CN102232142A - 热引擎 - Google Patents

Abstract

所揭露的是一种遵循理想卡诺引擎与史特灵引擎之间的中间形式且具有高热效率的热引擎。所述的热引擎包含充满操作气体的汽缸；加热汽缸的前端部分与热膨胀操作气体的高温加热器；冷却汽缸的后端部分与收缩操作气体的低温冷却器；以及容纳在汽缸内以在操作气体是热膨胀或收缩时直线地往复运动并且包含使操作气体直接地接触高温加热器或低温冷却器的热孔的活塞。

Description

热引擎

技术领域

本发明涉及一种热引擎，且更特别地是一种具有在理想卡诺(Carnot)引擎与史特灵(Stirling)引擎之间的中间形式的热引擎。

背景技术

作为一种外燃机，卡诺引擎是理想的引擎，因此所有真实的引擎不会优于卡诺引擎的热效率。相较于内燃机，外燃机具有高热效率、低震动与低噪音，也是在燃料燃烧时放射较少污染物的环保引擎。进一步地，仅外部热源与媒介(例如散热器)需要冷却，也就是说，仅具有温度差的媒介足以操作外燃机，以及所述的外燃机可通过所有的能源，像是太阳热等来操作。

在外燃机中，商业引擎包含史特灵引擎与涡轮引擎是以布雷顿(Brayton)循环为基础。史特灵引擎是一种外燃机，其通过汽缸与活塞所形成并且充满氢气、氦气或类似操作气体的空间是密封的，以及活塞是在操作气体通过外部热交换加热与冷却时上下运动因而获得机械能。所述的史特灵引擎具有相似于卡诺引擎的热效率。

然而，上述史特灵引擎的整体大小太大且构造复杂使得所需要的高制造成本与高技术门槛是不利地。进一步地，所述的史特灵引擎因其维护困难而是不利地只适用于受限制的领域。

此外，大部分引擎使用曲轴来改变因汽缸内气体的热膨胀导致的直线运动成为旋转运动，其大量动力耗损是由摩擦引起。因此，用以驱动配置有自由活塞的线性发电机的线性热引擎正在开发中，但因为其低效率与许多控制噪音与震动的问题而仍在开发阶段。

发明内容

[技术问题]

因此，本发明是针对上述相关的先前技术的问题加以解决，以及本发明的一观点是提供一种热引擎，其是遵循在作为理想热引擎循环的卡诺引擎与作为外燃机的史特灵引擎之间的中间形式的热力循环，并且具有高效率。

本发明的另一观点是提供一种热引擎，其具有相对于传统复杂的史特灵引擎简单的构造，因此导致低制造成本以及易于维护。

本发明的观点不限于上述观点，以及其他未在上文提及的观点将通过下文的叙述而被熟知此技术领域者清楚地了解。

[技术解决方案]

根据本发明的一观点，提供一种热引擎，其包含充满操作气体的汽缸；加热汽缸的前端部分以及热膨胀操作气体的高温加热器；冷却汽缸的后端部分以及收缩操作气体的低温冷却器；以及容纳在汽缸内以在操作气体热膨胀及收缩时直线地往复运动并且包含使操作气体直接地接触高温加热器或低温冷却器的热孔的活塞。

所述的热引擎可进一步包含转换以活塞的直线往复运动为基础的机械能成为电能的发电机。

所述的发电机可包含沿着纵向方向安装在活塞的外圆周上的磁铁；以及沿着纵向方向缠绕在汽缸的外圆周上且当所磁铁直线地往复运动时产生感应电动势的线圈。

所述的热引擎可进一步包含改变活塞的直线往复运动成为旋转运动且提供旋转动力到外部的转化器。

所述的热引擎可包含安置在高温加热器与低温冷却器之间的汽缸绝缘单元。

所述的汽缸可包含向外开的前端部分，以及所述的热引擎可进一步包含连接至且密封地闭合汽缸的前端部分的汽缸盖单元

活塞在其前端部分可包含一中空，以及所述的汽缸盖单元可包含连接至汽缸的前端部分的顶盖；以及自顶盖突出且形成与汽缸的内表面分隔一预定距离的导引槽并且容置活塞的前端部分于其内的顶盖突出部。

所述的高温加热器可包含以环形排列在汽缸的前端部分的外圆周上的燃烧室；以及供给燃料予燃烧室的燃料供给单元。

所述的高温加热器可包含以环形排列在汽缸的前端部分的外圆周上的外壳；缠绕在汽缸的前端部分的外圆周上并且安置在外壳内的热线构件；以及供给电力予热线构件的动力单元。

所述的高温加热器可包含用以集中日光的日光集中模组；以及形成在汽缸的前端部分的光透射窗，以致操作气体可直接暴露在通过日光集中模组集中的日光。

所述的低温冷却器可包含形成在汽缸的后端部分的外圆周上的冷却片；以及吹空气至并且冷却冷却片的冷却风扇。

所述的低温冷却器可包含缠绕在汽缸的后端部分的外圆周上的冷却管；以及供给冷水予冷却管的冷却泵。

可在活塞的后端部分的前面沿着外圆周形成多个所述的热孔。

所述的活塞的前端部分可包含一绝缘材料。

所述的热引擎可进一步包含提供复原力予活塞的复原单元，以致活塞的直线往复运动可维持连续地。

所述的低温冷却器可包含冷却室，其是安置在汽缸的后端部分且形成与汽缸的内部相连以冷却操作气体的冷却空间。

所述的冷却空间可形成以具有与热孔相同的长度。

所述的冷却室可通过在半径方向延伸汽缸的后端部分的外圆周的一部分而与汽缸一体成形。

所述的冷却室可以环形安装在汽缸的后端部分的外圆周上，以及至少一室连通孔在汽缸的后端部分形成并且连通在冷却室内的冷却空间与汽缸的内部。

所述的低温冷却器可进一步包含至少一安装在汽缸与冷却室之间的接触部分中的密封构件。

所述的低温冷却器可包含形成以环绕冷却室的外部且由多个冷却片所组成的外壳；以及吹空气至并且冷却外壳的冷却风扇。

所述的低温冷却器可包含形成以环绕冷却室的外部的管套；以及安置在管套内并且缠绕在冷却室的外壁上的冷却管；以及供给冷水予冷却管的冷却泵。

所述的热引擎可进一步包含提供复原力予活塞的复原单元，以致活塞的直线往复运动可维持连续地。

根据本发明的另一观点，提供一种热引擎，其包含在相对端部分内充满操作气体的汽缸；一对加热汽缸的相对前端部分以及热膨胀操作气体的高温加热器；一对冷却汽缸的相对后端部分以及收缩操作气体的低温冷却器；以及包含接触操作气体的相对端的活塞是容纳在汽缸内以在操作气体热膨胀及收缩时直线地往复运动，且包含在相对端的热孔以使操作气体直接地接触高温加热器或低温冷却器。

所述的热引擎可进一步包含转换以活塞的直线往复运动为基础的机械能成为电能的发电机。

所述的发电机可包含安装在活塞中的磁铁；以及当活塞相对于汽缸直线地往复运动时连同磁铁产生一感应电动势的线圈。

所述的汽缸可包含一对汽缸绝缘单元以绝缘每一高温加热器与每一低温冷却器之间的热。

每一汽缸绝缘单元可形成以具有与热孔相同的长度。

所述的高温加热器、低温冷却器、汽缸绝缘单元以及热孔可形成以具有彼此相同的长度。

所述的汽缸可包含向外开的相对前端部分，以及所述的热引擎可进一步包含一对分别连接至且密封地闭合汽缸的相对前端部分的汽缸盖单元。

活塞在其相对前端部分的每一个可包含一中空，以及每一汽缸盖单元可包含连接至汽缸的每一前端部分的顶盖；以及自每一顶盖突出且形成与汽缸的内表面分隔一预定距离的导引槽并且容置活塞的每一前端部分部分于其内的顶盖突出部。

所述的高温加热器可提供燃烧、熔融盐热储存材料或日光作为热源。

所述的高温加热器对组可包含加热与热膨胀充满于汽缸的一端部分的第一操作气体的第一高温加热器；以及加热与热膨胀充满于汽缸的另一端部分的第二操作气体的第二高温加热器。

所述的低温冷却器对组可包含与第一高温加热器分开一预定距离以及冷却与收缩通过第一高温加热器所热膨胀的第一操作气体的第一低温冷却器；以及与第二高温加热器分开一预定距离以及冷却与收缩通过第二高温加热器所热膨胀的第二操作气体的第二低温冷却器。

所述的活塞可包含容纳在汽缸的一内侧以便接触第一操作气体以及当第一操作气体热膨胀与收缩时直线地往复运动的第一活塞；以及连接第一活塞且容纳在汽缸的另一内侧以便接触第二操作气体以及当第二操作气体热膨胀与收缩时直线地往复运动的第二活塞。

所述的第一活塞可包含根据热力循环以使第一操作气体直接地接触第一高温加热器或第一低温冷却器的第一热孔。

可在第一活塞的后端部分的前面沿着外圆周形成多个所述的第一热孔。

所述的热引擎可进一步包含排列在第一活塞的第一热孔的后部的第一活塞绝缘单元。

所述的第二活塞包含根据热力循环以使第二操作气体直接地接触第二高温加热器或第二低温冷却器的第二热孔。

可在第二活塞的后端部分的前面沿着外圆周形成多个所述的第二热孔。

所述的热引擎可进一步包含排列在第二活塞的第二热孔的后部的第二活塞绝缘单元。

假若活塞遵循热力循环移动以致第一热孔接触第一高温加热器且第二热孔接触第二低温冷却器时，第一操作气体可变成最大压缩状态且第二操作气体可变成最大膨胀状态，以及假若活塞遵循热力循环移动以致第一热孔接触第一低温冷却器且第二热孔接触第二高温加热器时，第一操作气体可变成最大膨胀状态且第二操作气体可变成最大压缩状态。

所述的热引擎可进一步包含至少一安装在活塞的外圆周上以致汽缸与活塞可以被密封的活塞环。

每一低温冷却器可包含冷却室，其是安置在汽缸的每一后端部分且形成与汽缸的内部相连以冷却操作气体的冷却空间。

每一冷却空间可形成以具有与每一热孔相同的长度。

每一冷却室可通过在半径方向延伸汽缸的每一后端部分的外圆周的一部分而与汽缸一体成形。

每一冷却室可以环形安装在汽缸的每一后端部分的外圆周上，以及至少一室连通孔可在汽缸的每一后端部分形成并且连通每一冷却室内的冷却空间与汽缸的内部。

每一低温冷却器可进一步包含至少一安装在汽缸与冷却室之间的接触部分中的密封构件。

每一低温冷却器可包含形成以环绕每一冷却室的外部且由多个冷却片组成的外壳，以及吹空气至并且冷却每一外壳的冷却风扇。

每一低温冷却器可包含形成以环绕每一冷却室的外部的管套；安置在每一管套内并且缠绕在每一冷却室的外壁上的冷却管；以及供给冷水予每一冷却管的冷却泵。

所述的热引擎可进一步包含提供复原力予活塞的复原单元，以致活塞的直线往复运动可维持连续地。

其他例示性实施例的具体题材包含在详细的说明以及图式中。

[有利的功效]

按照前述根据本发明的例示性实施例，有一或多个功效如下所示。

高热效率是可预期的，像是以通过因直接接触外部高温加热器与低温冷却器而加热与冷却所形成的新热力循环为基础的传统史特灵引擎，更特别地是一中间形式，卡诺引擎与史特灵引擎之间的中间形式的热引擎热力循环。

此外，没有任何复杂的阀门，只有提供外部热源的高温加热器与能够冷却它的低温冷却器足以获得所需的动力。也就是说，当操作气体通过活塞的往复运动穿过活塞的热孔而交替地接触高温与低温时，热力循环是完整的，以致相对于传统史特灵引擎其操作气体必须在高温部分与低温部分之间移动，其可通过非常简单的构造而实现。

进一步地，高压气体是可在其自由活塞可于密封闭合式汽缸内震动的不透气结构中得到的，以致每单位体积可以获得高输出密度。

因为目前的热引擎是使用外部热源的外燃机，润滑油几乎可以永久地被使用，相反于在内燃机的汽缸内的润滑油在质量上是改变的。另外，润滑区域是位在低温部分内，其因此可能使用不同的润滑油。

因为气体的热膨胀与收缩只有直线运动，因此相较于旋转式引擎，在汽缸与活塞之间大幅地减少摩擦是可能的。

通过改变活塞的重量、弹簧的弹性系数、气压、高/低温部分的温度等来调整震动宽度与周期是可能的。

当活塞往复运动时，气体可在活塞压缩与扩展之下充满弹簧部分，所以其可单独地作为气体弹簧，因此制造更多的弹性震动是可能的。

通过高温加热器加热与在汽缸内热膨胀的高温操作气体接触通过提供在低温冷却器的冷却室所冷却的低温操作气体，以及紊流可通过温度与压力差主动地生成，所以当被冷却时操作气体的压力是快速降低与压缩，因此更活跃地使活塞直线地往复运动。当气缸内的活塞的直线运动变得更活跃时，热引擎的热效率提高。

因为发电机是安置在自由活塞的中心，也就是低温区域，提供在活塞的磁铁(永久磁铁)不会受热变形。

对于即使是相对较低的热源，电可以使用温度差而被产生。因此，各种热源可被使用以产生电。

目前的热引擎比内燃机具有更高的效率、更低的震动与噪音以及更少排出气体的污染物，以致其可应用作为用于充电电动车的蓄电池的最理想发电机。

由于对称构造，活塞可在汽缸内连续地往复运动。

如上所述，目前的热引擎比内燃机具有更高的效率、更低的震动与噪音以及更少排出气体的污染物，以致其可应用作为用于充电电动车的蓄电池的最理想发电机。

本发明的功效并不限于上述提及的功效，而其他没有在上述提及的功效可由此领域熟知技艺者通过权利要求清楚地了解。

附图说明

图1是概要地描绘根据本发明的一例示性实施例的一热引擎的透视图；

图2是沿着图1的A-A线所截取的剖面图；

图3是根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的汽缸的透视图；

图4是根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的汽缸的剖面图；

图5是根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的活塞的透视图；

图6是根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的活塞的剖面图；

图7是描绘根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的高温加热器的第一例示性实施例的部分透视图；

图8是描绘根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的高温加热器的第二例示性实施例的部分透视图；

图9是描绘根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的高温加热器的第三例示性实施例的部分透视图；

图10是描绘根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的低温冷却器的第一例示性实施例的部分透视图；

图11是描绘根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的低温冷却器的第二例示性实施例的部分透视图；

图12是概要地描绘根据本发明的另一例示性实施例的一热引擎的透视图；

图13是沿着图12的B-B线所截取的剖面图；

图14是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的一热引擎的剖面图；

图15至图18是根据本发明的一例示性实施例的用于依序解释热引擎的操作视图；

图19与图20是描绘根据本发明的热引擎的的热力循环曲线图；

图21是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎的透视图；

图22是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎的一部分的透视图；

图23是沿着图22的C-C线所截取的剖面图；

图24是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的透视图；

图25是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的剖面图；

图26至图29是根据本发明的此例示性实施例的用于依序解释热引擎的操作视图；

图30是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的一热引擎的透视图，

图31与图32是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的包含在热引擎内的冷却室的第一与第二例示性实施例的视图，其是沿着图1的D-D线所截取的剖面图；

图33是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的透视图；

图34是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的剖面图；

图35是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的透视图；

图36是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的剖面图；

图37是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的高温加热器的第四例示性实施例的部分透视图；

图38是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内包含冷却室的低温冷却器的第一例示性实施例的部分透视图；

图39是图38中的‘M’部分的剖面图；

图40是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内包含冷却室的低温冷却器的第二例示性实施例的部分透视图；

图41是图40中的‘N’部分的剖面图；

图42是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的一引擎的剖面图；

图43至图46是根据本发明的又另一例示性实施例的用于依序解释热引擎的操作视图；

图47是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的一热引擎的透视图；

图48是沿着图47的E-E线所截取的剖面图；

图49是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的透视图；

图50是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的剖面图；

图51是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的透视图；

图52是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的剖面图；

图53是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的高温加热器的第一例示性实施例的部分透视图；

图54是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的高温加热器的第二例示性实施例的部分透视图；

图55是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的高温加热器的第三例示性实施例的部分透视图；

图56是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的低温冷却器的第一例示性实施例的部分透视图；

图57是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的低温冷却器的第二例示性实施例的部分透视图；

图58至图61是根据本发明的又另一例示性实施例的用于依序解释热引擎的操作视图；

图62是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的一热引擎的透视图；

图63与图64是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的包含在热引擎内的冷却室的第一与第二例示性实施例的视图，其是沿着图1的F-F线所截取的剖面图；

图65是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的剖面图；以及

图66至图69是根据本发明的又另一例示性实施例的用于依序解释热引擎的操作视图。

具体实施方式

本发明的优点与特征、以及用以达到优点与特征的方法将在参阅稍后所详细描述的例示性实施例并连同附图而变得清楚。然而，本发明并不限于以下例示性实施例，可以不同形式实现。换句话说，目前的例示性实施例仅提供以完整揭露本发明以及使得在此领域具有一般技艺者了解本发明的范畴。本发明应仅通过所附权利要求的范畴来定义。在本说明书中，相似的数字指的是相似的构件。

在下文中，根据本发明的例示性实施例的一热引擎将参照附图来描述。为供参考，如果确定与本发明阐述有关的熟知功能或结构的具体描述可能会不必要地使本发明的概念不清楚的，则其详细的描述将被省略。

图1是概要地描绘根据本发明的一例示性实施例的一热引擎的透视图；图2是沿着图1的A-A线所截取的剖面图；图3是根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的汽缸的透视图；图4是根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的汽缸的剖面图；图5是根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的活塞的透视图；以及图6是根据本发明的一例示性实施例的热引擎内的活塞的剖面图。

如图1至图6所示，根据本发明的一例示性实施例的一种热引擎10包含一汽缸100、一活塞200、一高温加热器300、一低温冷却器400等。

所述的汽缸100具有圆柱形的形状，以及内部充满氢气、氦气或类似的操作气体。此外，所述操作气体是与具有粒子形式的碳黑混合以提高吸收传送自将于稍后描述的高温加热器300的热能的容量，因此增加操作气体的热传送效果。

根据一例示性实施例，所述汽缸100可形成一向外开的前端部分111。在这种情况下，热引擎10可进一步包含一汽缸盖单元120以密封地闭合已打开的前端部分111。或者，可能提出一具有密闭的前端部分的汽缸。

所述的汽缸盖单元120是连接至汽缸100的前端部分111以及密封地闭合汽缸100的前端部分111的一开口111a。举例来说，螺栓1、铆钉、焊接等可被使用以连接汽缸盖单元120至汽缸100的前端部分111。在这种情况下，汽缸100的前端部分111可形成多个以螺栓1固定的螺栓孔3。

所述的汽缸盖单元120可包含一顶盖121与一顶盖突出部123。所述顶盖121具有一圆盘，其具有预定厚度且具有相等或大于汽缸100的前端部分111的直径。此外，顶盖121是沿着其边缘形成多个螺栓孔2以对应汽缸100的前端部分111的螺栓孔3，以及通过螺栓1或类似物连接至汽缸100的前端部分111。在这种情况下，例如硅填料的一环形密封构件125可被提供在顶盖121与汽缸100的前端部分111之间，因此增加防止操作气体自汽缸100内泄漏至外部的密封效果。密封构件125在其中心形成一圆形中空125a，而汽缸盖120的顶盖突出部123可被插入其中。进一步地，密封构件125在其边缘形成螺栓孔125b，螺栓1可经由其通过。

所述的顶盖突出部123自顶盖121的一表面以圆柱的形式突出而正对活塞200，因此插入汽缸100的前端部分111的开口111a。顶盖突出部123与汽缸100的前端部分的内表面隔开以留下预定的间隙G，而形成活塞200的前端部分211插入的导引槽123a。在这种情况下，在顶盖突出部123与汽缸100之间的间隙G可对应于活塞200的前端部分211的厚度。

在这种情况下，顶盖突出部123的长度，例如导引槽123a的长度可能几乎相等于自活塞200的前端部分至热孔212的前端部分的距离，所以当操作气体具有最小体积也就是操作气体是最大限度地压缩时，活塞200的热孔212可被安置在高温加热器300。

所述的汽缸100可包含在其后端部分113的一开口113a，以致活塞200可被插入其内。

所述的汽缸100可包含一汽缸绝缘单元140用以隔绝将在稍后描述的高温加热器300与低温冷却器400之间的热。在这种情况下，汽缸绝缘单元140可被安置在热发射器300与热吸收器400。

所述的汽缸100大部分是以不锈钢制成，以及汽缸100的汽缸绝缘单元140可以陶瓷、硅或类似材料制成。

所述的活塞200是容纳在汽缸100以便通过密封填充在汽缸100与活塞200之间的操作气体的热膨胀与热收缩而直线往复运动。在此例示性实施例中，一自由活塞200以此方式配置，但不限于此。或者，不同类型的活塞可被实现。

所述的活塞200塑形为像是一具有对应于汽缸100的内径的直径的圆柱体。进一步地，活塞200的前端部分211可包含具有低热传导性的金属、像是陶瓷的绝缘材料、或等等。

所述的活塞200可在其前端部分211包含一中空211a。所述的中空211a可延伸至将在稍后描述的热孔212的后端部分。因此，热孔212的的顶盖突出部123可插入中空211a。活塞200可被塑形以密闭在热孔212的后部。活塞200的热孔212的后端部分，也就是活塞200的后端部分213可安装一活塞绝缘单元217。

所述的活塞200形成热孔212以致操作气体可直接接触高温加热器300或低温冷却器400。举例来说，多个热孔212可沿着在活塞200的后端部分213前面的外圆周形成。热孔212可具有像是圆形、四边形等的不同形状。

所述的活塞200的前端部分211可具有相对于在汽缸100的内壁与汽缸盖单元120的顶盖突出部123之间所形成的导引槽123的间隙G的一厚度t。同时，活塞200的前端部分211可具有一长度足以在操作气体最大限度地膨胀时，也就是在活塞200具有最大移动宽度时，防止操作气体接触高温加热器300。举例来说，根据一例示性实施例，若高温加热器300、汽缸绝缘单元140与低温冷却器400三个区域具有彼此相同的长度，活塞200的前端部分211具有一长度足以覆盖所述三个区域的长度，以及具有与汽缸顶盖单元120的顶盖突出部123的长度几乎相同的长度，也就是导引槽123a的长度。

所述的热引擎10可进一步包含至少一安装在活塞200的后端部分213以及密封地闭合与汽缸100的内壁接触的一部分的活塞环219。为此，至少一活塞环容置槽215可形成在活塞200的外圆周上，以致活塞环219可被容置于与固定到活塞环容置槽215。因此在活塞200直线往复运动时，活塞环219是安装在汽缸100的低温冷却器400内，其可由铁氟龙环或可在低温下使用的类似材料所制成。在此例示性实施例中，活塞环219被使用，但不限于此。作为活塞环219的替换，一固定环可以垂直轴承的形式排列在汽缸100的内壁上。

所述的高温加热器300是一用以加热汽缸100的前端部分111以及膨胀操作气体的构件。高温加热器300是由具有良好热传送效率的金属制成，及以环形被提供在汽缸100的外圆周上，但不限于此。或者，高温加热器300可选择性地以不同方式体现。

举例来说，高温加热器300可通过以燃烧、电热或日光为基础的热能加热汽缸100的前端部分111。

更具体地说，如图7所示，一高温加热器310可使用以燃烧为基础的热能以加热汽缸100的前端部分111。为此，高温加热器310可包含一以环形排列在汽缸100的前端部分111的外圆周上的燃烧室311，以及一通过燃料管313供给燃料予燃烧室311的燃料供给单元312。在这种情况下，多个燃烧器311a可被安置在燃烧室311内。进一步地，一用以注入空气到燃烧室311的空气管315以及一用以排出燃烧气体的排气管317可被连接到燃烧室311。

此外，如图8所示，一高温加热器320可使用以电热为基础的热能以加热汽缸100的前端部分111。为此，高温加热器320可包含一以环形排列在汽缸100的前端部分111的外圆周上的外壳321、一缠绕在汽缸100的前端部分111的外圆周上与安置在外壳321内的热线构件321a，以及一供给电力至热线构件321的动力单元322。

进一步地，如图9所示，一高温加热器330可使用以高度集中的日光为基础的热能以加热汽缸100的前端部分111。为此，高温加热器330可包含一日光集中模组331以及一形成在汽缸100的前端部分111的光透射窗332，以致操作气体可直接地暴露在通过日光集中模组331集中的日光。日光集中模组331可通过此处使用像是放大镜的一透镜以折射日光且将其集中在一点的折射式聚光，以及此处使用一曲面镜以反射日光且将其集中在一点的反射式聚光而被实现。与折射式聚光比较，如图9所示的反射式聚光是更有利于高度集中日光。这里，反射式聚光可根据反射次数或反射形式而以各种方式被配置。

根据本发明的一例示性实施例，使用燃烧、电热或日光作为热源的高温加热器310、320与330，如所示，但不限于此。或者，高温加热器可以各种方式被体现。举例来说，高温加热器300可包含能够保持温度高于低温冷却器400或外界的任何种类热源。

所述的低温冷却器400是一用以冷却汽缸100的后端部分113以及收缩操作气体的构件。低温冷却器400可以环形被提供在汽缸100的外圆周上，但不限于此。或者，低温冷却器400可以不同方式体现。

举例来说，如图10所示，低温冷却器400可以气冷式实现，其包含一形成在汽缸100的后端部分113的外圆周上的冷却风扇411，以及一用以吹空气至且冷却所述冷却片411的冷却风扇412。这里，冷却片411可不规则地形成以增加接触空气的面积以致冷却可在大气下更快速地被完成。

此外，如图11所示，低温冷却器400可通过水冷式而实现，其包含一缠绕在汽缸100的后端部分113的外圆周上的冷却管421a，以及一供给冷却水至冷却管421a的冷却泵422。在这种情况下，低温冷却器400可以环形被提供在汽缸100的后端部分113的外圆周上，以及可进一步包含冷却管421a安置在其的外壳421。

图12是概要地描绘根据本发明的另一例示性实施例的一热引擎的透视图，以及图13是沿着图12的B-B线所截取的剖面图。

如图12与图13所示，根据另一例示性实施例的一热引擎20包含一汽缸100、一活塞200、一高温加热器300、一低温冷却器400以及一发电机500。

除了改变以活塞200的直线往复运动为基础的机械能成为电能的发电机500之外，此例示性实施例是与上述参照图1至图8描述的例示性实施例相同。因此，类似的数字指的是类似的构件，及必要时其重复说明将被避免。

所述的发电机500是一转换以活塞200的直线往复运动为基础的机械能成为电能的构件，其可包含磁铁510、线圈520等。

多个磁铁510可被安装在一沿着活塞200的纵向方向在活塞200的外圆周上形成的磁铁容置槽217。

所述的线圈520是沿着高温加热器300与低温冷却器400之间的纵向方向缠绕在汽缸100的外圆周上，以及当磁铁510连同活塞200直线往复运动时产生感应电动势。

当磁铁510就线圈520缠绕在其上的汽缸100而言连同活塞200直线往复运动时，所述的发动机500运转以在线圈520产生电流。发动机500是与汽缸100及活塞200一体成形以及转变机械能成为电能的直线发电机。像一磁场产生在电流通过处的周围，若磁铁510的磁场产生在线圈520的周围，则发生电磁感应而造成电子移动。通过磁铁510的震动自线圈520产生的电力是感应电动势。若产生自线圈520的感应电动势连接至一配置有LC谐振电路的变压器(未显示)，交流电(AC)可在变压器的二次侧产生。

图14是概要地描绘根据本发明的另一例示性实施例的一热引擎的剖面图。

如图14所示，根据另一例示性实施例的一热引擎30包含一汽缸100、一活塞200、一高温加热器300、一低温冷却器400、一发电机500以及一复原单元600。

除了所有汽缸100的汽缸绝缘单元140、活塞200的热孔212以及高温加热器300具有彼此相同长度的配置，以及所述的复原单元600是额外地提供在活塞200的后端部分之外，此例示性实施例是与上述参照图1至图13描述的例示性实施例相同。因此，类似的数字指的是类似的构件，及必要时其重复说明将被避免。

在此例示性实施例中，所有汽缸100的汽缸绝缘单元140、活塞200的热孔212以及高温加热器300具有彼此相同的长度，以致当遵循如图12所示的热力循环通过外面直接地加热或冷却时，操作气体可有效率地膨胀或收缩从而直线地往复运动活塞200。此处，低温冷却器400的长度可相等于或稍微长于每一热孔212与高温加热器300的长度。

此外，为了连续直线地运动活塞200，用于再次压缩膨胀的操作气体的复原力是有需要的。所述的复原单元600可包含插入在汽缸100的闭合后端部分与活塞200的后端部分之间的螺旋弹簧、板片弹簧、用于产生排斥力的磁铁或等等，以致在操作气体膨胀时，所述的复原力可被提供至活塞200。此处，复原单元600所位处的汽缸100的后端部分作为一气体弹簧在活塞200震动时压缩与膨胀密封的气体。

图15至图18是根据本发明的一例示性实施例的用于依序解释热引擎的操作视图，以及图19至图20是描绘根据本发明的热引擎的的热力循环曲线图。

以下，根据本发明的例示性实施例的热引擎的操作将参照图15与图20详细地描述。

首先，如图15所示，当活塞200向左移动以及因此活塞200的前端部分211插入到汽缸100的内壁与汽缸盖单元120之间的导引槽124，也就是，当活塞200移动直到密封地充满在汽缸100与活塞200之间的空间的操作气体具有最大体积时，活塞200的热孔212是安装在汽缸100的高温加热器300上。当电流在发电机500的线圈520流动时，活塞200这样的位置调整可在磁铁510的磁力线变化时以通过弗林明(Fleming)左手定则产生的驱动力为基础。

在这种情况下，此处活塞200的热孔212是安装在汽缸100的高温加热器300上，操作气体通过热孔212直接接触高温加热器300并且当吸收来自于高温加热器300的热能Q4时在高温下热收缩(参照图19的高温热压缩程序④→①)。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。此处，提供在高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140隔绝在高温加热器300与低温冷却器400之间的热传送。

下一个，如图16所示，当来自于高温加热器300的热能Q1连续地被汽缸100内的操作气体吸收，操作气体的分子增加分子运动以及提高其速度。操作气体的分子碰撞汽缸100内壁的次数是根据分子运动而增加。因此，若体积是固定的，实际上在体积内的压力增加。此压力使安装在汽缸100内的活塞200向下推以及导致操作气体在高温下热膨胀(参照图19的高温热膨胀程序①→②)。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图17所示，当操作气体具有最大体积时，活塞200向右移动以及活塞200的热孔212是安装在低温冷却器400上。操作气体通过热孔212直接接触低温冷却器400并冷却与膨胀从而快速地降低压力。此时，操作气体的温度仍然高于低温冷却器400的温度，所以一些内部热能Q1排出到外部(参照图19的低温膨胀程序②’→③)。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图18所示，膨胀直到具有最大体积的操作气体是与高温加热器300隔绝以及仅接触低温冷却器400，以致于其可被冷却与收缩从而向上移动活塞200。此时，操作气体的内部热能Q3排出到外部(参照图19的低温冷却收缩与膨胀程序③→④’)。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

若包含在高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140的汽缸100的轴向长度较活塞200的热孔212的长度长，则存在一瞬间绝热过程(参照图19的程序②→②’、④’→④)，从而完成如图19所示①→②→②’→③→④’→④→①的整个热力循环。若包含在高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140的汽缸100的轴向长度相等于活塞200的热孔212的长度，则一不具有绝热程序的理想热力循环(②＝②’，④’＝④)如图20所示。若包含在高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140的汽缸100的轴向长度较活塞200的热孔212的长度短，则热孔212接触高温加热器300与低温冷却器400两者，以致操作气体是既加热也冷却，因此具有相似于绝热效果的效果。此时，热力循环(未显示)是相似于图19的①→②→②’→③→④’→④→①的循环。

上述根据本发明的例示性实施例的热引擎10中，通过汽缸100与活塞200形成的空间是密封地充满像是氢气、氦气等操作气体，并且在外部加热与冷却，以致操作气体在重复如图19至20所示的程序时可热膨胀或收缩，从而直线地往复运动活塞200。这也可应用至根据本发明的其他例示性实施例的热引擎20、30。此外，根据本发明的其他例示性实施例的热引擎20、30通过发电机500转换以活塞200的直线往复运动为基础的机械能成为电能。以此，根据本发明的例示性实施例的热引擎20、30的热效率如下所示。

[表达式1]

$e=\frac{Q_{\mathrm{out}}}{W}=\frac{Q_1+Q_4}{Q_1+Q_4-Q_2-Q_3}=1/(1-\frac{Q_2+Q_3}{Q_1+Q_4})(\≅1/(1-\frac{T_c}{T_h}))$

如[表达式1]所示，根据本发明的例示性实施例的热引擎是一几乎相似于理想卡诺引擎与史特灵引擎之间的中间形式的外燃机，以致高热效率是可被预期的。

图21是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎的透视图；图22是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎的一部分的透视图；图23是沿着图22的C-C线所截取的剖面图；图24是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的透视图；以及图25是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的剖面图。

如图21至图25所示，根据此例示性实施例的热引擎40包含一汽缸100、一活塞200、一高温加热器300、以及一低温冷却器400。进一步地，根据此例示性实施例的热引擎40可包含一转化器700。

在下文中，目前的例示性实施例将参照图17至图20而描述。在这种情况下，与上述例示性实施例相同的构件将不会重复叙述。若对于一些构件没有描述，它们将被认为是与上述例示性实施例相同的构件。接下来的描述将聚焦在独特的构件上来完成。

所述的汽缸100是连接到在其后端部分113的一曲轴箱713(将在稍后描述)。所述的活塞200是通过一铰链721a连接到将于稍后描述的一连接杆720的第一端721。

根据此例示性实施例，所述转化器700是转换活塞200的直线往复运动成为旋转运动，以及产生旋转动力，其可包含曲轴箱713、曲柄轴710、连接杆720、飞轮730等。

所述的曲轴箱713是连接到汽缸100的后端部分113，以及提供一预定空间以容纳曲柄轴710、曲轴支撑构件(未显示)、以及其他的曲轴部分(未显示)。

所述的曲柄轴710改变活塞200的直线往复运动为旋转运动，其通过曲轴箱713内的曲轴支撑构件来被可旋转地支撑并且给予旋转动力至可旋转物体(未显示)，例如车辆的轮子。所述的曲柄轴710以曲柄臂711的长度当作半径而循环，以及改变自连接杆720(将在稍后描述)传送的活塞200的直线往复运动成为旋转运动。如图21所示，在一具有多个汽缸100的旋转热引擎中，曲柄臂711的方向是彼此以不同角度而不整齐排列的。

所述的连接杆520是一用于传送以活塞200的直线往复运动为基础的动力至曲柄轴710的构件。连接杆720具有通过铰链721a连接到活塞200的下端部分213的第一端721，以及通过铰链722a连接到曲柄臂711的第二端722。连接杆720是足够厚以承受收缩与拉伸负载，以及足够长以平稳地传送动力。一般而言，连接杆720的长度可大于曲柄臂711的长度的三至四倍。

所述的飞轮730是一具有大惯性力矩的轮子，其是通过螺帽731固定至曲柄轴710为了使曲柄轴710具有固定的旋转速度。

图26至29是根据本发明的此实施例的用于依序解释热引擎的操作视图。以下，根据本发明的例示性实施例的热引擎的操作将参照图26至图29详细地描述。

首先，如图26所示，当活塞200向上移动以及活塞200的前端部分211插入到汽缸100的内壁与汽缸盖单元120之间的导引槽124，也就是，若活塞200移动直到密封地充满在汽缸100与活塞200之间的空间的操作气体具有最小体积，则活塞200的热孔212是安装在汽缸100的高温加热器300上。在这种情况下，所述的连接杆720向上移动而连锁活塞200的向上运动，以及连接至连接杆720的曲柄轴710的曲柄臂711向上移动且在12点钟方向向上定位。也就是，当活塞200向上移动至最高位置以及操作气体具有最小体积时，连接杆720是以所处曲柄臂511是向上定位的状态对齐曲柄轴710的曲柄臂511。此外，操作气体通过热孔212直接接触高温加热器300以及当吸收来自于高温加热器300的热能Q4时，进入一高温加热压缩状态(参照图19的高温加热压缩程序④→①)。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。此处，提供在高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140隔绝在高温加热器300与低温冷却器400之间的热传送。

下一个，如图27所示，当来自于高温加热器300的热能Q1连续地被汽缸100内的操作气体吸收，操作气体的分子增加分子运动以及提高其速度。操作气体的分子碰撞汽缸100内壁的次数是根据分子运动而增加。因此，若体积是固定的，实际上在体积内的压力增加。此压力使安装在汽缸100内的活塞200向下推以及导致操作气体在高温下热膨胀(参照图19的高温热膨胀程序①→②)。此时，连接杆720向下移动而连锁活塞200的向下运动，以及进一步旋转在图中顺时针方向以铰链连接到连接杆720的第二端722的曲柄臂711，因而进一步旋转曲柄轴710。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图28所示，当操作气体具有最大体积时，活塞200向下移动以及活塞200的热孔212是安装在低温冷却器400上。操作气体通过热孔212直接接触低温冷却器400以及在低温下冷却与膨胀从而排出一些内部热能Q2(参照图19的低温膨胀程序②’→③)。此时，连接杆720向下移动至最低位置而连锁活塞200的最大向下运动，以及在图中6点钟方向以顺时针旋转以铰链连接到连接杆720的第二端722的曲柄臂711，从而进一步旋转曲柄轴710。也就是，当活塞200向下移动至最低位置以及操作气体具有最大体积时，连接杆720是以所处曲柄臂711是向上定位的状态对齐曲柄轴710的曲柄臂711。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图29所示，膨胀直到具有最大体积的操作气体是与高温加热器300隔绝以及仅接触低温冷却器400，以致于其可被冷却与收缩从而向上移动活塞200以及排出操作气体的内部热能Q3到外部(参照图19的低温冷却收缩与膨胀程序③→④’)。此时，连接杆720向上移动而连锁活塞200的向上运动，以及进一步旋转在图中顺时针方向以铰链连接到连接杆720的第二端722的曲柄臂711，因而进一步旋转曲柄轴710。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

若安置在高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140的长度是较活塞200的热孔212的长度长，则存在一瞬间绝热过程(参照图19的程序②→②’、④’→④)，从而完成如图19所示①→②→②’→③→④’→④→①的整个热力循环。若高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140的长度相等于活塞200的热孔212的长度，则一不具有绝热程序的理想热力循环(②＝②’，④’＝④)如图20所示。若在高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140的长度较活塞200的热孔212的长度短，则热孔212接触高温加热器300与低温冷却器400两者，以致操作气体是既加热也冷却而因此具有相似于绝热效果的效果。此时，热力循环是相似于图19的①→②→②’→③→④’→④→①的循环。

如上所述，根据此例示性实施例的热引擎40，所述的操作气体像是氢气、氦气等是密封地充满在通过汽缸100与活塞200形成的空间中，并且在外部被加热与冷却。因此，当重复如图26至图29的程序时，操作气体是热膨胀或收缩，因而直线往复运动活塞200。同时，活塞200的直线往复运动是通过包含曲柄轴710与连接杆720的转化器700来改变成旋转运动。以此，根据本发明的此例示性实施例的热引擎40的热效率是与[表达式1]所示相同，以及热引擎40可具有一种形式几乎相似于理想卡诺引擎与史特灵引擎之间的中间形式。

图30是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的一热引擎的透视图；图31与图32是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的包含在热引擎内的冷却室的第一与第二例示性实施例的视图，其是沿着图1的D-D线所截取的剖面图；图33是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的透视图；图34是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的剖面图；图35是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的透视图；图36是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的剖面图。

如图30至图36所示，根据此例示性实施例的一热引擎包含一汽缸100、一活塞200、一高温加热器300、以及一包含冷却室401、402的低温冷却器400。

在下文中，目前的例示性实施例将参照图30至图36被描述。在这种情况下，与上述例示性实施例相同的构件将不会重复叙述。若对于一些构件没有描述，它们将被认为是与上述例示性实施例相同的构件。接下来的描述将聚焦在独特的构件上来完成。

根据此例示性实施例，汽缸100的前端部分111可向外开。在这种情况下，所述的热引擎50可进一步包含一汽缸盖单元120以密封地闭合已打开的前端部分111。或者，可能提出一具有密闭的前端部分的汽缸。

所述的汽缸盖单元120是连接至汽缸100的前端部分111以及密封地闭合汽缸100的前端部分111的一开口111a。在这种情况下，连接汽缸盖单元120的顶盖121的汽缸100的前端部分111可在其一侧形成凸缘。

当所述的凸缘6连接汽缸盖单元120时可形成多个以螺栓1固定的螺栓孔3。此外，凸缘6可形成一可被密封构件125插入与容置其内的环形密封槽5。

所述的高温加热器300是一用以加热汽缸100的前端部分111以及膨胀操作气体的构件。高温加热器300是由具有良好热传送效率的金属制成，及以环形被提供在汽缸100的外圆周上，但不限于此。或者，高温加热器300可选择性地以不同方式体现。

在这种情况下，高温加热器300的长度可相等于或稍微长于热孔212的长度。举例来说，高温加热器300的长度可相等于每一热孔212、低温冷却器400以及汽缸绝缘单元140的长度。

所述的高温加热器300可具有不同形式。举例来说，高温加热器300可通过如图7至图9所示的上述形式310、320、330而实现。

或者，如图37所示，高温加热器340可使用熔融盐作为一热储存材料以及因此加热汽缸100的前端部分111。为此，高温加热器340可以环形被提供在汽缸100的前端部分111的外圆周上，以及包含一容纳用作热储存材料的熔融盐341a于其内的热储存室241。此处，例如四氯铝化钠(NaAlCl₄)的熔融盐341a是一种产生热而由固体融化成液体的盐，其可使用在不同领域。举例来说，熔融盐241a可作为热能储存媒介、作为贮热器中的热传导材料、用以抑制与精炼熔融金属、用在高温熔融材料的电涂布、作为主电池的熔融电解质、作为可充电的钠电池等。所述的热储存构件341可形成为一黑体以增加吸收自日光集中模组345传送的热能的容量。

所述的低温冷却器400是一用以冷却汽缸100的后端部分13以及收缩通过高温加热器300热膨胀的操作气体的构件。在此例示性实施例中，低温冷却器400可包含安置在汽缸100的后端部分113的冷却室401、402。

所述的冷却室401、402包含用以冷却汽缸100内的操作气体的冷却空间401a、402a，以及冷却空间401a、402a是形成以连通汽缸100的内部。此处，冷却空间401a、402a可具有与热孔212相同的长度。

参照图31，冷却室401可通过在半径方向延伸汽缸100的后端部分113的外圆周的一部分而与汽缸100一体成形。或者，参照图32，具有冷却空间的冷却室402可以环形安装在汽缸100的后端部分113的外圆周上。在这种情况下，冷却室402可通过像是螺栓1、铆钉、焊接等的固定方式连接至汽缸100。此外，在这种情况下，低温冷却器400可进一步包含至少一安装在汽缸100与冷却室402之间的接触部分的密封构件405。进一步地，至少一室连通孔115可在汽缸100的后端部分113形成以及彼此连通冷却空间402a与汽缸100的内部。

参照图38与图39，在根据目前例示性实施例的热引擎中的低温冷却器的各种例示性实施例将在以下详细的描述。

如图38与图39所示，低温冷却器400可以气冷式实现，其包含一形成以环绕冷却室401的外部的外壳411、多个形成在外壳411的外圆周上的冷却片411a、以及用以吹空气至并且冷却外壳411的冷却风扇412。此处，冷却片411a可不规则地形成在外壳411上以增加接触空气的面积，以致冷却可在大气下更快地被完成。

此外，如图11所示，低温冷却气400可以水冷式实现，其包含以环形安置在汽缸100的后端部分113的外圆周上并围绕内冷却室401的外部的管套421、安置在管套421内并缠绕在冷却室401的外壁上的冷却管422、以及供给冷却水予冷却管422的冷却泵423。

在此例示性实施例中的热引擎50可进一步包含一发电机500。所述的发电机500是一转换以活塞200的往复直线运动为基础的机械能成为电能的构件，其可包含磁铁510、线圈520等。

在目前的例示性实施例中，高温加热器300、低温冷却器400、汽缸绝缘单元140以及热孔212是形成以具有一长度，以致操作气体可在遵循如图20所示的热力循环而直接在外部加热或冷却时有效率地热膨胀或收缩，从而直线地往复运动活塞200。此处，高温加热器300与低温冷却器400的长度可相等于或稍微大于汽缸绝缘单元140与热孔212的长度。

图42是概要地描绘根据本发明的另一例示性实施例的一热引擎的剖面图。如图42所示，根据本发明的另一例示性实施例的一热引擎60除了包含冷却室401的低温冷却器400之外是与根据上述例示性实施例的热引擎30相同。

在根据本发明的另一例示性实施例的热引擎60中，低温冷却器400与冷却室401的描述将由根据上述例示性实施例的热引擎50的描述所取代。。

图43至图46是根据本发明的另一例示性实施例的用于依序解释热引擎的操作视图。以下，根据本发明的例示性实施例的热引擎的操作将参照图43至图46详细地描述。

首先，如图43所示，当活塞200向左移动以及活塞200的前端部分211插入形成于汽缸100的内壁与汽缸盖单元120之间的导引槽123a时，也就是，若活塞200移动直到密封地充满在汽缸100与活塞200之间的空间的操作气体具有最小体积，则活塞200的热孔212是安装在汽缸100的高温加热器300上。当电流在发电机500的线圈520流动时，活塞200这样的位置调整可在磁铁510的磁力线变化时以通过弗林明左手定则产生的驱动力为基础。

在这种情况下，此处活塞200的热孔212是安装在汽缸100的高温加热器300上，操作气体通过热孔212直接接触高温加热器300，以及当吸收来自于高温加热器300的热能Q4时在高温下热压缩(参照图19的高温热压缩程序④→①)。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。此处，提供在高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140隔绝在高温加热器300与低温冷却器400之间的热传送。

下一个，如图44所示，当来自于高温加热器300的热能Q1连续地被汽缸100内的操作气体吸收，操作气体的分子增加分子运动以及提高其速度。操作气体的分子碰撞汽缸100内壁的次数是根据分子运动而增加。因此，若体积是固定的，实际上在体积内的压力增加。此压力使安装在汽缸100内的活塞200向左推以及导致操作气体在高温下热膨胀(参照图19的高温热膨胀程序①→②)。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图45所示，当操作气体具有最大体积时，活塞200向右移动以及活塞200的热孔212是安装在低温冷却器400上。汽缸内的操作气体通过热孔212直接接触低温冷却器400的冷却室410。此时，在汽缸100内通过高温加热器300加热而处在高温下的操作气体被冷却与膨胀因而快速地降低压力，因为其碰到通过安置于低温冷却器400内的冷却室401冷却至低温的操作气体以及紊流通过温度与压力差而形成。因此，活塞的直线往复运动可以更积极地实现。

此时，操作气体的温度仍然高于低温冷却器400的温度，所以一些内部热能Q1排出到外部(参照图19的低温膨胀程序②’→③)。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图46所示，膨胀直到具有最大体积的操作气体是与高温加热器300隔绝以及仅接触低温冷却器400，以致其可被冷却与收缩从而向上移动活塞200。此时，操作气体的内部热能Q3排出到外部(参照图19的低温冷却收缩与膨胀程序③→④’)。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

若在高温加热器300与低温冷却器400之间的汽缸绝缘单元140长度较活塞200的热孔212的长度长，则存在一瞬间绝热过程(参照图19的程序②→②’、④’→④)，从而完成如图19所示①→②→②’→③→④’→④→①的整个热力循环。若汽缸绝缘单元140的长度相等于活塞200的热孔212的长度，则一不具有绝热程序的理想热力循环(②＝②’，④’＝④)如图20所示。若汽缸绝缘单元140的长度较活塞200的热孔212的长度短，则热孔212接触高温加热器300与低温冷却器400两者，以致操作气体是既加热也冷却，因此具有相似于绝热效果的效果。此时，一热力循环(未显示)是相似于图19的①→②→②’→③→④’→④→①的循环。

上述根据本发明例示性实施例的热引擎10，通过汽缸100与活塞200形成的空间是密封地充满像是氢气、氦气等操作气体，以及在外部加热与冷却，以致操作气体在重复如图43至46所示的程序时可热膨胀或收缩，从而直线地往复运动活塞200。此外，冷却与收缩充满在汽缸100内的操作气体的冷却室401、402可被提供在低温冷却器400内。因此，在汽缸100内通过高温加热器300加热与热膨胀而处在高温的操作气体被冷却因而快速地降低压力以及热膨胀，因为其碰到通过安置在低温冷却器400内的冷却室401、402冷却至低温的操作气体以及一紊流通过温度与压力差而主动地形成。因此，活塞的直线往复运动可以更积极地实现，从而增加热引擎的热效率。此外，以活塞200的直线往复运动为基础的机械能是通过发电机500改变成电能。

以此，根据本发明的此例示性实施例的热引擎50的热效率与[表达式1]所示是相同的。如[表达式1]所示，根据此例示性实施例的热引擎是一几乎相似于理想卡诺引擎与史特灵引擎之间的中间形式的外燃机，以致高热效率是可被预期的。

图47是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的一热引擎的透视图；图48是沿着图47的E-E线所截取的剖面图；图49是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的透视图；图50是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的剖面图；图51是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的透视图；图52是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的活塞的剖面图。

如图42至图52所示，根据此例示性实施例的热引擎70可包含一汽缸1100、一活塞1200、一高温加热器1300、一低温冷却器1400等。

所述的汽缸100具有圆柱形的形状，以及在其相对端部分内充满预定的操作气体。举例来说，所述的操作气体包含密封地充满在汽缸1100的第一端部分与稍后描述的第一活塞1210之间的空间的第一操作气体g1，以及密封地充满在汽缸1100的第二端部分与稍后描述的第二活塞1220之间的空间的第二操作气体g2。此处，所述的第一与第二操作气体g1与g2可包含氢气、氦气等。此外，所述第一与第二操作气体g1与g2可与例如碳黑等具有粒子形式的黑粉末混合以提高吸收传送自将于稍后描述的第一与第二高温加热器1310与1320的热能的容量，从而增加第一与第二操作气体g1与g2的热传送效果。

所述的汽缸1100可形成向外开的相对前端部分1111与1112以插入活塞1200于其内。在这种情况下，热引擎1100的相对前端部分1111与1112的开口1111a与1112a可通过一对汽缸盖单元1120分别密封地闭合。

所述汽缸1110的相对前端部分1111与1112的一侧可分别形成凸缘6与7。在这种情况下，所述的凸缘6与7可形成多个螺栓1可与其固定的螺栓孔3。此外，凸缘6与7可形成将于稍后描述的密封构件1125与1135分别插入与容置于其内的环形密封槽5。

所述的汽缸盖单元1120与1130可包含顶盖1121与1131以及顶盖突出部1123与1133。

所述的顶盖1121与1131是塑形成为像是具有一预定厚度的圆盘且具有相等或大于形成在汽缸1100的前端部分1111与1112的凸缘6与7的直径。此外，顶盖1121与1131是沿着其边缘形成多个螺栓孔2以对应凸缘6与7的螺栓孔3，以及通过螺栓1或类似物连接至汽缸1100的前端部分1111与1112。在这种情况下，例如O形环状的硅衬垫的环形密封构件1125与1135可被提供在顶盖1121与1131以及汽缸1100的前端部分1111与1112之间，从而增加防止操作气体g1与g2自汽缸1100内部泄漏至外部的密封效果。密封构件1125与1135在其各自的中心形成圆形中空1125a与1135a，汽缸盖单元1120的顶盖突出部1123与1133可以插入其内。

所述的顶盖突出部1123、1133自顶盖1121、1131的表面以圆柱的形式突出而正对活塞1200，以及因此插入汽缸1100的前端部分1111、1112的开口1111a、1112a。顶盖突出部1123、1133与汽缸1100的前端部分1111、1112的内表面隔开以留下预定的间隙G，以及形成活塞1200的前端部分1211、1221插入其内的导引槽1123a、1133a。在这种情况下，在顶盖突出部1123、1133与汽缸1100之间的间隙G可对应活塞1200的前端部分1211、1221的厚度。

在这种情况下，顶盖突出部1123、1133的长度，也就是导引槽1123a、1133a的长度可能几乎相等于自活塞1200的前端部分至热孔1212、1222的前端部分的距离，以致当操作气体g1、g2具有最小体积也就是操作气体g1、g2是最大限度地压缩时，活塞1200的热孔1212、1222可被安置在高温加热器1310。

所述的汽缸1100可包含一对汽缸绝缘单元1141与1142用以隔绝将于稍后描述的第一高温加热器1310与第一低温冷却器1410之间以及第二高温加热器1320与第二低温冷却器1420之间的热。在这种情况下，汽缸绝缘单元1141与1142可分别安置在第一高温加热器1310与第一低温冷却器1410之间以及第二高温加热器1320与第二低温冷却器1420之间。

所述的汽缸1100大部分是以不锈钢制成，以及汽缸1100的汽缸绝缘单元1141、1142可以陶瓷、硅或类似材料制成。此处，汽缸绝缘单元1141、1142可形成以具有与将在稍后描述的活塞1200的热孔1212、1222相同的长度。

所述的活塞1200可包含容纳在汽缸1100的一内侧以便接触容纳在汽缸1100的一端部分的第一操作气体g1并且在第一操作气体g1热膨胀与收缩时直线地往复运动的第一活塞1210，以及容纳在汽缸1100的另一内侧以便接触容纳在汽缸1100的另一端部分的第二操作气体g2并且在第二操作气体g2热膨胀与收缩时直线地往复运动的第二活塞1220。

所述的活塞1200可通过螺旋连接自第一活塞1210的后端部分1213突出的第一活塞杆1215以及自第二活塞1220的后端部分1223突出的第二活塞杆1225而组装，为了在第一活塞1210与第二活塞1220之间安装将于稍后描述的活塞环1219与1229以及的磁铁1510。

所述的第一与第二活塞1210与1220是塑形为像是一具有对应于汽缸1100的内径的直径的圆柱体。进一步地，第一与第二活塞1210与1220的前端部分1211与1222可由像是低热传导性的金属、陶瓷等绝缘材料制成。

所述的第一与第二活塞1210与1220的前端部分1211与1221形成所述汽缸盖单元1120与1130的顶盖突出部1123与1133分别插入其内的开口1211a与1221a，以及其是塑形以自将在稍后描述的第一与第二热孔1212与1222的后部密封地闭合。此外，第一与第二活塞绝缘单元1217与1227可提供作为绝缘材料以及安置在第一与第二热孔1212与1222的后部。

所述的活塞1200在其相对端形成热孔1212与1222以使操作气体g1与g2直接接触高温加热器1300或低温冷却器1400。更具体地是，第一活塞1210可提供第一热孔1212以致第一操作气体g1可根据一热力循环直接接触第一高温加热器1310或第一低温冷却器1410。举例来说，多个第一热孔1212可沿着第一活塞1210的后端部分1213前面的外圆周而形成，以及可具有像是圆形、四边形等各种形状。此外，第二活塞1220可提供第二热孔1222以致第二操作气体g2可根据一热力循环直接接触第二高温加热器1320或第二低温冷却器1420。举例来说，多个第二热孔1222可沿着第二活塞1220的后端部分1223前面的外圆周而形成，以及可具有像是圆形、四边形等各种形状。

所述的活塞1200的相对前端部分1211与1221可具有对应于在汽缸1100的内壁与汽缸盖单元1120与1130的顶盖突出部1123与1133之间形成的导引槽1123a与1133a的间隙G的一厚度。此外，活塞1200的前端部分1211、1221可具有一长度足以在操作气体g1、g2最大限度地膨胀时，也就是在活塞1200具有最大移动宽度时，防止操作气体g1、g2接触高温加热器1300。举例来说，根据一例示性实施例，若高温加热器1310、1320、汽缸绝缘单元1141、1142与低温冷却器1410、1420三个区域具有彼此相同的长度，活塞1200的前端部分1111、1112具有一长度足以覆盖所述三个区域的长度，以及具有与汽缸顶盖单元1120、1130的顶盖突出部1123a、1133a的长度几乎相同的长度，也就是导引槽123a、1133a的长度。

所述的活塞1200可提供至少一活塞环以密封其接触汽缸1100的内壁的部分。举例来说，第一活塞1210的后端部分1213的外壁是形成容置与固定第一活塞环1219于其内的第一活塞环容置槽1219a，以及第二活塞1220的后端部分1223的外壁是形成容置与固定第二活塞环1229于其内的第二活塞环容置槽1229a。此处，当第一与第二活塞1210与1220直线地往复运动时，第一与第二活塞环1219与1229是安置在汽缸1100的第一低温冷却器1410与第二低温冷却器1420，所以O形环状的铁弗龙或可在低温使用的类似材料可被使用。根据目前的例示性实施例，活塞环1219与1229被使用，但不限于此。或者，代替活塞环1219与1229，一固定环可以纵向承载的方式排列在汽缸1100的内壁上。

所述的高温加热器1300形成一对以加热汽缸1100的相对前端部分1111、1112并且膨胀容纳在汽缸1100相对内侧的操作气体g1与g2。更具体地说，高温加热器1300包含一用以加热与热膨胀容纳在汽缸1100的一端部分的第一操作气体g1的第一高温加热器1310，以及一用以加热与热膨胀容纳在汽缸1100的另一端部分的第二操作气体g2的第二高温加热器1320。

所述第一高温加热器1310可被安置在中央方向与汽缸1100的一端隔开一预定距离，例如和汽缸盖单元1120的顶盖突出部1123的长度一样远。此外，所述第二高温加热器1320可被安置在中央方向与汽缸1100的另一端隔开一预定距离，例如和汽缸盖单元1130的顶盖突出部1133的长度一样远以与第一高温加热器1310对称。

所述的第一与第二高温加热器1310与1320可由具有良好热传导效率的金属制成，以及以环形提供在汽缸1100的外圆周上，但不限于此。或者，第一与第二高温加热器1310与1320可选择性地以不同方式体现。

所述的第一与第二高温加热器1310与1320的每一长度可相等于或稍微长于第一与第二热孔1212与1222的每一长度。举例来说，第一与第二高温加热器1310与1320可具有与第一与第二热孔1212与1222、第一与第二低温冷却器1410与1420、汽缸绝缘单元1141与1142相同的长度。

参照图53至图55，在根据目前例示性实施例的热引擎中的高温加热器的各种例示性实施例将被描述。

图53至图55是在汽缸1100的一侧的第一高温加热器1310的透视图，以及在另一侧的第二高温加热器1320可具有相同配置。

所述的第一高温加热器1310可通过以燃烧、熔融盐或日光为基础的热能加热在汽缸1100的一端内的第一操作气体g1。

举例来说，如图53所示，第一高温加热器1310可使用以燃烧为基础的热能以加热汽缸1100的前端部分1111。为此，第一高温加热器1310可包含一以环形排列在汽缸1100的前端部分1111的外圆周上的燃烧室1311，以及一通过燃料管1313供给燃料予燃烧室1311的燃料供给单元1312。在这种情况下，多个燃烧器1311a可被安置在燃烧室1311内。进一步地，一用以注入空气到燃烧室1311的空气管1315以及一用以排出燃烧气体的排气管1317可被提供在燃烧室1311内。

此外，如图54所示，第一高温加热器1310可使用熔融盐作为一热储存材料因而加热汽缸1100的前端部分1111。为此，第一高温加热器1310可以环形被提供在汽缸1100的前端部分1111的外圆周上，以及包含一容纳用作热储存材料的熔融盐1341a于其内的热储存室1321。此处，例如四氯铝化钠的熔融盐1321a是一种产生热而由固体融化成液体的盐，其可使用在不同领域。举例来说，熔融盐1321a可作为热能储存媒介、作为贮热器中的热传导材料、用以抑制与精炼熔融金属、用在高温熔融材料的电涂布、作为主电池的熔融电解质、作为可充电的钠电池等。所述的热储存室1321a可形成为一黑体以增加吸收自日光集中模组1331传送的热能的容量。

进一步地，如图55所示，所述的高温加热器1310可使用以高度集中的日光为基础的热能以加热汽缸1100的前端部分1111。为此，第一高温加热器1310可包含一用以及中日光的日光集中模组1331，以及一形成在汽缸1100的前端部分1111的光透射窗1332，以致操作气体可直接地暴露在通过日光集中模组1331集中的日光。日光集中模组1331可通过此处使用像是放大镜的一透镜以折射日光且将其集中在一点的折射式聚光，以及此处使用一曲面镜以反射日光且将其集中在一点的反射式聚光而被实现。与折射式聚光比较，如图55所示的反射式聚光是更有利于高度集中日光。此处，反射式聚光可根据反射次数或反射形式而以各种方式被配置。

根据本发明的一例示性实施例，使用燃烧、电热或日光作为热源的第一与第二高温加热器1310与1320，如所示，但不限于此。或者，第一与第二高温加热器1310与1320可以各种方式被体现。举例来说，高温加热器300可包含能够保持温度高于第一与第二低温冷却器1410与1420或外界的任何种类热源。

所述的低温冷却器1400形成一对以冷却汽缸1100的相对后端部分1113、1114以及收缩通过高温加热器1300热膨胀的操作气体g1与g2。更具体地说，低温冷却器1400包含与第一高温加热器1310隔开以预定距离以及冷却与收缩通过第一高温加热器1310热膨胀的第一操作气体g1的第一低温冷却器1410，以及与第二高温加热器1320隔开以预定距离以及冷却与收缩通过第二高温加热器1320热膨胀的第二操作气体g2的第二低温冷却器1420。

所述的第一低温冷却器1410可被安置在汽缸1100的中央方向与第一高温加热器1310隔开一预定距离，例如和汽缸绝缘单元1141的长度一样远。此外，所述的第二低温冷却器1420可被安置在汽缸1100的中央方向与第二高温加热器1320隔开一预定距离，例如和汽缸绝缘单元1142的长度一样远。

所述的第一与第二低温冷却器1410与1420可以环形被提供在汽缸1100的外圆周上介于第一与第二高温加热器1310与1320之间，但不限于此。或者，第一与第二低温冷却器1410与1420可选择性地以不同方式体现。

所述的第一与第二低温冷却器1410与1420的每一长度可相等于或稍微长于第一与第二热孔1212与1222的每一长度。举例来说，第一与第二低温冷却器1410与1420可具有与第一与第二热孔1212与1222、第一与第二高温加热器1310与1320、汽缸绝缘单元1141与1142相同的长度。

参照图56与图57，在根据目前例示性实施例的热引擎中的低温冷却器的各种例示性实施例将被描述。

图56与图57是在汽缸1100的一侧的第一低温冷却器1410的透视图，以及在另一侧的第二低温冷却器1420可具有相同配置。

举例来说，如图56所示，第一低温冷却器1410可以气冷式实现，其包含一形成在汽缸1100的后端部分1113的外圆周上的冷却片1411，以及一用以吹空气至并且冷却所述冷却片1411的冷却风扇1412。此处，冷却片1411可不规则地形成以增加接触空气的面积以致冷却可在大气下更快速地被完成。

此外，如图57所示，低温冷却器1410可以水冷式实现，其包含以环形安置且缠绕在汽缸1100的后端部分1113的外圆周上并且容纳冷却管1421a于其内的管套1421，以及供给冷却水予冷却管1421a的冷却泵1422。

根据一例示性实施例的一热引擎70可进一步包含一发电机1500。所述的发电机1500是一转换以活塞1200的直线往复运动为基础的机械能成为电能的构件，其可包含磁铁1510、线圈1520等。

所述的磁铁1510是一提供在活塞1200的永磁式震动器。举例来说，多个磁铁1510可沿着第一活塞1210与第二活塞1220之间的活塞杆1215与1225的外圆周上的纵向方向以圆柱体形式被提供。

所述的线圈1520是一提供在对应于活塞1200的磁铁1510的汽缸1100中的定片。举例来说，线圈1520是沿着第一低温冷却器1410与第二低温冷却器1420之间的纵向方向缠绕在汽缸1100的外圆周上，以及在活塞1200直线地运动时连同磁铁510产生一感应电动势。

所述的发电机1500在磁铁1510通过活塞1200的直线运动而震动时由线圈1520产生电力。也就是，发电机1500是与热引擎的汽缸1100和活塞1200一体成形，以及转换机械能成为电能。像一磁场产生在电流通过处的周围，若磁铁1510的磁场产生在线圈1520的周围，则发生电磁感应而造成电子移动。通过磁铁1510的震动自线圈1520产生的电力是感应电动势。若产生自线圈1520的感应电动势连接至一配置有LC谐振电路的变压器(未显示)的主侧，交流电(AC)可在变压器的二次侧产生。

在此例示性实施例中，第一与第二高温加热器1310与1320、第一与第二低温冷却器1410、1420、汽缸绝缘单元1141、1142，以及第一与第二热孔1212、1222是形成以具有一长度，以致操作气体g1与g2在遵循如图19所示的热力循环而直接地在外部加热或冷却时可有效率地热膨胀或收缩。此处，第一与第二高温加热器1310与1320以及第一与第二低温冷却器1410与1420的长度可相等于或稍微大于汽缸绝缘单元1141与1142以及第一与第二热孔1212与1222的长度。

同时，除了高温加热器1300与低温冷却器1400之外，所述的汽缸1100与活塞1200内有涂布陶瓷，从而提高一绝热效果。

虽然没有显示，根据另一例示性实施例的一热引擎包含一对根据上述例示性实施例且对称地排列的热引擎10。在这对热引擎10中，一自由活塞以齿轨与小齿轮的形式配置，以致因为自由活塞的直线往复运动通过机械震动与力矩而导致对于热引擎的负面影响可被最小化。此外，所述热引擎的热力循环可通过连接到小齿轮的驱动力而驱动。

图58至图61是根据本发明的又另一例示性实施例的用于依序解释热引擎的操作视图。以下，根据本发明的例示性实施例的热引擎的操作将参照图58至图61详细地描述。

首先，如图58所示，若一电流在初期供应至发电机1500的线圈1520，磁铁1510的磁力线是变化以产生一以弗林明左手定则为基础的驱动力，以致活塞的位置可以被调整。当活塞1200向左移动以及第一活塞1210的前端部分1211插入到形成在汽缸1100的内壁与汽缸盖单元1120之间的导引槽1123a时，也就是，若活塞1200移动直到密封地充满在汽缸1100与活塞1200之间的空间的操作气体具有最大体积，第一活塞1210的热孔1212是安装在汽缸1100的第一高温加热器1310上。此时，第一操作气体g1通过第一热孔1212直接接触第一高温加热器1310，以及当吸收来自于第一高温加热器1310的热能Q4时在高温下热压缩(参照图19的高温热压缩程序④→①)。此外，对称于第一活塞1210的第二活塞1220向左移动直到第二操作气体g2具有最大体积，以及第二活塞1220的第二热孔1222是安装在第二低温冷却器1420。此时，第二操作气体g2通过第二热孔1222直接接触第二低温冷却器1420以及因此冷却与膨胀从而快速地降低压力。此时，第二操作气体g2的温度仍然高于第二低温冷却器1420的温度，以致一些内部热能Q2排出到外部(参照图19的低温膨胀程序②’→③)。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。此处，提供在高温加热器1300与低温冷却器1400之间的汽缸绝缘单元1141、1142隔绝在高温加热器1300与低温冷却器1400之间的热传送。

下一个，如图59所示，当来自于第一高温加热器1310的热能Q1连续地被汽缸1100内的第一操作气体g1吸收，第一操作气体g1的分子增加分子运动以及提高其速度。第一操作气体g1的分子碰撞汽缸1100内壁的次数是根据分子运动而增加。因此，若体积是固定的，实际上在体积内的压力增加。此压力使安装在汽缸1100内的活塞200向右推以及导致第一操作气体g1在高温下热膨胀(参照图19的高温热膨胀程序①→②)。此外，膨胀至具有最大体积的第二操作气体g2是与第二高温加热器1320隔绝以及仅接触第二低温冷却器1420，以致其可被冷却与收缩从而向右移动第二活塞1220。此时，第二操作气体g2的内部热能Q3排出到外部(参照图19的低温冷却收缩与膨胀程序③→④’)。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图60所示，当第一操作气体g1具有最大体积时，第一活塞1210向右移动并且第一活塞1210的第一热孔1212是安装在第一低温冷却器1410上。第一操作气体g1通过第一热孔1212直接地接触第一低温冷却器1410，并且被冷却与膨胀从而快速地降低压力。此时，第一操作气体g1的温度仍然高于第一低温冷却器1410的温度，以致一些内部热能Q2排出到外部(参照图19的低温膨胀程序②’→③)。当第二活塞1220向右移动并且第二活塞1220的前端部分1221插入到形成在汽缸1100的内壁与汽缸盖单元1130之间的导引槽1133a时，也就是，若活塞1200移动直到密封地充满在汽缸1100与第二活塞1220之间的空间的第二操作气体g2具有最大体积，第二活塞1220的第二热孔1222是安装在汽缸1100的第二高温加热器1320上。此时，第二操作气体g2通过第二热孔1212直接地接触第二高温加热器1320，并且在吸收来自于第二高温加热器1320的热能Q4时在高温下热压缩(参照图19的高温热压缩程序④→①)。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图61所示，膨胀至具有最大体积的第一操作气体g1是与第一高温加热器1310隔绝并且只接触第一低温冷却器1410，以致其可被冷却与收缩从而向左移动第一活塞1210。此时，第一操作气体g1的内部热能Q3排出到外面(参照图19的低温冷却收缩与膨胀程序③→④’)。此外，当来自于第二高温加热器1320的热能Q1连续地被汽缸1100内部的第二操作气体g2吸收，第二操作气体g2的分子增加分子运动并且其速度提高。第二操作气体g2的分子碰撞汽缸1100内壁的次数是根据分子运动而增加。因此，假若体积是固定的，实际上在体积内的压力增加。此压力向左推动安装在汽缸1100内的第二活塞1220并且导致第二操作气体g2在高温下热膨胀(参照图19的高温热膨胀程序①→②)。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

若在第一与第二高温加热器1310与1320以及第一与第二低温冷却器1410与1420之间的第一与第二汽缸绝缘单元1141与1142的每一长度是较活塞1200的第一与第二热孔1212与1222的每一长度长，存在一瞬间绝热程序(参照图19的程序②→②’、④’→④)，从而完成如图19所示①→②→②’→③→④’→④→①整个热力循环。假若第一与第二汽缸绝缘单元1141与1142的每一长度是相等于活塞1200的第一与第二热孔1212与1222的每一长度，一不具有绝热程序的理想热力循环(②＝②’，④’＝④)如图20所示。假若第一与第二汽缸绝缘单元1141与1142的每一长度是较活塞1200的第一与第二热孔1212与1222的每一长度短，第一与第二热孔1212与1222接触第一与第二高温加热器1310与1320以及第一与第二低温冷却器1410与1420两者，以致操作气体是既加热也冷却并且因此具有相似于绝热效应的效应。此时，热力循环是相似于图19的①→②→②’→③→④’→④→①循环。

上述根据本发明的一例示性实施例的热引擎70，通过汽缸1100与活塞1200形成的空间是密封地充满像是氢气、氦气等的操作气体，以及在外部加热与冷却，以致在重复如图58至图61所示的制程时，操作气体可被热膨胀或收缩，从而直线地往复运动活塞1200。

此外，热引擎70以包含磁铁1510、线圈1520等的发电机1500的感应电动势为基础改变以活塞1200的直线往复运动为基础的机械能成为电能，从而产生电力。以此，根据本发明的此例示性实施例的热引擎70的热效率与[表达式1]所示是相同的。如[表达式1]所示，根据此例示性实施例的热引擎是一几乎相似于理想卡诺引擎与史特灵引擎之间的中间形式的外燃机，以致高热效率是可被预期的。

图62是概要地描绘根据本发明的又另一例示性实施例的一热引擎的透视图；图63与图64是描绘根据本发明的又另一例示性实施例的包含在热引擎内的冷却室的第一与第二例示性实施例的视图，其是沿着图1的F-F线所截取的剖面图；图65是根据本发明的又另一例示性实施例的热引擎内的汽缸的剖面图。

如图62至图65所示，根据此例示性实施例的热引擎80可包含一汽缸1100、一活塞1200、一高温加热器1300、一包含冷却室1401、1411的低温冷却器1400，以及一发电机1500。

在下文中，目前的例示性实施例将参照图62至图65而描述。在这种情况下，与上述例示性实施例相同的构件将不会重复叙述。若对于一些构件没有描述，它们将被认为是与上述例示性实施例相同的构件。接下来的描述将聚焦在独特的构件上。

根据此例示性实施例，所述的低温冷却器1400形成一对以冷却汽缸1100的相对后端部分1113、1114并且收缩通过高温加热器1300热膨胀的操作气体g1与g2。所述的低温冷却器1400可包含一冷却室。

更具体地说，低温冷却器1400可包含第一低温冷却器1410与第二低温冷却器1420。冷却室包含具有用以冷却在第一低温冷却器1410内部的第一操作气体g1的第一冷却空间1401a的第一冷却室1401，以及具有用以冷却在第二低温冷却器1420内的第二操作气体g2的第二冷却空间1402a的第二冷却室1402。第一与第二冷却空间1401a与1402a是形成以连通汽缸1100的内部。此处，第一与第二冷却空间1401a与1402a可具有与第一与第二热孔1212、1222相同的长度。

举例来说，所述的第一冷却室1401可通过在半径方向延伸汽缸1100的后端部分1113的外圆周上的一部份而与汽缸1100一体成形(参照图63)。在这种情况下，第二冷却室1402可以像是第一冷却室1401而形成。

或者，具有冷却空间的第一冷却室1411可以环形安装在汽缸1100的后端部分1113的外圆周上。在这种情况下，第一冷却室1411可通过像是螺栓1、铆钉、焊接等的固定方式连接至汽缸1100。此外，在这种情况下，至少一密封构件1405可被提供在汽缸1100与第一冷却室1401之间的接触部分。进一步，至少一室连通孔1115可在汽缸1100的后端部分1113形成以连通冷却空间1411a(参照图20)。这样的第一冷却室1411的配置可应用于第二冷却室1402。

第一与第二低温冷却器1401与1420的各种例示性实施例相同于参照图11至图14描述的低温冷却器400，因此重复的描述将被避免。

以下，根据此例示性实施例的热引擎的操作将参照图66至图69而描述。

首先，如图66所示，假若一电流在初期供应至发电机1500的线圈1520，磁铁1510的磁力线是变化以产生一以弗林明左手定则为基础的驱动力，以致活塞的位置可以被调整。当活塞1200向左移动以及第一活塞1210的前端部分1211插入到形成在汽缸1100的内壁与汽缸盖单元1120之间的导引槽1123a时，也就是，假若活塞1200移动直到密封地充满在汽缸1100与第一活塞1210之间的空间的操作气体具有最大体积，第一活塞1210的热孔1212是安装在汽缸1100的第一高温加热器1310上。在这种情况下，第一操作气体g1通过第一热孔1212直接地接触第一高温加热器1310，并且在吸收来自于第一高温加热器1310的热能Q4时在高温下热压缩(参照图19的高温热压缩程序④→①)。此外，对称于第一活塞1210的第二活塞1220向左移动直到第二操作气体g2具有最大体积，并且第二活塞1220的第二热孔1222是安装在第二低温冷却器1420上，以致汽缸1110内部的第二操作气体g2可通过第二热孔1222直接地接触第二低温冷却器1420的第二冷却室1402。在这种情况下，在汽缸1100内部具有高温的第二操作气体g2碰到通过安置在第二低温冷却器1420内部的第二冷却室1402冷却而具有低温的操作气体，以及温度与压力差导致一紊流，以致第二操作气体g2可被冷却与膨胀从而快速地降低压力。因此，活塞的直线往复运动可更积极地被实现。进一步，第二操作气体g2的温度仍然高于第二低温冷却器1420的温度，以致一些内部热能Q2排出到外面(参照图19的低温冷却膨胀程序②’→③)。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图67所示，当来自于第一高温加热器1310的热能Q1连续地被汽缸1100内部的第一操作气体g1吸收，第一操作气体g1的分子增加分子运动以及其速度提高。第一操作气体g1的分子碰撞汽缸1100内壁的次数是根据分子运动而增加。因此，假若体积是固定的，实际上在体积内的压力增加。此压力向右推动安装在汽缸1100内部的第一活塞1210并且导致第一操作气体g1在高温下热膨胀(参照图19的高温热膨胀程序①→②)。此外，膨胀至具有最大体积的第二操作气体g2是与第二高温加热器1320隔绝并且只接触第二低温冷却器1420的第二冷却室1402，以及温度与压力差连续地导致一紊流，以致第二操作气体g2可被冷却与收缩从而向右移动第二活塞1220。此时，第二操作气体g2的内部热能Q3排出到外面(参照图19的低温冷却收缩与膨胀程序③→④’)。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图68所示，当第一操作气体g1具有最大体积时，第一活塞1210向右移动以及第一活塞1210的第一热孔1212是安装在低温冷却器1410上。第一操作气体g1通过第一热孔1212直接地接触第一低温冷却器1410的第一冷却室1401。此时，在汽缸1100内部具有高温的第一操作气体g1碰到在第一冷却室1401中通过第一低温冷却器1410冷却而具有低温的操作气体，以及温度与压力差导致一紊流，以致第一操作气体g1可被冷却与膨胀从而快速地降低压力。此外，第一操作气体g1的温度仍然高于第一低温冷却器1410的温度，以致一些内部热能Q2排出到外面(参照图19的低温冷却膨胀程序②’→③)。当第二活塞1220向右移动以及第二活塞1220的前端部分1221插入到形成在汽缸1100的内壁与汽缸盖单元1130之间的导引槽1133a时，也就是，假若活塞1200移动直到密封地充满在汽缸1100与第二活塞1220之间的空间的第二操作气体g2具有最小体积，第一活塞1220的第二热孔1222是安装在汽缸1100的第二高温加热器1320上。此时，第二操作气体g2通过第二热孔1212直接地接触第二高温加热器1320，并且在吸收来自于第二高温加热器1320的热能Q4时在高温下热压缩(参照图19的高温热压缩程序④→①)。此程序不是相同但大约相等于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

下一个，如图69所示，膨胀至具有最大体积的第一操作气体g1是与第一高温加热器1310隔绝并且只接触第一低温冷却器1410的第一冷却室1402。因此，温度与压力差导致一紊流，以致第一操作气体g1可被冷却与膨胀从而向左移动第一活塞1210。此时，第一操作气体g1的内部热能Q3排出到外面(参照图19的低温冷却收缩与膨胀程序③→④’)。此外，当来自于第二高温加热器1320的热能Q1连续地被汽缸1100内部的第二操作气体g2吸收，第二操作气体g2的分子增加分子运动以及其速度提高。第二操作气体g2的分子碰撞汽缸1100内壁的次数是根据分子运动而增加。因此，假若体积是固定的，实际上在体积内的压力增加。此压力向左推动安装在汽缸1100内的第二活塞1220并且导致第二操作气体g2在高温下热膨胀(参照图19的高温热膨胀程序①→②)。此程序相同于卡诺与史特灵引擎的热力循环。

若在第一与第二高温加热器1310与1320以及第一与第二低温冷却器1410与1420之间的第一与第二汽缸绝缘单元1141与1142的每一长度是较活塞1200的第一与第二热孔1212与1222的每一长度长，存在一瞬间绝热程序(参照图19的程序②→②’、④’→④)，从而完成如图19所示①→②→②’→③→④’→④→①的整个热力循环。假若第一与第二汽缸绝缘单元1141与1142的每一长度是相等于活塞1200的第一与第二热孔1212与1222的每一长度，一不具有绝热程序的理想热力循环(②＝②’，④’＝④)如图20所示。假若第一与第二汽缸绝缘单元1141与1142的每一长度是较活塞1200的第一与第二热孔1212与1222的每一长度短，第一与第二热孔1212与1222接触第一与第二高温加热器1310与1320以及第一与第二低温冷却器1410与1420两者，以致操作气体是既加热也冷却并且因此具有相似于绝热效应的效应。此时，热力循环(未显示)是相似于图19的①→②→②’→③→④’→④→①循环。

在上述根据本发明的一例示性实施例的热引擎80中，通过汽缸1100与活塞1200形成的空间是密封地充满像是氢气、氦气等操作气体，并且在外部加热与冷却，以致在重复如图66至图69所示的制程时，操作气体可热膨胀或收缩，从而直线地往复运动活塞1200。

虽然部分实施例已被提供以说明本发明，所述的实施例通过说明对于熟知此领域者将是显而易见的，以及不同的修改与以及相等的实施例可在没有脱离本发明的范畴之下而实现。因此，本发明的范畴应只通过附属的权利要求与其相等功效者而被限定。

Claims (51)

1.一种热引擎，其特征在于：其包含：

一充满操作气体的汽缸；

一加热所述汽缸的前端部分以及热膨胀所述操作气体的高温加热器；

一冷却所述汽缸的后端部分以及收缩所述操作气体的低温冷却器；以及

一容纳在所述汽缸内以在所述操作气体热膨胀及收缩时直线地往复运动并且包含一使所述操作气体直接地接触所述高温加热器或所述低温冷却器的热孔的活塞。

2.根据权利要求1所述的热引擎，其特征在于：进一步包含一转换以所述活塞的直线往复运动为基础的机械能成为电能的发电机。

3.根据权利要求2所述的热引擎，其特征在于：所述发电机包含：

一沿着纵向方向安装在所述活塞的外圆周上的磁铁；以及

一沿着纵向方向缠绕在所述汽缸的外圆周上且当所述磁铁直线地往复运动时产生一感应电动势的线圈。

4.根据权利要求1所述的热引擎，其特征在于：进一步包含一转化器以改变所述活塞的直线往复运动成为旋转运动，以及提供旋转动力到外部。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：所述汽缸包含一安置在所述高温加热器与所述低温冷却器之间的汽缸绝缘单元。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：

所述汽缸包含向外开的所述前端部分；以及

所述热引擎进一步包含一连接至且密封地闭合所述汽缸的所述前端部分的汽缸盖单元。

7.根据权利要求6所述的热引擎，其特征在于：

所述活塞在其前端部分包含一中空；以及

所述汽缸盖单元包含一连接至所述汽缸的所述前端部分的顶盖、以及一自所述顶盖突出且形成一与所述汽缸的内表面分隔一预定距离的导引槽并且容置所述活塞的所述前端部分于其内的顶盖突出部。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：

所述高温加热器包含：

一以环形排列在所述汽缸的所述前端部分的外圆周上的燃烧室；以及

一供给燃料予所述燃烧室的燃料供给单元。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：

所述高温加热器包含：

一以环形排列在所述汽缸的所述前端部分的外圆周上的外壳；

一缠绕在所述汽缸的所述前端部分的外圆周上并且安置在所述外壳内的热线构件；以及

一供给电力予所述热线构件的动力单元。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：

所述高温加热器包含：

一用以集中日光的日光集中模组；以及

一形成在所述汽缸的所述前端部分的光透射窗，以致所述操作气体可直接暴露在通过所述日光集中模组集中的日光。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：

所述低温冷却器包含：

一形成在所述汽缸的所述后端部分的外圆周上的冷却片；以及

一吹空气至并且冷却所述冷却片的冷却风扇。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：

所述低温冷却器包含：

一缠绕在所述汽缸的所述后端部分的外圆周上的冷却管；以及

一供给冷水予所述冷却管的冷却泵。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：在所述活塞的后端部分的前面沿着外圆周形成多个所述热孔。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：所述活塞的所述前端部分包含一绝缘材料。

15.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：进一步包含一提供一复原力予所述活塞的复原单元，以致所述活塞的直线往复运动可维持连续地。

16.根据权利要求1至4中任一项所述的热引擎，其特征在于：所述低温冷却器包含一冷却室，其是安置在所述汽缸的所述后端部分且形成一与所述汽缸的内部相连以冷却所述操作气体的冷却空间。

17.根据权利要求16所述的热引擎，其特征在于：所述冷却空间是形成以具有与所述热孔相同的长度。

18.根据权利要求16所述的热引擎，其特征在于：所述冷却室是通过在半径方向延伸所述汽缸的所述后端部分的外圆周的一部分而与所述汽缸一体成形。

19.根据权利要求16所述的热引擎，其特征在于：

所述冷却室是以环形安装在所述汽缸的所述后端部分的外圆周上；以及

至少一室连通孔在所述汽缸的所述后端部分形成并且连通所述冷却室内的所述冷却空间与所述汽缸的所述内部。

20.根据权利要求19所述的热引擎，其特征在于：

所述低温冷却器进一步包含至少一密封构件，其是安装在所述汽缸与所述冷却室之间的接触部分中。

21.根据权利要求16所述的热引擎，其特征在于：

所述低温冷却器包含：

一形成以环绕所述冷却室的外部且由多个冷却片组成的外壳；以及

一吹空气至并且冷却所述外壳的冷却风扇。

22.根据权利要求16所述的热引擎，其特征在于：

所述低温冷却器包含：

一形成以环绕所述冷却室的外部的管套；

一安置在所述管套内并且缠绕在所述冷却室的外壁上的冷却管；以及

一供给冷水予所述冷却管的冷却泵。

23.根据权利要求16所述的热引擎，其特征在于：进一步包含一提供一复原力予所述活塞的复原单元，以致所述活塞的直线往复运动可维持连续地。

24.一种热引擎，其特征在于包含：

一在其相对端部分内充满操作气体的汽缸；

一对加热所述汽缸的相对前端部分以及热膨胀所述操作气体的高温加热器；

一对冷却所述汽缸的相对后端部分以及收缩所述操作气体的低温冷却器；以及

一包含接触所述操作气体的相对端的活塞，其是容纳在所述汽缸内以在所述操作气体热膨胀及收缩时直线地往复运动，以及包含在相对端的热孔以使所述操作气体直接地接触所述高温加热器或所述低温冷却器。

25.根据权利要求24所述的热引擎，其特征在于：进一步包含一转换以所述活塞的直线往复运动为基础的机械能成为电能的发电机。

26.根据权利要求25所述的热引擎，其特征在于：

所述发电机包含：

一安装在所述活塞中的磁铁；以及

一当所述活塞相对于所述汽缸直线地往复运动时连同所述磁铁产生一感应电动势的线圈。

27.根据权利要求24至25中任一项所述的热引擎，其特征在于：所述汽缸包含一对汽缸绝缘单元以绝缘每一高温加热器与每一低温冷却器之间的热。

28.根据权利要求27所述的热引擎，其特征在于：每一汽缸绝缘单元是形成以具有与所述热孔相同的长度。

29.根据权利要求27所述的热引擎，其特征在于：所述高温加热器、所述低温冷却器、所述汽缸绝缘单元以及所述热孔是形成以具有彼此相同的长度。

30.根据权利要求24至26中任一项所述的热引擎，其特征在于：

所述汽缸包含向外开的所述相对前端部分；以及

所述热引擎进一步包含一对分别连接至且密封地闭合所述汽缸的所述相对前端部分的汽缸盖单元。

31.根据权利要求30所述的热引擎，其特征在于：

所述活塞在其所述相对前端部分的每一个包含一中空；以及

每一汽缸盖单元包含一连接至所述汽缸的每一前端部分的顶盖；以及一自每一顶盖突出且形成一与所述汽缸的内表面分隔一预定距离的导引槽并且容置所述活塞的每一前端部分部分于其内的顶盖突出部。

32.根据权利要求24至26中任一项所述的热引擎，其特征在于：

所述高温加热器提供燃烧、熔融盐热储存材料或日光作为一热源。

33.根据权利要求24至26中任一项所述的热引擎，其特征在于：

所述高温加热器对组包含：

一加热与热膨胀充满于所述汽缸的一端部分的第一操作气体的第一高温加热器；以及

一加热与热膨胀充满于所述汽缸的另一端部分的第二操作气体的第二高温加热器。

34.根据权利要求33所述的热引擎，其特征在于：

所述低温冷却器对组包含：

一与所述第一高温加热器分开一预定距离以及冷却与收缩通过所述第一高温加热器所热膨胀的所述第一操作气体的第一低温冷却器；以及

一与所述第二高温加热器分开一预定距离以及冷却与收缩通过所述第二高温加热器所热膨胀的所述第二操作气体的第二低温冷却器。

35.根据权利要求34所述的热引擎，其特征在于：

所述活塞包含：

一容纳在所述汽缸的一内侧的第一活塞，以便接触所述第一操作气体以及当所述第一操作气体热膨胀与收缩时直线地往复运动；以及

一连接到所述第一活塞且容纳在所述汽缸的另一内侧的第二活塞，以便接触所述第二操作气体以及当所述第二操作气体热膨胀与收缩时直线地往复运动。

36.根据权利要求35所述的热引擎，其特征在于：

所述第一活塞包含一第一热孔，根据热力循环以使所述第一操作气体直接地接触所述第一高温加热器或所述第一低温冷却器。

37.根据权利要求36所述的热引擎，其特征在于：在所述第一活塞的后端部分的前面沿着外圆周形成多个所述第一热孔。

38.根据权利要求36所述的热引擎，其特征在于：进一步包含一排列在所述第一活塞的所述第一热孔的后部的第一活塞绝缘单元。

39.根据权利要求35所述的热引擎，其特征在于：

所述第二活塞包含一第二热孔，根据热力循环以使所述第二操作气体直接地接触所述第二高温加热器或所述第二低温冷却器。

40.根据权利要求39所述的热引擎，其特征在于：在所述第二活塞的后端部分的前面沿着外圆周形成多个所述第二热孔。

41.根据权利要求39所述的热引擎，其特征在于：进一步包含一排列在所述第二活塞的所述第二热孔的后部的第二活塞绝缘单元。

42.根据权利要求39项所述的热引擎，其特征在于：假若所述活塞遵循所述热力循环移动，以致所述第一热孔接触所述第一高温加热器且所述第二热孔接触所述第二低温冷却器时，所述第一操作气体变成一最大压缩状态且所述第二操作气体变成一最大膨胀状态，以及假若所述活塞遵循所述热力循环移动，以致所述第一热孔接触所述第一低温冷却器且所述第二热孔接触所述第二高温加热器时，所述第一操作气体变成一最大膨胀状态且所述第二操作气体变成一最大压缩状态。

43.根据权利要求24至26中任一项所述的热引擎，其特征在于：进一步包含至少一活塞环，其是安装在所述活塞的外圆周上，以致所述汽缸与所述活塞可以被密封。

44.根据权利要求24至26中任一项所述的热引擎，其特征在于：每一低温冷却器包含一冷却室，其是安置在所述汽缸的每一后端部分且形成一与所述汽缸的内部相连以冷却所述操作气体的冷却空间。

45.根据权利要求44所述的热引擎，其特征在于：每一冷却空间是形成以具有与每一热孔相同的长度。

46.根据权利要求44所述的热引擎，其特征在于：每一冷却室是通过在半径方向延伸所述汽缸的每一后端部分的外圆周的一部分而与所述汽缸一体成形。

47.根据权利要求44所述的热引擎，其特征在于：

每一冷却室是以环形安装在所述汽缸的每一后端部分的外圆周上；以及

至少一室连通孔在所述汽缸的每一后端部分形成并且连通每一冷却室内的所述冷却空间与所述汽缸的所述内部。

48.根据权利要求47所述的热引擎，其特征在于：

每一低温冷却器进一步包含至少一密封构件，其是安装在所述汽缸与所述冷却室之间的接触部分中。

49.根据权利要求44所述的热引擎，其特征在于：

每一低温冷却器包含：

一形成以环绕每一冷却室的外部且由多个冷却片组成的外壳；以及

一吹空气至并且冷却每一外壳的冷却风扇。

50.根据权利要求44项所述的热引擎，其特征在于：

每一低温冷却器包含：

一形成以环绕每一冷却室的外部的管套；

一安置在每一管套内并且缠绕在每一冷却室的外壁上的冷却管；以及

一供给冷水予每一冷却管的冷却泵。

51.根据权利要求44所述的热引擎，其特征在于：进一步包含一提供一复原力予所述活塞的复原单元，以致所述活塞的直线往复运动可维持连续地。

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