專利名稱：溫差能裝置及其汽動機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于溫差能動力暨調溫裝置及其汽動機。
現有的熱力動機本身都不能制冷，并且都是通過使用燃料而獲得高溫高壓工質氣體才能工作，因此存在消耗資源，排放有害氣體等弊端，對于低溫差能，包括自然界大量存在的低溫差能不易或無法利用。有一專利(91)公開號CN1051609A的溫差發動機，雖然構成利用溫差能作動力的方案，但在技術上采用了雙交換器、分配器，多缸及曲軸傳動等方式，因此，它不僅不能用于制冷，而且控制項目多，方式復雜，摩擦量大，輔助設備多，熱能損耗大，使用條件苛刻，在很多條件下近乎不能實用。
本實用新型的目的在于提供一種可不用燃料及在各種條件下包括在常溫條件下，利用各種溫差能包括自然界大量存在的低溫差能，如太陽能、地熱能、海水溫差能及各種余熱等就能獨立地提供動力或調溫的裝置，具有節省資源，減少污染、效率高、結構及控制環節簡化、適應條件廣泛、實用性高的特點。同時提供一種較理想并且最適合與該裝置配置的汽動機，其特點活塞回旋取消飛輪、軸柄、搖臂，體積小，重量輕，效率高。
本實用新型的目的是這樣實現的設受熱器、汽動機、冷疑器、隔壓回質機，由流體管道按照上述順序將它們各自的流體進出口環接，并且汽動機的主動件與隔壓回質機的從動件聯動銜接。
將該裝置注入工質(工質一般為制冷劑，其中工質汽化、液化、壓強、體積及密度變化等物理特性應根據環境溫度等條件來選用)受熱器置于溫度離的介質中或光照下，冷凝器置于溫度低的介質中，這樣，在溫度不同的受熱器與冷凝器之間便產生了高低不同的工質氣壓，較高的氣壓工質在通過汽動機作動后，進入冷凝器中，由于溫度變化、回質機隔壓、通道狹小及飽和氣密度極限的限制，逐漸凝結液化、工質單位質量體積大量縮小，再經聯動的隔壓回質機送回受熱器，因此，就產生了工質在封閉機構里不斷循回過程，進行溫調及動力輸出都表現這一過程，決定用途不同的是在這個過程中存在兩種量之間的比的不同，兩種量指受熱器向汽動機輸出工質的容積量與隔壓回質機向受熱器回送工質的容積量，(由于有密度因素存在，因此在一定范圍內，不管這兩種容積量怎么不同，質量問題可以達到動態平衡)，當前項大于后項時，由于輸出與回送過程中壓強基本相等，因此，汽動機作功大于回質機作動，這樣就產生了動力功的輸出，動力功的輸出量等于汽動機作功減去隔壓回質機作功及摩擦力作功之差，這樣就達到了動力輸出的目的。
當回質機回送工質的容積量超過冷凝器輸出的液態工質容積量時，便產生液態工質重新汽化并大量吸熱的現象，從而達到制冷的目的。
調整受熱器向汽動機輸出工質的容積量與回送工質容積量之比的主要途徑有兩個一是調節回質機活塞的相對截面積(相對于汽動機)，二是調整回質機相對轉速(相對于汽動機)，汽動機的活塞面積或運速一般受使用條件限制，往往不作調整。
裝置中的受熱器是負責吸收內能或接收光能使工質體積膨脹的機構。根據能量的形式不同，它的結構也不相同，在用于吸收介質中的內能時，它可以是一個有流體進出口的容器。也可以是同樣有流體進出口的多個容器組合體，組合可通過并聯、串聯、混聯的其中之一方式連通。
在用于接收光能時，受熱器可以為設有流體進出口的容器，并且外設有透光材料，在金屬容器與透光材料之間可以有包括真空在內的空間。并且它同樣可以是多個容器用多種方式連通的組合體，該組合體同樣有流體進出口。
金屬容器的形狀及結構具有多樣性。
汽動機是利用工質氣壓作動功的裝置。它可以為一個普通的蒸汽機，也可以是一個改變換路裝置及傳動裝置的蒸汽機。
汽動機可以為它包括缸體、回旋活塞、隔擋、換路裝置，缸體為內有空旋轉體內腔的殼體，在空旋轉體軸線相交的殼體上，開有回旋活塞軸孔，回旋活塞為一軸及軸側的部分旋轉體截體，活塞軸活動地固定在軸孔上，隔擋設在活塞軸的一側，一連緊貼活塞軸，其它與缸體內壁緊密固定；在隔擋兩側或銜接地方的缸體上設通孔，換路裝置流體通道與該通孔連通。這樣，在換路裝置流體進出口接通高、低不同的氣壓時，隔擋兩側及活塞兩面就產生了同樣高低不同的壓強，由于隔擋的作用，較高壓強的氣壓只能推動活塞向低壓強的方向旋轉，當旋轉到一定位置時，換路裝置的控制機構便使用于閥門，使通路狀態反變，致使活塞兩邊的壓強發生相反的變化，這樣，就產生了活塞反向轉動，當轉動到一定位置時，又產生了通路狀態反變，于是活塞不斷地往返回旋，從而達到作功的目的。
換路裝置包括閥門及閥門控制機構，它可采用現有技術。也可專設。
閥門的閥體可以與隔擋同為一體。
閥門的控制方式可采用現有技術的定位控制或非定位控制兩類。
定位控制可通過汽動機或隔壓回質機的某運動部件運動到某定位時直接或通過聯動件作用閥門開閉裝置。
閥門可以為現有的技術結構，也可以為進口端設有兩通路，另一端匯合一通路。
冷凝器為工質降溫、液化并縮小體積的機構。它可以采用現有的技術結構。
冷凝器可以為有流體進出口的一個或多個容器組成。多個容器之間，可由并聯、串聯、混聯的其中之一方式連通。
冷凝器也可以為外有容器的容器。
隔壓回質機為強制向受熱器回送工質并且能隔離進口與出口之間壓強的機構。隔壓為該機構在任何工作狀態時，它的流體進口與出口不直接相通。它可由單機組成。
隔壓回質機也可由兩個及其以上的分壓回質機串連組成。
在兩分壓回質機之間的通道上可并聯連通溫調器。
隔壓回質機及組成的分壓回質機(都可簡稱回質機)可以為能隔壓的壓縮機。壓縮機可以由缸體、缸體內活塞、換路裝置組成。
隔壓回質機可以為除換路裝置外，其它與汽動機相同的機構體。
汽動機的主動件與隔壓回質機的從動件可以同軸聯動銜接。
汽動機的主動件與隔壓回質機的從動件之間可以設變速器聯動銜接。
汽動機的主動件與隔壓回質機的從動件之間可以由其它裝置(包括附加動力設備)聯動銜接。
汽動機的主動件以及隔壓回質機的從動件可以為活塞軸，也可以為動軸或聯軸或其它傳動部件。
流體管道是工質循環的導流機構。它可由單管道組成，也可由多管道并聯組成。
管道的空內腔截面的形式及各段面積之比具有多樣性。
在冷凝器與隔壓回質機之間的管道上可并聯連通蒸發器。
在回旋汽動機的活塞軸上可設同旋轉換裝置，該裝置是可以將往復回旋的轉動變為定向轉動的裝置。它包括轉軸、轉軸上兩個輪齒相對的轉盤、垂直并嚙合兩轉盤輪齒的齒輪，在轉盤與轉軸之間設單向引動裝置。
單向引動裝置是一種軸與盤之間單向旋轉可以引動對方，而逆向旋轉不可以引動對方的裝置，該裝置可采用現有技術，其結構可類似自行車飛輪。也可專設。
本實用新型根據壓強相等，面積不等則作用力不等及等面積壓強不等作用力不等的原理，通過封閉環接、隔壓、聯動等手段，使工質在不同溫度的條件下汽化、液化造成體積變化得到等壓面積不等及壓差區別，從而獨立地獲得作功的條件，為在各種條件下，持別是在常溫狀態下，直接利用自然存在的大量低溫差能，包括太陽能、地熱能、海水溫差能以及各種熱機、工業生產、生活應用等余熱的內能提供了一個有效的方便的途徑，應用范圍涉及各行各業，特別是在交通、農用、工用、生活應用等領域具有廣闊的開發前景，它不僅具有節能，減少資源消耗、效率高、減少環境污染等特點，而且該裝置本身具有調溫機構的特性，因此可以直接作調溫設備使用。適合該裝置配置的新型回旋汽動機具有體積小，取消飛輪、曲軸，結構簡單、減少摩擦，效率高等特點，可以作為蒸汽機的換代產品。
下面對照附圖對本發明作詳細描述。
圖1是溫差能裝置一實施例原理結構示意圖。
圖2是
圖1中A-A面剖面圖。
圖3是回旋汽動機實施例結構示意圖。
圖4是圖3中E-E剖面圖。
圖5是圖3中B-B剖面圖。
圖6是圖中D-D剖面圖。
圖7是圖3中C-C剖面圖。
圖8是溫差能裝置又一實施例結構示意圖。
圖9、
圖10是回質機內閥門示意圖。
圖11是溫差能裝置一種可調用途的實施例系統關系顯示圖。
圖12、
圖13是用于接收光能的容器截面示意圖。
圖14為隔擋與閥體同為一體實施例剖面俯視圖。
圖15為具有兩分壓回質機實施例系統關系顯示圖。
如
圖1所示，受熱器(1)、冷凝器(3)其結構為容器，屬常見的現有技術，只作框圖表示，汽動機為往復活塞式，它由缸體(2-2)、活塞(2-1)、活塞軸(2-11)、換路裝置及管道(5)的部分組成，主動件為活塞軸(2-11)，其中換路裝置采用定位控制方式，它主要由閥體(2-41)、開閉器(2-42)、推臂(2-43)組成，閥體(2-41)為內有矩形空間的殼體，固定在缸體(2-2)上，它的上下方向、左右方向各開有對通孔(2-44)，上面兩進口通孔通過管道(5)與受熱器(1)的出口相通，下端分別與汽動機缸體(2-2)內腔兩端連通，左右方向的一邊兩孔分別由管道(5)與缸體(2-2)的內腔兩端連通，一邊兩孔為出口，與冷凝器(3)進口連通。同時參見圖2，它為
圖1A-A剖面圖，即缸體(2-2)與閥體(2-41)截面側視圖，開閉器(2-42)為長方體，它的一端上下及水平方向，各開有兩個垂直，但不相交的通孔(2-45)、(2-46)，孔距與閥體(2-41)上不同，互相錯位，定位時使閥體(2-41)兩端對應的通孔及同端通孔的開閉表現為完全相反狀態，另一端開有能讓推臂(2-43)在內活動的空條槽，使推臂(2-43)在內活動到一定位置時，能帶動其移動，當移動到另一定位時，各通道的開閉狀態均發生相反的變化。隔壓回質機為具有與汽動機主體基本相同的結構，它包括缸體(4-2)、活塞(4-1)、活塞軸(4-11)，從動件為活塞軸(4-11)，區別在于閥門(4-3)的結構不同，它的開閉由流體自動控制，屬常見的現有技術，圖中只作示意表示，閥門(4-3)設在缸體(4-2)的兩端，分兩組，一組通過管道(5)與受熱器(1)進口連通，另一組由管道(5)與冷凝器(3)出口連通。汽動機的主動件(2-11)與回質的從動件(4-11)以同軸的方式銜接，在該軸一端部設有推臂(2-43)。這樣，當該裝置注入工質后，將受熱器(1)、冷凝器(3)分別置于高低不同溫度的介質中，便在它們之間產生了高低不同的工質氣壓，由于換路裝置對通路的控制，汽動機活塞的一面與受熱器(1)相通，氣壓較高，另一面與冷凝器(3)相通，氣壓較低。這對該裝置內部將產生如下的作用力汽動機活塞(2-1)較高壓強產生的正作用力、低壓強一面的負作用力、回質機活塞(4-1)低壓強一面的正作用力、高壓強一面的負作用力以及整機的摩擦作用力，總作用力滿足如下關系F=(P1-P2)S2-1-(P1-P3)S4-1-f，當P2=P3時則關系為F=(S2-1-S4-1)(P1-P2)-f，式中F為總作用力，P1為受熱器壓強，P2為冷凝器(3)與汽動機(1)之間的壓強，P3為冷凝器(3)與隔壓回質機(4)之間的壓強，S2-1為汽動機活塞的面積，S4-1為回質機活塞的面積，可以看出，由于P1＞P2即受熱器(1)內的壓強大于冷凝器(3)內的壓強，即P-P＞0，所以只要S2-1＞S4-1，即汽動機活塞面積大于回質機活塞的面積，并且滿足(S2-1-S4-1)(P1-P2)＞f時，即可有動力輸出。在這種情況下，活塞順力的方向運動，當活塞運動到一定位置時，聯動的推臂(2-43)便作用于開閉器(2-42)一同運動，到運動到另一定位時，整個通路開閉狀態反變，這樣，迫使活塞及聯動部件向相反的方向運動，周而復始，于是產生了反復的往復運動。當需要將該運動轉換成同向旋轉運動時，可附設同旋轉換裝置，如
圖1虛線內Ⅰ部分中的(2-5)，具體結構下例介紹(圖中(2-6)為密封外殼)。這樣就可以達到動力輸出目的。當S2-1-S4-1的差越大時，則作用力輸出比越大，但這種比存在極限，即N=V1∶V2，其中N為比值，V1為即時壓強下工質單位質量的氣態體積，V2為工質單位質量液態體積，當比值小于該比時，便有液態工質重新汽化，并隨比值逐漸減少，汽化比量增大，帶來吸熱現象增大，動力輸出減少。這樣是說需要制冷時，就要把回質機活塞面積相對增大，活塞面積相對越大，則回送工質容積量相對越多，工質汽化量越多，這樣就可以達到制冷的目的，當把這種比選擇到一定量時，就可依靠自身作用力達到制冷的最高效果。繼續小于該值時，必須依靠附加動力才能進行制冷工作，不過它的制冷功率超過附加動力的功率。進行制冷時，虛線中Ⅰ部分可不設，而在冷凝器(3)與回質機(4)之間的管道(5)上并聯蒸發器(5-1)，即虛線中Ⅱ部分，其作用在于把吸熱過程控制在這里進行，便于利用。因此，適當選擇回質機活塞(4-1)相對面積的比值，就可達到動力輸出或制冷的各種目的。
回旋式汽動機的整體結構如圖3所示缸體(2-2)為具有圓柱形空內腔的殼體，開有軸孔及隔擋兩側的兩個流體通孔(2-21)，回旋活塞(2-1)為一軸及軸側部分圓柱體截體，活動地置于軸孔上，隔擋(2-3)在活動軸的一側，一邊緊貼活塞軸，其它與缸體(2-2)內壁緊密固定，隔斷了流體的流動(參見圖4，它為圖3E-E剖面圖)，它的兩側面分別有與兩個流體通孔(2-21)分別溝通的缺口(2-31)，兩個通孔(2-11)分別與換路裝置的兩組閥門的底部通孔連通，兩組閥門同一閥體(2-41)，(內部通路結構相同)同一開閉器(2-42)。參見圖6，它為閥門位置配置的俯視圖，即圖3D-D面，閥體(2-41)設在活塞軸(2-53)的一側。同時參考圖7，兩個不同壓強的管道(5)從密封殼(2-6)通入分別從上下與兩組閥門連通，圖7為其中一組側視剖面圖，即圖3中的C-C面，圖中右邊的上下通孔分別與高低不同壓強的管道(5)相通，另一邊匯合成一通道，與缸體(2-2)內腔隔擋(2-3)的其中一側連通，中間由開閉器(2-42)控制，開閉器(2-42)為帶有扳柄的圓柱體，開有互相垂直但不相交的兩個通孔，分別與閥體(2-41)兩個閥門通孔對應，定位時，兩組閥門開通上下管道(5)的狀態相反，扳柄旋轉90°，開閉狀態都發生相反變化。這樣，在上下管道(5)存在不同的工質氣壓時，較高的氣壓工質只能從閥體上的一組閥門的一端進入缸體(2-2)內隔擋(2-3)的一側，而隔擋(2-3)另一側內腔則與另一組閥門的低氣壓的管道(5)連通，從而使活塞(2-1)兩面產生了高低不同的壓強，迫使活塞(2-1)作旋轉，當旋轉到一定位置時，設在活塞軸(2-53)并與該軸一同旋轉的推臂(2-43)便作用于開閉器(2-42)的扳柄，使其旋轉，當到另一定位時，整個通路發生相反變化，活塞兩側壓強也發生相反的變化，迫使它作反向旋轉，這樣周而復始，從而達到作功的目的。當需要把這種往返式旋轉轉化成定向旋轉時，可在回旋軸端設同旋轉換裝置。參見圖3的上半部分，以及圖5，它是下轉盤剖面圖，即圖3中B-B面，轉軸(2-53)與活塞(2-11)整體銜接，同為一體，兩個輪齒相對的轉盤(2-51)設在該軸端部，上轉盤(2-51)設有傳動軸(2-511)，用于動力輸出，嚙合齒輪(2-52)設在兩轉盤之間，其軸固定在密封殼體(2-6)上(可另設固定裝置)，轉盤與轉軸之間設單向引動裝置，該裝置包括偏向齒輪(2-54)，它與轉軸緊固，單向卡(2-55)、它與轉盤(2-51)通過銷軸銜接，簧片(2-56)、它設在轉盤(2-51)與單向卡(2-55)之間，上轉盤單向引動裝置結構與下轉盤相同，不過其輪齒偏向及單向卡的配置方向相反。這樣，在轉軸順時針旋轉時，上轉盤被卡引起，下轉盤卡齒之間滑動，并通過嚙合齒輪傳動逆時針旋轉。當轉軸逆時針旋轉時，下轉盤被卡引起，上轉盤卡齒之間滑動，并通過嚙合齒輪傳動仍順時針方向旋轉，從而達到同旋轉換的目的。
圖8是溫差能裝置另一實施例結構示意圖。圖中主要反映各系統之間的聯系結構，圖中各部件代碼均與上述統一，各系統機構之間通過流體管道(5)連通的方式相同，汽動機的主動件即活塞軸(2-11)與回質機的活塞軸(4-11)同樣同軸銜接，區別在于隔壓回質機的結構不同，它與回旋汽動機的主休結構基本相同，也包括缸體(4-2)、回旋活塞(4-1)、隔擋(4-3)不同是它的閥門開閉方式不同，參見圖9、
圖10。圖9為設在與受熱器(1)相通的通孔上的閥門，見圖8中的上方框的位置，加壓時開通，減壓時關閉。
圖10為設在與冷凝器相通的通孔上的閥門，見圖8中的下方框的位置，加壓時關閉，減壓時開通。整體裝置整個工作過程及用途選擇的要求與
圖1例相同，不同的是該裝置的汽動機及隔壓回質機的活塞為回旋轉動。
圖11為溫差能裝置一個可調用途實施例系統關系顯示圖，圖中受熱器(1)、汽動機(2)、冷凝器(3)、回質機(4)之間通過流體管道(5)環接的方式與前兩例相同。不同的是汽動機的主動件與回質機的從動件不是通過整體同軸聯動同軸銜接，而是通過變速器(7)聯動銜接，即汽動機(2)的傳動軸(2-511)上設齒輪(2-57)與變速器(7)的從動齒輪(7-1)嚙合銜接，變速器(7)的傳動齒輪(7-2)與設在回質機(4)從動件中的齒輪(4-12)嚙合銜接，變速器(7)設調速手柄(7-3)，扳向不同的位置時可調轉速比。在回質機(4)與冷凝器(3)之間的管道(5)上，并聯蒸發器(5-1)及閥門(5-2)，(可設閥門(5-3))，回質機采用旋轉式(如螺桿式等)，調整該裝置用途時，只須調整手柄(7-3)擋位及開閉閥門(5-2)即可，其中閥門(5-2)、(5-3)工作狀態影響工質流通的快慢，當調整手柄(7-3)調到低擋位時，工質容積回送量較小，負功較小，即有動力功輸出，從而達到動力輸出的目的。當調速手柄(7-3)調至較高擋位時，工質容積回送量增大，便產生了大量的液態工質重新汽化，吸收大量熱能，從而達到制冷的目的。當速度調到中間擋位時，該裝置既可提供動力，又可進行制冷。因此，該裝置可以達到選擇用途的目的。
用于接收光能的容器截面如
圖12、
圖13所示，其中(1-2)為透光材料、(1-1)為金屬容器、(1-3)為密封件、(1-4)為容腔，受熱器(1)可由它們單件組成，也可由多件用各種方式連通組成。
隔擋(2-3)與閥體同為一體的俯視的剖面如
圖14所示隔擋(2-3)兩側開有流體通孔(2-44)，靠缸體(2-2)一側開有與管道(5)連通的通孔，在各孔交匯處，開有開閉器的軸孔(2-47)。
圖15是具有兩分壓回質機實施例系統關系顯示圖，受熱器(1)、汽動機(2)、冷凝器(3)通過管道(5)連通的方式與前幾例相同，不同的是該裝置的隔壓回質機由兩分壓回質機(4A)、(4B)串連組成，該組成的回質機以同樣的方式與冷凝器(3)及受熱器(1)連通，兩分壓回質機(4A)、(4B)通過兩變速器(7A)、(7B)與汽動機(2)聯動，圖中帶箭頭的線為聯動關系的聯系線，在兩分壓回質機(4(A)、(4B)之間的管道(5)上設并聯連通的溫調器(8)。該裝置可以通過調整變速器(7A)、(7B)的轉速達到在兩分壓回質機(4A)、(4B)之間的管道(5)及調溫器(8)中產生增壓、減壓、恒壓現象，從而達到放熱、吸熱、相對恒溫(動力輸出過程的現象)的溫調及動力輸出的各種目的。
權利要求1.一種溫差能裝置，它包括受熱器、汽動機、冷凝器，其特征是在冷凝器與受熱器之間設隔壓回質機，隔壓回質機由缸體、置于缸體內的活塞、連通缸體具有流體進出口的換路裝置組成，由流體管道按照受熱器、冷凝器、汽動機、隔壓回質機的順序將它們各自的流體進出口環接，汽動機的主動件與隔壓回質機的從動件活塞聯動銜接。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征是受熱器為設有流體進出口的金屬容器，并且外設有透光材料，在金屬容器與透光材料之間有真空空間。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征是汽動機包括缸體、回旋活塞、隔擋、換路裝置，缸體為有空旋轉體內腔的殼體，在空旋轉體軸線相交的殼體上開有回旋活塞軸孔，回旋活塞為一軸及軸側的部分旋轉體截體，活塞軸活動地固定在軸孔上，隔擋設在活塞軸的一側，一邊緊貼活塞軸，其它與缸體內壁緊密固定，在隔擋兩側或其銜接地方的缸體上設通孔，換路裝置的流體通道與該孔連通。
4.根據權利1所述的裝置，其特征是汽動機的主動件上設同旋轉換裝置，它包括轉軸、轉軸上兩上輪齒相對的轉盤、垂直并嚙合兩轉盤輪齒之間的齒輪，在轉盤與轉軸之間，設單向引動裝置。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征是汽動機的主動件與隔壓回質機的從動件同軸聯動銜接。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征是汽動機的主動件與隔壓回質機的從動件之間設變速器聯動銜接。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特征是隔壓回質機由兩個及其以上的主回質機串聯組成。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特征是受熱器、冷凝器各由設有流體進出口的多組容器組成，各容器之間由串聯、并聯、混聯的其中之一方式連通。
9.根據權利要求1、3所述的汽動機，其特征是隔擋與閥體同為一體。
專利摘要本實用新型屬于一種溫差能動力暨調溫裝置及其汽動機。該裝置通過采用封閉環接、隔壓、聯動等手段及各種工質在不同溫度下液化、汽化產生體積及壓強變化的性質,得到等壓面積不等,等面壓強不等而導致的作用力不等的作功條件,為廣泛利用各種條件下溫差能,包括常溫狀態下的太陽能、地熱能、海水溫差及各種余熱能等提供了有效的途徑,應用涉及交通、工用、農用、生活應用等各個領域。汽動機其特點:活塞回旋,取消飛輪,結構簡單。
文檔編號F03G7/00GK2340931SQ9724157
公開日1999年9月29日 申請日期1997年12月8日 優先權日1997年12月8日
發明者徐志勤 申請人:徐志勤