CN1926307A - 压缩空气和/或附加能源的单和/或双能源活动室式发动机及其热力学循环 - Google Patents

压缩空气和/或附加能源的单和/或双能源活动室式发动机及其热力学循环 Download PDF

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Abstract

本发明的发动机使用一上死点活塞停止装置。装在高压储存器内的压缩空气通过工作容积(19)供给该发动机，工作容积(19)在双能源型式中包括一用附加能源加热供给空气的设备。这个活动膨胀室由在缸体中滑动的可变体积或负载活塞组成，它通过通道(12)与发动机活塞(1)上的空间连接起来。该活塞在上死点停止时，允许加压空气以其较小体积进入膨胀室，并且在推力作用下，增加其体积，同时作功；然后膨胀室在发动机缸体(2)膨胀期间保持最大的体积，于是沿着其下行冲程再推发动机活塞(1)，本身也作功。在排气期间，两个活塞(1和13)沿上行冲程移动，并且同时到达上死点，从而又开始新的循环。陆地车辆、汽车、公共汽车、机器脚踏车、船、辅助发电机组、联合发电和固定电台发动机都可以采用本发明。

Description

压缩空气和/或附加能源的单和/或双能源活动室式发动机及 其热力学循环
技术领域
[01]本发明涉及一特别使用压缩空气或任何其它气体运行的发动机，尤其是一使用一活塞行程控制设备以及一可单能源或双能源运行的环境热能回收设备的发动机，所述活塞行程控制设备用于在一时间周期内使所述活塞停止于其上死点。
背景技术
[02]本撰稿人申请了许多有关机械化及其装置的专利，为了在城市和郊区的清洁运行，这些装置使用压缩空气：
[03]-WO 96/27737、WO 97/00655，
[04]-WO 97/48884、WO 98/12062、WO 98/15440，
[05]-WO 98/32963、WO 99/37885、WO 99/37885。
[06]为了实施这些发明，在专利申请WO 99/63206中—将会介绍其内容还描述了使得活塞可以停止于其上死点的发动机活塞行程控制方法与设备；方法也在专利申请WO 99/20881——也将介绍其内容中描述，并且涉及这些发动机的两个或三个供给方式的单能源或双能源运行。
[07]在专利申请WO 99/37885中——也将介绍其内容，提出一能够增加能用的和可用的能源的量的解决办法，其特征在于，来自储存器的压缩空气在加到燃烧和/或膨胀室之前，或者直接地，或者在其通过环境热能回收设备的一个或多个热交换器后，并且在将其加到燃烧室之前，被引入一加热器中，在这里通过升高它的温度，将在其加到发动机燃烧和/或膨胀室之前提高压力和/或体积，因此显著提高所述发动机可以达到的性能。
[08]一热力加热器的使用——且即使是化石类碳氢燃料(carburant fossile)的使用——具有能使用清洁的连续燃烧的优点，在达到极低污染排放的目标下，该燃烧可以用任何已知的方法催化或消除污染。
[09]本申请人提出了一专利申请WO 03/036088 A1——将介绍其内容，其涉及以单能源和多能源运行的注入附加压缩空气的一电动压缩机—电动交流发电机组。
[10]在使用压缩空气运行并包括一压缩空气储存器的这些类型的发动机中，需要将特高压力下储存在所述储存器中的压缩空气降压，但其中，在其被使用到一个或多个所述发动机缸体内之前，在称为工作容积的一缓冲容积内，所述压力降低以测量所述储存器排空至称为使用的最终压力的一稳定的中间压力。这些人们熟知的阀门和常见的弹簧阀的流量非常低，并且它们用于这种用途需要非常重的器械，性能也不高；另外，它们对因减压时冷空气湿度而产生的霜非常敏感。
[11]为了解决这个问题，本申请人也提出一专利申请WO03/089764 A1——将介绍其内容，该申请涉及一可变流量的、用于使用注入压缩空气供给的发动机的分配的动力减压阀，其包括一高压压缩空气储存器和一工作容积。
[12]本撰稿人还提出一专利申请WO 02/070876 A1，其涉及一具有可变体积的膨胀室，该室由两个不同的容积构成，其中一个与所述压缩空气的入口连接，而另一个与所述缸体连接，它们彼此可以连接或分开，以便在所述排气循环期间可能往这些容积的第一个容积加入压缩空气，然后从所述排气结束起在第二个容积中达到所述压力，而所述活塞停止在其上死点，在恢复其行程前，这两个容积依然连接，并都减压，以进行所述工作冲程，并且两个容积中的至少一个设有能够改变它们容积的装置，从而在同样压力下能够使由所述发动机产生的力矩改变。
[13]在这些“负载膨胀式”发动机的运行中，对所述室填充总是意味着对该机器总效率的有害降低。
发明内容
[14]根据本发明的发动机使用了一上死点处活塞停止装置。该装置优选地由容纳在一高压储存器中的压缩空气或任何其它压缩气体通过一称为工作容积的缓冲容积供给。所述双能源型式的工作容积包括一由一附加能源(化石类能源或其它能源)供给的空气加热设备，使得可以提高通过该设备的空气的温度和/或压力。
[15]根据本发明发动机的特征在于所述设备以其整体或分开使用，更特别地：
[16]-所述膨胀室由一可变容积构成，该可变容积配设有了能够作功的装置；所述膨胀室是并联(jumelée)的，并且穿过一通道与在主发动机活塞上部的空间接触，
[17]-在所述发动机活塞在其上死点停止期间，所述膨胀室处于最小体积时，所述加压的空气或气体容纳在该膨胀室中，并且在推力下，将增加其体积，同时作功，
[18]-所述膨胀室基本保持在其最大的体积，然后容纳在其中的所述压缩空气在所述发动机缸体中膨胀，因而再推动所述发动机活塞到其下行行程，同时轮到所述发动机活塞作功，
[19]-在所述排气时，在所述发动机活塞上升期间，所述膨胀室的可变体积再回到其最小体积，以重新开始一完整的作功循环。
[20]根据本发明发动机的膨胀室积极地参与作功。根据本发明的发动机称为的活动室式发动机。
[21]根据本发明的发动机有利地配设有一可变流量的膨胀阀，按照WO 03/089764 A1称为动力膨胀阀，所述膨胀阀能够为所述工作容积在其使用压力下供给来自所述储存器的压缩空气，同时进行等温类型的不作功膨胀。
[22]根据本发明热力学循环的特征是，所述动力膨胀阀允许一不作功等温膨胀，接着伴随一准等温的非常轻微的膨胀的转换——例如在3050cm3容积中3000cm3容积——在充满所述膨胀室期间通过使用所述工作容积中的空气压力作功，然后在所述发动机缸体中的膨胀室多变(polytropique)膨胀，并且作功与降低温度，从而通过排出膨胀空气至到大气中而结束。
[23]因此，根据本发明的热力学循环包括四阶段压缩空气单能源方式：
[24]-不作功等温膨胀，
[25]-转换-称为准等温的作功轻微膨胀，
[26]-作功多变膨胀，
[27]-常压排气。
[28]在本发明的双能源应用中，并且附加碳氢燃料方式，用一加热器的附加能源加热容纳在所述工作容积中的压缩空气。这个设计能够增加能用的和可用的能源的量，因为所述压缩空气在加到所述活动室之前将提高其温度，并增加压力和/或体积，使得能够提高性能和/或最大行程。采用一加热器的优点是能够采用通过任何已知办法可以催化或去除污染的适当连续燃烧，目的在于达到排放极少量的污染物。
[29]所述加热器的能源可以使用一化石类燃料，例如汽油或GPL GNV气，所述加热器可以使用生物燃料或醇——乙醇、甲醇——因此能够实现外燃式的双能源运行，其中一喷嘴会引起温度升高。
[30]根据本发明的一变型，所述加热器有利地采用基于吸收和解吸的热化学方法，例如像在专利EP 0 307297 A1和EP 0 382586B1中采用和描述的方法，这些方法利用通过蒸发将一种流体——例如液体氨——转变成气体，于是再与盐——例如氯化钙、氯化锰等——进行反应，该系统作为一热堆运行。
[31]根据本发明的一变型，所述活动室式发动机配设有一喷嘴式或其它式加热器，并且一上文所述类型的热化学加热器在其阶段1时，可以结合地或相继地使用，在该阶段1，所述热化学加热器是空的时，所述喷嘴式加热器能够使其所述热化学加热器再生(阶段2)，在使用喷嘴式加热器继续使这组加热器运行时加热其反应器。
[32]在使用一喷嘴式加热器的情况下，根据本发明的活动室式发动机是一外燃烧室式发动机，称为外燃烧发动机。然而，或者通过让火焰直接与运行的所述压缩空气接触，所述加热器的燃烧可以是内燃的，这种发动机这时称为“外—内燃烧式”，或者通过加热通过一交换器的所述运行空气，所述加热器的燃烧是外燃的，并且该发动机这时称为“内—外燃烧式”。
[33]按照使用附加能源运行的方式，所述热力学循环这时包括下述五阶段：
[34]-等温膨胀，
[35]-温度升高，
[36]-转换—称为准等温的作功轻微膨胀，
[37]-作功的多变膨胀，
[38]-常压排气。
[39]任何机械、水电等设计有关发动机的循环都能分三级活动室作功循环完成，即：
[40]-所述发动机活塞停止在其上死点时：允许负载加到所述活动室中，同时作功，增加其体积，
[41]-在所述发动机活塞膨胀冲程期间：保持预定的体积，该体积是所述膨胀室的实际体积，
[42]-在所述发动机活塞排气时：所述活动室再定位于其最小体积，从而能重复循环，
[43]可以使用而不改变所述的发明原理。
[44]优选地，称为活动室的具有可变体积的膨胀室是由一称为负载活塞的活塞构成，该活塞在所述缸体中滑动，并通过一连杆与传统概念的发动机曲轴连接起来，该曲轴确定两级动力学：下行行程和上行行程。
[45]所述发动机活塞由一活塞上死点停止设备控制，该设备确定三级动力学：上行行程、上死点停止和下行行程。
[46]为了能使根据本发明的发动机定位，所述负载活塞和所述发动机活塞的行程是不同的，所述负载活塞的行程更长并且预确定，以便在所述负载活塞的下行行程中，使所选择的体积达到“所述膨胀室的实际体积”，所述发动机活塞的下行行程开始，并且在这个下行行程期间，所述负载活塞继续行进并终止其自身的下行行程——总是作功——然后开始其上行行程，而更短和更快的所述发动机活塞在其上行行程中追赶，从而所述两活塞基本同时到达各自上死点。应该指出，所述负载活塞在其上行行程开始时经受负功，事实上，该负功在其下行行程结束时，被增加的正功所补偿。
[47]例如在无污染运行的城市车辆上，以压缩空气方式运行时，只是利用储存在所述高压储存器中的压缩空气的压力；例如在道路上有极微污染的车辆上，以附加能源(化石类能源或其它)方式的双能源运行，这时控制所述工作容积的加热，使得能够提高通过的所述空气的温度，从而提高可使用的体积和/或压力，因此允许更好的性能和/或最大行程。
[48]通过控制在所述工作容积中的压力，控制根据本发明的发动机的力矩和运转状态，当使用附加能源(化石类能源或其它)的双能源方式运行时，所述控制通过动力膨胀阀有利地被保证，一电子计算机根据在所述工作容积中的压力控制所提供的所述附加能源的量。
[49]根据本发明的一变型，为了在使用附加能源时和/或当所述压缩空气的储存器是空的时，使所述发动机可以自主运行，根据本发明的活动室式发动机与一空气压缩机联用，该压缩机能够给所述高压压缩空气储存器提供压缩空气。
[50]如此配设的双能源活动室式发动机通常按照两种方式运行，例如在城市车辆上使用在所述高压储存器中的压缩空气零污染运行，而在公路上，始终作为实例，使用由化石类能源等供给的所述加热器的附加能源运行，同时采用一空气压缩机将空气再供给该所述高压储存器。
[51]根据本发明的另一变型，所述空气压缩机直接供给所述工作容积。在这种情况下，通过控制所述压缩机的压力实现控制该发动机，并且在所述高压储存器和所述工作容积之间的动力膨胀阀保持关闭。
[52]按照这些设计的另一变型，所述空气压缩机或者供给所述高压储存器，或者供给所述工作容积，或者供给所述两者结合的体积。
[53]根据本发明的双能源活动室式发动机实际上具有三种主要运行方式：
[54]-压缩空气的单能源方式，
[55]-压缩空气加附加能源的双能源方式，
[56]-附加碳氢燃料能源的单能源方式。
[57]所述活动室式发动机与一空气压缩机联用时，它也是能以碳氢燃料或其它燃料的单能源方式实施的，所述空气压缩机供给如上所述的工作容积，仅仅简单地去除所述高压压缩空气储存器。
[58]在采用外—外燃烧的附加能源方式运行的情况下，所述活动室式发动机的排气可以循环到所述压缩机进口。
[59]根据本发明的一变型，所述发动机由多个膨胀级构成，每级包括一根据本发明的活动室；在每级之间，在所述压缩空气单能源运行的情况下，布置一能够加热前级排出空气的交换器，和/或在双能源运行的情况下，布置一附加能源加热装置。后续级的缸体大于前级的缸体。
[60]在所述压缩空气单能源发动机的情况下，在所述第一缸体中的膨胀造成温度降低，有利地在一空气—空气交换器中以室温加热空气。
[61]在以附加能源方式运行的双能源发动机的情况下，在一加热器中，使用附加能源，例如化石类燃料，进行加热空气。
[62]根据这个设计的一变型，在每级之后将排出空气送到一单个多级加热器，该多级加热器因此使得可以仅使用一燃烧源。
[63]设计热交换器可以是空气—空气或空气—液体交换器，或任何其它能产生所需效果的设备或气体。
[64]根据本发明的活动室式发动机可以用于任何陆地、海洋、铁路、航空机车。根据本发明的活动室式发动机还可以有利地应用在备用发电机组中，以及应用在许多民用的产生电、热的废热发电和空调中。
附图说明
[65]参照附图阅读以非限制性描述的多个实施方式将体会到本发明的其它目的、优点和特征，其中：
[66]图1示意性地表示一活动室式发动机横剖面图，以及HP空气供给装置。
[67]图2至图4在横剖面示意图上表示根据本发明的发动机的不同运行级。
[68]图5表示负载活塞和发动机活塞行程的动力对比曲线。
[69]图6表示压缩空气单能源方式的热力学循环图。
[70]图7示意性地表示活动室式发动机横剖面图，以及HP空气的供给装置，它包括采用燃烧加热空气的装置。
[71]图8表示压缩空气双能源和附加能源方式的热力学循环图。
[72]图9表示，示意性地看到本发明的活动室式发动机与有可能自主运行的空气压缩机联用。
[73]图10示意性地表示本发明的活动室式发动机与供给贮槽和工作容积的压缩机联用。
[74]图11示意性地表示本发明的活动室式发动机，它包括两级膨胀。
[75]图12示意性地表示化石燃料的单能源方式的本发明活动室式发动机。
具体实施方式
[76]图1示出根据本发明的一活动室式发动机，其中可见发动机的缸体，在该缸体中滑动有所述活塞1(示于其上死点处)，所述活塞由一压力式杠杆控制，在一缸体2中滑动。所述活塞1通过其轴与压力式杠杆的自由端1A相连，该压力式杠杆由一臂3与摆动固定在一不动轴6上的另一臂4在一公共轴5上铰节构成。在具有所述两臂3和4的公共轴5上连接有一控制连杆7，所述连杆7与一曲轴9的曲柄销8连接，所述曲轴9绕其轴10旋转。当所述曲轴旋转时，所述控制连杆7对所述压力式杠杆的两臂3和4的公共轴5施加一个力——因此使得所述活塞1可以沿所述缸体2的轴线移动，并且在工作冲程时，通过回转曲轴9，传递施加在所述活塞1上的力，因此引起所述曲轴的旋转。所述发动机缸体通过其上部的通道12与活动室13的缸体相通，该缸体13中滑动有称为负载活塞的活塞14，所述活塞14通过一连杆15与所述曲轴9的曲柄销16连接。由一阀18控制的一进入管道17通到与所述发动机缸体2和所述活动室13缸体相连的通道12中，并使得能够为发动机供给压缩空气，而压缩空气来自保持在工作压力下的工作室19，工作室本身由高压储存器22通过由一动力膨胀阀21控制的一管道20供给压缩空气。在所述缸体1的上部安排一由一排气阀24控制的排气管道23。
[77]由一加速踏板控制的设备控制所述动力膨胀阀21，以便能够调节所述工作室的压力，并因此能够控制所述发动机。
[78]图2以横剖面方式示意性表示在进气行程中的根据本发明的活动室式发动机；所述发动机活塞1停止于其上死点位置，所述输入阀18已被打开，容纳在所述工作容积19中的气体的压力推动所述负载活塞14，同时完全充满所述活动室13的缸体并通过所述连杆15引起所述曲轴9旋转产生作功，该功是可观的，因为是在几乎恒定的压力下进行的。继续其旋转时，所述曲轴允许(图3)所述发动机活塞1向其下死点移动，并且基本同时地，所述输入阀18被重新关闭；容纳在所述活动室中的负载膨胀，同时推动所述发动机活塞1，轮到所述发动机活塞1作功，通过由所述臂3和4与所述控制连杆7构成的活动部分引起所述曲轴9旋转。在所述发动机活塞1的这个循环期间，所述负载活塞继续其朝所述下死点的行程，然后开始朝其上死点上升，所述元件组件被固定(calé)，以使得所述活塞在上行程(图4)期间基本上都到达其上死点，在所述上死点，所述发动机活塞将停止，且所述负载活塞再开始所述循环。在所述两活塞上行程时，所述排气阀24打开，从而通过所述排气管道23排出所述膨胀的压缩空气。
[79]图5表示了活塞行程的对比曲线形状，由此可看到横坐标为所述曲轴的旋转，纵坐标为所述负载活塞和所述发动机活塞从其上死点到下死点以及回程的位移，其中，根据本发明，所述负载活塞的行程比所述发动机活塞的行程大。该图分成4个主要阶段。在A阶段时，所述发动机活塞保持在其上死点，而所述负载活塞进行其大部分的下行行程，同时引起作功，然后在B阶段，所述发动机活塞进行其膨胀下行行程，同时引起作功，而所述负载活塞结束其也引起作功的下行行程。而所述负载活塞到达其下死点时，阶段C，所述发动机活塞继续其下行行程，而所述负载活塞开始其上行行程。应该指出，所述负载活塞在这个阶段承受负功，实际上，这个负功被所述阶段B时增加的正功补偿。在阶段D，所述两活塞几乎同时在其上死点会聚，以重新开始一新循环。在阶段A、B、C期间，所述发动机产生作功。
[80]图6表示压缩空气单能源方式的热力学循环图，由此可以看到，在不同容积(横坐标)中不同循环阶段构成根据本发明的活动室式发动机，所述压力是纵坐标；第一容积是所述存储器，在其中可以看到，从储存压力Pst到工作初始压力PIT的一等温曲线网，所述储存压力随着所述储存器的排空而降低，而所述压力PIT将根据在一最低运行压力与一最高运行压力之间——在此例如10至30巴之间——寻找的力矩进行控制。在所述活动室负载期间，所述工作容积中的压力几乎保持相同。从所述输入阀的开口，容纳在所述工作容积中的压缩空气转移到所述活动室中产生作功，并伴随压力非常轻微的降低，例如对于工作容积3000cm3和活动室35cm3，所述压力降是1.16％，即，始终作为实例，对于工作初始压力为30巴时，实际工作压力为29.65巴。然后，所述发动机活塞伴随一多变膨胀开始其下行行程，通过降低所述压力直到所述排气阀的开口(例如约为2巴)，该多变膨胀引起作功，接着在排气时间期间返回到大气压力，从而再开始一新循环。
[81]图7表示有附加能源的双能源式发动机及其组件，其中，在所述工作容积19中，可见一示意性的在此提供附加能源的所述压缩空气的加热设备，由一气瓶26供给的一喷嘴25。这个图上示出的燃烧因此是一外—内燃烧，并且能够显著地增加来自所述储存器的压缩空气的体积和/或压力。
[82]图8表示压缩空气和附加能源的双能源方式的一热力学循环图，由其图可以看到在构成根据本发明的活动室式发动机的不同容积中的所述不同循环阶段，纵坐标为压力……所述储存器是第一容积，在所述第一容积可以看到从所述储存压力Pst到所述工作初始压力PIT的一等温曲线网，所述储存压力随着所述储存器的排空而降低，而所述压力PIT将根据在一最低运行压力与一最高运行压力之间—在此例如10至30巴之间—寻找的力矩进行控制。在所述工作容积中，所述压缩空气的再加热能够显著地将压力自所述初始压力PIT提高到所述最后工作压力PFT：例如对于30巴的初始压力PIT，温度升高至300度，能够得到60巴的最后工作压力PFT。从所述输入阀开口，容纳在所述工作容积中的压缩空气转移到所述活动室，引起作功，并伴随压力非常轻微的降低：例如对于工作容积3000cm3和活动室35cm3，压力降是1.16％，即，始终作为实例，初始工作压力为60巴时，实际工作压力为59.30巴；然后，所述发动机活塞伴随一多变膨胀开始其下行行程，通过降低所述压力直到所述排出阀的开口(例如在约4巴)，该多变膨胀引起作功，接着在排气时间期间返回到大气压力，从而再开始一新循环。
[83]根据本发明的一实施变型，当驱动供给所述储存器22的一压缩空气压缩机27时，所述活动室式发动机也能使用称为附加的化石类(fossile)能源(或其它)(图9)以自主的方式双能源运行。该机器总的运行与上述图1至图4所描述的相同。然而，这个设计能够在运行过程中用附加能源填满所述储存器，但是因所述压缩机而造成一相对大的能源损失。根据本发明的另一实施变型(没有在图上示出)，所述空气压缩机直接供给所述工作容积；在这种运行情况下，所述动力膨胀阀21保持关闭，所述压缩机供给压缩空气给所述工作容积——其中所述工作容积被所述加热设备加热——并且提高了供给所述活动室13的压力和/或体积，如同上文所描述的情况。始终在这个运行情况下，所述发动机由所述压缩机通过所述压力的调节直接进行控制，并且由所述压缩机导致的能源损失比前面的情况小得多。最后，根据本发明的另一实施变型(图10)，所述压缩机按照能源需要同时地或相继地供给所述高压储存器22和所述工作容积19。一双向阀28能够或者供给所述储存器22，或者供给所述工作容积19，或者同时供给所述两个。所述选择是考虑到所述压缩机能源需要地根据所述发动机能源需要运行的：如果所述发动机的需求相对低，那么供给所述高压储存器；如果所述发动机的能源需求提高，那么仅供给所述工作容积。
[84]图11示意性地表示根据本发明的一活动室式发动机，其包括两膨胀级，其中可以看到，所述高压压缩空气储存器22、所述动力膨胀阀21、所述工作容积19以及包括一发动机缸体2的所述第一级，在所述发动机缸体2中滑动有所述活塞1(示于其上死点)，所述活塞1被一压力式杠杆控制。所述活塞1通过其轴与所述压力式杠杆的自由端1A连接，该压力式杠杆由一臂3与摆动固定在一不动轴6上的另一臂4在一公共轴5上铰节构成。在具有所述两臂3和4的所述公共轴5上连接有一控制连杆7，所述连杆7与一曲轴9的曲柄销8连接，所述曲轴9绕其轴10旋转。当所述曲轴旋转时，所述控制连杆7对所述压力式杠杆的两臂3和4的公共轴5施加一个力——因此使得所述活塞1可以沿着所述缸体2的轴线移动，并且在工作冲程时，通过回转曲轴9，传递施加在所述活塞1上的力，因此引起所述曲轴的旋转。所述发动机缸体通过其上部的通道12与活动室13的缸体相通，该缸体13中滑动有称为负载活塞的活塞14，所述活塞14通过一连杆15与所述曲轴9的曲柄销16连接。由一阀18控制的一进入管道17通到与所述发动机缸体2和所述活动室13缸体相连的通道12中，并使得能够为发动机供给压缩空气，而压缩空气来自保持在工作压力下的工作室19，工作室本身通过由一动力膨胀阀21控制的一管道20供给压缩空气。所述排气管道23通过一交换器29与所述发动机第二级输入17B连接，该第二级包括一发动机缸体2B，其中滑动有一压力式杠杆控制的活塞1B。所述活塞1B通过其轴与所述压力式杠杆的自由端1C连接，所述压力式杠杆由一臂3B与摆动固定在一不动轴6B上的另一臂4B在一公共轴5B上铰节构成。在具有所述两臂3B和4B的所述公共轴5B上连接有一控制连杆7B，所述连杆7B与一曲轴9B的曲柄销8B连接，所述曲轴9B绕其轴10B旋转。当所述曲轴旋转时，所述控制连杆7对所述压力式杠杆的两臂3B和4B的公共轴5B施加一个力——因此使得所述活塞1B可以沿着所述缸体2B的轴线移动，并且在工作冲程时，通过回转曲轴9B，传递施加在所述活塞1B上的力，因此引起所述曲轴的旋转。所述发动机缸体通过其上部的通道12B与活动室13B的缸体相通，该缸体13B中滑动有称为负载活塞的活塞14B，所述活塞14B通过一连杆15B与所述曲轴9B的曲柄销16B连接。由一阀18B控制的一进入管道17B通到与所述发动机缸体2B和所述活动室13B缸体相连的通道12B中，并且使得能够为发动机供给压缩空气。出于简化图的原因，在所述第一级侧边示出所述第二级。不用说，优选地，使用一单个曲轴，并且所述第二级与所述第一级在同一纵向平面上。所述发动机第一级排气管23通过一空气—空气交换器29与所述发动机第二级的输入管道17B连接。在这类构造中，将计算所述第一级的尺寸，以便在发动机膨胀后，所述排出空气有残留的压力，使得其在所述空气—空气交换器内——在其中应能提高压力和/或体积——被加热后可以有一足够的能源，以合适地保证所述后续级的运行。
[85]图12示出一具有单能源活动室式发动机，其使用一化石类碳氢燃料(carburant fossile)运行，所述发动机与一供给压缩空气给所述工作容积19的压缩机27联用，所述工作容积19在此包括由一气瓶26供给能源的一喷嘴25。所述机器总的运行与上文所描述的相同。
[86]描述了使用压缩空气运行的一活动室式发动机。然而，可以使用任何压缩气体，并不因此而改变所述发明。
[87]本发明不限于所描述和图示的实施例：所述材料、所述控制部件、所述设备可以在等效范围内改变，以产生同样的结果，所述发动机缸体数、其配置以及其膨胀体积与膨胀级数都可以改变，不会因此而改变已经描述的发明。

Claims (20)

1.活动室式发动机，其包括至少一在一缸体(2)中滑动的活塞(1)，该缸体被一使所述活塞停止在上死点处的停止设备控制，并由容纳在一储存器(22)中的高压的压缩空气或任何其它气体供给，所述高压的压缩空气或任何其它气体优选地通过一动力膨胀阀设备在一工作容积(19)中膨胀至称为工作压力的平均压力，所述活动室式发动机特征在于：
-所述膨胀室由一可变容积构成，该可变容积配设有能够作功的装置；所述膨胀室是并联的，并且穿过一通道(12)与在主发动机活塞上部的空间永久接触，
-在所述发动机活塞在其上死点停止期间，在所述膨胀室处于最小体积时，所述加压的空气或气体容纳在该膨胀室中，并且在这种加压空气的推力下，所述膨胀室将增加其体积，同时作功，
-所述膨胀室基本保持在其最大的体积，然后容纳在其中的所述压缩空气在所述发动机缸体中膨胀，因而再推动所述发动机活塞到其下行行程，同时轮到所述发动机活塞作功，
-在所述排气时，在所述发动机活塞上升行程期间，所述膨胀室的可变体积再回到其最小体积，以重新开始一完整的作功循环。
2.根据权利要求1所述的活动室式发动机，其特征在于，相对于所述发动机活塞循环，所述活动室的工作循环包括如下三级：
-在所述发动机活塞停止在其上死点时：允许负载加到所述活动室中，同时作功，增加其体积，
-在所述发动机活塞膨胀冲程期间：保持预定的体积，该体积是所述膨胀室的实际体积，
-在所述发动机活塞排气时：所述活动室再定位于其最小体积，从而能重复循环。
3.根据权利要求1和2所述的活动室式发动机，其中，所述压缩空气单能源方式运行的热力学循环的特征是：在所述高压压缩空气储存器与所述工作容积之间进行具有能源储存特性的不作功等温膨胀；接着进行一转换，该转变伴随着在所述负载缸体中的一非常轻微的膨胀——称为作功准等温膨胀；然后在所述发动机缸体中进行作功多变膨胀；最后在大气压下排气，即如下四阶段：
-不作功等温膨胀，
-转换——称为准等温的作功轻微膨胀，
-作功多变膨胀，
-常压排气。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的活动室式发动机，其特征在于，所述工作容积(19)包括使用化石类的或其它类型的附加能源的一压缩空气加热设备(25、26)，所述的设备使得能够提高经过的空气的温度和/或压力。
5.根据权利要求4所述的活动室式发动机，其特征在于，通过直接在压缩空气中燃烧化石类的或生物类的碳氢燃料，保证所述压缩空气的加热，所述发动机因而称为外-内燃烧式发动机。
6.根据权利要求4所述的活动室式发动机，其特征在于，按经过一交换器燃烧化石类的或生物类的碳氢燃料，保证容纳在所述工作容积中的空气的加热，燃烧火焰不与所述压缩空气接触；所述发动机因而称为外—外燃烧式发动机。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的活动室式发动机，其特征在于，所述加热器采用气—固反应的热化学方法，该热化学方法基于按蒸发在蒸发器中包含的反应性液体方式的转变过程，例如液态氨转变成能与反应器中的固体反应物进行反应的气体，所述固体反应物例如是盐，像氯化钙、氯化锰、氯化钡或其它的盐类等，所述的化学反应产生热，并且，该反应结束后所述固体反应物可以再生，同时给反应器提供热量，从而导致解吸气态氨，而所述气态氨在蒸发器中会被冷凝。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的活动室式发动机，在以附加能源方式的双能源运行时，其热力学循环的特征在于，按通过用化石类能源加热空气来提高温度的方法在所述工作容积中进行能量储存的方式，实施不作功等温膨胀；接着实施称为作功准等温膨胀的非常轻微的膨胀；在所述发动机缸体实施作功多变膨胀；最后在大气压下排气；
五个相继的阶段表示如下：
-等温膨胀，
-升高温度，
-转变—作功的轻微膨胀，称为准等温轻微膨胀，
-作功多变膨胀，
-在常压下排气。
9.根据上述权利要求中任一项所述的活动室式发动机，其特征在于，通过控制所述工作容积(19)中的压力，控制所述发动机力矩与运转状态。
10.根据上述权利要求中任一项所述的活动室式发动机，其特征在于，在使用附加能源进行双能源方式运行时，根据压缩空气压力，因而也是根据引入到所述工作容积中的空气质量，一电子计算机控制所携带的能源量。
11.根据上述权利要求中任一项所述的活动室式发动机，其特征在于，所述活动室的体积由在一缸体(13)中滑动的称为负载活塞的活塞(14)构成，该活塞按经典运动学的方式通过一连杆(15)与所述发动机的曲轴(9)连接。
12.根据权利要求11所述的活动室式发动机，其特征在于，所述负载活塞(14)行程是确定，以使得当选择作为活动室体积的体积已达到时，并且在所述发动机活塞(1)的下行行程期间，所述负载活塞(14)结束其下行行程，开始其上行行程，以便基本上在所述发动机活塞达到其上死点的同时，所述负载活塞(14)到达其上死点。
13.根据上述权利要求中任一项所述的活动室式发动机，其特征在于，为了在其使用附加能源时，和/或在所述压缩空气储存器(22)为空时，允许自主运行，根据本发明的活动室式发动机与一空气压缩机(27)联接，所述空气压缩机(27)能够把压缩空气供给所述高压压缩空气储存器(22)。
14.根据权利要求13所述的活动室式发动机，其特征在于，所述空气压缩机(27)直接供应所述工作容积(19)，在这种情况下，通过控制所述压缩机(27)的压力实现对所述发动机的控制，并且在所述高压储存器与所述工作容积之间的动力膨胀阀(21)保持关闭。
15.根据权利要求13和14所述的活动室式发动机，其特征在于，所述联接的空气压缩机(27)同时地或相继地组合供给所述储存器(22)和所述工作容积(19)。
16.根据上述权利要求中任一项所述的活动室式发动机，其特征在于，对于使用化石类燃料或其它类型燃料的单能源运行的发动机，所述工作容积(19)只是由所述联接的压缩机(27)供给，因而可仅仅简单地拆除所述高压压缩空气储存器。
17.根据权利要求6和权利要求13至16中任一项所述的活动室式发动机，其特征在于，膨胀后的排出气体再循环到所述联接的压缩机的输入口。
18.根据上述权利要求中任一项所述的以压缩空气单能源运行的活动室式发动机，其特征在于，该发动机是由多个增加缸体容积的膨胀级构成，每级包括本发明的一活动室；在各级之间配设有一交换器(29)，它能够加热前一级排出的空气。
19.根据权利要求18所述的以双能源运行的活动室式发动机，其特征在于位，在每级之间的交换器配设有一附加能源的加热设备。
20.根据权利要求18或19所述的活动室式发动机，其特征在于，所述交换器和所述加热设备一起或者分开地配置在多级设备中，并且使用同一能源来源。
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