專利名稱:將熱能連續(xù)地從低溫物體傳遞到高溫物體的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種能量傳遞方法及裝置,尤其是一種將熱能連續(xù)地從低溫物體傳遞到高溫物體的方法及其裝置。
目前將熱能從低溫物體傳遞到高溫物體的方法大多是利用(消耗)其他能源(主要是電能)作功,而且其裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,例如使用壓縮機(jī)等。
本發(fā)明的目的是提出一種新的將熱能從低溫物體連續(xù)傳遞到高溫物體的方法,該方法無需耗用其他能源,且裝置結(jié)構(gòu)較為簡單。
為解決上述目的,本發(fā)明采用的解決方案是利用某些在低溫時能吸收大量的熱,在高溫時放出大量熱的吸-放熱體(換熱體)配合在溫差下產(chǎn)生驅(qū)動力的驅(qū)動機(jī)構(gòu),當(dāng)吸-放熱體在低溫物體處吸收熱后,驅(qū)動機(jī)構(gòu)使吸-放熱體到高溫物體處放出熱,然后又到低溫物處吸熱,放熱于高溫物處,如此不斷循環(huán),實(shí)現(xiàn)將熱能從低溫物體到高溫物體的傳遞,并且不耗用其他能源。
實(shí)現(xiàn)這種方法的裝置可以有很多種不同的變型方案,其中一種結(jié)構(gòu)可以是這樣裝置的上、下部分別布置有表面光滑的固定圓柱體和活動圓柱體。兩圓柱體外布置(套)有可光滑滑動的滑動帶,由形狀記憶材料絲線織段和絕熱材料段均勻交替組成的光滑滑動帶的形狀記憶材料絲線織段上均衡布置有換熱體,換熱體由熱的良導(dǎo)體材料作外殼,內(nèi)部空腔上部填充有某種填充物,抽真空后注入一定量相應(yīng)液體并密封,該填充物對該液體蒸汽的吸附能力主要隨溫度高低不同而強(qiáng)弱顯著不同,系統(tǒng)未運(yùn)行前,滑動帶上換熱體均衡分布處于重力平衡狀態(tài),當(dāng)一側(cè)換熱體接觸高溫物,該側(cè)換熱體受熱其內(nèi)發(fā)生填充物對液體蒸汽的“脫附”現(xiàn)象,放出熱量,溫度上升,安裝換熱體的相應(yīng)的形狀記憶材料絲線織段受溫度變化長度發(fā)生變化(伸長或縮短)。因而該側(cè)滑動帶長度大于或小于另一側(cè)長度,滑動圓柱體將向下或向上平移使兩側(cè)滑動帶長度恢復(fù)相等,這時由于兩側(cè)等長滑動帶上分布著不同數(shù)量的換熱體,兩側(cè)的重力平衡被打破,滑動帶將帶著換熱體一起滑動一段距離,當(dāng)兩側(cè)均有一半已與高溫物發(fā)生過作用的換熱體和未被 高溫物影響的換熱體時,滑動帶重新取得重力平衡,這時處于高溫物側(cè)未被高溫物影響過的換熱體其內(nèi)將發(fā)生“脫附”現(xiàn)象,放出熱量,溫度上升,對應(yīng)的形狀記憶材料絲線織段長度發(fā)生相應(yīng)變化,處于低溫物側(cè)的已與高溫物側(cè)發(fā)生過作用的換熱體內(nèi)將發(fā)生“吸附”現(xiàn)象,吸收熱量,溫度下降,對應(yīng)的長度已變化的形狀記憶材料絲線織段長度恢復(fù)到變化前長度,因此兩側(cè)滑動帶長度又不相同,在活動圓柱體作用下兩側(cè)長度恢復(fù)相同,但兩側(cè)重力平衡又被打破,滑動帶滑動取得新的重力平衡……如此這般,系統(tǒng)將不斷送行,換熱體將不斷從低溫物處吸取熱量釋放給高溫物。
上述換熱體中填充物和液體可以分別采用合成沸石13X和水,外殼下部較上部為重,換熱體可以樞軸方式安裝到滑動帶的形狀記憶材料絲線織段上,安裝機(jī)構(gòu)應(yīng)具良好導(dǎo)熱性能?;瑒訋Ш蛨A柱體接觸表面應(yīng)非常光滑,換熱體可以通過導(dǎo)熱性良好的導(dǎo)熱體與低高溫物體進(jìn)行熱交換。換熱體和導(dǎo)熱體可光滑接觸;兩導(dǎo)熱體可以和絕熱體封合成裝置外殼,內(nèi)空腔可以抽成真空。
當(dāng)然也可采用一段某種轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶材料絲線織段,一段絕熱段,一段另一種轉(zhuǎn)變溫度的形狀記憶材料絲線織段,一段絕熱段……多種不同轉(zhuǎn)變溫度段的均勻交替組合以達(dá)到適應(yīng)多種環(huán)境溫度條件下的不同用途。
本發(fā)明裝置的另一種結(jié)構(gòu)可以是在兩導(dǎo)熱體間的真空空腔中設(shè)置有殼體由熱的良導(dǎo)體材料制成,且內(nèi)部上部填充有對某些液體(如水)蒸汽在溫度高低不同時吸附能力弱強(qiáng)明顯不同的物質(zhì)(如合成沸石13X)的換熱體,其內(nèi)抽真空下部注入相應(yīng)液體密封,換熱體均勻地懸掛于轉(zhuǎn)動帶上,換熱體與導(dǎo)熱體內(nèi)表面非常光滑地接觸。
轉(zhuǎn)動帶由轉(zhuǎn)輪帶動,轉(zhuǎn)輪兩側(cè)緣上固定有形狀記憶材料制成的可形變體,可形變體與導(dǎo)熱體內(nèi)表面作用部位接觸,當(dāng)溫度較高的導(dǎo)熱體使可形變體受熱達(dá)到其轉(zhuǎn)變溫度時,可形變體發(fā)生形變與導(dǎo)熱體間發(fā)生強(qiáng)力作用,從而驅(qū)動轉(zhuǎn)輪向前轉(zhuǎn)動,每一個可形變體先后依次與導(dǎo)熱體作用部位接觸-受熱-形變從而驅(qū)動轉(zhuǎn)輪不斷轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動使得轉(zhuǎn)動帶及其上的換熱體一起運(yùn)動。當(dāng)換熱體與溫度高的導(dǎo)熱體接觸時,換熱體溫度上升,其內(nèi)部發(fā)生填充物對液體蒸氣的脫附現(xiàn)象,脫附出來的蒸氣壓力上升冷凝成液體從而放出大量熱量;當(dāng)換熱體與溫度低的導(dǎo)熱體接觸,換熱體溫度降低,其內(nèi)部發(fā)生填充物對液體蒸氣的吸附現(xiàn)象,壓力下降液體不斷氣化從而吸收大量熱量。隨著轉(zhuǎn)輪的不斷轉(zhuǎn)動,換熱體將不斷地從溫度低的導(dǎo)熱體吸收熱量,將熱量釋放于溫度高的導(dǎo)熱體。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的方法和裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明裝置第一實(shí)施例剖視圖;圖2是圖1實(shí)施例側(cè)視圖;圖3是滑動帶的局部放大剖視圖;圖4是本發(fā)明裝置另一實(shí)施例的局部剖視示意圖;圖5a,5b是圖4實(shí)施例中可形變體與導(dǎo)熱體內(nèi)面在不同作用時刻的簡示圖。
如圖1,2,3所示,該裝置包括兩個相向而立的導(dǎo)熱體1和11,兩導(dǎo)熱體和絕熱體10共同構(gòu)成裝置外殼,其內(nèi)腔有固定于絕熱體10上的固定圓柱體4,其下有活動圓柱體5,另外,滑動帶3套于圓柱體4,5上,該滑動帶3由絕熱段30和形狀記憶材料絲線織段均勻交替組成,形狀記憶材料絲線織段可以由彈性體31和形狀記憶材料絲32組成,換熱體2以樞軸方式通過導(dǎo)熱性良好的安裝機(jī)構(gòu)安裝于滑動帶3的形狀記憶材料絲線織段上并與形狀記憶材料絲相接觸;換熱體2外殼7以導(dǎo)熱良好的材料制成,其下部較上部為重,其內(nèi)空腔上部填充有合成沸石13X,抽真空后注入一定量的水9后密封。
裝置使用時,處于高溫物處的導(dǎo)熱體1或11側(cè)(熱側(cè))的換熱體2其內(nèi)發(fā)生合成沸石對水蒸氣的“脫附”現(xiàn)象,放出熱量,溫度上升,相應(yīng)的滑動帶3上的形狀記憶材料絲線織物發(fā)生形變,該側(cè)滑動帶3總長度將大于或小于另一側(cè)的滑動帶長度,于是活動圓柱體5向下或向上平移使得兩側(cè)滑動帶3長度相同,但此時由于兩側(cè)分布著不同數(shù)量的換熱體2,在重力作用下,滑動帶3帶著換熱體2一起運(yùn)動直至兩側(cè)各分布一半已被熱側(cè)所作用過的換熱體2和一半未被熱側(cè)影響的換熱體2時達(dá)到重力平衡。之后處于熱側(cè)未被熱所影響的換熱體2其內(nèi)又發(fā)生脫附,放出熱量,溫度上升,對應(yīng)的形狀記憶材料絲線織段長度又發(fā)生相應(yīng)變化而此時處非熱側(cè)即被制冷側(cè)的已與有熱側(cè)發(fā)生過作用的換熱體2內(nèi)將發(fā)生“吸附”現(xiàn)象,吸收熱量,溫度下降,對應(yīng)的長度已變化的形狀記憶材料絲線織段長度將恢復(fù)到變化前的長度,因此兩側(cè)滑動帶3長度又不相同,在活動圓柱體5作用下兩側(cè)長度恢復(fù)相同,但兩側(cè)重力平衡又被打破,滑動帶3滑動取得新的平衡……如此這般,系統(tǒng)將不斷地運(yùn)行,換熱體2將不斷從被制冷物處吸取熱量釋放給熱源或不斷從冷源處吸取熱量釋放給被加熱物。
按本發(fā)明的另一種實(shí)施例可見圖4和圖5a、5b。附圖中標(biāo)號9′表示換熱體,其中裝有液體(實(shí)施例中為水)可吸收水蒸汽的材料10′(如沸石13X等),并且內(nèi)部抽成真空,外部以熱良導(dǎo)體包成。這種材料在低溫時可大量吸收液體蒸汽,產(chǎn)生所謂的吸附現(xiàn)象并由此而吸收熱量;而在溫度升高時則產(chǎn)生脫附現(xiàn)象逐漸將蒸汽排出并冷凝形成液滴,從而放出熱量,如此循環(huán)反復(fù),不斷從低溫面吸熱放熱于高溫面,起到換熱體的作用。
由圖4可看出,將換熱體9′固定在轉(zhuǎn)動帶12′上,而轉(zhuǎn)動帶則繞在轉(zhuǎn)輪3′上形成驅(qū)動機(jī)構(gòu)。為使其換熱體在轉(zhuǎn)動帶12′轉(zhuǎn)向時不至于發(fā)生傾倒或轉(zhuǎn)動,可使換熱體9′通過伸入換熱體殼體壁并可自由轉(zhuǎn)動的樞軸而安裝于轉(zhuǎn)動帶上。這樣可確保在整個轉(zhuǎn)動帶轉(zhuǎn)動時,換熱體中的液體不和其上的沸石相接觸。
另外,換熱體應(yīng)盡可能均勻地布置在轉(zhuǎn)動帶上,這樣可以克服運(yùn)行時所產(chǎn)生的不平衡力。
驅(qū)動力可通過記憶材料體7′在溫度變化(升高)時變形與導(dǎo)熱體作用而獲得,具體如圖5a,5b所示。記憶材料具有形狀記憶功能。當(dāng)其上裝有多個記憶材料體的轉(zhuǎn)輪3′轉(zhuǎn)到高溫側(cè)時,該材料體7′開始變形或伸長,并頂?shù)綄?dǎo)熱體內(nèi)壁上的彈性傾斜平面8′端部上,由此產(chǎn)生一個垂直于該傾平面8′端部的反作用力,該力具有一個切向于所述轉(zhuǎn)輪3′的分力,由此推動所述轉(zhuǎn)輪3′向前轉(zhuǎn)動一個步距;接著當(dāng)前一記憶材料體與傾斜面脫離接觸時,又一材料體與該斜面8′進(jìn)入接合。但也可以同時有幾個記憶材料體和斜面接觸。為了保持連續(xù)的接觸,例如可以將一轉(zhuǎn)輪上左右兩側(cè)輪上的記憶材料體設(shè)計(jì)成相互錯開的。
至于在導(dǎo)熱體1′或2′內(nèi)壁上的傾斜面8′,可以將其制成一傾斜的簧片或是以一彈簧支承從而可輕微回縮的光滑板片。
另外,為了減少摩擦,記憶材料體頭部最好做成球狀(點(diǎn)接觸),或也可將其做成滾輪(以滾動摩擦來代替滑動摩擦)。
導(dǎo)熱體壁和熱換體之間的熱交換通過熱傳導(dǎo)來進(jìn)行,為此將換熱體和該內(nèi)外壁制成減摩且受力合適的接合是有利的,使得在進(jìn)行熱傳導(dǎo)的同時保持較小的摩擦力。
兩導(dǎo)熱體壁1′,2′之間最好是在例如保持對外界的真空密封條件下通過絕熱彈性體相連,以使其間距可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整,該調(diào)整裝置可是例如塑料螺釘、也可以是其它公知的距離調(diào)節(jié)裝置。
本發(fā)明不僅限于上述實(shí)施例所描述的方案,一切在本發(fā)明基礎(chǔ)之上的修改或改動,均落入本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的方法,其特征在于在帶形狀記憶材料段的帶上均勻固定有多個在低溫時吸熱在高溫時放熱的換熱體,將該帶記憶材料段的帶制成環(huán)形,平衡地安裝在支承體上,所述換熱體在兩側(cè)分別設(shè)有與其進(jìn)行熱交換的高溫物體和低溫物體;當(dāng)一側(cè)溫度超過形狀記憶材料體的轉(zhuǎn)變溫度時,該材料體變形,打破支承體上的受力平衡,使得換熱體產(chǎn)生運(yùn)動,與此同時,換熱體在高溫、和低溫分別進(jìn)行熱交換,即放出熱量給導(dǎo)熱體和從另一導(dǎo)熱體中吸收熱量。
2.一種將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的方法,其特征在于在由內(nèi)、外導(dǎo)熱體壁所圍成的空腔中布置有其上帶有換熱體的轉(zhuǎn)動帶,換熱體在兩側(cè)和導(dǎo)熱體壁減摩接觸,使所述轉(zhuǎn)動帶和其上固定有形狀記憶材料體的轉(zhuǎn)輪配合,并且轉(zhuǎn)輪和內(nèi)、外導(dǎo)體壁中至少一個相互作用,當(dāng)一導(dǎo)熱體壁溫度超過轉(zhuǎn)變溫時,記憶材料體伸長,與所述導(dǎo)熱體壁一作用面作用,產(chǎn)生一個反作用力,使得轉(zhuǎn)輪得以運(yùn)動,從而帶動換熱體運(yùn)動,此時,換熱體在高溫側(cè)放熱而在低溫側(cè)則吸熱。
3.一種實(shí)施權(quán)利要求1方法的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于它包括由兩個導(dǎo)熱體(1,11)和絕緣體(10)共同圍成的外殼體,外殼體腔內(nèi)設(shè)有一個支承體,在支承體上套有帶形狀記憶材料絲線織段的滑動帶,在滑動帶上固定有滑動帶未產(chǎn)生變形時均勻分布的換熱體(2),所述換熱體(2)在兩側(cè)分別和導(dǎo)熱體(1,11)減摩接觸。
4.一種實(shí)施權(quán)利要求2所述方法的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于它包括
內(nèi)、外導(dǎo)熱體壁(1′,2′),其間空腔中布置有其上帶有換熱體(9′)的轉(zhuǎn)動帶(12′),以及和所述轉(zhuǎn)動帶配合且在其上固定有形狀記憶材料制成的可形變體(7′)的轉(zhuǎn)輪(3′),所述轉(zhuǎn)輪(3′)和所述內(nèi)、外導(dǎo)熱體壁中至少一個相互作用。
5.按權(quán)利要求3或4所述的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于,所述的換熱體(2,10′)外殼可由熱良導(dǎo)體構(gòu)成,其上部填充有填充物,抽真空之后下部則注入一定量的液體,并且對外密封。
6.按權(quán)利要求5所述的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于,所述的填充物可為合成沸石13X。
7.按權(quán)利要求5所述的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于,所述的液體可是水。
8.按權(quán)利要求4所述的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于,所述的內(nèi)、外導(dǎo)熱體(1′、2′)壁與所述的可形變體(7′)的作用部位為一略微彈性的傾斜平面(8′)。
9.按權(quán)利要求4所述的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于,所述的換熱體(9′)可樞軸轉(zhuǎn)動地固定在轉(zhuǎn)動帶(12′)上。
10.按權(quán)利要求3所述的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于,所述支承體可為一固定在絕緣體(10)上的固定支承部分(4),必要時也可在其下加設(shè)一活動支承部分(5)。
11.按權(quán)利要求3所述的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于,所述的滑動帶由形狀記憶材料絲線織段和絕熱段交替組成。
12.按權(quán)利要求3所述的將熱能不斷地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置,其特征在于,所述的換熱體(2)和所述形狀記憶材料絲線織段可樞軸轉(zhuǎn)動地導(dǎo)熱相連。
全文摘要
一種將熱能連續(xù)地從低溫物體傳遞到高溫物體的方法,利用某些在低溫時能吸收大量的熱,在高溫時放出大量熱的換熱體配合在溫差下產(chǎn)生驅(qū)動力的驅(qū)動機(jī)構(gòu)使換熱體不斷循環(huán)運(yùn)行,在低溫側(cè)吸熱,在高溫側(cè)放熱,所述的驅(qū)動力可由形狀記憶材料體的變形而產(chǎn)生。另外本發(fā)明還涉及將熱能連續(xù)地從低溫物體傳遞到高溫物體的裝置。
文檔編號F25B30/00GK1193718SQ9711606
公開日1998年9月23日 申請日期1997年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月16日
發(fā)明者王應(yīng)河 申請人:王應(yīng)河