技術領域

本發明涉及把熱能轉化為機械能的氣體循環發動機和方法，尤其是利用高溫粉體向汽缸 中的氣體傳輸熱能的發動機。本發明的發動機具有比斯特林發動機更多的優點，能夠為徹底解 決當今嚴重的石油漲價，全球氣候變暖問題提供技術解決方案。

背景技術

斯特林發動機的優點是可以使用各種能源，用途廣泛，尤其是用于太陽能發電，但斯特林發 動機又遇到了工作形式、材料、制造方面的難題。為了制造出更適用、更好的發動機，獲得大 量能源，減少環境污染，正在進行很多研究，從各個方面尋找方法，提高和改進斯特林發動機。在 斯特林發動機中，氣體膨脹作功所需熱能來自加熱器。作功氣體在加熱器內部，外部熱源的熱能 要穿過加熱器的管壁才能進入加熱器內部加熱氣體。為了提高發動機效率，需要提高氣體的溫 度和壓力，加熱器內氣體的壓力很高，并且壓力在大幅度變化，因此加熱器要承受很高的溫度和 壓力。為了使加熱器內的氣體獲得充足的熱能，加熱器還要具有充足的熱交換面積，這些使加熱 器的材料和制造遇到難題。又因為汽缸中的氣體沒有得到加熱器的再次加熱，所以在汽缸中氣 體膨脹作功所需熱能一部分來自氣體內能，這使氣體溫度下降引起壓力下降，從而引起斯特林 發動機效率下降。

發明內容

為了找出一種新方法向氣體提供氣體膨脹作功所需的熱能，本發明提出的想法是：取消加 熱器，用高溫粉體與較少高溫氣體混合，由高溫粉體提供氣體膨脹作功時所需熱能，提高氣體溫 度。在高溫氣體膨脹前，使高溫粉體進入高溫氣體，高溫氣體膨脹作功后使高溫粉體與高溫氣體 分離，然后氣體單獨完成回熱冷卻壓縮過程。此處的高溫粉體是指微小的固體顆粒，粉體流動性 好，容易同高溫氣體混合并分離。混合比例是高溫粉體質量超過高溫氣體質量十倍以上，高溫粉 體含有較多熱能。例如1克高溫氣體從10克以上高溫粉體獲得200卡至600卡以上的熱能之 后，高溫粉體的溫度仍然與原來的高溫十分接近。本發明目的在于能夠按這種氣體循環方式使 得發動機運轉起來，并且還能夠提高發動機效率。

本發明為實現上述目的所提供的技術解決方案是：

在氣體循環的高溫段和低溫段之間設置高溫回熱器，高溫回熱器能夠使氣體循環的高溫 段達到很高的溫度，能夠減小氣體在高溫段和低溫段之間往返流動時的熱能損失；高溫回熱器 高壓部供給高溫高壓氣體；

在氣體循環的高溫膨脹段，先讓壓力很低的高溫粉體進入壓力很低的汽缸室，再把高溫高 壓氣體與汽缸室接通很小一段時間，然后在汽缸室由高溫粉體提供熱能給高溫高壓氣體進行 等溫膨脹，這給了人們一種他們很想找到的好的方法，以實現在高溫氣體等溫膨脹中，對汽缸中 的高溫氣體再加熱；

在汽缸室當高溫氣體的等溫膨脹進行到較低壓力階段之后，汽缸排氣，高溫氣體進入高溫 回熱器低壓部，汽缸排出的高溫粉體重新變成壓力很低的狀態，并且等待被加熱。

本發明的優點是壓力較低的高溫粉體只需使用簡單設備就能夠高效地從多種形式的熱源 獲得熱能，如太陽能吸收設備，燃燒設備，稱這種設備為粉體加熱設備21。另一個優點是由高溫 粉體先把熱能帶入汽缸室然后高溫高壓氣體進行等溫膨脹，能夠使熱能轉化為機械能的效率 比較高。

在發動機運行中，高溫粉體不斷從粉體容器15進入粉體加熱設備21獲得熱能，高溫粉體的 溫度上升到熱源溫度、再回到粉體容器15。熱源溫度表示為：溫度high，粉體容器15的高溫粉 體的壓力表示為：壓力norm，壓力norm接近大氣環境壓力。高溫高壓容器24的高溫高壓氣體 的壓力稱為壓力high，高溫高壓氣體的溫度接近溫度high。冷卻器32向大氣環境散熱、或向 環境中的水流散熱的冷卻溫度表示為：溫度low。高溫低壓容器28的高溫氣體壓力表示為：壓 力low。

發動機中進行的氣體循環是：

在發動機汽缸排氣過程的后期，發動機先把汽缸室抽成負壓，該負壓表示為：壓力neg，再把 溫度high、壓力norm的高溫粉體從粉體容器15注入汽缸室，一定量的高溫粉體全部進入汽缸 室后，高溫粉體的固體體積最高占該時刻汽缸室容積的40％，然后活塞再對高溫粉體進行壓縮， 提高壓力；