[发明专利]热气机

说明书

技术领域

本发明涉及一种热气机。

背景技术

热气机是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性收缩和膨胀的闭式循环往复式发动机。

如图1所示，传统的第一种四组气缸双活塞同轴换气式热气机，包括四组气缸组件以及用于传动并输出动力的传动输出机构。

四组气缸组件的结构相同，按顺时针方向或者按逆时针方向编号为第一组气缸组件A、第二组气缸组件B、第三组气缸组件C和第四组气缸组件D。四组气缸组件中的四个气缸布置在正方形的四个顶点。

第一组气缸组件A包括一个上端开口、下端密封的气缸以及依次相接的加热器17A、回热器18A和冷却器19A。在气缸的中部固定有密封隔板11A，该密封隔板11A将气缸分为两部分，即换气气缸12A和做功气缸13A。换气气缸12A内设有换气活塞14A，换气活塞14A与换气气缸12A缸壁之间没有间隙或者留有很小间隙，仅作为气体润滑用。做功气缸13A内设有做功活塞15A，做功活塞15A上铰接有连杆16A，做功活塞15A与做功气缸13A缸壁之间没有间隙，做功活塞15A与密封隔板11A之间的空腔为做功气缸密封腔131A。一根活塞杆穿过密封隔板11A的密封孔将换气活塞14A与做功活塞15A连接在一起。加热器17A可以直接设置在换气气缸12A外的下端部，也可以通过加热管路20A连通于换气气缸12A外的下端部，加热器17A用于加热换气气缸12A的下端部，使之形成热端122A，并保持该热端122A一直处于高温状态；冷却器19A可以直接设置在换气气缸12A的上端部，也可以通过冷却管路21A连通于换气气缸12A外的上端部，冷却器19A用于冷却换气气缸12A的上端部，使之形成冷端121A，并保持该冷端121A一直处于低温状态。通常情况下，换气气缸12A的热端122A和冷端121A之间的温差越大越好。

其他三组气缸组件的结构与第一组气缸组件的结构相同，为了叙述方便，分别以不同的后缀字母表示不同组别气缸的零件，第二组气缸组件中的零件的后缀字母B，第三组气缸组件中的零件的后缀字母C，第四组气缸组件中的零件的后缀字母D。

第一组气缸组件A的换气气缸12A的冷端121A和第二组气缸组件B中的做功气缸密封腔131B的下端部通过第一连通管路10A连通；第二组气缸组件B的换气气缸12B的冷端121B和第三组气缸组件C中的做功气缸密封腔131C的下端部通过第二连通管路10B连通；第三组气缸组件C的换气气缸12C的冷端121C和第四组气缸组件D中的做功气缸密封腔131D的下端部通过第三连通管路10C连通；第四组动力循环机D的换气气缸12D的冷端121D和第一组气缸组件A中的做功气缸密封腔131A的下端部通过第四连通管路10D连通。相邻两组气缸组件的两组活塞之间的运动相位相差90度，位于对角的两组气缸组件的两组活塞之间的运动相位相差180度。

该种传统的四组气缸双活塞同轴换气式热气机是根据气体热胀冷缩原理制成的。当四组气缸组件气路连接好之后，每一组气缸组件的动力活塞下面的动力气缸缸体内以及与其连通的相邻的气缸组件的换气气缸内都封闭了一定量的气体，气体在换气气缸的冷端和热端之间移动，使气体的总体温度发生变化。换气活塞位于换气气缸中间位置时，换气气缸的冷端的气体体积与热端气体体积相等，此时换气气缸内总气体的平均温度为设定值P。当换气气缸内总气体的平均温度高于设定值P时，气体膨胀做功，当换气气缸内总气体的平均温度低于设定值P时，气体收缩做功。

如图1和图1A所示，第一组气缸组件A的做功活塞15A位于上止点位置，换气活塞14A位于换气气缸12A的上端部；第三组气缸组件C中的做功活塞15C位于下止点位置，换气活塞14C位于换气气缸12C的下端部；第二组气缸组件B和第四组气缸组件D中的做功活塞15B、15D分别位于中间位置，换气活塞14B、14D分别位于换气气缸12B、12D的中间位置。