阔、 9活塞 式气体压缩机构、 10活塞式气体做功机构、 13叶轮压气机、 14涡轮动力机构、 15火花塞、 16深冷液体工质储罐、 17控制阀、 18非直混冷凝冷却器、 19直混冷凝冷却器、 20气液直 混冷却器、 21散热器、 21 1附属冷却器、 22吸附式制冷器、 23非直混冷却器、 30热交换器、 说 明 书

31旁置内燃燃烧室、 33回热器、 51氧化剂传感器、 52氧化剂控制装置、 53氧化剂控制阔、 60储气罐、 61冷却液体排出口、 62深冷液体排出口、 64液体二氧化碳出口、 66附属工质 导出口、 70不凝气储罐、 71不凝气回储压缩机、 72不凝气回收压缩机、 77曲轴箱、 81冷 凝冷却液体出口、 82不凝气出口、 88三元催化器、 90活塞液体机构、 91气液缸、 92气液 隔离结构、 96液压动力机构、 97液体工质回送系统、 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、 100直连通道、 102附属气体 做功机构。

具体实施方式

实施例 1

如图 1所示的双通道熵循环发动机， 包括活塞式气体压缩机构 9、活塞式气体做功机构 10和两条连通通道 1， 所述活塞式气体压缩机构 9的工质出口经一条所述连通通道 1与所 述活塞式气体做功机构 10的工质入口连通， 所述活塞式气体做功机构 10的工质出口经另 一条所述连通通道 1与所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口连通； 所述活塞式气体压缩 机构 9经两条所述连通通道 1与所述活塞式气体做功机构 10连通构成工质闭合回路； 在所 述活塞式气体压缩机构 9的工质出口和所述活塞式气体做功机构 10的工质入口之间的所述 连通通道 1上设内燃燃烧室 3， 在所述活塞式气体做功机构 10工质出口和所述活塞式气体 压縮机构 9工质入口之间的连通通道 1上设工质导出口 6，在所述工质导出口 6上设控制阀 17。

本发明的方案具体实施时， 应根据公知技术在必要的地方设置必要的部件 、 单元或系 统， 比如在所述内燃燃烧室 3上设氧化剂入口、 还原剂入口以及火花塞 15， 并相应的氧化 剂源 4和燃料源 5与所述内燃燃烧室 3连通， 相应的， 可以将所述氧化剂源 4中的氧化剂 为空气， 所述燃料源 5内的燃料为汽油。

为了便于排出所述工质闭合回路中的过剩的工 质， 所述工质导出口 6 导出的工质可以 是气体也可以是液体， 所述工质导出口 6排出工质的同时带出部分热量。

具体实施时， 可以将所述控制阀 17可设为压力控制阀， 将导致压力过高的工质部分导 出所述工质闭合回路。

作为可以变换的实施方式， 所述内燃燃烧室 3 可以设置在所述工质闭合回路内的其它 任何位置上， 并最好设置在以所述活塞式气体压縮机构 9 的工质出口为上游和以所述活塞 式气体做功机构 10的工质出口为下游的所述工质闭合回路内； 所述工质导出口 6可以设置 在所述工质闭合回路内的其它任何位置上， 最好设置在以所述活塞式气体做功机构 10的工 质出口为上游和以所述内燃燃烧室 3 的工质入口为下游的所述工质闭合回路上； 所述控制 阀 17可以不设。

本实施例产品的工作过程： 由所述氧化剂源 4和所述燃料源 5分别提供的氧化剂和燃 料， 在所述内燃燃烧室 3中发生燃烧反应， 对进入所述内燃燃烧室 3的所述工质闭合回路 中原有的气体工质进行加热， 同时与燃烧所产生的产物一起沿所述连通通道 1 进入所述活 塞式气体做功机构 10 , 对外输出动力； 做功后的气体工质经所述活塞式气体做功机构 10排 出， 再经由另一条所述连通通道 1进入所述活塞式气体压缩机构 9中被压缩， 压縮后的气 体工质经所述活塞式气体压缩机构 9工质出口返回至所述内燃燃烧室 3被加热， 依此循环 进行； 其中当所述工质闭合回路中压力过大， 可经由所述工质导出口 6导出部分工质。

具体实施时， 可选择地， 所述氧化剂源 4 中的氧化剂还可以设为液氧、 高压氧气、 高 压压缩空气、 液态空气、 双氧水、 双氧水溶液等； 所述燃料源 5中的燃料还可以设为柴油、 重油、 煤油、 航空煤油、 甲醇、 乙醇、 甲醚、 乙醚等。

实施例 2 说

如图 2所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 1 的区别在于： 所述双通道熵循环发 动机还包括冷却器， 所述冷却器设为散热器 21， 所述散热器 21设在所述活塞式气体做功机 构 10的工质出口与所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的所述连通通道 1上， 所述 氧化剂源 4中的氧化剂可以设为液氧；所述工质导出口 6设置在所述活塞式气体压缩机构 9 工质出口与所述内燃燃烧室 3工质入口之间的连通通道 1上， 所述工质导出口 6经控制阔 17与储气罐 60连通， 所述储气罐 60用来储存高压气体和不凝气， 所述燃料源 5和所述散

书

热器 21对工质的冷却程度决定导出工质的种类和状� ��， 当燃料设为氢气的时候， 导出的工 质可以为气态或液态水， 或其与闭合回路中气体的混合物； 当燃料设为碳氢化合物时， 导 出的工质中还含有二氧化碳等其他产物， 所述工质闭合回路内的循环气体设为氦气。

所述活塞式气体压缩机构 9的活塞和所述活塞式气体做功机构 10的活塞分别经连杆与 同一曲轴上的不同连杆轴颈连接， 此两所述连杆轴颈的相位差为 90度。

具体实施时， 可选择的将所述控制阀 17设为压力控制阀， 并使所述控制阀 17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 阔 17开启， 并当所述闭合回路内的压力回降到所述设定值 时使所述控制阀 17关闭； 或使 所述控制阀 17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 17开启， 并当所述工质闭合回路内的压力将至 0.2MPa时使所述控制阀 17关闭； 或 使所述控制阀 17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 17的开启度， 使所述工质导出口 6在某种开启度下处于常开 状态； 可选择地， 将工质闭合回路内的压力设定为大于 0.3MPa、 0.5MPa、 lMPa、 1.5MPa、 2MPa、 2.5MPa、 3MPa、 5MPa、 8MPa或大于 10MPa。

作为可以变换的实施方式， 所述冷却器可以设为其他形式的冷却器， 比如热交换器式 冷却器； 所述冷却器还可以设置在所述工质闭合回路的 其它任何位置上； 所述冷却器和所 述储气罐 60可以择一设置； 所述控制阀 17可以不设。

可选择地， 两个所述连杆轴颈的相位差可以设为大于 0度小于 180度的范围内的任何 数值； 或者所述活塞式气体压缩机构 9的活塞和所述活塞式气体做功机构 10的活塞可以分 别经连杆与同一曲轴的同一连杆轴颈连接， 此时应将两者的气缸中心线之间的夹角设为小 于 180度。 说 明 书 本发明的所有实施方式中， 所述活塞式气体压縮机构 9 的活塞和所述活塞式气体做功 机构 10的活塞与曲轴的连接关系都可以参照本实施� ��及其可变换的实施方式设置， 当然， 本发明的所有实施方式中， 包括本实施例， 也可以使所述活塞式气体压缩机构 9 的活塞和 所述活塞式气体做功机构 10的活塞与曲轴之间采用其它的连接关系； 所有设有所述控制阀 17的实施例的可变换的实施方式中，都可以参� ��本实施 使所述控制阀 17受峰压控制机构 控制、 受谷压控制机构控制或受开启度控制机构控制 。

本发明的所有所述工质导出口 6没有连接其他装置的实施方式中， 都可以参考本实施 例将所述工质导出口 6与所述储气罐 60连通。

实施例 3

如图 3所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 1 的区别在于： 所述双通道熵循环发 动机还包括冷却器， 所述冷却器设为散热器 21， 所述散热器 21设置在所述活塞式气体压缩 机构 9的气缸上。

具体实施时， 可选择地， 所述散热器 21还可设置在所述活塞式气体压缩机构 9的工质 出口处的所述连通通道 1上； 所述内燃燃烧室 3也可设在所述活塞式气体做功机构 10的气 缸内， 所述内燃燃烧室 3 内流出的工质是处于高能状态的工质， 目的是利用处于高能状态 的工质直接做功。

实施例 4

如图 4所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 1 的区别在于： 所述双通道熵循环发 动机还包括冷却器， 所述冷却器设为气液直混冷却器 20， 所述气液直混冷却器 20设在所述 活塞式气体做功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的连通通 道上， 所述内燃燃烧室 3设为旁置内燃燃烧室 31， 在所述活塞式气体压缩机构 9的工质出 口与所述旁置内燃燃烧室 31之间的所述连通通道 1上设逆止阔 7， 从而使得从所述活塞式 气体压缩机构 9流出的工质经所述旁置内燃燃烧室 31加热后流向所述活塞式气体做功机构 10。

本发明中， 所谓的气液直混冷却器 20是指在所述工质闭合回路上设冷却液体导入� ��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。

作为可以变换的实施方式， 所述气液直混冷却器 20和所述逆止阔 7可以择一设置； 所 述冷却器可以设为其它形式的冷却器。

本发明的所有实施方式中， 都可以参照本实施例将所述内燃燃烧室 3 设为所述旁置燃 烧室 31。

实施例 5

如图 5所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述散热器 21改设在 所述活塞式气体做功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的所 说 明 书 ； 述连通通道 1上， 所述内燃燃烧室 3设置在所述活塞式气体做功机构 10的气缸内， 所述工 质导出口 6设在所述散热器 21和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的所述连通通 道 1上， 所述双通道熵循环发动机还包括非直混冷凝冷 却器 18， 所述工质导出口 6与所述 非直混冷凝冷却器 18的被冷却工质入口连通， 在所述非直混冷凝冷却器 18上设深冷液体 排出口 62， 所述深冷液体排出口 62与深冷液体工质储罐 16连通， 所述非直混冷凝冷却器 18对从所述活塞式气体做功机构 10流出并经所述散热器 21降温的工质进行进一步冷却， 产生的气体液化物 （如液体二氧化碳等）存入深冷液体工质储罐 16中， 此时， 所述非直混 冷凝冷却器 18的冷媒为冷凝温度较低的液氧液氮等。

作为可以变换的实施方式， 所述深冷液体工质储罐 16可以不设； 所述深冷液体排出口 62可以不设。

本发明的所有所述工质导出口 6没有连通其它装置的实施方式中， 都可以参照本实施 例设置所述非直混冷凝冷却器 18及其相关结构。

实施例 6

如图 6所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 5的区别在于： 取消了所述深冷液体 工质储罐 16 , 所述内燃燃烧室 3改设在所述活塞式气体压缩机构 9的工质出口和所述活塞 式气体做功机构 10的工质入口之间的所述连通通道 1上， 在所述非直混冷凝冷却器 18上 增设不凝气出口 82,所述氧化剂源 4经所述非直混冷凝冷却器 18的被加热流体通道与所述 内燃燃烧室 3连通， 氧化剂可作为所述非直混冷凝冷却器 18的冷媒， 从而实现对所述工质 导出口 6出来的工质进行进一步冷却。 经所述非直混冷凝冷却器 18冷却后的工质， ·部分 被冷却为气体液化物从所述冷凝冷却液体出口 81流出， 另外一部分被冷却后仍然为气体形 式的为不凝气， 所述不凝气从所述不凝气出口 82流出。

具体实施时， 可选择地， 所述深冷液体排出口 62与深冷液体工质储罐 16连通， 所述 深冷液体工质储罐 16用来存储气体液化物； 所述不凝气出口 82与不凝气储罐 70连通， 所 述不凝气储罐 70用来存储不凝气， 或不凝气出口 82与所述活塞式气体压缩机构 9连通， 不凝气被进一步压缩后可重新进入工质闭合回 路， 或所述不凝气出口 82还可以和所述工质 闭合回路的其他任何位置连通， 只要能将不凝气送回所述工质闭合回路中即可 。

实施例 7

如图 7所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 将所述冷却器改设在 所述工质导出口 6和所述活塞式气体做功机构 10的工质入口之间的所述连通通道 1上， 并 设为两个， 即增设一个作为所述冷却器的非直混冷却器 23， 所述氧化剂源 4经所述非直混 冷却器 23的被加热流体通道与所述内燃燃烧室 3连通。

作为可以变换的实施方式， 所述非直混冷却器 23的被加热流体通道可以不与所述氧化 剂源 4连通； 所述氧化剂源 4可以直接与所述内燃燃烧室 3连通。

实施例 8

如图 8所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 7的区别在于： 在所述散热器 21和所 说 明 书 述非直混冷凝冷却器 18之间的连通通道 1 上设冷却液体排出口 61， 在所述非直混冷却器 23设深冷液体排出口 62。

所述工质经散热器冷却后， 冷凝温度较高的物质 （如水等） 已被冷凝， 可从所述冷却 液体排出口 61 以液态的形式排出； 不易被冷凝的工质在所述非直混冷凝冷却器 18中进一 步冷却， 被冷却后液化的工质经深冷液体排出口 62排出。 其中， 所述工质导出口 6相当于 包含所述冷却液体排出口 61和所述深冷液体排出口 62两个导出工质的排出口。

实施例 9

如图 9所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述双通道熵循环发 动机还包括直连通道 100， 所述直连通道 100连通所述活塞式气体做功机构 10的工质出口 与所述活塞式压缩机构 9的工质入口， 所述直连通道 100相当于将所述活塞式气体做功机 构 10的工质出口与所述活塞式压缩机构 9的工质入口之间的所述连通通道 1分成了两条支 路， 其中一条支路 （设有冷却器的部分连通通道） 上设有所述冷却器， 另一条支路 （直连 通道 100)上未设置所述冷却器； 所述两条支路上均设有控制阔 17， 所述控制阔 17用于控 制所述两条支路的启闭。

设所述直连通道 100的作用是： 当从所述活塞式气体做功机构 10的工质出口流出的工 质温度较低， 此时所述直连通道 100上的控制阔 17打开， 所述连通通道 1上的控制阀 17 关闭， 所述工质则可经所述直连通道 100流至所述活塞式气体压縮机构 9的气缸中； 当从 所述活塞式气体做功机构 10的工质出口流出的工质温度较高， 需要经冷却器进行冷却时， 所述直连通道 100上的控制阀 17关闭， 所述连通通道 1上的控制阀 17打开， 所述工质则 经连通通道 1流至所述活塞式气体压缩机构 9的气缸中。

实施例 10

如图 10所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述散热器 21改设 在所述活塞式气体做功机构 10的工质出口与所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的 所述连通通道 1上， 在所述活塞式气体做功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 的工质入口之间的所述连通通道 1上设另一个活塞式气体做功机构 10; 由于一次做功后 的气体工质， 还具有很高的能量， 还可以继续做功， 所述两个活塞式气体做功机构 10串联 设置的方式可以提高发动机的效率。

实施例 11

如图 11所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述散热器 21改设 在所述活塞式气体做功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的 所述连通通道 1上， 所述氧化剂源 4经氧化剂入口与所述散热器 21和所述活塞式气体压缩 机构 9工质入口之间的所述连通通道 1连通， 在所述散热器 21和所述氧化剂入口之间的所 述连通通道 1上设冷却液体排出口 61， 在所述氧化剂入口和所述活塞式气体压缩机构 9的 所述连通通道 1上设液体二氧化碳出口 64， 所述氧化剂源 4用于对所述连通通道 1中的工 质进行进一步冷却。 — 垦 L υ ^ if

说 明 书 实施例 12

如图 12所示的双通道熵循环发动机，其与实施例 6的区别在于：所述工质闭合回路中， 参与循环的气体中包含有氩气， 所述双通道熵循环发动机还包括不凝气储罐 70， 所述非直 混冷凝冷却器 18的不凝气出口 82经控制阀 17与所述不凝气储罐 70连通， 所述不凝气储 罐 70与所述工质闭合回路连通。

作为可以变换的实施方式， 所述控制阀 17可以改设为任何其它合适的控制装置。 实施例 13

如图 13所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述散热器 21改设 在所述活塞式气体做功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的 连通通道 1上， 所述双通道熵循环发动机还包括不凝气回储压 缩机 71 , 所述不凝气回储压 缩机 71的进气口经控制阀 17与所述工质闭合回路连通， 所述不凝气回储压缩机 71的气体 出口与所述不凝气储罐 70连通， 所述不凝气储罐 70与所述工质闭合回路连通。

作为可以变换的实施方式， 所述控制阀 17可以改设为任何其它合适的控制装置； 所述 不凝气回储压缩机 71可以不设。

实施例 14

如图 14所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 1的区别在于： 在所述连通通道 1上 设回热器 33， 所述回热器 33 为热交换式回热器， 所述活塞式气体做功机构 10的工质出口 与所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的所述连通通道 1设为所述回热器 33的被冷 却流体通道， 所述活塞式气体压缩机构 9的工质出口与所述活塞式气体做功机构 10的工质 入口之间的所述连通通道 1设为所述回热器 33的被加热流体通道。

实施例 15

如图 15所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 4的区别在于： 所述双通道熵循环发 动机还包括附属气体做功机构 102， 所述附属气体做功机构 102设为活塞式气体做功机构， 所述工质导出口 6与所述附属气体做功机构 102的进气口连通。 从所述工质导出口 6导出 的工质还处于高温高压状态， 可推动所述活塞式气体做功机构继续做功。

选择型的， 所述附属气体做功机构 102还可以设为罗茨式气体做功机构、 螺杆式气体 做功机构或动力涡轮等其它形式的气体做功机 构。

实施例 16

如图 16所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述散热器 21改设 在所述活塞式气体做功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的 所述连通通道 1上，所述工质导出口 6改设在所述散热器 21与所述活塞式气体做功机构 10 的工质出口之间的所述连通通道 1上，所述双通道熵循环发动机还包括直混冷� �冷却器 19， 所述直混冷凝冷却器 19的被冷却流体入口与所述工质导出口 6连通， 所述氧化剂源 4与所 述直混冷凝冷却器 19的被加热流体入口连通， 所述直混冷凝冷却器 19上设有深冷液体排 出口 62 , 所述深冷液体排出口 62与深冷液体工质储罐 16连通， 所述直混冷凝冷却器 19上 说 明 书 设有不凝气出口 82， 所述不凝气出口 82与所述工质闭合回路连通。氧化剂和不凝气� ��由所 述不凝气出口 82导入所述工质闭合回路中， 可选择地导到所述内燃燃烧室 3中。

本实施例中， 将所述直混冷凝冷却器、 19的被加热流体出口设为所述不凝气出口 82 , 即 所述氧化剂源 4经所述直混冷凝冷却器 19的被加热流体出口与所述内燃燃烧室 3连通。

作为可以变换的实施方式， 可以将所述直混冷凝冷却器 19的被加热流体出口与所述不 凝气出口 82分置， 并经所述不凝气出口 82与所述工质闭合回路连通。

实施例 17

如图 17所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例, 3的区别在于： 所述冷却器改设在所 述活塞式气体做功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的所述 连通通道 1上， 且所述冷却器改设为吸附式冷却器 22， 所述活塞式气体做功机构 10的工质 出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的所述连通通道 1设为所述吸附式冷却 器 22的被冷却流体通道。

实施例 18

如图 18所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述内燃燃烧室 3以 独立腔体的形式设置在所述连通通道 1 内， 以保证所述工质燃烧更稳定更顺畅， 在所述内 燃燃烧室 3和所述活塞式气体做功机构 10的工质入口之间的所述连通通道 1内设三元催化 器 88。

本发明的所有实施方式中， 都可以参考本实施例将所述内燃燃烧室 3 以独立腔体的形 式设置在所述连通通道 1内。

实施例 19

如图 19所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 在所述活塞式气体做 功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的所述连通通道 1内设 三元催化器 88。

实施例 20

如图 20所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 1的区别在于： 所述双通道熵循环发 动机还包括低温冷源 50 , 所述低温冷源 50与所述活塞式气体压缩机构 9连通， 所述低温冷 源 50用于提供低温物质， 所述低温物质用于冷却所述活塞式气体压缩机 构 9的工质， 所述 低温冷源 50中的低温物质设为液氮。

具体实施时， 可选择地， 所述低温冷源 50还可以与所述活塞式气体做功机构 10的工 质出口和所述活塞式气体压縮机构 9 的工质入口之间的连通通道连通， 所提供的低温物质 用于以冷却即将进入所述活塞式气体压缩机构 9的工质； 所述低温冷源 50还可以采用热交 换的方式对所述活塞式气体压缩机构 9中的工质或即将进入所述活塞式气体压缩机� � 9中 的工质进行冷却。

实施例 21

如图 21所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 1的区别在于： 所述双通道熵循环发 说 明 书 动机还包括散热器 21、 涡轮动力机构 14和叶轮压气机 13， 所述散热器 21设置在所述活塞 式气体做功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的所述连通通 道 1上， 所述工质导出口 6与所述涡轮动力机构 14的工质入口连通， 所述涡轮动力机构 14 的工质出口经附属冷却器 21 1 与所述叶轮压气机 13的工质入口连通， 所述叶轮压气机 13 的工质出口与所述连通通道 1连通；所述涡轮动力机构 14的工质出口与所述叶轮压气机 13 的工质入口之间的通道上设有附属工质导出口 66。

图中所示的所述附属工质导出口 66设在所述附属冷却器 21 1与所述叶轮压气机 13的 工质入口之间的通道上。

具体实施时， 可选择地， 所述涡轮动力机构 14可与所述叶轮压气机 13共轴设置， 并 对其输出动力； 所述附属工质导出口 66还可设在所述涡轮动力机构 14的工质出口与所述 附属冷却器 21 1之间的通道上； 所述叶轮压气机 13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 6设在所述工质闭合回路上的不同位置。

实施例 22

如图 22所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述散热器 21改设 在所述活塞式气体做功机构 10的工质出口和所述活塞式气体压缩机构 9的工质入口之间的 所述连通通道 1上， 所述工质导出口 6改设在所述活塞式气体做功机构 10的工质出口和所 述散热器 21之间的连通通道上， 所述氧化剂源 4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� �控制， 所述供气口 993为所述氧化剂 源 4的氧化剂出口， 所述回充口 994与所述工质导出口 6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 3中， 所述燃料源 5向所述内燃燃烧室 3喷入燃料， 所述氧化剂和所述燃料在所述内燃 燃烧室 3 内发生燃烧化学反应， 产生的大量热量加热所述工质闭合回路中的工 质， 混合燃 烧产物推动所述活塞式气体做功机构 10做功， 从所述活塞式气体做功机构 10流出的工质 经所述工质导出口 6进入所述四类门气缸活塞机构 99， 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。

作为可以变换的实施方式，可以将所述氧化剂 源 4与所述四类门气缸活塞机构 99分置。 实施例 23

如图 23所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 4的区别在于： 所述冷却器设为散热 器 21 , 所述旁置内燃燃烧室 31设为四类门气缸活塞机构 99, 所述氧化剂源 4和所述燃料 源 5与所述进气口 991连通， 在所述四类门气缸活塞机构 99上设火花塞 15， 所述氧化剂源 4和所述燃料源 5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 述工质闭合回路，和被它加热的工质一起进入 所述活塞式气体做功机构 10，所述回充口 994 与所述工质导出口 6连通， 从所述工质导出口 6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 24

如图 24所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 3的区别在于： 所述双通道熵循环发 动机还包括氧化剂传感器 51和氧化剂控制装置 52， 所述氧化剂传感器 51包含有氧化剂探 头， 所述氧化剂探头设在连通通道 1 内， 所述氧化剂传感器 51 对所述氧化剂控制装置 52 提供信号， 所述氧化剂源 4经氧化剂控制阀 53与所述工质闭合回路连通， 所述氧化剂控制 装置 52控制所述氧化剂控制阀 5说3打开或关闭， 以调整工质闭合回路中的氧化剂的量。

实施例 25

如图 25所示的双通道熵循环发动机， 其与实施例 24的区别在于： 所述活塞式气体压 缩机构 9和所述活塞式气体做功机构 10均设为活塞液体机构 90， 所述活塞液体机构 90包 括气液缸 91和气液隔离结构 92, 所述气液隔离结构 92设在所述气液缸 91内。所述气液缸 91的液体端与液压动力机构 96连通， 所述液压动力机构 96对外输出动力， 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 91的液体

书

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 91的气体工质对所述气液隔离结构 92的压力大于所述气液缸 91内的液体和所述气 液隔离结构 92做往复运动时的惯性力之和， 以使所述气液隔离结构 92不撞上所述气液缸 91的缸盖。

可选择地， 将所述活塞式气体压缩机构 9和所述活塞式气体做功机构 10中的一个设为 活塞液体机构 90及其相应的辅助装置。

在本发明的所有实施方式中， 所述的内燃燃烧室 3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。

在本发明的所有实施方式中， 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； 在包含所述旁置内燃燃烧室 31的结构 中， 应使流入所述活塞式气体做功机构 10 的工质的质量流量大于所述旁置内燃燃烧室 31 排出的物质的质量流量。

在本发明的所有实施方式中， 都可以将所述工质闭合回路的压力设为至少大 于 2MPa; 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、 l lMPa、 1 1.5MPa、 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 4和所述燃料源 5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 4或所述燃料源 5中的物质向所述工质闭合回路内喷射， 说 明 书 因此在实际应用中， 所述氧化剂源 4或所述燃料源 5的承压能力一般设为大于所述工质闭 合回路的承压能力。

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。