CN102753806A - 斯特林循环热力发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热力发动机，所述热力发动机由在至少一个具有相同轴的圆柱形主体(57)中对称地形成的两个单元斯特林循环发动机(M1、M2)的至少一个组件构成，各单元发动机包括第一压缩/膨胀室和第二压缩/膨胀室(55、63)、蓄热器(59)及第一外壁和第二外壁(67、51)，所述蓄热器(59)用于分离所述第一室和第二室，所述第一外壁和第二外壁(67、51)用来分别密封第一室和第二室的体积，一个单元发动机的所述蓄热器、所述第一外壁和第二外壁被刚性连接到另一单元发动机的相同元件上。

Description

斯特林循环热力发动机

技术领域

本发明总体涉及一种斯特林循环热力发动机。更具体地，本发明涉及一种减少功率损耗的发动机。

背景技术

斯特林发动机用于工业制冷及军事或空间应用。这种发动机具有的优点为：在没有使用通常会造成污染的制冷剂的情况下，可用作马达或制热或制冷。斯特林发动机的另一个优点为：其热源是外部的，因此，该热源可以通过任何已知类型的燃料或甚至太阳辐射来获得。

在斯特林循环中，使气体(例如，空气、氮气、氢气或氦气)经受四相循环：等容加热、等温膨胀、等容冷却和等温压缩。

图1为斯特林发动机的总体示意图。第一腔室3通过第一热交换器7、蓄热器9和第二热交换器11与第二腔室5连接。包括腔室、交换器和蓄热器的组件可以是圆柱形的。第一热交换器7和第二热交换器11分别与热温度为T_C的热源和冷温度为T_F的冷源连接。例如，所述冷源可以是接近环境温度的源，并且所述热源可以是更热的隔热源。在本发明认为的通常情况下，交换器通过传热流体连接到热源和冷源，传热流体例如，通过泵流过管道且进行流动(见下文)。

分别通过移动界定腔室3和5的可变体积的活塞13和15，关闭腔室3和5。应该理解，具有不同的方法使图1所示的斯特林发动机的不同元件相对彼此移动：例如，在所谓的α配置的情况下，两个活塞13和15可以是可移动的，而蓄热器9及交换器7和11可以是固定的。如果发动机的中心部位(蓄热器)是可移动的，活塞13和15中的一个也可以是固定的。由蓄热器9及交换器7和11形成的组件也可以设置成是固定的，并且腔室3和5的可变体积可以被单一体积所限定，该单一体积被称为置换器的移动壁分成两部分。这种配置通常被称为β配置。

图2A至2D是说明斯特林发动机循环的步骤的示意图。

在图2A所示的初始任意状态A中，气体体积被存储在第一腔室3中，第二腔室5具有零体积或非常小的体积。

在第一腔室3中的气体通过热源被加热，并且其压力增加。这将活塞13移至状态B(图2B)，在该状态B中，腔室3中的气体占据的体积大于状态A中同一腔室的体积。在等温膨胀阶段(步骤A至B)，机械功被提取。

然后，等容冷却可将状态B转变为状态C，在状态C中，热腔室3中的气体被转移至冷腔室5。在这个转移过程中，存储在腔室3中的气体穿过蓄热器9，并且在到达腔室5时已冷却。包含于热气体中的热在蓄热器中被“提取”，且所述气体冷却。

等温压缩可将状态C转变为状态D，在状态D中，腔室5中的气体占据的体积小于在状态C中同一腔室的体积。通过驱动活塞15进行所述压缩，以减小腔室5的体积。这个步骤消耗机械功率，但是小于在状态A和状态B之间的膨胀中提供的功率。

最后，等容转移可将状态D转变为原始状态A，在状态A中，气体被存储在热腔室3中。在这个步骤中，气体从冷腔室5通过蓄热器9传递至热腔室3。在蓄热器中，当气体第二次穿过蓄热器(步骤D至A)时，在等容冷却(步骤B至C)过程中提取的热被归还给所述气体。因此，在接触交换器7之前，所述气体变热。应该指出，在已知的发动机中，腔室3和5在所述循环中交替地几乎完全是空的。

在发动机循环中，在步骤A和B之间的膨胀过程中提取的机械功部分地用于等温压缩。蓄热器可使从状态B转变为状态C的过程中提取的热被分配给从状态D转变为状态A中的气体，并且避免由热气进入冷腔室所引起的热损耗(其避免了不可逆性)，反之亦然。实际上，蓄热器操作如下：当热气体穿过冷蓄热器时，所述气体在加热所述蓄热器的同时冷却，反之，当冷气体穿过热蓄热器时，在冷却所述蓄热器的同时所述气体变热。为了执行其功能，所述蓄热器必须由在气流方向是不良热导体的材料制成，例如，隔热材料，以避免不同温度的各部分之间发生直接热传递。

在此考虑的发动机期望是可逆的，也就是说，可以被用于发动机循环或热泵循环。应该指出，这种可逆性的定义与现在的定义不同，对于这种可逆性，可逆的发动机为具有可以转换的冷源和热源的发动机。

目前，斯特林循环发动机具有可提高的效率。这是由于在这种发动机中出现许多损耗源，尤其是，在传热流体和工作气体之间的热交换层面或在机械传动层面。

因此，本发明已搜素并确定不同的损耗源，并且已提供减少损耗的解决方案。

发明内容

本发明的实施方式的一个目的是提供一种减少不同的功率损耗的斯特林循环热力发动机。

本发明实施方式的另一个目的是提供一种由在反相中操作的两个单元发动机构成的斯特林循环热力发动机。

因此，本发明的实施方式提供一种热力发动机，该热力发动机由在至少一个或多个相同轴的圆柱形主体中对称地形成的两个单元斯特林循环发动机的至少一个组件构成，各单元发动机包括第一和第二压缩/膨胀室、蓄热器、及第一和第二外壁，所述蓄热器用于分离所述第一和第二室，所述第一和第二外壁用来分别闭合第一和第二室的体积，单元发动机的所述蓄热器、所述第一和第二外壁被刚性连接到其它单元发动机的相同元件上。

根据本发明的实施方式，各第一外壁在主体中是可移动的，各第二外壁相对于主体是固定的，并且各蓄热器在主体中是可移动的。

根据本发明的实施方式，在同一主体中形成的两个单元发动机的两个蓄热器通过位于主体中心的轴线相互连接，并且第一外壁通过在主体的外部延伸的一个或多个杆刚性地相互连接。

根据本发明的实施方式，第一和第二压缩/膨胀室被第一和第二隔板分隔，所述第一和第二隔板分别从联接的外壁和从蓄热器轴向地延伸，第一和第二隔板在所述第一和第二隔板之间的相对运动中交错。

根据本发明的实施方式，由外壁和关联的隔板形成的组件是通过卷绕宽带材和至少一个窄带材而形成的，所述窄带材具有与外壁的宽度相对应的宽度，窄带材除了其与所述室接触的区域之外沿着其整个宽度打孔，所述宽带材在其位于所述窄带材的被打孔的宽度的层面的部分上被打孔。

根据本发明的实施方式，所述发动机还包括与第一壁和第二壁联接的部件，所述部件位于所述压缩/膨胀室的外部，其中，可以将传热流体引入在卷绕体中形成的孔中的通道被限定。

根据本发明的实施方式，各蓄热器被两个可渗透的内壁所界定，隔板从所述内壁轴向地延伸至蓄热器的外壳，各内壁和与其联接的隔板是通过卷绕宽带材和至少一个窄带材而形成的，所述窄带材具有与蓄热器壁的宽度相对应的宽度，所述窄带材横向地包括第一波纹区域、第二平面区域及第三波纹区域，所述第一波纹区域具有相对于带材长度的斜波纹，所述第三波纹区域在与第一区域的波纹相反的方向上具有相对于带材长度的斜波纹，所述宽带材包括朝向卷绕体中的窄带材的第一区域和第三区域的波纹区域，所述波纹区域在与窄带材的波纹相反的方向上具有相对于所述宽带材长度的斜波纹。

根据本发明的实施方式，各单元发动机还包括圆柱形部件，该圆柱形部件可以与蓄热器一起移动，并且围绕主体中的蓄热器形成。

根据本发明的实施方式，所述主体包括用于界定各单元发动机的第一背腔室的延伸部分，该第一背腔室相对于第一外壁在第二压缩/膨胀室的对面，各单元发动机的背腔室通过管道直接连通。

根据本发明的实施方式，第一传热流体通过管道流入和流出各第一背腔室，在所述管道中，在第一传热流体的循环方向上形成止回阀，第一外壁相对于管道的移动确保将传热流体泵送到管道中。

根据本发明的实施方式，所述主体包括用于界定第二背腔室的延伸部分，该第二背腔室相对于第二外壁在第二室的对面。

根据本发明的实施方式，第二传热流体通过管道流入和流出第二背腔室，在所述管道中在第二传热流体循环的方向上形成止回阀。

根据本发明的实施方式，所述发动机包括在与第二外壁接触的第二背腔室中的燃烧室。

根据本发明的实施方式，第一外壁刚性连接到第一连杆的底部，所述第一连杆具有与第一曲轴联接的头部，并且蓄热器刚性连接到第二连杆的底部，所述第二连杆具有与第二曲轴连接的头部，所述第一曲轴和第二曲轴围绕同一轴线形成。

附图说明

在下列参照附图对特定实施方式的非限制描述中，将详细描述本发明的上述和其它的目的、特性及优点，其中：

图1如上所述为斯特林发动机的总体示意图；

图2A至2D如上所述是说明斯特林循环的步骤的示意图；

图3是斯特林循环发动机的结构的示例的简化的截面图；

图4示出图3的发动机的两个半交换器的结构的示例；

图5是根据本发明的实施方式的单元发动机的简化的流程图；

图6是说明根据本发明的实施方式的由两个单元热力发动机形成的发动机的简化的截面图；

图7A至7F示出使用图6的发动机的循环的步骤；

图8示出根据本发明的实施方式的两个半交换器的示例；

图9A、图9B和图9C更详细地示出图8所示元件；

图10和11是图6所示发动机的两个更详细的截面图；以及

图12示出根据本发明的实施方式的包括四个单元斯特林循环发动机的热力发动机。

为清楚起见，相同的元件在不同的图中被指定为相同的附图标记。此外，各图未按比例绘制。

具体实施方式

为了提高斯特林循环发动机的效率，需要确定在这些发动机中出现的损耗的不同来源，然后提供减少这些损耗的解决方案。

1.压缩-膨胀室及交换器

损耗首先出现在压缩/膨胀室中，在所述压缩/膨胀室中，压缩和膨胀过程中出现温度差异，而理论上应该是等温的。实际上，在常规情况下，各压缩/膨胀室是由移动壁界定的体积形成，大部分气体经受不等温的转换。因此，气体的温度与相应的热交换器或冷交换器的温度不同。

损耗的第二个来源通常是由于在各交换器中出现的温度差异和形成这些交换器的材料的耐热性。

为了限制这两种类型的损耗，形成一种发动机，其中，压缩/膨胀室直接与热源和冷源连接并且被具有轴向隔板的可移动横向壁所界定，当所述室的体积减小时，所述轴向隔板从可移动横向壁延伸，从而交错。因此，各压缩/膨胀室被第一外壁和与蓄热器连接的第二壁所界定，与热源或冷源的热交换发生在外壁的层面。应该指出，在下文中，“壁”或“内壁”将用于指定一个部件，该部件用于在蓄热器侧界定压缩/膨胀室，尽管这个部件不是密封的并且设置成让气体沿轴向方向通过。此外，在下文中，“交换器”将用于指定压缩/膨胀室，该压缩/膨胀室用来从热源或冷源接收能量。在下文中，第一壁和第二壁及其关联的隔板将被称为“半交换器”。

一方面，在压缩/膨胀室中形成的轴向壁使气体温度在压缩/膨胀过程中不会变成与交换器不同的温度。另一方面，所述壁的往复运动使得能够将热一直传递至交换结构的中心，并且避免交换器中温度发生变化，甚至在所述隔板是由不良的导电材料(例如，某些钢)制成的情况下。

图3是这种斯特林循环发动机的主体的详细的截面示意图。

例如，所述发动机在密封气缸21中形成，并且包括由蓄热器27分离的第一室23和第二室25。由两个半交换器形成的交换器在室23和室25的每一个中形成。第一防渗横向外壁33、35分别具有从其延伸的轴向隔板29、31，并且在室23、25中分别形成第一半交换器。第二内壁41、43分别连接到蓄热器27，分别具有从其延伸的轴向隔板37、39，并且在室23、25中分别形成第二半交换器。内壁41和内壁43界定蓄热器的位置并且让气体通过。

在所示的示例中，蓄热器27包括轴向隔板45、47，该轴向隔板45、47分部从壁41和壁43延伸。隔板45和47显示为交错的配置，例如，具有与隔板29和隔板37或隔板31和隔板39相同的形状，并且优选地由是不良热导体但具有与气体热交换的良好性能的材料制成，即，具有足够的热扩散系数。例如，隔板45和隔板47可以由聚碳酸酯制成。可以将与气流平行的导板添加到蓄热器中，以确保经由所述蓄热器的气体在两个位移方向沿着相同的路径。应该指出，本发明描述的蓄热器结构仅为示例，在图3所示的发动机中可以使用已知的任何类型的蓄热器。

在所示的示例中，发动机围绕中心轴49形成。轴49包括元件，该元件可以确定热力发动机的不同元件相对于彼此的位置。可以由围绕轴49的一个或几个片材的螺栓型卷绕体形成隔板29、37、31、和39，或甚至隔板45、47。在图3中以阴影线的部分示出元件，该元件提供气缸21中不同壁33、35、41和43的密封性、绝热性、机械保持和/或位移。

隔板29和31分别附接至与热源和冷源接触的壁33和35，使得可以将热传递至室23和25的整个体积内。隔板37和39的往复运动在所述传递中起着重要的作用。

图4是说明在图3所示的发动机的室23中形成隔板的可能的解决方案的透视图。应该指出，在该图和后续图中，螺旋的数量和不同螺旋之间的间距未按比例绘制。

在图4中，为了简化，未示出外部气缸(21，图3)，在该气缸中发动机元件在移动。此外，以相互远离的方式示出界定室的隔板，以更容易理解。在实践中，从所述壁延伸的轴向隔板交错。

室23被第一密封外壁33所界定，围绕轴线49形成，并且具有从其延伸的隔板29。壁33设置成接触热或冷的传热流体，通常为液体或气体。在所示的示例中，隔板29和壁33由围绕轴49缠绕的导电材料的带材形成。形成隔板29的较宽带材及形成壁33且确保所述壁的密封性的较厚带材或几个薄带材围绕轴49缠绕。在壁33的层面进行焊接以提高密封性。在压缩/膨胀室23的另一侧形成与结构29/33相似的结构，包括用于分隔蓄热器(未示出)的内壁，该蓄热器具有从其延伸的隔板37。隔板37也由围绕轴49缠绕的板形成，用于分隔与隔板37相关的蓄热器的壁让气体通过。

因此，在所述示例中，隔板29和37在垂直于室长度的平面的截面图中具有螺旋形状。第一螺旋形成隔板29且第二螺旋形成隔板37，隔板29和37设置成当室23的体积减小时交错。

形成交错的交换器使得在与热/冷源热交换时能够同时进行压缩和膨胀。因为各气体分子相对靠近隔板，因此，避免室中气体的温度变化。

此外，为了进一步提高压缩/膨胀室中的交换，从相同的壁延伸的隔板之间的距离设置成，所述距离的一次平方与热力发动机循环时间的比例小于包含于室中的气体的平均热扩散率。这使得壁的热有时间扩散到压缩/膨胀循环中的整个气体体积，而不需要紊流(层流状态)。

2.机械损耗

在传统的发动机中，气体的压缩由在该气体的膨胀中重新获得的能量进行确保。在简单的循环中，这两个事件不同时发生，这需要存储能量然后将能量归还。这通常通过飞轮或有时通过电力累积进行。

此外，在压缩过程中，压缩需要的能量与绝对温度成比例。在膨胀过程中重新获得的能量也与膨胀过程中的绝对温度成比例。这两个温度之间的差异限定了能量守恒。如果能量传输通常通过机械元件(连杆、轴承、齿轮...)的组件进行，这些元件将从其传输的与一绝对温度成比例的能量中抽取一定比例的机械损耗。

为了减少机械损耗，设置成形成一种热力发动机，该热力发动机包括以具体方式连接的几个单元斯特林循环发动机。

图5是根据本发明的实施方式的单元斯特林循环发动机及其驱动系统的简化的示意图。应该指出，在图5及后续图中，以相同方式用阴影线画出移动的部件。

所述单元发动机包括由外壁51形成的第一半交换器，所述第一半交换器具有在第一压缩/膨胀室55中从其延伸的轴向隔板53。在主体57中壁51是可移动的，所述主体57界定发动机轮廓(例如，圆柱形的)。蓄热器59在主体57中形成，并且在所述主体57中是纵向(轴向)可移动的。蓄热器59在室55中具有从其延伸的轴向隔板61，该轴向隔板61用作与隔板53交错。在主体57中蓄热器的另一侧形成第二压缩/膨胀室63。蓄热器59具有从其延伸至室63的轴向隔板65。由外壁67形成的第二半交换器相对于主体57被固定，所述外壁67具有从其延伸至室63的轴向隔板69。隔板69用于在室63中与隔板65交错。应该指出，隔板53、61、65及69可以以图4所示的方式形成。

围绕轴71形成上述不同的元件，所述元件随着蓄热器59是可移动的。形成第一流体循环回路73(热源或冷源)以冷却或加热壁51，从而冷却或加热隔板53。形成第二流体循环回路75(冷源或热源)以冷却或加热壁67，从而冷却或加热隔板69。回路73和75设置成将冷或热流体引至尽可能靠近室55和63(参照下文)。

轴71的一端与连杆77的底部连接，所述连杆77的头部与曲轴79连接。可移动的壁51与连杆81的底部连接，所述连杆81的头部与曲轴83连接，所述曲轴83具有与曲轴79相同的轴线。连杆77和81的头部以相移的方式与曲轴79和83连接。曲轴79和83与马达M或交流发电机85(在热或冷却泵的情况下为马达，交流发电机用于在斯特林发动机循环中运行)连接。

图5所示的发动机的操作与图1所示的发动机的操作略微不同，因为在这种情况下，蓄热器在发动机中是可移动的(“移动蓄热器”)。应该指出，不仅限于图5所示的机械系统(连杆和曲轴)，只要轴71和壁67的运动是相互相移的，就可以使用能够将平移变成旋转的任何机械系统。

为限制在包括斯特林循环发动机的装置中的损失，一种实施方式提供通过刚性连接，机械地连接诸如图5所示的两个或多个单元发动机的元件。

图6是示出由与单一驱动系统连接的两个单元发动机形成的热力发动机的实施方式的局部简化的截面图。应该指出，在图5中示出但未详细说明的传热流体的循环未在图6中示出。图10和图11将详细说明这种循环。

在图6中，考虑包括诸如图5所示的两个单元发动机M1和M2的装置。在该图中，与图5中的附图标记相同的附图标记用于描述发动机M1和M2，应用于发动机M1的各附图标记具有延长部分“-1”，并且应用于发动机M2的各附图标记具有延长部分“-2”。此外，为了简化，在该图中未示出诸如图5的连接77-79-81-83的与马达或交流发电机的连接。

单元发动机M1和M2相互对称，并且其轮廓被圆柱形主体57界定。各单元发动机包括可移动的蓄热器59-1、59-2(未详细示出)，在该蓄热器59-1、59-2的两侧形成两个压缩/膨胀室63-1和55-1、63-2和55-2。轴向隔板61-1和65-1分别从蓄热器59-1延伸至室63-1和55-1。轴向隔板61-2和65-2分别从蓄热器59-2延伸至室63-2和55-2。室63-1、55-1分别在蓄热器59-1的相对侧，分别被外壁51-1、67-1所界定，并且外壁51-1、67-1分别具有从其延伸的轴向隔板53-1、69-1。室63-2、55-2分别在蓄热器59-2的相对侧，分别被外壁51-2、67-2所界定，并且外壁51-2、67-2分别具有从其延伸的轴向隔板53-2、69-2。壁67-1和67-2在主体57中彼此面对地形成。发动机M1和M2的元件围绕单一中心轴71形成，蓄热器59-1和59-2被刚性附接至所述轴。

主体57包围室63-1、55-1、63-2及55-2，并且在各单元发动机的任一侧在部分87-1、87-2中延伸，部分87-1、87-2界定背腔室89-1、89-2，所述背腔室89-1、89-2相对于壁51-1、51-2与室63-1、63-2相对。至少两个开口91-1、91-2在延长部分87-1、87-2中形成，以使在空腔89-1、89-2中的传热流体能够朝向外壁51-1、51-2流动。主体57还包括在两个单元发动机之间并在两个壁67-1和67-2之间的延伸部分93，以形成腔室94。至少两个开口95在延伸部分93中形成，以使传热流体能够朝向壁67-1和67-2流动。

在腔室94中形成一个或多个刚性连接97，以使壁67-1和67-2互相连接，这些壁还与主体57整合为一体。应该指出，可以不设置刚性连接97，则壁67-1和67-2的位置的保持由主体57确保。刚性连接还在壁51-2和51-1之间形成，且在主体的外部。该刚性连接由与壁51-1和51-2整合为一体的部件99形成，部件99穿过主体57的延长部分87-1和87-2并且延伸到主体57的外部。因此，壁51-1和51-2是直接机械连接的。在壁51-1和51-2之间形成的连接可以被第二刚性部件101加强，所述第二刚性部件101与主体57外部的刚性部件99对称地形成。

应该指出，除了或代替轴71，蓄热器可以通过与杆99和101类似的外部刚性杆相互连接。

因此，在诸如图6所示的装置中，在两个单元发动机中起相同作用的元件(蓄热器、第一可移动壁51-1和51-2、及第二固定壁67-1和67-2)通过直接机械连接相互连接。

以与图5所示的单元发动机中相同的方式，轴71及壁51-1和51-2被连接到一装置，用于将线性机械运动变成旋转运动，该装置例如为具有相移旋转的头部的连杆的系统。

图7A至图7F示例性示出在开口95让热的传热流体通过并且开口91-1和91-2让冷的传热流体通过的情况下，在发动机循环中，图6所示的发动机的操作。应该指出，两个发动机的可移动元件的运动是正弦曲线的，因此可以观察到与理想循环的轻度偏差。然而，下列循环保持具有作为最大理论效率的卡诺效率的循环。

在图7A所示的步骤中，发动机M1处于等温压缩阶段的末尾而发动机M2处于等温膨胀阶段的末尾，这导致蓄热器59-2(R2)和壁67-2(H2)彼此相距最远(发动机M2中的热气体的体积最大)，而蓄热器59-1(R1)和壁67-1(H1)彼此相距最近(发动机M1中的热气体的体积最小)。

在图7B所示的步骤中，单元发动机M1在等容加热阶段。气体从冷腔室63-1的蓄热器(R1)流向热腔室55-1，并且在热源侧开始等温膨胀。在该步骤中，单元发动机M2在等容冷却阶段。气体从与热源相关的腔室55-2开始流向与冷源相关的腔室63-2。

在图7C所示的步骤中，发动机M1在等温膨胀阶段的初始而发动机M2在等温压缩阶段的初始，这导致发动机M1中的冷气体的体积最低(蓄热器59-1(R1)离壁55-1(C1)最近)，而M2中的冷气体的体积最高(蓄热器59-2(R2)离壁51-2(C2)最远)。

在图7D所示的步骤中，发动机M1在等温膨胀阶段的末尾而发动机M2在等温压缩阶段的末尾，这导致发动机M1中的热气体的体积最高(R1离H1最远)，而发动机M2中的热气体的体积最低(R2离H2最近)。

在图7E所示的步骤中，发动机M1在等容冷却阶段，而发动机M2在等容加热阶段。

在图7F所示的步骤中，发动机M1在等温压缩阶段的初始而发动机M2在等温膨胀阶段的初始(R1和C1相距最远，R2和C2相距最近)。

因此，两个发动机M1和M2具有反相的相似的正弦操作。优选地，在双发动机中，通过蓄热器59和壁67的相对运动重新获得的膨胀能量被直接传送至第二发动机，以进行在所述第二发动机中的等温压缩阶段。两个蓄热器之间及壁51-1和51-2之间存在的刚性机械连接可避免机械损耗：实际上，因为所述连接是刚性的，在该连接中没有摩擦或生热。

由刚性连接的系统传送到连杆/曲轴组件、线性马达、或任何其它运动转换部件的能量相当于压缩所需的能量和膨胀提供的能量之差。对应于机械效率的损失比例取自与热源和冷源的绝对温度之间的差异成比例的能量，与此相反，在传统的解决方案中，这种比例取自各能量源，因此与各绝对温度成比例。

因此，双重配置使压缩和膨胀能够同时进行，以直接使用能量而不需要存储能量。这相对于传统的结构能够大幅度地减少系统中的机械损耗，在传统的结构中，两个发动机或更多发动机反相操作，并且通过不同的连杆连接到同一曲轴和同一驱动轴。在这种情况下，机械能经过连杆传输且部分能量丢失。此外，如图10和11所示，双重配置使中心部分能够与周围空气更好地热隔离。

3.交换器及蓄热器

传热流体和交换器壁之间的温度差异也引起功率损耗。为了减少这种损耗，需要提高传热流体和壁之间的交换，尤其是通过使用具有足够的热导率和适当选择的厚度的材料。

此外，在蓄热器中，也可能发生蓄热器的内部交换壁和气体之间有温度差异。当壁和气体之间的热交换差时，这种差异更大。在循环中，在蓄热器的内部交换壁的表面，也可以观察到温度差异，因此有损耗：当气体第一次经过时，壁被所述气体稍微冷却，然后被加热。当蓄热器具有低的热惯性时，这种影响更大。如果循环是快速的，则温度差异具有增大的风险，并且“集肤效应”出现在交换壁的表面，热没有时间渗透进这些壁，并且仅表面参与蓄热功能。

此外，气体穿过蓄热器引起电荷损耗，这必须降至最低。而且，形成蓄热器的材料本身是不良导体，并且引起从热的部分至冷的部分进行直接热传导。这种损耗必须降至最低。

最后，传热流体的流速不是无限的，并且其热容量也不是。因此，在传热流体的流进和流出之间发生的温度下降在各交换器中引起损耗。如果交换器是由相互绝缘的螺旋形成的卷绕体形成，在与各交换器接触时径向地发生流体循环，可以大幅度地减少这种损耗。此外，如果蓄热器也由相互绝缘的螺旋形成，则气体的各部分在热交换器、蓄热器及冷交换器的相同半径的螺旋中分别具有层状往复运动。然后距轴线的给定半径处的各气体部分进行两个温度之间的斯特林循环，所述温度根据半径变化。

图8示出界定压缩/膨胀室的两个半交换器的实施方式。图9A至图9C示出图8所示的半交换器的更详细的部分。

为了有助于热源和冷源与包含于各单元发动机中的气体之间的热交换，并且为了使得单元发动机的压缩室和膨胀室之间的热交换更容易，设置成以特定的方式形成半交换器和蓄热器。

图8是压缩/膨胀室63的结构的透视图。在该图中，为清楚起见，未示出发动机主体。压缩/膨胀室63被第一外壁51和第二壁59所界定，所述第一外壁51具有从所述第一外壁51延伸至压缩/膨胀室的轴向隔板53，所述第二壁59与蓄热器连接。壁59具有从所述壁59延伸至压缩/膨胀室63的轴向隔板61。隔板53和61面对彼此，并且当压缩/膨胀室63的体积减小时交错。

外壁51设置成与冷源或热源接触。为了提高与隔板53接触的壁51和冷或热流体之间的交换，通过将几个条带缠绕在一起，以特定的方式形成这个组件。第一宽带材111与一个或多个窄带材113缠绕，所述第一宽带材111具有形成隔板53的一端，所述窄带材113具有相当于壁51宽度的宽度。如图9A所示，除了在一个小宽度上提供工作气体(在压缩/膨胀室63中)和传热流体之间的密封性，带材113在其整个宽度上被穿孔115。具有形成隔板53的部分的宽带材111仅在相当于带材113的被穿孔的宽度的宽度上也被穿多个孔。

带材111和113的卷绕体设置成，在压缩/膨胀室63的界限处，孔终止以确保压缩/膨胀室63的密封性。为了进一步提高这种密封性，在缠绕后，与压缩/膨胀室63接触的端部将例如通过激光被粘合、焊合或熔接，以形成压缩/膨胀室63的密封部分。因此，所述卷绕体在传热流体源的层面是多孔的，而在压缩/膨胀室63的层面是密封的。

带材111和113中的多孔部分使得传热流体尽可能接近压缩/膨胀室63和隔板53流动。为了让流体通过，孔的大小和位置设置成给定带材的每一个孔总是出现在其接触的各带材中的至少一个孔的层面上。这种梅花形结构使得能够确定，距带材的边缘不同距离的孔连通。这使得传热流体能够容易地渗入多孔厚度中。此外，一排孔被定位在传热流体侧的带材111和113的边缘，以使所述流体能够渗入多孔结构。

选择带材孔之间的距离以使得没有重复结构出现在多孔部分，所述重复结构可能对流体循环产生不利影响。例如，如果缠绕在一起的带材的总厚度是e，将避免由孔生成的图案的距离接近于πe的整数倍。较大的孔直径实现冷却流体的良好流动，但是，该直径必须选择成：通过孔周围剩余的材料允许良好的热传导。

图9A示出带材113，其中，根据适合的图案形成孔115。孔115沿着带材长度在多行上以梅花形形成。作为在所缠绕的带材的组件具有厚度e＝0.552mm的情况下数字化应用的一个示例，相同行的孔115可以以4.7mm和4.9mm之间的距离范围相间隔，优选地间隔距离为4.8mm。两个相邻行的孔的中心位于相对于带材宽度形成大约60°的角度的轴线上。在整个带材宽度上，在两个相邻的行中形成的孔可以以1.3mm和1.4mm之间的距离范围分离(在2.5mm和3mm之间的带材长度范围内同一层面上的两个孔之间的距离)。其它的尺寸在图9A中以示例示出。

如果在传热流体的流入和流出之间卷绕体内保持温度差异，也可以提高效率。在流体的径向流动的情况下(参照下文)，期望限制在总体结构的径向方向上的导热性。为了实现这个目的，设置成将螺旋结构的不同带材相互隔离，这种隔离还可以设置具有弹性的组件，这使得可以适应螺旋的内部和外部之间的膨胀差异。这两种功能即弹性和隔离可以通过在卷绕体中压缩/膨胀室63的边界处设置具有足够的隔热性的略软的胶114来实现。为了这个目的，可以通过沿着“之字形”图案114或沿着包括在缠绕带材的未穿孔部分的宽度中的正弦曲线来焊接螺旋，正弦曲线的距离与孔之间的距离一样符合相同的条件(与πe的倍数不同)。

两层焊接叠加的点提供硬度和各带材角度定位的精度，为保持卷绕体的尺寸需要这种定位，而两层焊接未叠加的点使得层被设置成不完全连续，这可以热隔离所述层，并且在径向方向上提供弹性，以吸收膨胀。

应该指出，上述交换壁结构适用于图5所示的发动机的不同的外部交换壁，即，适用于壁51和67。

为了最小化蓄热器中损耗的不同来源，还提供在图8、图9B和图9C中部分示出的蓄热器的特定的结构。利用具有足够的热扩散系数和足够的热惯性的隔热材料形成蓄热器，以避免循环过程中的温度变化。

由两个外壁(参照图10至图12)界定蓄热器，在图8中示出这些壁中的一个(附图标记59)。轴向隔板61和65从这些壁延伸至压缩/膨胀室63和65。

为了形成蓄热器，形成几个条带构成的卷绕体，第一宽带材用于形成交换器的隔板61，一个或多个第二窄带材117让气体通过，并且确保支撑结构及形成蓄热器壁。与第一宽带材类似的第三带材可以设置在相同的卷绕体中或从其偏移，以形成内部蓄热器壁(未示出)。如图8、图9B及图9C所示，薄带材117和位于薄带材层面的卷绕体中的宽带材的一部分是变形的。

图9B示出在与窄带材117缠绕的形成隔板61的带材的一部分的层面上，形成隔板61的带材的变形的示意图。带材61在整个这部分的宽度和沿其整个长度上包括一系列的三个区域119、121和123。最接近蓄热器的区域119是波纹状的，波纹相对于带材61的长度是斜的。中心区域121是平面的，最接近压缩/膨胀室63的区域123是波纹状的，该波纹是斜的，与区域119的波纹对称。

以相同的方式，带材117在其整个宽度上包括三个区域，第一区域是波纹状的，第二区域是平面的，且第三区域也是波纹状的，第一区域和第三区域的波纹在不同的方向上倾斜。带材61和117的卷绕体设置成叠加的波纹在不同的方向上倾斜。这可以获得压缩/膨胀室63中壁61之间的恒定距离，并且使气体能够在蓄热器中流动。在一个示例中，可以通过冲压形成不同的波纹状的区域。

图9C示出带材117的波纹状部分的波纹的可能尺寸的示例(其与带材61的波纹对称地相同)。作为示例，第一波纹状区域和第三波纹状区域可以在大约3.5mm的宽度上形成，并且第二平面区域可以在大约3mm的宽度上延伸。第一区域和第三区域的波纹可以在厚度上具有0.276mm的间隙，并且与带材长度形成30°角(第一部分和第三部分是对称的)。

以与隔板61相同的方式，为了减少蓄热器中的损失，蓄热器内部的隔板(45和47)通过交错延伸至所述蓄热器中，在壁上内部隔板被支撑的位置上，内部隔板的端部的波纹的存在使得可以交错。

因此，气体流入由螺旋的连续层形成的准平面空间。这种几何构造导致在蓄热器中的气体循环(在两个平面之间或准平面之间)，这可以最大化在层流状态(考虑到尺寸和气流速度，这种状态是不可避免的)下努塞尔特数与摩擦系数的比例。因此，最大化蓄热器中的热交换，同时最小化由粘性摩擦造成的损失。

形成蓄热器元件的材料是不良热导体，以避免在热源和冷源之间的直接热传导，组件的热容量足够避免蓄热器中的温度在循环过程中变化太大。最后，材料的热扩散率足够使得材料的整个体积参与循环过程中的热交换，并且避免材料中的“集肤效应”，这将意味着在循环过程中壁的温度变化。例如，为了符合这些不同的条件，可以选择以可卷曲的塑料材料中或基于矿物纤维的片材制成所述蓄热器。

应该指出，为了便于形成交换器壁的不同带材的卷绕，宽带材61的一端或两端可以以斜角切割，以避免卷绕体的变形，例如，以相对于带材长度45°切割。这同样适用于带材111。

4.在背腔室中传热流体的循环

图10和图11是由根据本发明的实施方式的两个单元发动机形成的发动机和能够减小这种发动机中的损失的元件的两个更详细的截面图。应该指出，在这些图中，未详细示出蓄热器的结构，在压缩/膨胀室中形成的隔板以示例方式示出，并且未按比例绘制。

图10和图11所示的热力发动机包括两个单元发动机M1和M2。在这些图中，与图6中使用的附图标记相同的附图标记用于已描述的元件。因此，各单元发动机M1和M2包括第一室和第二室55、63，第一室和第二室55、63在一侧被轴71上固定的蓄热器59分离，在另一侧被外壁51、67分离。轴71始终沿着发动机延伸(参见图11)。交错的轴向隔板在各室中延伸。在单元发动机的外部，由发动机的主体57的延伸部分87形成腔室89，其相对于壁51在室63的对面。腔室89用于接收第一传热流体。主体57在两个单元发动机之间也是闭合的，以形成位于壁67-1和67-2之间的腔室94，腔室94用于接收第二传热流体。在图10和图11的描述中，为了简化，第一传热流体被视为冷流体，并且第二传热流体被视为热流体(即，相对于冷流体为热的)。当然，反之也是可以的。

为了引导在壁51-1和51-2的多孔部分中传热流体的循环，设置成分别在腔室89-1、89-2中，分别沿着壁51-1、51-2，形成部件133-1、133-2。这些部件随着壁51-1和51-2移动。

优选地，在使用含水传热流体的情况下，部件133-1和133-2被电气绝缘，以避免由于在相互电接触中性质非常不同的两个金属与冷流体的接触造成的任何腐蚀。部件133-1和133-2可以在外壁51-1和51-2的多孔部分中组织传热流体的循环(参见图8)。

各部件133-1、133-2设置有通道135-1、135-2，其使得流体能够沿着壁51-1、51-2循环。例如，第一外部环形通道可以设置在壁51的外围，使得冷流体能够流入，并且第二环形通道可以设置成接近结构的轴71，使得冷流体能够流出。因此，根据在多孔部分中的径向循环，部件133-1、133-2使得传热流体能够分别接触壁51-1、51-2的整个表面。

在图11中可以看出，来自冷源的传热流体通过流体循环管路137-1、137-2流入和流出通道135-1和135-2，所述流体循环管路137-1、137-2牢牢附连在部件133-1、133-2上，并且当壁51-1、51-2移动时滑入流体入口和出口管路91-1、91-2。随着部件133-1、133-2移动的活塞139-1、139-2与外部刚性杆99和101连接，以使壁51-1和51-2始终一起移动，并且被管路137-1和137-2交叉。应该指出，用于两个单元发动机的冷流体入口可以由单个流体入口形成，所述单个流体入口在两个发动机之间分离，以到达流体入口91-1和91-2(参照图11)。

类似地，在背腔室94的层面上，与部件133-1、133-2类似，相对于主体57固定的部件141-1、141-2沿着壁67-1和67-2形成，这种部件包括与通道135类似的通道，使得热流体能够流入和流出。管路143-1和143-2在腔室94中形成，以将热流体通过主体引入通道。

在部件133和141及壁51和67的层面上，在轴71的周围设置环145，以确保轴71的层面上的密封性。环145可以由电气绝缘材料制成，以避免交换器和剩余结构之间的电气接触，例如，通过电气触点测量，使得能够检测交错的半交换器之间的偶然接触。

5.发动机主体

为了限制这种损失，期望至少在各单元发动机的层面上形成尽可能绝缘的主体。该主体执行以下几个功能：将热源和冷源彼此热隔离，热隔离源与周围空气，通过接受切向应力确保对工作气体压力的机械支撑，通过接受轴向应力确保对工作气体压力的机械支撑，及确保工作气体密封性，尤其是在工作气体是氢气和氦气的情况下。

因为没有材料可以在合理的成本内执行所有这些功能，更不用提部分壁可以处于高温，因此以多层的堆叠形成主体，每一层可以执行这些功能中的一个或多个。

因此，与工作空气接触的主体的第一部分(在图中未示出)，可以由薄层形成，该薄层可以是热传导的，具有低渗透性和与气体的良好的性能，例如，在氢气用作工作气体的情况下，该薄层为铝，或优选地为不锈钢。其细度(通常大约1毫米或甚至更小)防止源之间的任何直接的热传导。围绕薄层形成层147，层147的材料是不良的热导体，具有不足以独自承受工作气体的内部压力的机械强度(例如，诸如聚甲醛、聚酰胺、聚酰亚胺、聚-X-砜的塑料，或基于树脂和矿物纤维的混合物)。层147的低导热性可以避免源之间的任何直接热传导。

围绕层147形成金属圆环149，金属圆环149确保机械支撑并可能作为热导体。为了提供这种机械支撑，金属圆环149优选以与层147的厚度相比较小的距离彼此间隔。在连续的圆环之间的多个间距(未示出)可以避免源之间的任何直接热传导。

围绕圆环149形成隔热层151。与其它的层相反，所述隔热层151必须限制主体的内部和外部之间垂直于结构的热传递，其它的层限制沿着结构的长度的热传递。在图11中可以看出，隔热层151沿着热的传热流体的入口和出口延续。例如，层151可以由矿物棉制成。

可以设置在主体的两端由垫圈和螺栓保持就位的连杆153(示出一个)，以确保沿着发动机的长度支撑组件(相反，套带149提供在与发动机相切的方向上对压力的机械支撑)。

6.由位移造成的损失

在各单元发动机中，为了减少由于蓄热器组件沿着壁位移造成压缩/膨胀室之间的直接传导而产生的损耗，围绕整个蓄热器形成大体圆柱形的部件155。绝缘的部件155与蓄热器59一起移动，并且设置有红外线反射镀层。部件155沿着其长度的一部分与主体接触，以确保压缩/膨胀室之间的相对密封性，并且限制室之间的直接热传递。在部件155和主体之间沿着其长度的剩余部分设置的间隔可以限制由位移引起的损失。部件155可以以在真空条件下两个嵌套的绝热缸的形式制成，以减少横向热传导。

7.背部容积损失

背部容积损失是由背腔室89-1和89-1中位于活塞的背部的气体容积的压缩和膨胀所造成的。因为压缩是不完全绝热的，其导致损失。如果活塞的背部是敞开的，所述损失相当于与声波(对于这种类型的发动机一般为次声波)发射相关的损失。

为了限制这种损失，设置成将位于活塞139-1和139-2的背部的容积89-1、89-2相互连通。这使得这些容积中的一个的变化能够恰好弥补其它容积的变化。因此，没有用于位于活塞的背部的容积的另外的压缩/膨胀循环，并且减少损失。在图11中示出这种解决方案，其中管道157连接背腔室89-1和89-2。这种结构几乎可以消除背部容积损失并且减少声发射。

8.综合流体循环

为了进一步减少系统中的损失，期望使用不同发动机元件的运动，以在热源的层面上执行传热流体的泵送。

为了实现这个目的，设置成在发动机的两侧的不同的流体入口管和出口管中在流体循环的方向上形成止回阀159。还设置成与部件141-1和141-2中与轴线71最近的通道接触的固定管161附接至腔室94中的发动机的主体。

优选地，固定壁67中的循环可以通过集成的活塞泵送方案实现，所述活塞与蓄热器59-1和59-2的运动(或再次，在未示出的一种情况下，与活塞139-1和139-2的运动)刚性机械连接。贯穿不同的管161并随着轴71可移动的活塞163(与蓄热器连接)，能够在轴71的运动过程中泵送传热流体。优选地，活塞163围绕轴线对称分布，例如，设置两个对称的活塞，以平衡力，并提供在轴上没有寄生转矩的动作及其导向。

因此，当蓄热器移动时，其致动管161中的活塞163，并且允许在各单元发动机中以适当的形式泵送和排出传热流体。

类似地，在可移动的活塞139的一侧，活塞运动可以用于产生传热流体入口和出口管137中的容积变化。在这种情况下，管137的一部分平行于可移动活塞的运动，并且这些管的长度随着活塞运动而变化。在图11所示的示例中，两个管137相互滑入彼此以提供这种长度变化。还可能设置成在这些管中形成波纹管，以获得相同的效果。

由共同管道平行提供管路91-1和91-2。因此，在反相中进行各单元发动机中的流体泵送和排出，传热流体的体积变化恰好相互补偿。这可以确定在传热流体回路的总体积没有变化的情况下进行泵送。

发动机速度与取出的热功率成比例，并且流体所需的流速也与该功率成比例，容积泵可以提供具有恒定的温度差异的操作。这种直接的机械传动可避免机械损失和由流体循环泵(以及其电源、发动机)的安装造成的任何损失和附加成本。因此，这总体提供低损失，简易性(无需调节)和结构性最佳操作。

9.密封造成的损失

动态密封造成摩擦。为了减少这种损失，当活塞139-1、139-2在给定的位置(例如与蓄热器59最远的位置)时设置的最小漏率，使得在循环过程中在其它方向上泵送无法预料的泄漏，并且减少动态密封中的应力。这种泄漏可以确定当活塞的两侧的压力相等时，例如当活塞在工作气体具有最大容积的位置时循环中的时间。其余的运动允许泵送不可控制的泄漏，这将在循环过程中相反的方向发生。因此，在这种密封中应力被恢复。

为了获得这种泄漏，当腔室89-1、89-2具有最小的容积时，可以在活塞139-1、139-2的层面上在腔室89-1和89-2中在主体57中形成小凹槽(未示出)。此外，为了提供组件的密封性，在主体的延伸部分87-1、87-2的层面上沿着轴71设置轧制套筒隔板或波纹管165-1、165-2。应该指出，如果整个发动机(可能和其包括的电子产品)被包括在密封的组件中，可以省略这种隔板或波纹管。例如，这种隔板或波纹管可以是成双的，以通过用于检测在两壁之间气体的存在的系统检测严重的泄漏。

此外，可以围绕活塞139-1、139-2形成密封件167-1、167-2，以提供在其周边的动态密封。密封件(在图中未示出)还可以设置成围绕轴71在蓄热器组合引导件的层面上，及在管路91-1和91-2中可移动的活塞139-1和139-2的层面上，在综合传热流体循环的层面上。应该指出，这些最后的密封件可以用波纹管替换。

10.压力平衡

还可以提供用于平衡在各压缩/膨胀室中的工作气体压力的系统，该系统包括阀门，该阀门可以改变速度与热功率的比例，以调整操作条件，尤其是，如果设置参数中的一个(例如，速度)(例如，由另一个连接的发动机)。为了实现这个目的，在室中设置压力传感器，以获得瞬时的工作气体压力，以及在发动机的外部形成的储备系统中设置压力传感器。

在循环中，当工作气体的瞬时压力低于储备系统的压力时，为了增大工作压力，阀门将被打开，反之亦然。在一个变型中，可以使用两个阀门和止回阀，止回阀座最接近于发动机的内部，以避免死体积。

此外，在工作流体是氢气并且不可逆的气体微泄漏通过壁或隔板出现的情况下，可以设置成连接压力平衡系统和气体注入微系统，例如，微电化学槽，以阻止微泄漏。

11.由导向造成的损失

为了使螺旋在压缩/膨胀室中正确交错，需要导向。这种导向可以通过意图交叉的两个螺旋的环之间的直接接触进行，但是，这可能随便排除材料，例如，铝，其具有不适应的摩擦特性。此外，从发动机的外部的导向是很难的：与活塞和主体之间的预期的差异膨胀(不同的材料和/或热力瞬变)相关的大直径需要与直径成比例的显著的功能裕度(functional clearance)。

为了使螺旋能够正确交错，期望进行靠近螺旋的轴线的小直径的导向。在直径上非常小的裕度(最大0.02mm)可以正确地导向螺旋。

为了实现这个目的，与活塞接触的螺旋51-1、51-2可以缠绕在心轴(未示出)上，所述心轴用作引导件并且进一步提供相对的密封性。心轴可以通过电绝缘环被拧在轴71上，以避免腐蚀(未示出)。形成在蓄热器的任一侧运行的半交换器的两个螺旋可以缠绕在对齐的心轴169-1和169-2上，并且由热隔离环(未示出)支撑，在热隔离环上蓄热器自身被缠绕。最后，形成固定的半交换器(热侧)的固定的螺旋可以被缠绕在心轴上，所述心轴具有在其上固定并对齐的导向轴。

因此，通过与活塞连接的心轴在与心轴连接的轴上滑动，设置在活塞侧的压缩/膨胀室中交错的两个螺旋的相对导向，并且通过心轴在导向轴上滑动，设置另一个腔室的交错的螺旋的相对导向。

此外，期望限制将施加在元件上的寄生转矩，以具有平衡的机械系统。施加在活塞表面上的转矩是低的。实际上，螺旋结构导致在各半圈螺旋之间的压力平衡，甚至在半螺旋之间的温度差异的情况下。因此，压力相当于集中在螺旋的中心的力。

然而，这种力传输到连接杆，并且一部分力转化为径向方向上的大的作用力，这可能在轴上引起转矩。导向轴不容易承受这种作用力，因此，必须被主体或刚性连接到主体的元件承受。为避免这样，使用低摩擦导向部件(滚动轴承、辊、冲压外圈滚珠轴承)。

通常，为了限制导向损失，可以在中间活塞和活塞139-1、139-2之间的平面上设置滑动和滚动接头，所述平面垂直于导向轴线，在活塞和中间活塞之间的力的应用点被定为在导向轴线上。这种平面也可以是以心轴169为中心的球体的弧面。这种中间活塞可以被滚动轴承预导向。因此，由不在活塞轴线中的连接杆引起的作用力被主体承受，例如，被在与活塞139连接的连接杆81的底部(foot)的任一侧形成的主体的延伸部分171-1、171-2承受。优选地，滚动轴承接头具有非常低的摩擦系数，这可以限制由这种作用力造成的损失。因此，施加于活塞139-1、139-2的大部分驱动力跟随导向轴，这避免不利的扭矩出现在导向级上。

此外，其它的导向部件可以例如在热膨胀室的两个螺旋的层面上被添加到发动机。位于发动机的中心的源太热使得导向和密封不容易的情况下，在冷的部分进行导向，并且围绕轴的导向部件可以通过热隔离部件将导向传输至热的部分。

12.两个以上发动机的组件

图12示出包括两个发动机的热力发动机，各发动机由两个单元斯特林循环发动机形成。

第一双发动机包括两个单元发动机M1和M2，这两个单元发动机M1和M2以与图10和11中所示的发动机类似的方式形成。对所述第一发动机将不再详细描述。与第一发动机平行地形成由两个单元发动机M3和M4形成的第二发动机(由“-3”和“-4”紧随的附图标记用于与单元发动机M2和M3类似地元件)。第二发动机与第一发动机类似，除了在发动机的中心部分，不是设置热流体循环回路，而是在发动机壳中形成燃烧室173(在第一发动机的腔室94的层面上)。

因此，第二发动机的中心温度高于第一发动机的中心温度。在燃烧室173的任一侧形成与第一发动机的元件类似的元件，即，由蓄热器分离的燃烧/膨胀室和壁/活塞。在第二发动机的热侧，没有直接的循环，并且燃烧室中提供有反应物，该反应物通常由泵引入(未示出)。例如，这些泵可以通过传统的机械传动(齿轮、链条、皮带...)被连接到驱动轴或与由交流发电机加电的电动机连接。

燃烧室173可配备有元件175，该元件175可以提高与其壁的热交换(例如，与气体交换的翅片延伸入燃烧室)，并且可配备有元件177，该元件177可以提高对在两个半发动机中的工作气体的压力差异的机械阻力(例如，加强杆)。

一般的原则是确认由发动机提供的机械功率被其它的发动机直接使用。为实现这个目的，在不同的发动机之间的刚性机械连接可以直接传送机械功率，而没有损失。因此，刚性杆99和101连接到与活塞连接的类似的刚性杆和第二发动机的外壁。在第二发动机的另一侧可以形成附加的刚性杆179，以平衡施加于该发动机的扭矩。

应该指出，所示的蓄热器在第二发动机(M3，M4)中具有比在第一发动机更大的长度。实际上，在各循环中，这些蓄热器必须从气体恢复与两个源之间的温度差异成比例的功率和向气体归还该功率。在这种情况下假设温度差异是更大的，这导致存在更长的蓄热器。

此外，在所示的示例中，两个发动机的蓄热器也是相互连接的。为了这个目的，两个发动机的轴71通过外部刚性杆181相互连接。为了平衡扭矩，刚性杆181可以是双的，并且可以在轴71的任一侧形成，并且在发动机的外部接回。

图12的其它的元件与参照图10和图11所描述的元件相同，在所示的应用中，第一发动机(低温)可以作为热泵操作，隔离的中心部分配备有与冷源接触的集成的传热流体循环系统(例如，地热地面管道)。热的中心部分可以是生物质燃烧区域，并且流入配备有集成的循环系统的发动机的外部的传热流体可以连接到用于传送在加热装置中产生的热的装置，例如，加热器或加热板。

因此，由燃烧产生的热的部分可以在第二发动机中产生机械功率，这种机械功率用于通过无损失的刚性机械连接而操作作为加热泵的第一发动机。不存在任何损失提供了用于加热泵部分的高性能系数，因此，可显著地增加获得的用于相同的燃料损耗的加热功率。所传送的功率可通过工作气体压力的调节而被设定。还可以采样功率的一部分，用于结合热和功率产生功能。

还可以结合相同的应用，不是为了效率，而是为了利用单一连接杆组件或驱动系统操作几个发动机，以产生线性运动(与线性电动机一样)。还可以结合执行不同功能的发动机，如图12所示。

已描述本发明的特定的实施方式。本领域的技术人员可进行各种变型和修改。尤其应该指出，本发明没有详细描述热和冷源的示例。在国内集成系统中，冷源可以是诸如地热来源，并且热源可以是例如与加热地板连接的源。

Claims (14)

1.一种热力发动机，所述热力发动机由在一个圆柱形主体或同轴的多个圆柱形主体(57)中对称地形成的两个单元斯特林循环发动机(M1、M2)的至少一个组件构成，

各单元发动机包括：

第一压缩/膨胀室和第二压缩/膨胀室(55、63)；

蓄热器(59)，所述蓄热器(59)用于分离所述第一室和所述第二室；以及

第一外壁和第二外壁(67、51)，所述第一外壁和所述第二外壁(67、51)用来分别闭合所述第一室和所述第二室的容积，

一个单元发动机的所述蓄热器、所述第一外壁和所述第二外壁被刚性连接到另一个单元发动机的相同元件上。

2.如权利要求1所述的热力发动机，其中，各第一外壁(51)在所述主体(57)中是可移动的，各第二外壁(67)相对于所述主体是固定的，并且各蓄热器(59)在所述主体中是可移动的。

3.如权利要求1或2所述的热力发动机，其中，在同一主体(57)中形成的两个单元发动机的两个蓄热器(59)通过位于所述主体的中心的轴(71)相互连接，并且所述第一外壁(51)通过在所述主体的外部延伸的一个或多个杆(99、101)刚性地相互连接。

4.如权利要求1或3所述的热力发动机，其中，所述第一压缩/膨胀室和所述第二压缩/膨胀室(55、63)被第一隔板和第二隔板(53、61、65、69)分隔，所述第一隔板和所述第二隔板(53、61、65、69)分别从关联的所述外壁(51、67)和从所述蓄热器(59)轴向地延伸，所述第一隔板和所述第二隔板在所述第一隔板和所述第二隔板之间的相对运动中交错。

5.如权利要求4所述的热力发动机，其中，由所述外壁(51、67)和关联的隔板(53、69)形成的组件是通过卷绕宽带材(111)和至少一个窄带材(113)而形成的，所述窄带材(113)具有与所述外壁的宽度相对应的宽度，所述窄带材(113)除了其与所述室接触的区域之外沿着其整个宽度被穿孔，所述宽带材在其对应于所述窄带材的被穿孔的宽度的部分上被打孔。(图8)

6.如权利要求5所述的热力发动机，还包括：

部件(133、141)，所述部件(133、141)与所述第一壁和所述第二壁(51、67)联接，并位于所述压缩/膨胀室(55、63)的外部，其中，将传热流体引入所述卷绕体形成的孔中的通道(135)被限定。

7.如权利要求1至6中任一项所述的热力发动机，其中，各蓄热器(59)被两个可渗透的内壁(41、43)界定，隔板(45、47)从所述内壁(41、43)轴向地延伸至所述蓄热器的壳体中，各内壁和与其联接的隔板是通过卷绕宽带材和至少一个窄带材而形成的，所述窄带材具有与所述蓄热器壁的宽度相对应的宽度，所述窄带材横向地包括第一波纹区域、第二平面区域及第三波纹区域，所述第一波纹区域具有相对于带材长度的斜波纹，所述第三波纹区域在与所述第一区域的波纹相反的方向上具有相对于带材长度的斜波纹，所述宽带材包括与所述卷绕体中的所述窄带材的第一区域和第三区域相反的波纹区域，所述波纹区域在与所述窄带材的波纹相反的方向上具有相对于所述宽带材的长度的斜波纹。(图8)

8.如权利要求1至7中任一项所述的热力发动机，其中，各单元发动机还包括：

圆柱形部件(155)，所述圆柱形部件(155)与所述蓄热器(59)一起移动，并且围绕所述主体(57)中的所述蓄热器形成。(图10)

9.如权利要求1至8中任一项所述的热力发动机，其中，所述主体包括用于界定各单元发动机的第一背腔室(89)的延伸部分(87)，所述第一背腔室相对于所述第一外壁(51)与所述第二压缩/膨胀室(63)相对，各单元发动机的所述背腔室(89)通过管道(157)直接连通。(图11)

10.如权利要求9所述的热力发动机，其中，第一传热流体通过管路(91)流入和流出各第一背腔室，在所述管路(91)中，在所述第一传热流体循环的方向上形成止回阀(159)，所述第一外壁(51)相对于所述管路的移动确保将所述传热流体泵送到所述管路中。(图11)

11.如权利要求1至10中任一项所述的热力发动机，其中，所述主体(57)包括用于界定第二背腔室(94)的延伸部分(93)，所述第二背腔室相对于所述第二外壁(67)与所述第二室(55)相对。(图11)

12.如权利要求11所述的热力发动机，其中，第二传热流体通过通道(95)流入和流出所述第二背腔室，在所述通道(95)中，在所述第二传热流体流动的方向上形成止回阀(159)。(图11)

13.如权利要求11所述的热力发动机，包括：

燃烧室(173)，所述燃烧室(173)在与所述第二外壁(67)接触的所述第二背腔室(94)中。

14.如权利要求1至13中任一项所述的热力发动机，其中，所述第一外壁(51)刚性连接到第一连杆(81)的底部，所述第一连杆(81)具有与第一曲轴(83)联接的头部，并且所述蓄热器(59)刚性连接到第二连杆(77)的底部，所述第二连杆(77)具有与第二曲轴(79)连接的头部，所述第一曲轴和第二曲轴围绕同一轴线形成。

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