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。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。
背景技术：
外加热发动机以及尤其是斯特林循环发动机始终保持良好的前景，这是因为其理论热效率接近于卡诺循环的效率。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。其结合效果导致了商业的失败。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、低温的简单发动机成为可能。为了克服旧发动机的低效性，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热交换器上。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。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很不理想的方式运行。在压缩冲程期间，冷气缸上的热交换器必须高效地从工作流体中除去热量。如同具有热侧那样，现有技术的热交换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热交换器的一些变体。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(Δ T)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ΔΤ，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，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。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。旧发动机的另外的问题在于大部分的工作流体没有完全遍布发动机运动。需要一种发动机，其增加参与过程的工作流体的量。另外，需要一种发动机，其具有可变的压缩比以允许根据用于为发动机供能的热源的温度来最大化功率输出。还需要一种发动机，其具有可变的定时以在各个温度、压力和发动机速度条件下优化功率输出。本发明解决了现有技术设计中发现的所有这些问题。
发明内容
简要地说，本发明包括具有活塞和置换器的外加热发动机。第一活塞在第一气缸内往复运动。该活塞具有第一侧(工作侧)和相对于第一侧的第二侧。活塞的第一侧和第一气缸限定了容纳工作流体的工作室，该工作流体可包含任何可用的气体。活塞的第二侧和第一气缸限定了容纳反向流体的相对室。置换器在第二气缸内往复运动。加热器在置换器的气缸热室内加热工作流体。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。可行的是利用小于212华氏度的工作流体生成可用的能量。一个热源是废核燃料的冷却池，其低于212华氏度。当前，该可能的能量源被释放到大气并且不使用。工作流体可通过热交换器或注热器而加热。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狭窄的并在注热器全部可用的长度上延伸。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。加热流体和热交换器的金属之间的温差将仅为约5华氏度。优选地，发动机包括与活塞相关联的隔膜以便隔开工作室和相对室。该隔膜像下文中将要详细描述的那样提供了许多益处。由于利用了隔膜，故有益于控制反向流体压力。 这防止了越过隔膜的大压差，若不受控制，该压差会导致隔膜破裂。第二个理由是结合发动机的节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隔膜。工作流体压力通过对发动机节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，从而匹配负荷状态。在置换器类型发动机中，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，尽可能多的流体必须替代地自始至终地扫过发动机，从热侧到冷侧并再次返回。这通过与发动机其余体积相比使置换器体积非常大而实现。这确保了大多数的工作流体有效地促成了该处理过程。工作流体在封闭流体路径中的气缸的热室和冷室之间运动。封闭流体路径是指在正常运行期间，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，流体在室之间往复运动。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用于压力。第一气缸中工作流体和反向流体之间的压差保持在5 PSI至35 PSI之间。通过保持加压的反向流体，在保持隔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冲程。然而，反向流体压力没有如此地高以致妨碍做功冲程。优选地，反向流体压力保持在最小和最大工作流体压力之间。理想地，反向流体压力保持在最小和最大工作流体压力的平均值处。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60 PSI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贮热室。 由于温度低于现有技术的发动机，本发明可采用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。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到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10个左右金属层之后使用。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到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
7丝，但可包括比钢具有高得多的热导率的铜丝。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。替代地，能够使用具有一系列管段的蓄热器，该管段由隔热材料(例如玻璃纤维)分开。该管例如可为铜、银、金刚石涂层金属，或其组合。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。这推动活塞运动，从而做有用功。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中。流体因而到达冷侧以降低很多的温度。一旦在冷侧，流体被压缩回到其原有的、较小的体积。这需要除去一些优选地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侧。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热交换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。活塞和置换器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。外加热发动机可包括装接在活塞上的隔膜以便产生活塞和气缸之间的密封。该隔膜可以是由编织网格层分开的两层薄橡胶以增加隔膜的强度。该隔膜事实上具有零摩擦力和零开裂力。隔膜具有低的熔点温度。泄漏是如此的缓慢以至可以忽略。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隔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隔膜是不切实际的。在现有技术的设计中，隔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，从而否定了隔膜的优势。然而，对于本发明，隔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。该隔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。由于隔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，或者大量提供其以便弥补渗漏。此外，对于隔膜而言，不需要在气缸中润滑，这是因为隔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。在发动机的一个实施例中，活塞适于在第一气缸内运动。活塞具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。第一侧和第一气缸限定工作室并且第二侧和第一气缸限定包含反向流体的相对室。置换器适于在第二气缸内运动。置换器具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。 置换器的第一侧和第二气缸限定冷室并且置换器的第二侧和第二气缸限定热室。在第一和第二气缸之间具有封闭流体路径，其包括工作流体。工作流体能够在工作室、冷室和热室之间运动。蓄热器位于封闭流体路径内。热源被提供用于加热工作流体。冷源也可被提供来冷却工作流体。联杆被提供以使活塞往复运动。在一些实施例中，第一盘连接到第一轴部分和第二盘连接到第二轴部分。叉架能够连接到第一盘和第二盘并且可适用于在径向方向上相对于第一盘和第二盘的位置调节。 优选地，联杆连接到叉架，使得叉架的位置调节导致活塞位置在气缸内变化。优选地，第一气缸具有第一气缸部分和第二气缸部分，第一气缸还包括活塞盘和间隔盘。活塞连接到活塞盘并且间隔盘适于附接在第一气缸部分和活塞盘以及第二气缸部分和活塞盘中的一者之间。优选地，邻近间隔盘处具有垫圈。额外的间隔件和垫圈可根据需要使用。通过将间隔件放置在活塞盘的一侧或另一侧上，气缸内的隔膜位置变化，并且由此隔膜在其达到上止点之前能够行进的距离能够变化。通过改变活塞冲程，扫过的体积量变化。因为发动机其余的体积是固定的，隔膜的位置变化改变发动机的压缩比，其可用于适应发动机热源的各种温度。在一些实施例中，置换器联杆适于导致置换器往复运动。置换器联杆连接到置换器联杆盘。置换器联杆盘连接到第一轴部分并且活塞联杆盘连接到第二轴部分。第一轴部分和第二轴部分可操作地彼此连接。轴部分的一个操作地连接到第一盘和第二盘。第一盘相对于第二盘的角位置是可调节的。通过调节第一盘相对于第二盘的角位置，置换器相对于活塞的相对位置变化。取决于温度、压力、每分钟转数和其他发动机条件，角位置的调节能够用于优化发动机性能。在一个实施例中，第一盘和第二盘包括多个孔并且还包括销，该销适于插入孔中以固定第一盘相对于第二盘的位置。另外，螺纹孔可用于接收穿过第一盘和第二盘的至少一个中的孔插入的螺栓。在一些实施例中，置换器联杆通过置换器凸轮组件运动。置换器凸轮组件包括第一凸轮和第二凸轮。第一凸轮和第二凸轮均具有槽，槽中具有槽径。置换器联杆适于遵循第一凸轮和第二凸轮的槽径。第一凸轮和第二凸轮的每个中的槽径与每个凸轮的中心的距离不同。置换器联杆能够连接到销并且销能够插入第一凸轮和第二凸轮每个的槽中。在旧发动机中，旋转曲柄盘施加正弦运动到置换器。本发明的凸轮组件能够配置成导致置换器存在于冲程的两端并且从一端快速运动到另一端。优选地，槽径具有第一部分，其与凸轮中心的距离不变。槽径具有第二部分，其也与凸轮中心的距离不变。槽径能够在这两个部分之间快速过渡。当销在不变直径的每个部分中时，置换器存在于冲程的两端。当销在这两部分之间的过渡中，置换器从一端点快速运动到另一端点。当置换器存在于其冲程端部时， 热力学循环做好准备。当与发动机热端中收集的气体一起存在时，在大部分做功冲程期间， 气体保持尽可能接近热量增加的等温膨胀的理想状态。类似地，通过在基本上整个压缩冲程期间使气体存在于冷端，这部分循环接近压缩热量被除去的等温压缩的理想状态。在一些实施例中，置换器冷室包括附接到冷室外表面的冷却元件，其有助于提取压缩热量。在一些实施例中，置换器热室包括附接到热室外表面的加热元件，其有助于取代膨胀热量。表面加热和冷却元件二者都不使发动机增加任何死体积。
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是结合本发明使用的发动机的简化概念图2是本发明的冲程调节装置的剖视图；图3是本发明的冲程调节装置的一部分的前视图； 图4是图3的装置的端部视图； 图5是图2的冲程调节装置的一部分的前视图； 图6是图5的装置的侧视图； 图7是本发明的活塞和气缸的分解剖视图； 图8是本发明的定时调节装置的剖视图； 图9是图8的定时调节装置的分解剖视图； 图10是图8的定时调节装置的一部分的前视图； 图11是图8的定时调节装置的另一部分的前视图； 图12是本发明的冲程定时调节装置的剖视图13a是示出在第一位置的图12的冲程定时调节装置的一部分的剖视图； 图1 是示出在第二位置的图12的冲程定时调节装置的一部分的剖视图； 图13c是示出在第三位置的图12的冲程定时调节装置的一部分的剖视图； 图13d是示出在第四位置的图12的冲程定时调节装置的一部分的剖视图； 图14是本发明的置换器组件的简化概念图。
具体实施例方式图1至图14示出了本发明。更具体地说，参照图1，示出了本发明的原理性概要。 活塞和置换器组件100被提供，以用于产生功率。图7中更详细示出的活塞组件110包括活塞112，其安装成在气缸114中往复运动。在活塞112的端部是隔膜116。隔膜116由隔膜盘118保持就位。隔膜116限定工作室122和相对室IM之间的边界。活塞杆312促进活塞112的往复运动并且由轴承150保持在适当的方向上。当活塞112在气缸114中往复运动时，隔膜116在气缸114内运动。隔膜116通过任何适当装置(例如螺栓和垫圈(未示出))附接到活塞112的前表面136。隔膜116形成工作室122和相对室IM之间的无摩擦密封。活塞112被包含在机罩或气缸壳体102中。图7示出了活塞组件110的剖视图。推杆312将一端314附接到活塞112并在另一端316附接到滑动器组件320。滑动器组件320适于线性运动。联杆322枢轴连接到滑动器组件320并且允许线性运动到旋转运动的转换。轴承326引导推杆312的运动。如图1和2所示，联杆322连接到安装曲轴422的盘组件410。曲轴422由轴承似4支撑。曲轴422分成多个部分，其中两个42 和422b在图2中示出。盘组件410包括用于联杆322的新颖的安装布置以允许活塞112的位置调节，如图2-6所示。联杆322 由夹具456附接到附接杆454。盘组件410包括第一盘430和第二盘432。曲轴部分42 连接到第一盘430。第一盘430包括螺栓孔440。第二盘432连接到曲轴部分422b并包括螺栓孔442。U形调节叉架450由螺栓444和446附接到第一盘430和第二盘432。如图6 所示，叉架450具有槽452。螺栓444和446穿过槽452，使得叉架450能够在垂直方向上被调节，如图2可见。附接杆妨4被提供在叉架450的腿460和462之间。附接杆妨4能够通过拧松螺栓444和446而上下滑动。当附接杆妨4位于进一步远离曲轴422时，联杆 322相对于气缸114的位置变化。当联杆322的位置变化时，气缸114中的活塞112位置也必须变化。气缸114设计成使得活塞112的位置能够相对于气缸114变化。如图7所示，气缸114具有第一端部件11 和第二端部件114b。在第一端部件11 和第二端部件114b之间是多个间隔件130 和垫圈132。第一端部件114a，第二端部件114b，间隔件130和垫圈132全部具有孔160， 穿过该孔以接收螺栓162。推杆312通过轴承150进入第一端部件lHa。在推杆312的末端，盘118将隔膜116在气缸114内保持就位。通过将间隔件130和垫圈132从盘118的一侧运动到另一侧，盘118的位置相对于气缸114变化，并且由此隔膜116的位置相对于气缸114变化，有效地改变活塞112的冲程长度。活塞112的冲程变化改变发动机的压缩比。如图1和14可见，发动机包括置换器或或往复器210，其通过推杆218在其气缸 214中替代地来回运动。置换器210替代地将工作流体从热端230运动到冷端232。导管 240和242将置换器气缸热端230和冷端232连接到注热器250和吸热器252。由箭头2M 代表的工作流体循环通过注热器250。由箭头256代表的冷却的流体循环通过吸热器252。 图14以简化示意图的形式示出了流体流经发动机的置换器组件200。工作流体通过由箭头262代表的喷嘴260离开置换器组件200的冷侧232并且进入热交换器252。加热的流体通过进入喷嘴270和离开喷嘴272在热交换器252中循环。如本领域已知的，加热的流体和工作流体相互隔离且不混合。工作流体经过蓄热器280并传热到蓄热器观0。工作流体然后进入到冷热交换器250，如箭头282所示。工作流体在喷嘴284进入冷热交换器并在喷嘴286离开。同样，冷流体和工作流体不混合。工作流体在喷嘴288进入置换器气缸 214，如箭头290所示。当置换器210在相对方向上运动时，工作流体反转流动并且过程重复。加热元件276附接到热端230的外表面234。冷却元件278附接到冷端232的外表面 236。图8-11示出了定时调节组件510。曲轴部分422b和曲轴部分422c是定时调节组件510的部件。曲轴部分422b在孔560中连接到第一盘512。曲轴部分422c在孔562中连接到第二盘514。销520和孔522被提供以旋转地将第一盘512固定到第二盘514。螺栓530和532分别通过孔534和536插入也将第一盘512相对于第二盘514固定。螺栓 530和532分别拧入孔538和540中。当销520和螺栓530和532从盘512和514移走时， 第一盘512能够相对于第二盘514旋转。第一盘512相对于第二盘514的新位置然后由销 520和螺栓530、532固定。因为轴部分422b和轴部分422c形成单个轴422，当第一盘512 的旋转位置相对于第二盘514的旋转位置变化时，置换器210的横向位置将相对于活塞112 的横向位置变化。图12和13a_13d示出了置换器210的往复运动凸轮组件610。曲轴部分422c具有附接到其上的凸轮612。类似地，曲轴部分422d具有附接到其上的凸轮614。每个凸轮 612和614具有凹槽616，最佳如图13a_13d可见。销620插入每个盘612和614的凹槽中。 当盘612和614旋转时，销620在图13a中箭头630的方向上径向运动。置换器210的联杆640连接到销620。当销620的径向位置变化时，这确定了置换器210的联杆640的横向位置，并且由此确定了置换器210的横向位置。当销620位于最接近曲轴422的点时，置换器210处于其往复运动路径的一端。当销620位于最远离曲轴422的点时，置换器210 处于其往复运动路径的另一端。图13a_13d示出了用于凸轮的各个位置的销620的径向位置。在图13a中，销620位于最接近曲轴422处。当凸轮612旋转到图13b所示的位置时， 销620向外径向运动。当凸轮612继续旋转时，销620运动到图13c中的位置，其最远离曲轴422。最后，当凸轮612旋转到图13d中的位置时，销620更接近曲轴422运动。槽616 的形状确定置换器210在其端点296和四8 (图14)存在的时间量，和置换器210从气缸 214的一端296运动到另一端四8的速度。通过使置换器210存在于其往复运动路径的端部，并且从端部到端部快速运动，增强了热到工作流体的传入和传出。
本领域的普通技术人员将会理解具有许多同样可行的动力传输方法以及所述各种元件的物理布置。上述说明意欲提供原理性的概述而不应视作对本发明的限制。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，所述第二侧和所述第一气缸限定了包含反向流体的相对室；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，所述置换器的第一侧和所述第二气缸限定了冷室，所述置换器的第二侧和所述第二气缸限定了热室；c)所述第一和第二气缸之间的封闭流体路径，所述封闭流体路径包括工作流体，所述工作流体能够在所述工作室，所述冷室和所述热室之间运动；d)所述封闭流体路径内的蓄热器；e)用于加热所述工作流体的热源；f )适于使所述活塞往复运动的联杆；g)连接到第一轴部分的第一盘；h)连接到第二轴部分的第二盘；i)连接到所述第一盘和所述第二盘的叉架，所述叉架适用于在径向方向上相对于所述第一盘和所述第二盘的位置调节；j)所述联杆连接到所述叉架，使得所述叉架的位置调节导致所述活塞的位置在所述气缸内变化。
2.如权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，进一步包括用于冷却所述工作流体的冷源。
3.如权利要求1所述的外加热发动机，其特征在于，所述第一气缸具有第一气缸部分和第二气缸部分，所述第一气缸还包括活塞盘和间隔盘，其中所述活塞连接到所述活塞盘并且所述间隔盘适于附接在所述第一气缸部分和所述活塞盘以及所述第二气缸部分和所述活塞盘中的一者之间。
4.如权利要求3所述的外加热发动机，其特征在于，进一步包括邻近所述间隔盘的垫圈。
5.如权利要求4所述的外加热发动机，其特征在于，进一步包括所述第一气缸部分和所述第二气缸部分之间的第二间隔盘和第二垫圈。
6.一种外加热发动机，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，所述第二侧和所述第一气缸限定了包含反向流体的相对室；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，所述置换器的第一侧和所述第二气缸限定了冷室，所述置换器的第二侧和所述第二气缸限定了热室；c)所述第一和第二气缸之间的流体路径，封闭流体路径包括工作流体，所述工作流体能够在所述工作室，所述冷室和所述热室之间运动；d)所述流体路径内的蓄热器；e)用于加热所述工作流体的热源；f)适于使所述活塞往复运动的活塞联杆，所述活塞联杆连接到活塞联杆盘；g)适于使所述置换器往复运动的置换器联杆，所述置换器联杆连接到置换器联杆盘， 所述置换器联杆盘连接到第一轴部分并且所述活塞联杆盘连接到第二轴部分，所述第一轴部分和所述第二轴部分可操作地彼此连接；h)所述第一轴部分和所述第二轴部分中的一个操作地连接到第一盘和第二盘，其中所述第一盘相对于所述第二盘的角位置是可调节的。
7.如权利要求6所述的外加热发动机，其特征在于，进一步包括用于冷却所述工作流体的冷源。
8.如权利要求6所述的外加热发动机，其特征在于，所述第一盘相对于所述第二盘的角位置的调节改变了所述置换器相对于所述活塞的相对位置。
9.如权利要求8所述的外加热发动机，其特征在于，所述第一盘和所述第二盘包括多个孔并且还包括销，所述销适于插入所述孔中以固定所述第一盘相对于所述第二盘的位置。
10.如权利要求9所述的外加热发动机，其特征在于，进一步包括所述第一盘和所述第二盘的至少一个中的螺纹孔，以用于接收穿过所述第一盘和第二盘的至少一个中的孔插入的螺栓。
11.一种外加热发动机，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，所述第二侧和所述第一气缸限定了包含反向流体的相对室；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，所述置换器的第一侧和所述第二气缸限定了冷室，所述置换器的第二侧和所述第二气缸限定了热室；c)所述第一和第二气缸之间的流体路径，封闭流体路径包括工作流体，所述工作流体能够在所述工作室，所述冷室和所述热室之间运动；d)所述流体路径内的蓄热器；e)用于加热所述工作流体的热源；f)适于使所述置换器往复运动的置换器联杆，所述置换器联杆适于由置换器凸轮组件运动；g)所述置换器凸轮组件包括第一凸轮和第二凸轮，所述第一凸轮和所述第二凸轮均具有凹槽，所述凹槽中具有槽径；h)所述置换器联杆适于遵循所述第一凸轮和所述第二凸轮的槽径。
12.如权利要求11所述的外加热发动机，其特征在于，进一步包括用于冷却所述工作流体的冷源。
13.如权利要求11所述的外加热发动机，其特征在于，所述第一凸轮和所述第二凸轮的每个中的槽径与每个凸轮的中心的距离不同。
14.如权利要求13所述的外加热发动机，其特征在于，所述置换器联杆连接到销并且所述销插入所述第一凸轮和所述第二凸轮的每个的凹槽中。
15.一种外加热发动机，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，所述第二侧和所述第一气缸限定了包含反向流体的相对室；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，所述置换器的第一侧和所述第二气缸限定了冷室，所述置换器的第二侧和所述第二气缸限定了热室；c)所述第一和第二气缸之间的封闭流体路径，所述封闭流体路径包括工作流体，所述工作流体能够在所述工作室，所述冷室和所述热室之间运动；d)所述封闭流体路径内的蓄热器；e)用于加热所述工作流体的热源；f)具有外表面的置换器冷室，其中冷却元件附接到所述冷室的外表面。
16.如权利要求15所述的外加热发动机，其特征在于，进一步包括用于冷却所述工作流体的冷源。
17.—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，所述第二侧和所述第一气缸限定了包含反向流体的相对室；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，所述置换器的第一侧和所述第二气缸限定了冷室，所述置换器的第二侧和所述第二气缸限定了热室；c)所述第一和第二气缸之间的封闭流体路径，所述封闭流体路径包括工作流体，所述工作流体能够在所述工作室，所述冷室和所述热室之间运动；d)所述封闭流体路径内的蓄热器；e)用于加热所述工作流体的热源；f)具有外表面的置换器热室，其中加热元件附接到所述热室的外表面。
18.如权利要求17所述的外加热发动机，其特征在于，进一步包括用于冷却所述工作流体的冷源。
19.如权利要求17所述的外加热发动机，其特征在于，所述置换器冷室具有外表面，并且其中冷却元件附接到所述冷室的外表面。
全文摘要
提供了具有活塞和置换器的外加热发动机。活塞的位置能够由气缸中的联杆和间隔件、垫圈的一端上的叉架和盘组件调节。置换器相对于活塞的相对位置能够通过改变曲轴组件中的一对盘的相对位置而改变。通过联杆使置换器往复运动，联杆由置换器凸轮组件运动。置换器凸轮组件包括第一凸轮和第二凸轮。第一凸轮和第二凸轮均具有槽径。置换器联杆遵循凸轮的槽径以使置换器存在于其冲程的两端并且更快速地从一端运动到另一端。
文档编号F02G1/053GK102439281SQ201080022131
公开日2012年5月2日 申请日期2010年5月13日 优先权日2009年5月22日
发明者P. 霍夫曼 G., J. 伊德 R. 申请人:更新热力学有限责任公司