CN105952548A - 曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种同时涉及动力机和制冷机领域的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，其主体包括：外壳、曲轴、第一连杆、第一摇杆、第二连杆、第二摇杆，是以转动副方式连接的闭式运动链，当曲轴带动第一连杆及第一摇杆向去程方向对工质挤压时发生等温压缩并过单向阀将工质压入张开的第一摇杆与第二连杆围成的密闭空间内，第一摇杆回程时随动的第二连杆受第二摇杆作用而差速，密闭空间逐渐关闭使工质绝热压缩并进入第一摇杆带有高温热源的空心连架轴内换热并发生等温膨胀，随后工质从已打开的出口喷出绝热膨胀并推动第一连杆及曲轴进行热功转换。无单向阀并反转曲轴为制冷装置。本发明高效、结构简单填补了一直以来没有按卡诺循环工作的机械装置的空白。

Description

曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置

技术领域

本发明涉及一种曲柄双摇杆动力机，尤其是涉及一种最大限度遵循卡诺循环的曲柄双摇杆卡诺循环动力机；同时，由于卡诺循环是可逆的，本发明还涉及一种曲柄双摇杆卡诺循环制冷机，因此本发明同时涉及发动机领域和制冷机领域。

背景技术

一百多年前，法国工程师卡诺(Sadi Carnot)最早提出了热能转化为机械能的根本条件：“凡有温度差的地方都能产生动力”，实质上，它是热力学第二定律的一种表达方式，卡诺分析了各种热机的设计方案和基本结构，根据热机的基本工作过程提出了一种最理想的热机循环，即著名的卡诺循环，该循环是工作在两个恒温热源间的热机循环，由两个可逆的等温过程和两个可逆的绝热过程组成，其循环次序为：等温膨胀-绝热膨胀-等温压缩-绝热压缩，逆向循环时反之，这种热机循环确定了我们能够将热能转变为机械能的最大限度，即任意热机循环过程的效率，不能大于工作于它所经历的最高温热源和最低温热源之间的卡诺循环的效率。

卡诺循环及其热效率公式在热力学的发展史上具有重要意义。首先，它奠定了热力学第二定律的理论基础。其次，卡诺循环的提出为提高各种热动力机械的热效率指出了研究方向，如尽可能提高工质的高温热源工作温度和尽可能降低工质的低温热源工作温度，使放热在自然界的大气环境温度中进行，减少其它机械摩擦和热损耗等。卡诺循环是实际热机选用循环时的最高理想。

然而，一百多年过去了，至今为止人们并未能制造出按照卡诺循环工作的热力发动机，其原因是多方面的，但主要的原因还是没有能找到一种能够适合卡诺循环的机械结构，或者说是没能设计出按照等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩的顺序周而复始的执行机械运动的装置。

发明内容

有鉴于现有技术的情况，本发明的目的是提供一种能按照卡诺循环的各个循环步骤平稳运行的，最大限度实现卡诺循环热功转换效率的，能够对外有效输出功率的，并具有工程上的易获得性和在现实社会中能够推广应用的动力机械装置，即卡诺循环发动机，也就是实际意义上的卡诺热机；然而卡诺循环是一种可逆循环，即逆向的卡诺循环是以消耗功为代价使低温热源向高温热源放热，因此，一个动力机械装置要称其为具有卡诺循环特性，要检验它的真实性还要看看它反向工作时是否能产生制冷效果，所以，基于以上原因，本发明在不作实质性变动的情况下还提供了一种按照逆向卡诺循环平稳运行的制冷机械装置，即卡诺循环制冷机及由该制冷机衍生出来的卡诺循环热泵。

为达到上述目的，本发明提供了一种曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，包括：曲柄双摇杆机构；高温热源系统；低温热源系统；润滑系统；驱动系统；所述曲柄双摇杆机构，是由外壳、曲轴、第一连杆、第一摇杆、第二连杆、第二摇杆以转动副方式连接的闭式运动链并动配合容纳于外壳内；所述曲轴两扁圆柱体或扁圆台曲柄中心的主轴颈或曲柄本体通过滑动或滚动轴承支撑于外壳做整周旋转，两内端面与外壳内端平面保持平整；所述第一连杆一端与曲柄颈连接，另一端与第一摇杆一端连接并动配合于曲轴两曲柄及外壳之间；所述第一摇杆的第一摇杆体同宽或有公差于第一连杆宽度，另一端平行于宽度方向的空心连架轴与外壳连接并杆体上厚度方向开通气孔；所述第二连杆同宽或有公差于第一摇杆宽度并叠于第一连杆和第一摇杆之间，一端与第一连杆的连接第一摇杆端同轴连接或转动副连接于第一摇杆体上，另一端以杆体侧面轴向外伸轴头或内嵌轴座的方式分别与第二摇杆一端连接；所述两扁圆柱体或圆台第二摇杆各自的另一端转动副支撑于外壳并嵌入，一端面分别与端盖内面保持平整；单向阀设于第一摇杆体上靠第二连杆一边，制冷装置时取消。

所述外壳是中空部分轴向展开内面有一正圆柱面的有容纳第一摇杆空间的两端有垂直轴线的端平面的刚体，一般由壳体和固定连接的两端盖构成同时是散热和保温装置的载体。

所述第一连杆的杆体为一有弦切面或没有弦切面的空心圆柱体，圆柱体柱面与壳体内柱面相切或有公差配合并两端面为其侧面高度为其宽度，空心部分为曲柄颈连接端，摇杆销孔及端面为另一端并设置在弦切面弦切线的一端或没有弦切面时的柱体外圆上任意一点且轴线垂直于其侧面，或轴向剖切装配于整体曲轴，或分体式曲轴的曲柄颈插入装配。

所述第一摇杆体的杆体是仿形第一连杆有一定厚度的板状体，杆体仿形线两端的面以外的另外两垂直于板面的面为杆体侧面，侧面的间距为杆体的宽度，垂直于杆体侧面一端固定连接有第一连杆销孔及端面另一端固定连接有空心连架轴，空心连架轴两端分别凸出于杆体侧面形成两空心连架轴头并分别伸入外壳两端盖与之转动副连接，其空心部分为等温膨胀室，高温换热器有间隙的贯穿其中并两端与外壳两端盖密闭固定连接，杆体朝向第一连杆的板面为内面，杆体内面与空心连架轴外圆的夹角处有一与第一连杆销孔同轴线的弧形过渡连接并形成一夹角弧形面，从该夹角弧形面出发沿杆体的内面开有连通空心连架轴空心部分的进气通道和朝远离内面方向排列的出气通道；配合槽形第二连杆时杆体侧面沿夹角弧形面凹陷第二连杆槽壁厚度，形成复侧面。

所述第二连杆的杆体是仿形于第一连杆的板状体或横截面为凹字形的槽形的刚体，槽形体时，垂直于槽底的槽壁的两外面为杆体侧面，两内面间距有与第一摇杆体两复侧面构成平面副的宽度，槽壁的厚度为杆体侧面与第一摇杆体的两侧面保持平整时所产生的厚度并两杆体侧面间距为杆体的宽度，槽底仿形于第一连杆，朝向第一连杆的面为外底面，槽底的厚度容纳于第一连杆弦切面或柱面与第一摇杆体杆体内面的间隙内并外底面与第一连杆弦切面或柱面吻合，内底面与第一摇杆体杆体内面吻合，槽底一端垂直于槽壁设第一摇杆销孔及端面，与第一摇杆体上的连杆销孔转动副连接并以该销孔轴线为圆心的另一弧面端头，与第一摇杆体的夹角弧形面构成转动副，两槽壁呈扇形并由槽底形成的弧面为对进、出气口进行阀控制的弧面阀，两槽壁内面及内底面与第一摇杆体杆体内面及夹角弧形面围成一个可开合的密闭空间，弧面端头一端的两杆体侧面上设有各自外伸并同心的第二摇杆轴头或一定深度的同轴的第二摇杆销孔。

所述第二摇杆同心对置于第二连杆的两侧，两端面为内面和外面，内面上设有偏心的孔或凸出的短轴为第二连杆销孔或第二连杆轴头，分别与第二连杆的第二摇杆轴头或第二摇杆销孔转动副连接，同时内面与曲柄内面与端盖内面共同构成两端平面并与第一连杆侧面、第一摇杆体侧面第二连杆杆体侧面分别构成平面副或小间隙配合。

所述曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置正向卡诺循环为动力装置方法：曲柄双摇杆机构外壳内充满气态工质，驱动系统驱动曲轴带动第一连杆和第一摇杆向第一摇杆去程方向对气态工质围堵挤压，压缩产生的热量由置于外壳的低温热源系统带走发生了等温压缩，并过第一摇杆体通气孔和单向阀将工质压入逐渐张开的有或无外壳内端面参与的第一摇杆与第二连杆围成的密闭空间内，第一摇杆回程时随动的第二连杆受第二摇杆作用而回程摆动差速，密闭空间逐渐关闭使工质绝热压缩并经进气通道进入第一摇杆体带有高温热源系统的空心连架轴的空心部分内吸热后等温膨胀，随后工质从打开的出气通道出口喷出绝热膨胀，推动第一连杆及曲轴转动进行热功转换，当曲轴获得可作大于压缩功的动能后，驱动撤除，装置自主运行并向外输出功率成为动力装置。

所述曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置逆向卡诺循环为制冷装置方法：曲柄双摇杆机构外壳内充满气态工质，驱动系统驱动曲轴带动第一连杆和第一摇杆体向第一摇杆体回程方向对气态工质围堵挤压产生了绝热压缩，并过第一摇杆体出气通道将工质压入带有高温热源系统的空心连架轴的空心部分内继续压缩，压缩产生的热量通过换热器进入高温热源系统发生等温压缩，随后第一摇杆体向去程摆动，工质从开始打开的进气通道进口进入受第二摇杆作用去程摆动差速而逐渐张开的有或无外壳内端面参与的第一摇杆体与第二连杆围成的密闭空间内绝热膨胀，并通过撤除单向阀的第一摇杆体的通气孔进入外壳与第一连杆和第一摇杆体围成的密闭空间内，吸取低温热源系统的热量等温膨胀，驱动系统不断的输入功率，低温热源的热量不断被带入高温热源装置成为制冷装置。

所述曲柄双摇杆机构与发电设备融为整体，联接后对运行的气态工质的完全密封变得简单、容易，是本发明功率的对外输出和对内输入最佳匹配形式。

所述曲柄双摇杆机构为单元对称布置以平衡径向不平衡力，并以对称单元为模块递进联接，可根据需要灵活、快速的提供不同功率应用。

下面首先结合附图对本发明按正向卡诺循环的动力装置的工作原理加以说明，在介绍工作原理之前首先要阐明一下曲柄摇杆机构一些特性。众所周知，曲柄摇杆机构属于四杆机构，四杆机构又可分为平面四杆机构和空间四杆机构，这里只讨论平面四杆机构，也就是只针对平面曲柄摇杆机构加以阐述，曲柄摇杆机构如图24g所示由曲柄1(曲轴)、连杆2、摇杆3、机架4组成，机构的运动方式有曲柄主动、摇杆主动、连杆主动、混合主动等，这里只讨论曲柄主动，首先要确定四条重要的线，为机架线AD、曲轴偏心距线AB、连杆轴距线BC、摇杆轴距线CD，通常曲轴偏心距线AB都小于连杆轴距线BC，而机架线AD也往往不等于摇杆轴距线CD，显而易见如果连杆轴距线BC加摇杆轴距线CD的和小于机架线AD加曲轴偏心距线AB的和，则该曲柄摇杆机构不能成立，但分析后我们发现这两个和在相等的情况下曲柄摇杆机构也是不能成立的，因为这种情况下曲轴偏心距线AB转一周要两次与其它的线重合，这两次重合都会是曲柄摇杆机构的死点，使机构无法运动，这一情况对以往的应用没有太大的意义，但这是我们这里加以阐明的重要特性，不难看出这一情况下上述四条线中任意两条线相等，其它两条线也必相等，从图24a中可以看到，当AB＝BC、AD＝CD并AB与BC互为延长线时摇杆处于去程极限位置上述四条线构成一个等腰三角形，此时如AD＝2AB或CD＝2BC可构成等边三角形，旋转曲轴，见图24b，偏心距线AB以点A为圆心，点B朝点D转等腰三角形底角的角度α，摇杆3摆动ψ角度，就会发生四条线重合的现象，见图24c，此时摇杆到达回程极限位置，同时C点与A点重合，由于C点是连杆和摇杆的连接轴线，A点是曲轴的主轴线，所以这也是两条轴线的重合，也就是说曲轴与摇杆产生了同轴现象，继续旋转曲轴，见图24d和图24e，同轴现象使摇杆被闭锁，摇杆的摆动力臂为零，当曲轴转到180°，见图24f，没有外力作用摇杆3仍不能摆动，曲柄摇杆机构失效，，这一同轴现象是这里要极力阐明的，也是本发明要加以利用的，与活塞式发动机相比被闭锁的摇杆就相当于汽缸盖，使作功的工质具有了极强的方向性直接推动连杆和曲轴转动，但这种同轴现象只可作为理论依据，在实际应用当中依然是不可取的，因为摇杆解锁时需要施以侧向力，这会使快速运转的连杆和摇杆间产生撞击而造成损坏，因此BC+CD要略大于AB+AD(BC和CD要增加同一个长度)(见图25)，从图25的局部放大图中可以看出，此时产生了一个比较短小的力臂Aa，A为这一力臂的支点，点a虽然在连杆上但施力者却是摇杆，当摇杆受到朝向去程方向的力就会有相同的力传递到a点产生一个力矩，这一力矩可使曲轴转动并与曲轴的工作方向相同，而这也正是我们需要的，这也就是说产生曲轴转矩的力臂为AB+Aa，并且它们的力矩作用方向相反，因为点A也是力臂AB的支点。前面重点阐述了曲柄摇杆机构同轴现象的原理，这是因为这一现象是本发明的出发点，也是本发明的重要理论依据，下面结合附图对本发明的曲柄双摇杆卡诺循环动力装置的工作原理加以说明。其工作原理如下：参见图25和图33，气态工质充满壳内，启动装置工作，高温热源发生，曲轴104在第一摇杆106回程极限位置开始朝顺时针方向转动(见图25I和图33A)，这时由于第一摇杆106的轴距线略大于曲轴104主轴线与第一摇杆106空心连架轴间距线，第一摇杆106与曲轴104虽然不能发生同轴现象，但向去程方向的摆动很轻微，曲轴104带动第一连杆105大幅度扫过其途经的空间，第一连杆105的圆柱面和两侧面在壳体101内柱面和两封闭端平面1a、1b(由端盖102、103内面、曲轴104曲柄内端面、第二摇杆108内面构成，见图4)上滑过，结合第一连杆105的圆柱面和两端面与壳体101内柱面和端盖上两封闭端平面1a、1b的封闭作用，使被扫过空间内的工质向未被扫过的空间快速挤压(见图25II和图33B)，此时工质的内能增加温度升高，曲柄颈转过180°越过曲轴104主轴线与第一摇杆106空心连架轴间距线的延长线，第一摇杆106开始随第一连杆105一起向去程方向摆动加速并对它们扫过的空间内的工质继续挤压(见图25III和33C)，由于被挤压的工质三面与外壳接触，一大部分热量由壳体101及端盖102、103的传导作用向外界散去产生热交换，实现了对工质的等温压缩，此过程中第一连杆105的圆柱面和两端面及第二连杆107杆体侧面107g与第一摇杆体1061的杆体侧面1061e、空心连架轴1061b外圆柱面共同联合对工质实施密封作用；第一摇杆106向去程摆动的同时，第二连杆107受第二摇杆108的作用不同速摆动，贴合的第一摇杆体1061杆体内面1061m和第二连杆107杆体内底面107i开始张开并弧面阀开始打开进气口关闭出气口(见图25IV和图33D)，由第二连杆107板状槽壁两内面107h、内底面107i、第一摇杆体1061板状杆体内面1061m及过渡连接部分的弧形面1061k围成的可变容的密闭空间也开始打开，由于此空间的围成没有外壳的面参与，因此与外界产生热交换困难，对围成的材料进行保温处理此空间可视为绝热空间，无处逃逸的等温压缩后的工质穿过第一摇杆体1061的通气孔冲开单向阀1062开始注入该空间，当第一摇杆106摆动到去程极限位置时，该空间已张开到最大(见图25V和图33E)，等温压缩后的工质全部逸入该空间并有一部分工质由进气口和出气口经通道直接进入到高温热源处开始吸收热量，等温压缩过程结束；曲轴104继续向前转动，第一连杆105带动第一摇杆106回摆，第二连杆107受第二摇杆108的作用不与第一摇杆106同速回摆而产生相对的差速运动使绝热空间逐渐变小直至关闭(见图25VI和图33F)，空间内的工质受单向阀1062的封闭不能回流，在不与外界热交换的情况下经第一摇杆体1061上的进气通道1061i压缩至其空心连架轴1061b内的高温热源处完成绝热压缩过程，此时第一摇杆106又回到回程极限位置；绝热压缩结束的瞬间，弧面阀将第一摇杆106的进气口关闭出气口打开，压缩至第一摇杆体1061空心连架轴1061b内并吸收高温热源热量的工质极速膨胀并冲出出气口，此时进气口已经关闭极速膨胀的工质不会产生回流，等温膨胀过程结束；脱离了高温热源的高压工质冲出出气口正好遇上向前运动的第一连杆105(见图33A)，此时第一摇杆106受曲柄颈的约束只能向去程方向有微小的摆动，冲出的高压工质推不动第一摇杆106只能推动运动中的第一连杆105并带动曲轴104向前加速转动并不断的释放出更多的空间(见图33B)开始对系统做功并同时对第一连杆105和第一摇杆106前方的工质进行推动、压缩，由于空间释放的极其迅速使等温膨胀后的工质获得了绝热膨胀的空间，工质在不断释放出更多的空间中绝热膨胀并对第一连杆105持续的做功并带动曲轴104加速向前转动(见图33C)，曲轴再次越过曲轴104主轴线与第一摇杆106空心连架轴间距线的延长线，第一摇杆106又快速向去程方向摆动，同时第一连杆105的圆柱面和第一摇杆106杆体的外面再次对其扫过空间内的工质产生挤压，新一轮循环的等温压缩开始，当膨胀力等于挤压力时，工质对第一连杆105的做功不再有前推力，失去驱动力的曲轴104和第一连杆105由自身的或外设飞轮的惯性力驱动对工质继续挤压并再次到达第一摇杆106去程极限位置来完成后续的等温压缩和绝热压缩过程，此时曲轴104和第一连杆105释放出的空间达到最大，工质有足够的空间和时间回复到压缩前的状态，绝热膨胀过程结束；保持正向卡诺循环各个过程的连续发生和完整循环的周而复始，就可以获得连续不断的功率输出。

本发明按逆向卡诺循环时为制冷装置，其工作原理如下：参见图47，首先以曲轴402主轴线与第一摇杆404空心连架轴线在横截面上的连线为界，将壳体401分为两部分，能容纳第一摇杆404的部分采取导热措施，另一部分采取热阻断措施。将密闭的壳体401内充满气态工质，外部动力带动曲轴402，从第一摇杆404摆到回程极限位置且曲轴402偏心距线与曲轴402主轴线与第一摇杆404空心连架轴间距线的延长线重合处开始(见图47A)，朝第一摇杆404空心连架轴在曲轴右侧时的逆时针方向转动，此时第一摇杆404与曲轴402的主轴产生了同轴现象，曲轴402只带动第一连杆402向第一摇杆404靠拢并扫过其途经的空间(见图47B)，结合第一连杆403的圆柱面和两端面与外壳401内柱面和两封闭平面的封闭作用，使被扫过空间内的工质向未被扫过的空间挤压，被压缩的工质内能增加体积缩小温度升高并压向杆体相叠的第二连杆405和第一摇杆404，这时弧面阀已打开进气口4041，工质只能由进气口4041进入第一摇杆404空心连架轴内，曲轴402继续向前转动，第一连杆403弦切面与第二连杆405杆体外底面迅速合拢(见图47C)，压缩过程结束，由于第一连杆403弦切面与第二连杆405杆体外底面间存在的高压气态工质，不仅起到了气垫缓冲作用也对第一摇杆404产生了很大的压强并推动其在压缩过程结束瞬间脱离同轴现象而不会发生撞击，此压缩过程中，由于三面与被挤压工质接触的外壳401因热阻断措施的实施而产生热交换困难，并且压缩过程又足够迅速，因此过程中的不可逆热散失很小可忽略不计视为实现了逆向卡诺循环中的绝热压缩过程；进入第一摇杆404空心连架轴内的高温工质遇到设置在此处的代表高温热源的换热器并与之产生热交换将热量向高温热源不可逆的散出，实际当中在绝热压缩过程中工质就开始进入空心连架轴内产生热交换，由于第一摇杆404空心连架轴上的出气口4042正被弧面阀关闭，工质只能在空心连架轴内积聚并被压缩和交换热量，进行着等温压缩过程，随着绝热压缩过程的结束，等温压缩过程也将结束(见图47D)，曲轴402转过180°第一连杆402带动脱离同轴效应的第一摇杆404向去程摆动，第二连杆405受第二摇杆406的作用不同速摆动弧面阀关闭进气口4041并打开出气口4042，同时由第二连杆405板状槽壁两内面、内底面、第一摇杆404板状杆体内面及第一摇杆过渡连接部分的弧形面围成的可变容的密闭空间也开始打开，工质离开高温热源通过出气口4042进入该空间，等温压缩过程结束；曲轴402继续向前转动，第一摇杆404摆到去程极限位置密闭空间完全打开并杆体外面排开与外壳401之间的工质后贴合(见图47E)，能离开高温热源的工质除通道内的外全部进入密闭空间，由于密闭空间与外界热交换不畅，工质经过此空间可视为短暂的绝热膨胀，曲轴402继续向前转动第一摇杆404和第二连杆405开始回摆(见图47F)，由于第二连杆405受第二摇杆406的作用不与第一摇杆404同速回摆而产生相对的差速运动使密闭空间逐渐变小直至关闭，空间内的工质经第一摇杆404杆体上的气孔被驱赶着排出，绝热膨胀过程结束；与第一摇杆404和第二连杆405回摆的同时以第一摇杆404杆体外面和第一连杆403柱面连成的活动面与三外壳固定内面共同围成的密闭空间也已迅速打开，绝热膨胀后被排出的工质进入该空间并继续膨胀，由于高导热措施的实施此时工质与三面壳体的热交换通畅，从而实现了从低温热源吸热的等温膨胀而产生了制冷，然而，等温膨胀是要对外做功的，所以此时有功作用在第一摇杆404杆体外面和第一连杆柱面上，这使输入功得以节省，随着曲轴402的转动，该空间不断扩大直至曲轴402回到起点，绝热膨胀后被排出的工质全部进入在足够的空间和时间中吸热膨胀；在第一摇杆403和第二连杆405从去程极限位置回摆的同时第一连杆403的柱面、弦切面和第二连杆405的内底面就开始对扫过的空间内的工质产生挤压，新一轮的循环过程又将开始，保持输入功的不间断使循环周而复始，就会在高导热一侧产生制冷效果。综上所述，制冷装置只是在动力装置的基础上取消了单向阀并反向转动而获得，这就直接验证了正向卡诺循环动力装置的真实性。反过来，正向卡诺循环动力装置的实现也验证了逆向卡诺循环制冷装置的真实性。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的主要发明点在于，独创的采用了曲柄双摇杆机构实现了完整的卡诺循环，也就是说不但实现了正卡诺循环，还实现了逆卡诺循环，使古老的卡诺循环以清晰的循环脉络从理论走向实际应用。

2.与较成熟的斯特林发动机相比，本发明具有：①效率更高，因为单从理论的角度讲卡诺循环就有着比斯特林循环更高的效率，这也是热力学定律所阐述的，即任意热机循环过程的效率，不能大于工作于它所经历的最高温热源和最低温热源之间的卡诺循环的效率。②结构简单、紧凑，体积小，重量轻，因为在主要零部件方面，斯特林发动机每一个工作单元要有两个曲轴，本发明有一个曲轴，这就使体积更小，并且本发明的主要结构件都集中在同一个腔室内，这就使结构更加紧凑，同样重量也就更轻。③死积少，斯特林发动机中不管是α型还是β型，机构中都会有较长的工质输送通道，这些通道会成为系统的死积，本发明只在第一摇杆上有较短的工质输送通道，因此死积更少，死积的减少也意味着效率的增加。④加热效率更高，斯特林发动机中对工质的加热多数为由外向内辐射的方式，这违背了“包围热点加热效率最高”的原则，一定有热量向离开工质的方向传导造成热散失，本发明采用的是由内向外辐射的加热方式，这接近包围热点，所以加热效率更高。

3.鉴于斯特林发动机作为核心动力装置已应用到不依赖空气推进系统中，本发明较斯特林发动机有更好的特性，当采用液氢液氧为燃料和助燃剂时不会有任何有害物产生，并且本发明更具有在狭小空间中应用时要求的体积小、重量轻、结构紧凑、低转速、大扭矩的特性，在潜艇AIP系统和航天领域有重大意义。

4.本发明制冷装置与普遍使用的压缩机制冷系统相比具有结构简单，效率更高的优点。

附图说明

图1是曲柄双摇杆机构组装后的为展现内部结构而局部剖切后的示意图；

图2是曲柄双摇杆机构装配体的爆炸视图；

图3是曲柄双摇杆机构外壳透视图；

图4是曲柄双摇杆机构中起重要作用的两封闭平面构成示意图；

图5是曲柄双摇杆机构外壳的壳体横截面的正视图；

图6是曲柄双摇杆机构外壳左端盖部件示意图；

图7是曲柄双摇杆机构外壳右端盖部件示意图；

图8是曲柄双摇杆机构的曲轴透视图；

图9是曲柄双摇杆机构曲轴的轴向剖面示意图；

图10是曲柄双摇杆机构第一连杆装配体的透视图；

图11是曲柄双摇杆机构第一连杆的构造示意图；

图12是曲柄双摇杆机构第一连杆装配体的分解示意图；

图13是曲柄双摇杆机构第一摇杆装配体的分解示意图及单向阀结构示意图；

图14是曲柄双摇杆机构第一摇杆体的透视图；

图15是曲柄双摇杆机构第一摇杆体的横截剖视图；

图16是曲柄双摇杆机构中有复侧面第一摇杆体的透视图；

图17是曲柄双摇杆机构第一摇杆体为展示其细节的局部放大示意图；

图18是曲柄双摇杆机构槽形第二连杆的透视图；

图19是曲柄双摇杆机构槽形第二连杆的俯视图；

图20是曲柄双摇杆机构槽形第二连杆的正视图；

图21是曲柄双摇杆机构板形第二连杆的透视图；

图22是曲柄双摇杆机构第二摇杆内面透视图；

图23是曲柄双摇杆机构第二摇杆外面透视图；

图24是曲柄摇杆机构的运动示意简图；

图25是曲柄双摇杆机构运动简图及局部放大图；

图26是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置的爆炸视图；

图27是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置燃烧换热器装配体分解图；

图28是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置燃烧换热器横剖面图；

图29是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置燃烧换热器纵剖面图；

图30是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置装配燃烧换热器后剖切示意图；

图31是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置润滑系统集油器示意图；

图32是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置润滑系统集油器空心轴螺栓局部剖切示意图；

图33是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置的工作原理示意图；

图34是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置润滑系统端盖上的部件局部剖切及横剖示意图；

图35是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置润滑系统集油器的工作原理示意图；

图36是曲柄双摇杆机构中采用圆筒型第一连杆的卡诺循环动力装置剖切示意图；

图37是曲柄双摇杆机构中圆筒型第一连杆示意图；

图38是曲柄双摇杆机构中采用圆筒型第一连杆后第二连杆示意图；

图39是曲柄双摇杆机构中采用圆筒型第一连杆后第一摇杆示意图；

图40是曲柄双摇杆机构装配式曲轴爆炸分解示意图；

图41是曲柄双摇杆机构装配式曲轴轴向剖切示意图；

图42是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置与发电机融合应用示意图；

图43是曲柄双摇杆卡诺循环动力装置电力应用轴向剖切示意图；

图44是曲柄双摇杆卡诺循环制冷装置曲柄双摇杆机构中第一摇杆示意图；

图45是曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置曲柄双摇杆机构对称布置装配示意图；

图46是曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置曲柄双摇杆机构对称布置递增联接示意图；

图47是曲柄双摇杆卡诺循环制冷装置的工作原理示意图；

具体实施方式

实施本发明的关键在于曲柄双摇杆机构，下面首先结合附图和实施例对其组成构件的结构和它们之间的位置关系做进一步的说明和详细介绍，同时对本发明的各种具体实施方式加以详尽的说明。但需要特别指出的是，本发明的具体实施方式不局限于下面所示出的实例，所属领域的技术人员在不付出创造性劳动的情况下，根据本发明的构思很容易设计出其他具体实施方式，因此不能将保护范围限制在下面给出的实施例范围内。

第一实施方式

这一实施方式为本发明一动力装置实施方式，由曲柄双摇杆机构、高温热源系统、低温热源系统、润滑系统、启动系统组成。

如图1曲柄双摇杆机构组装后的为展现内部结构而局部剖切后的示意图及图2曲柄双摇杆机构装配体爆炸视图所示，曲柄双摇杆机构包括有壳体101、自由端盖102、输出端盖103曲轴104、第一连杆105、第一摇杆106、第二连杆107、第二摇杆108、三杆铰链销轴109、曲轴轴承110、第一摇杆轴承111、第二摇杆轴承112、紧固螺栓113。其中外壳如图3所示，外壳的功能是其它构件的载体和负责对工质的密封，要有高强度和严格的密闭性，同时也是机体和工质散热的主体，由壳体101和两端固定连接的端盖102与端盖103构成，外壳内部所有构件装配完成后，见图4，形成了两个由端盖102、103的内面102g、103g和圆柱曲柄104d的内端面104e及图22中第二摇杆108内面108a构成的封闭端平面1a和1b，它是两个工作平面，在壳内构件对工质进行挤压时起到重要的密封作用；如图5所示，壳体101是内部中空并轴向展开的内面为柱面的两端有垂直于轴线的端面，其腔体的横截面的几何形状是以曲轴104和第一连杆105绕曲轴104主轴线整周运动时离轴线最远一点的轨迹为大圆101a，以第一摇杆106空心连架轴1061b的轮廓圆为小圆101b，两圆或相切，或有一定距离，呈“8”字形结构，以第一摇杆106摆动到去程极限位置时的外侧轮廓线连接大圆101a和小圆101b，沿这些线条围成的区域的边缘画线，即为壳体101中空部分的横截面的几何形状，壳壁上有一定间隔的用于固定端盖的螺栓孔101g并开有集油器座101h，大圆101a与小圆101b圆心连线安装第一摇杆106一侧的壳壁上开有轴向贯穿壳壁的散热通道101c，另一侧壳壁上为隔断绝热膨胀过程对外热交换镶嵌有耐热保温体101e，耐热保温体101e半包围第一摇杆体1061空心连架轴1061b部分的外面，开有容纳保温材料101e的空间101d，在第一摇杆106安装处与其板状杆体1061a上通气孔1061g对应位置的壳壁上，为了减少系统死积设有凸起101f；如图6所示，端盖102上设有支撑曲轴104的主轴轴承座102a，容纳扁圆柱曲柄104d的曲柄座102b，支撑第一摇杆106的摇杆空心连架轴座102c，容纳第二摇杆108的第二摇杆座102d，支撑第二摇杆108的第二摇杆轴承座102e，散热通道102f，与壳体101壳壁上螺栓孔101g对应的螺栓穿孔102i，散热通道入口102h，润滑加压气口102j，摇杆空心连架轴润滑油道102k，集油器螺栓孔1021；如图7所示，端盖103上设有支撑曲轴104的主轴轴承座103a，容纳扁圆柱曲柄104d的曲柄座103b，支撑第一摇杆106的摇杆空心连架轴座103c，容纳第二摇杆108的第二摇杆座103d，，支撑第二摇杆108的第二摇杆轴承座103e，散热通道103f，与壳体101壳壁上螺栓孔101g对应的螺栓穿孔103i，散热通道出口103h；最终两端盖102、103由紧固螺栓113通过端盖螺栓孔102i、103i与壳体螺栓孔101g固定连接在壳体101两端(见图2)。

如图8图9所示，曲轴104的由主轴颈104a、104b和与之同轴的两个扁圆柱曲柄104d及偏心固定连接于两曲柄间的曲柄颈104c组成，其中主轴颈104a为功率输出端，主轴颈104b为自由端，分别以曲轴轴承110支撑于两端盖上主轴轴承座102a和103a，相对于曲轴润滑道口102n(见图34)的曲柄104d柱面上设有输油槽104f，润滑道104g的入口在输油槽104f的中间，穿过曲柄体通向曲柄颈104c并轴向贯穿曲柄颈104c同时连通曲柄颈104c上的径向通道，润滑道104g是本发明润滑系统的重要组成部分，它是向机体内部输送润滑液的主要通道，扁圆柱曲柄104d的两个内端面104e分别是两个封闭端平面1a和1b上占壳体101横截面大圆101a中心曲柄直径圆部分。曲轴104的曲柄曲柄104d之所以设计成扁圆柱体，其主要目的是为了既能转动又能保证封闭端平面1a和1b不缺失。

如图10图11所示，第一连杆105的杆体105a是一空心的有一弦切面1051a的圆柱刚体，杆体105空心部分105b用于容纳曲轴104的曲柄颈104c并与之构成转动副；离开杆体105a横截面圆的圆心在等于曲轴104偏心距、或不等于处的一点设一与杆体105有过渡连接105c的摇杆销孔1051c及两端面1051d并与第一摇杆106的连杆销孔1061j铰链连接；杆体105a的圆心与第一摇杆销孔301c中心的距离为第一连杆105的轴心距，它的长度或等于曲轴104的偏心距，或不等于曲轴104的偏心距，卡诺循环动力机要大于曲轴104的偏心距为好；杆体105a的半径加上曲轴104的偏心距决定外壳中空部分的横截面上大圆101a的半径，当大圆101a的半径一定时，杆体105a的半径与曲轴104的偏心距成反比，当曲轴104的偏心距一定时，杆体105a的半径与大圆101a的半径成正比，所以杆体105a的半径的大小与否直接影响壳体101型腔的容积和曲轴104的偏心距；杆体105a的两侧面105d与轴线垂直并各自与外壳的两封闭端平面1a和1b构成平面副；杆体105a弦切面1051a的切割线是从摇杆销孔1051c端面1051d轮廓圆出发与杆体105a空心圆有一定厚度距离的杆体105a圆的弦线，其或直线或弧线并被第二连杆107的杆体的外底面107j仿形并相互吻合，在弦切面1051a与杆体圆柱面相交的拐角处还有一圆弧形的封闭面1051b附加于此，其以壳体101内柱面动配合圆为直径与摇杆销孔1051c同轴并相交于弦切面1051a相切于杆体圆柱面，其目的是加大杆体105a与外壳对工质动态封闭的纵深，使柱面扫柱面的高副线接触变为低副面接触；如图12第一连杆装配体的分解示意图所示，要保留曲轴104的整体性又要实现第一连杆105到曲柄颈104c的安装，杆体105a一般要以径向切割线105e将第一连杆105分成弦切面部分1051和圆柱面部分1052两部分，同时滑动轴承也径向切割为两半分成带止动凸1053a的有凸半轴承1053和无凸半轴承1054，弦切面部分1051带有摇杆销孔1051c及与第一摇杆104铰接用的端面1051d并以获取全部剖切面为前提与圆柱面部分1052互镶，两部分相互扣合包围住动配合在曲柄颈104c上的有凸半轴承1053和无凸半轴承1054并使之不能轴向窜动，两互镶部分轴向开有与带有一定锥度的紧固件1055同锥角的且锥度连续的贯穿孔1051e及1052a，止动凸1053a作用于圆柱面部分1052使有凸半轴承1053不会产生转动；紧固件1055是以锥面作用于贯穿孔1051e和1052a来同时约束两部分杆体的前端为螺杆后端为六角头中间为前小后大圆锥体的刚体，其螺杆段作用于螺纹孔1051d使两部分杆体紧固成一体。第一连杆105在机构中的作用类似于传统的活塞式发动机中的活塞，但是第一连杆105工作时不做整周转动，而是既有转动又有位移动，相对于壳体101内壁柱面既有滑动又有滚动，

如图13所示，第一摇杆106是由第一摇杆体1061和由固定件1063固定或直接焊接的单向阀1062组成，一般单向阀1062通过连接孔1061o铆接在第一摇杆1061上；如图14、图15所示，第一摇杆体1061的杆体1061a为一四角为直角的具有一定厚度并厚度方向开有通气孔1061g的板状体，板状体以厚度形成的两对相对的平面中至少有一对相互平行并与板面垂直为杆体1061a的两个侧面1061e，它们之间的距离为杆体1061a的宽度；轴线与杆体侧面1061e垂直的空心连架轴1061b固定连接在板状杆体1061a的一端并分别凸出于杆体侧面1061e形成两空心连架轴头1061c，分别伸入外壳的两端盖102、103上带有第一摇杆轴承111的摇杆空心连架轴座102c和103c并与之构成转动副，空心连架轴1061b的空心部分1061d为等温膨胀室也是高温热源换热器的安置处；板状杆体1061a另一端设连杆销孔1061j及销孔端面10611且轴线与空心连架轴1061b轴线平行；空心连架轴1061b与连杆销孔1061j的轴距连线中的任何一条都不与板状杆体1061a的产生关联，以获得第一连杆105和第二连杆107的安装空间，板状杆体1061a靠近轴距连线的板面为内面1061m并仿形于第一连杆105的杆体105a的弦切面1051a但要留有容纳第二连杆107槽底107i厚度空间，远离的板面为外面1061n与内面1061m随形；通气孔1061g内面1061m一侧固定连接单向阀1062；板状杆体1061a内面1061m与空心连架轴1061b外圆的夹角处有一与连杆销孔1061j同轴线的弧形过渡连接并形成一弧形面1061k，配合槽形第二连杆107时杆体侧面1061e沿夹角弧形面1061k凹陷第二连杆107槽壁107d厚度，形成复侧面1061f，这弧形面1061k凸出于杆体复侧面1061f的部分上分别开有与其同轴的能配合第二连杆弧形凸缘107k的滑槽1061p，见图16、图17，用以增加弧形面1061k对工质的密封性，该弧形面1061k一般还与空心连架轴1061b外圆柱面相切，从该夹角弧形面1061k出发沿杆体的内面1061m开有连通空心连架轴1061b空心部分1061d的进气通道1061h和朝远离内面1061m方向排列的出气通道1061i并在弧形面1061k上留下进气口和出气口；为配合壳体101内壁上的凸起101f，通气孔1061g与杆体1061a的外面1061n有一倒角1061r，用以接纳凸起101f的探入；单向阀1062为弹性体并与杆体1061a的内面1061m紧密贴合用以封闭由内面1061m过通气孔1061g流向外面1061n的工质，为提高工质的通过速度在错开第一摇杆体1061通气孔1061g对应的位置设透气孔1062a。

如图18、19、20和图21所示，第二连杆107的杆体是仿形于第一连杆的板状体或横截面为凹字形的槽形的刚体，槽形体时，两槽壁107d垂直于槽底107a，槽形杆体的一端设有垂直于槽壁107d固定连接于槽底107i的第一摇杆销孔107b和销孔端面107c，杆体的两槽壁107d为具有均匀厚度的板状体并有从第一摇杆销孔107b端向另一端展开的扇形外观，其两相对的面为槽壁内面107h，两相背的面为杆体侧面107g且它们之间的距离为杆体的宽度，销孔端面107c分别杆体侧面107g共面；以第一摇杆销孔107b的圆心为圆心的圆弧切割线轴向切割杆体获得第二连杆107的弧面端头107e并两槽壁107d部分弧面端头上设弧形凸缘107k，以加强对工质的密封；第二连杆107以槽口扣向第一摇杆106杆体1061a内面1061m并槽底107a内面107i与之仿形并吻合，两槽壁107d内面107h与之两杆体侧面1061e分别构成平面副，杆体侧面107g各自与第一摇杆体1061的侧面1061e共同构成一平面并与外壳的两封闭端平面1a和1b构成平面副，第二连杆107的第一摇杆销孔107b与第一连杆105的摇杆销孔1051c及第一摇杆106的连杆销孔1061j用三杆铰链销轴109同轴铰链连接，第二连杆107弧面端头107e与第一摇杆106过渡连接部分开有进气口和出气口的弧形面1061k构成转动副并其槽底107a部分形成的弧面为对进气和出气进行阀控制的弧面阀，第二连杆107的内底面107i被第一摇杆体1061杆体1061a的内面1061m仿形并相互吻合，外底面107j与第一连杆105的弦切面1051a仿形并吻合；两槽壁107d靠近弧面端头107e和外底面107j的边缘处的杆体侧面107g上设有各自外伸并同心的第二摇杆轴头107f或一定深度的同心的第二摇杆销孔；槽底内面107i上开有容纳单向阀1062的单向阀槽1071；板状体时(见图21)取消两槽壁107d及弧形凸缘107k。

如图22、图23所示，所述第二摇杆108的杆体为扁圆柱体或圆台，圆柱体或圆台的两端面垂直于轴线，一端面为内面108a，另一端面为外面108b；其内面108a上开有一定偏心距的第二连杆销孔108c并与第二摇杆轴头107f动配合连接，或设凸出于内面的轴头与第二摇杆销孔动配合连接，其外面108b上中心位置设轴承座108d，以第二摇杆轴承112支撑于两端盖第二摇杆轴承座102e、103e上，并内面108a与端盖的内面构成平面，或以杆体的圆柱面直接与端盖构成转动副并内面108a与端盖的内面构成平面。

所述高温热源系统由燃料储、供装置、燃烧换热器114、燃烧换热器紧固螺帽115、助燃进气道压盖116、燃料喷射点火装置117、燃料输入管118、输入管紧固螺栓119、压盖及排放管紧固件120、废气排放管121构成。

如图27燃烧换热器装配体的分解图所示，所述燃烧换热器114由换热燃烧室1141、隔热体1142、固定座1143组成，换热燃烧室1141由高导热材料制成，如银、铜、铝、钨等。隔热体1142由绝热、耐高温并较大强度的材料制成，用以支撑换热燃烧室1141并连接固定座1143，如陶瓷等。固定座1143是将燃烧换热器与外壳固定连接的构件，要有大的强度，一般采用钢材料。如图28图29燃烧换热器的横截剖视图和径向剖视图所示，换热燃烧室1141为一管状体，一端管口内设燃烧室1141a，另一端管口为废气排放口，口内有尾换热板1141c，燃烧室1141a前端有焰头换热板1141d；管状体外面圆周方向固定连接圆形散热板1141b并轴向排列，圆形散热板1141b两两之间的缝隙及外缘与第一摇杆104空心连架轴1061b的内柱面间的空隙为换热区，在这些缝隙的圆周方向上某一处可以设置缝隔1141e将所有缝隙阻断，缝隔1141e的外缘与第一摇杆106空心连架轴1061b的内柱面动配合，这一隔断的目的是使压入第一摇杆106空心连架轴1061b内的工质有单一的走向而获得有序进出，提高换热的效率，当然也可以不设缝隔1141e让被压入第一摇杆106空心连架轴1061b内的工质自由流动，从而获得被缝隔1141e占用的那部分换热面积，因此取舍之间各有利弊；如图30卡诺循环动力装置的燃烧换热器装配后剖切示意图所示，燃烧换热器114贯穿于第一摇杆106空心连架轴1061b的空心部分1061d，由燃烧换热器紧固螺帽115分别固定连接在端盖102和103上，燃料喷射点火装置117在燃烧室1141a的一端由助燃进气道压盖116固定并由压盖及排放管紧固件120紧固在端盖103上，燃料输入管118通过输入管紧固螺栓119的连接使燃料通道贯通，燃料储、供装置都已是公知技术这里不作说明。燃料由燃料通道进入并在燃料喷射点火装置117前端与从助燃进气道压盖116进入的助燃气体混合点火燃烧，放出的热量通过焰头换热板1141d、尾换热板1141c及换热燃烧室1141内壁的传导对进入第一摇杆106空心连架轴1061b的空心部分1061d的工质进行加热，燃烧后的废气通过废气排放管121排出，废气排放管121由压盖及排放管紧固件120固定在端盖103上。

所述低温热源系统由泵、散热器及管路通道构成，泵、散热器等都已是公知技术这里不作说明，只对管路通道的构成加以说明，首先见图1图5在壳体101上当装置作等温压缩时与第一连杆105和第一摇杆106相对应的部分轴向开有贯穿壳壁的散热通道101c，见图3、图4、图6和图7在端盖102和103上分别设有散热通道102f和散热通道103f，这些通道彼此相互贯通同时与壳体101上的散热通道101c相对应并以通道口102h和通道口103h为进出口，实现对装置等温区的全面散热。

所述润滑系统由集油器122、集油器弹簧123、集油器空心轴螺栓124、回油管125、储油箱102k及输油通道组成。如图31所示集油器122为带有凸缘的管状体，凸缘122d固定连接在管状体的外圆上并形成一弧面122b或斜面，从弧面122b通向管状体空心部分开有进油口122a，弧面122b与壳体101上集油器座101h的对应位置相吻合(见图35b)，管状体的一端设集油器弹簧座122c，集油器弹簧123安装在座内并与端盖作用使集油器122保持在一个极限位置状态(见图35a)；如图32，所示，集油器空心轴螺栓124的空心部分为油道孔124b，条形回油口124a与之贯通，它穿过集油器弹簧123和端盖103的集油器轴孔103j并动配合穿过集油器122空心部分与端盖102的集油器轴孔1021紧固，使集油器122坐落于壳体101的集油器座101h并动配合，同时其条形回油口124a可与集油器122的进油口122a产生错开、对应动作，形成封闭气态工质和对润滑液进行阀控制的回流阀并极限位置时为关闭状态；如图30所示储油箱102k为与端盖102固定连接的密闭型腔，箱体的上端设有回油口102p，通向端盖102内面102g并相对于箱体的上端开有加压孔102j，箱体的下端开有出油口102s，固定连接端盖102上的输油通道102m将出油口102s与曲轴油道口102n、第一摇杆油道口102o、第二摇杆油道口102q相互连通；回油管125一端固定连接在集油器空心轴螺栓124的油道孔124b的出口，一端连接在储油箱102k的回油口102p上，使润滑系统构成一个完整的回路。所述润滑系统采用气动循环的方式，其工作原理如下：首先储油箱102k内的润滑液要保持一定的液面，装置开始工作后，见图33C，高压的气态工质由端盖102上的加压孔102j进入储油箱102k内，对箱内润滑液的液面进行挤压，这时压力使润滑液从储油箱102k下部的出油口102s压入输油通道102m并到达各主要油道口，出曲轴油道口102n的润滑液首先进入输油槽104f(见图8)，进而通过润滑道104g将润滑液输送到曲柄颈104c及曲轴104的另一端(见图9)并通过第一连杆105上的油道孔1051f(见图12)润滑液流向三杆铰链销轴109，出第一摇杆油道口102o的润滑液首先进入输油槽1061q(见图16)进而由润滑道1061s将润滑液输送到空心连架轴的另一端，出第二摇杆油道口102q的润滑液通过第二摇杆108进入第二连杆107的油道孔107m(见图18图20)将润滑液输送给另一个第二摇杆，当压力消除后(见图33D)集油器122收集的润滑液又会由回油管125经回油口102p注入储油箱102k，当装置连续工作时就起到了油泵的作用。集油器122的工作原理首先见图33B，图中第一连杆105与壳体101夹角处的深色部分为润滑液，由于进入外壳内的润滑液在离心力和气态工质压力的作用下会附着在壳壁上，当第一连杆105在壳壁上滑过时就会堆积在它的前方，随着第一连杆105的不断推进有更多的润滑液被堆积(见图33C)，当集油器122的凸缘122d与第一连杆105接触后就会形成一个小的密闭腔室，如图33D图35a所示，这时集油器122的凸缘122d在集油器弹簧123的作用下紧贴于第一连杆105上，将堆积的润滑液阻隔在密闭腔室内，此时集油器122的进油口122a与集油器空心轴螺栓124的条形回油口124a在错开位置，回流阀处于关闭状态，第一连杆105继续推进，见图35b，集油器122受第一连杆105的压迫摆动并将进油口122a与条形回油口124a连通，回流阀打开，密闭腔室逐渐缩小直至关闭，腔室内的润滑液经进油口122a和条形回油口124a被压入回油管125而回到储油箱102k内完成润滑系统的循环过程。

所述启动系统由电源、控制装置、启动机126组成，如图26所示启动机126由自身带的法兰通过紧固件127紧固在端盖102上的辅助设备法兰102r(见图34)上，启动机126的转子直接与曲轴104的自由端固定连接。电源和控制装置都为公知技术，这里不加赘述。

第二实施方式

这一实施方式是为了展示曲柄双摇杆机构的另一种实现形式，其组成如图36所示，包括：壳体201、装配式曲轴204、第一连杆205、第一摇杆206、第二连杆207、第二摇杆208。与第一实施方式不同的是曲柄双摇杆机构中只有一些构件的形状发生了变化，其工作原理和连接方式并未发生本质的改变，其中第一个变化就是第一连杆205采用了圆筒形结构，如图37所示，它是一个空心正圆柱体的圆筒形，圆筒的中空部分205a通过轴承209与装配式曲轴204的曲柄颈转动副连接，圆筒的外圆轴向设与第一摇杆206铰接的第一摇杆销孔205b及端面205c，为与壳体201配合时有最佳的密封间隙，第一摇杆销孔205b一侧设一过渡连接205d。第一连杆205采用圆筒形的好处在于它的整体性，这可使它的筒壁可以做的相对较薄，这带来的直接好处就是可以使曲轴在同等空间中有更大的偏心距选择，显而易见，偏心距变大扭矩就会变大，筒壁越簿就越接近直接推动曲轴，这是动力机械的理想。第一连杆205这一形状的变化也给机构带来了一系列构件的变化，首先与第一连杆205相叠的第二连杆207要与其随形就会变的杆体更加弯曲(见图38)，其次与第二连杆207相配合的第一摇杆206也要发生相应的改变，其杆体也变的更加弯曲(见图39)，同时与之相配合的壳体201的对应位置也会变的更加向外凸出(见图36)，但变化最大的是曲轴，由于第一连杆205为整体，装配的需要曲轴就必须要分体，然而由于曲轴受力复杂使其分体会有一定难度，如图40所示，装配式曲轴204由曲柄颈半2041、凸轴半2042及紧固件2043构成，为强化与曲柄颈的连接曲柄2041d、2042d由内大外小的扁圆台构成，曲柄颈半2041上偏心固定连接曲柄颈2041a并其断面上开有直槽口形槽孔2041b，对应曲柄颈2041a中心的曲柄上设有紧固件通孔2041c，主轴颈在曲柄的中心；凸轴半2042上固定连接与曲柄颈2041a同偏心度截面为直槽口形的凸轴2042a及丝孔2042b，主轴颈在扁圆椎体曲柄的中心；如图41所示，装配时凸轴2042a嵌入槽孔2041b静联接，紧固件2043穿过紧固件通孔2041c作用于丝孔2042b将曲轴固定为一体。

第三实施方式

这一实施方式示出了本发明卡诺循环动力装置一个采用液氢为燃料液氧为助燃剂的发电应用实例，如图42所示，包括：曲柄双摇杆卡诺循环动力装置301、同步励磁发电机302、氢燃料供给系统303、氧助燃剂供给系统304、点火燃烧装置305、燃后气输送管306、冷凝器307、回流管308、放水口309。曲柄双摇杆卡诺循环动力装置301在第一实施例中已经详细说明这里不加赘述；同步励磁发电机302的外壳要有严格的气密性，其外壳与曲柄双摇杆卡诺循环动力装置301外壳的联接处也要有极佳的气密性，并轴与轴联接处设油气封302a，壳体内还要充满一定压力的气体以对抗来自曲柄双摇杆卡诺循环动力装置301的侧漏气压，这主要目的是防止其润滑液流入同步励磁发电机302内；对同步励磁发电机302加电可代替曲柄双摇杆卡诺循环动力装置301的启动系统；氢燃料供给系统303由储氢装置、蒸发器、控制单元、氢气输入管303组成，其都有公知技术这里不过多说明，同样，由液氧存储装置、蒸发器、控制单元、氧气输入管道304组成的氧助燃剂供给系统304也为公知技术。氢气由氢气输入管303进入点火燃烧装置305与由氧气输入管道304进入的氧气混合并点火燃烧，为曲柄双摇杆卡诺循环动力装置301提供高温热源，如图43所示，燃烧后由大部分氧气和带有水蒸气及微量未燃烧的氢气构成的混合气经燃后气输送管306进入冷凝器307，进入冷凝器307后混合气中的水蒸气凝结为水沉积到底部，氧气及微量未燃烧的氢气必要时加以除湿后通过回流管308又回到点火燃烧装置305处继续参与燃烧，冷凝器307底部的积水由放水口309有控制的排出；曲柄双摇杆卡诺循环动力装置301启动进入工作状态后，同步励磁发电机302也开始工作并向外输出电力。这一实施例的好处是可对气态工质完全密封而不易泄漏并是一种不依赖空气的动力系统，在应用领域对航海、航天都有着重大意义。

第四实施方式

这一实施方式为曲柄双摇杆卡诺循环制冷装置，包括：驱动装置；曲柄双摇杆机构；润滑系统；热循环系统；冷循环系统。所述动力装置可以采用多种形式，但要求要与制冷部分密封连接以保证其工作工质不被泄漏，一般采用电动机，直接驱动曲轴。

如图47所示，曲柄双摇杆制冷机构由外壳401、曲轴402、第一连杆403、第一摇杆404、第二连杆405、第二摇杆406、三杆铰链销轴408组成，从图中可以看出与曲柄双摇杆动力装置相比各主要构件的连接方式完全相同，只是取消了第一摇杆上的单向阀1062并反转了运行方向，细微的变化还在于第一摇杆404，见图44，把其杆体上的通气孔由大孔变为均匀的小孔并进气道口变为出气道口4042，出气道口变成进气道口4041显而易见曲柄双摇杆机构并未发生实质性的改变。

所述润滑系统采用灌入式，也就是将一定量的润滑液灌入系统内封闭，依靠系统内变换的压力差自行内循环。

所述热循环系统由热交换器407、热离去装置构成。热交换器407采用与曲柄双摇杆卡诺循环动力装置相同的结构(见图29)，将换热燃烧室变成散热片即可。热离去装置由热媒、热媒驱动器、热媒通道组成，热媒通道连接于热交换器407两端。

所述冷循环系统由冷媒、冷媒驱动器、冷媒通道组成。冷媒通道分布在外壳401的壳壁上，通过进口和出口与冷媒驱动器连接并对外输出制冷。

第五实施方式

这一实施方式公开了本发明为平衡机构偏重，采用对称布置并多单元联接的一种技术方案。所有曲轴应用都无可避免的遇到偏重问题，本发明也如此，为平衡这一偏重就要采取措施，单独平衡曲轴不仅会增加机构的复杂性也不能平衡其他构件带来的不平衡惯性，由于本发明的主体为圆柱体，外凸部分较小，采用单元对称布置是一种好的解决方案，如图45所示，曲柄双摇杆卡诺循环单元501为带输出轴的基础单元，曲柄双摇杆卡诺循环单元502以曲轴主轴线为圆心相对曲柄双摇杆卡诺循环单元501其第一摇杆连架轴线及曲柄颈轴线偏转180°后相互联接，这样所有径向的不平衡惯性力都会相互抵消为零。实际应用当中可以这样单元对置的两联曲柄双摇杆卡诺循环动力装置为基础单位，拼接出四联、六联等偶数递进的曲柄双摇杆卡诺循环装置，见图46，以满足各种不同的应用需求。

Claims (10)

1.一种曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，包括：曲柄双摇杆机构；高温热源系统；低温热源系统；润滑系统；驱动系统；其特征在于：所述曲柄双摇杆机构，是由外壳(101、102、103)、曲轴(104)、第一连杆(105)、第一摇杆(106)、第二连杆(107)、第二摇杆(108)以转动副方式连接的闭式运动链并动配合容纳于外壳(101、102、103)内；所述曲轴(104)两扁圆柱体或扁圆台曲柄(104d)中心的主轴颈(104a、104b)或曲柄(104d)本体通过滑动或滚动轴承支撑于外壳(101、102、103)做整周旋转，两内端面(104e)与外壳内端平面(1a)和(1b)保持平整；所述第一连杆(105)一端与曲柄颈(104c)连接，另一端与第一摇杆(106)一端连接并动配合于曲轴(104)两曲柄(104d)及外壳(101、102、103)之间；所述第一摇杆(106)的第一摇杆体(1061)同宽或有公差于第一连杆(105)宽度，另一端平行于宽度方向的空心连架轴(1061b)与外壳(101、102、103)连接并杆体(1061a)上厚度方向开通气孔(1061g)；所述第二连杆(107)同宽或有公差于第一摇杆(106)宽度并叠于第一连杆(105)和第一摇杆(106)之间，一端与第一连杆(105)的连接第一摇杆(106)端同轴连接或转动副连接于第一摇杆体(1061)上，另一端以杆体侧面(107g)轴向外伸轴头(107f)或内嵌轴座的方式分别与第二摇杆(108)一端连接；所述两扁圆柱体或圆台第二摇杆(108)各自的另一端转动副支撑于外壳(101、102、103)并嵌入，一端面(108a)分别与端盖(102、103)内面(102g、103g)保持平整；单向阀(1062)设于第一摇杆体(1061)上靠第二连杆(107)一边，制冷装置时取消。

2.根据权利要求1所述的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，其特征在于：所述外壳(101、102、103)是中空部分轴向展开内面有一正圆柱面的有容纳第一摇杆(106)空间的两端有垂直轴线的端平面(1a、1b)的刚体，一般由壳体(101)和固定连接的两端盖(102、103)构成同时是散热和保温装置的载体。

3.根据权利要求1所述的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，其特征在于：所述第一连杆(105)的杆体(105a)为一有弦切面(1051a)或没有弦切面的空心圆柱体，圆柱体柱面与壳体(101)内柱面相切或有公差配合并两端面为其侧面(105d)高度为其宽度，空心部分(105b)为曲柄颈(104c)连接端，摇杆销孔(1051c)及端面(1051d)为另一端并设置在弦切面(1051a)弦切线的一端或没有弦切面时的柱体外圆上任意一点且轴线垂直于其侧面(105d)，或轴向剖切装配于整体曲轴(104)，或分体式曲轴(204)的曲柄颈(2041a)插入装配。

4.根据权利要求1所述的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，其特征在于：所述第一摇杆体(1061)的杆体(1061a)是仿形第一连杆(105)有一定厚度的板状体，杆体(1061a)仿形线两端的面以外的另外两垂直于板面的面为杆体侧面(1061e)，侧面的间距为杆体(1061a)的宽度，垂直于杆体侧面(1061e)一端固定连接有第一连杆销孔(1061j)及端面(10611)另一端固定连接有空心连架轴(1061b)，空心连架轴(1061b)两端分别凸出于杆体侧面(1061e)形成两空心连架轴头(1061c)并分别伸入外壳两端盖(102、103)与之转动副连接，其空心部分(1061d)为等温膨胀室，高温换热器(114)有间隙的贯穿其中并两端与外壳两端盖(102、103)密闭固定连接，杆体(1061a)朝向第一连杆(105)的板面为内面(1061m)，杆体内面(1061m)与空心连架轴(1061b)外圆的夹角处有一与第一连杆销孔(1061j)同轴线的弧形过渡连接并形成一夹角弧形面(1061k)，从该夹角弧形面(1061k)出发沿杆体的内面(1061m)开有连通空心连架轴(1061b)空心部分(1061d)的进气通道(1061h)和朝远离内面(1061m)方向排列的出气通道(1061i)；配合槽形第二连杆(107)时杆体侧面(1061e)沿夹角弧形面(1061k)凹陷第二连杆(107)槽壁(107d)厚度，形成复侧面(1061f)。

5.根据权利要求1所述的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，其特征在于：所述第二连杆(107)的杆体是仿形于第一连杆的板状体或横截面为凹字形的槽形的刚体，槽形体时，垂直于槽底(107a)的槽壁(107d)的两外面为杆体侧面(107g)，两内面(107h)间距有与第一摇杆体(1061)两复侧面(1061f)构成平面副的宽度，槽壁(107d)的厚度为杆体侧面(107g)与第一摇杆体(1061)的两侧面(1061e)保持平整时所产生的厚度并两杆体侧面(107g)间距为杆体的宽度，槽底(107a)仿形于第一连杆(105)，朝向第一连杆(105)的面为外底面(107j)，槽底(107a)的厚度容纳于第一连杆(105)弦切面(1051a)或柱面与第一摇杆体(1061)杆体内面(1061m)的间隙内并外底面(107j)与第一连杆(105)弦切面(1051a)或柱面吻合，内底面(107i)与第一摇杆体(1061)杆体内面(1061m)吻合，槽底(107a)一端垂直于槽壁(107d)设第一摇杆销孔(107b)及端面(107c)，与第一摇杆体(1061)上的连杆销孔(1061j)转动副连接并以该销孔轴线为圆心的另一弧面端头(107e)，与第一摇杆体(1061)的夹角弧形面(1061k)构成转动副，两槽壁(107d)呈扇形并由槽底(107a)形成的弧面为对进、出气口进行阀控制的弧面阀，两槽壁内面(107h)及内底面(107i)与第一摇杆体(1061)杆体内面(1061m)及夹角弧形面(1061k)围成一个可开合的密闭空间，弧面端头(107e)一端的两杆体侧面(107g)上设有各自外伸并同心的第二摇杆轴头(107f)或一定深度的同轴的第二摇杆销孔。

6.根据权利要求1所述的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，其特征在于：所述第二摇杆(108)同心对置于第二连杆(107)的两侧，两端面为内面(108a)和外面(108b)，内面(108a)上设有偏心的孔或凸出的短轴为第二连杆销孔(108c)或第二连杆轴头，分别与第二连杆(107)的第二摇杆轴头(107f)或第二摇杆销孔转动副连接，同时内面(108a)与曲柄(104d)内面(104e)与端盖(102、103)内面(102g、103g)共同构成两端平面(1a、1b)并与第一连杆侧面(105d)、第一摇杆体(1061)侧面(1061e)第二连杆(107)杆体侧面(107g)分别构成平面副或小间隙配合。

7.一种如权利要求1所述的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置的动力装置运行方法，其特征在于：所述曲柄双摇杆机构外壳(101、102、103)内充满气态工质，驱动系统驱动曲轴(104)带动第一连杆(105)和第一摇杆(106)向第一摇杆(106)去程方向对气态工质围堵挤压，压缩产生的热量由置于外壳(101、102、103)的低温热源系统带走发生了等温压缩，并过第一摇杆体(1061)通气孔(1061g)和单向阀(1062)将工质压入逐渐张开的有或无外壳(101、102、103)内端面参与的第一摇杆(106)与第二连杆(107)围成的密闭空间内，第一摇杆(106)回程时随动的第二连杆(107)受第二摇杆(108)作用而回程摆动差速，密闭空间逐渐关闭使工质绝热压缩并经进气通道(1061h)进入第一摇杆体(1061)带有高温热源系统的空心连架轴(1061b)的空心部分(1061d)内吸热后等温膨胀，随后工质从打开的出气通道(1061i)出口喷出绝热膨胀，推动第一连杆(105)及曲轴(104)转动进行热功转换，当曲轴(104)获得可作大于压缩功的动能后，驱动撤除，装置自主运行并向外输出功率成为动力装置。

8.一种如权利要求1所述的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置的制冷装置运行方法，其特征在于：所述曲柄双摇杆机构外壳(101、102、103)内充满气态工质，驱动系统驱动曲轴(104)带动第一连杆(105)和第一摇杆体(1061)向第一摇杆体(1061)回程方向对气态工质围堵挤压产生了绝热压缩，并过第一摇杆体(1061)出气通道(1061i)将工质压入带有高温热源系统的空心连架轴(1061b)的空心部分(1061d)内继续压缩，压缩产生的热量通过换热器进入高温热源系统发生等温压缩，随后第一摇杆体(1061)向去程摆动，工质从开始打开的进气通道(1061h)进口进入受第二摇杆(108)作用去程摆动差速而逐渐张开的有或无外壳(101、102、103)内端面参与的第一摇杆体(1061)与第二连杆(107)围成的密闭空间内绝热膨胀，并通过撤除单向阀(1062)的第一摇杆体(1061)的通气孔(1061g)进入外壳(101、102、103)与第一连杆(105)和第一摇杆体(1061)围成的密闭空间内，吸取低温热源系统的热量等温膨胀，驱动系统不断的输入功率，低温热源的热量不断被带入高温热源装置成为制冷装置。

9.根据权利要求1所述的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，其特征在于：所述曲柄双摇杆机构与发电设备融为整体。

10.根据权利要求1所述的曲柄双摇杆卡诺循环动力及制冷装置，其特征在于：所述曲柄双摇杆机构单元对称布置，并以对称单元为模块递进联接。