专利名称:热气机装置及其制造方法
本发明涉及一种发动机，特别是一种外加热式闭式循环活塞式热气机装置及其制造方法。
现有的热气机又叫斯特林发动机是一种外燃式闭式循环活塞式发动机，斯特林发动机是由膨胀腔，加热器，回热器，冷却器和压缩腔组成，并依上列次序串接在一起组成循环回路。斯特林发动机的热力过程是遵循斯特林循环进行的，它由理想状态下的四个过程组成等温压缩过程，该过程是在由气缸和活塞组成的压缩腔中完成的，为了在最低循环温度下进行等温压缩，压缩热必须由气缸壁从系统内部逐渐导出，由冷却器导至外界，同时外界在整个过程中得向系统做功；等容加热过程，从压缩腔赶出来的工质，在进入膨胀腔以前，必须流经回热器并得到回热器的加热，热量从回热器传给工质，使工质从最低循环温度上升到最高循环温度后流入膨胀腔，由于系统总容积不变，这一加热过程为等容加热过程；等温膨胀过程，该过程是在由气缸和活塞组成的膨胀腔中完成的，为了实现等温膨胀，外源必须通过气缸壁向工质供给等温膨胀热，同时系统向外界做等温膨胀功；等容冷却过程，从膨胀腔出来的工质，在进入压缩腔以前，流经回热器，回热器从工质中吸走热能，使工质温度从最高循环温度下降到最低循环温度后流入压缩腔，由于工质是在系统最大容积下得到的冷却，这一冷却过程为等容冷却。以上斯特林循环的四个过程中，等容冷却过程中工质传给回热器的热能在等容加热过程中将全部传回工质，工质在循环中与外界的热交换为等温膨胀过程中的等温膨胀热和等温压缩过程中的压缩热。斯特林发动机系统，向外界做等温膨胀功时，外源热能通过气缸壁向膨胀腔里的工质加热，膨胀腔里的活塞膨胀做功时，活塞压力从大到小；等温压缩时，压缩腔里的工质经过回热器降温处理，由外界做功形成的压缩热，通过冷却器导至外界。
本发明的目的在于提供一种新的外加热式闭式循环活塞式热气机装置的实施装置和实施该装置的制作方法，这种热气机装置系统采用一种新的循环方式，制造一种不同于现有热气机装置的发动机。
本发明的任务是以如下方式完成的一种热气机装置是由加热器，气缸，活塞，气缸活塞两边互为膨胀腔或背压腔，活塞杆，管路，气缸进排气换向装置，膨胀减压装置，压缩机所构成，并将上列各件串接在一起组成封闭循环回路，热气机装置系统内放置有制冷工质，加热器由外源热能加热，热气机装置的工作过程，外源热能通过加热器对制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定的蒸发压力，气缸背压腔中的制冷工质的压力与加热器中的制冷工质压力相同，气缸进排气换向装置使气缸背压腔排气并通过管路与膨胀减压装置相通，膨胀减压装置使得气缸背压腔具有一定压力的制冷工质膨胀扩散或等熵膨胀，致使气缸背压腔的压力降低，同时气缸膨胀腔通过气缸进排气换向装置和管路直接与加热器相通，由于气缸背压腔压力降低，气缸膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞向一方移动，活塞杆向外作机械功，压缩机的进气端与充满低压制冷工质的膨胀减压装置相通，压缩机的排气端与加热器相通，处于工作状态的压缩机，不断地将膨胀减压装置的制冷工质压缩到加热器内，致使膨胀减压装置里的压力降低或直至真空，满足膨胀减压装置处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个循环系统中的循环，气缸进排气换向装置使得气缸膨胀腔交换成背压腔，背压腔交换成膨胀腔，气缸膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞向另一方移动，活塞杆向外作机械功。所述的热气机装置，热气机与压缩流体的装置接合，可以向外界输出压缩流体的压缩能。所述的热气机装置的膨胀减压装置，可为增容器，低温膨胀机减压装置，节流膨胀减压装置。所述的热气机装置的制冷工质可为合成制冷剂，天然制冷剂。
一种制造热气机装置的方法，热气机装置的循环系统的构成，气缸，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，气缸进排气换向装置，膨胀减压装置，压缩机，加热器，并依上列次序串接在一起组成循环回路，循环回路中的工作介质为制冷工质，加热器由外源热能加热，热气机装置的热力循环过程由理想状态下的以下四个过程组成，定压加热过程，这一过程是在加热器中进行的，外源热能通过加热器对置于加热器内的制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定的蒸发压力，加热器与对外作功的气缸膨胀腔相通，加热器不仅要加入用于制冷工质温度升高所需的热，还必须加入对外部作功相应的热量，加热器内的压力不变受热时，制冷工质的温度升高而膨胀，须对外作功的过程为热气机装置的定压加热过程，膨胀减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和膨胀减压装置中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与膨胀减压装置相通，膨胀减压装置使得背压腔中有一定压力的制冷工质膨胀扩散或等熵膨胀，制冷工质的压力降低，绝热压缩过程，这一过程是在膨胀减压装置，压缩机和加热器中进行的，压缩机的进气口与低压状态的膨胀减压装置相通，压缩机的排气口与有一定压力状态的加热器相通，压缩机压缩过程中不从外部吸热和放热，压缩所作的功变成压缩热，传给制冷工质，使制冷工质温度升高，进入加热器的压缩热可以作为热气机装置的循环系统吸收热能的一部分，处于工作状态的压缩机不断地将膨胀减压装置中低压力的制冷工质压缩到具有一定压力状态的加热器中，使得膨胀减压装置中的制冷工质处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个热气机装置的循环系统中的循环，定压膨胀过程，这一过程是在气缸中进行的，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，膨胀腔与有一定压力状态的加热器相通，背压腔与低压或真空状态的膨胀减压装置相通，气缸中的活塞从具有一定压力状态的膨胀腔向低压力状态的背压腔移动作功时，膨胀腔中的压力始终与加热器中的压力保持一致，加热器向膨胀腔中的制冷工质供给定压膨胀热，系统向外界作定压膨胀功。在热气机装置的四个循环过程中，热气机装置的循环系统与外界的热交换的过程为定压膨胀过程中，外源热能向系统提供定压膨胀热，系统向外界作定压膨胀功，热气机装置的循环系统内自身消耗的功为绝热压缩过程中，压缩机将低压力状态的制冷工质压缩到高压力状态所消耗的压缩功，热气机装置的循环系统对外界的有效功率是活塞在气缸中的作功功率去除压缩机的功率后所得到的功率，热气机装置的循环系统选择不同的制冷工质，可以得到不同的对外界的有效功率。根据一种制造热气机装置的方法，所述的膨胀减压过程可为膨胀增容减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和增容器中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与处于低压或真空状态的增容器相通，背压腔中有一定压力的制冷工质膨胀扩散到增容器，制冷工质的体积增大，压力降低。根据一种制造热气机装置的方法，所述的膨胀减压过程可为等熵膨胀减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和低温膨胀机减压装置中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与低温膨胀机减压装置相通，低温膨胀机减压装置中的低温膨胀机将背压腔中有一定压力的制冷工质的势能转变为机械功由低温膨胀机输出，使得背压腔中有一定压力的制冷工质压力降低。根据一种制造热气机装置的方法，所述的膨胀减压过程可为等焓节流膨胀减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和节流膨胀减压装置中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与节流膨胀减压装置相通，节流膨胀减压装置中的节流膨胀阀将背压腔中有一定压力的制冷工质进行节流降压，使得背压腔中有一定压力的制冷工质压力降低，制冷工质节流降压前后焓值保持不变。
热气机装置的特点，热气机装置系统的外源热能可以采用高，低品位的热能，对低品位的热能可以采用自然环境中广泛存在的热源，无须燃烧加热，对高品位的热能可以充分地吸收利用，热气机作为一种发动机，与现有发动机一样，可以作为发电的动力源，也可以作为驱动装置的动力源。
以下将结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明基本构思中的一个实施例的图解。
图2是本发明的一种实施装置。
图3是本发明的一种实施装置。
图4是本发明的一种将热气机装置的机械能转变成液压能的实施装置。
参照图1，本热气机装置的结构组成是容积式加热器21，活塞12，活塞杆14，和气缸13，管路17，制冷循环用滑动式四通阀18，增容罐19，制冷剂压缩机20，限位开关15和限位开关16，并将上列各件串接在一起组成封闭循环回路。热气机装置，系统内放置有制冷行业使用的卤代烃类低温制冷工质，该制冷工质在容积式加热器21里受热后为饱和气体，容积式加热器21外置于地球大气自然环境中，容积式加热器21的外源加热温度为地球大气自然环境温度，容积式加热器21的受热面积足够大，不考虑制冷工质和机件的摩擦损失，系统无泄漏，制冷压缩机20，制冷循环用滑动式四通阀18，限位开关15和限位开关16，外接电源回路控制。热气机装置的工作过程置于容积式加热器21内的制冷工质，因具有低温蒸发的性能，当容积式加热器21处于地球大气自然环境时，地球大气的自然环境温度下的热能通过容积式加热器21对制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定饱和气体的蒸发压力；当气缸13通过管路17和制冷循环用滑动式四通阀18直接与容积式加热器21相通时，活塞12趋近气缸13的左止点，气缸13的右腔内制冷工质的压力与容积式加热器21内制冷工质的压力相同，活塞12到达气缸13的左止点，活塞杆14的右端触碰到限位开关15，限位开关15通过电源回路控制制冷循环用四通阀18换向，换向后，气缸13的右腔通过管路17，制冷循环用滑动式四通阀18直接与增容罐19相通，气缸13右腔具有一定压力的制冷工质膨胀扩散到低压的增容罐19内，致使气缸13右腔的压力降低，使得气缸13的右腔成为背压腔；气缸13的左腔通过管路17，制冷循环用滑动式四通阀18直接与容积式加热器21相通，由于气缸13的右腔压力降低，气缸13左腔成为膨胀腔，膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞12向右移动，活塞杆14向外做机械功；制冷剂压缩机20的进气端与充满低压制冷工质的增容罐19相通，制冷剂压缩机20的排气端与容积式加热器21相通，处于工作状态的制冷剂压缩机20，不断地将增容罐19的制冷工质压缩到容积式加热器21内，致使增容罐里的压力降低或直至真空，满足增容罐19处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个循环系统中的循环；活塞12向右移动到右止点时，活塞杆14的右端触碰到限位开关16，限位开关16通过电源回路控制制冷循环用四通阀18换向，换向后，气缸13左腔成为背压腔，背压腔的压力降低，气缸13的右腔成为膨胀腔，膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞12向左移动，活塞杆14向外做机械功。热气机装置的循环系统的构成，气缸，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，气缸进排气换向装置，增容器，压缩机，加热器，并依上列次序串接在一起组成循环回路，循环回路中的工作介质为制冷工质。热气机装置的热力循环过程由理想状态下的以下四个过程组成定压加热过程，这一过程是在加热器中进行的，外源热能通过加热器对置于加热器内的制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定的蒸发压力，加热器与对外作功的气缸膨胀腔相通，加热器不仅要加入用于制冷工质温度升高所需的热，还必须加入对外部作功相应的热量，加热器内的压力不变受热时，制冷工质的温度升高而膨胀，须对外作功的过程为热气机装置的定压加热过程；膨胀增容减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和增容器中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与处于低压或真空状态的增容器相通，背压腔中有一定压力的制冷工质膨胀扩散到增容器，依据理想气体的状态方程P1V1/T1＝P2V2/T2式中 P1背压腔制冷工质膨胀扩散前压力V1气缸的容积T1背压腔制冷工质膨胀扩散前的温度P2制冷工质膨胀扩散后在增容器里的压力V2气缸容积与增容器容积的和T2制冷工质膨胀扩散后在增容器里的温度背压腔中有一定压力P1的制冷工质膨胀扩散后，制冷工质的体积从V1增大到V2，压力降低到压力P2；绝热压缩过程，这一过程是在增容器，压缩机和加热器中进行的，压缩机的进气口与低压状态的增容器相通，压缩机的排气口与有一定压力状态的加热器相通，压缩机压缩过程中不从外部吸热和放热，压缩机所作的功变成压缩热，传给制冷工质，使制冷工质温度升高，进入加热器的压缩热可以作为热气机装置的循环系统吸收热能的一部分，处于工作状态的压缩机不断地将增容器中低压力P2的制冷工质压缩到具有一定压力P1状态的加热器中，使得增容器中的制冷工质处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个热气机装置的循环系统中的循环；定压膨胀过程，这一过程是在气缸中进行的，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，膨胀腔与有一定压力状态的加热器相通，背压腔与低压或真空状态的增容器相通，气缸中的活塞从具有一定压力P1状态的膨胀腔向低压力P2状态的背压腔移动作功时，膨胀腔中的压力始终与加热器中的压力保持一致，加热器向膨胀腔中的制冷工质供给定压膨胀热，系统向外界作定压膨胀功。在热气机装置的四个循环过程中，热气机装置的循环系统与外界的热交换为定压膨胀过程，外源热能向系统提供定压膨胀热，系统向外界作定压膨胀功，活塞在气缸中的作功功率N1＝(P1-P2)SL/t式中 P1背压腔制冷工质膨胀扩散前的压力P2制冷工质膨胀扩散后在增容器里的压力S活塞的面积L活塞的行程t活塞在整个行程作功的时间热气机装置的循环系统内自身消耗的功为绝热压缩过程中，压缩机将低压力P2状态的制冷工质压缩到高压力P1状态所消耗的压缩功，压缩机的压缩功率N2＝U(i1-i2)V/v1V制冷工质的循环量v1制冷工质在压力P1状态时的比容U压缩机的效率i1制冷工质在压缩机排气口温度T1，压力P1状态时的焓i2制冷工质在压缩机进气口温度T2，压力P2状态时的焓制冷工质的循环量等于气缸的容积与活塞作功时间的比V＝SL/t由压缩机的压缩功率N2的公式显示，不同制冷工质在压力P1，P2时的焓值和比容不同，不同的制冷工质在同一热气机装置的循环系统，使得热气机装置的循环系统得到相同的定压膨胀功时，不同的制冷工质所消耗的压缩机的压缩功也不同，热气机装置的循环系统对外界作的有效功是定压膨胀功去除压缩机的压缩功后所得到的功，热气机对外界的有效功率N＝N1-N2热气机装置的循环系统对外界的有效功率是活塞在气缸中的作功功率去除压缩机的功率后所得到的功率，热气机装置的循环系统选择不同的制冷工质，可以得到不同的对外界的有效功率。
参照图2，本热气机装置的结构组成是加热器31，活塞22，活塞杆24，和气缸23，管路27，制冷循环用滑动式四通阀28，活塞膨胀机29和分气罐32构成的膨胀减压装置，制冷剂压缩机30，限位开关25和限位开关26，并将上列各件串接在一起组成封闭循环回路。热气机装置，系统内放置有制冷行业使用的合成低温制冷工质，加热器31受地球流动河水的热能加热，加热器31的受热面积足够大，不考虑制冷工质和机件的摩擦损失，系统无泄漏，制冷剂压缩机30，制冷循环用滑动式四通阀28，限位开关25和限位开关26，外接电源回路控制。热气机装置的工作过程置于加热器31内的制冷工质，因具有低温蒸发的性能，流动河水的热能通过加热器31对制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定蒸发压力；当气缸23通过管路27和制冷循环用滑动式四通阀28直接与加热器31相通时，活塞22趋近气缸23的左止点，气缸23的右腔内制冷工质的压力与加热器31内制冷工质的压力相同，活塞22到达气缸23的左止点，活塞杆24的右端触碰到限位开关25，限位开关25通过电源回路控制制冷循环用四通阀28换向，换向后，气缸23的右腔通过管路27，制冷循环用滑动式四通阀28直接与膨胀减压装置中的活塞膨胀机29相通，活塞膨胀机29将气缸23右腔具有一定压力的制冷工质的势能转变为机械功由活塞膨胀机输出，使得气缸23右腔的压力降低，并将制冷工质输送到低压的膨胀减压装置中的分气罐32里，使得气缸23的右腔成为背压腔；气缸23的左腔通过管路27，制冷循环用滑动式四通阀28直接与加热器31相通，由于气缸23的右腔压力降低，气缸23左腔成为膨胀腔，膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞22向右移动，活塞杆24向外做机械功；制冷剂压缩机30的进气端直接与充满低压制冷工质的膨胀减压装置中的活塞膨胀机29和分气罐32相通，制冷剂压缩机30的排气端直接与加热器31相通，处于工作状态的制冷剂压缩机30，不断地将分气罐32的制冷工质压缩到加热器31内，致使分气罐32里的压力降低或直至真空，满足分气罐32处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个循环系统中的循环；活塞22向右移动到右止点时，活塞杆24的右端触碰到限位开关26，限位开关26通过电源回路控制制冷循环用四通阀28换向，换向后，气缸23左腔成为背压腔，背压腔的压力降低，气缸23的右腔成为膨胀腔，膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞22向左移动，活塞杆24向外做机械功。热气机装置的循环系统的构成，气缸，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，气缸进排气换向装置，低温膨胀机减压装置，压缩机，加热器，并依上列次序串接在一起组成循环回路，循环回路中的工作介质为制冷工质，加热器由外源热能加热。热气机装置的热力循环过程由理想状态下的以下四个过程组成定压加热过程，这一过程是在加热器中进行的，外源热能通过加热器对置于加热器内的制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定的蒸发压力，加热器与对外作功的气缸膨胀腔相通，加热器不仅要加入用于制冷工质温度升高所需的热，还必须加入对外部作功相应的热量，加热器内的压力不变受热时，制冷工质的温度升高而膨胀，须对外作功的过程为热气机装置的定压加热过程；等熵膨胀减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和低温膨胀机减压装置中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与低温膨胀机减压装置相通，低温膨胀机减压装置中的低温膨胀机将背压腔中有一定压力的制冷工质的势能转变为机械功由低温膨胀机输出，使得背压腔中有一定压力的制冷工质压力降低；绝热压缩过程，这一过程是在低温膨胀机减压装置，压缩机和加热器中进行的，压缩机的进气口与低温膨胀机减压装置相通，压缩机的排气口与有一定压力状态的加热器相通，压缩机压缩过程中不从外部吸热和放热，压缩机所作的功变成压缩热，传给制冷工质，使制冷工质温度升高，进入加热器的压缩热可以作为热气机装置的循环系统吸收热能的一部分，处于工作状态的压缩机不断地将低温膨胀机减压装置中低压力的制冷工质压缩到具有一定压力状态的加热器中，使得低温膨胀机减压装置一端中的制冷工质处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个热气机装置的循环系统中的循环；定压膨胀过程，这一过程是在气缸中进行的，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，膨胀腔与有一定压力状态的加热器相通，背压腔与低压状态的低温膨胀机减压装置相通，气缸中的活塞从具有一定压力状态的膨胀腔向低压力状态的背压腔移动作功时，膨胀腔中的压力始终与加热器中的压力保持一致，加热器向膨胀腔中的制冷工质供给定压膨胀热，系统向外界作定压膨胀功。热气机装置对外界的有效功率同上。
参照图3，本热气机装置的结构组成是加热器41，活塞42，活塞杆34，和气缸33，管路37，制冷循环用滑动式四通阀38，节流膨胀阀39和分气罐43构成的节流膨胀减压装置，制冷剂压缩机40，限位开关35和限位开关36，并将上列各件串接在一起组成封闭循环回路。热气机装置，系统内放置有制冷行业使用的天然制冷工质，加热器41受外燃热能加热，加热器41的受热面积足够大，不考虑制冷工质和机件的摩擦损失，系统无泄漏，制冷压缩机40，制冷循环用滑动式四通阀38，限位开关35和限位开关36，外接电源回路控制。热气机装置的工作过程置于加热器41内的制冷工质，因具有低温蒸发的性能，外燃热能通过加热器41对制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定蒸发压力；当气缸33通过管路37和制冷循环用滑动式四通阀38直接与加热器41相通时，活塞42趋近气缸33的左止点，气缸33的右腔内制冷工质的压力与加热器41内制冷工质的压力相同，活塞42到达气缸33的左止点，活塞杆34的右端触碰到限位开关35，限位开关35通过电源回路控制制冷循环用四通阀38换向，换向后，气缸33的右腔通过管路37，制冷循环用滑动式四通阀38直接与节流膨胀减压装置中的节流膨胀阀39相通，节流膨胀阀39将气缸33右腔具有一定压力的制冷工质进行节流降压，使得气缸33右腔的压力降低，并将制冷工质输送到低压的节流膨胀减压装置中的分气罐43里，使得气缸33的右腔成为背压腔；气缸33的左腔通过管路37，制冷循环用滑动式四通阀38直接与加热器41相通，由于气缸33的右腔压力降低，气缸33左腔成为膨胀腔，膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞42向右移动，活塞杆34向外做机械功；制冷剂压缩机40的进气端直接与充满低压制冷工质的节流膨胀减压装置中的节流膨胀阀39和分气罐43相通，制冷剂压缩机40的排气端直接与加热器41相通，处于工作状态的制冷剂压缩机40，不断地将分气罐43的制冷工质压缩到加热器41内，致使分气罐43里的压力降低或直至真空，满足分气罐43处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个循环系统的循环；活塞42向右移动到右止点时，活塞杆34的右端触碰到限位开关36，限位开关36通过电源回路控制制冷循环用四通阀38换向，换向后，气缸33左腔成为背压腔，背压腔的压力降低，气缸33的右腔成为膨胀腔，膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞42向左移动，活塞杆34向外做机械功。热气机装置的循环系统的构成，气缸，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，气缸进排气换向装置，节流膨胀减压装置，压缩机，加热器，并依上列次序串接在一起组成循环回路，循环回路中的工作介质为制冷工质，加热器由外源热能加热。热气机装置的热力循环过程由理想状态下的以下四个过程组成定压加热过程，这一过程是在加热器中进行的，外源热能通过加热器对置于加热器内的制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定的蒸发压力，加热器与对外作功的气缸膨胀腔相通，加热器不仅要加入用于制冷工质温度升高所需的热，还必须加入对外部作功相应的热量，加热器内的压力不变受热时，制冷工质的温度升高而膨胀，须对外作功的过程为热气机装置的定压加热过程；等焓节流膨胀减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和节流膨胀减压装置中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与节流膨胀减压装置相通，节流膨胀减压装置中的节流膨胀阀将背压腔中有一定压力的制冷工质进行节流降压，使得背压腔中有一定压力的制冷工质压力降低，制冷工质节流降压前后焓值保持不变；绝热压缩过程，这一过程是在节流膨胀减压装置，压缩机和加热器中进行的，压缩机的进气口与节流膨胀减压装置的一端相通，压缩机的排气口与有一定压力状态的加热器相通，压缩机压缩过程中不从外部吸热和放熟，压缩机所作的功变成压缩热，传给制冷工质，使制冷工质温度升高，进入加热器的压缩热可以作为热气机装置的循环系统吸收热能的一部分，处于工作状态的压缩机不断地将节流膨胀减压装置一端的低压制冷工质压缩到具有一定压力状态的加热器中，使得节流膨胀机装置一端中的制冷工质处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个热气机装置的循环系统中的循环；定压膨胀过程，这一过程是在气缸中进行的，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，膨胀腔与有一定压力状态的加热器相通，背压腔与低压状态的节流膨胀减压装置相通，气缸中的活塞从具有一定压力状态的膨胀腔向低压力状态的背压腔移动作功时，膨胀腔中的压力始终与加热器中的压力保持一致，加热器向膨胀腔中的制冷工质供给定压膨胀热，系统向外界作定压膨胀功。热气机对外界的有效功率同上。
参照图4是热气机装置接合液压缸，将热气机装置的机械能转变成液压能的一种实施装置，液压缸48与气缸55接合在一起，组成一套气液增压装置，液压缸48里的工作介质是液压油，由于气缸活塞54的面积大于液压缸活塞56的面积，当活塞杆58推动活塞56移动时，液压缸活塞56受到的压力大于气缸活塞54的压力，该实施装置的工作过程，当气缸活塞54推动与活塞杆58相联接的活塞56向左移动时，液压缸活塞56左腔具有一定压力的液压油通过管路59，单向阀47输入到油马达45和蓄能器46中，具有一定压力的液压油通过油马达45将液压能输送到外界，油马达45中的液压油回到油箱44，活塞56向左移动时，液压缸活塞56的右腔出现真空状态，油箱51的液压油通过单向阀53和管路59吸入液压缸48的右腔，同样，当气缸活塞54推动与活塞杆58相联接的活塞56向右移动时，液压缸活塞56右腔具有一定压力的液压油通过管路59，单向阀57输入到油马达45和蓄能器46中，具有一定压力的液压油通过油马达45将液压能输送到外界，油马达45中的液压油回到油箱44，活塞56向右移动时，液压缸活塞56的左腔出现真空状态，油箱50的液压油通过单向阀49和管路59吸入液压缸48的左腔，蓄能器46能够吸收系统换向时的冲击力和保持系统换向时的压力。
权利要求
1.一种热气机装置其特征是热气机由加热器，气缸，活塞，气缸活塞两边互为膨胀腔或背压腔，活塞杆，管路，气缸进排气换向装置，膨胀减压装置，压缩机所构成，并将上列各件串接在一起组成封闭循环回路，热气机装置系统内放置有制冷工质，加热器由外源热能加热，热气机装置的工作过程，外源热能通过加热器对制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定的蒸发压力，气缸背压腔中的制冷工质的压力与加热器中的制冷工质压力相同，气缸进排气换向装置使气缸背压腔排气并通过管路与膨胀减压装置相通，膨胀减压装置使得气缸背压腔具有一定压力的制冷工质膨胀扩散或等熵膨胀，致使气缸背压腔的压力降低，同时，气缸膨胀腔通过气缸进排气换向装置和管路直接与加热器相通，由于气缸背压腔压力降低，气缸膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞向一方移动，活塞杆向外作机械功，压缩机的进气端与充满低压制冷工质的膨胀减压装置相通，压缩机的排气端与加热器相通，处于工作状态的压缩机，不断地将膨胀减压装置的制冷工质压缩到加热器内，致使膨胀减压装置里的压力降低或直至真空，满足膨胀减压装置处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个循环系统中的循环，气缸进排气换向装置使得气缸膨胀腔交换成背压腔，背压腔交换成膨胀腔，气缸膨胀腔中的制冷工质膨胀，推动活塞向另一方移动，活塞杆向外作机械功。
2.如权利要求
1所述的热气机装置，其特征在于热气机装置与压缩流体的装置接合，可以向外界输出压缩流体的压缩能。
3.如权利要求
1所述的热气机装置，其特征在于所述的膨胀减压装置可为，增容器，低温膨胀机减压装置，节流膨胀减压装置。
4.如权利要求
1所述的热气机装置，其特征在于所述的制冷工质为，合成制冷剂，天然制冷剂。
5.一种制造热气机装置的方法，其特征是热气机装置的循环系统的构成，气缸，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，气缸进排气换向装置，膨胀减压装置，压缩机，加热器，并依上列次序串接在一起组成循环回路，循环回路中的工作介质为制冷工质，加热器由外源热能加热，热气机装置的热力循环过程由理想状态下的以下四个过程组成，定压加热过程，这一过程是在加热器中进行的，外源热能通过加热器对置于加热器内的制冷工质进行加热，制冷工质被蒸发，并达到一定的蒸发压力，加热器与对外作功的气缸膨胀腔相通，加热器不仅要加入用于制冷工质温度升高所需的热，还必须加入对外部作功相应的热量，加热器内的压力不变受热时，制冷工质的温度升高而膨胀，须对外作功的过程为热气机的定压加热过程，膨胀减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和膨胀减压装置中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与膨胀减压装置相通，膨胀减压装置使得背压腔中有一定压力的制冷工质膨胀扩散或等熵膨胀，制冷工质的压力降低，绝热压缩过程，这一过程是在膨胀减压装置，压缩机和加热器中进行的，压缩机的进气口与低压状态的膨胀减压装置相通，压缩机的排气口与有一定压力状态的加热器相通，压缩机压缩过程中不从外部吸热和放热，压缩所作的功变成压缩热，传给制冷工质，使制冷工质温度升高，进入加热器的压缩热可以作为热气机循环系统吸收热能的一部分，处于工作状态的压缩机不断地将膨胀减压装置中低压力的制冷工质压缩到具有一定压力状态的加热器中，使得膨胀减压装置中的制冷工质处于低压或真空状态，保证制冷工质在整个热气机装置循环系统中的循环，定压膨胀过程，这一过程是在气缸中进行的，气缸中的活塞两边互为膨胀腔或背压腔，膨胀腔与有一定压力状态的加热器相通，背压腔与低压或真空状态的膨胀减压装置相通，气缸中的活塞从具有一定压力状态的膨胀腔向低压力状态的背压腔移动作功时，膨胀腔中的压力始终与加热器中的压力保持一致，加热器向膨胀腔中的制冷工质供给定压膨胀热，系统向外界作定压膨胀功，在热气机装置的四个循环过程中，热气机装置的循环系统与外界的热交换的过程为定压膨胀过程中，外源热能向系统提供定压膨胀热，系统向外界作定压膨胀功，热气机装置的循环系统内自身消耗的功为绝热压缩过程中，压缩机将低压力状态的制冷工质压缩到高压力状态所消耗的压缩功，热气机装置的循环系统对外界作的有效功是定压膨胀功去除压缩机的压缩功后所得到的功，热气机装置的循环系统对外界的有效功率是活塞在气缸中的作功功率去除压缩机的功率后所得到的功率，热气机装置的循环系统选择不同的制冷工质，可以得到不同的对外界的有效功率。
6.如权利要求
5所述的一种制造热气机装置的方法，其特征在于所述的膨胀减压过程可为，膨胀增容减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和增容器中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与处于低压或真空状态的增容器相通，背压腔中有一定压力的制冷工质膨胀扩散到增容器，制冷工质的体积增大，压力降低。
7.如权利要求
5所述的一种制造热气机装置的方法，其特征在于所述的膨胀减压过程可为，等熵膨胀减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和低温膨胀机减压装置中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与低温膨胀机减压装置相通，低温膨胀机减压装置中的低温膨胀机将背压腔中有一定压力的制冷工质的势能转变为机械功由低温膨胀机输出，使得背压腔中有一定压力的制冷工质压力降低。
8.如权利要求
5所述的一种制造热气机装置的方法，其特征在于所述的膨胀减压过程可为，等焓节流膨胀减压过程，这一过程是在气缸的背压腔，气缸进排气换向装置和节流膨胀减压装置中进行的，背压腔中制冷工质的温度，压力，与加热器中制冷工质的温度，压力相同，气缸进排气换向装置使背压腔排气并与节流膨胀减压装置相通，节流膨胀减压装置中的节流膨胀阀将背压腔中有一定压力的制冷工质进行节流降压，使得背压腔中有一定压力的制冷工质压力降低，在这一减压过程中，制冷工质节流降压前后焓值保持不变。
专利摘要
本发明涉及一种发动机，特别是提供了一种外加热式闭式循环活塞式热气机装置及其制造方法，这种热气机装置系统采用一种新的热力循环方式，制造一种不同于现有热气机的发动机，这种热气机装置的组成是由气缸，进排气换向装置，膨胀减压装置，压缩机和加热器构成的，其热力循环有四个过程，定压加热过程，膨胀减压过程，绝热压缩过程，定压膨胀过程，这种热气机装置的外源热能可以适用高，低品位的热能，对低品位的热能可以采用自然环境中广泛存在的地球大气层的热能，河流，湖泊，海洋水资源的热能，无须燃烧加热，对高品位的热能可以充分地吸收利用，热气机装置作为一种发动机，与现有发动机一样，可以作为发电的动力源，也可以作为驱动装置的动力源。
文档编号F02G1/055GK1991155SQ200510131183
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月29日
发明者陈茂盛 申请人:陈茂盛导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan