外加热发动机的制作方法

专利名称：外加热发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及外加热发动机(externally heated engine)。更具体地，本 发明涉及以相对低的温度和压力运行的外加热发动机的效率的改进。发明背景外加热发动机以及尤其是斯特林循环(Stirling cycle)发动机始终 保持大的前景，这是因为其理论热效率接近于卡诺循环(Carnot Cycle) 的效率。该效率反过来建立在循环中热时和冷时之间的温差上。现今 该种发动机的设计师们正设法通过提高发动机热侧的温度而使效率 达到最大值。此外，他们利用超高压下的诸如氦气和氢气的小分子气 体以便更进一步地优化发动机的输出功率。他们的密切合作导致了商 业的失败。高的温度要求使用可经受这些温度的材料。使用诸如钛和 不锈钢的特种合金的实际问题和巨大费用结合起来使得制造这种发 动机不切实际而拥有和运行该种发动机过于昂贵。高压气体和极端温 度已经使得该发动机如此地复杂以致几乎超出了最具经验用户所能 达到的有效范围。本发明采用了完全相反的途径。通过结合使用若干改进，使得设 计高效、低温的单缸发动机成为可能。现有设计中要么采用平的气缸 壁作为换热器、要么采用壳管式气对气换热器的变体。材料通常是钢 或钛，该两者都相对为热的不良导体。为了克服这些低效性，气缸外空气和气缸内工作流体之间的温差 必须非常地大以便在非常有限的可用时间内迫使传输必要的热量。这 反过来迫使热源本身甚至以更高的温度运行，以及非常紧固地联接于 换热器上。这势必使得交换器的外部部分曝露于甚至更高的温度，从 而需要更多的稀有材料。一些现有技术的发动机采用液体钠作为相变材料，以便更有效地 获得气缸内部的热量。除了涉及大的费用以外，具有为制造该装置所 需的复杂技术。此外，液体钠毒性强且很烫，因而使用其非常地危险。 这种技术不适于在简单的、大量生产的装置中使用。现有技术的发动机中另外的问题牵涉到发送给蓄热器的空气温 度。现有技术中通常涉及到的极端温度使得不可能使用通用的诸如铜 的低温管道。这也适于在蓄热器中使用的材料。因为首要考虑到高温下的耐久性，所以蓄热器的外部或蓄热器基体(matrix)中所用的材料都 不可优化成用于热性能。高温问题完全控制了蓄热器设计在现有技术的斯特林发动机中 的使用。这导致了值得注意的热力损失以及较大的费用和降低的寿 命。蓄热器外壳毫无疑问是由将容许高温的金属制成。这导致了高的 对环境的热损失、从环境中获得热量以及从蓄热器一端传导至另一端 的热量。这种热传导迫使蓄热器以远离理想的方式运行。在压缩沖程期间，冷气缸上的换热器必须高效地从工作流体中除 去热量。如同具有热侧那样，现有技术的换热器设计要么使用了基本 的缸形本身作为散热器、要么使用简单的翅面或者管壳式换热器的一 些变体。在所有的这些设计中，为这些方法所固有的热阻迫使散热器 以气缸内部和外部之间的大温差(AT)运行。换句话说，冷气缸内部的工作流体温度被迫相当大地高于热量最 终散失的外部温度。这大大降低了越过发动机的AT，从而限制了发 动机的最大效率和输出功率。由于斯特林循环为封闭式热力循环，所以工作流体必须密封在发 动机内部。这导致了几个重要的设计问题。首先，现有技术的发动机不得不运行在高的温度和压力下。这寄 予了对密封的大的需求。为了在高的温度和压力下正常运行(survive)， 唯一的实用方法便是像在常规的内燃发动机中那样在活塞上使用密 封环。活塞和环组件经受渗漏、或漏气(blow - by)。由于必须不断地对其更换以便避免输出功率的损失及其对循环的干扰，使得来自发动 机的流体损耗成为关键性问题。这通常意味着曲轴箱本身也必须密 封，从而导致了曲轴箱中的无效功问题，如同活塞对曲轴箱气体做了 不必要的功那样。它也意味着曲轴箱如同在发动机自身中使用那样必 须充满相同的工作流体。气缸壁上四处的活塞环碎屑导致了另外的问题。这些中最大的问 题在于产生的摩擦。在常规的发动机中，这可耗费发动机大约20%的 输出，这是非常严重的损耗。另外的问题便是润滑。液体油不能简单地喷洒在气缸壁上，因为 这将漏入发动机的工作区内并弄污工作流体。这将导致包括不必要的 污染、腐蚀以及效率降低的问题。但没有适当的润滑，摩擦损耗甚至 变得更大。发明内容简要地说，本发明包括具有至少两个活塞的外加热发动机。第一 活塞在第一气缸内往复运动。该第一活塞具有第一侧(工作侧)和相对 于第 一侧的第二侧。第 一活塞的第 一侧和第 一 气缸限定了容纳工作流 体的第一工作室，该工作流体可包含任何可用的气体。第一活塞的第 二侧和第 一气缸限定了容纳反向流体的第 一相对室。加热器在工作室内加热工作流体。优选地，该室由热源加热以便工作流体具有至多500 华氏度的温度同时热源和工作流体之间的温差小于5华氏度。工作流 体可通过换热器或注热器而加热。加热流体被传送至注热器并流过绕 着导热材料的凹槽，从而直接将热量注入发动机内。热量通过隔热材 料而截留在发动机内部。工作流体沿纵向流经导热材料。该导热材料 具有通路以便工作流体可纵向地从中穿过。用于工作流体的纵向通道 是狹窄的并延伸了(run)注热器全部可用的长度。优选地，注热器具有用于加热流体的凹槽，该凹槽包括许多沿注热器全部可用的外部长度而形成螺旋或螺线图案的平行凹槽。螺旋凹槽可2个、3个、4个或更多个地组成一套，从而彼此平行地延伸以 及加热流体同时地注入。通过将这些凹槽保持为非常地窄和深，获得 了非常高的长/深比值和低温差，同时提供了足够可用的截面面积以便容许足量的加热流体流动和提供热量输入D凹槽和通道通过坚实的传导材料层而被隔开。本发明的注热器在 下文中更为完整地进行了描述。加热工作流体的另 一个方法是通过使用热管。热管为依赖于管内 流体的相变而传输热的管子。通过从液体至气体并回到液体的变化， 热从管子的一端传输到另一端。热管可穿过第一气缸的壁并且填充气 缸内超过活塞上死点的空间。薄的铜翅片可装接在气缸外的热管上。 热空气通过换热器区域而涡动，从而在热空气和热管之间产生了非常 高效的热交换。代替空气和换热器金属之间通常的25°至45。的华氏温 度差("AT"),仅将存在大约5度的AT。在热管中，热量沿着管子的长度行进，直接进入气缸的内部体积。 像通常在热管设计中那样，沿着管子的长度存在可忽略的AT。这意 味着气缸内部加热的铜与外部热空气的温度仅处于5度的范围内。外 加热发动机可包括环绕热管的加热介质，该热管通过热电发生器而加 热。优选地，使用了许多小的热管。这些热管具有小的直径，且因为 有许多已挤入小的容积内，因而仅存在非常有限地无用容积(dead volume)与换热器相关联。此外，铜和发动机内工作流体之间的AT通 过该设计而保持绝对极小值。第二活塞在第二气缸内往复运动，并且具有第一侧(工作侧)和相 对于第 一侧的第二侧。第 一侧和气缸限定了容纳工作流体的工作室。 活塞的第二侧和气缸限定了容纳反向流体的第二相对室。第二气缸内 的工作流体被冷却至低于35华氏度的温度。优选地，发动机包括与活塞相关联的膜以便隔开工作室和相对室。该膜像下文中将要详细描述的那样提供了许多益处。由于利用了 膜，故有益于控制反向流体的压力。这防止了越过膜的大压差，若不 受控制，该压差会导致膜破裂。第二个理由是结合发动机的扼流控制 作用而改变反向侧上的压力。也就是说，像升高和降低工作流体压力 一样，同样地作用于反向流体，以避免对相对室中的气体作不必要的 功以及保护膜。工作流体压力作为对发动机扼流的方式而受到控制。随着推动更 多的工作流体进入发动机中，通过由控制系统提高其压力，发动机将会提高其输出功率，这是因为更工作流体的体积将会在发动机循环内 外传输更多的热并从而做更多的功。降低压力将具有相反的效果。采 用该种方式，可连续地改变发动机输出功率，从而匹配负荷状态。当 降低载荷时具有太大的扼流设定将由于发动机会超速而效率低下，而余热将被收回(drawn in)并转储(dumped)至冷冻器中。为了迫使发动机内最大可能百分比的工作流体有效地参与到热 力过程中，这些空气必须备选地自始至终地扫过发动机，从热侧至冷 侧并再次返回。尽管始终釆取了步骤(在其它地方描述的关于注热器、 抽热器以及蓄热器)以便降低未波及容量，但还控制活塞性能以便降低 未波及容量。在该两种活塞式发动机构型中，发动机冲程在长度上必须较钻孔 的直径更大。也就是说，沖程长度/钻孔直径的比值必须大于1。该 比值可以大很多、可高达2或3或更多，直到实际限制阻止更进一步 地增加为止。由于固定的无用容积空间存在于活塞的头部、甚至冲程 的端部，故使沖程更长会大大地降低作为总体容积百分比的该无用容 积，并确保活塞排量大于未波及容量若干倍。照这^^羊，大多数的工作 流体粒子可全程地扫过发动机并提高效率。在下文中详细描述的置换器类型的发动机中，通过使冲程和因此 的置换器的位移如同实际中那么大而获得相同的合乎需要的效果。这 再次确保了大多数的工作流体有效地促成了该处理过程。冷冻器系统的优选实施例包括基于制冷剂压缩/膨胀循环的系 统。该系统设计成用于通过在抽出器中直接蒸发(汽化)发动机内的制 冷剂而在发动机内、抽热器中产生严冷。由于抽热器为类似于注热器 的设计，对于冷却流体和工作流体之间的低温差，发动机工作流体可 在温度方面至少在零度以下降低50华氏度。与常规的冷凝方法相比，这对于发动机设计而言在发动冲凡的热侧和冷侧之间或许增加了 100度的温差。优选地，冷冻器釆用三个压缩机、三个冷凝器和三个双速冷却风 扇，这些都由冷冻器控制器进行控制。然而，也可能使用其它的若干 压缩机、冷凝器以及冷却风扇。仅像发动机事实上所需要的在任何给 定时间内接通那样多的容量。这通过不使用不需要的动力而大大地改 善了发动机功率分配并从而提高了效率。作为备选的抽热器，外加热发动机可包括穿过第二气缸的气缸壁 以便冷却该气缸的热管。该热管可通过热电冷却器或任何其它适当的冷却方法而冷却。该热管可由^[氐于32华氏度的凝固温度的换热器介 质所环绕，例如盐水、甲醇、乙二醇或具有低于32华氏度凝固温度 的其它流体。代替热管，小的管子可用于经过气缸壁直接向气缸传送 冷却液、或优选地像下文中所更完全地描述那样传送到换热器中的通 道内。冷却可通过许多其它的方式而实现。冷水夹套(jacket)可环绕气缸。这样， 一定量的热可经过气缸壁自 身而被抽出。这还确保了漫射热(stray heat)不可经由该路径漏入发动 机中。在一个实施例中，经由气缸壁安装有许多在气缸内部和冷的换热 器区域之间延伸的热管。这确保了实质上可忽略冷凝的冷却水和发动 机内部之间的AT,从而将发动机内部的冷流体工作温度降低至尽可 能低的水平。在冷液体夹套内部，热管装接在铜翅片上，从而大大地了冷液体 和热管之间的热传输。冷液体4史泵送到夹套的低位拐角内，并使其经由该区域涡动。这更显著地进一步提高了热传输。为了冷却液体，可使用冷冻器系统或热电冷却器(Tec)。按照设计的约束，通过将膨胀制冷剂的工作压力保持至尽可能低 的值，可使得抽热器的运行温度尽可能的低。通过使得冷侧非常地冷，」提高了冷侧和热侧之间的温差，以致热 侧没必要超过500华氏度。热电冷却器以众所周知的方式通过用电将热从冷侧泵送至热侧。 冷冻器中的Tec将由发动机产生的若干能量供以动力。这部分地通过 使用热的发动机排气装置上的热电发生器(Teg)以及部分地使用由连 接发动机的发电机所产生电力中的一些而实现。在Tec的热侧上使用 了联结翅片、铜散热器以及强制的空气冷却。散热器具有厚的铜板， 该铜板已加工成正常的扁平程度并抛光。这些可容易地从Ontano(安 大略)、NY(纽约)的ERM热技术中获得。其次，由于这大大提高了效率，因而仅使用了各个Tec—小部分 的热泵送能力。Tec的热侧和冷侧之间的AT会受到限制。若需要时，温度可通 过简单、便宜、被动的使用地热冷却而受到限制。管子适中的长度可 埋在地表以下数英尺，且冷却空气在使用之前经由该管子泵出。众所 周知地，该深度处的地面温度大致恒定为50华氏度。这意味着热的 散热器通过50度的空气而冷却。在冬季，人们甚至可使用更冷的冷 却空气以便获得更好的效果。工作流体在封闭流体路径中的气缸之间往复运动。封闭流体路径意思指在正常运行期间，与例如不断地吸入燃烧空气并向大气中排出 燃烧副产物的内燃机相比，流体在活塞之间往复运动。本发明中的封 闭流体路径必要时允许导入其它的工作流体以及像下文中所描述的 那样允许压力控制。第一气缸中工作流体和反向流体之间的压差保持在4 PSI至250 PSI之间。通过保持加压的反向流体，在保持膜完整性的同时较高的工作流体压力也是有可能的。此外，反向流体通过降低为压缩工作流 体所必需的功而有助于压缩沖程。然而，反向流体的压力没有如此地 高以致防碍动力冲程。外加热发动机可具有低于10个大气压力的工作流体。外加热发动机可具有大于60PSI压力的工作流体。在封闭流体路径中提供了蓄热器。蓄热器是发动机某些循环期间 的临时ui热室。由于温度低于现有技术的发动机，本发明采用了由聚 四氟乙烯材料制成的壳体。该材料不导热。因而绕着网格不存在热的 短回路。现有技术中蓄热器以非常高的温度运行，因而仅可使用全金属的内部构件D由于该金属网格的各层都触到相邻层，从而自蓄热器的热侧至冷侧建立了连续的导热路径。这导致了高温能量朝向冷侧的 连续损失。在本发明中，蓄热器以足够低的温度运行以便允许采用非金属的网格层。优选地，非金属网格层在每大约10个金属层之后使用。这些非传导层分散了传导路径、并因而阻止了从蓄热器热侧至冷侧的不 必要的能量损失。此外，由于可做出例如编织玻璃纤维的非金属网格 层，其具有足够的热容量以便略微地增加蓄热器的保温能力，从而无须增加不必要的、未波及容量而更进一步地增加蓄热作用。优选地，在蓄热器中除了金属网格层和隔热网格层之外，使用了 第三种类型的层。具体地，可使用具有较大孔口图案的坚实的较厚铜 层。该孔口排列成用于分散和再分布蓄热器中的气流以便确保完全高效地利用全部的网格容量。较厚的铜还保持若干附加热，这更进一步 地增加了蓄热能力。该蓄热室如同现有技术的蓄热室 一样在网格内不需要不锈钢丝， 但可包括比钢更加传导的铜丝。银因其甚至更高的性能而可用作铜的 替换物。铜网格可涂上金刚石，且可包括以外筒和芯型形式的诸如聚 四氟乙烯的高熔点隔热聚合物。蓄热器可包括根据金刚石-铜复合材料(dmmond copper composite)而构建的穿孔盘。这些选择允许通过利 用较少的网格而随后具有减少的泵送损耗。发动机以下列方式运行。施加到热侧的热量导致诸如空气、甲烷 或其它气体的工作流体压力升高、和产生膨胀。这会向外推动热活塞 和冷活塞，从而做有效功。工作流体然后在其流向冷侧的途中经过蓄 热器。在该处理过程中，它留下了其大部分的热量暂时存储在蓄热器网格基体(matrix)中。流体因而以降低很多的温度到达冷气缸。一旦在冷气缸中，流体被压缩回到其原有的、较小的体积。这需 要除去一些排出到回收装置的热量。从而这些热量被回收和再利用。最后，流体经由蓄热器回流至热气缸中。在途中，它获得了留在 蓄热器网格基体中的热量。流体因而以升高很多的温度和压力到达热 气缸。随着经由热的注热器或纟灸热器而增加了更多的热量，流体再次 进入膨胀过程，从而开始了新的发动机循环。第一活塞和第二活塞设 置成往复运动以便工作流体的体积被交替地压缩和膨胀，从而提供了 大于2: 1的膨胀体积/压缩体积比。外加热发动机可包括装接在活塞上的柔性滚动膜以便产生活塞 和气缸之间的密封。该膜可以是由DiaCom公司制造的标准F类型的 硅树脂膜。该膜事实上具有零摩擦力和零开裂力。膜未进行金属增强 并且具有低的熔点温度。泄漏是如此的緩慢以至可以忽略。该单元成 本低廉，并将在正常运转十亿次循环之后才会失效。在外加热发动机中可采用该种膜的原因在于本发明中低的温度 和压力。没有这种低的温度和压力，高的温度和压力使用膜是不切实 际的。在现有技术的设计中，膜将必须部分地由薄的、高温金属制成， 同时具有防热性能。这将大大地增加摩擦和降低使用寿命，从而否定 了膜的优势。然而，对于本发明，膜有可能消除发动机中的摩擦主源。也就是 说，除去活塞环。现有技术的斯特林发动机由于摩擦将至少耗损其输 出功率的20%。对于本发明而言消除了该摩擦的大多数。该膜还根除 了传统活塞环式密封中存在的渗漏问题。因为没有渗漏，所以工作流 体和反向流体不会混合，因此如果该两种流体不一样的话，该工作流体不会因反向流体而污染。由于膜所提供的理想密封，工作流体和反 向流体不必一样。例如可使用诸如干氮的反向流体以便避免封装在机罩(bonnet)中容量的氧化和污染。此外，诸如氦气的轻气体可用作工 作流体以便获得热力学的益处，同时仍旧利用诸如空气或氮气的重气 体作为反向流体，从而避免在相对侧上密封较轻气体的消耗和困难， 或者大量的提供其以便弥补渗漏。此外，对于膜而言，不需要在气缸中润滑，这是因为膜本质上是 无摩擦的。通过除去润滑油，工作流体不会被润滑剂污染。


本发明现在将通过实例的方式并结合附图进行描述，图中 图1为本发明简化原理的俯视图； 图2为本发明简化原理的正视图； 困3为本发明简化原理的侧视图； 图4为本发明活塞组件的正视图； 图5为图4的活塞组件的截面图； 图6为图4的活塞组件一部分的截面图； 图6A为图6所示活塞组件部分的端视图； 图6B为图4活塞组件的注热器(heatinjector)部分的截面图； 图6C为图4具有部分切」棒的活塞组件的注热器部分的局部截面 透视图；图7为图4的活塞组件一部分的截面图； 图8A为本发明活塞组件第一相的简化示意图； 图8B为本发明活塞组件第二相的简化示意图； 图8C为本发明活塞组件第三相的筒化示意图； 图8D为本发明活塞组件第四相的简化示意图； 图9为本发明加热、冷却和加压系统的示意固; 图10为本发明加压系统的示意图；图11为本发明加热装置的示意图； 图12为本发明注热器的截面图；图13为图12的其中一部分壳体切掉的注热器的侧视图；图14A为本发明注热器的一个实施例的截面图；图14B为本发明注热器的第二实施例的截面图；图14C为本发明注热器的第三实施例的截面图；图14D为本发明注热器的第四实施例的截面图；图15为本发明的备选活塞构型；图16为本发明的另一个备选活塞构型；图17为本发明的另一个备选活塞构型；图18为本发明的另一个备选活塞构型；图19为结合图20的备选活塞使用的聚合物环的视图，其示出了 在安装到活塞之前的环；图20为本发明备选活塞的侧视图；图21为本发明备选注热器的局部端视图；图22为图21的备选注热器的截面图；图23为本发明另一个备选注热器的局部端视图；图24为图23的备选注热器的局部截面图；图25为本发明的蓄热器(regenerator)的端视图；图26为图25的其中一部分壳体切掉的蓄热器的正视图；图27为图26的蓄热器一部分的详细视图；和图28为蓄热器铜盘部分的正视图。优选实施例的"i兌明图1至图28示出了本发明。更具体地说，参照图1至图3，示出 了本发明的原理性概要。活塞组件10被提供，以用于产生动力。杆 12和14通过l关杆16和18以及通过曲柄20和22传送该动力。通过 链轮24、 26和28以及链30和32，动力被传输至轴34并随后到达飞轮40。轴34旋转并通过传动装置35将动力传送至发生器 (generator)36。冷冻器(chiller)50将像如下所述的那样冷却活塞组件10的一部 分。燃烧器60和加热器70也将像如下所述的那样向活塞组件10供 热。整个组件安装在机架80上。本领域的普通技术人员将会理解具说明意欲提供原理性的概述而不应视作对本发明的限制。转到图4和图5，这些附图示出了活塞组件的细节。活塞组件IO 容纳在具有外表面102的机罩或圓柱壳体100内。图5示出了活塞组 件10的截面图。参照图5和图7,第一活塞组件110包括安装成用于在气缸114 中往复运动的活塞112。环绕活塞112的是滚动膜116。滚动膜116 保持在凸缘118和120的适当位置。滚动膜116限定了工作室122和 相对室124。活塞杆14促使活塞112往复运动并通过轴承130而保持 正常方位。随着活塞112在气缸114中的往复运动，滚动膜116的换 向点(turnaroundpoint)132在气缸114内移动。滚动膜116通过任何合 适的方法装接在活塞112的前表面136上。因而，滚动膜116在工作 室122和相对室124之间形成无摩擦密封。气缸114含有隔热材料140 以便防止经由圓柱壳体100的能量损耗。该隔热材料可以由例如聚四 氟乙烯(polytetraflouroethylene)或其它的隔热材料制成。活塞杆14装接在其与滑动器组件150相对的端部142上。滑动 器組件150含有适于在导轨154和156上作线性运动的块体 (block)152。轮158允许相对于导轨154和156的滑动。滑动器组件 150消除了任何位于活塞杆142上的横向力。联杆160允许线性运动 转变成曲柄162的转动。圓柱壳体100的各端由含有反向流体(opposing fluid)的机罩550 和560盖住。机罩550含有和支撑控制推杆16运动的轴承530。机罩 550包括密封件552以便容纳反向流体，以及具有经由其导入反向流体的入口端口 554。机罩550在壁内具有受限的表面面积。因而，在加压的反向流体 作用下而施加于壁上的作用力的大小受到限制。此外，机罩550曝露 于相对低的温度和压力。机罩550可由诸如铝的轻金属制成，并且既 不必具有厚壁也无须具有加强筋。密封件552可以是适于低的温度和 压力应用的类型。密封件552仅支持无转动的平移运动，其消除了与 传统的发动机相关联的曲轴箱问题。第二机罩560装接在气缸114上 并包括密封件562和入口 564。图5、图6、图6A、图6B和图6C示出了注热器组件200。加热 流体(未标识)经由导管202从加热器70(图3)中送入。加热流体随箭头 204经由导热材料212周围的凹槽205、从而直接将热量注入发动机 内，并经由导管209排出。热量通过隔热材料213而截留(trapped)在 发动机内。注热器具有隔热芯部215。工作流体(未标识)以箭头170 所指的纵向流经导热材料212。导热材料212具有贯穿其的通路210 以便工作流体可经由其纵向传送。隔热材料213环绕导热材料212。 用于工作流体的纵向通道210狹窄并且控制着注热器200全部可用的 长度。因此，通道210具有长的长度和窄的深度，从而产生了高的长 -深比。这在工作流体和注热器200的传导材料212之间提供了低温 差。同样地通过减小这些通道210的宽度，避免了对发动机未波及 (unswept)容量进行不必要的、过度的添加。用于加热流体的凹槽205包括沿注热器200全部可用的外部长度 形成螺旋图样的许多平行凹槽。通过保持这些凹槽205非常地窄和深， 获得了非常高的长/深比值和低温差，同时提供了足够可用的截面面积 以便容许足量的加热流体流动和提供热量输入。凹槽205和通道210必须由传导材料212的坚实部分隔开。如果 发动机在高的压力和温度下运行，于是在该层中将需要大的强度，这 是因为其必须起到压力安全壳容器的作用。这将要求导热材料212由 诸如不锈钢的相对厚的材料层制成。由于热量经由该层传导进发动机内，这将导致越过该层的非常高的温差。然而，由于发动机在低的温度和压力下运行，这对于本发明是不 需要的。诸如铜的非常薄的导热材料层212可被使用。这使得越过该 层的温差可以忽略，同时仍能足够地抵抗压力。如图14A至图14D所示，经过注热器200a、 200b、 200c和200d 的通路可采用多种构型。图14A示出了作为由分配器226形成三角形 导管的通路220。图14B示出了作为经由导热材料212的纵向导管的 通路222。图14C示出了作为备用优选构型的纵向导管的通路224。 图14D示出了作为纵向盘状通路226的导管。各个注热器200a、200b、 200c和200d都具有隔热芯部215。如图5、图6、图25、图26和图27所示，蓄热器300具有工作 流体经由其流入的网格(mesh)302。网格302可由铜、或涂有诸如金刚 石的高导热材料的铜制成。其它类型的设计成用于快速传热的材料也 可使用。蓄热器300中的网格层302由隔热材料350(例如聚四氟乙烯 或其它保温材料)的气缸所环绕并被容纳在壳体100内。这防止了热对 于环境的获得或损耗。此外，它还防止了热量从蓄热器的热侧352传 导至冷侧354。具有适当安装特征的、优选为铝的外部气缸IOO被用于提供压力 安全壳、机械强度和固定装置(mounting)。聚四氟乙烯'350将该外部 气缸100从网才各302中隔离。蓄热器包括中心隔热芯部360。这由坚实的、相对大直径的聚四 氟乙烯或类似材料的杆组成。网格302每一层的中心直径被钻穿以便 装上该芯部360。由于芯部360为非传导的，故不会造成热损耗。蓄 热器300还包括具有孔363(图28)的铜盘362，以便提供经由蓄热器 300的流体湍流。孔分散了流体的流动并使其再分布以便有效地利用 铜网格302的热容量。还提供了隔热盘364以便防止沿流体流动方向 经由网4各层302的热传递。通过使得蓄热器300的芯部360坚实，从而网格302的总体容量保持正常大小(不大于其所需的)，以便防止发动机中不必要的未波及 容量，同时网格的外径保持为大的(与发动机的余下部分相同)，从而 在气流通道直径中不存在将导致流体流动非常高的分裂损耗的不连续性。图5和图6示出了抽热器400。抽热器400除去工作流体中的热 量。抽热器400以类似于注热器200的方式运行。抽热器400具有可 类似于图14A至图14D的方式构造成的纵向通路。来自冷冻器50中 的冷流体(未标识)以类似于有关注热器200所述的方式沿箭头402的 方向经由导管404注入并经由螺旋通道405绕着热交换材料406的外 部流通。冷流体退出导管408并返回冷冻器50中。抽热器400由隔 热材料410例如聚四氟乙烯或其它保温材料以及壳体100所环绕。一 种可使用类型的冷流体为液体制冷剂。液体制冷剂在通道405中汽化， 从而自热交换材料406中摄取热量。如此以来，热交换材料406可很 好地被冷却至零华氏度以下。图5示出了第二活塞组件500。它以与第一活塞组件110同样的 方式运行。第二活塞组件500包括活塞502、膜503和气缸504。轴 承530将活塞杆16保持在适当位置。图4中示出了简化的滑动器组件151,其以类似于滑动器组件 150(也在图4中简化)的方式运行。滑动器150更详细的说明结合图7 进行了描述。图8A至图8D表示发动机的四个相位。虽然图8A至图8D中正 确地示出了活塞的相位，但在文中的其它附图中并没有必要示出其正 确的相位关系。活塞112和活塞502通过适当的机械联接始终保持90 度的异相。图8A中，所有工作流体已从冷气缸504中压出、而其活 塞502处于完全压缩位置。热气缸114示出其活塞112位于动力冲程 的开始处。图8B中，冷活塞502向左移动并牵引工作流体进入气缸。热活 塞112已完成其动力沖程。图8C中，随着部分地完成了流体至冷侧的传输而示出了完全撤 回的冷活塞。热活塞部分地通过了传输冲程。图8D示出了部分地通过其压缩冲程的冷活塞。示出的热活塞处 于已完成传输沖程之后。图9至图11示出了系统的示意图。图9中，冷冻器冷凝器(chiller condenser)800和芯部冷冻器系统802将冷流体运送至发动机的冷侧 814。热量从冷侧814抽出并传送至热气换热器804。贯穿整个系统， 排出的热被传送至回收装置(recuperator)组件805(图9)。冷冻器冷凝器 组件800还将排出热运送至发动机的热侧。该热流体通过燃烧器系统 806加热并传送至另一个换热器808。换热器808将热流体运送至用 于气缸114的注热器200。燃烧器系统806具有燃料供给源810。压缩机820和压力储备物(pressure reserve)824将加压的反向流体 运送至气缸114和504。压力储备物822向发动机运送高压的工作流 体。这在正常压力下对发动机预加载了适当量的工作流体。而且提供 了调压器826、 828和830以便确保正常的运行。图10为压力控制系统900的示意图。来自压缩机820(图9)的空 气被传送至冷气缸814和热气缸114。提供了止回阀902、 904和906, 减压阀910、 912、 914和916以及压力控制阀915从而确保系统的正 常运行。反向流体和工作流体的压力通过控制系统920和转换器 (transducer)922和924而调节以《更提高输出功率。图11示出了注热系统的示意图。例如抛物面槽形集热器IOOO和 燃烧器1002的太阳能热阵列(solar thermal array)向系统提供加热流 体。泵1010通过系统流通传热流体。提供了温差电池1004以便储存 曰间收集的过剩太阳热，从而稍后在夜间用于发动机中。余热通过经 由相变材料层(bed)而储存。当曝露于热时，这种材料改变相位并在该 过程中能够以恒温储存大量的热。当以所储存的热量运转发动机时， 相变材料再次地逐渐改变相位并在该过程中再次地以恒温返还其储 存的热。系统控制器1006控制注热系统的运行。其它的产热和供热系统 有可能并很好地处于本领域普通技术人员的构建技艺中。图12为注热器200e的一个实施例的截面图。图13为其中切掉了 一部分壳体的注热器的侧视图。工作流体穿过贯穿导热材料232的导 管230。加热流体在翅片234之间行进。导热板236有助于将热从加 热流体传输至热电加热器238。这些热电加热器238将该热量泵送进 导热材料232中。注热器的中央具有隔热芯部215。图15至图18示出了备选的活塞配置。在这些实施例中，活塞、 注热器、抽热器以及蓄热器的运行已完全在上文中进行了描述而无须 在此重复。图15示出了两对气缸1010、 1012、 1014和1016。这些布 置包括以与图4中组件的类似方式运行的简化的滑动器组件1020、 1022、 1024和1026。联杆1023驱动曲柄1025。链1027以类似于图 1所示的方式连接飞轮1029。本领域普通技术人员将会理解该设计中 可添加另外的气缸。图16示出了另一个气缸布置。在该构型中，四个气缸1030、 1032、 1034和1036径向排列，并经由联杆1044、 1046、 1048和1050连接 曲柄1040。共用热源1052加热气缸1030和1034。共用冷冻器1054 冷却气缸1032和1036。图17和图18示出了两个另外的发动机构型。在图17中，发动 机包括备选地在其气缸1062内往复移动的置换器或梭体1060。置换 器1060备选地将工作流体从热侧1064移至冷侧1066。导管1061和 1063将置换器气缸1062和1066连接至注热器1068和抽热器1067。随着空气被转移到发动机的抽热器1067中，其最后穿过热的注 热器1068，由此达到高的温度和压力。所提供的蓄热器1071与结合 图6进行描述的蓄热器相同。通过联杆1070、 1072和1074以及链1076 而连接的适当定时的(properly timed)单一活塞1080随后定位在其气缸 1078中，以便输送动力冲程。联杆1074驱动曲柄1075。曲柄1075 经由链1076驱动曲柄1077。接着，置换器向发动机的冷侧1066推动工作流体。由此大大地 降低了温度和压力。活塞1080为定时的以便定位成准备将该低温和 低压的工作流体压缩成较小的体积而无须做很多功。循环随后重复进行。在图18中，发动机以类似于图17中发动机的方式运行。置换器 1084备选地在热侧1086和冷侧1088之间推动工作流体。单一活塞 1090为定时的以便当工作流体为热的且处于高压时输送动力冲程，以 及当工作流体为冷的且处于低压时输送压缩冲程。图18的发动机仅使用单一曲柄1092。为实现该目的，必须使得 连接杆1094中的一个为空的。第二杆1096在空的第一杆内运行，并 能够独立于第一杆而移动。单曲柄1092在其上具有两个分别处于适当度数的销1104和 1106。这正确地定时了置换器1084和活塞1090的运动。活塞1090 驱动经由联杆1100和1102驱动曲柄1092的杆1094。联杆1100和 1102分别经由销1104和1106连接曲柄1092。联杆1100通过销1110 可枢转地安装在类似于图7块体152的方式构建的滑块1108上。联 杆1102通过销1114可枢转地安装在块体1112上。仅具有单一曲柄1092而没有链，图18的发动机可较图17的发 动机更紧凑。在图19和图20中，提供了备选活塞1150。该活塞设计有两个隔 开部分， 一个具有较另一个更大的直径。位于活塞头部的较小直径部 分1152大小设置成以图7中活塞同样的方法与滚动膜1154 —起工作。较大直径部分1156具有机加工进其内的两个凹槽1160。每一凹 槽都装配了聚四氟乙烯或其它的低摩擦材料的环1162。环1162大小 设置成用于在气缸内部进行紧配合(未示出)。这两个环在气缸和活塞 1150之间起到两用轴承的作用，以及将活塞正确地定位在气缸内并保 持其为直的和对准。由于上环和膜1154后表面之间的容积随着活塞的往复移动而变化，在该可变容积中将会存在可损伤膜1154的压缩效应。为了防止该压缩效应发生，孔1164钻通了活塞裙部1166,从而允许将过剩压 力无害地泄放到活塞1150的空心U68中。由于活塞通过该两个环而保持为直的并对准，常规的肘节销1170 和连杆1172如图20所示都可使用。由于这会允许上下往复地运动， 因而无需图7的滑动器组件。图21至图24示出了备选的注热系统。活塞112、气缸114和膜 116早先已结合图5进行了描述。在图21和图22中，示出了经过注 热器1324的壁1322和隔热材料1325的热管1320。热管1320含有经 由该流体相变而传输热的流体。该热;故传输至导热材料1334。通道 1326经由导热材料1334传送工作流体并且获得由热管1320所注入的 热量。在图23和图24，纵向通道1326已经替换为类似于图6A所示出 的那样经过导热材料1334的备选的纵向通道1340。并且在图24中， 图22中用于工作流体的通道已为锯痕切槽(sawcuts)1340所替代。尽管本发明已参照各种具体实施例进行了描述，但应当理解的是 在所述的本发明构思的精神和范围内可做出许多变化。因此，本发明 并非意图局限于所述实施例，而是应将具有所附权利要求的术语所限 定的全部范围。
权利要求
1.一种外加热发动机，包括a)适于在第一气缸内运动的第一活塞，所述第一活塞具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述第一活塞的所述第一侧和所述第一气缸限定了第一工作室，而所述第一活塞的所述第二侧和所述第一气缸限定了容纳压力受控的反向流体的第一相对室；b)适于在第二气缸内运动的第二活塞，所述第二活塞具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，所述第二活塞的所述第一侧和所述第二气缸限定了第二工作室，而所述第二活塞的所述第二侧和所述第二气缸限定了第二相对室，所述第二相对室容纳压力受控的反向流体；c)第一气缸和第二气缸之间的封闭流体路径，所述封闭流体路径包括压力受控的工作流体，所述工作流体能在所述第一工作室和所述第二工作室之间移动，所述第一工作流体和所述第一相对室中的所述反向流体之间的压差处于4 PSI至500 PSI之间；d)位于所述封闭流体路径中的蓄热器；e)用于加热所述第一气缸中的所述工作流体的加热器；f)用于将所述第二气缸中的所述工作流体冷却至低于32华氏度温度的抽热器；并且g)所述第一活塞和所述第二活塞布置成往复运动，以便所述工作流体的体积交替地压缩和膨胀，使得膨胀体积对压缩体积的比值大于2∶1。
2. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述发 动机还包括柔性滚动膜，装接在所述第一活塞上，以便在所述第一活 塞和所述第一气缸之间产生密封。
3. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述抽 热器包括穿过所述第二气缸的气缸壁的热管。
4. 根据权利要求3所述的外燃机，其特征在于，所述热管通过热电冷却器而冷却。
5. 根据权利要求3所述的外加热发动机，其特征在于，所述热 管由换热器介质所环绕，所述换热器介质具有低于32华氏度的凝固 温度。
6. 根据权利要求5所述的外加热发动机，其特征在于，所述换 热器介质包括盐水。
7. 根据权利要求5所述的外加热发动机，其特征在于，所述换 热器介质包括甲醇。
8. 根据权利要求5所述的外加热发动机，其特征在于，所述换 热器介质包括乙二醇。
9. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述抽 热器还包括隔热芯部、环绕所迷隔热芯部的传热材料、穿过所述传热 材料用于传送所述工作流体的通道、穿过所述传热材料用于传送冷流 体以便从所述传热材料中吸取热量的通道，以及环绕所述传热材料的 隔热材料。
10. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述发 动机还包括用于冷却所述抽热器中的所述工作流体的冷却流体，且所 述冷却流体和进入所述第二气釭在其已由所述冷却流体冷却之后的 所述工作流体之间的温差小于10华氏度。
11. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述第 一活塞和所述第二活塞中的至少一个具有冲程长度和直径，且所述冲 程长度大于所述直径。
12. —种外加热发动机，包括a) 适于在第一气缸内运动的第一活塞，所述第一活塞具有第一侧 和与所述第一侧相对的第二侧，第二活塞的第一侧和第二气缸限定了 第二工作室，而所述第一活塞的所述第二侧和所述第二气缸限定了第 二相对室，所述第二相对室容纳压力受控的反向流体；b) 适于在第二气缸内运动的第二活塞，所述第二活塞具有第一侧和与所述第 一側相对的第二侧，所述第二活塞的所述笫 一侧和所述第 二气缸限定了第二工作室，而所述第二活塞的所述第二侧和所述第二气缸限定了第二相对室，所述第二相对室容纳压力受控的反向流体；c) 位于所述第一气缸和所迷第二气缸之间的封闭流体路径，所迷封闭流体路径包括压力受控的工作流体；d) 位于所述封闭流体路径中的蓄热器；e) 用于将所述第一气缸中的所述流体加热到250至550华氏度之 间的温度的传热流体，且所述传热流体和进入所述第一气缸在其已由 所述传热流体加热之后的所述工作流体之间的温差小于10华氏度； 并且f) 所述第一活塞和所述第二活塞布置成往复运动，以便所述工作 流体的体积交替地压缩和膨胀，使得膨胀体积对压缩体积的比值大于 2: 1。
13. —种外加热发动机，包括a) 适于在第一气缸内运动的第一活塞，所述第一活塞具有第一侧 和与所述第一侧相对的第二侧，第二活塞的第一侧和第二气缸限定了 第二工作室，而所述第二活塞的所述第二侧和所述第二气缸限定了第 二相对室，所述第二相对室容纳压力受控的反向流体；b) 适于在第二气缸内运动的第二活塞，所述第二活塞具有第一侧 和与所述第一侧相对的第二侧，所述第二活塞的所述第 一侧和所述第 二气缸限定了第二工作室，而所述第二活塞的所述第二侧和所述第二 气缸限定了第二相对室，所述第二相对室容纳压力受控的反向流体；c) 位于所述第一气缸和所述第二气缸之间的封闭流体路径，所述 封闭流体路径包括压力受控的工作流体；d) 位于所述封闭流体路径中的蓄热器；e) 用于将所述第一气缸中的所述工作流体加热至小于500华氏度 温度的热源；并且f) 所述第一活塞和所述第二活塞布置成往复运动，以便所述工作流体的体积交替地压缩和膨胀，使得膨胀体积对压缩体积的比值大于2: 1。
14. 根据权利要求12所逸的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机包括柔性滚动膜，装接在所述第一活塞上，以便在所述第一活 塞和所述第 一 气缸之间产生流体密封。
15. 根据权利要求13所逸的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机包括柔性滚动膜，装接在所述第一活塞上，以便在所述第一活 塞和所述第 一 气缸之间产生流体密封。
16. 根据权利要求12所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括铜网格层。
17. 根据权利要求13所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括铜网格层。
18. 根据权利要求16所述的外加热发动机，其特征在于，所述 铜网格层涂有金刚石。
19. 根据权利要求17所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 铜网格层涂有金刚石。
20. 根据权利要求12所述的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括环绕所述铜网格层的高熔点隔热聚合物。
21. 根据权利要求12所述的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括高熔点的隔热聚合物芯部。
22. 根据权利要求21所述的外加热发动机，其特征在于，所述 聚合物芯部为聚四氟乙烯。
23. 根据权利要求20所述的外加热发动机，其特征在于，所述 聚合物为环绕所述铜网格层的聚四氟乙烯。
24. 根据权利要求12所述的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括由金刚石-铜复合材料所构建的穿孔盘。
25. 根据权利要求16所述的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括位于所述铜网格层之间的玻璃纤维网格层。
26. 根据权利要求17所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括位于所述铜网格层之间的玻璃纤维网格层。
27. 根据权利要求16所逸的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括位于所述铜网格层之间的铜盘层。
28. 根据权利要求17所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括位于所述铜网格层之间的铜盘层。
29. 根据权利要求16所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机包括柔性滚动膜，装接在所述第一活塞上，以便在所述第一活 塞和所述第一气缸之间产生流体密封。
30. 根据权利要求17所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机包括柔性滚动膜，装接在所述第一活塞上，以便在所述第一活 塞和所述第 一 气缸之间产生流体密封。
31. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述工 作流体处在低于IO个大气压力的压力。
32. 根据权利要求12所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 外加热发动机还包括穿过所述第 一 气缸的壁的热管。 —
33. 根据权利要求13所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 外加热发动机还包括穿过所述第一气缸的壁的热管。
34. 根据权利要求12所述的外加热发动机，其特征在于，所述 工作流体处在低于IO个大气压力的压力。
35. 根据权利要求13所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 工作流体处在低于IO个大气压力的压力。
36. 根据权利要求32所述的外加热发动机，其特征在于，加热 介质环绕所述热管且所述加热介质通过热电发生器加热。
37. 根据权利要求33所述的外加热发动机，其特征在于，加热 介质环绕所述热管且所述加热介质通过热电发生器加热。
38. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述工 作流体通过太阳能加热。
39. 根据权利要求12所述的外加热发动机，其特征在于，所述 工作流体通过太阳能加热。
40. 根据权利要求13所述的外加热发动机，其特征在于，所述 工作流体通过太阳能加热。
41. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述工 作流体处在大于60 PSI的压力。
42. 根据权利要求12所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 工作流体处在大于60 PSI的压力。
43. 根据权利要求13所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 工作流体处在大于60 PSI的压力。
44. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述发 动机还包括位于所述流体路径中的抽热器，所述抽热器包括环绕工作 流体通道和冷却流体通道的隔热层。
45. 根据权利要求12所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机还包括位于所述流体路径中的注热器，所述注热器包括环绕工 作流体通道和加热流体通道的隔热层。
46. 根据权利要求13所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机还包括位于所述流体路径中的注热器，所述注热器包括环绕工 作流体通道和加热流体通道的隔热层。
47. 根据权利要求46所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 注热器还包括隔热芯部、环绕所述隔热芯部的传热材料、穿过所述传 热材料用于传送所述工作流体的通道、穿过所述传热材料用于传送热 流体以便将热量注入到所述传热材料中的通道，以及环绕所述传热材 料的隔热材料。
48. 根据权利要求12所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 第一活塞和所述第二活塞中的至少一个具有沖程长度和直径，且所述 冲程长度大于所述直径。
49. 根据权利要求13所迷的外加热发动机，其特征在于，所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一个具有沖程长度和直径，且所述 冲程长度大于所述直径。
50. —种外加热发动机，包括a) 适于在第一气缸内运动的活塞，所述活塞具有第一侧和与所述 第一侧相对的第二侧，所述第一侧和所述第一气缸限定了第一工作 室，而所述第二侧和所述第 一气缸限定了容纳压力受控的反向流体的 第一相对室；b) 适于在第二气缸内运动的置换器，所述置换器具有第一侧和与 所述第一侧相对的第二侧，所述置换器的所述第 一侧和所述第二气缸 限定了冷室，而所述置换器的所述第二侧和所述第二气缸限定了热 室；c) 位于所述第 一 气缸和所迷第二气缸之间的封闭流体路径，所述 封闭流体路径包括压力受控的工作流体，所述工作流体能在所述工作 室、所述冷室和所述热室之间移动，在所述工作流体和所述第一相对 室中的所述反向流体之间的压差处于4 PSI至500 PSI之间；d) 位于所述封闭流体路径中的蓄热器；e) 用于加热所述工作流体的注热器；f) 用于将所述工作流体冷却至低于32华氏度温度的抽热器；并且g) 所述第一活塞和所述置换器布置成往复运动地用于交替地推动 所述工作流体经过所述注热器和所述抽热器，以便所述工作流体交替 地压缩和膨胀，使得膨胀体积对压缩体积的比值大于2: 1。
51. 根据权利要求50所述的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机还包括柔性滚动膜，装4妻在所述活塞上，以便在所述活塞和所 述第一气缸之间产生密封。
52. —种外加热发动^L,包括a)适于在第一气缸内运动的活塞，所述活塞具有第一侧和与所述 第一侧相对的第二侧，所述第一侧和所述第一气缸限定了工作室，而 所述第二侧和所述第一气缸限定了容纳压力受控的反向流体的相对室；b) 适于在第二气缸内运动的置换器，所述置换器具有第一侧和与 所述第一侧相对的第二侧，所迷置换器的所述第一侧和所述第二气缸 限定了冷室，而所述置换器的所述第二侧和所述第二气缸限定了热室；c) 位于所述第一气缸和所迷第二气缸之间的封闭流体路径，所述封闭流体路径包括压力受控的工作流体，所述工作流体能在所述第一 工作室、所述冷室和所述热室之间移动，在所述第一工作流体和所述第一相对室中的所述反向流体之间的压差处于4 PSI至500 PSI之间；d) 位于所述封闭流体路径中的蓄热器；e) 用于将所述第一气缸中的所述流体加热到250至550华氏度之 间的温度的传热流体，且热源和所述第 一气缸中的所述流体之间的温 差小于IO华氏度；并且f) 所述第一活塞和所述置换器布置成往复运动，以便所述工作流 体的体积交替地压缩和膨胀，使得膨胀体积对压缩体积的比值大于2: 1。
53. —种外加热发动机，包括a) 适于在第一气缸内运动的活塞，所述活塞具有第一侧和与所述 第一侧相对的第二侧，所述第一侧和所述第一气缸限定了工作室，而 所述第二侧和所述第一气缸限定了容纳压力受控的反向流体的相对室；b) 适于在第二气缸内运动的置换器，所述置换器具有第一侧和与 所述第一侧相对的第二侧，所述置换器的所述第一侧和所述第二气缸 限定了冷室，而所述置换器的所述第二侧和所述第二气缸限定了热 室；c) 位于所述第 一 气缸和所迷第二气缸之间的封闭流体路径，所述 封闭流体路径包括压力受控的工作流体，所述工作流体能在所述第一 工作室、所述冷室和所述热室之间移动，在所述第一工作流体和所述第一相对室中的所述反向流体之间的压差处于4 PSI至500 PSI之间；d) 位于所述封闭流体路径中的蓄热器；e) 用于将所述第一气缸中的所述工作流体加热至小于500华氏度 温度的热源；并且f) 所述第一活塞和所述置换器布置成往复运动，以便所述工作流 体的体积交替地压缩和膨胀，使得膨胀体积对压缩体积的比值大于2:
54.根据权利要求52所述的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机还包括柔性滚动膜，装接在所述活塞上，以便在所述活塞和所 述第一气缸之间产生密封。
55.根据权利要求53所述的外加热发动机，其特征在于，所迷 发动机还包括柔性滚动膜，装接在所述活塞上，以便在所述活塞和所 述第一气缸之间产生密封。
56. 根据权利要求52所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括铜网格层。
57. 根据^L利要求53所述的外加热发动机， 蓄热器包括铜网格层。
58. 根据权利要求56所述的外加热发动机， 铜网格层涂有金刚石。
59. 根据权利要求57所迷的外加热发动机， 铜网格层涂有金刚石。
60. 根据权利要求52所述的外加热发动机， 蓄热器包括高熔点的隔热聚合物。
61. 根据权利要求53所述的外加热发动机， 蓄热器包括高熔点的隔热聚合物。
62. 根据权利要求60所述的外加热发动机， 聚合物为聚四氟乙烯。
63. 根据权利要求61所述的外加热发动机，其特征在于，所述 其特征在于，所述 其特征在于，所述 其特征在于，所述 其特征在于，所述 其特征在于，所述 其特征在于，所述聚合物为聚四氟乙烯。
64. 根据权利要求52所述的外加热发动机，其特征在于，所述蓄热器包括由金刚石-铜复合材料所构建的穿孔盘。
65. 根据权利要求56所述的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括位于所述铜网格层之间的玻璃纤维网格层。
66. 根据权利要求57所述的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括位于所述铜网格层之间的玻璃纤维网格层。
67. 根据权利要求56所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括位于所述铜网格层之间的铜盘层。
68. 根据权利要求57所述的外加热发动机，其特征在于，所述 蓄热器包括位于所述铜网格层之间的铜盘层。
69. 根据权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述发 动机还包括连接到所述第一气缸的第一端上的机罩，所述机罩和所述 第 一气缸的所述第 一端产生密封，以便容纳所述反向流体。
70. 根据权利要求12所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机还包括连接到所述第一气缸的笫 一端上的机罩，所述机罩和所 述第 一 气缸的所迷第 一 端产生密封，以便容纳所述反向流体。
71. 根据权利要求13所迷的外加热发动机，其特征在于，所述 发动机还包括连接到所述第一气缸的第一端上的机罩，所述机罩和所 述第一气缸的所述第一端产生密封，以便容纳所述反向流体。
全文摘要
本发明提供了具有至少两个活塞的外加热发动机。第一活塞具有第一侧(工作侧)和与第一侧相对的第二侧。第一活塞的第一侧和第一气缸限定了容纳工作流体的第一工作室。第一活塞的第二侧和第一气缸限定了容纳反向流体的第一相对室。加热器加热第一气缸中的工作流体。优选地，气缸由热源加热以便工作流体具有至多500华氏度的温度，同时热源和工作流体之间的温差小于5华氏度。第二活塞在第二气缸内往复运动，且具有第一侧(工作侧)和与第一侧相对的第二侧。该第一侧和气缸限定了容纳工作流体的工作室。活塞的第二侧和气缸限定了容纳反向流体的第二相对室。位于第二气缸内的工作流体被冷却至低于35华氏度的温度。
文档编号F02D23/00GK101238276SQ200680028862
公开日2008年8月6日 申请日期2006年7月13日 优先权日2005年8月5日
发明者G·P·霍夫曼, R·J·伊德 申请人:更新热力学有限责任公司