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  按缸内循环的组成形式分,热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动,冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接,配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。

  已设计制造的热气机有多种结构,可利用各种能源,已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。

  按缸内循环的组成形式分,热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。配气活塞式热气机,在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动,冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接,配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动;双作用式热气机,每个气缸内只有一个活塞,兼起配气活塞和动力活塞的作用。各缸的上部为热腔,下部为冷腔。各热腔经加热器、回热器和冷却器与邻缸的下部冷腔连接,组成一个动力单元。

  18世纪末和19世纪初,热机普遍为蒸汽机,它的效率是很低的,只有3%一5%左右,即有95%以上的热能没有得到利用。到1840年,热机的效率也仅仅提高到8%。斯特林对于热力学理论的研究,就是从提高热机效率的目的出发的。他所提出的斯特林循环的效率,在理想状况下,可以无限提高。当然受实际可能的限制,不可能达到100%,但提供了提高热效率的努力方向。

  斯特林循环热空气发动机不排废气,除燃烧室内原有的空气外,不需要其他空气,所以适用于都市环境和外层空间。

  按缸内循环的组成形式分,热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。配气活塞式热气机,在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动,冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接,配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动;双作用式热气机,每个气缸内只有一个活塞,兼起配气活塞和动力活塞的作用。各缸的上部为热腔,下部为冷腔。各热腔经加热器、回热器和冷却器与邻缸的下部冷腔连接,组成一个动力单元。

  移动式动力源通过对发动机的小型化和轻量化,并改善其控制性能后,亦可以作为推土机、压路机等车辆的动力。

  随着热机发展,热力学理论研究提到了重要位置,不少科学家致力于热机理论的研究工作,斯特林便是其中著名的一位。他所提出的斯特林循环,是重要的热机循环之一,亦称“斯特林热气机循环”。这种循环,是封闭式的,采用定容下吸热的气体循环方式。循环过程是:①等容吸热加热;②由外热源等温加热;③等容放热,供吸热用;④向冷体等温放热,完成一个循环。在理想吸热的条件下,这种循环的热效率,等于温度上下限相同的卡诺循环。利用这种循环的“斯特林热机”,具有很多特点,如采用外燃,或外热源供热等。由于这种循环是封闭式循环,可采用传热性能好的工质,同时,工质的腐蚀性也可以很小,如氮气、氢气等气体。充入的气体工质,还可以加大压力,视封闭系统的情况,能够采用远远大于大气压力的高压气体工作,这样可以提高发动机的单位重量的功率,减小发动机的体积和重量。斯特林热机在逆向运转时,可以作为制冷机或热泵机,这种设想在现代已进入了实用研究阶段。

  低能级的余热回收利用对燃烧系统稍加改进便可利用工场余热、地热和太阳能进行发电或直接驱动水泵,可取得更大的节能效益。

  热气机分为单缸、2缸、4缸等形式;单缸热气机的燃烧室与冷却器共一室,需要交替向燃烧室中注入燃气、燃烧、排气、注入冷却气体等循环过程,驱动活塞上下运动带动曲轴转动,由于燃烧室需要交替使用,与一般的内燃机一样复杂,很少再发展。2缸热气机的燃烧、冷却过程完全连续,1个汽缸加热、1个冷却,工质在2个气缸中密闭循环,反复被加热冷却,活塞在热气驱动下上下运动驱动曲轴旋转。4缸热气机的气缸上部加热、下部冷却,或相反,工质在相邻两个气缸的上下部间循环,4个活塞交替上下,直接驱动斜盘转动,工作最为平顺。