专利名称：一种热气机的制作方法
一种热气机本发明涉及一种热气机，特别涉及一种其活塞、曲轴由二连杆、锁紧-释放机构 带动的热气机。
背景技术：
传统的热气机，大都由一个惯性系统通过双菱机构或曲轴机构带动活塞运动来 完成热力循环(CN1217765A)，其缺点是实际工作循环较难接近理论循环，需要在高 温高压的条件下进行运转，这又带来了密封困难的问题。CN2315306Y公开了一种弹 性翻转机构驱动配气活塞运动的方案，使实际工作循环比较接近理论循环，但还存在 实际循环受弹簧参数的影响，不易进行调整，再有其侧向力难以平衡，特别是活塞处 于弹簧翻转位置时，会因侧向力较大造成配气活塞与缸壁的磨擦增加，影响活塞的运 动，并会因磨擦增加磨损。
发明内容
本发明的目的是用一种二连杆、锁紧-释放机构共同带动曲轴、活塞工作，使循 环过程接近理论循环，加上使用压力气体来减少活塞与缸壁间的磨擦，成为可在相对 较低温度和压力下工作的热气机。本发明的目的是这样实现的与传统的热气机一样，热气机由一至四组缸体和 相应的活塞、曲轴、加热器、回热器、冷却器组成，可以是配气式或双作用式，但缸 体内的活塞、曲轴之间是用一种二连杆以及一种组合的锁紧-释放机构进行联接，具 体是动力活塞下端铰接一个二连杆，是由两段杆件用铰链联接且只能作略大于180 度旋转(对折-伸直)的二连杆，其铰链偏向杆体的一侧，两杆的端面相抵或铰接处 的另一侧面上有适当的阻挡结构，二连杆的另一端用轴承与曲轴的连杆轴颈相联，二 连杆中较长的杆件可使用具有小伸缩量的弹性杆件，动力活塞下还连接一根或两根延 长杆，锁紧-释放机构可将其锁住或释放来控制活塞的运动，锁放机构可以是机械的、 磁力的或电磁的，机械的锁放机构可由凸轮及其从动部件将一个制动滑块推进或离开 延长杆上的锁口 、也可由一个连杆机构推动制动滑块来进行锁放，其主动部件如凸轮、 齿轮、偏心轮都应由主轴带动旋转，磁力的锁放机构是两块平行铁芯夹着一个永》兹铁 组成一工字形的开口磁路， 一侧开口与延长杆上的衔铁相对，另一侧与一个活动衔铁 相对，由凸轮的从动杆推动一拔杆将活动衔铁贴紧或分开即可开闭磁路，实现锁放功 能，电磁的锁放机构就是一个电磁铁，由凸轮的从动杆开闭其接点实现锁放功能，机 械的锁放机构制动可靠但冲击较大，磁力的锁放机构平稳但制动力较小，而电磁的锁 放机构锁放控制准确但耗能，应根据热气机的功率和要求来选择，大功率的热气机，
如果空间允许，宜三种锁放机构同时使用。而对于功率很小的热气机还可以把延长杆 作为的从动杆，端部安装滚子直接由凸轮进行控制。如果再依据活塞行程、与主轴的距离，合理确定各杆件的长度以及凸轮廓线的形状，或偏心轮，连杆、制动滑块的尺 寸，就可在曲轴旋转一周时使活塞完成热力循环的四个进程，从而获得较为理想的实 际循环。也由于活塞侧壁与缸体间的间隙通上压力气体形成一薄层气体，^_活塞更易 于在相对较低的温度和压力下工作。对于双作用式，四组缸体各需一个动力活塞，四个缸的活塞都^f吏用上述同样的 曲轴、二连杆、锁放机构，但四段曲轴组合成一根长的曲轴，且各段互相沿圓周方向 依次相距九十度，整轴的一端联接荷载如发电机，另一端可按需要安装飞轮和起动电 机。对于配气式的配气活塞则通过一根普通的二连杆与曲轴的另一个连杆轴颈相 连，两个连杆轴颈沿周向相距约九十度。在位于适当位置的一个贮气室中的工质气体，通过细管和对称分布在气缸圆周 上四个(或大于四的偶数个)小孔进入活塞与缸体间隙的中段部位，在活塞与缸体间 隙中形成薄层的压力工质气体，气缸的低温区(或附加的压气泵)通过单向气阀和导 气管连至贮气室，在每个循环当气缸压力最高时可将气体压进贮气室中。所说的单向 气阀是活动瓣膜式单向气阀或弹性膜单向气阀或其他适用的单向气阀。附困说明
图1、活塞、二连杆、曲轴联接示意图。图2、凸轮、机械锁紧-释放放机构、曲轴联接示意图。图3、连杆锁放机构联接示意图。图4、双作用式热气^L示意图。图5、配气式热气机示意图。图6、单向气阔示意图
具体实施例方式下面结合实施例作进一步说明，图l是活塞、二连杆、曲轴联接 示意图。双作用式热气机的活塞、配气式热气机的动力活塞都用此联接，活塞l的导 杆2通过铰链3与连杆4相连，后者用铰链5与连杆6绞接，连杆6通过轴承7与曲 轴的连杆轴颈8连接，曲轴的曲柄9其长度为轴颈8的旋转半径，各杆件长度确定原 则是把活塞位于最高点即轴颈8位于最高点时其轴线处作为0;1^始点，并沿顺时 针旋转运行，当轴颈8位于90度位置且二连杆伸直时活塞应在最高点；当轴颈8位 于180度位置且二连杆伸直时活塞应在最低点；当轴颈8位于270度位置且二连杆对 折时活塞应在最低点；而当轴颈8位于360度位置且二连杆对折时活塞应在最高点， 在给定活塞行程、与主轴的距离后即可据此确定连杆4、连杆6、曲柄9的长度。为 了提高二连杆伸直时承受压应力的稳定性，铰链5的圓心应偏向杆体的一侧，两个连 杆的端面相抵或铰接处的另一侧面有足够强度的阻挡结构，可以是销、弯角、包槽或 其他，使二连杆从对折到伸直只能作180度或略大于180度的转动。需要时还可使 其端面磁化或杆间跨接一弹簧，为了使轴颈8经过下死点时二连杆能顺利折弯，铰链 5的圆心应偏向4f件前进方向的一侧(本例为左侧)，两杆件的连接部位应有足够的 重量，必要时应加配重，并在较长的杆件过270度位置旁，安装一永磁铁，以磁力助 其折弯。图2是凸轮、机械锁放机构、曲轴联接示意图。活塞下连接两根延长杆10,延 长杆上面各有两个锁口，当活塞在上死点、下死点时分别与机械锁放4几构的制动滑块 ll相对，滑块上有一个适当大小的缺口，滑块可由凸轮的从动杆13、拨杆14带动， 伸进锁口时将活塞卡住在上死点或下死点，拉出后可让活塞正常上下运动，为了提 高滑块的动作速度，拨杆还可使用顶簧带动滑块，并使用滚拄滑块槽，凸轮15与曲 轴的主轴固接，并与曲轴一起旋转，凸轮的廓线应满足滑块锁放的动作要求，即当轴 颈8旋转在0度至90度期间和旋转在180度至270度期间，应使滑块11滑进所对的 锁口并卡住活塞，而在90度至180度和270度至360度期间，应使滑块脱离锁口， 活塞不受约束。图3是一种连杆的锁放机构，当主轴直径较小时，采用主轴上安装偏心轮(套滚 珠轴承)16带动摇杆17并通过连杆18推动制动滑快11来实现锁放功能，而当主轴 的直径较大时，应通过齿轮来过渡(齿数比为2:1或1:1 ),齿轮轴安装偏心轮或连接 曲柄带动摇杆连杆推动滑快。合理选择滑块上缺口的尺'寸大小、偏心轮(齿轮)在主 轴圓周的安装角度，以满足滑块锁放的动作要求，图4是一个双作用式热气机示意图，四个活塞都使用上述的二连杆、凸轮锁放 机构与曲轴相连，但四段曲轴的主轴组合成一根长的曲轴，且各段互相沿圆周方向相 距九十度，当图中左起第一个活塞的连杆轴颈位于360度时，其余三个连杆轴颈应依 次为270度、180度、90度。主轴的一端联接发电机20,另一端安装飞轮21和起动 电机22。加热器23、回热器24、冷却器(19)同一般热气机，加热器应根据不同的 热源采用相应的结构型式，为减轻重量，活塞可采用倒扣的杯型，中间空余的空间可 安放部分冷却管。整机采用全密封结构。图5是一个配气式热气机示意图。为了避开配气活塞延长杆穿过动力活塞所带 来的加工难度，将缸体分为动力缸和配气缸并错开布置，两缸轴线距大于缸的半径， 动力缸的动力活塞使用上述的二连杆、锁放机构与曲轴联接，配气缸25的配气活塞 用一个长的延长杆26铰接至二连杆27并与曲轴的连杆轴颈联接，曲轴的两个连杆轴 颈沿圓周方向相距90度，确定杆件长度的原则同上述，二连杆27只承受拉应力，可 使用常规的结构。锁放机构也如上述。配气式热气机可用一组缸体，也可用二到四组 来组合，飞轮均应有足够的转动惯量。其他如加热器回热器冷却器同一般热气机。整 机包括发电机采用整体密封结构。上述两例的热气机，为了减少活塞与缸壁之间的摩擦，使活塞与缸壁之间形成 一薄层压力气体，缸体下方一个贮气室28经细铜管29和缸体上的小孔30进入间隙 31,气缸的低温区通过导气管、单向气阀连入贮气室。图6是单向气阀示意图。在进 气口内端面上的膜片32通过转轴33与支座连接，弹簧34提供回复力，当使用弹性 膜时，弹性膜则直接固定在支座上，可取消转轴33和弹簧34。上述的热气机，其二连杆结构不可逆向运行，为防止发电机因外电路故障使发 电机成电动机运行方式并反向旋转而损坏热气机，曲轴与发电机应采用防反转联接， 具体可用端部为锯形齿的滑键套筒联接。起动电机为直流电机，可采用串接二极管或 其他适用控制电路来防止反转。
权利要求
1、一种热气机，由一至四组缸体和相应的活塞、曲轴、加热器、回热器、冷却器组成，其特征在于活塞、曲轴由二连杆、锁紧-释放机构带动工作，所说的二连杆是由两段杆件用铰链联接的二连杆，其铰链偏向杆体的一侧，两杆端面相抵或两杆铰接处的一个侧面有适当的阻挡结构，只能作180度或略大于180度的转动(对折-伸直)，二连杆的一端与活塞下端铰接，另一端与曲轴相联，所说的锁紧-释放机构是一种组合的锁放机构，可将与活塞相连接的一根或两根延长杆锁住或释放，其主动部件(凸轮或偏心轮、齿轮)与曲轴的主轴固接，并与主轴一起旋转。
2、 根据权利要求1所述的热气机，其特征是锁紧-释放机构是一种凸轮的机械锁 放机构，由凸轮及其从动部件推动一制动滑块进入或脱离延长杆的锁口，后者分别当 活塞在上死点、下死点时与制动滑块相对。
3、根据权利要求1所述的热气机，其特征是锁紧-释放机构是一种连杆的机械锁 放机构，通过主轴上的偏心轮，或齿轮与曲柄带动摇杆并通过连杆推动制动滑快来实 现锁放功能，
4、权利要求l所述的热气机，其特征是锁紧-释放机构是磁力锁放机构，是两块 平行铁芯夹着一个永磁铁组成一个工字形的开口磁路，磁路的一侧开口与延长杆上的 衔铁相对，另一侧开口与一个活动衔铁相对，凸轮的从动杆推动一根拨杆可以将活动 衔铁与磁路开口贴紧或分开。
5. 根据权利要求1所述的热气机，其特征是锁紧-释放机构是电磁铁，凸轮的从 动杆可开闭其接点。
6. 根据权利要求1所述的热气机，其特征是配气缸、动力缸的轴线距大于缸的半 径，配气活塞用一个长的延长杆铰接一根普通二连杆，再与曲轴的连杆轴颈相联，曲 轴上的两个连杆轴颈沿圓周方向相距90度。
7. 据权利要求1所述的热气机，其特征是每缸一个动力活塞，四个缸的活塞都使 用同样的二连杆、锁放机构与曲轴相连，四段曲轴组合成一根长的曲轴，各段互相沿 圓周方向依次相距九十度，整轴的一端联接荷栽如发电机，另一端可按需要安装飞轮 和起动电机。
8. 据权利要求1所述的热气机，其特征是一个贮气室中的工质气体，通过细管和 对称分布在气缸圆周上四个(或大于四的偶数个)小孔进入活塞与缸体间隙的中段部 位，而气缸的低温区通过单向气阀和导气管与贮气室相连。
9、根据权利要求1所述的热气机，其特征是曲轴与发电机用端部为锯形齿的滑 键套筒联接，起动电机为直流电机，采用串接二极管或其他适用的控制电路来防止反 转。
10、 根据权利要求1所述的热气机，其特征是二连杆端面带有磁性或两杆间跨接 一弹簧，其中较长的一根是具有小伸缩量的弹性杆件。
11、 根据权利要求1所述的热气机，其特征是在二连杆较长的杆件经过下死点的 位置旁，安装一永磁铁。
全文摘要
一种热气机由一至四组缸体和相应的活塞、曲轴、加热器、回热器、冷却器组成，可以是配气式或双作用式，缸体内的活塞、曲轴是用一种二连杆以及一种凸轮控制的锁紧-释放机构相联，活塞侧壁与缸体间的间隙通上压力气体形成一薄层气体，使活塞易于在相对较低的温度和压力下工作。
文档编号F02G1/00GK101113699SQ20061000398
公开日2008年1月30日 申请日期2006年1月25日 优先权日2006年1月25日
发明者黄元卓 申请人:黄元卓