專利名稱：一種溫差式熱機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于閉式內(nèi)循環(huán)熱機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有的閉式內(nèi)循環(huán)熱機(jī)，有卡諾循環(huán)、埃里克森循環(huán)、蒸氣循環(huán)，熱氣機(jī)循環(huán)等，它們工作循環(huán)過(guò)程中都有壓縮工作過(guò)程，卡諾循環(huán)是這種具有外力壓縮過(guò)程中熱能轉(zhuǎn)換率，公認(rèn)最高的熱機(jī)，其理論循環(huán)的熱效率n=1-T1T2]]>T1＝工作循環(huán)的最低溫度，T2＝工作的最高溫度 當(dāng)T1＝23℃ T2＝33℃則n=1-273+23273+33=3.3%]]>由上式可知當(dāng)T1溫度越低，或T2的溫度越高，則熱效率越高，所以現(xiàn)有的熱機(jī)工作的最高溫度一般在700k-3000k，最低溫度在400k-1000k。在我們生活的環(huán)境中，到處可見(jiàn)的地上溫度與地下溫度，太陽(yáng)照射到的地方溫度和沒(méi)有照射到的地方溫度之差只有幾度或幾十度，如要開發(fā)這些低品位熱能就必須采用一種比卡諾循環(huán)熱效率更高的熱機(jī)循環(huán)方式，來(lái)開發(fā)利用低品位熱能，以減少高品位燃料熱能對(duì)環(huán)境的污染。
本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)壓縮過(guò)程的等容加熱等容冷卻的溫差式熱機(jī)，用以開發(fā)低品位熱能，減少燃料熱能對(duì)環(huán)境的污染。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，在一工作容器內(nèi)裝有循環(huán)工質(zhì)，循環(huán)工質(zhì)與熱交換器相通，工質(zhì)是在熱交換器和工作容器內(nèi)被等容加熱和等容冷卻，當(dāng)工作容器內(nèi)的工質(zhì)壓力升高或下降時(shí)，由與這個(gè)工作容器相通的能量轉(zhuǎn)換裝置將容器內(nèi)工質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)換成電能，壓力能或機(jī)械能輸出。
本發(fā)明可以按工質(zhì)在工作容器內(nèi)流動(dòng)方式的不同，可分為兩種方式，即開式循環(huán)和閉式循環(huán)。閉式循環(huán)有兩種結(jié)構(gòu)形式一種是外裝熱交換器，另一種是內(nèi)裝熱交換器。開式循環(huán)是指在工作容器內(nèi)的工質(zhì)流動(dòng)是在熱交換器與工作容器之間進(jìn)行，閉式循環(huán)是指在工作容器內(nèi)的工質(zhì)的流動(dòng)是在冷腔與熱腔之間進(jìn)行。
本發(fā)明的開式循環(huán)溫差式熱機(jī)是這樣工作的，在一工作容器內(nèi)裝有工質(zhì)，工質(zhì)與熱交換器為一閉合通路，在這一閉合通路上設(shè)有使工質(zhì)能在這閉合通路上循環(huán)流動(dòng)裝置和控制工質(zhì)在熱交換器中流動(dòng)順序裝置，當(dāng)工質(zhì)在循環(huán)流動(dòng)裝置的作用下，在這一閉合通路上周而復(fù)始地流動(dòng)時(shí)，當(dāng)工作容積內(nèi)的工質(zhì)與熱交換器中的熱加熱器為一閉合通路時(shí)工質(zhì)被加熱，在工作容器內(nèi)的工質(zhì)溫度升高，當(dāng)工質(zhì)在熱交換器控制流動(dòng)裝置的作用下使工質(zhì)與熱交換器中的冷卻器聯(lián)通為一閉合通路時(shí)，工質(zhì)被冷卻，在工作容器內(nèi)的工質(zhì)溫度下降，壓力隨之下降，這一循環(huán)過(guò)程可以看成工質(zhì)是在等容下的冷卻過(guò)程，當(dāng)工質(zhì)在熱交換器控制流動(dòng)裝置的作用下再使工質(zhì)與熱交換器中的加熱器聯(lián)通時(shí)，完成一個(gè)工作過(guò)程，能量轉(zhuǎn)換裝置與工作容器內(nèi)的工質(zhì)相通，當(dāng)工作容器內(nèi)的工質(zhì)壓力升高或降低時(shí)，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換器將工作容器內(nèi)的壓力能轉(zhuǎn)變成電能，機(jī)械能或壓力能輸出。
本發(fā)明閉式循環(huán)的工作過(guò)程是這樣實(shí)現(xiàn)的活塞或熱交換器，將工作容器分成兩個(gè)腔一個(gè)是熱腔、一個(gè)是冷腔、冷腔中的工質(zhì)與熱腔中的工質(zhì)，通過(guò)熱交換器相通，當(dāng)工作容器內(nèi)的活塞，或熱交換器，在它們運(yùn)動(dòng)控制裝置的作用下，在工作容器內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，冷腔中的工質(zhì)和熱腔中的工質(zhì)在活塞或熱交換器的擠壓下，通過(guò)熱交換器的聯(lián)通產(chǎn)生相互流動(dòng)，當(dāng)工質(zhì)從冷腔流進(jìn)交換器，再流進(jìn)熱腔時(shí)，工質(zhì)在熱交換器中吸取熱量后溫度和壓力升高，這一過(guò)程是等容加熱過(guò)程，當(dāng)工質(zhì)從熱腔流進(jìn)熱交換器再流進(jìn)冷腔中工質(zhì)在熱交換器中被冷卻，工質(zhì)溫度和壓力下降，這一工作過(guò)程是等容冷卻過(guò)程，能量轉(zhuǎn)換裝置與工作容器內(nèi)的工質(zhì)相通，當(dāng)工作容器內(nèi)的工質(zhì)壓力產(chǎn)生變化時(shí)，能量轉(zhuǎn)換裝置將工作容器內(nèi)的壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能、電能、或壓力能向外輸出。本發(fā)明的閉式循環(huán)熱機(jī)可以由兩種結(jié)構(gòu)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)一種是在工作容器內(nèi)裝有熱交換器，簡(jiǎn)稱內(nèi)裝熱交換器，在工作容器內(nèi)冷腔和熱腔中的工質(zhì)在壓力的作用下可以通過(guò)裝在容器內(nèi)的熱交換器流動(dòng)。一種是在工作容器內(nèi)裝有活塞簡(jiǎn)稱外裝熱交換器在工作容器內(nèi)冷腔和熱腔中的工質(zhì)，在壓力的作用下可以通過(guò)裝在容器外的熱交換器流動(dòng)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)將低品位熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的轉(zhuǎn)換效率高，這是由于溫差式熱機(jī)的循環(huán)過(guò)程中沒(méi)有壓縮過(guò)程，即壓縮功。增設(shè)回?zé)徇^(guò)程，所以工質(zhì)所作的理論循環(huán)理想熱效率n=1-T1T21-T1T2λ]]>T1是工作循環(huán)中工質(zhì)的最低溫度，T2是工作循環(huán)中工質(zhì)的最高溫度λ是工作循環(huán)中工質(zhì)在回?zé)崞髦械幕責(zé)嵯禂?shù)。
當(dāng)T1＝23℃T2＝33℃時(shí)λ1＝0λ2＝0.8n1=1-T1T21-T1T2λ1=1-273+23273+33=3.3%]]>n2=1-T1T21-T1T2λ2=1-273+23273+331-273+23273+33×0.8=14%]]>由上式計(jì)算可知，當(dāng)回?zé)嵯禂?shù)λ＝0時(shí)，本發(fā)明溫差式熱機(jī)的理論熱效率等于卡諾循環(huán)理論熱效率，當(dāng)工質(zhì)回?zé)嵯禂?shù)λ＝0.8時(shí)，本發(fā)明溫差式熱機(jī)的理論熱效率高于卡諾循環(huán)熱效率4.4倍。本發(fā)明的熱機(jī)可以不用燃料熱能，減少了燃料熱能對(duì)大氣的污染。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述

圖1是本發(fā)明溫差式熱機(jī)的內(nèi)裝熱交換器工作結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明溫差式熱機(jī)的外裝熱交換器工作結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明溫差式熱機(jī)的理想工作狀態(tài)圖。
圖4是本發(fā)明熱機(jī)的多臺(tái)組合示意圖。
圖5是本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明機(jī)械輸出示意圖。
圖7是本發(fā)明開式循環(huán)溫差式熱機(jī)的工作結(jié)構(gòu)示意圖。
現(xiàn)結(jié)合附圖1和附圖2對(duì)本發(fā)明理想工作過(guò)程作如下描述。在工作容器8中有循環(huán)工質(zhì)和熱交換器2，熱交換器2運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)方向，一個(gè)是高溫?zé)嵩捶艧岫?，一個(gè)是低溫?zé)嵩次鼰岫?，放熱端1和熱交換器2組成熱腔9，由吸熱端3和熱交換器2組成冷腔4，能量轉(zhuǎn)換裝置11與工作容器8相通。當(dāng)熱交換器2在熱交換器控制裝置5的作用下，移動(dòng)到吸熱端3這時(shí)在冷腔4中的工質(zhì)通過(guò)熱交換器中的孔道10流到熱腔9，這個(gè)過(guò)程相當(dāng)于在圖2中的點(diǎn)A，運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)B，這時(shí)工作容器中的工質(zhì)，溫度由T1升到T2，工質(zhì)的壓力從P2升到P3，這時(shí)熱交換器2保持不動(dòng)，吸熱端3吸取冷卻器6上的熱量，這一過(guò)程是等容加熱，能量轉(zhuǎn)換裝置12開始工作將工作容器中的壓力能在能量轉(zhuǎn)換裝置膨脹腔11中膨脹作功，由能量轉(zhuǎn)換裝置12將壓力能從輸出管14輸出，能量轉(zhuǎn)換裝置中的蓄壓腔13與蓄壓氣瓶15相通，蓄壓氣瓶的工質(zhì)容量很大在整個(gè)工作過(guò)程中，氣瓶中的壓力變化很小，基本上始終等于圖2中的壓力P2，當(dāng)蓄壓腔13中的工質(zhì)壓力等于工作容器8內(nèi)的工質(zhì)壓力時(shí)能量轉(zhuǎn)換裝置12停止轉(zhuǎn)換，這時(shí)的工作狀態(tài)由圖2中的點(diǎn)B移動(dòng)到點(diǎn)C壓力從P3降到P2，溫度不變?yōu)門2，當(dāng)熱交換器，從吸熱端3向放熱端運(yùn)動(dòng)到放熱端1時(shí)，在熱腔中的工質(zhì)通過(guò)熱交換器中的孔道10，流到冷腔中4，這時(shí)熱交換器保持不動(dòng)，熱交換器上的加熱器7吸取放熱端的熱量，這時(shí)的工作狀態(tài)由圖2中的點(diǎn)C移到點(diǎn)D，壓力由P2降到P1，溫度由T2降到T1，這一過(guò)程是等容冷卻，這時(shí)由于蓄壓腔中的工質(zhì)壓力大于工作容器中的工質(zhì)壓力，所以此時(shí)能量轉(zhuǎn)換裝置12開始工作，將工作容器內(nèi)的工質(zhì)冷卻收縮壓力能由能量轉(zhuǎn)換裝置12，將壓力能從輸出管14輸出，當(dāng)蓄壓腔13中的工質(zhì)壓力P2等于工作容器中的壓力P2時(shí)，能量轉(zhuǎn)換裝置12將停止工作完成一個(gè)工作過(guò)程，這時(shí)的工作狀態(tài)由圖2中的點(diǎn)D回到點(diǎn)A壓力由P1升到P2，溫度保持不變完成一個(gè)工作過(guò)程。
現(xiàn)結(jié)合圖3對(duì)本發(fā)明內(nèi)裝有活塞的結(jié)構(gòu)作如下詳細(xì)描述。在一工作容器8內(nèi)裝有活塞16，循環(huán)工質(zhì)，活塞16將工作容器8分成兩個(gè)腔，一個(gè)是熱腔9，一個(gè)是冷腔4，熱腔9與冷腔4和裝在工作容器外的熱交換器2為聯(lián)通，當(dāng)活塞16在活塞控制裝置5的作用下，在工作容器內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于活塞的作用使工作容器中的兩個(gè)腔中的工質(zhì)，一個(gè)受被擠壓力，一個(gè)受真空力，由于兩個(gè)腔與工作容器外的熱交換器2相通，所以在兩腔壓力差的作用下，工質(zhì)通過(guò)熱交換器2，從壓力高的一腔流向壓力低的一腔，當(dāng)循環(huán)工質(zhì)通過(guò)熱交換器中的回?zé)?7，冷卻器6流入冷腔4時(shí)，工質(zhì)被冷卻壓力下降。這一過(guò)程是等容冷卻，當(dāng)循環(huán)工質(zhì)從熱交換器2中的回?zé)崞?7加熱器7流進(jìn)熱腔時(shí)，工質(zhì)被加熱，壓力升高，這一過(guò)程是等容加熱，能量轉(zhuǎn)換裝置12與工作容器7中的工質(zhì)相通，當(dāng)工作容器內(nèi)的工質(zhì)壓力升高時(shí)，工質(zhì)進(jìn)入能量轉(zhuǎn)換裝置12中膨脹作功，其工作過(guò)程如上例所述。
現(xiàn)結(jié)合圖7對(duì)本發(fā)明開式循環(huán)溫差式熱機(jī)作詳細(xì)說(shuō)明，在一工作容器8內(nèi)裝有工質(zhì)，工質(zhì)與工作容器外的熱交換器2為一閉合通路，在這一閉合通路上設(shè)有能使工質(zhì)在這閉合通路上循環(huán)流動(dòng)的離心風(fēng)機(jī)23和控制工質(zhì)在熱交換器中流動(dòng)順序的電控?fù)Q向閥24，當(dāng)工質(zhì)在離心風(fēng)機(jī)23的作用下，在這一閉合通路上，周而復(fù)始地流動(dòng)時(shí)，當(dāng)工質(zhì)與熱交換器中的加熱器7為一閉合通路時(shí)，工質(zhì)被加熱，在工作容器內(nèi)的工質(zhì)溫度升高，這一循環(huán)過(guò)程是等容加熱過(guò)程，相當(dāng)于圖2中的點(diǎn)A到B，當(dāng)工質(zhì)在熱交換器控制裝置電控?fù)Q向閥24的作用下，使工質(zhì)與加熱器7通路關(guān)閉，與熱交換器2中的回?zé)崞?7聯(lián)通為一閉合通路時(shí)，工質(zhì)中的熱量被回?zé)崞?7中的蓄熱元件蓄存在回?zé)崞髦?，工質(zhì)溫度下降，當(dāng)工質(zhì)在熱交換器控制裝置電控?fù)Q向閥24的作用下，使工質(zhì)與回?zé)崞魍逢P(guān)閉，與冷卻器6聯(lián)通為一閉合通路時(shí)，工質(zhì)被冷卻，在工作容器內(nèi)的工質(zhì)溫度下降，壓力隨之下降，這一循環(huán)過(guò)程是工質(zhì)在等容下的冷卻過(guò)程，當(dāng)工質(zhì)在熱交換器控制裝置電控閥24的作用下，使工質(zhì)與冷卻器通路關(guān)閉與回?zé)崞?7再次聯(lián)通時(shí)，被冷卻后的工質(zhì)將吸收回?zé)崞?7中蓄熱元件上蓄存的熱量，工質(zhì)被回?zé)釡囟壬?，這樣熱機(jī)完成一個(gè)工作過(guò)程。能量轉(zhuǎn)換裝置12與工作容器8中的工質(zhì)相通，當(dāng)工作容器內(nèi)的工質(zhì)壓力升高時(shí)，工質(zhì)進(jìn)入能量轉(zhuǎn)換裝置12中膨脹作功，其工作過(guò)程如上例所述。當(dāng)工作過(guò)程中增設(shè)回?zé)徇^(guò)程時(shí)，回?zé)徇^(guò)程在加熱過(guò)程與冷卻過(guò)程之間進(jìn)行，回?zé)徇^(guò)程可有，也可以沒(méi)有，還可以進(jìn)行多次回?zé)幔趫D7中的能量轉(zhuǎn)換裝置12中的膨脹腔11與一臺(tái)熱機(jī)內(nèi)的工質(zhì)相通，蓄壓腔13與另一個(gè)熱機(jī)內(nèi)的工質(zhì)相通，這樣可以省去蓄壓氣瓶15，但是必須使兩臺(tái)熱機(jī)的工作壓力相反。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式可以多種多樣，但它們的工作過(guò)程卻是一樣的，現(xiàn)簡(jiǎn)述本發(fā)明可以采用的現(xiàn)有技術(shù)，熱交換器，本發(fā)明所指的熱交換器，是指回?zé)崞?，加熱器，冷卻器的總稱。在內(nèi)裝熱交換器式結(jié)構(gòu)中，熱交換器可以由一種或幾種熱交換器組成，其結(jié)構(gòu)形式可以采用現(xiàn)有閉式內(nèi)循環(huán)熱機(jī)上采用的回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)。為了增大熱交換器與熱源端的熱量傳遞能力，可以用增大熱端與熱交換器的面積和接觸壓力的辦法來(lái)解決如圖4所示。熱源端的傳熱方式有直接加熱和直接冷卻方式，如圖5，風(fēng)冷傳熱或直接加熱傳熱片18。也可以由流體熱源在熱源端通過(guò)熱交換器的方式傳遞，如圖5、流進(jìn)流體19與流出流體20?；钊驘峤粨Q器往復(fù)移動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)形式可以采用電磁方式如圖1中5，機(jī)械方式如圖3中5，電液方式如圖6中的22。能量轉(zhuǎn)換裝置可以采用壓力輸出，如圖1中14，機(jī)械輸出如圖6中21，電力輸出如圖4中的直線發(fā)電機(jī)24。
本發(fā)明可以多臺(tái)組合以減少體積和重量如圖6所示的一個(gè)熱源有2個(gè)熱端，幾個(gè)活塞或熱交換器共用一個(gè)控制裝置，幾個(gè)工作容器共用一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，提高工作容器內(nèi)的工質(zhì)充入壓力可以提高熱機(jī)的功率減少體積和重量。
權(quán)利要求
1.一種溫差式熱機(jī)、它是由工作容器、工質(zhì)、熱交換器運(yùn)動(dòng)控制裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、熱交換器、冷腔、熱腔、高溫?zé)嵩捶艧岫恕⒌蜏責(zé)嵩次鼰岫私M成，其特征是冷腔中的工質(zhì)與熱腔中的工質(zhì)和裝在工作容器內(nèi)的熱交換器相通，工質(zhì)是在熱交換器和工作容器內(nèi)在熱交換器的作用下被等容加熱和等容冷卻。
2.一種溫差式熱機(jī)、它是由工作容器、活塞、活塞運(yùn)動(dòng)控制裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、工質(zhì)、冷腔、熱腔、熱交換器組成，其特征是在冷腔中的工質(zhì)與熱腔中的工質(zhì)和裝在工作容器外的熱交換器相通，工質(zhì)是在熱交換器和工作容器內(nèi)在活塞的作用下被等容加熱和等容冷卻。
3.一種溫差式熱機(jī)、它是由工作容器、工質(zhì)、熱交換器、工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置組成，其特征是在工作容器內(nèi)的工質(zhì)和裝在工作容器外的熱交換器為一閉合通路相通，工質(zhì)是在熱交換器和工作容器內(nèi)在工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)裝置的作用下被等容加熱和等容冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱機(jī),它是在工作容器內(nèi)裝有循環(huán)工質(zhì),循環(huán)工質(zhì)與熱交換器相通,工質(zhì)是在熱交換器和工作容器內(nèi)被等容加熱和等容冷卻,當(dāng)容器內(nèi)的工質(zhì)壓力升高或下降時(shí),由與這個(gè)工作容器內(nèi)工質(zhì)相通的能量轉(zhuǎn)換裝置,將容器內(nèi)工質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能或壓力能輸出,本發(fā)明具有可使用低品位熱能的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F03G7/00GK1229171SQ98101010
公開日1999年9月22日 申請(qǐng)日期1998年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月16日
發(fā)明者代玉林 申請(qǐng)人:代玉林