本发明属于热力机技术，确切地说是一种外燃（温差）形全封闭转子式热力机技术。
在现有的外燃机或者说仅依靠温差来驱动的热机中，以中国发明专利申请《利用旋转热管的能量转换方法及热力机》（申请号：CN88100336）中所提供的热机与本发明最为接近。CN88100336中所提供的热机其实质也是一种全封闭的转子式热机，它是利用转子内（即原文中所提及的旋转热管）工作蒸汽由半径较大处加热段向轴心方向运动产生的哥氏力矩来实现运转的，它存在的主要问题是：
1、所提供的实施例中，旋转热管内部结构不合理，能量损失较大。
2、旋转热管内工作液所允许的工作温度范围限制了热机效率的进一步提高。
本发明是根据CN88100336中所提供能量转换方法对这种全封闭转子式热机的改进和扩展。
本发明的目的是进一步提高这种全封闭转子式热机的工作效率，并提供几种全封闭转子式热机的改进结构。
本发明的技术方案是这样实现的，首先改变了转子（旋转热管）内部结构。即用涡轮作为将转子内高速旋转的工作蒸汽能量转换为机械功的元件。
涡轮设置并固定在转子内部，且与转子同轴。涡轮可以是径流式也可以是轴流式（参见：《涡轮增压器原理》朱梅林主编，国防工业出版社一九八二年出版）。改进后整个热机由定子、转子、供热系统三大部分组成。
定子起支承、保护转子和供热系统的作用，因此它的结构形式可以是多种多样的。
转子是一个具有一个转动轴的全封闭旋转体，能量的转换过程就是完全在转子中完成的。
图1为转子的结构及其内部工作液循环过程示意图。1为加热段，它一般仅是指半径较大处的一个环形区域（但也可以包括半径较小处的区域，在半径较小处的区域加热相当于给工作蒸汽“过热”和“再热”）;2为涡轮，它与转子同轴，但采用不同的涡轮，其在轴上的具体位置可以不同，它的半径要小于加热段的最大旋转半径，涡轮的进气口与加热段出口相通;3为冷却段，它的旋转半径不能大于加热段1的旋转半径，否则工作液无法流回加热段;4为转动轴;5为回流通道，它的作用是使冷却段内的工作液流回加热段1，因此它的具体形式是多种多样的。工作液6图中未画，但用箭头表示了工作液6的循环过程。
加热段1为园盘（柱、锥）状，它与涡轮2以及圆锥（盘、柱）状的冷却段3还有转动轴4同轴并固定在一起，构成一整体刚性转子。转动轴4在具体设计时可以贯穿整个转子也可以不贯穿。回流通道5固定在转子上，在具体设计时，它可以从转子内部穿过，也可设置在转子外表面，其形式由具体情况确定。
工作时，当从处于转子内旋转半径较大处的加热段1流出的工作蒸汽一边绕轴心旋转一边向轴心方向运动时，在哥氏力作用下，产生了很大的旋转动能增量，然后高速旋转的蒸汽流进入涡轮2，在此工作蒸汽能量被涡轮转换为转子的机械功，做功后的蒸汽再进入冷却段3冷凝成工作液6，工作液6再由回流通道5流回加热段1。
涡轮2最好采用径流式涡轮，其中又以径-轴流式涡轮最好。
冷却段3内也可设置扩压器（参见《离心压缩式制冷机》，上海机械学院叶振帮，西安交通大学常鸿寿主编，机械工业出版社一九八一年出版）。
冷却段3的半径一般是小于加热段1的最大旋转半径，所以可以用从加热段1内流出的工作蒸汽加热回流通道5内的工作液6，使工作液6在从冷却段3流回加热段1之前温度就能升高一些（最好是接近或达到加热段1内蒸汽温度），即进行“回热”。也就是使回流通道5同时起“回流液加热器”作用。（参见：《工程热力学原理和应用》美国黄福赐著，谢益棠译，电力工业出版社一九八二年出版）。
此外，工作液6还可以用气体工质代替。即工质在循环工作时不发生液态与气态的相变，而只有温度、压力、体积的变化。用气体工质代替工作液后，其基本结构和组成部份与用液体做工质时一样。只是考虑到在冷却段3内冷却后的气体工质体积与工作液相比仍很大，因此回流通道5的横截面相对要设计大一些。
由冷却段3流出的冷气体在流回加热段1之前，最好再用压气机（例如离心式或轴流式）压缩。压气机也设置并固定在转子内，且也与转子同轴。
对于用气体做工质的热机也可采用“回热”措施。如示意图5所示，从加热段1流出的高温气体在涡轮2中做功后进入新增设的回热段20内，然后再流入冷却段3，冷却后的冷气体进入压气机19压缩，被压缩后的冷气体再流入回热段20A内，在此冷气体被回热段20内的热气体加热，即进行“回热”，然后再通过回流通道5流回加热段1内。回热段20与20A共同组成了回热器。
具体就是在涡轮2的出气口与冷却段3的进气口之间加一个回热段20。在压气机19出气口与回流通道5进气口之间也相应的设置一个回热段20A。并且还应保证使回热段20与回热段20A之间进行热交换。
上面所述的各种转子均是独立（即单级）的。当热源与冷源温差很大时，为了充分利用热能和尽可能提高热效率，还可以把两个以上的独立（单级）转子串联起来。参照示意图2。1为第一级转子的加热段，3为它的冷却段;1A为第二级转子地加热段，3A为它的冷却段，4为它们共同的转动轴（图2中仅画了两级转子）。即用第一级转子的冷却段为第二级转子的加热段供热，第二级转子的冷却段为第三级转子的加热段供热。使高温热源的热能从高温到低温一级级充分利用，同时各级转子可以根据不同的工作温度范围选择不同的制造材料和工质。每一级转子都是独立完成工作循环的。转子之间只有热量的传递。
每一级转子可采用前面所述的任何一种结构形式。
在做具体设计时，可以把串联在一起的多级转子从结构和构造上设计为一个整体，但各级之间仍是相互封闭的。
从上面所述可知，工质6可以用工作液也可以用气体;可以采用“回热”措施，也可以不采用，当然采用“回热”后无论用液体还是气体工质热效率都可相应提高;转子可以单级使用也可以设计成多级使用。
供热系统的作用是给转子提供转子运转所需热量，具体就是给转子的加热段加热。因此它的具体形式是不受限制的。它可以是一个燃烧（固体、液体或气体）燃料的燃烧器，用它来直接或间接（比如通过热管或其它传热方法）供热;此外也可以利用现有热源，例如太阳能、锅炉余热等热源直接或间接（通过热管或其它传热方法）给转子供热。采用何种形式要视具体情况来决定。
当采用间接供热方式时，最好采用可控型的热管传递热量。
转子通过转子上的转动轴支承在定子的轴承上，在供热系统的驱动下运转。供热系统可以设置在定子内（例如采用燃烧器直接供热时）也可以通过设置在定子上的热管（或其它传热手段）将外部热源的热量传递给转子。
本发明主要有下述优点：
1、由于设置了涡轮，使流动损失减小，工作效率提高。
2、由于1使结构也变得更简单。
3、采用气体工质时，可使（单级）转子能适应更大的工作温度范围。
4、不论采用气体还是液体工质时，采取“回热”措施后，其热效率都相应的提高。
5、由于3热管内工作液与管壳间“相容性”问题也得到了较好的解决。
6、当采用多级转子时，可使高温热源的热能得到充分的利用，从而使热效率进一步提高。
为了更好的理解本发明，下面给出了本发明的三个具体实施例，并结合附图做一详细描述。
图3是本发明的第一个具体实施例纵向剖示图。
图4是第一个实施例的A-A处剖面图。
图6是本发明第二个具体实施例转子纵向剖示图。
图7是本发明第三个具体实施例转子纵向剖示图。
在第一个实施例中选取锅炉烟道中余热为热源。并选取风冷方式给转子冷却段冷却，工质为气体。
参照图3，本实施例由定子18，转子7，传热热管8三大部份组成，10为热源即锅炉烟道中的烟气。传热热管8与热源10共同构成了供热系统。
转子7通过转子上的转动轴4支承在定子18的轴承9上。传热热管8的冷却段呈环形，它固定在定子18的壳体内，传热热管8的加热段固定在锅炉烟道内。
参照图3，1为加热段，它处于转子7的半径最大处，呈带有一定锥度的圆环带状，带有一定的锥度是为了使它的受热状况得到改善。同时参照图4，比加热段1半径稍小处（即加热段环状出口处）是喷嘴环11，它是由多片叶片构成的环状径向叶栅，每一个叶片可以是平板型、楔型、机翼型等等。它的主要作用是将加热段1内的高温气体沿径向喷入加速室12，并将高温气体的热能转变为动能，加速室12为一环形柱状空间，由涡轮2与喷嘴环11共同围成。涡轮2采用径一轴流式，它与转动轴4以及转子7外壳紧密固定在一起。径-轴流式涡轮出口为轴向，出气口的左侧为具有一定锥度的导流筒13;它的作用是使涡轮2中流出的气体顺利进入导流筒13左侧的冷却段3内，冷却段3为具有一定锥度的套筒状，其锥度与导流筒13锥度基本一样，它包容在导流筒13的外面，但两者间有一定距离，使其间形成一环形通道，气体可在这通道内继续冷却并流入离心式压气机19的叶轮内。从离心压气机19内流出的气体进入圆环扁柱状的回流通道5内，在此例中回流通道5同时也可起到扩压器作用，但它的主要作用是使冷气体流回加热段1内。在回流通道5与加速室12之间有环状隔盘13A，它沿着涡轮2的进气道的弧线光滑过渡为导流筒13，环状隔盘左侧有隔热层15，它的作用是阻止环状隔盘13A右侧的高温气体热量传入左侧的冷气体内，它固定在环状隔盘13A的左侧面。压气机19也与环状隔盘13A及转子7外壳固定在一起。为了加强加热段1外侧的换热，在其外侧设有助片16，同样的原因在冷却段3的外侧也设置有助片14。
转子7内除工质气体6外，其余所有零部件都在它们各自的位置上彼此固定在一起，使之共同组成一整体刚性转子。
定子18起支座和外壳的作用，其内的呈环形的传热热管8的冷却段紧套在转子7加热段1的外侧面，但两者间并不接触，以不阻碍转子7运转。为了防止传热热管8冷却段靠近定子18外壳一侧向外界散热，在定子18内设有隔热层17，如图3、图4所示。
为了控制向转子7输入的热量大小，传热热管8也可采用可控型热管，例如CN85102929中所提供的《第二代热管》等等。
在工作时先由外力带动转子7旋转，使其有一初角速度，然后通过传热热管8的冷却段给转子7加热段1加热。加热段1内气体受热膨胀后经喷嘴环11沿径向向加速室12内喷射，被射入加速室12的气体一面向轴心方向运动一面在哥氏力作用下不断加快旋转速度，然后这些气体进入涡轮2，在此气体的能量被转换成机械功，此时转子7如不向外输出机械功，则转子7的角速度就会增大一些，如此时转子7向外输出一定的机械功，则可使转子7的角速度保持不变。做功后的气体从涡轮2的出气口流出，经导流筒13进入冷却段3内，在此气体被冷却下来，然后冷气体沿冷却段3与导流筒13之间的环形通道进入离心压气机19，被压缩后的高压气体进入回流通道5（并进一步扩压），由回流通道5流回加热段1内，重新被加热膨胀，继续进行新的循环。
本发明的第二个具体实施例，也采用气体做工质。参照图6，它与第一个实施例不同之处就在于它在涡轮2的出气口与冷却段3进口间增设了一“回热段”20。因本例与第一例中的定子及供热系统并无实质区别，因此图6中仅画了第二个实施例的转子7。
参照图6，本例中加热段1、喷嘴环11、加速室12、涡轮2、环状隔盘13A、回流通道5等的结构、作用及相互位置与第一例一样，只是在涡轮2出气口左侧加设了一空心圆筒状的回热段20，使从涡轮2流出的做功后气体（它的温度仍很高），先进入回热段20再经导流筒13流入冷却段3内冷却。具有一定锥度的导流筒13大端与回热段20出口相接，导流筒13的外部包容有冷却段3，两者间有环形通道，冷却段3的出口与离心压气机19的进口相接并固定在一起，离心压气机19轴心处是中空的它套在靠近回热段20的出口外侧部份，离心压气机19的出口外壳与回热段20A相接。回热段20A也是空心圆筒状，它的外径比回热段20大一些，套在回热段20外面，两者间有一环形柱状空间，从压气机19流出的冷气体即在此被回热段20内的热气加热。回热段20A的出口与回流通道5相接，从回热段20A流出的气体经回流通道5流回加热段1。此外由于本例的轴向长度较长，故转动轴4设计成贯通式的。
工作时，先由外力带动转子7使其有一初角速度，再通过传热系统给加热段1供热。加热段1内气体6受热膨胀后经喷嘴环11喷入加速室12，然后再进入涡轮2，气体的能量在此被转化为机械功，做功后气体6流入回热段20，再经导流筒13流入冷却段3，并被冷却，冷却后的气体6进入离心压气机19，被压缩后的冷气体6再进入回热段20A内，在此冷气体被回热段20内的热气体加热，加热后的气体再经回流通道5流回加热段1内。继续进行循环。
本发明的第三个实施例，采用液体为工质，并且采取“回热”式工作循环。
在本例中，定子与供热系统其实质与第一例中也一样。因此图7中也仅画了转子的剖示图。
参照图7，1为加热段，它处于转子7的半径最大处，呈圆环带状。比加热段半径稍小处（即加热段环状出口处）为喷嘴环11，它是由多片叶片构成的环状径向叶栅。12为加速室，是由喷嘴环11与位于轴心的涡轮2围成的环形柱状空间。涡轮2也采用径-轴流式涡轮。其出口左侧为冷却段3，它是一个具有一定锥度的圆筒形，以有利于冷凝后的工作液6回流。冷却段3大端套在涡轮2出口上，但与涡轮2出口间有一环形缝隙，此缝隙处有一密封环21，其作用是固连冷却段3与涡轮2。密封环21左端比涡轮2出口稍靠右一些，使密封环21左侧形成一环形收集槽22，用来收集冷凝后的工作液6。密封环21沿周向开有孔，回流管5（即回流通道，因此例它为管状，为叙述方便叫做回流管）从中穿过至收集槽22，回流管5本身紧贴在转子7的外壳上，另一头通到加热段1内，它可以有数根。
因为加热段1内的蒸汽经喷嘴环11喷出后，在向轴心方向运动过程中，是逐渐膨胀的，因而它的温度是逐渐降低的。冷却段3内的工作液在经回流管5流回加热段1过程中，将被工作蒸汽逐渐加热升温，从而使回流管5同时起“回流液加热管”的作用。
为了增强加热段1外侧换热能力设有助片16，同样的原因冷却段3外侧也设有助片14。转动轴4位于转子轴心，它未贯穿整个转子。
上述所有零部件在它们上述各自的位置上彼此紧密固定在一起，共同构成一个全封闭的整体刚性转子7。
工作时，先由外力带动使其有一初角速度，然后由供热系统给转子7的加热段1加热，其内的工作液6受热汽化为工作蒸汽。工作蒸汽经喷嘴环11沿径向喷入加速室12内，在此工作蒸汽在哥氏力作用下不断加快旋转速度，并同时向轴心方向运动，最后进入涡轮2内，其能量被涡轮2转换成机械功。此时转子7如不向外输出机械功，则会加快转子7的角速度，如向外输出机械功则可使转子的角速度保持不变。做功后的蒸汽进入冷却段3内并被冷凝成工作液6，并在离心力作用下汇集在收集槽22处，然后进入回流管5。在回流管5内工作液6一边向（半径较大处的）加热段1流动，一边通过紧贴在转子7外壳上的回流管5管壁吸收转子7内工作蒸汽的热量，并逐渐升温。最后流入加热段1内，继续进行新的循环。
对本文中所说的“固定在一起”不一定是指两个物体组合在一起。比如“涡轮2与转动轴4固定在一起”的含义实际上是指涡轮2与转动轴4是一个整体，它们可以是分别制造后组合在一起的，也可以是整体制造（如整体浇铸等方法）的。其余部份的类似描述其意义也是如此。